CHƯƠNG 1.1 Đập bê tông trọng lực tại Việt Nam Quá trình phát triển đập bê tông trọng lực ở Việt Nam có thể chia ra làm. 3 giai đoạn chính. Từ trước năm 1945, 194% -1975, và sau năm 1975. Trude năm 1945, các đập bê tông với chiều cao từ 5-10m chủ yếu được người Pháp thiết kế, chi đạo thi công với nguyên liệu được nhập từ nước ngoài.
Các đập này có nhiệm vụ chủ yếu cắp nước tưới, phân lũ. Bảng 1-1: Một số đập bé tông được xây dựng trước năm 19453] TT [ Tên Địa điểm xây dựng. Năm xây dựng 1 [Cau Son — [Sông Thương- Bắc Giang | 1902 H Liễn Sơn _ | Sông Phó Day 19141917 3 Bai Thượng | Sông Chu ~ Thanh Hóa _ | 1920 4 [Thác Hudng | Sông Cầu - Thái Nguyên |1922-1929 5 Đồng Cam | Sông Đà Ring — Phú Yên | 1925-1929 6 Đồ Lương | Sông Cả - Nghệ An 1934-1937 Từ năm 1945 đến ăm 1975, với sự giúp đỡ của Liên Xô (phía Bắc), (phía Nam), một số đập thấp được xây đựng với nhiệm xụ cl ính là thủy điện. Có thé kể đến đập của thủy điện Thác Bà, Cắm Sơn, Đa Nhim, Từ năm 1975 đến nay, nước ta bước vào giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa.
Đập bê tông đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc điều tiết lũ, phát điện, điều tiết thủy lợi. Các đập bê tông được xây dựng nhiều hơn với quy mô lớn hơn. Các đập được xây dựng theo chủ yếu 2 công nghệ bê tông, bê tông trong lực truyền thống CVC và bê tông đầm lin RCC. Trong đó, với ưu điểm thi công nhanh, tiết kiệm nguyên vật liệu, RCC tỏ ra chiếm ưu thế.
Tinh đến năm 2013, cả nước có 24 đập bê tông đầm lăn với chiều cao lớn nhất lên tới 138,Im (đập Sơn La). Công nghệ thiết k thi công chủ yếu được. các đơn vị trong nước thực hiện. Với các công trình có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, quá trình này còn có sự tham gia của các chuyên gia từ Nga, Trung Quốc, Thụy Sỹ, Nhật Bản.
Bang 1-2: Một số đập bê tông đầm lăn RCC tại Việt Nam[3] STT | Tên công Chiểu | Địa điểm XD. trình cao (m) 1 |PRilưong 71 |Komom 2 | Dinh Binh) 54 |Bình Định 3 [A Vương 70 _ [Quảng Nam 4 ÌSêSan4 80 [GiaLai 5 |BắcHà [ 100 |LàoCai 6 [Bình Điễn 7S _ |Thùa Thiên Huế 7 |C§Bi 70 | Thừa Thiên Huế § |ĐểngNai3 | 110 | Dic Nong 9 |DongNai4 | 129 | Dic Nong 10 |ĐakRing 100 | Quing Ngãi Ti |[NướcTrong | 70 | Quang Ngãi 12 |SonLa 138 [Son La 13 |Bản Chat 70 |LaiChâu 14 [Bản Về 138 [NghệAn 15 | Hida Na 945 [Nghé An 16 |SéngTranh2 | 100 [Quảng Ngãi 17 | Song Con 2 50 | Quing Nam 18 | Bin Un 85 | Thanh Ha 19 |Huội Quảng | 1045 |SơnLa 1.2 Tính toán phân tích ứng suất đập bê tông Việc phân tích ứng suất trong thân dp dưới tác dụng của tổ hợp tải trong nhằm các mục đích: ~ Đánh giá én định đập theo điều kiện bền. ~ Xác định phân bố ứng suất, đường đẳng ứng suất dé phân vùng vật liệu ~ Xác định các ứng suất cục bộ tại các vị tri đặc biệt dé gia c cốt thép. ~ Xác định các chuyển vị ứng với các tổ hợp làm việc, là liệu quan trọng khi so sánh với kết quả quan tric nhằm đảm bảo đập làm.
