Luận văn nghiên cứu giải pháp tiêu thoát lũ lưu vực sông cái nha trang

Nghiên cửu khắc phục các khiếm khuyết của phương, pháp tính truyền thông, ‘bang cách dựa trên áp dung các phương pháp xác suất của lý thuyết độ tin cậy để đánh giá và từ dỏ nâng cao chất

LỜI CẢM ƠN

'Trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp cao học, được sự giúp đỡ

của cáo thấy, cơ giáo trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là õ TS Phạm Hồng Cường, thầy PGS.IS Nguyễn Quang Hùng, sơ Th.s Nguyễn Lan Hương, và

cùng sự nỗ lực của ban thin Dén nay, tác giả đã hồn thành luận văn thạc sĩ kỹ

thuật, chuyên ngành Xây đựng cơng trinh thủy,

Cac kết quả đạt được là những đĩng gĩp nhỏ về mặt khoa học trong, quả trình

phiên cím và tính tốn ốn định cơng trình trong hệ thẳng thủy nơng, gĩp phân nâng cao độ chính xác wong quá trình đưa ra múc độ hư hồng và độ tín cậy của cơng,

trình Tuy nhiễn, trong khuơn khổ luận văn, do diễu kiện thời gian và trình dé co

hạn nên khơng thể tránh khỏi những thiếu sét Tác giã rât mong nhận được những

lời chỉ bảo và gĩp ý của các thầy, cơ giáo và các đẳng nghiệp

Tác giả bảy tố lịng biết ơn sâu sic tdi cd T'S Pham Hong Cuong, thay giáo PGS.TS Nguyễn Quang Hùngvà cơ Th.s Nguyễn Lan Hương đã hưởng dan, chi tảo lận tỉnh và cung cấp các kiến thức khoa học cần thiết trong quả trình thực hiện

luận văn Xin chân thành eam ơn các thấy, cơ giáo thuộc Bộ mơn Thủy cơng- khoa Cơng trình, phịng Do tạo Dại học và Sau Dại học trường Dại học Thủy lợi đã tạo mọi diễu kiện thuận lợi cho tác giả hồn thành tốt huận văn thạc sỹ của mình,

‘Tac gia xin chin thánh căm ơn các bạn bẻ đẳng nghiệp vá gia đình đã

động viên, khích lệ tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Hã nội, tháng 8 năm 2013

Tác giả

Nguyễn Thị Lệ

BAN CAM KET

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng lôi Các thông tín,

tài ligu wich din trong luận văn đã được ghi rõ nguồn góc Kết quá nêu trong luận

văn la trung thưc và chưa từng được ai công bồ trong bắt kỳ công trình nảo trước dây

Táo giả

Nguyễn Thị Lệ

Sơ đã bả trí hệ thông kênh tưới

Định nghĩa biên hư hông Z0

Sơ dỗ tinh độ tin cậy của kết cầu công trình

Sơ đẻ của hệ có câu trúc các phân tử ghép nồi tiếp

Sơ đỗ của hệ có cầu trúc các phần tử ghép song song, Một dạng, phép hỗn hợp giữa các phân tử

So dé "cay sur cd”

Dinh nghĩa xác suất xảy ra sự cô và chỉ số dộ tín cậy

Sơ đỏ đoạn kênh tính toản

Sơ đỏ tải trọng tac dung lên cống Lăng Trình

‘Luat phan phôi của +ụ công Lăng Trinh

Luật phản phôi của yu công Lăng Trình

Luật phân phối của œ cổng Lăng Trình Luật phân phối của C cổng Lăng Trinh Luật phản phổi của L công Lăng Trình Ilinh3 8: So đồ tải trọng tác dụng Jén cdng tai Km0+317

THỉnh 3-9: ‘Luat phân phôi của +„ cổng tại Km0+317

Hình 3-10: Luật phân phổi của cổng tại Km0—317

Hình 3-11: Luật phân phổi của C công tại KmØ+317

Tình 3-12: Luật phân phối của 1 cống tại Km0 1317

Hình 3-13 : Ảnh hưởng của các đại lượng ngẫu nhiền dến ồn dịnh trượt công,

Hình 3-14 : Ảnh bưởng của các đại lượng ngẫu nhiên dên ồn dịnh lật cổng

1linh 3-15 : Ảnh hưởng của các đại lượng ngẫu nhiên đến ồn định trượt của kênh

DANH MỤC CÁC BANG BIEU

Bang 3-1; Phân lớp và tỉnh các tham số thông kê công Lăng ‘Lrinh Bảng 3-2: Tân suất lý thuyết m` của các lớp cống Lang Trinh

Bảng 3-3: Chuỗi số liệu thực nghiệm công Lăng Trình

Bang 3-4: Quy luat phan phéi luật xác xuất

Bang 3-5: Chudi sé liệu thực nghiệm của cổng tại Kin01317

Bảng 3-6: Quy luật phân phỏi luật xác xuất của cổng tại Km0+317 Bảng 3-7: Số liệu địa chất phục vụ tính loán kênh

Bảng 3- 8: Kết quả tình toán Kmi và Imax cho từng mặt cất kênh Bang 3-9: Các giá trị cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam và Châu Âu

MỤC LỤC

CHUONG | TONG QUAN CHUNG VE HE THONG CONG TRINH THỦY NÔNG VIỆT NAM

1.1 Chức năng của công trình thấy lợi

1.2 Nhiệm vụ công trình hủy lợi

2.3 Công trình điều chỉnh dòng chảy

1.3.2 Hệ thống thuỷ lợi sông Chu seeee Treo Đ

1.3.4 Hệ thống thuỷ lợi Dâu Tiếng " 11

1.4 Vai trò của các loại công trình trong hệ thông 12

1.4.2 Công trình chuyển nước co or srtrecrrree 13

1.4.3 Các công trình trên hệ thống -0sccecceree 14

1.4.3.1Các cống lẫy nước, công, điểu tiết T

1.4.3.2 Các công trình chuyển Hước cscecccrevctrrrrrrrrrirrrree 14

1.4.3.8 Cầu giao thông qua kênh

1.5 Tổng quan các phương pháp đánh giá at toàn công trib engi th tạ biện lành, 17

1.5.1 Phương pháp ứng suất cho phép àào si ccc 17

1.5.3 Phương pháp hè số an toàn 17

1.5.3 Phương pháp trạng thái giới hạn 18

1.5.4 Phương pháp tính theo lý thuyết dộ tin cậ 19 1.5.4.1 Sự hinh thành của phương pháp thiết kẻ ngẫu nhiên "—- 1.5.4.2 Lịch sử phát triển phương, pháp thiết kế ngấu nhiên trên thế giỏi 2Ó 1.5.4.3 Các cấp độ tiếp cận trong ứng dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiền 2Ó

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYIT DANII GIA AN TOAN ON DỊNH IHÿ THONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI THEO LÝ THUYẾT ĐỘ LN CẬY 23 2.1 Giới thiệu phương pháp lý thuyết độ tin cậy - - 23 3.1.1 Giới thiệu chụng, co cnaneeirreerre ¬" 3.1.2 Những ưu điểm khi sử đụng, y thuyét độ tin cậy, - - 26

2.2 Cơ sở toán học của phương pháp ngẫu nhiễn co Z7

2.3 Cơ chế phá hoại ổn địh Lổng thể của hệ thống thủy nông - 35

2.3.1 Khai niém về hệ thông thủy nông trong lý thuyết độ tim cậy - 35

3.3.6 Sơ dỗ cây sự có hệ thống thủy nông "— -

237 uid ngdunbién tác động đến chất Mong công trình trong hệ thống thủy nông39 3.8 Lý thuyết áp dụng đề phân tích co nnneeeeeerrrrreceoo, đÔ

3.8.2 Cơ sở đánh giá mức độ an toàn "—

2.9 Xác suất xây ra sự cổ dối với hệ thống thấy “1 ¬— 3.9.1 Cảng mắt ẩn định đo trượt

2.9.4 Xác suất xây ra sự có đối với doạn kênh tính toán ¬—

2.10 Cae phan mềm dùng trong luận vẫm - 45

2.11 Kết luận chương 2

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG LÝ ' THUYẾT DO TIN CAY DANH GIA AOND ĐỊNH CHO MOT ĐOẠN KẼNH THUỘC HỆ THÔNG SÔNG CÂI 47

