Luận án tiến sĩ: Sự hình thành và phát triển vết nứt ảnh hưởng tới khả năng chịu tải của đập trọng lực bê tông đầm lăn trong quá trình vận hành - Trường Đại học Thủy lợi

Phân tích chi tiết sự hình thành vết nứt trên đập bê tông được đầm lăn vận hành. Tìm hiểu nguyên nhân kỹ thuật, quá trình phát triển nứt và tác động kết cấu.

• Tác giả: Hà Thanh Dương
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật thủy lợi
• Đề tài: Nghiên cứu sự hình thành và phát triển vết nứt ảnh hưởng tới khả năng chịu tải của đập trọng lực bê tông đầm lăn trong quá trình vận hành
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về đập trọng lực bê tông đầm lăn và vết nứt

Đập trọng lực bê tông đầm lăn (BTĐL) là công trình thủy lợi quan trọng được xây dựng rộng rãi trên thế giới và tại Việt Nam. Loại đập này sử dụng bê tông nghèo xi măng, giàu puzơlan, được thi công theo từng lớp mỏng 30–50cm và đầm chặt bằng xe lu. Phương pháp thi công nhanh, chi phí thấp hơn so với bê tông truyền thống là ưu điểm nổi bật. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, vết nứt hình thành và phát triển là mối nguy hiểm tiềm ẩn đe dọa an toàn công trình. Vết nứt xuất hiện do nhiều nguyên nhân: nhiệt độ thủy hóa xi măng, tải trọng thủy tĩnh, dao động nhiệt độ môi trường và co ngót khô. Mỗi loại vết nứt có cơ chế phát triển riêng và mức độ ảnh hưởng khác nhau đến khả năng chịu tải toàn công trình. Luận án tiến sĩ của tác giả Hà Thanh Dương, Trường Đại học Thủy Lợi năm 2019, tập trung nghiên cứu hệ thống về cơ chế này. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá độ an toàn và đề xuất giải pháp gia cố hợp lý cho các đập BTĐL đang vận hành tại Việt Nam và khu vực.

1.1. Đặc điểm cấu tạo và thi công BTĐL

Bê tông đầm lăn khác biệt với bê tông thường ở tỷ lệ nước/chất kết dính thấp và hàm lượng puzơlan cao. Chiều dày lớp đầm nén tiêu chuẩn là 30cm, thi công liên tục không ngừng nghỉ để đảm bảo liên kết giữa các lớp. Thời gian nghỉ giữa các lớp đổ càng ngắn thì khả năng chống cắt và chống thấm càng cao. Đặc điểm tỏa nhiệt chậm của BTĐL giúp giảm nhiệt độ cực đại bên trong đập, nhưng gradient nhiệt độ giữa bề mặt và lõi đập vẫn là nguyên nhân chính gây ứng suất kéo dẫn đến nứt.

1.2. Phân loại vết nứt trong đập BTĐL

Vết nứt trong đập BTĐL được phân thành hai nhóm chính: vết nứt bề mặt và vết nứt xuyên sâu. Vết nứt bề mặt thường xuất hiện sớm do chênh lệch nhiệt độ giữa lớp bê tông mới đổ và môi trường. Vết nứt xuyên sâu hình thành muộn hơn, liên quan đến ứng suất tích lũy trong quá trình vận hành dưới tải trọng thủy tĩnh và biến đổi nhiệt dài hạn. Mức độ nguy hiểm của vết nứt xuyên sâu cao hơn nhiều vì ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu lực tổng thể và tính ổn định của đập.

II. Phân tích cơ chế hình thành và phát triển vết nứt đập

Cơ chế hình thành vết nứt trong đập BTĐL chịu tác động đồng thời của nhiều yếu tố vật lý và cơ học. Giai đoạn thi công, nhiệt độ thủy hóa xi măng làm bê tông giãn nở rồi co lại khi nguội, tạo ứng suất kéo vượt quá giới hạn bền kéo của vật liệu. Giai đoạn vận hành, áp lực nước hồ chứa tác dụng lên mặt thượng lưu tạo ứng suất uốn làm mở rộng vết nứt đã có sẵn. Đồng thời, áp lực thấm qua nền và thân đập làm giảm ứng suất nén hiệu quả, dẫn đến nguy cơ mất ổn định cục bộ. Phân tích lý thuyết cơ học phá hủy (Fracture Mechanics) cho thấy vết nứt phát triển theo ba chế độ: chế độ I (mở), chế độ II (trượt phẳng) và chế độ III (trượt xoắn). Trong đập BTĐL, chế độ I kết hợp chế độ II là phổ biến nhất. Hệ số cường độ ứng suất tại đỉnh vết nứt là thông số quyết định tốc độ phát triển. Khi hệ số này vượt giá trị tới hạn KIc, vết nứt lan truyền đột ngột, gây phá hoại cấu trúc. Việc kiểm soát các thông số này là nền tảng của bài toán đánh giá an toàn đập.

2.1. Ứng suất nhiệt và vai trò trong quá trình nứt

Ứng suất nhiệt phát sinh do gradient nhiệt độ giữa lõi đập và bề mặt. Trong quá trình thi công BTĐL, nhiệt độ lõi đập có thể đạt 50–60°C trong khi bề mặt tiếp xúc môi trường ở nhiệt độ thấp hơn nhiều. Sự chênh lệch này tạo ứng suất kéo tại bề mặt và ứng suất nén tại lõi. Khi bê tông nguội đồng đều, ứng suất kéo tích lũy có thể vượt cường độ kéo của bê tông từ 1–3 MPa, dẫn đến vết nứt bề mặt lan dần vào trong theo thời gian vận hành.

2.2. Tác động của tải trọng thủy tĩnh lên vết nứt

Tải trọng thủy tĩnh tác dụng lên mặt thượng lưu đập tạo mômen uốn lớn tại chân đập và vùng biến đổi mặt cắt. Áp lực nước thấm vào vết nứt hiện có làm tăng độ mở của vết nứt và đẩy nhanh tốc độ lan truyền. Đây là hiện tượng gọi là hiệu ứng nêm thủy lực. Khi mực nước hồ dao động theo mùa, vết nứt chịu tải trọng chu kỳ, dẫn đến mỏi vật liệu. Quá trình tích lũy hư hỏng mỏi qua nhiều năm vận hành là nguyên nhân phổ biến của sự suy giảm khả năng chịu tải.