việc đúng như thiết kể, ~ Xác định ảnh hưởng của các nhân tố như biến dạng nền, thay đổi nhiệt độ, phân giai đoạn thi công đến trạng thái ứng suất biển dạng, của đập Hai phương pháp chủ yêu được đùng trong phân tích ứng suất của đập bê tông trọng lực là phương pháp giải tích và phương pháp số.1 Phương pháp giải tích Phương pháp giải tích, với hai đại điện là phương pháp din hồi và phương pháp sức bền vật liệu, tìm nghiệm giải tích cho thông số cần tính toán. cho mọi điểm trên mặt phẳng tính toán thỏa mãn các phương trình giải tích, vi phân và điều kiện yŠ mặt Phương pháp sức bền vật liệu: Hay còn gọi là phương pháp phân tích trọng lực hoặc phương pháp phân tích tuyến tính. Phương pháp này đơn giản, cho kết quả đủ độ tin cậy trong các bài toán thiết kế đập bê tông có cấu tạo mặt cắt, nền không phức tap. Phương pháp lý thuyết đàn hồi: Dựa vào bài toán nêm vô hạn tuần hoàn.
Đập có dạng tam giác, nén coi như mặt bán vô hạn. Đập và nền được coi như là đồng nhất đẳng hướng, ứng suất và biến dạng trong miễn đàn hồi và tuân theo định luật Hooke. Các lời giải cho bài toán nêm vô hạn tuần hoàn. đã được giải sẵn tng với các trường hợp khác nhau như lỗ khoát, lực tập trung, nhiệt Cả hai phương pháp lý thuyết dan hồi và sức bền vật liệu đều không mô.
tả được sát với điều cthực tế của đập: Làm v trong không gian ba chiều, hình dạng phức tạp với hành lang, lỗ khoét, các ảnh hưởng của nền tới trạng thái ứng suất của đập, làm việc trong điều kiện các lực tác dụng phức. Do đó hai phương pháp này trong thực tế thiết kế thường chỉ dùng để kiểm tra nhanh đối với các bai toán don giản.2 Phương pháp số Hình 1-1: Lưới phần tử trong phương pháp phần tử hữu hạn. Phương pháp này có thé phân ra thành hai nhóm chính: Phần từ hữu hạn và sai phân hữu hạn trong đó phương pháp phần tử hữu hạn có những ưu điểm vượt trội, và được ứng dụng rộng rãi trong phân tích tính toán ứng suất đập bê lông trọng lực. Uu điểm nỗi bật của phương pháp phin từ hữu hạn là phương pháp rồi rec kiễu vật lý, miễn tính toán được chia nhỏ (hành các miễn con.
Tùy (huộc vào khả năng tinh toán của máy tinh và độ chính xác yêu cầu của bài toán, càng nhiều phan tử, độ chính xác cảng cao nhưng tốc độ giải bài toán cũng chậm đi. Nhưng nhờ vào đặc điểm này, nó có thể áp dụng cho các bài toán với hình dạng phức tạp, gồm nhiều miễn có đặc điểm cơ lý và tính chất khác. Hiện nay, với sự phát triển của máy tính, số phần tử trong một mô hình là rất lớn, có thể lên tới hàng triệu phần tử, do đó các bài toán phức tạp được. giải quyết với độ chính xác cao.3 Áp lực day ngược trong bài toán phương pháp số.
Bê tông và nền đá có thể được coi là vật liệu xốp (porous media), hoặc vật liệu liên tue (continuous media). “Xuấtphát từ hai quan điểm trên, các khả năng sau có1 - Coi đập là liệuliên tục, nên là vật liệu xốp. = Coi cả đập và nền đều là vật liệu liên tục. ~ Coi cả đập và nền đều là vật liệu xốp.1 Coi đập là vật liệu liên tục, nền là vật liệu xắp Quan điểm này thường được sử dụng trong thiết kế đập bê tông.
Dap được coi là vật liệu không thấm, quá trình thắm chỉ xảy ra dưới nền (bao gồm cả nền đá). Áp lực diy ngược tác dụng lên đáy đập có thé được thường được. tính toán qua hai phương pháp: - Phương pháp sơ đồ đường thẳng: Coi nẻn là đồng nhất đảng hướng, thắm trong nền tuân theo định luật Darcy. Cột nước thắm trong nền được xác định thông qua các điều kiện biên về hình học.
Đối với ảnh hưởng của các yếu tố như khoan phun chống thắm, cột nước thắm có thể được đơn giản tính. toán bằng ích chiết giảm cột nước khi đi qua các bộ phận này. - Phương pháp số: Các đặc trưng của dong thắm (lưu lượng, gradient, cột nước.) được xác định thông qua bài toán mô phỏng thắm bằng phương pháp số. Phương pháp này có thể xét đến tính dị hướng của vật liệu, ảnh.
hưởng của các yếu tổ xử lý nền. Áp lực đây ngược tác dụng lên đáy đập được. xác định thông qua xác định cột nước tại các điểm tiếp giáp giữa đập - nền. trong bài toán Hình 1-2: Biểu đồ áp lực đẩy ngược theo phương pháp sơ đồ đường.
thing (14TCNS6-1988) ÁP Hình 1-3: Áp lực đẩy ngược khi xác nh qua tính toán thắm 1.2 Coi đập và nền là vật liệu liên tực Nước chỉ có thé di chuyển trong phạm vi c mặt không liên tục của vật liệu. Đó có thé là đứt gãy trong bê tông, nén đá, tiếp xúc giữa bê tông-đá. Ap lực day ngược được tính toán trên các mặt này. Xuất phát từ quan hệ giữa áp.
lực này và trang thái ứng suất biển dạng của vật liệu, hai mô hình phân tích. sau được áp dụng: -Phân tích độc lập (Uncoupled analyses): Không có quan hệ giữa trạng thái ứng suất và biến dạng của vật liệu với ấp lực nước trên các mặt không liên tục. -Phân tích cặp (Coupled analyses) [7]: Các mặt không liên tục trong, mô hình số được mô phỏng bằng các phan tir đứt gay (joint elements). Đặc tính của phần tử này có quan hệ với trang thái ứng suất và biến dạng (liên quan đến độ mở đứt gãy).3 Coi đập và nền là vật liệu xắp ‘Theo lý thuyết đàn hồi, phương trình cân bằng được viết như sau: aay trong đó X, Y, Z là lục khối theo 3 phương x, y, Z tương ứng, ơij các thành phần ứng sué “Theo nguyên lý ứng suất hiệu quả của Tenzaghi ta có (e]-[o +10] 2) trong đó -[ø]=[ø, ø, ø, ty ty r„]Ï : Vecto ứng suit ting 10 clo ứng suất hiệu quả ~[ø]=[p pp 0 0 0Ÿ: Veeto áp lực nước lỗ rỗng Do đồ quan hệ ứng suất và biển dạng được tính toán theo ứng suất hiệu quả tz]-(nle]-I=)) (13) trong đó ~ [z]: Vecto biến dang ~ [z,]: Vecto biến dang ban đầu.
~ [b]: Ma trận dain hồi “Theo định luật Hooke ta có. (19 trong đóG „E và /¿ là module dan hồi và hệ số Poisson. ‘Tir các phương trình (1. (15) u trong đó ~ Xo, Yo, Zo: Lực khối ứng với biến dạng ban đầu z0 ~p: áp lực nước lỗ rỗng được tinh theo công thức -p=y,M-~r.16) trong đó ~H: Cột nước tổng -Z: Cao độ Thay phương trình (1.16) vào phương trình (1.15) ta có: d1) Theo định luật Darcy, phương trình liên tục được viết dưới dang 2(, oH) 2 on 2 4), +2(t, trong đó ~n: Hệ số rỗng Xuất phát từ phương trình (1.18), các bài toán phân tích có thể như 1.1 Phân tích độc lập Hệ số thắm k trong phương trình (1.18) là hằng số, không xét đến sự biến thiên của áp lực nước lỗ rồng theo thời lan.
Phương trình (1.18) được viết lại đưới dang bài toán dừng (steady-state) (1:19) Bài toán được giải như sau: Buse 1: Giải phương trình (1.19) để tim phân bố áp lực nước lỗ rỗng. Bước 2: Giải phương trình (1.