3.1 Datvan dé 3.2 Giới thiệu về hệ thông, este 3.3 Noi dung tinh toán

3.3.1 Sơ đỗ tỉnh toàn

3.3.2 Nội dung tính toán 3.1 Tính toán ổn định Cổng Lăng Trình cesses 3.4.1, Cac truéng hop tinh toán én định Công Lăng Trinh 49

3.4.2 Cac tai liệu tính toán - - - 50

3.4.3 Tình toán ồn định trượt phẳng 1

3.4.3.1 Tính ăn định trượt của công theo phương pháp hệ số an toản 41

3.1.3.3 Tính ổn định trượt của công theo lý thuyết độ tin cậy "—

3.1.4 Kiểm tra lật của công - - - - 60

3.4.4.1 Kiểm tra lật của công theo phương pháp hệ số an toàn 60 3.4.4.2 Kiếm tra lật của cổng theo lý thuyết độ tin cây 60 3.5 Tĩnh toán Ổn định của công tạt Km: 317 - él 3.5.1 Tỉnh toán én định trượt phẳng của cảng - - & 3.5.1.1 Tỉnh toán ôn định trượt phẳng cũa công theo phương pháp hệ số an loan 62 3.5.1.2 Tinh Gn định trượt của công KmÔ01317 theo lý thuyết độ tím cây 64 3.5.2 Kiểm tra lat quant truc B - 6 3.5.2.1 Kiểm tra lậL của công theo phương pháp hệ số an toàn - 2 65 3.5.2.2 Kiểm tra lậL của công theo lý thuyết đô tín cị 6 3.6 Đánh giá độ lim cậy cho các phần tử-kênh trong hệ thống chọn eR 3.7 Phân tích/Đánh giá kết quả à con 70 3.7.1 Phan tichy Pauih giá kết quả Lĩnh Loán ổn định ts tat phi 71 7.2 Phân tieb/ Đảnh giả kết quá tính toàn ổn dịnh lật 71 3.7.3 Phân tích/ đánh giá kết quả tính toán ản dịnh của hệ thống 72 3.7.3.1 Ảnh hưởng, của các ĐLNN đến ổn định của kênh 73 3.8 Kết luận chương 3 Hì KẾT LUẬN VẢ KIÊN NGHỊ 79

1 Những kết quả dạt dược:

2 Những ton tại

3 Kiến nghị: « Ò

4, Hướng tiếp tục nghiên cứu

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Tiếng Việt

1I Tiếng nước ngoài

1MỞ ĐÂU

1 Tỉnh cấp thiết của đề tải

Hiện nay, việc đánh giá chất lượng kỹ thuật cho cáo công trình thuỷ lợi là một bài toàn rất phức tạp, vi công trinh thưởng năm sâu trong dat và chịu tác dụng, của nhiều yêu tổ phức tạp như lực tĩnh, lực động áp lực thấm vv Việc đánh giá đúng nguyên nhân hư hồng lại cảng khó khăn hơn

Hiện nay do sự biến đổi của khi hậu, thiên tai bão lạt xáy ra thường xuyên hơn nên các công trình nói chung đặc biệt là công trình thủy lại phải chịu thêm nhiều yến tổ bất lợi Vì vậy việc nghiên cứu vá ứng dụng lý thuyết xác suất và quá trình ngẫu nhiên nhằm phân ảnh đúng thực tế hơn Là hưởng nghiên cứu tất yêu trên

thê giới cũng như trong nước, nhằm đâu tư cho công trinh đạt hiện quả Han nữa

với việc phái triển mạnh mẽ

nay chưa được nghiên cứu Trên thể giới hiện nay có quy trình đánh giá nhanh RAP

của tác giả Chailcs Burt Trường Đại học kỹ thuật California Phương pháp này giúp

đánh giả toàn điện hiện trạng hệ thống nhưng bằng định tình, hoàn toàn phụ thuộc

vào chuyên gia và người được điểu tra đế trả lời hơn 700 câu hỏi đối với một hệ

thống, Việt Nam cũng dã có dễ tải nghiên cứu áp dụng phương pháp này nhưng rất nhiều cầu hởi trong, điều kiện các hệ thống thủy lợi ở Việt Nam không thể trả lời được Hơn nữa, RAP không đảnh giá được ban chất thực của kết cấn công trình bằng định lượng

Xât phát từ thực tế khai thác các hệ thông công trình thuỷ nông, cho thay

không íL hệ thông công Hình bị sự có đẫn đến phá huỷ công trình với nhiều lý do khác nhau, trong đỏ cỏ những yêu tổ không dược xét đến do hạn chế của các

phương pháp trong tinh toàn truyền thống nên đá gầy ra những tốn thất đáng tiếc

đối với sản xuất, kinh tế, an toàn môi trường và sơn người Hơn nữa, cáo nghiên

cứu trước đây mới chỉ đừng lại ở việc nghiên cứu dánh giá chất lượng cho một công, trình cụ thể, đơn lẻ mà chưa có znột nghiên cứu nảo nhằm đánh giả chất lượng kỹ

Thuật về kết câu của một nhóm công trình cũng như cả hệ thắng công trình thủy lợi

Từ những lý do dó, luận văn tiến hành nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy nhằm đánh giá an toàn công trình trên hệ thông mang tính khoa học và thục

tiễn cao

3 Nội dung nghiên cửu của dễ lài

Nghiên cửa ứng dụng lý thuyết độ tin cậy đánh giá an toàn công trình trên hệ thống thủy lợi

3 Phạm vi nghiền cứu của đễ tải

- Phạm vi nghiên cứu là công trinh trên hệ thẳng thủy lợi

4 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cửu khắc phục các khiếm khuyết của phương, pháp tính truyền thông,

‘bang cách dựa trên áp dung các phương pháp xác suất của lý thuyết độ tin cậy để đánh giá và từ dỏ nâng cao chất lượng như mong muốn của công Bình trên hệ thống xây dựng trong, điều kiện Việt Nam

5 Cách tiến cận và nghiên cứu

- Thu thập, nghiên cửu tài liệu của các công trình trên hệ thống thực tế

- Tiếp cận với lý thuyết độ tín cậy trong tính toán danh giá an toan công, trình

- Ứng dụng các phần mém: Bestfit, Vap for MS windows, Geo Slope dénh giá am toàn công trình trên hệ thông

6 Các kết quả và đồng góp của luận văn

~ Nghiên cứu lý thuyết độ tin cậy trong dành giá am toàn công trình

~ Ví dụ minh họa cảng nghệ tính toán công trình bằng lý thuyết độ tin cậy

~ Đưa ra các kiến nghị về rằng cao an toàn công trình trên hệ thống theo lý

thuyết đô tin cây

7 ¥ nghĩa khoa học và thực tiễn

~ Áp dụng lý thuyết đỏ tin cậy trong Lính toàn công trình thủy lợi

- Sa dụng kết quả nghiên cửu nhằm nâng cao an toàn hệ thống công trình

thủy lợi

- Áp dụng cho hệ thông công trình hiện đang tên tại nhằm chứng minh tinh thực tiễn vả khá năng áp dụng dược của kết quả tính toán

CHƯƠNG I: TÔNG QUAN CHUNG VE HE THONG CONG TRÌNH

TUCY NONG VIET NAM

1.1 Chức năng củn công frình thủy lợi |19]

Nước ta có lượng mưa đổi đào và có mạng lưới sông phong phú Tống lượng, nước hàng nỗm của

áo song ngồi chấy qua nước ta khoảng, 845kin3 và 350 triệu 1m3 phủ sa truyền tải trên 2360 con sông, tổng lưu lượng bình quản hàn năm trên các cơn sông Tà 27.500u3/s Nguồn nước phong phú đó đủ thỏa mãu cho nhu câu kinh

†ế quốc dân với diéu kiên phải có kế hoạch quản lý, phân phối, diễu hỏa, sử dụng,

Căn cử vào mục đích trên, cầu phải xây dựng các công trình thủy lợi bao gồm cáo lĩnh vực sau

1 Thủy năng: sử dụng nguỗn nước sông, biến để phát điện

+ Thuỷ nông: Dùng biệu pháp thuỷ lợi để tưới tiêu, Khau chua rữa tận chẳng xói mon

! Cưng cấp nước và thoát nước cho khu công nghiệp, thành phổ, nông thôn, nhà máy, nông trường, trại chăn nuôi v.v

+ Giao thông thuý : lợi dụng nước sông, hỏ, biển đề phát triển đường Thuý + Thuy san: Jam hỗ muôi cá và cắp nước muôi trồng thuỷ sản