III. Phương pháp phần tử hữu hạn phân tích vết nứt đập BTĐL

Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) là công cụ số hiệu quả để mô phỏng sự hình thành và lan truyền vết nứt trong đập BTĐL. Phương pháp này rời rạc hóa miền tính toán thành các phần tử nhỏ, xây dựng hệ phương trình cân bằng và giải để thu trường ứng suất–biến dạng trong toàn thân đập. Nghiên cứu áp dụng PTHH tự thích ứng, trong đó lưới phần tử được tự động tinh chỉnh tại vùng đỉnh vết nứt nơi gradient ứng suất lớn. Tiêu chí dừng là khi sai số năng lượng toàn miền η nhỏ hơn ngưỡng định trước f. Mô hình vật liệu sử dụng cơ học phá hủy đàn hồi tuyến tính kết hợp mô hình vết nứt phân tán (Smeared Crack) để mô phỏng ứng xử sau nứt của bê tông. Phương trình cơ bản thiết lập dựa trên nguyên lý năng lượng tối thiểu, sai số năng lượng được định nghĩa qua tích phân của hiệu giữa trường ứng suất cải tiến và trường ứng suất xấp xỉ. Phương pháp tính toán được kiểm chứng với số liệu quan trắc thực tế từ đập BTĐL đang vận hành, cho kết quả sai lệch dưới 5% so với đo đạc hiện trường.

3.1. Mô hình hóa vết nứt bằng phần tử hữu hạn

Hai phương pháp mô hình hóa vết nứt phổ biến trong PTHH là mô hình vết nứt rời rạc (Discrete Crack) và mô hình vết nứt phân tán (Smeared Crack). Mô hình rời rạc tái tạo hình học vết nứt chính xác nhưng đòi hỏi tái lưới động tốn kém tính toán. Mô hình phân tán trải đều hư hỏng trong phần tử, phù hợp khi quan tâm đến ứng xử tổng thể hơn là hình học chi tiết của từng vết nứt. Nghiên cứu sử dụng kết hợp hai mô hình tùy theo giai đoạn phân tích để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả tính toán.

3.2. Lưới phần tử tự thích ứng và đánh giá sai số

Lưới phần tử tự thích ứng (Adaptive Mesh) tự động tăng mật độ phần tử tại vùng có gradient ứng suất lớn như đỉnh vết nứt và chân đập. Sai số năng lượng từng phần tử được tính theo công thức sử dụng ma trận hằng số đàn hồi D và hệ số hiệu chỉnh k phụ thuộc loại phần tử. Khi sai số toàn phần vượt ngưỡng cho phép, hệ thống tự động bổ sung phần tử tại các vùng cần thiết. Quá trình lặp dừng khi η đạt dưới f, đảm bảo độ tin cậy của kết quả tính toán ứng suất tại đỉnh vết nứt.

IV. Kết luận và ứng dụng trong thiết kế vận hành đập an toàn

Kết quả nghiên cứu khẳng định rằng vết nứt trong đập BTĐL phát triển theo quy luật có thể dự báo được dựa trên các thông số vật liệu và điều kiện tải trọng. Hệ số cường độ ứng suất KI tăng tuyến tính theo chiều dài vết nứt và áp lực hồ chứa. Khi chiều dài vết nứt vượt 15–20% chiều cao đập, nguy cơ phá hoại đột ngột tăng lên đáng kể. Phân tích cho thấy đập BTĐL có mặt cắt tiêu chuẩn duy trì hệ số an toàn trên 1,5 với điều kiện vết nứt không phát triển quá chiều sâu tới hạn. Từ kết quả này, các khuyến nghị kỹ thuật được đề xuất: tăng cường quan trắc tự động đo độ mở vết nứt tại các vị trí nguy hiểm, kiểm soát mực nước hồ trong mùa lũ để hạn chế tải trọng chu kỳ, và thực hiện bơm vữa gia cố định kỳ cho vết nứt có chiều rộng trên 0,2mm. Ứng dụng mô hình PTHH tự thích ứng vào thực tiễn quản lý đập giúp dự báo tuổi thọ còn lại và lập kế hoạch bảo trì chủ động, góp phần đảm bảo an toàn hồ chứa trong toàn bộ vòng đời công trình.

4.1. Đánh giá khả năng chịu tải còn lại của đập

Khả năng chịu tải còn lại được xác định thông qua so sánh hệ số cường độ ứng suất thực tế KI với giá trị tới hạn KIc của bê tông. Tỷ số KI/KIc phản ánh mức độ sử dụng khả năng chịu lực của vật liệu tại vùng đỉnh vết nứt. Nghiên cứu xây dựng đường cong suy giảm khả năng chịu tải theo thời gian vận hành cho các kịch bản chiều dài vết nứt khác nhau. Kết quả cho phép kỹ sư quản lý đập xác định ngưỡng can thiệp sửa chữa kịp thời trước khi khả năng chịu tải giảm xuống dưới mức an toàn tối thiểu.

4.2. Giải pháp kỹ thuật kiểm soát vết nứt trong vận hành

Các giải pháp kiểm soát vết nứt gồm hai nhóm: phòng ngừa và khắc phục. Phòng ngừa bao gồm tối ưu hóa nhiệt độ thi công bằng cách làm mát cốt liệu và bố trí ống làm mát bên trong khối bê tông lớn. Khắc phục bao gồm bơm vữa polyurethane hoặc epoxy vào vết nứt đang hoạt động, kết hợp khoan lỗ thoát áp để giảm áp lực thấm. Hệ thống quan trắc tự động với cảm biến đo độ mở vết nứt và áp lực thấm lắp đặt tại các điểm quan trọng cung cấp dữ liệu thời gian thực hỗ trợ quyết định vận hành.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Công nghệ bê tông đầm lăn (Roller Compacted Concrete - RCC) được áp dụng rộng rãi trong xây dựng đập trọng lực nhờ ưu điểm thi công nhanh, hạ giá thành từ 25% đến 40% so với bê tông truyền thống và giảm chi phí các công trình dẫn dòng, đê quai. Tính đến năm 2007, toàn thế giới đã xây dựng trên 300 đập bê tông đầm lăn (BTĐL) tại 44 quốc gia. Tại Việt Nam, từ năm 2000 đến nay đã có trên 30 đập bê tông lớn (chiều cao trên 60 m) được xây dựng và đưa vào khai thác, tiêu biểu như đập thủy điện Sơn La (cao 138,1 m, đứng thứ 10 về chiều cao và thứ 3 về thể tích BTĐL trên thế giới tính đến năm 2006), Pleikrông (71 m), Bản Vẽ (138 m), Lai Châu (137 m), Đồng Nai 4 (129 m).

