CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Các nghiên cứu trên thế giới [1] đã nghiên cứu module của đất và hệ số nhớt cho phân tích động đất. Nghiên cứu này đã tổng kết những dữ liệu có thể sử dụng để xác định giá trị module và hệ số nhớt cũng như hướng dẫn cách chọn lựa những đặc trưng của đất để sử dụng trong quá trình phân tích động đất. [2] đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của tính dẻo của đất đến khả năng ứng xử khi chịu tải tuần hoàn. Nghiên cứu đưa ra kết luận chỉ số dẻo (PI) là yếu tố chính kiểm soát vị trí của đường cong quan hệ giữa độ giảm module G/Gmax và c , đường cong quan hệ giữa hệ số nhớt và c cho các loại đất nằm trong khoảng từ sét đến cát.
[3] nghiên cứu mối quan hệ giữa module cắt động đất với hệ số nhớt của cát và sét. Kết quả cho ra công thức tương quan giữa module cắt động đất với hệ số nhớt. [4] đã nghiên cứu ảnh hưởng của động đất tới áp lực nước lỗ rỗng tác dụng lên nền móng. Nghiên cứu chỉ ra rằng sự biến thiên của áp lực nước lỗ rỗng có liên quan đến sự lan truyền vận tốc của sóng động đất, điều này làm ảnh hưởng đến các thông số của đất trong mô hình tích phân.
Khi tính toán nền móng có xét đến áp lực nước lỗ rỗng sẽ cho kết quả chuyển vị và xoay biến thiên nhiều hơn. Với giá trị hệ số thể hiện mối quan hệ giữa đặc trưng của đất và điều kiện thí nghiệm nhỏ thì áp lực nước lỗ rỗng tăng lên theo tốc độ ngày càng nhanh trong các chu kỳ cuối của tải. [5] đã nghiên cứu phương pháp bán thực nghiệm đánh giá tiềm năng hoá lỏng khi có động đất. Nghiên cứu đưa ra kết luận bất kỳ đánh giá hoá lỏng nào cũng phụ thuộc trực tiếp vào độ chính xác đặc trưng đất tại hiện trường và trong phòng.
Do đó cần tiến hành phương pháp thí nghiệm tại hiện trường song song với tính toán kinh nghiệm để có cơ sở so sánh. [6] đã nghiên cứu chỉ tiêu độ nhạy hoá lỏng của đất hạt mịn và đất sét. Kết quả của nghiên cứu chỉ ra: đối với đất hạt mịn có ứng xử như sét, cường độ kháng cắt không thoát nước tuần hoàn và đều có liên quan đến trạng thái ứng suất ban đầu. Cường độ kháng cắt tuần hoàn này có thể được ước tính dựa trên số liệu thí nghiệm tại hiện trường, thí nghiệm trong phòng, và có thể xác định dựa vào mối tương quan với 4 cường độ kháng cắt không thoát nước đều của đất (ví dụ như đất trầm tích) (Boulanger và Idriss 2004).
Đất hạt mịn có ứng xử như cát, cường độ tuần hoàn có thể được ước tính bởi mối tương quan giữa giá trị SPT và CPT dựa trên sự hoá lỏng tương ứng.2 Các nghiên cứu trong nước [7] nghiên cứu khả năng hóa lỏng của nền đê Hữu Hồng do động đất. Kết quả cho thấy cấp động đất, mô hình đất (đàn hồi tuyến tính và đàn hồi tuyến tính tương đương) đều có ảnh hưởng đến khả năng hóa lỏng của đất. Cấp động đất càng lớn thì phạm vi hóa lỏng càng phát triển rộng, mô hình tuyến tính tương đương cho phạm vi hóa lỏng nhỏ hơn mô hình đàn hồi tuyến tính. [8] nghiên cứu ổn định của đập đất dưới ảnh hưởng của động đất.