Ngoài ra biện pháp thuỷ lợi có liên quan dén công trình phục vụ công cộng khác như công trình vệ sinh môi trưởng, công trình phục vụ thể thao vả du lịch

1 Khi khai thác nguẫn nước, việc thực hiện nguyên tắc lợi dụng tắng hợp rất phức tạp vi các lĩnh vực thuỷ lợi yêu câu dùng nước không giống nhau, cé nganh cần nước thường xuyên như cấp nước, thuỷ điện, có ngành ding nude theo ting

thời kỳ như tưới ruộng; cĩ ngành tiêu phí nước như cấp nước, tưới ruộng, nhưng cỏ ngành sau khi sử đụng, nước khơng mắt đi như thuý điện, vận tải thuỷ, nuơi cá 2o

đĩ cĩ khi cùng một lúc khơng thoả mãn được nhiều ngành thì phải đựa vào nguyên

tắc ưu tiên cho ngành trọng điểm và cĩ chú ÿ thích dang dén cae ngành khác, Mọi biện pháp thuỷ lợi để lợi dụng tơng hợp nguồn nước sẽ rnang lại hiệu quả kinh tế

cao nhất

1.2 Nhiệm vụ cơng trình thủy lợi [19]

Cơng trình được xây dung để sử dụng nguồn nước gọi là cơng trình thuỷ lợi Nhiệm vụ chủ yêu của các cơng trình thuỷ lợi là làm thay đổi, cải biển trạng thải tự nhiên dịng chãy của sơng, hổ, biển, nước ngằm để sử dụng nước một cách hợp lý

cĩ lợi nhất và bảo vệ mơi trường xung quanh trảnh khỏi những tác hại của dịng,

nước gây nên Cơng trình thuỷ lợi cĩ thế làm hình thành đơng chãy nhân tạo đề thộ

xnấn thư cầu dùng nước, khi đơng chây tự nhiên ở nơi đĩ khơng đủ hoặc khơng cĩ

Căn cứ vào tính chất tảo dụng lên dịng chảy, cơng trình thuỷ lợi cĩ thể chia ra: cơng trình dang nước, cơng trình điều chính và cơng trình dẫn nước

1.2.1 Cơng trình dâng nước

Phổ biến nhất của loại cơng trình đảng nước lả các loại dip Đập được xây

dưng ngăn các sơng suối và hỉnh thành nên độ chênh mực nước trước và sau cơng

trình gọi là độ chênh mực nước thương hạ lưu Ổ trước dap, cang gan dén đập, lưu tốc trưng bình của đỏng chấy cảng giảm vị < vạ < vạ < vạ < vạ, cịn độ sâu của dịng,

chảy cảng tíng hị> h; > hạ > hạ > hy Sự tăng mực nước ở trong sơng làm tăng

điện tích ướt của lịng sơng và dần dẫn ngập đất ở thượng lưu (hình 1-1a) Sự thay đổi lưu tốc dịng chảy ở thượng lưu làm thay đối khả năng vận chuyển bùn cát của lịng sơng Lư tốc theo chiên dịng chảy giãm dẫn, các hạt bùn cát trong nước được lắng xuống đáy theo thứ lự từ những hạt lớn sau đĩ những hạt bé hơn và khi đến

ẩn cơng trình hm tốc hầu như bằng khơng nền các hạt cát rất bé cfmg được lắng

xuống, nước ở đĩ rất trong.

Tình 1-1 : Sư đủ đập dâng nước

Sự dâng mực nước còn làm thay dỗi cả trạng thai nước ngằm dưới lòng sông,

va hai bên bờ Do cá độ chênh cột nước thượng hạ lưn nên có hiện tượng thắm qua Triển và vòng quanh công trình qua 2 bên bỡ từ thượng lưu vỀ bạ lưu

Nước ở thượng, lưu chảy vẻ hạ lưu không mang bún cát, do dó dễ trở về trạng, thái cũ của đỏng nước, lòng sông và bè ở hạ lưu lại bị bào mòn xói 16

Như vậy công trình dâng nước có ãnh hưởng đến tắt cä các yếu tổ của đồng, cháy, lòng sông và cả nước ngẫm khưng nó có hiệu quá lớn, điều chính lưu hượng,

ở thượng lưu về hạ lưu, về mủa lũ nước được giữ lại ở thượng lưu (đôi với hồ chứa)

và được thảo về hạ lưu vào thời kỷ cân thiết theo nÌu cầu dùng nước Công trình

đảng nước được ứng dụng rộng rỗi trong tất cả các lĩnh vực kinh tế nước

1.2.2 Công trình điểu chỉnh đòng chảy

Công trình diễu chính dễ khống chế xói lở dong sống, cỏ thể làm thay déi trang thai dòng chảy, làm thay đổi hướng của dòng chảy trong giới hạn lỏng sông theo yêu cầu cản thiết và bảo về lông sống tránh khỏi những tác hại nguy hiếm của dong nước Công trình điêu chỉnh bao gồm đê, đập, tường, kè Các đô đập da

không xây ngăn hét toàn bộ lòng sông, mà chỉ một phân theo hướng của mặt cắt

ngang hoặc có khi theo hướng đọc lông sống

Công trình diều chỉnh không làm dâng nước, mã nó có tác dụng lam thay déi

thưởng và lưu tốc đòng chảy, phân bổ lại lưa tốc và ảnh hưởng đến hình dang cia

long sông Củc công trình này nhằm phục vụ các ngành khác nhau, có thế để giữ độ

sâu, lưu tốc và hình dạng lòng sông cân thiết cho tâu be qua lai, dam bảo điều kiện bình thường, để lây nước từ sông, giữ ổn định bờ sống để đám bảo an toản cho dân

cư và nhà máy, xí nghiệp ở hai bên bò

1.2.3 Công trình dẫn nước

Những công trình nảy bao gêm các loại như kênh mương, đường hằm, câu máng, đường ảng làm bằng các vật liệu khác nhau Các công trình đó chuyển nước

với các lưu lượng, xác định vào các mục đích khác nhau : dẫn mide vao turbin của

nhà máy thưý điện, đưa nuác vảo tưởi ruộng và đồng cỏ, vào hệ thống cấp nước

của thành phó, xỉ nghiệp, nhà máy đồng thời nó có thể sử đụng làm đường giáo thông cho tàu thuyển di lại Thuộc loại công trình dẫn nước này phải ké dén cả

công trình thao lũ, đỏ là những công trình tháo nước thửa của hồ chửa từ thượng,

lưu về hạ Bưu quá đập hoặc hai bên bờ của đập, các công trinh phân lũ sang khu vực khác nhằm giäm lũ sông chỉnh trành ngập lụt hạ lưu

iệt Nam [6]

1.3 Tổng quan về hệ thống công trình thủy lại ô'

Hệ thống thuý lợi (H1 TL) la một tập hợp nhiêu công trình trong một không gian nhất định và phục vụ cho một số nhiệm vụ thuỷ lợi nhất định

Dia bàn phục vụ của một TITTL từ hàng che hecta đến hàng ngàn hecta, có thể trải rộng trên nhiều tỉnh, như HTTT, Bắc-Hưng-Hải ö đồng băng Bắc Bộ, HTTI,

“Tứ giác Long Xuyên

Dâu Tiêng ở Đông Nam Bộ, hệ thống Quản Lộ - Phụng Hiệ

miễn Tây Nam Hộ

Nhiệm vụ của HTTL cũng rất đa đạng: thuỷ nông (tưới, tiên, cải tạo đất),

cập thoát nước, thuỷ sản Các HTTT, lớu thường lá đa

thuỷ điện, giao thông thuỷ,

mục tiêu, đâm bảo lợi dụng tổng hợp nguồn nước, phỏng, chống thuỷ tại và bảo vệ

môi trường Vi dụ các HTTL Bảc-Hưng-Hãi, Cảu Sơn, Bái Thượng, Đô Lương,

Linh Cam, Thạch Nham, Đồng Cam dễn có nhiệm vụ tưới, tiêu, cấp nước, các hệ

thống thuỷ lợi Quản Lộ Phụng Hiệp, Lử giác Long Xuyên, Đồng Tháp Mười có nhiệm vụ tưới, liêu, cải tạo đất (thau chua, ngọt hỏa đông ruộng), kết hợp với giao thông thuỷ.