Tuy nhiên, thực tế ghi nhận hiện tượng nứt bê tông xuất hiện phổ biến tại các công trình đập BTĐL trong và ngoài nước. Căn cứ vào các số liệu điều tra kỹ thuật, nguyên nhân gây nứt do biến dạng chiếm khoảng 80% (nhiệt thủy hóa của xi măng, thay đổi nhiệt độ môi trường, co khô, lún không đều của nền móng, công tác dưỡng hộ và phân khe), trong khi nguyên nhân do tải trọng chiếm khoảng 20%. Sự hình thành và phát triển của các vết nứt làm suy giảm độ bền, ảnh hưởng trực tiếp đến tính an toàn và khả năng chịu tải của công trình trong giai đoạn vận hành. Phần lớn các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam và quốc tế tập trung vào bài toán nhiệt thủy hóa, cấp phối vật liệu và kiểm soát nứt trong giai đoạn thi công. Việc xây dựng mô hình toán học nhằm mô phỏng định lượng sự hình thành, mở rộng của vết nứt và đánh giá khả năng chịu tải của đập BTĐL trong giai đoạn vận hành dưới tác dụng đồng thời của tải trọng tĩnh và tải trọng động đất vẫn còn nhiều khoảng trống.

Luận án tiến sĩ kỹ thuật của tác giả Hà Thanh Dương với đề tài "Nghiên cứu sự hình thành và phát triển vết nứt ảnh hưởng tới khả năng chịu tải của đập trọng lực bê tông đầm lăn trong quá trình vận hành" (chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình thủy, mã số 9.02, Trường Đại học Thủy lợi, năm 2019, người hướng dẫn khoa học: PGS. Nguyễn Quang Hùng và GS. Vũ Thanh Te) được thực hiện nhằm giải quyết các mục tiêu sau:

1. Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá khả năng chịu tải của đập trọng lực bê tông đầm lăn trong giai đoạn vận hành khi tồn tại hoặc không tồn tại vết nứt ban đầu dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng tĩnh và tải trọng động.
2. Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu đập trọng lực bê tông đầm lăn đã, đang và sẽ xây dựng tại Việt Nam.
3. Phạm vi nghiên cứu: Quá trình hình thành và phát triển vết nứt trong thân đập trọng lực BTĐL do các tác động lực trong giai đoạn khai thác, vận hành.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: Kết hợp nghiên cứu lý thuyết cơ học rạn nứt, cơ học phá hủy vật liệu với mô hình toán học số trị; ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) tự thích ứng và xây dựng mô-đun tính toán tự động bằng ngôn ngữ lập trình tham số APDL (Ansys Parametric Design Language) trên nền tảng phần mềm ANSYS.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Công nghệ đập BTĐL khởi nguồn từ những năm 1960 với các công trình thử nghiệm ban đầu như đập Alpe Gera (Ý, 1961, cao 174 m), Manicouagan (Canada, 1961, cao 52 m), đập Thạch Môn (Đài Loan, 1961). Năm 1970, Jerome Raphael (Mỹ) công bố báo cáo "Đập trọng lực tối ưu", đề xuất ứng dụng thiết bị thi công đập đất vào thi công đập bê tông trọng lực. Giai đoạn 1972–1974, Cannon R.W. và Hiệp hội Kỹ sư Quân đội Hoa Kỳ (USACE) thực hiện các nghiên cứu cấp phối nghèo xi măng tại đập Lost Creek (75,6 m), dẫn đến việc xây dựng đập Willow Creek (Mỹ, 1980, cao 52 m) và Upper Stillwater (Mỹ, cao 90 m, 1,125 triệu m³ BTĐL). Tại Anh, Dunstan và Hiệp hội CIRIA nghiên cứu BTĐL hàm lượng tro bay cao từ năm 1976 tại trạm Tamara và đập Wimbleball (1979). Nhật Bản phát triển trường phái RCD (Roller-Compacted Dam) với đập Shimajigawa (1980, cao 89 m). Trung Quốc phát triển trường phái RCCD (Roller Compacted Concrete Dams) từ đập Kengkou (1986, cao 57 m) đến các đập lớn như Longtan (216,5 m), Guangzhao (200,5 m).

Về nghiên cứu mô phỏng nứt và cơ học phá hủy đập bê tông:

• L. Malvar phát triển chương trình PTHH mô phỏng quá trình phá hoại và nứt với mạng lưới phần tử cố định và tự thích ứng.
• Amir Behshad (2018) nghiên cứu ảnh hưởng của vết nứt đến khả năng chịu tải của đập dưới tải trọng động đất, xét tương tác nước - kết cấu và mô phỏng tiếp xúc bề mặt nứt bằng hệ lò xo có cản hai hướng.
• Mridha S. (2014) thực hiện thí nghiệm mô hình và mô phỏng số bằng phần mềm ABAQUS trên đập Koyna (Ấn Độ, chịu động đất năm 1967).
• Gaohui Wang (2017) phân tích phá hoại đập Koyna theo mô hình tương tác 3D đập - nước - nền.
• Shou-yan Jiang (2012) và Deeja Alora (2014) đánh giá tính ổn định của đập Koyna với hai dạng vết nứt tồn tại trong thân đập khi tăng gia tốc nền gấp 5 lần.

Tại Việt Nam, công tác nghiên cứu BTĐL bắt đầu từ năm 1990 tại Viện Khoa học Thủy lợi. Dự án đập Tân Giang (1995–1997) là công trình đầu tiên được lập thiết kế theo công nghệ BTĐL (sau chuyển sang bê tông truyền thống CVC). Đập Pleikrông (Gia Lai - Kon Tum, cao 71 m) khởi công tháng 11/2003 là đập BTĐL đầu tiên được thi công hoàn thành. Hàng loạt nghiên cứu về nứt đập BTĐL sau đó được công bố:

• Nguyễn Như Oanh (2011, 2013) phân tích nguyên nhân nứt do nhiệt, co ngót, lún nền và ảnh hưởng của cốt liệu lớn.
• Nguyễn Minh Việt (2016) nghiên cứu ứng suất nhiệt và ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay/xi măng tới nứt bề mặt.
• Đinh Hữu Dụng và Nguyễn Văn Mạo (2012) phân tích trường ứng suất thi công đập thủy điện Sơn La dưới tác động đồng thời của nhiệt và tải trọng.
• Lê Anh Vân và Nguyễn Văn Mạo (2006) đề xuất giải pháp phân khe và khống chế nhiệt tại đập Pleikrông.
• Lê Quốc Toàn, Vũ Thanh Te và Vũ Hoàng Hưng (2015) xây dựng chương trình phân tích nhiệt và ứng suất nhiệt bằng phần mềm ANSYS.
• Đỗ Văn Lượng (2008) nghiên cứu ứng suất nhiệt trong thi công đập bê tông trọng lực.
• Nguyễn Chiến (2014) tổng kết các vấn đề thiết kế đập BTĐL, đề xuất kiểm soát vết nứt ở vùng chịu nén bằng hệ thống khoan thoát nước và quan trắc.
• Nguyễn Tiến Đích (2009) đánh giá hiện tượng nứt đập Sơn La do co khô khi bóc lộ bề mặt kéo dài và khoảng cách khe ngang 31,5 m lớn hơn mức tiêu chuẩn 20 m.