Nghiên cứu này đưa ra kết luận phân tích động đất theo phương pháp tĩnh lực không phù hợp với ứng xử của đập đất, kết quả không an toàn cho ổn định trượt mái đập đất, phân tích động đất theo phương pháp động phù hợp với thực tế, cho kết quả an toàn khi có động đất thực xảy ra. [9] nghiên cứu hiện tượng hoá lỏng do động đất đối với đập vật liệu địa phương. 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỚ LÝ THUYẾT 2.1 Động đất Động đất hay địa chấn là một sự rung chuyển của mặt đất. Động đất xảy ra hằng ngày trên trái đất, nhưng hầu hết là không đáng kể.
Động đất có thể gây ra lở đất, đất nứt, sóng thần, nước triều giả, hoá lỏng…Điểm mà các sóng địa chấn bắt đầu được gọi là chấn tiêu, hình chiếu của điểm này lên mặt đất được gọi là chấn tâm. Có bốn loại sóng địa chấn được tạo ra cùng lúc. Tuy nhiên, chúng có vận tốc khác nhau và có thể ghi nhận được theo thứ tự như sau: sóng P, sóng S, sóng Love và sóng Rayleigh.2 Thông số động đất 2.1 Độ lớn động đất Cơ sở để xác định cấp động đất theo thang động đất dựa vào sự cảm nhận của con người, mức độ phá huỷ các công trình xây dựng hay mức độ huỷ hoại và biến dạng của mặt đất, nhưng chưa thể hiện được độ lớn tổng thể, quy mô của trận động đất.Richter (1935) đã đưa ra đơn vị nhằm xác định độ lớn của trận động đất hay còn gọi là độ Richter, ký hiệu là: M. Theo định nghĩa: độ Richter là logarit cơ số 10 của biên độ lớn nhất của dao động nền đất đo bằng micromet ( m 106 m ) trên băng ghi của địa chấn kế Wood-Anderson đặt cách tâm chấn 100km.
Độ lớn của động đất được biểu diễn thông qua biểu thức: M log A (2.1) Trong đó: A: biên độ dao động cực đại (mm) với chu kỳ tiêu chuẩn 0.8s cách tâm chấn 100km. Mối quan hệ giữa độ lớn động đất M (độ Richter) và cường độ động đất I được biểu diễn qua công thức Blake-Shebaline: I 1.2) Trong đó: h: độ sâu chấn tiêu, km; 6 d: khoảng cách từ điểm đang xét tới chấn tâm, km. Cần lưu ý, không nên nhầm lẫn giữa độ lớn động đất M (biểu thị phần năng lượng được giải phóng) và cường độ động đất I (biểu thị sự phá hoại trên mặt đất tại một điểm nào đó khi động đất xảy ra). Có thể biểu diễn gần đúng mối liên hệ giữa độ lớn động đất M, gia tốc đỉnh amax và cấp động đất như trong Bảng 2.1 Quan hệ tương đối giữa độ lớn động đất, gia tốc đỉnh và cấp động đất [10] Độ lớn động đất Gia tốc đỉnh Chu kỳ dao động Cấp động đất M amax đất nền (theo thang MM) ≤2 -- -- I-II 3 -- -- III 4 -- -- IV-V 5 0,09g 2s VI-VII 6 0,22g 12s VII-VIII 7 0,37g 24s IX-X ≥8 ≥0,50g ≥34s XI-XII 2.2 Cấp động đất (Earthquake magnitude) Cường độ chấn động mà động đất gây ra trên mặt đất được đánh giá theo các thang phân bậc mức độ tác động của động đất đối với các kiểu nhà cửa, công trình, đồ vật, con người và biến dạng mặt đất.
Hiện nay, trên thế giới thường sử dụng thang MSK-64 (Medvedev-Sponheuer- Karnik) để đánh giá cường độ chấn động. Thang MSK-64, được Hội đồng địa chấn Châu Âu thông qua năm 1964, chia cường độ chấn động thành 12 cấp và được ghi tóm tắt tại Bảng 2.2 Ngoài thang MSK-64, tại khu vực Bắc Mỹ còn sử dụng thang Mercalli cải biến (Modified Mercalli Scale, MM). Thang MM gồm 12 cấp và nói chung là trùng với thang MSK-64. Nhật Bản sử dụng thang JMA chỉ gồm có 7 cấp.2 Thang cấp động đất theo MSK-64 Cấp Cường Hậu quả tác động động đất động độ động Lên con người Lên công trình XD Lên môi trường đất đất I Không Không cảm nhận đáng kể được II Rất nhẹ Cảm nhận rất nhẹ III Nhẹ Chủ yếu những người đang nghỉ ngơi mới cảm nhận được IV Hơi mạnh Người ở trong nhà Kính cửa sổ bị rung cảm nhận được V Tương Người ở trong và Các đồ vật treo đung đối mạnh ngoài nhà cảm đưa, các bức tranh nhận được, người treo trên tường bị đang ngủ thức dậy dịch chuyển VI Mạnh Nhiều người hoảng Kết cấu bị hư hỏng Một vài vết nứt sợ nhẹ, các vết nứt nhỏ ở nhỏ trên nền đất lớp trát.
ướt VII Rất mạnh Nhiều người chạy Hư hỏng lớn kết cấu, Đất ở các sườn khỏi nhà xuất hiện vết nứt ở dốc bị trượt tường và ống khói VIII Thiệt hại Tất cả mọi người Nhà bị hư hại, xuất Mực nước giếng hoảng sợ hiện vết nứt trong thay đổi, đường khối xây, tường chắn đắp bị trượt mái và đầu hồi bị đổ IX Thiệt hại Sợ hãi Nhà bị hư hỏng diện Nền đất bị nứt, lớn rộng, tường và mái bị bị trượt đổ X Cực kỳ Sợ hãi bao trùm Nhà cửa bị hư hỏng Bề mặt đất bị thiệt hại toàn bộ, nhiều nhà bị thay đổi, xuất đổ hiện nhiều giếng nước mới XI Hủy diệt Sợ hãi bao trùm Các công trình xây dựng chắc chắn bị hư hỏng nghiêm trọng XII Hủy diệt Sợ hãi bao trùm Nhà và các công trình Bề mặt đất bị toàn bộ xây dựng khác bị đổ thay đổi, xuất hoàn toàn hiện nhiều giếng nước mới Mối liên hệ giữa gia tốc đỉnh và cấp động đất được biểu thị trong Bảng 2.3 Mối quan hệ tương đối giữa gia tốc đỉnh và cấp động đất Cấp động đất Gia tốc đỉnh của nền amax (g) Thang MSK-64 Thang MM V 0.3 Gia tốc ngang amax Gia tốc động đất gồm hai thành phần: gia tốc ngang lớn nhất (PHA) và gia tốc đứng lớn nhất (PVA). Thông số thường được sử dụng để mô tả đặc tính chuyển động của mặt đất là gia tốc ngang lớn nhất (PHA) vì gia tốc ngang lớn nhất có liên quan với lực quán tính. Giá trị amax cũng có thể tương quan với cường độ động đất (MMI). Mặc dù sự tương quan này không chính xác, nhưng nó sẽ hữu ích trong trường hợp chỉ đo được cường độ khi xảy ra động đất.
Mối tương quan này được thể hiện trong hình sau: Đề xuất mối quan hệ giữa PHA và MMI. (After Trifunac và Brady, 1975a) 9 Năm 1981, Campbell (1981) đã thống kê dữ liệu động đất thu thập được trên thế giới, từ đó phát triển công thức tính giá trị PHA trong bán kính 50km từ tâm chấn với giá trị cấp động đất từ 5.7 như sau: ln PHA( g ) 4.4) Trong đó: M: cấp động đất hay độ lớn sóng bề mặt cho cấp động đất nhỏ hơn 6.0 R: khoảng cách gần nhất đến vị trí phá huỷ (km) Năm 1994, Capbell và Bozorgnia (1994) đã sử dụng dữ liệu các trận động đất trên thế giới với cấp động đất từ 4.1 để phát triển công thức tính gia tốc ngang lớn nhất sau: ln PHA( gals) 3.4 Trong đó: R: khoảng cách gần nhất ( 60km cho giá trị cấp động đất 7.0km cho cấp động đất 5.