Theo số liễu thống kẻ, dẫn nay cả nước đã xây dựng 75 hè thông thủy lợi lớn,

1.967 hé chứa dung tích trên 0,2 triệu mẺ, hơn 5.000 cổng tưới tiêu và trên 10.000

trạm bơm lén và vừa, mỗi trạm có công suất 24,8x106m”⁄h dùng hàng vạn công, trình thủy lợi vừa và nhỏ Xây dựng 5.700 lưn dê sông, 3.000 km dê biển, 23.000

km bờ bao, hàng ngàn cống dưới đê, hàng trăm km kẻ và nhiều hẻ chứa lớn tham gia chẳng lũ cho vừng hạ du Tổng năng lực của hệ thống thủy lợi bảo đảm tưới

nước trực tiếp 3,45 triệu ha, tạo nguồn nước cho 1,3 triệu ba, tiêu 1,4 ariệu ha, ngắn

min 0,87 triệu ha, cải tạa chua phèn 1,6 triệu ha, cấp và tạo nguồn cấp nước 5-6 tÿmăm cho sinh hoạt, công nghiệp, đu lịch, địch vụ, 70-75% Lông số đân nông thôn

đã dược cấp nước sinh hoạt

Một số hệ thông thủy nâng điển hình ở nước ta hiện nay:

1.3.1 Hệ thống thuỷ lại Bắc - Hưng - Hải

lệ thống có nhiệm vụ cấp nước cho 121.000 ha đắt canh tác, tiểu ímg cho 185.000 ha thuộc các tình Bắc Ninh, Hưng Yên, Hải Dương và một phân huyện Gia Lâm thuộc thánh phố Hà Nội Các công trình dẫu môi chủ yếu gồm công Xuân Quan là cống lấy mước từ sâng lỏng để cấp nước cho hệ thống; các cổng Cân Xe,

An Thế tiêu nước ra hệ thông sông Thai Binh

Hệ thống được xây dựng từ những năm 50 của thẻ kỹ 20, san khi hoà bình lập lại ð miễn lắc và đã phát huy tác dụng to lớn trong công cuộc khôi phục và phát

triển kinh tế ở miễn Bắc nước ta Ngày nay, hệ thông vẫn đang phat huy tác đựng,

tốt và ngày sảng được cũng cố, hoàn thiện và mổ rộng điện phụø vụ.

Hình 1-2 Cống Xuân Quan (HTTL Bắc-Hưng-Hải)

1.3.2 Hệ thống thuỷ lợi sông Chu

Hệ thông có nhiệm vụ tưới nước cho 50.000 ha vùng đồng bằng Nam sông

Mã thuộc tỉnh Thanh Hoa, cap nude dan dụng va công nghiệp với lưu lượng 1,25

m/s két hop voi giao thông thuỷ Công trình đầu mồi là đập Bái Thượng trên sông

Chu Hệ thống kênh gồm kênh chính có chiều đải 19,33 km vả các kênh nhánh với

tổng chiêu đải hảng trăm kí lỗ mét

Hệ thống được xây dựng từ năm 1936 với diện tích tưới hạn chế Đầu năm

1996, công trình được nâng cấp về cơ bản với việc tôn cao đập dâng, mở rộng và hiện đại hoá công lây nước, kênh dân nước, mở rộng diện tich tưới

Đạp Bái thượng - Thanh: hoá

Hình 1-3 Đập dâng Bái Thượng trên sông Chu (khi chưa tôn cao)

1.3.3 Hệ thông thuỷ lợi Thạch Nham

Hình 1-4 Công trình đầu mối Thạch Nham (Quảng Ngãi)

Hệ thống thuỷ lợi Thạch Nham thuộc tỉnh Quảng Ngãi, phạm vi phia Nam

sông Vệ Nhiệm vụ của hệ thông là tưới 50.000 ha, cấp nước sinh hoạt cho nhân

dan ving với Q=1,7 m/s Céng trinh đầu môi lả đập dâng Thạch Nham Kênh

chính của hệ thông đài 35,2 km, trên đỏ cỏ xiphông chuyên nước qua sông Vệ là

một công trình tiêu biểu với 2 ống thép đường kinh 1,6m, dài 226 m, lưu lượng lớn

nhất Qmax= 15 m°/s,

il

Hệ thống dược xây dựng từ những nắm 8O của thể kỹ 20 và hiện nay dang tiếp tục được nâng cấp và hiện đại hoá

1.3.4 Hệ thống thuỷ lợi Dầu )

lệ thống thuỷ lợi Dâu Tiếng cỏ công trình đầu môi là hỗ Dâu Tiếng thuộc tỉnh Tây Ninh và hệ thẻng tưới trăi rộng trên các tỉnh Tây Ninh, Long An, Bình Dương và Thanh phé Hé Chi Minh Nhiệm vụ của hệ thắng là tưới 93.000 ha đái nông nghiệp, cấp nước cho sinh hoạt và cảng nghiệp 100 triện m1/năm

Hỗ Dầu Tiếng có dụng tích toàn bộ lá 1,58 tý mử, đập chính dải 1,1 km, cao

28 m; đập phụ đài 37 km; kênh chính có chiều đài tổng cộng là 114 km Hệ ¢

tụ được xây dựng và hoàn thành sau ngảy thống nhất đất nước Hiện nay, hệ thông, đang tiếp tục được nâng cấp, hoàn thiện và mở rộng điện phục vụ, đặc biệt là trong Bình vực cấp nước cho đân dụng và công nghiệp

1.3.5 Hệ thống thuỷ lợi Tứ giác Long Xuyên

Nhiệm vụ của hệ thẳng là tiêu ứng, phòng lũ, cải tạo đất cho 488.935 ha: cập nước lưới cho 282.400 ba khu vực Tây Sông Tiậu thuộc các tỉnh An Giang, Kiến Giang và một phần của tỉnh IIậu Giang Hệ thống kénh chính dài 708,3 km là kênh

kết hợp tưới tiểu vả giao thông thuỷ Trong thành phần của hệ thống có các tuyển đê

va ba bao ngăn lũ, các công lưới, liêu, kiểm soát lũ, trong đó quan trọng nhất là các

cổng- đập cao su Trả Sư, Dảm Chỉnh cổng Tuần Thống, T6, Lưng Lớn, la Hòn

Hệ thống bất đầu được xây dựng từ những năm 80 thé ky 20 và hiện may vẫn tiếp tạo được bỗ sung, hoàn thiện, hiện đại hoá và mở rộng phạm vị phục vụ.

12

Hình 1-§ Đập dâng Đầm Chích - Kiên Giang

1.4 Vai trò của các loại công trình trong hệ thong:

Thanh phan của HTTL bao gồm công trình đầu môi, hệ thống chuyển nước(

hở hay kin ) và các công trình trên đỏ

1.4.1 Công trình đầu mối

Đầu mỗi của một hệ thống cỏ thẻ lả nơi tạo nguồn nước (hỗ chửa, đập dâng, tram bơm, cống lẫy nước), hoặc chỉ là công điều tiết ở cuối kênh tiêu đồ ra sông, biển Ví dụ đập dang Cau Sơn trên sông Thương là công trình đầu mỗi của HTTL Câu Sơn (tỉnh Bắc Giang): Công Xuân Quan dưới đê sông Hỏng là công trình đầu môi của HTTL Bắc-Hưng-Hải tạm bơm Linh Cảm là công trình đầu mối của HTTL Linh Cam (Hà Tĩnh), hỗ chửa nước Dau Tiếng (Tây Ninh) là công trình đầu

mối ctia HTTL Dau Tiếng; các công điều tiết ở cuối các kênh tiêu đồ ra biển là

những công trình đầu mối của hệ thống tiêu như công Lân, Thải Bình, các công thoát lũ ra biển Tây ở đông bằng sông Cửu Long

Hình 1-6 Cống Liên Mạc-đầu mối của HTTL Sông Nhuệ

1.4.2 Công trình chuyển nước

Công trình chuyển nước của HTTL là bộ phận quan trong dé van chuyển

nước từ nguồn (đầu môi) đền các hộ sử dụng nước Đường chuyển nước cỏ thẻ bổ

trí theo kiểu hở (kênh, máng) hay kin (đường ống), hoặc kết hợp cả hai, tuỳ theo

điều kiên địa hinh, địa chất trên từng đoạn Đối với các HTTL phục vụ tưới tiêu, giao thông thuỷ thì hinh thức chuyên nước bằng kênh hở lả chủ đạo Các hé thong

cấp nước dân dụng vả công nghiệp thường có đường dẫn kín (ngắm hoặc lô thiên)