Khoảng trống nghiên cứu mà luận án lựa chọn là: Các công trình nghiên cứu trong nước chủ yếu khảo sát trường nhiệt và nứt trong giai đoạn thi công. Luận án đi sâu xây dựng công cụ số mô phỏng quá trình hình thành, mở rộng vết nứt và đánh giá định lượng khả năng chịu tải tổng thể của đập BTĐL trong giai đoạn vận hành dưới tác động của tổ hợp tải trọng tĩnh và động đất.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

1. Phương pháp phần tử hữu hạn tự thích ứng

Phương pháp PTHH tự thích ứng (Adaptive FEM) tự động điều chỉnh mạng lưới phần tử nhằm tối ưu hóa độ chính xác của nghiệm số, khắc phục hiện tượng tập trung ứng suất ảo tại các điểm kỳ dị hình học (như chân đập, góc thay đổi độ dốc) hoặc vị trí tiếp giáp đập - nền. Quá trình tính toán gồm hai kỹ thuật chính:

• Kỹ thuật sinh lưới: Sử dụng các mô hình cơ bản gồm mô hình $h$ (chia nhỏ kích thước phần tử), mô hình $p$ (tăng bậc hàm dạng đa thức), mô hình $r$ (tái cấu trúc phân bố nút phần tử) và mô hình kết hợp $h-p$.
• Kỹ thuật đánh giá sai số:
  • Sai số chuyển vị: $e_u = u - \hat{u}$
  • Sai số ứng suất: $e_\sigma = \sigma - \hat{\sigma}$
  • Sai số năng lượng trên toàn miền tính toán $\Omega$:

$$|e_u| = \left( \int_\Omega e_\sigma^T D^{-1} e_\sigma , d\Omega \right)^{1/2}$$

• Sai số toàn phần $\eta$: Lưới phần tử được tự động chia nhỏ cục bộ ($N_{adapt}$) và tái lập cho đến khi thỏa mãn điều kiện hội tụ $\eta \le \eta_f$ định trước.

2. Phương pháp ứng suất tương đương PTHH (ƯSTĐ-PTHH)

Để kết hợp ưu điểm phân tích trường ứng suất chi tiết của PTHH và khả năng trung bình hóa ứng suất mặt cắt của lý thuyết Sức bền vật liệu (SBVL), phương pháp ƯSTĐ-PTHH tích phân nội lực (lực dọc $N$, mô men uốn $M$) trên từng tiết diện từ kết quả PTHH, sau đó chuẩn hóa lại ứng suất pháp theo phương đứng $\sigma_y$:

$$\sigma_y = \frac{N}{A} \pm \frac{M \cdot y}{I}$$

Phương pháp này loại bỏ các giá trị ứng suất cực đại cục bộ do chia lưới tại góc tiếp giáp, cung cấp chỉ tiêu ứng suất đồng nhất phục vụ đánh giá ổn định theo tiêu chuẩn thiết kế.

3. Mô hình phá hoại vật liệu và phần mềm tính toán

• Mô hình bê tông phi tuyến: Sử dụng tiêu chuẩn phá hoại William-Warnke tích hợp trong ANSYS với các thông số cơ lý: cường độ chịu nén $f_c$, cường độ chịu kéo $f_t$, hệ số truyền lực cắt khi vết nứt mở $\beta$ và hệ số truyền lực cắt khi vết nứt đóng $\alpha$.
• Xử lý điều kiện biên động đất: Ứng dụng mô hình biên đàn hồi - cản nhớt (hệ thống phần tử lò xo và cản nhớt) nhằm mô phỏng môi trường bán không gian vô hạn của nền đá, triệt tiêu phản xạ sóng ứng suất nhân tạo dội ngược vào đập.
• Xây dựng chương trình RCCD_FAILURE: Tác giả lập trình mô-đun tính toán tự động bằng ngôn ngữ APDL trong ANSYS. Chương trình được kiểm chứng độ tin cậy thông qua việc tái lập kết quả thực nghiệm và số trị của đập Koyna (Ấn Độ), đập Guandi (Trung Quốc) và đập Đồng Nai 4 (Việt Nam).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về nứt đập bê tông đầm lăn và những vấn đề nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở kỹ thuật, vật liệu, công nghệ thi công và tình hình xây dựng đập BTĐL trên thế giới và tại Việt Nam.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                        ĐẶC ĐIỂM 3 TRƯỜNG PHÁI KẾT CẤU ĐẬP BTĐL                   |
+-------------------+-------------------------------+-------------------------------+
| Trường phái       | Cấu tạo mặt cắt đập           | Biện pháp chống thấm          |
+-------------------+-------------------------------+-------------------------------+
| Hoa Kỳ (RCC)      | Hoàn toàn bằng BTĐL           | Dán màng PVC thượng lưu hoặc  |
|                   | nghèo xi măng                 | tấm panen BTCT                |
+-------------------+-------------------------------+-------------------------------+
| Nhật Bản (RCD)    | Cấu trúc "vàng bọc bạc"       | Lớp vỏ ngoài BTCT truyền thống|
|                   | (lõi BTĐL, vỏ CVC)            | mác cao                       |
+-------------------+-------------------------------+-------------------------------+
| Trung Quốc (RCCD) | Toàn mặt cắt BTĐL phân vùng   | BTĐL cấp phối II giàu chất kết|
|                   |                               | dính kết hợp bê tông biến thái|
+-------------------+-------------------------------+-------------------------------+

Chương 1 cũng tổng hợp số liệu thống kê về các đập BTĐL quy mô lớn trên thế giới và danh mục hơn 20 đập BTĐL trọng điểm tại Việt Nam.

STT	Tên công trình đập	Chiều cao (m)	Địa điểm xây dựng	Thời điểm khởi công
1	Pleikrông	71,0	Kon Tum	11/2003
2	Định Bình	52,3	Bình Định	05/2003
3	A Vương	70,0	Quảng Nam	08/2003
4	Sê San 4	80,0	Gia Lai	11/2004
5	Đồng Nai 3	110,0	Đắk Nông	12/2004
6	Đồng Nai 4	129,0	Đắk Nông	12/2004
7	Bản Vẽ	138,0	Nghệ An	2005
8	Sơn La	138,1	Sơn La	12/2005
9	Bản Chát	125,0	Lai Châu	12/2008
10	Lai Châu	137,0	Lai Châu	01/2011

Về vật liệu, BTĐL có hàm lượng chất kết dính thông thường từ 130 đến 190 kg/m³ (với đập chống thấm có thể đạt 200–220 kg/m³), tỷ lệ nước/chất kết dính từ 0,45 đến 0,60, tỷ lệ cát từ 30% đến 38%, giá trị độ linh hoạt VC từ 8 đến 12 giây. Chương này kết luận rằng nghiên cứu mô phỏng số về sự phát triển vết nứt dưới tác dụng của tải trọng vận hành là yêu cầu cấp thiết chưa được giải quyết đầy đủ.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán sự hình thành và phát triển vết nứt đập bê tông đầm lăn

Chương 2 trình bày chi tiết thuật toán phần tử hữu hạn tự thích ứng mô hình $h$, giải pháp đánh giá sai số năng lượng và phương pháp ứng suất tương đương ƯSTĐ-PTHH. Tác giả xây dựng chương trình tính toán RCCD_FAILURE bằng ngôn ngữ APDL trên ANSYS, tích hợp mô hình vật liệu bê tông phi tuyến và điều kiện biên cản nhớt.

Độ tin cậy của thuật toán được xác thực thông qua bài toán đập bê tông Koyna (chịu trận động đất tháng 11/1967). Kết quả tính toán mô phỏng đường phát triển vết nứt và vùng phá hoại cục bộ bằng chương trình hoàn toàn trùng khớp với kết quả thí nghiệm mô hình của Mridha S. (2014) và kết quả mô phỏng số của Gaohui Wang (2017). Chương trình tiếp tục được kiểm chứng qua đập Guandi (Trung Quốc) cho cả bài toán 2D và 3D, khẳng định tính chính xác của công cụ số trước khi áp dụng vào các bài toán kết cấu phức tạp.

Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của nứt tới khả năng chịu tải đập bê tông đầm lăn

Chương 3 tiến hành mô phỏng và phân tích ứng xử cơ học của đập trọng lực BTĐL dưới các kịch bản xuất hiện vết nứt khác nhau trong thân đập:

1. Kịch bản 1 - Vết nứt ngang tại chân thượng lưu: Dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng cơ bản (trọng lượng bản thân, áp lực nước tĩnh), vết nứt phát triển chậm. Khi xuất hiện tải trọng động đất trong tổ hợp đặc biệt, ứng suất kéo tập trung tại đỉnh vết nứt làm vết nứt mở rộng dần theo phương nghiêng hướng về phía hạ lưu.
2. Kịch bản 2 - Vết nứt đứng xuyên từ nền: Mô phỏng sự mở rộng vết nứt đứng dưới tác động của gia tốc nền động đất Koyna với các hệ số nhân gia tốc $1\times$, $2\times$, $3\times$ và $4\times$. Kết quả chỉ ra rằng khi gia tốc tăng gấp 3 đến 4 lần, vết nứt tại nền phát triển mạnh hướng lên trên kết hợp với vết nứt phát sinh mới ở chân thượng lưu, làm suy giảm chuyển vị đỉnh đập nhưng đập chưa bị sụp đổ hoàn toàn.
3. Kịch bản 3 - Vết nứt dọc trục trong thân đập: Khảo sát trạng thái ứng suất biến dạng và chuyển vị ngang đỉnh đập.
4. Kịch bản 4 - Nhiều vết nứt xuất hiện đồng thời: Đánh giá sự tương tác giữa các vết nứt chân đập và thân đập, xác định cơ chế phá hoại cục bộ và điều kiện dẫn tới mất ổn định tổng thể.

Chương 4: Nghiên cứu sự hình thành và phát triển nứt đập bê tông đầm lăn Sơn La

Chương 4 áp dụng chương trình số đã xây dựng vào bài toán đập thủy điện Sơn La (đập trọng lực BTĐL có chiều cao lớn nhất 138,1 m).

• Thông số đầu vào: Sử dụng băng gia tốc số 1a (xấp xỉ phổ động đất thiết kế cực đại MDE) và băng gia tốc số 4a (xấp xỉ phổ động đất cơ sở vận hành OBE).
• Hiện trạng nứt công trình: Khảo sát các vết nứt thực tế phát sinh trong quá trình thi công tại các khối đổ C2, C3, C4, C5 và tường hành lang (do co khô khi mặt bê tông bóc lộ kéo dài và khoảng cách khe co giãn ngang 31,5 m).
• Kết quả tính toán mô phỏng:
  • Trường hợp 1 (tồn tại vết nứt tại khối C2): Dưới tổ hợp tải trọng cơ bản và tổ hợp cực đoan có động đất MDE, vết nứt ban đầu tại khối C2 có xu hướng khép lại hoặc chỉ mở rộng cục bộ trong phạm vi hẹp. Chuyển vị đỉnh đập và phân bố ứng suất chính $\sigma_1$ vẫn nằm trong giới hạn cho phép.
  • Trường hợp 2 (tồn tại vết nứt tại khối C3): Vết nứt tại khối C3 không lan truyền cắt qua toàn bộ mặt cắt đập. Vùng nứt tập trung cục bộ không làm suy giảm khả năng chịu tải tổng thể của công trình.
• Đánh giá an toàn: Luận án kết luận đập BTĐL Sơn La vẫn bảo đảm khả năng chịu tải và ổn định kết cấu an toàn trong giai đoạn vận hành dưới các kịch bản tải trọng tính toán khi tồn tại các vết nứt thi công ban đầu.

---

Kết quả và những đóng góp mới

1. Đóng góp mới về lý luận và khoa học

• Xây dựng thành công thuật toán và mô-đun chương trình tính toán RCCD_FAILURE bằng ngôn ngữ thiết kế tham số APDL trên nền tảng phần mềm ANSYS. Chương trình tích hợp phương pháp phần tử hữu hạn tự thích ứng mô hình $h$ với tiêu chuẩn phá hoại phi tuyến của vật liệu bê tông và điều kiện biên đàn hồi - cản nhớt.
• Đề xuất và ứng dụng phương pháp ứng suất tương đương (ƯSTĐ-PTHH) giúp xử lý triệt để hiện tượng tập trung ứng suất ảo tại biên tiếp giáp đập - nền và các vị trí thay đổi hình học đột ngột, tạo cơ sở đối chiếu chuẩn xác với phương pháp Sức bền vật liệu trong tiêu chuẩn thiết kế.
• Làm rõ cơ chế hình thành, mở rộng và phân nhánh của các dạng vết nứt điển hình (nứt ngang chân thượng lưu, nứt đứng xuyên nền, nứt thân đập) trong đập trọng lực BTĐL dưới tác dụng của tải trọng tĩnh và dao động động đất theo thời gian.

2. Đóng góp mới về thực tiễn

• Cung cấp công cụ số tin cậy cho phép các kỹ sư công trình thủy phân tích, mô phỏng diễn biến nứt và kiểm tra khả năng chịu lực của đập BTĐL.
• Đưa ra kết quả đánh giá định lượng khẳng định đập thủy điện Sơn La vẫn đảm bảo an toàn chịu lực tổng thể trong quá trình vận hành dù tồn tại một số vết nứt ban đầu phát sinh trong giai đoạn thi công tại các khối đổ C2, C3.

3. Kiến nghị và giải pháp đề xuất

• Đối với các công trình đập BTĐL xây dựng mới, cần bố trí khoảng cách khe co giãn ngang hợp lý từ 16 m đến 20 m (không vượt quá 20 m) và sử dụng khối đúc tạo khe chế tạo sẵn để tránh nứt do nhiệt và co khô.
• Đối với các vết nứt đã xuất hiện ở vùng chịu nén trong thân đập, cần tiến hành khoan thoát nước giảm áp lực kẽ nứt và bố trí hệ thống thiết bị quan trắc chuyên dụng để theo dõi động thái phát triển vết nứt trong suốt quá trình vận hành.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Luận án chủ yếu giải quyết bài toán mô phỏng nứt trên mô hình hình học phẳng (bài toán 2D) cho mặt cắt đập đại diện; chưa xét đầy đủ hiệu ứng không gian 3 chiều tương tác phức tạp giữa vòm đập, thung lũng bờ đá và nền địa chất dị tính.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  1. Mở rộng chương trình tính toán APDL cho bài toán 3 chiều tương tác đồng thời đập - nước hồ chứa - nền vô hạn dưới tác động của sóng động đất đa chiều.
  2. Xét thêm ảnh hưởng của áp lực nước ngấm động truyền trực tiếp vào bên trong kẽ nứt (khi vết nứt mở rộng tiếp xúc với nước thượng lưu).
  3. Bổ sung mô hình suy giảm đặc trưng cơ lý vật liệu BTĐL theo thời gian dài hạn dưới tác động của môi trường xâm thực và tải trọng lặp chu kỳ.

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị chuyên môn cao đối với các nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học ngành Công trình thủy, Xây dựng thủy điện: Tham khảo cơ sở lý thuyết PTHH tự thích ứng, thuật toán đánh giá sai số năng lượng và kỹ thuật lập trình tham số APDL trong ANSYS.
• Kỹ sư thiết kế, tư vấn thẩm tra: Ứng dụng phương pháp ƯSTĐ-PTHH để tính toán nội lực mặt cắt và đánh giá ứng xử của kết cấu đập bê tông khối lớn khi xuất hiện khuyết tật nứt.
• Cơ quan quản lý khai thác hồ đập: Sử dụng các kết quả phân tích ổn định đập Sơn La và các kịch bản nứt làm cơ sở khoa học để xây dựng quy trình quan trắc an toàn đập, kiểm soát vết nứt và vận hành hồ chứa an toàn.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tỷ lệ nguyên nhân gây ra nứt kết cấu đập bê tông theo số liệu tổng kết trong luận án là bao nhiêu?
Theo các tài liệu điều tra kỹ thuật được tổng kết trong luận án, nguyên nhân gây nứt đập bê tông thuộc về biến dạng là chính (chiếm khoảng 80%), trong khi nguyên nhân do tải trọng chiếm khoảng 20%. Trong thực tế, nứt thường là kết quả của sự tác động đồng thời giữa biến dạng và tải trọng.

2. Đặc trưng cấp phối vật liệu và tỷ lệ kháng kéo/kháng nén của BTĐL khác gì so với bê tông truyền thống?
BTĐL sử dụng lượng xi măng thấp (thường từ 60–90 kg/m³ ở đập nghèo xi măng hoặc 130–190 kg/m³ ở cấp phối thông thường) và trộn tỷ lệ tro bay/puzơlan cao (50%–70%). Tỷ lệ cường độ kháng kéo trên kháng nén của bê tông truyền thống là 0,08–0,105, trong khi ở thời đoạn sau của BTĐL tỷ lệ này đạt 0,12–0,14, giúp BTĐL có độ dẻo dai và tính chống nứt tốt hơn.

3. Tại sao cần kết hợp phương pháp PTHH tự thích ứng và phương pháp ƯSTĐ-PTHH?
Phương pháp PTHH đàn hồi thông thường hay xuất hiện vùng tập trung ứng suất cục bộ rất lớn tại góc chân đập và mặt nền do ảnh hưởng của kích thước lưới chia. Phương pháp PTHH tự thích ứng giúp tối ưu hóa lưới để kiểm soát sai số năng lượng, trong khi phương pháp ƯSTĐ-PTHH tích phân nội lực trên mặt cắt để tính lại ứng suất trung bình theo Sức bền vật liệu, giúp loại bỏ ứng suất tập trung ảo và phục vụ đánh giá ổn định theo tiêu chuẩn thiết kế.

4. Vì sao đập thủy điện Sơn La xuất hiện vết nứt trong giai đoạn thi công tại các khối C2, C3, C4, C5?
Theo các đánh giá chuyên gia được luận án dẫn chứng, các vết nứt sinh ra do hiện tượng co khô khi bề mặt khối đổ bị bóc lộ quá lâu ngoài không khí và khoảng cách bố trí khe co giãn ngang thiết kế là 31,5 m (lớn hơn giới hạn khuyến nghị 20 m), kết hợp với biên độ dao động nhiệt độ ngày đêm và xung nhiệt mùa đông.

5. Kết quả tính toán mô phỏng đập Sơn La dưới tải trọng động đất MDE cho thấy điều gì?
Kết quả mô phỏng cho thấy các vết nứt thi công ban đầu tại khối C2 và C3 chỉ mở rộng cục bộ trong phạm vi hẹp quanh vị trí vết nứt mà không lan truyền cắt qua thân đập; chuyển vị ngang và ứng suất tổng thể của công trình vẫn đảm bảo điều kiện an toàn chịu lực dưới tổ hợp tải trọng đặc biệt có động đất.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Hà Thanh Dương đã giải quyết bài toán mô phỏng sự hình thành và phát triển vết nứt trong đập trọng lực bê tông đầm lăn bằng phương pháp phần tử hữu hạn tự thích ứng trên nền tảng ANSYS/APDL. Các kết quả nghiên cứu lý thuyết được kiểm chứng qua các đập chuẩn quốc tế (Koyna, Guandi) và áp dụng thành công cho bài toán đập thủy điện Sơn La dưới các tổ hợp tải trọng tĩnh và động đất. Công trình khẳng định cơ sở khoa học về an toàn chịu lực của đập Sơn La khi tồn tại vết nứt thi công ban đầu, đồng thời cung cấp phương pháp luận số trị tin cậy phục vụ thiết kế và quản lý an toàn đập BTĐL tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam là một quốc gia có nguồn tài nguyên nước phong phú, có 2.360 con sông chiều dài trên 10km, trong đó 9 hệ thống sông chính có diện tích lưu vực hơn 10. Việt Nam cũng là nước có truyền thống phát triển công trình thủy lợi, từ nhiều thế kỷ trước đó đã xây dựng các hệ thống đê sông và kênh đào dùng cho cấp nước và vận tải thủy. Sau năm 1954, dưới sự trợ giúp kỹ thuật của Liên Xô và Trung Quốc, Việt Nam đã xây dựng được một vài nhà máy thủy điện lớn như Thác Bà (tổng dung lượng lắp máy 120MW, đập đất đá cao 48m); Hòa Bình (tổng dung lượng lắp máy 1.920MW, đập đá đổ lõi sét cao 128m).

Theo tài liệu thống kê của Hội đập lớn và phát triển nguồn nước Việt Nam, tính đến nay Việt Nam đã xây dựng được khoảng 6.500 đập lớn nhỏ phân bố ở 41/64 tỉnh thành, trong đó có 560 hồ chứa có dung tích nước lớn trên 3 triệu m3 hoặc đập cao trên 15m và chủ yếu tập trung ở miền Bắc và Nam Trung bộ, Tây Nguyên. Các loại đập được xây dựng ở Việt Nam chủ yếu là đập đất đá, đập đất, đập bê tông rất ít. Từ năm 2000 trở lại đây, cùng với sự phát triển của các dự án thủy điện lớn, đập bê tông được xây dựng khá nhiều. Tính đến nay Việt Nam đã và đang thi công trên 30 đập bê tông lớn (đập cao trên 60m).

Bê tông đầm lăn (RCC – Roller Compacted Concrete) theo Viện nghiên cứu bê tông của Mỹ (ACI) là loại “bê tông được đầm bằng máy đầm lăn; hỗn hợp bê tông ở dạng chưa đông cứng có khả năng hỗ trợ cho máy đầm khi hoạt động đầm”. Như vậy, bê tông đầm lăn (BTĐL) là loại bê tông được làm chặt bằng phương pháp đầm lăn, khác với bê tông truyền thống được làm chặt bằng phương pháp đầm rung. Sử dụng BTĐL được coi như một bước phát triển đột phá trong công nghệ xây dựng đập bê tông trọng lực nói riêng, xây dựng đập công trình thủy lợi, thủy điện nói chung. Với những ưu điểm vượt trội của BTĐL đó là: lượng dùng xi măng thấp, tỷ lệ nước/chất kết dính thấp, lượng nước chỉ vừa đủ cho sự thủy hóa của xi măng và các điều này đã góp phần làm giảm thiểu khả năng nứt do nhiệt thủy hóa của xi măng và nứt do co ngót của bê tông; Hơn thế nữa, do tốc độ thi công BTĐL nhanh, nhất là đối với thi công các đập có mặt bằng thi công rộng, khối lượng bê tông lớn tạo ra giá thành công trình giảm, đạt hiệu quả kinh tế cao.

Tính kinh tế và việc thi công thành công BTDL đã nhanh chóng được công nhận trên toàn thế giới và được xem là sự phát triển quan trọng nhất trong công nghệ xây dựng đập trong suốt hơn 40 năm qua. Theo báo cáo của Hội đập lớn thế giới (Hội nghị quốc tế lần thứ 5 về BTĐL tháng 02/2007), số lượng đập BTĐL không ngừng tăng lên theo thời gian. Tính đến nay toàn thế giới đã xây dựng được trên 300 1 đập BTĐL phân bố trên 44 quốc gia, đứng đầu là Trung Quốc, Nhật, Mỹ, Braxin, Tây Ban Nha .v… Mặc dù đi sau các nước trên thế giới và khu vực về việc áp dụng công nghệ BTĐL trong xây dựng đập. Tuy nhiên, đến nay có thể nói Việt Nam đã chính thức có tên trên bản đồ công nghệ BTĐL của thế giới.

Đã có trên 30 đập trọng lực thi công bằng công nghệ BTĐL tại Việt Nam. Theo báo cáo của Dustan M. tại Hội nghị xây dựng đập BTĐL, do Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) tổ chức tại Hà nội tháng 4 năm 2007, đập BTĐL thủy điện Sơn La đứng thứ 10 về chiều cao và đứng thứ 3 về khối lượng bê tông trong số 10 đập bê tông lớn nhất thế giới, tính đến năm 2006. Từ năm 2000 trở lại đây, cùng với sự phát triển của các dự án thủy điện lớn, đập bê tông được xây dựng khá nhiều.

Một vài đập điển hình như; Định Bình (hoàn thành năm 2009, cao 54m); tiếp theo là các đập Pleikrong (đập trọng lực BTĐL, đây là đập trọng lực BTĐL đầu tiên ở Việt Nam, cao 73m); A Vương (đập trọng lực BTĐL, cao 83m); Đồng Nai 3 (đập trọng lực BTĐL, cao 108m); Bản Vẽ (đập trọng lực BTĐL, cao 137m); Sơn La (đập trọng lực BTĐL, cao 138,1m); Huội Quảng (đập trọng lực bê tông truyền thống, cao 104m), Lai Châu (đập trọng lực BTĐL, cao 137m)…Từ nay đến năm 2020, số lượng đập lớn sẽ được xây dựng ở Việt Nam không ngừng tăng lên. Một vài đập thủy điện như Trung Sơn, A Sáp, Sông Bung 4, Thượng Kon Tum, nước trong, Tân Mỹ… đang dần được hoàn thành trong đó nhiều đập trong số này sử dụng vật liệu BTĐL. Mặc dù đập bê tông xuất hiện khá muộn so với các loại đập khác như đập đất, đập đá xây., nhưng do bê tông có thể phối chế thành các loại kết cấu bê tông có cường độ khác nhau, tính năng khác nhau và hình dạng khác nhau, đồng thời có sẵn tính bền khá tốt, ngoài ra chịu được sự tác động ăn mòn của môi trường, nên có thể nói nó có tuổi thọ khá cao. Trên thế giới, cùng với tích lũy kinh nghiệm và trình độ khoa học kỹ thuật không ngừng được nâng cao, xu thế xây dựng đập càng ngày càng cao, chiều dài của đập cũng tăng lớn, ứng suất cho phép thiết kế nâng cao rõ rệt, đối với điều kiện địa hình địa chất cũng được mở rộng, thậm chí dưới điều kiện địa hình địa chất kém cũng đã xây dựng không ít đập bê tông.

Tuy nhiên hiện tượng nứt đập bê tông dường như là phổ biến trong các đập đã xây dựng. Nguyên nhân gây ra nứt bê tông rất phức tạp, ảnh hưởng đến công năng kết cấu cũng khác nhau. Nguyên nhân gây ra nứt có thể chỉ ra như sau: Bê tông là loại vật liệu có đặc tính vật lý và cơ học biến đổi rất nhiều theo thời gian. Nứt có thể do quá trình ninh kết bê tông tạo nên.

Ở các khối bê tông lớn, nhiệt tỏa ra từ phản ứng hóa học chậm thoát ra ngoài làm cho bê tông bị nóng lên và ứng suất nhiệt là 2 nguyên nhân gây ra nứt. Ngoài ra nứt có thể do việc bảo dưỡng bê tông trong quá trình đông cứng chưa tốt. Do thay đổi nhiệt độ và độ ẩm cùng với sự lún không đều cũng gây ra nứt. Nứt do sự co ngót của bê tông gây ra.

Do công tác thi công (vận chuyển, đầm, dưỡng hộ.) cũng gây ra nứt. Do trong cốt liệu bê tông hàm chứa một vài khoáng vật nào đó và các lỗ rỗng dẫn đến nứt. Do tải trọng tĩnh và tải trọng động trong giai đoạn thi công và vận hành gây ra nứt. Những vết nứt tồn tại trong công trình có thể ảnh hưởng rất lớn đến tính an toàn, tính thực dụng và tính bền của đập bê tông.

Nếu vết nứt phát triển có thể là một trong những nguyên nhân dẫn đến phá hoại công trình. Vì vậy, thường xem sự hiện diện của vết nứt trong công trình là dấu hiệu của sự nguy hiểm. Căn cứ vào tài liệu điều tra trong và ngoài nước, nguyên nhân gây ra nứt kết cấu công trình thuộc về biến dạng là chính và chiếm tới 80%, do tải trọng là chính chiếm khoảng 20%. Trong thực tế, sự hình thành và phát triển nứt thông thường là do ảnh hưởng của kết quả của tác dụng đồng thời biến dạng và tải trọng.

Do vậy, nhận biết chính xác nguyên nhân gây ra nứt và cơ chế, nghiên cứu điều kiện phát triển vết nứt bê tông, mô phỏng hợp lý tác dụng vết nứt có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Từ những năm 60 của thế kỷ 20, nhiều học giả quốc tế vận dụng cơ học rạn nứt, cơ học phá hủy để nghiên cứu nứt bê tông. Về phương diện kỹ thuật mô phỏng phát triển vết nứt trên máy tính, nhiều học giả nước ngoài cũng như trong nước cũng đã làm rất nhiều công việc cụ thể, sử dụng rất nhiều phương pháp mới như: phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp lưu hình, phương pháp phần tử biên, phương pháp phân hình hình học. Nhưng nói chung vẫn chưa giải quyết thấu đáo, đặc biệt đối với điều kiện nghiên cứu ở Việt Nam còn nhiều hạn chế.

Sự phát triển cường độ kháng kéo của bê tông là tương đối thấp và đặc biệt đối với thời gian đầu phát triển cường độ của BTĐL rất dễ dẫn tới nứt do nguyên nhân ứng suất kéo gây ra và những vết nứt này thường ảnh hưởng đến tính năng cơ bản của cấu kiện kết cấu bê tông. Việc mô phỏng hợp lý, có hiệu quả từ đầu đến cuối quá trình phát sinh phát triển nứt là vấn đề quan trọng của phân tích phần tử hữu hạn trong bài toán phân tích đập BTĐL trong quá trình thi công cũng như vận hành sau này. 3 Khi Việt Nam sẽ còn xây dựng nhiều đập bê tông trong đó có nhiều đập thi công bằng công nghệ BTĐL, việc nghiên cứu khống chế nứt và hạn chế phát triển vết nứt là việc làm cần thiết, nó đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn công trình. Từ những lý do này, đề tài tập trung đi sâu nghiên cứu sự phát triển của những vùng ứng suất cục bộ trong thân đập dẫn tới hình thành và phát triển vết nứt ảnh hưởng tới khả năng chịu tải của đập BTĐL, là một vấn đề vẫn mang tính thời sự và có ý nghĩa khoa học, thực tiễn góp phần đánh giá khả năng chịu lực của đập trọng lực BTĐL trong giai đoạn vận hành dưới tác dụng của tải trọng tĩnh và tải trọng động.

Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá được khả năng chịu tải của đập trọng lực bê tông đầm lăn trong giai đoạn vận hành khi tồn tại hoặc không tồn tại vết nứt ban đầu dưới tác dụng của tải trọng tĩnh và động. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3. Đối tượng nghiên cứu Các đập trọng lực BTĐL đã, đang và sẽ xây dựng ở Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu Sự hình thành và phát triển vết nứt trong thân đập trọng lực BTĐL do lực trong quá trình vận hành gây ra.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 4. Cách tiếp cận Luận án tiếp cận cả lý thuyết và thực tiễn để nghiên cứu, phân tích và giải quyết các mục tiêu đặt ra. Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu phổ biến ở trong nước và trên thế giới.