CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆUCHUNG 1. Đập vật liệu địa phương là một loại đập không tràn có nhiệm vụ dâng nước và giữ nước rất phổ biến, nó thường sử dụng các loại vật liệu đất, đá… có sẵn ở gần khu vực công trình để làm vật liệu đắp đập.Ngày nay, kinh tế ngày càng phát triển và nhu cầu dùng nước không ngừng tăng lên nên các đập ngăn nước được xây dựng ngày càng nhiều. Do nhiều ưu điểm và lợi thế nên đập vật liệu địa phương càng được sử dụng nhiều hơn so với các loại đập khác như đập bêtông, đá xây. Tuy tỷ lệ số lượng đập đất so với đập bêtông có khác nhau ở từng nước nhưng nói chung đập vật liệu địa phương vẫn chiếm tỷ lệ cao.
Đối với nước ta, đập đất - đá là loại công trình dâng nước phổ biến nhất khi xây dựng những hồ chứa bởi những ưu điểm về kỹ thuật, giá thành và sự có sẵn của các nguồn vật liệu đắp đập. Có thể kể đến một số đập như sau: Bảng 1.1:Một số đập vật liệu địa phương đã được xây dựng ở Việt Nam[1]. Kết cấu đập làm bằng vật liệu địa phương cũng được sử dụng từ rất sớm và sử dụng rộng rãi trên thế giới. Thống kê một số công trình đập lớn đã được xây dựng bằng vật liệu địa phương được trình bày trong bảng 1.2: Một số đập vật liệu địa phương cao trên 150 (m) đã được xây dựng trên thế giới [2].
Mặc dù là loại công trình được sử dụng nhiều ở việt nam, nhưng trong thiết kế cũng như xây dựng việc tính toán các phản ứng động lực học và ửng xử của đập vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Hầu hết việc đánh giá an toàn đập ở Việt Nam đều sử dụng phương pháp giả tĩnh, bằng cách thêm vào hệ số gia tốc theo phương ngang (hoặc thêm hệ số gia tốc theo phương đứng) để tính toán như với trường hợp 3 đập chịu tĩnh lực.Theo nghiên cứu của Seed (1979) chỉ ra rằng, một số đập được thiết kế theo phương pháp giả tĩnh bị phá hủy bởi một trận động đất sau đó (bảng 1.3:Kết quả tính bằng phương pháp giả tĩnh và hiện trạng đập sau khi chịu tác động của động đất của một số đập[3].1: Mái thượng lưu đập Lower San Fernand (nam California,Mỹ) bị phá hủy do động đất (năm 1971). TÍNH CẤP THIẾT, Ý NGHĨA THỰC TIỄN VÀ TÍNH KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI. Hiện nay, số lượng đập vật liệu địa phương chiếm tỷ lệ lớn về số lượng đập ở Việt Nam.
Đồng thời, với đặc điểm trên lãnh thổ và lãnh hải Việt Nam tồn tại hệ thống đứt gãy hoạt động phức tạp, “khả năng xuất hiện động đất là thường xuyên 4 xảy ra”[4].Nên việc nghiên cứu ảnh hưởng của động đất đến đập vật liệu địa phương là cấp thiết. Trước đây, hầu hết các đập vật liệu địa phương được tính toán theo phương pháp giả tĩnh cho trường hợp chịu tải trọng đặc biệt có động đất xảy ra. Phương pháp này tuy tiện lợi và đơn giản nhưng vẫn tiềm ẩn những rủi ro. Theo nghiên cứu của Seed (1979), có những công trình được tính toán bằng phương pháp giả tĩnh đạt được hệ số an toàn cho phép, nhưng khi xảy ra động đất thực sự thì đập bị phá hủy một phần hoặc gần như toàn bộ, gây hậu quả nghiêm trọng (bảng 1.