để đảm bảo chất lượng nước Hệ thông dân nước đền các trạm thuỷ điện kiểu đường

dân có thê làm theo hình thức kin hoặc hở, tuỳ thuộc vảo kết quả so sảnh kinh tế-kỹ thuật các phương án Nói chung, khi địa hình phức tạp, sườn núi dốc, dễ sạt lở thì

hình thức đường dan kin 1a thich hợp hơn

Một hệ thông dân nước phục vụ tưới, tiêu, cấp nước thường gồm kênh (ông) chính vả các kênh (ống) nhảnh Đói với hệ thông kênh tưới, sơ đỏ bỏ trí thường theo

hình mạng lưới bao gồm kênh chỉnh, các kênh nhánh cấp 1 lây nước từ kênh chính,

các kênh nhánh cấp 2 lây nước từ kênh cấp 1 Sơ đỏ đánh số các kênh như hình 1- 4]

1.4.3.1Các công lây nước, công điền tiết

- Công lây nước: bỏ trí đầu các kênh nhánh để lấy nước từ kênh cập trên xuống kênh cấp dưới

- Cổng diểu tiết: bố trí trên các kênh chỉnh hoặc kênh nhánh cấp cao dễ diều tiết, lam dâng, cao mực nước trước công, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lây

nước vào các kênh nhánh cấp thấp,

1.4.3.3 Các công trình chuyển nước

Dùng để chuyến tiếp nước khi kênh gặp phải các chưởng ngại như sỏng suối,

đường giao thông, kênh khác

Các công trình chuyến mước thường dùng như sat:

- Câu máng: chuyển nước vượt qua sông, kênh hoặc đường giao thông khi Trực nước cao nhất trong kênh chưởng ngại, bay trần lưu không cho phép ở dưỡng, gino thông là thấp hơn cao trình đáy kênh chuyển nước

tư

- Xi phông ngược (cống luồn): Chuyển nước vượt qua sỏng, kênh, hoặc đường giao thông khi mực nước cao nhất rong sông, kênh chung ngại hay trần lưu +hâng cho phép ở đường giao thông vượt quá cao trinh đáy kênh chuyển nước

1.4.3.3 Các công trình nỗi tiền

hi cân hạ thấp nhanh cao trình đáy kênh chuyển nước, đảng các hình thúc:

- Bậc nước: khi độ đốc địa hình lén

- Dễc mước: khi độ đốc địa hình khá lớn

1.4.3.4 Công trình đo nước

Công trình đo nước được đặt ở đầu kênh chính, đâu cáo kênh nhánh để do

xnực nước và lưu lượng phục vụ cho công lác quân lý, phần phổi nước trên hệ thống Ngoài ra tại những vị trị cần thiết, có thể bổ trí các công trình chuyên dừng,

đề đa các thông số về vận tải thủy, độ bồi xói

Trên một hệ thông, có thế tận dung các công trình thuỷ công để đo mước

Muôn vậy, khí thiết kế phải bỏ trí các bộ phận có chức năng thích hợp

1.4.3.5 Các công trình bảo vệ kẽnh

Cáo công trình này có chức năng bảo vệ bờ kênh khôi bị bồi, xói lở khi nước trong kênh tràn bở ra ngoài, hoặc nước từ ngoài tràn váo trong kênh, đặc biệt là khi kênh chạy đưới chân sườn đôi Thuộc loại nảy gồm có:

- Tràn bên: để giữ cho nước trong kênh không tràn bở gây xi lở bờ

- Cổng tháo cuối kênh: để giữ cho nước trong kênh không trản bờ, hay để thao can nước trong kênh khi càn sửa chứa kênh và các công trình trên đỏ,

- Kênh tách nước: bố trí ở phía bo kênh giáp với sun doc dé thu nude Lit sườn đốc không cho trần vào kênh đân nước Nước trên kênh tách dược chuyển thoát ra các vị trí có địa hình trồng, tử đỏ có các công trình chuyển nước cắt qua tuyển kênh

lũ

~ Cổng tiêu qua kênh (công huôn dưới kênh) Thường bê trí dẫu cổng là các

hồ trững thu nước từ sườn đốc; cuối cổng được nổi với các khe lạch tự nhiên gin

với tuyển kênh

- Tran bang qua kênh: đùng khi cần chuyển nước từ sườn đốc băng qua kênh, ana bé phia ston dóc không có hỗ trũng thích hợp Loại này thường sứ dụng kết hợp với cầu giao thông qua kênh Khi phạm vi bố trí tản băng đải thì có thể thay bing một đoạn kênh hộp dẫn nước

1.4.3.6 Bể lắng cat

Bé lang bin cát là một đoạn kênh được mỡ rộng và khơi sâu để lăng điện tích mặt cất, giảm lưu tốc va do dé cho phép ling dong các hạt bùn cát đú lớn, cỏ thé gay bởi trên kênh hay mặt ruộng được tưới Hề lắng cát cũng có thể được bỏ trí trước các xi phông ngược (công luôn) đề tránh bảm cát bồi lấp ở đáy xiphông, Bùn cát lắng dọng trong bể được dưa ra khỏi bẻ bằng các hình thức khác nhau: nạo vét thủ công, hút bằng cơ giới (tàu hút bún), tháo xã bằng thủy lực

1.4.3.7 Công trình vận tải thuỷ trên lcênh

Với các kênh có kết hợp vận tải thuỷ, tại các vị trí có mực nước trên kênh thay đối nhiều thi cần bổ trí âu thuyền để cho thuyên bè di lại được an toàn

1.4.3.8 Cân giao thông qua kênh

Khi kênh cắt qua đường bộ mà không làm công trình chuyển nước kiếu công, luổn thì phải bố trí cầu giao thông vượt qua kênh Khi đỏ cao trình day dam câu phải đặt cao hơn mực nước lớn nhất trong kênh Irường hợp bẻ rộng kênh lớn, phải

lam trụ đỡ trung gian ở giữa kênh thì phải xét đến sự hạ thấp mực nước trong kênh

phía hạ lưu cầu do tlhu hẹp mật cất (tổn thất cục bộ)

Như vậy trên mội HTTT,, luỷ theo nhiệm vụ công trình và các điển kiện địa

chất, địa hình, địa vật cụ thể mà bỏ trí các cộng trình thích hợp để thoả mãn nhiệm

vụ chuyển nước, phân chia nước, đổng thời đâm bão an toàn cho kênh và khu vực lan cận

Trong thiết kế HTTL, dễ thuận tiền cho công tác thiết kế, tá công và quân

l, có thể áp dựng thiết kế mẫu cho từng loại công trinh vả từng cấp thích hợp Các hạng mục thường được áp dụng thiết kế mẫu là cổng lấy nước, cảng điểu tiết, cầu giao thông qua kênh, các đoạn (dơn nguyên) của kênh mảng

1, Tổng quan các phương pháp đánh giá an loàn công trình (rang hệ thắng hiện hành

Hiện nay trong thiết có nhiều phương pháp tính ổn định và độ bên công trình Các phương pháp được sử dụng phổ biến trong thiết kế là phương pháp ứng suất cho phép, phương pháp hệ sổ an toàn, phương pháp trạng thái giới han và phương, pháp tĩnh công trình theo lý thuyết độ tím cậy

1.5.1 Phương pháp ứng suất cho phép [19]

Theo phương pháp này, diễu kiện bên có dạng:

Trong dé: K - hé s6 an toán, là tỷ lệ giữa yến tê (lục hay mómen) giữ Fy và yêu

tổ gây mắt ôn định Eạ, K„„ là hệ số an toán cho phép

Trong tính toán thiết kế, người thiết kế thường, hịa chon công thức tính toán hệ

xố ôn định K đã được thiết lập cho từng loại công trình và cho từng sơ đỗ tính cụ thể Lệ số an toàn chơ phép K„ được xác định theo tiếu chuẩn kĩ thuật được chọn

lãm tiêu chuẩn thiết kế.

18

1.5.3 Phương pháp trạng thái giới bạn [19]

Phương pháp tỉnh theo trạng thái giới hạn là việc sứ dụng một nhóm các hệ số

an toàn mang đặc trưng thắng kê: hệ số tổ hợp tãi trọng nạ, hệ số điển kiện làm việc

am, hệ số tin cậy K„, hệ số lệch tải n, hệ sở an toán về vật liệu Kvu, Nhóm các hệ số

nay thay thé cho một hệ số an toàn chung K Vì vậy phương pháp này con được gọi

là phương pháp nhiêu hệ số an toàn

Người ta phân biệt 2 nhom trang thai giới han

Trạng thai giới hạn thứ nhất — công trình, kết câu và nên của chủng làm việc

trong điều kiện khai thác bắt lợi nhất, gồm: các tinh toán về độ bên và ổn định chung của hẻ công trình — nên, độ bên thâm chung của nền và công trình dắt, dộ bên của các bộ phận mà sự hư hỏng của chứng sẽ làm cho việc khai tháo công trình bị ngừng trề; các tính Loán về ứng suất, chuyên vị của kết cấu bộ phân mẻ độ bển hoặc

độ ổn dịnh công trinh chung phụ thuộc vào chúng v.v

Trạng thái giới hạn thứ hai — công trình, kết cầu và nên của chúng lảm việc

cục Độ cửa

tất lợi trong điểu kiên khai thác bình thường, gồm: các tỉnh toán dộ

nên; các tỉnh toán về bạn chế chuyển vị và biển dạng, về sự tạo thánh hoặc mở rộng,

vét mút và mổi nổi thi công, về sự phá hoại độ bên thâm cục bộ hoặc độ bền của kết

câu bộ phân mà chủng chưa được xem xét ở trạng thái giới hạn thứ nhất

‘Theo QƠVN 04-05: 2012 điều kiện đám báo ôn định hay độ bên của cổng trình

trong đó ÂN - trị số tính toán của tãi trọng tổng hợp Tải trọng tính toán được xác định bằng cách lấy tải trọng tiêu chuẩn nhãn với hệ số lệch tải n:

ẢNụ - tải lrọng tiêu chuẩn,

¬ - hệ số lệch tải, xác dịnh theo bang QCVN 04-05: 2012

R - trị số tỉnh toán của súc chịu tống hợp của công trình hay nẻn

¬

19

Re - cường dỗ tiêu chuẩn của vật liệu;

Kựu, - hệ số an toàn về vật liệu, Khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất, với kết câu kim loại, Kvy, - 1,5 Khi tính toán theo trạng thái giới hạt thứ hai,

lay Ky, = 1,0

n, - Hé sd té hop tai trong

1m - Hệ số điều kiện làm việc

K, - Iệ số tin cậy xét đến tắm quan trọng (cấp) của công trình, các hậu quả khi xây ra trạng thái giới han

1.5.4 Phương pháp tính theo lý thuyết độ tin cậy [6] [3]

1.5.4.1 Sự hình thành của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên:

Sự tiến triển logie của các phương pháp thiết kế cảng trình đã được tổng kết như sau Ban dầu chúng duợc tính theo các phương pháp tát định (theo ứng suất cho

phép và hệ số an toản), với tiên đẻ là tải trọng và độ bên tính toán đã được mặc định

Sư phát triển phương pháp trạng thái giới hạn là một bước tiến trên con

đường cải tiễn các phương pháp thiết kế công trình Phương pháp trạng thái giới hạn

thực chất là phương pháp bản ngần nhiên, ở đây các hệ số an toàn cục bộ (nạ, Kạ, m, Kxyr) dược xác dịnh theo con dường, xác suất thông kê

20

1.5.4.2 Lịch sử phát triển phương pháp thiết kế ngẫu nhiên trên thế giới

Những năm thập kỹ 6U vả 70 của thể ký XX trên thế giới đã có những công,

trình công bố vẻ ứng dụng lý thuyết độ tin cậy vàa lĩnh vực kết cầu xây dựng Các

khải niệm vẻ '“Xác suất dam bao không bị phả hoại” cũng như tỉnh toán các xác suất nay đã trở nên quen thuộc trong lĩnh vục kết cầu xây dựng,

Lý thuyết độ tin cậy cứng đã được ứng dung vào lĩnh vực tỉnh toán công, trình thúy từ những, năm thập ký 90 của thế kỷ X%X Các thiết kế ngẫu nhiên vả các

thiết kê rủi ro được phát triển khá mạnh mẽ trong lĩnh vụe công trinh biển và cảng

trình bão vệ bờ

Ở nước ta, lý thuyết độ tr cây cũng dã dược xâm nhập vào từ những năm 60,

từ đó đến nay nó không ngừng được phát triển Đâu tiên là sự truyền bá lý thuyết

bằng những sách địch, bài giảng, giáo trình giảng dạy trong các Irường đại học, liép đến là các ông trinh nghiên cứu trong khuôn khỏ các luận văn thạc sĩ, luận án tiên

sĩ trong các ngành Giao thông, Kết câu xây dựng, Công trinh thủy, Đê và công trình bão vệ bờ Trong lĩnh vực kết cáu xây dựng đã có những quy định ban dâu về tính

độ tin cậy kết cấu 8o với thể giới ứng dụng lý thuyết nảy trong lĩnh vực công trình xây dụng của Việt nam đang còn là mới mẻ

1.5.4.3 Các cấp dộ tiếp cận trong ứng dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên

Trong trường hợp tắt cả các nguyên nhân xáy ra hư hỏng công trinh có thể

liệt kế và xác suất xảy ra hư hỏng đỏ có thế chắc chan được xác định thi về nguyên

tắc có thể xác dịnh được xác suất xây ra sự cổ Vi va

phương pháp tiếp cận mới trong thiết kế công trình v:

mức độ có thế xây dựng tiêu chuẩn an toàn công trình căn cứ vào phân tích rủi ro

hoàn toàn có thể đưa ra một

Ý hưởng “Cần xem xét về

cho tất cả các yêu tổ liên quan” Đây là lý do co ban của sự phát triển phương pháp

“Thiết kế cổng trình theo lý thuyết ngẫu nhiền và phân tích độ tin cậy”

Thương pháp thiết kế ngẫu nhiên là phương pháp thiết kế đựa trên cơ 8G loan xác suất thông kế dễ phân tích tương tác giữa các biển ngẫu nhiên của tải trong và

của sức chịu tải trong các cơ chế phá hoại theo giới hạn làm việc của công

trình Trong thiết kế ngẫu rihiễn, tất cả các cơ chế phá hông được mô tâ bởi mô lrinht

2L

toán hoặc mô hình mô phỏng tương ứng Tỉnh toán xác suất phá hỏng của một bộ phận kết cầu hoặc của công trinh được dựa trên hàm độ tin cậy của từng cơ chế pha hỏng,

Cáo cấp độ tiếp cận trong ứng dụng phương pháp thiết ké ngấu nhiễn dược chia ra lam bén cp độ:

* Cap đô 0: Là phương pháp thiết kế tất định — phương pháp hệ sỏ an toàn Thiết

kế dựa trên cơ sở các trạng thái trung bình, các trị trung bình và kẻm

theo hệ số an toàn thích hợp tương ứng với mỗi loại công trình,

* Cấp đỏ I; Tà phương pháp thiết kế tất định — phương pháp trạng thái giới hạn

Đây là phương pháp tiếp cân bản ngẫu nhiên Trong thiết kế sử dựng

các 1 nhóm các hệ số an toản cục ba (n,, m, Ky, n, Kvr) đề tàng giá trị

cha ti bong và giảm giả In eta dd bén

* Cấp độ 1i: Là phương pháp thiết kế ngẫu nhiên Cấp độ nảy bao gồm một số

phương pháp gần đúng để biến đối hàm phân phối xác suất sang đạng ham phan phoi chuẩn hay phân phối Gaussian Để xác định gần dímg, các giả trị xác suất xảy ra sự cô, quá trình tuyến tỉnh hóa toản học các phương trình liên quan cân được thực hiện

* Cấp độ 1H; Là phương pháp thiết kế ngấu nhiên Theo cấp độ tiếp cận nảy, các

hảm phân phổi xác suất của các biến ngẫu nhiên được xem xét hoàn toàn đứng với quy luật phân phổi thực của chúng Trưởng hợp bải toàn phi tuyên, vẫn đẻ cũng sẽ dược giải quyết theơ phi tuyển

1.6 Kết luận chương 1

Từ tính cấp thiết và mục tiêu của để tài, trong chương 1 của hiện văn đã làm

16 dược những nội dung sau:

Nêu được chức năng, nhiệm vụ của công trinh thúy lợi đối với nên kinh tế

quốc gia Thủy lợi phục vụ nhiền mục đích như tưới nước trong nông nghiệp, phát

triển nguồn điệu chỗ công nghiệp, cho simh hoại, cung cấp nước cho đời sống sinh hoạt, nhà máy, xí nghiệp, cho nuéi trêng thủy sản phát triển hệ thống giao thông

thủy, chống lũ lụt Vĩ thế công tác thủy lợi đóng vai trỏ quan trọng trong nên kinh tế quốc dân và đời sống của nbén dan,