Chính vì vậy, đề tài “ỨNG XỬ CỦA ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT” với mục đích nghiên cứu ứng xử động lực học của đập vật liệu địa phương khi chịu tác động trực tiếp của một trận động đất. Từ đó xem xét các phương án thiết kế, bố trí đập sao cho phù hợp, lựa chọn phương án tối ưu giảm thiểu tối đa ảnh hưởng bất lợi của động đất tới đập. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC. Nghiên cứu trong nước.
- Lê Thị Phương Thuận, Phạm Văn Quốc “Nghiên cứu ổn định đập vật liệu địa phương chịu tác động đất”.Tác giả sử dụng phương pháp động lực học để tính động đất, phương pháp này dựa trên băng gia tốc thực đo cho việc tính toán sự ổn định của công trình.Trong nghiên cứu này, các tác giả tập trung vào việc phân tích ổn định mái dốc thượng – hạ lưu của đập tại các thời điểm khác nhau trong thời gian chịu tác động của động đất [5]. - Nguyễn Bỉnh Thìn, Huỳnh Bá Kỹ Thuật sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn nghiên cứu “Ảnh hưởng tải trọng động đất đến ổn định mái dốc đập vật liệu địa phương”. Tác giả đã dùng phương pháp phần tử hữu hạn tính toán các loại đập vật liệu địa phương như: đập đá đổ bản mặt (CFRD); Đập đá đổ lõi giữa (ERFD); Đập đất đồng chất. Các trường hợp được tác giả tính toán bằng chương trình Dynamic/XD nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của số lượng dạng dao động riêng và khoảng chiều cao đập đến ổn định mái dốc của các loại đập vật liệu địa phương khi chịu tải trọng động đất [6].
- Nguyễn Thế Đệ nghiên cứu “Sử dụng giản đồ gia tốc để phân tích kết cấu chịu tải trọng động đất”. Tác giả nghiên cứu sử dụng giản đồ gia tốc để đưa vào phân tích kết cấu khi chịu ảnh hưởng của động đất. Ngoài ra, các tác giả cũng phân tích những ưu điểm và khác biệtkhi dùng giản đồ gia tốc để phân tích kết cấu chịu tải trọng động so với phương pháp giả tĩnh truyền thống [7]. - Nguyễn Thế Hùng, Nguyễn Văn Hướng nghiên cứu “ổn định đập đất dưới ảnh hưởng của động đất”.
Tác giả sử dụng phương pháp động lực để tính toán ổn 5 định mái dốc của đập đất khi chịu tác động của động đất. Bằng cách phân tích này, các tác giả đưa ra được hệ số ổn định của mái đập tại các thời điểm khác nhau theo trong giản đồ gia tốc, đồng thời so sánh với hệ số ổn định mái dốc tìm được bằng phương pháp giả tĩnh [8]. Nghiên cứu ngoài nước. - Meen-Wah Gui và Hsien-Te Chiu nghiên cứu phản ứng địa chấn của đập Renyitan.
Các tác giả đồng thời chỉ ra ảnh hưởng của mực nước thượng lưu đập khi có động đất tới phản ứng của đập [9]. Ziaie Moayed và M. Ramzanpournghiên cứu ứng xử của lõi đập đá đổ khi chịu tác động của địa chấn [10]. Shahrour dùng phương pháp số để đánh giá phản ứng của đập đất khi chịu tải trọng động đất [11].
Bhookya; và Arindam Dey dùng gói chương trình MSC_ Nastran (Windows) để phân tích 2 chiều_ FEM đập đất và đập đá đổ, với đập được mô hình hóa như một vật liệu đàn hồi tuyến tính không đồng nhất [12]. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI. Ứng xử của đập vật liệu địa phương khi chịu tác động của động đất sẽ được tính toán với giản đồ gia tốc thực tế đã xảy ra phù hợp với khu vực xây dựng công trình. Bằng cách dùng phương pháp phân tích lịch sử – thời gian là một loại phương pháp phân tích động lực trực tiếp, miêu tả chân thực toàn quá trình tác dụng địa chấn, thu được nội lực và chuyển vị của từng cấu kiện ở mỗi một thời điểm, có thể xác định được chuyển động và áp lực nước lỗ rỗng tới hạn xuất hiện do sự rung chuyển gây ra bởi động đất.
Từ những kết quả tìm được có thể đưa ra những khuyến cáo các khả năng có thể xảy ra với đập vật liệu địa phương khi có động đất đồng thời có các giải pháp phù hợp cho thiết kế cũng như xây dựng công trình nhằm hạn chế tối thiểu những ảnh hưởng của của động đất có thể xảy ra đối với công trình. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Dựa vào vị trí xây dựng đập, địa chất nền đập để tìm được trận động đất có chấn cấp cũng như phản ứng phù hợp với loại nền của vị trí xây dựng đập. Sử dụng các số liệu phù hợp cho mô hình đất sử dụng trong tính toán.
Sử dụng phương pháp phần tử hửu hạn để phân tích,mô hình và tính toán kết cấu Đập vật liệu địa phương khi chịu tác động của động đất. Cụ thể trong luận văn này dùng phần mền Seep/W và Quake/W trong bộ phần mềm địa kỹ thuật Geostudio 2007. 6 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐẤT 2. KHÁI NIỆM Động đất là hiện tượng dao động đất nền, phát sinh do sự biến dạng từ trong lớp vỏ hoặc phần áo trên của quả đất.
Năng lượng được tích tụ trong quá trình biến dạng cho đến một thời điểm nào đó sức kháng yếu nhất, ứng suất vượt quá giới hạn cân bằng sẽ tạo ra quá trình phá hủy truyền từng bước và rất nhanh ra khu vực xung quanh. Sự phá hủy trạng thái cân bằng thường xảy ra ở dọc các đứt gãy. Ngoài ra, động đất có thể sinh ra do hoạt động của núi lửa hoặc sập đổ hang động, hầm lò… nhưng dạng động đất này mang tính địa phương, cục bộ [4]. Vị trí khởi nguồn động đất gọi là chấn tiêu, vị trí chiếu thẳng chấn tiêu lên mặt đất gọi là chấn tâm, khoảng cách từ chấn tiêu đến chấn tâm gọi là độ sâu chấn tiêu, khoảng cách từ chấn tiêu và chấn tâm tương ứng đến vị trí quan trắc gọi là tiêu cự và tâm cự (xem hình 2.1: Mô tả về trận động đất 2.
ĐÁNH GIÁ SỨC MẠNH CỦA ĐỘNG ĐẤT Sức mạnh động đất được đánh giá qua thang cường độ động đất và thang độ lớn động đất. Thang cường độ động đất Thang cường độ độ động đất được lập ra dựa trên cảm giác chủ quan của con người và mức độ phá hoại của công trình xây dựng khi chịu tác động của động đất. Sau đây xin giới thiệu 1 số thang đo cường độ động đất trên thế giới[4]. • Thang Mercalli (viết tắt là MM)– xem phụ lục A 7 • Thang Shindo của cơ quan khí tượng học Nhật Bản– xem phụ lục B • Thang Medvedev-Sponheuer-Karnik (viết tắt là MSK)– xem phụ lục C • Thang EMS98 tại châu Âu.
Thang độ lớn động đất Hiện nay, có nhiều thang đo độ lớn động đất như: thang độ lớn sóng mặt ( M s ) , thang độ lớn sóng khối ( mb ) , thang độ lớn momen động đất ( M w ) … nhưng phổ biến hơn cả là thang độ lớn Richter[4]. a) Thang độ lớn Richter Độ lớn của một trận động đất là lô ga rít thập phân của biên độ cực đại A đo bằng µ m ghi được tại một điểm cách chấn tâm 100km bằng một địa chấn kế(do H.Wood và Aderson thiết kế).1) Tuy nhiên, không phải địa chấn kế nào cũng đặt cách chấn tiêu 100km, nên thang Richter quy đổi độ lớn của 1 trận động đất từ một trận động đất chuẩn được chọn theo công thức sau: M = log A − log A0 (2.