Tổng quan được các phương pháp đánh giá ốn định công trình trong hệ thắng

do là: Phương pháp ung suat cho phép, phương pháp hệ sỏ an toàn, phương pháp trang thai gidi han và phương pháp lý thuyết độ tin cậy Từ cái nhìn tống quan đó có

những nhận định, phân tích tru nhược điểm của tùng phương pháp này

Có cải nhìn tổng quan về hệ thống công trình thủy lợi về chức năng nhiệm

vụ, của các công trình cụ thể trong hệ thông thủy lợi Xuất phát từ thực tế khai thác các hệ thông công trình thuỷ nông, cho thấy không íL hệ thống công trình bị sự cỗ din dén pha huỷ công trình với nhiều lý do khác nhau, trong đó có những yếu tố không dược xét đến do han chế của các phương pháp trong tính toán truyền thống,

nén đã gây ra những tổn thật đáng tiếc đối với sẵn xuất, kinh tẻ, an toàn môi trường

và con người Hơn nữa, các nghiên cửu trước dây mới chỉ đừng lại ở việc nghiên cứu đánh giá ốn định cho một công trình cụ thế, đơn lễ mà chưa có một nghiên cứu

tảo nhằm đánh giá ôn định kỹ thuật về kết cầu của một nhỏm công trình cũng, như

cả hệ thông công trình thủy lợi

Mục tiêu cửa luận văn chính là nghiên cứu khắc phục các khiếm khuyết của phương pháp tính truyền thống, bằng cách đựa trên áp đụng các phương pháp xác suất của lý thuyết độ tin cậy dễ dánh gia va tit dé nang cao chất lượng như mơng,

muốn của các hệ thông công trình thuỷ nẻng xây dung trong điều kiện Việt Nam

Đó cũng là xu hướng phát triển hiện nay trên thể giới nhằm góp phần nang cao ning suất nêng nghiệp, bảo đảm an toàn lương thực

Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, nhiều hệ thống công trinh thủy lợi duợc xây đựng đã lân, xuâng cập nhưng không được đầu tư nâng cấp thỏa đáng ma han như sửa chữa mang tính chắp vá, không đồng bộ Vi vậy, việc xây dựng phương, pháp đánh giá ân định hệ thông công trình thuỷ nông theo độ tin cậy được nghiên cứu trong luận văn không chí nhằm phục vụ xây dựng mới hệ thông, đúng dia chi,

xnang lại hiệu quả cao (1ức là kiểm soát được chải lượng công trình và của hệ thông, theø độ tin cậy) mà còn có thể hễ trợ cho việc lập và sa sánh các phương án tu sửa, niâng cấp các công trình đang khai thác thuộc hệ thẳng thuỷ nông

23

CHƯƠNG2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ÔN BINH HE THONG

CONG TRINH THUY LOI THEO LY THUYET DO TIN CAY

2.1 Giới thiệu phương pháp lý thuyết độ tin

2.1.1 Giới thiệu chung [9]

Hiện may trên thế giới lý thuyết ngẫu nhiền đang được dùng tương dối phố biển trong những nghiên cửu, tinh toán phân tích an toàn hệ thống như hệ thống,

phòng lũ, hệ thông công trình xây đụng Trong lĩnh vực công trình xây đụng, nhiều

nước tiên tiến trêu thẻ giới thư các nước ở châu Âu, Mỹ, Nga, Trung Quốc vv đã đưa ra những tiêu chuẩn an toàn cỏng trinh theo xác suất an toàn cho phép hoặc độ tim cậy an toàn của công trình

Hiển nay lại Việt Naưn đang sử dụng hỗn hợp cáo phương pháp: phương pháp ting suất cho phép, phương pháp hệ số an toản và phương pháp trạng thải giới hạn cùng với mô hình thiết kế truyền thông để tỉnh toán công trình Theo mô hình thiết

kế này tâi trọng và dộ bến tính toán dược ruặc định trơng suốt quả trình làm việc của công trình Nhưng thực tế các hàm tải trọng và độ bên chịu tác động, của rất nhiều yêu tố khác nhau và biến đổi theo quy luậi ngẫu rửiên Vì vậy quan riệm về quan

hệ giữa tải trọng và sức chịu tải của công trinh trong quá trình làm việc của mê hình thiết kể truyền thống ngày cảng trỡ niên lạc hậu Xu hướng tiến bệ hiện nay là thiết

kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân lịch độ tan cậy Như ở Chương T tác giả đã trình bảy mức dộ tiếp cận với phương pháp thiết kế hiện dại nảy hiện dược chia ra ở các cấp độ khác nhau:

- Tiệp cân mức độ xác suất cập độ 0, thiết kế truyền thống, sử dụng phương, pháp hệ số an toàn

- Tiếp cận mức độ xác suất cấp độ I, thiết kể bản xác suất, sử dựng phương

pháp nhiều hệ số an toàn (phương pháp trạng thái giới lạm)

- 'Tiếp cận xác suất cấp độ II và cắp độ HI, phương pháp tiếp cận ngẫu nhiên

Mite độ II, trong đỏ các hàm phân bả của cáo biến được giữ nguyên quy luật

phân bổ và cáo tính toán không sử dụng các phương pháp gần đúng Cấp độ II,

độ tin cậy an toàn cho hệ thông, tiếp cận với lý thuyết ngẫu nhiên ở cập độ II

Các nguyên nhân xáy ra sự cỗ công và đoạn kênh dẫn ước có thể liệt kẻ:

Thâm, trượi, lật, ứng suất nên, đây g: thâm, trượt, lún, tran bén cia mai

kénh Từ trước đến nay khi tính toán én định của cáo công trình trong hệ thông theo

phương pháp tính truyền thông chưa phản ánh được hết những bắt lợi mà công trình eầy ra Việc tỉnh toán thiết kế kết cầu cổng trinh dụa trên các Liêu chuẩn quy phạm, trong đó coi các yêu tổ bắt định là “tiên dịnh” kèm theo các hệ số an toàn Cách tinh toán này đượ gọi là phương pháp tính theo “mô bình tiển định”, không phân ánh được bàn chất ngẫu nhiên của các tác động, do đó không thể đánh giá đúng din chat lượng của kết cầu công trình thực tễ Theo ý tưởng của phương, pháp luận nêu trên, người ta hoàn toàn có thể đưa ra một phương pháp tiếp cần mới trong thiết kế công, trình với ý tưởng “Cần xem xét về mức độ có thể xây dựng tiêu chuẩn au toàn công trình căn cứ vào phân tích rủi ro của tắt cả các yếu tả liên quan” Đậy chính là lý do

co ban cho sự phát triển "Thiết kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân tích

độ tim cậy"

Tý thuyết cơ bân cña các phương pháp xúc suit thang ké

Việc mở rộng cơ bản của thiết kế tất định được giới thiệu bằng các phương, pháp xác suất thống kê lả các hàm mật độ hai chiều hay các hàm mật độ xác suất

nối kết của sức bên và tái trọng, f; s(R,S) được đưa vào trong tính toán hơn lá dùng các giá trị thiết kế dặc trưng, Các dang ham sé nay có bế mặt sóng nhiều hay ít trên mién không gian hai chiên, bất kỳ một điểm nảo trên đó sẽ mỗ là bằng khoảng cách

8 và R đọc theo các trục tọa độ Các hàm rnật độ xác suất riêng từng phản fạ và Ís được xây dựng từ phần chia của R và 5 của khối lượng xác định bởi fzs Việc tính toán xác suất phá hỏng của một thành phần dược dựa trên hàn độ tin cây của từng,

sơ chế phá hỏng Hàm độ lin cây 7: được thiết lập căn cứ vào trạng thái giới hạn

w b

tương ứng với cơ chế phá hỏng đang xem xét, và là hàm của nhiều biển và tham số

gấu nhiên Theo đỏ, Z R-8 <0 được coi là có xây ra hư hông và hư hồng không,

xảy ra nếu Z nhận các giá trị còn lại (xem hình 2.1) Do đó xác xuất phá hỏng được xác định là P{Z<0}

X;(E) ¿_Z =0 Biên giữa vùng an toàn và vùng không an toàn

Hinh 2-1: Dinh nghia bién hư húng 7, =0

Muén tính được độ tin cậy của công trình, người thiết kế phải có đủ số liệu

phân phối ngẫu nhiền của tải trọng và độ bên từ đó kết hợp với các yêu tổ ảnh

hưởng bên ngoài tiến bành phân phối xác suất và đánh giá độ tin cậy công trình

- ảnh hưởng của môi trường

- Ảnh hướng hình dạng của công trình| _ „|

- Quan hệ giữa các bộ phận

26

2.1.2 Những ưu điểm khi sir dung ly thuyét dé tin cay

‘Tinh toán khá năng ổn định của một công trinh theo phương pháp thiết kế truyền thống thông thường được gọi là phương pháp tất định Theo phương pháp này các giá trị thiết kế của tải trọng và các tham số dộ bến dược xem lá xác dịnh, tương ứng với từng trường hợp và tổ hợp thiết kế riêng Ví dụ trong thiết kế công,

lây nước, tương ứng với mỗi giá trị tẩn suất thiết kế, mực rước và kích thước thân

cổng được xác định và được coi là tái trọng thiết kể, dựa vào tiểu chuẩn quy định

thiết kê, hình đạng và các kích thước của công trình được xác định Các tiêu chuẩn

quy định này được xây dựng trên các trạng thái giỏi hàm của cơ chế phá hang, trong

đó có kế dến số dự an toàn thông qua hệ số an toàn

Theo phương pháp thiết kế tất định công trình được coi là an toản khi

khoảng cách giữa ức chịu tải và tôi trọng tác dụng đủ lớn để đâm bảo thỏa mãn

ất cả các thành phân công trình Một số hạn chẻ tiêu

từng trạng thải giới hạn của

biển của phương pháp thiết kế tật định có thế được nêu như sau:

+ Trên thực tế, chưa xáu định duợc xác suất phá hỏng của từng thành phần

cũng như toàn hệ thông

— Chưa xét đên tỉnh tống thề của một hệ thống hoàn chỉnh

— Không so sánh dược dộ bên của các mặt cắt khác nhau vẻ hình dạng và vị

! Không đưa ra xác suất gây thiệt hại và mức độ thiệt hại của vừng bão vệ

(ác suất xảy ra sự công trình )

Các phương pháp xác suất thống kê trong thực tế là một sự mở rộng các phương pháp truyền thông Van dé ha chon mét hệ số an toàn thích hợp được giải quyết một cách có hệ thông bằng cách sử dụng các công eụ thông kế dễ miều lâ các

thuộc tính ngẫu nhiên của cả sức bên vật liệu và tải trong,

Trong giải pháp này, một phạm vì an toàn được thứ nhận bằng cách đưa vào trong tính toán tất cả những bất dịnh, không chắc chắn của các biển tải trọng và các

biển sức bên Bằng cách chấp nhận một xác suất sự cổ nào đó, người thiết kế hiệu

chẳnh phạm vĩ an toàn một cách hợp lý

Tính toản công trình theơ lý thuyết dộ tin cây là sự phát triển có tỉnh logic phát triển dẫn từng bước từ phương pháp hệ số an toàn, phương pháp mửa xác suất,

dé phân tích các biên tải trọng, sức chịu tải của vật liệu, tính chất kết câu và điển

kiện làm việc của công trình

Sự khác nhau căn bản giữa thiết kế truyền thống và thiết kế theo lý thuyết độ tin cậy là ở chễ, phương pháp thiết kế theo lý thuyết độ tin cậy (phương pháp thiệt

kế ngẫu nhiên) dựa trên xác suất hoặc tần suất chấp nhận thiệt hại của vúng ảnh

hưởng Kết quả được đưa ra là xác suất hư hỏng của từng thành phần công trình

toàn bộ hệ thông Vì vậy có thể nói thiết kế ngấu nhiên là phương pháp thiết kế Long hợp che toàn thể hệ thống, Xáo suất chấp nhận thiệt hại của vùng ảnh hưởng phu

thuộc vào vị trí, mức độ quan trọng của khu vực, mức độ thiệt hại có thể và tiêu

chuẩn: am toàn của từng vùng, từng quốc gia Với lý do may, thay vì xác suất xác

+ Danh giá tốt hơn các thông kê sức bên vả tải trọng

+ Ngăn chặn những bảo thủ trong thiết kế không cản thiết đưa đến việc tiết kiệm chỉ phí xây dựng

+ Đưa những phương tiện đễ đánh giá quân lý, bảo đưỡng và đánh giá số liệu

đổi với quản lý

2.2 Cơ sở toàn học của phương pháp ngẫu nhiên

2.2.1 Tỉnh toán cấp độ l:

28

Một cách tổng quát, hiện nay các thiết kế dược dựa vào các tiêu chuân và

hưởng dẫn thiết kể Irong đỏ các thông số độ bên được gia giám bằng các hệ số đặc

trưng, các thông số tải trọng được gia tăng bằng các hệ số tải trọng Thể hiện theo

17s — Hệ số an toàn của độ bên;

+ s— Hệ số an toàn của lãi trong,

Các giả trị đặc trưng của thông số độ bản và tãi trọng được tính theo công,

thức 2.2

Mg thos

Mét 36 sich hướng dân thiết kế gần dây dã liên kết tỉnh toán theo biểu thức

2.2 với lí thuyết độ tin cậy đề tính toán xác suất xây ra sự cổ ở mửc độ II Sự kết

“Điểm thiệt kế là điểm nằm

én trong định nghĩa điểm thiết

hop ndy được thị

trong miễn sự cỗ với mật độ xảo suất kết hợp của độ bẻn vả tải trọng là lớn nhất”

Vì vậy mà giá trị độ bên và tải trọng tại điểm sự cô gần với giá trị tại điểm thiết kể:

Sty + asf, — ðg(+2gf,)

Thể công thức 2.2 vào 2.3 được hệ phương trình của các hệ số an toàn thành

phân 2.4

định gần đúng các giá trị xáo suất xảy ra sự cổ, quá trình tuyến tính hóa toán học

cáo phương trình liên quan cần được thực hiện

Tủy thuộc dang ham Lin cay và phân bố các biến ngẫu nhiền cơ bản mã các trường hợp tinh toán cấp dộ này bao gồm

+ Trưởng hợp (1): Hảm tin cậy tuyến tỉnh với các biển ngấu nhiên cơ bản phân bề chuẩn

+ Trường hợp (2): Hàm tin cây phí tuyến với các biến ngẫu nhiên phân

pH (26)

‘Trong, 46, p1, , 6, duge tinh theo cdng thie 2.7 dudi day:

Ham tin ey: % 0 ayXy — ay Xa4 ÐamXu+b

* ?rường hợp (2) - Hàm tia cậy phi tuyển với các biên ngấu nhiên phân bố chuẩn:

'Trường hợp hàm tíì cậy là hảm phí tuyển của một số biến cơ bắn độc lập có phan hề chuẩn thì hàm này sẽ không phân bỏ chuẩn Có thể sử đụng phương pháp khai triển Taylor (lây 2 số lạng đầu tiên của đa thức) để xác định hàm tín cậy Z gần đúng Biểu thức gần đứng có dạng 2.9

Z-azŒx gŒ)—S ze Tp) G9)

'Biếu thức gân đúng trên của Z là tuyến tính nên theo định lý giỏi hạn trung tam thi Z phân bố chuẩn Khi đó kỳ vọng vả độ lệch chuẩn của hàm độ tin cậy có thể được tính gân đúng với giá trị kỳ vọng và độ lệch chuẩn của hàm tuyến tính hóa theo công thức 2.10, 2.11:

fy =e YE Fat, Xa (2.10)

Qua biểu thức 2.13 nhận thấy rằng việc tỉnh toán giá trị gần đúng của

thông qua tuyên tĩnh hóa hàm tm cậy phụ thuộc vào việc lựa chọn điểm tuyển tính

héa cia ham Nhung theo Hasofer va Lind thi chỉ số độ tin cây không phụ thuộc

vào ham tín cậy có phải là hàm tuyển tính không, Vì vậy, cản tuyến tỉnh héa ham 4

là điểm năm trên biên giữa vủ

vùng không an toàn) Có nhiều phương, pháp dé tim diém thiết kế thông qua qua

trình lặp, nhưng có hai phương pháp thường đủng là phương pháp giải tích và

phương pháp số

- Phương pháp đầu tiên dựa vào việc chuẩn hóa hảm tin cây thành hàm của

các biển tiêu chuẩn Tọa độ của điểm thiết kế la:

Ch, Uf) (a f.0 p88) va Xì —„„ +Uưy (3⁄14)

Điểm thiết kế và giá trị Hư được đựa vào quá trình lặp để giải các

biểu thức: