Nghiên cứu ảnh hưởng của độ nghiêng đến ổn định của đập bê tông trên nền đá trong điều kiện có động đất và biện pháp xử lý để đảm bảo an toàn đập

Khu vực xây dựng và ở phía sâu dưới nền đập có thể có các đứt gãy kiến tạo, trong quá trình khảo sát thiết kế không lường đến hậu quả hoặc chưa phát hiện ra để có giải pháp xử lý trước k

I Tính cấp thiết của đề tài 1

II Mục đích của đề tài 1

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

1 Cách tiếp cận 2

2 Phương pháp nghiên cứu 2

IV Kết quả đạt được 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC VÀ VẤN ĐỀ AN TOÀN ĐẬP 3

1.1 Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam 3

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn đập bê tông trọng lực 8

1.3 Các yếu tố tác động làm cho nền đập bị nghiêng 8

1.4 Vấn đề kiểm soát an toàn đập 8

1.5 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 9

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NGHIÊNG MẶT NỀN ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 10

2.1 Các trạng thái mặt nền bị nghiêng 10

2.1.1 Mặt nền nghiêng về phía thượng lưu 10

2.1.2 Mặt nền nghiêng về phía hạ lưu 10

2.1.3 Các trạng thái nghiêng dọc theo trục đập 11

2.2 Cơ sở tính toán ổn định của đập trên mặt nền nghiêng 11

2.2.1 Tính toán ổn định của đập theo tiêu chuẩn Việt Nam 11

2.2.2 Tính toán ổn định của đập theo tiêu chuẩn Mỹ 27

2.1 Nghiên cứu quan hệ giữa độ nghiêng mặt nền với ổn định của đập 34

2.3.1 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 34

2.3.2 Xác định mặt cắt hợp lý của đập không tràn 36

2.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ nghiêng mặt nền đến ổn định của đập 42

2.4 Giải pháp kiểm soát độ nghiêng của đập 48

2.4.1 Con lắc thuận 48

2.4.2 Con lắc nghịch 50

2.6 Kết luận chương 2 54

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO ĐẬP SÔNG TRANH 2 55

3.1 Giới thiệu công trình 55

3.1.1 Tổng quan về công trình 55

3.1.2 Đập chính 56

3.1.3 Đập phụ 58

3.2 Các vấn đề liên quan đến an toàn đập Sông Tranh 2 63

3.2.1 Hình thức mất ổn định tổng thể 63

3.2.2 Hình thức mất ổn định cục bộ 64

3.3 Hệ thống thiết bị quan trắc đập Sông Tranh 2 65

3.4 Kiểm tra ổn định đập Sông Tranh 2 trong điều kiện hiện tại 66

3.4.1 Phương pháp tính toán 66

3.4.2 Mặt cắt tính toán 66

3.4.3 Các trường hợp tính toán 67

3.4.4 Kết quả tính toán 69

3.5 Giải pháp đảm bảo an toàn cho đập Sông Tranh 2 70

3.5.1 Đề xuất giải pháp 70

3.5.2 Tính toán thông số của màn chống thấm gia cường 71

3.5.3 Đánh giá hiệu quả tăng ổn định đập khi làm màn chống thấm gia cường 73

3.6 Kết luận chương 3 73

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 75

4.1 Các kết quả đạt được trong luận văn 75

4.2 Một số vấn đề tồn tại 76

4.3 Hướng tiếp tục nghiên cứu 76

Hình 1.2 - Đập bê tông đầm lăn thuỷ điện Sơn La 6

Hình 1.3 - Đập bê tông trọng lực Tân Giang - Ninh Thuận 7

Hình 1.4 - Đập bê tông trọng lực Lòng Sông - Bình Thuận 7

Hình 2.1 - Trạng thái mặt nền bị nghiêng về phía thượng lưu 10

Hình 2.2 - Trạng thái mặt nền bị nghiêng về phía hạ lưu 11

Hình 2.3 - Sơ đồ tính ổn định trượt phẳng trường hợp mặt trượt nằm ngang 15

Hình 2.4 - Sơ đồ tính ổn định trượt phẳng trường hợp mặt trượt nằm nghiêng 16

Hình 2.5 - Sơ đồ các lực tác dụng lên đập khi chưa bị nghiêng 18

Hình 2.6 - Sơ đồ tính r1’ và r2’ khi đập bị nghiêng góc β về hạ lưu 19

Hình 2.7 - Sơ đồ các lực tác dụng lên đập theo TCVN 22

Hình 2.8 - Áp lực nước tăng thêm khi có động đất 26

Hình 2.9 - Sơ đồ tính ổn định trượt phẳng trường hợp mặt trượt nằm ngang 30

Hình 2.10 - Sơ đồ tính ổn định trượt phẳng trường hợp mặt trượt nằm nghiêng 31

Hình 2.11 - Vị trí của hợp lực trong các trường hợp 32

Hình 2.12 - Áp lực đẩy ngược theo tiêu chuẩn Mỹ 33

Hình 2.13 - Mặt cắt cơ bản của đập 37

Hình 2.14 - Mặt cắt thực dụng đập không tràn 38

Hình 2.15 - Sơ đồ tính toán cho trường hợp 1 (TCVN) 39

Hình 2.16 - Sơ đồ tính toán cho trường hợp 3 (TCVN) 40

Hình 2.17 - Sơ đồ tính toán cho trường hợp 2 và 5 (TC Mỹ) 40

Hình 2.18 - Quan hệ K = f (β) của đập có Hđ = 60m 43

Hình 2.19 - Quan hệ K = f (β) của đập có Hđ = 80m 43

Hình 2.20 - Quan hệ K = f(β) của đập có Hđ = 100m 44

Hình 2.21 - Quan hệ K = f (β) của đập có Hđ = 120m 45

Hình 2.22 - Quan hệ K = f (β) của đập có Hđ = 140m 45

Hình 2.23 - Quan hệ [β] = f (Hđ) 46

Hình 2.24 - Quan hệ Kmin = f (Hđ) khi β = 2o 46

Hình 2.25 - Quan hệ Kmin = f (Hđ) khi β = 4o 47

Hình 2.26 - Nguyên lý làm việc của con lắc thuận 49

Hình 2.27 - Thiết bị ghi đo dịch chuyển ngang 50

Hình 2.28 - Cảm biến ghi đo vị trí của dây dọi 50

Hình 2.29 - Nguyên lý làm việc của con lắc nghịch 51

Hình 2.30 - Thiết bị con lắc ngược của RST sau lắp đặt 52

Hình 3.1 - Đập dâng, đập tràn thuỷ điện Sông Tranh 2 nhìn từ hạ lưu 62

Hình 3.2 - Hồ chứa, thượng lưu đập phụ 62

Hình 3.3 - Mặt cắt tính toán ổn định đập dâng Sông Tranh 2 67

Hình 3.4 - Sơ đồ tính toán ổn định đập Sông Tranh 2 cho TH1 (TCVN) 67

Hình 3.5 - Sơ đồ tính toán ổn định đập Sông Tranh 2 cho TH3 (TCVN) 68

Hình 3.6 - Sơ đồ tính toán ổn định đập Sông Tranh 2 cho TH5 (TCVN) 68

Hình 3.7 - Sơ đồ tính toán ổn định đập Sông Tranh 2 theo TC Mỹ 69

Hình 3.8 - Quan hệ Kmin = f (β) của đập Sông Tranh 2 70

Hình 3.9 - Giải pháp bố trí neo thép cho đập Sông Tranh 2 71

Bảng 1.2 - Một số đập BTTL đã và đang được xây dựng ở nước ta 5

Bảng 2.1 - Các thành phần lực đối với các trường hợp 14

Bảng 2.2 - Các trị số α’ và α’’ theo TCVN 24

Bảng 2.3 - Hệ số động đất 26

Bảng 2.4 - Các tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn Mỹ 29

Bảng 2.5 - Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Mỹ 32

Bảng 2.6 - Gia tốc động đất theo tiêu chuẩn Mỹ 33

Bảng 2.7 - Bảng tổng hợp kết quả kiểm tra ổn định đập theo TCVN 41

Bảng 2.8 - Bảng tổng hợp kết quả kiểm tra ổn định đập theo TC Mỹ 41

Bảng 2.9 - Kết quả tính toán mặt cắt hợp lý 42

Bảng 2.10 - Bảng tổng hợp kết quả khảo sát K= f (β) cho đập cao 60m 42

Bảng 2.11 - Bảng tổng hợp kết quả khảo sát K = f (β) cho đập cao 80m 43

Bảng 2.12 - Bảng tổng hợp kết quả khảo sát K = f (β) cho đập cao 100m 44

Bảng 2.13 - Bảng tổng hợp kết quả khảo sát K = f (β) cho đập cao 120m 44

Bảng 2.14 - Bảng tổng hợp kết quả khảo sát K = f (β) cho đập cao 140m 45

Bảng 2.15 - Góc [β] ứng với các chiều cao đập khác nhau 46

Bảng 2.16 - Tổng hợp kết quả tính ổn định khi β = 2o 46

Bảng 2.17 - Tổng hợp kết quả tính ổn định khi β = 4o 47

Bảng 3.1 - Các thông số chính của công trình thuỷ điện Sông Tranh 2 59

Bảng 3.2 - Các hư hỏng có thể gặp ở đập chính thuỷ điện Sông Tranh 2 64

Bảng 3.3 - Bảng tổng hợp kết quả khảo sát Kmin = f (β) cho đập Sông Tranh 2 69

Bảng 3.4 - Bảng tổng hợp kết quả kiểm tra ổn định đập Sông Tranh 2 theo TC Mỹ 70

Bảng 3.5 - Bảng đánh giá hiệu quả tăng ổn định đập Sông Tranh 2 khi làm màn chống thấm gia cường 73

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Ở nước ta hiện nay có rất nhiều hồ chứa vừa và lớn Các đập trong công trình đầu mối từ trước đến nay chủ yếu được xây dựng bằng đất hay bằng vật liệu địa phương Tuy nhiên, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, thời gian qua đã có nhiều công trình được xây dựng bằng bê tông và bê tông cốt thép với quy mô lớn

Đập bê tông trọng lực duy trì ổn định nhờ trọng lượng của bản thân khối bê tông Vì thế nên những công trình này chủ yếu được xây dựng trên nền đá; góc nghiêng của mặt nền bằng 0 Khu vực xây dựng và ở phía sâu dưới nền đập có thể

có các đứt gãy kiến tạo, trong quá trình khảo sát thiết kế không lường đến hậu quả hoặc chưa phát hiện ra để có giải pháp xử lý trước khi xây dựng đập; cộng thêm tác nhân động đất, động đất kích thích do quá trình tích nước trong lòng hồ tác dụng lên công trình, làm cho đập bị nghiêng và có thể xảy ra các sự cố về đập như trượt, lật Nếu đập bị nghiêng về phía thượng lưu thì mức độ tác hại không nhiều, còn nếu nghiêng về phía hạ lưu thì rất bất lợi cho ổn định của đập Vì vậy, phải nghiên cứu

và tìm ra được góc nghiêng cho phép của mặt nền, giải pháp an toàn cho đập khi bị nghiêng vượt mức cho phép

Với các đập bê tông có chiều cao lớn thì việc đảm bảo an toàn ổn định cho đập

là vô cùng quan trọng Khi sự cố xảy ra thì hậu quả sẽ lớn hơn nhiều so với đập đất hay đập vật liệu địa phương Vì thế, việc nghiên cứu ảnh hưởng của độ nghiêng đến

ổn định của đập BTTL trên nền đá trong điều kiện có động đất là có tính cấp thiết

và có ý nghĩa thực tiễn cao

II Mục đích của đề tài

- Nghiên cứu ảnh hưởng của độ nghiêng đến ổn định của đập bêtông trọng lực trong điều kiện có động đất

- Vận dụng những kết quả nghiên cứu đó để kiểm tra ổn định cho đập Sông Tranh 2

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

2 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập thông tin, kế thừa các nghiên cứu đã có

- Phân tích lý luận về quan hệ giữa ổn định của đập với độ nghiêng mặt nền

- Sử dụng mô hình toán

- Ứng dụng cho công trình thực tế

IV Kết quả đạt được

- Khảo sát quan hệ giữa ổn định của đập và độ nghiêng mặt nền phụ thuộc vào các thông số khác nhau

- Thiết bị quan trắc cần thiết để kiểm soát độ nghiêng của mặt nền

- Giải pháp an toàn cho đập BTTL khi bị nghiêng

- Kết quả tính cho đập Sông Tranh 2

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊTÔNG TRỌNG LỰC VÀ VẤN ĐỀ AN TOÀN ĐẬP 1.1 Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam

Đập bê tông trọng lực là đập có khối lượng bê tông lớn Đập duy trì ổn định nhờ trọng lượng của khối bê tông

Loại đập này có ưu điểm là kết cấu và phương pháp thi công đơn giản, độ ổn định cao, có thể dùng để tràn nước hoặc không tràn nước Chính từ những ưu điểm

đó nên đập bê tông trọng lực sớm được sử dụng trên toàn thế giới

Đập bê tông trọng lực có từ 100 năm sau công nguyên ở Ponte di San Mauro Đập đầu tiên cao 15m được xây dựng khi chưa có cơ sở lý luận Từ năm 853 khi thiết kế và xây dựng đập bê tông trọng lực đã bất đầu có lý luận thực tiễn trên hai chuẩn: cường độ và ổn định trượt Từ năm 70 – 80 của thế kỷ XX đập bê tông trọng lực bất đầu phát triển mạnh, cứ vài ba ngày lại có một đập mới được xây dựng Theo con số thống kê của Hội đập lớn thế giới (ICOLD) thì ở Mỹ đập bê tông trọng lực chiếm 34,5% tổng số các loại đập, ở Nhật 83%, ở Ý 51%, ở Tây Ban Nha 85%, ở Pháp 51%, ở Canada 60%

Bên cạnh những ưu điểm, đập bê tông trọng lực cũng có những nhược điểm: khối lượng bê tông lớn, trong đó có vật liệu xi măng, dẫn đến giá thành cao so với các kiểu đập khác Sử dụng không hết khả năng chịu lực của vật liệu bê tông, đặc biệt là các đập không cao lắm (H<60m) Do toàn đập là bê tông khối lớn nên dễ sinh ra ứng suất nhiệt và các biến dạng nhiệt trong thân đập Những nhược điểm này đặt ra sự cần thiết phải tìm các biện pháp cải tiến đập bê tông trọng lực khối lớn Năm 1970, J.M.Rapher người Mỹ giới thiệu về “đập trọng lực tối ưu” lần đầu tiên

đã ra phương pháp dùng máy đầm nén và vận chuyển cơ giới của đập đất đá, dùng vật liệu cấp phối hạt thô tự nhiên trộn với xi măng đầm nén tạo thành thân đập, cường độ kháng cắt của nó tăng lên nhiều so với đập đất đá làm cho mặt cắt ngang thân đập giảm nhỏ đi, đồng thời so với đập bê tông trọng lực truyền thống có thể rút

ngắn thời gian thi công, giảm giá thành công trình và đến năm 1972 ông tiếp tục công bố kết quả thí nghiệm dùng xe ô tô tự đổ, rải bằng máy gạt, và dùng đầm rung đầm nén bê tông, hình thành khái niệm sơ bộ của đập bê tông đầm lăn Đập bê tông đầm lăn là đập làm bằng bê tông thi công với công nghệ đầm lăn Bê tông đầm lăn

là một hỗn hợp gồm cốt liệu (đá, cát, sỏi), xi măng và các phụ gia được trộn với một

độ ẩm cho phép vận chuyển, đổ bằng phương tiện thi công giống như vận chuyển đất

đá và làm chặt bằng máy đầm lăn rung Cho tới nay, đập BTĐL được thi công xây dựng ở nhiều nước trên thế giới, ở nơi có nhiệt độ môi trường thấp cho đến nơi có nhiệt độ môi trường cao và có thể trong cả những vùng thường xuyên có mưa lớn

Bảng 1.1 - Số lượng đập BTĐL tại các nước trên thế giới tính đến 12/2005 [3]

Tên n ước đập Số

đã XD

KL RCC (10 3 m 3 )

Tỷ lệ đập (%)

Tên nước Số đập đã XD

KL RCC (10 3 m 3 )

Tỷ lệ đập (%)

Ở Việt Nam, các đập đã được xây dựng trước đây chủ yếu là đập đất, đập đá

đổ, đập đất đá hỗn hợp, còn đập bê tông chỉ chiếm một tỷ trọng nhỏ Đập bê tông trọng lực bất đầu được xây dựng tương đối nhiều trong khoảng gần chục năm gần đây Đập Tân Giang thuộc tỉnh Ninh Thuận cao 39,5m được xem là đập bê tông trọng lực đầu tiên do nghành thuỷ lợi nước ta tự thiết kế và thi công đã hoàn thành năm 2001 Cho đến năm 1995 Bộ thuỷ lợi mới quan tâm đến công nghệ bê tông đầm lăn So với thế giới công nghệ RCC của Việt Nam phát triển tương đối muộn, nhưng trước sự phát triển nhanh chóng của nó và đặc biệt tại nước láng giềng Trung Quốc, nước có đặc điểm tự nhiên gần tương tự như Việt Nam, nên có rất nhiều dự

án thuỷ lợi, thuỷ điện lớn đã và đang chuẩn bị được thi công với công nghệ này Cuối năm 2003, Bộ Công nghiệp đã ra quyết định phê duyệt thiết kế kỹ thuật công trình thuỷ điện PleiKrông tại tỉnh Kon Tum trong đó phần đập bê tông được thi công bằng công nghệ bê tông đầm lăn với chiều cao đập lớn nhất là 71m, khối lượng bê tông RCC là 326000 m3trong tổng số 573000 m3 bê tông các loại

Hiện nay nhiều dự án lớn đang được thiết kế và xây dựng theo phương án đập

bê tông trọng lực - bê tông đầm lăn

Bảng 1.2 - Một số đập BTTL đã và đang được xây dựng ở nước ta [3]

Hình 1.1 - Đập bê tông đầm lăn thuỷ điện Sông Tranh 2

Hình 1.2 - Đập bê tông đầm lăn thuỷ điện Sơn La

Hình 1.3 - Đập bê tông trọng lực Tân Giang - Ninh Thuận

Hình 1.4 - Đập bê tông trọng lực Lòng Sông - Bình Thuận

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn đập bê tông trọng lực

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến an toàn đập bê tông trọng lực Có thể kể đến các yếu tố chính như áp lực nước (từ thượng, hạ lưu), áp lực nước thấm và đẩy nổi, trọng lượng bản thân đập và thiết bị (cửa van, máy nâng v.v ), bùn cát bồi lắng phía thượng lưu, sóng, gió, nhiệt độ, vật nổi, động đất, địa chất vai và nền đập, địa hình lòng sông

Khi tính toán thiết kế đập bê tông trọng lực cần tính hết các yếu tố và tổ hợp ảnh hưởng của chúng đối với công trình

1.3 Các yếu tố tác động làm cho nền đập bị nghiêng

Có rất nhiều nguyên nhân khiến cho nền đập bị nghiêng, nhưng chủ yếu có thể

kể đến các nguyên nhân sau:

- Do đặc điểm bố trí công trình

- Khu vực xây dựng và ở phía sâu dưới nền đập có các đứt gãy kiến tạo, trong quá trình khảo sát thiết kế không lường đến hậu quả hoặc chưa phát hiện ra để có giải pháp xử lý trước khi xây dựng đập Khi hồ tích nước với chiều cao cột nước lớn, làm tăng tải trọng lên nền, gây ra chuyển vị giữa các khối, có thể dẫn đến hậu

quả là làm cho nền đập bị nghiêng

- Trong quá trình sử dụng có thể xuất hiện sự vượt tải trọng thiết kế, chiều từ thượng lưu về hạ lưu Đặc biệt là các đập được xây dựng trong vùng có động đất mạnh và động đất kích thích do quá trình tích nước trong hồ Các tác nhân như động đất, nổ phá v.v là các tác nhân khó lường, nguyên nhân gây nên sự vượt tải trọng thiết kế

1.4 Vấn đề kiểm soát an toàn đập

Đập bê tông trọng lực thường có chiều cao lớn, khi sự cố xảy ra thì hậu quả sẽ rất nặng nề Vì vậy vấn đề kiểm soát an toàn đập là vô cùng quan trọng Để kiểm soát an toàn đập cần thực hiện nghiêm ngặt các vấn đề sau:

- Lắp đầy đủ các hệ thống thiết bị quan trắc trạng thái làm việc của đập Các thiết bị quan trắc chủ yếu như Pezomet quan trắc áp lực thấm dưới nền đập, mốc quan trắc chuyển vị ở bề mặt công trình, mốc quan trắc lún, thiết bị quan trắc chuyển vị khối đập tại khe nhiệt, thiết bị quan trắc nhiệt độ trong khối bê tông, thiết

bị đo ứng suất, máng tràn đo lưu lượng thấm, cảm biến gia tốc động đất v.v

- Thực hiện quan trắc kiểm tra trong thời kì thi công để đo biến dạng của nền, chế độ nhiệt độ, trạng thái ứng suất nhiệt và sự hình thành vết nứt trong các khối đổ

bê tông Tiến hành quan trắc kiểm tra trong thời kỳ khai thác để đo áp lực đẩy ngược và dòng thấm của nước trong nền và bên bờ ở vai đập chuyển vị thẳng đứng (lún) và nằm ngang, trạng thái ứng suất và ứng suất nhiệt của đập và nền đập, chế

độ thủy lực của dòng chảy tại công trình xả và ở thượng hạ lưu, trạng thái lòng dẫn

ở hạ lưu, điều kiện làm việc của các khớp nối tiếp xúc ở nền và sự mở rộng của các khớp nối thi công

- Thực hiện công tác kiểm tra thường xuyên và kiểm định đập theo đúng chu

kỳ đã đề ra

1.5 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

Việc nghiên cứu mức ảnh hưởng của độ nghiêng mặt nền đến ổn định của đập

bê tông trọng lực trong luận văn này được giới hạn trong phạm vi sau:

Nghiên cứu trong phạm vi bài toán phẳng cho mặt cắt đập không tràn nước trên nền đá

Nền công trình là nền đá gốc, mặt trượt phẳng Mặt nền công trình khi xây dựng được bố trí nằm ngang

Tính toán cho trạng thái mặt nền bị nghiêng về phía hạ lưu

Cơ sở tính toán chỉ dựa trên tiêu chuẩn thiết kế công trình thuỷ hiện hành của Việt Nam và Mỹ

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NGHIÊNG MẶT NỀN ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC

2.1 Các trạng thái mặt nền bị nghiêng

2.1.1 Mặt nền nghiêng về phía thượng lưu

Khi mặt nền đập bê tông trọng lực bị nghiêng về phía thượng lưu sẽ làm cho đập nghiêng về phía thượng lưu Mặt thượng lưu là mặt chịu áp lực cột nước lớn, các tác nhân gây ra ngoại lực tác dụng đa phần có chiều từ thượng lưu về hạ lưu Vì vậy, trạng thái mặt nền bị nghiêng về phía thượng lưu có mức độ tác hại không nhiều cho ổn định của đập bê tông trọng lực

β

Hình 2.1 - Trạng thái mặt nền bị nghiêng về phía thượng lưu

2.1.2 Mặt nền nghiêng về phía hạ lưu

Ngược lại với trạng thái mặt nền bị nghiêng ở 2.1.1, khi mặt nền đập bê tông trọng lực bị nghiêng về phía hạ lưu sẽ làm cho đập bị nghiêng về phía hạ lưu Đây

là trạng thái rất bất lợi cho ổn định của đập Khi góc nghiêng của mặt nền lớn vượt mức cho phép, cộng với các tác nhân khó lường như động đất, nổ phá v.v có thể dẫn đến các sự cố về đập như trượt ở mặt phẳng tiếp giáp giữa đập và nền, lật quanh trục đi qua chân đập phía hạ lưu Đồng thời cũng có thể gây nên các phá hoại về ứng suất trong thân đập và nền do điểm đặt của hợp lực lệch tâm lớn về phía hạ lưu

Hình 2.2 - Trạng thái mặt nền bị nghiêng về phía hạ lưu

2.1.3 Các trạng thái nghiêng dọc theo trục đập

Trạng thái mặt nền của đập bê tông trọng lực nghiêng từ hai vai vào giữa lòng sông Đây là trạng thái tự nhiên của lòng sông Theo phương dọc trục, đập chủ yếu chỉ chịu tác dụng của trọng lượng bản thân, do đó trong thiết kế có thể khống chế độ nghiêng của vai đập để đảm bảo ổn định lâu dài theo phương dọc trục

2.2 Cơ sở tính toán ổn định của đập trên mặt nền nghiêng

Với đập có chiều cao lớn, ổn định và độ bền của đập phụ thuộc nhiều vào các

tổ hợp tải trọng và độ bền của vật liệu thân đập Trong thiết kế các đập cao, để an toàn thường áp dụng cả hai hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam và nước ngoài, chủ yếu là tiêu chuẩn Mỹ

2.2.1 Tính toán ổn định của đập theo tiêu chuẩn Việt Nam

2.2.1.1 Tải trọng và tổ hợp tải trọng [8]

a) Tải trọng tác dụng

* Tải trọng và tác động thường xuyên:

- Trọng lượng bản thân công trình và thiết bị đặt trên đập

- Lực tác động của nước bao gồm: áp lực thuỷ tĩnh và áp lực thấm ứng với thượng lưu là mực nước dâng bình thường (MNDBT), hạ lưu là mực nước tương ứng

- Áp lực đất của khối đất ở thượng, hạ lưu đập

* Tải trọng và tác động tạm thời dài hạn:

- Áp lực bùn cát lắng đọng trước đập

- Tác động của nhiệt với năm có biên dao động trung bình của nhiệt độ trung bình tháng

* Tải trọng và tác động tạm thời ngắn hạn:

- Lực tác động của nước khi mực nước thượng lưu ứng với mực nước lũ thiết

kế (MNLTK), hạ lưu ứng với lưu lượng xả thiết kế, thiết bị chống thấm và tiêu thoát nước làm việc bình thường

- Áp lực sóng do gió có vận tốc bình quân nhiều năm tính với MNLTK

- Các tải trọng do thiết bị nâng, bốc dỡ, vận chuyển kết cấu, thiết bị khác

- Các tải trọng do neo buộc tàu thuyền, va đập của vật trôi

* Các tải trọng và tác động đặc biệt:

- Lực tác động của nước khi mực nước thượng lưu là mực nước lũ kiểm tra (MNLKT) và mực nước hạ lưu tương ứng, thiết bị chống thấm, tiêu nước làm việc bình thường

- Áp lực thấm khi thiết bị chống thấm, thiết bị tiêu nước làm việc không bình thường

- Tác động của nhiệt được xác định với năm có biên độ dao động lớn nhất của nhiệt độ trung bình tháng

- Áp lực sóng có vận tốc gió lớn nhất nhiều năm có tần suất p=2%, mực nước

hồ ở MNDBT

Tổ hợp tải trọng đặc biệt bao gồm các tải trọng và tác động đã xét trong tổ hợp

cơ bản nhưng một trong số các tải trọng đó được thay thế bằng tải trọng hoặc tác động đặc biệt Trường hợp tải trọng cơ bản có xét thêm tải trọng động đất hoặc chấn động do vụ nổ cũng xét vào loại tổ hợp đặc biệt Các tổ hợp tải trọng tương ứng với các tính toán như sau:

+ Các thiết bị chống thấm và thoát nước hoạt động bình thường

+ Mực nước hạ lưu ứng với lưu lượng xả qua tràn QmaxPTK

+ Các thiết bị chống thấm và thoát nước hoạt động bình thường

+ Mực nước hạ lưu ứng với lưu lượng xả qua tràn QmaxPKT

- Trường hợp 5:

+ Khi mực nước hồ là MNDBT

+ Mực nước hạ lưu ứng với lưu lượng Qmin

+ Thiết bị chống thấm hoặc thoát nước làm việc không bình thường

Dựa vào các trường hợp tính toán trên ta có bảng tổng hợp các thành phần lực

cho các trường hợp như sau:

Bảng 2.1 - Các thành phần lực đối với các trường hợp

+ h1, h2, h3: áp lực nước hạ lưu ứng với các trường hợp van đóng hoàn toàn (ZHLmin), xả lũ thiết kế, xả lũ với tần suất kiểm tra

+ Up1, Up2, Up3, Up4: áp lực đẩy ngược trong các trường hợp MNDBT, MNLTK, MNLKT, khi MNDBT và màng chống thấm và thiết bị thoát nước hỏng + Bc, S, L: lần lượt là áp lực bùn cát, sóng, tải trọng động do xả lũ

+ ĐĐ: tải trọng tác động do có động đất, bao bồm: WH; Wbc; F

2.2.1.2 Các điều kiện chống trượt, lật và điều kiện bền

a) Ổn định trượt

* Trường hợp mặt trượt nằm ngang:

Công trình đảm bảo ổn định trượt phẳng trên mặt nằm ngang [13] khi thoả mãn điều kiện sau:

Hình 2.3 - Sơ đồ tính ổn định trượt phẳng trường hợp mặt trượt nằm ngang

* Trường hợp mặt trượt nằm nghiêng:

Công trình đảm bảo ổn định trượt phẳng trên mặt nằm nghiêng [13] khi thoả mãn điều kiện sau:

+ ΣP (KN): tổng hợp các lực theo phương ngang tính từ mặt trượt trở lên

+ W (KN): áp lực đẩy nổi do áp lực thấm và áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên mặt trượt

+ β (0): góc giữa phương mặt trượt và phương nằm ngang (β > 0 khi mặt trượt nghiêng về thượng lưu, β < 0 khi mặt trượt nghiêng về hạ lưu)

+ A (m2): diện tích mặt trượt

+ ϕ (0

), C (KN/m2): chỉ tiêu cơ lý trên mặt tiếp giáp giữa bê tông và lớp đá sát đáy đập

+ [KC]: hệ số an toàn chống trượt cho phép, xác định theo cấp công trình và tổ hợp lực tính toán

+ [KC]: hệ số an toàn chống lật cho phép xác định như ổn định trượt

* Thành lập công thức tính hệ số ổn định chống lật cho trường hợp nền đập bị nghiêng về hạ lưu:

- Trường hợp đáy đập nằm ngang:

Để thành lập công thức tính hệ số ổn định lật trong trường hợp đáy đập nằm ngang, ta xét bài toán như hình 2.5 Xét khả năng lật quanh trục nằm ngang qua điểm I (mép biên hạ lưu của đáy đập) Ta có:

Hình 2.5 - Sơ đồ các lực tác dụng lên đập khi chưa bị nghiêng

- Trường hợp đáy đập bị nghiêng về hạ lưu:

Nhận thấy, khi đáy đập bị nghiêng về hạ lưu thì trị số và khoảng cách từ điểm đặt hợp lực tới tâm lật (I) của các lực: áp lực nước thượng hạ lưu, áp lực bùn cát, áp lực thấm, áp lực đẩy nổi, áp lực tăng thêm do động đất là không đổi so với trường hợp đáy đập nằm ngang Do đó mômen do chúng gây ra khi quay quanh điểm chân đập (I) không thay đổi Trọng lượng bản thân (G) của đập không thay đổi về trị số nhưng có khoảng cách đến tâm lật (I) giảm nên mômen do trọng lượng bản thân gây

ra khi lật quanh chân đập (I) giảm Điều đó làm giảm mômen chống lật và hệ số ổn định lật bị giảm xuống

Chia mặt cắt ngang đập thành 2 hình đơn giản (hình chữ nhật và hình tam giác)

đã biết trọng tâm O1, O2 như hình 2.6 Trọng lượng và cánh tay đòn tương ứng là

G1, G2 và r1, r2

Bài toán cần giải quyết ở đây là tìm được công thức tính cánh tay đòn r1’ và r2’ của trọng tâm G1 và G2 sau khi đập bị nghiêng về hạ lưu một góc β

H

m

2

b d

Hình 2.6 - Sơ đồ tính r 1 ’ và r 2 ’ khi đập bị nghiêng góc β về hạ lưu

- Xét tam giác vuông IB1C1 (hình 2.6a):

c) Công thức tính hệ số an toàn ổn định cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam

Theo Quy chuẩn của Việt Nam [6] hiện nay, tính toán hệ số an toàn ổn định (trượt, lật) và độ bền của công trình theo trạng thái giới hạn thứ nhất

n KR

Trong tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất:

nC = 1,00: đối với tổ hợp tải trọng cơ bản;

nc = 0,90: đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt;

nc = 0,95: đối với tổ hợp tải trọng trong thời kỳ thi công và sửa chữa

+ Ntt: trị số tính toán của tải trọng tổng hợp

+ m: hệ số điều kiện làm việc

+ R: trị số tính toán của sức chịu tải tổng hợp của công trình hay nền

+ Kn: hệ số bảo đảm được xét theo quy mô, nhiệm vụ của công trình Kn được xác định theo cấp công trình

Công trình cấp đặc biệt lấy: Kn = 1,25;

Công trình cấp I lấy: Kn = 1,20;

Công trình cấp II, III, IV lấy: Kn = 1,15

+ [KC]: hệ số an toàn chống trượt, lật cho phép

+ K: hệ số ổn định trượt, lật tính toán

d) Ứng suất trong thân đập và nền

Ứng suất trên mặt nằm ngang cho bài toán phẳng được xác định theo công thức nén lệch tâm [5] như sau:

o

6 MP

Quy ước dấu của ứng suất khi áp dụng công thức (2.9):

+ Ứng suất nén mang dấu dương (+)

+ Ứng suất kéo mang dấu âm (-)

Kiểm tra điều kiện bền của thân đập và nền theo điều kiện sau đây:

[ ]n

n

C

RK

σ ≤ (2.10)

+ [KC]: hệ số an toàn cường độ (tính như trường hợp ổn định)

+ Rn (KN/m2): cường độ kháng nén cho phép của nền đá, bê tông

+ Rk (KN/m2): cường độ kháng kéo cho phép của nền đá, bê tông

Trị số Rn lấy theo giá trị nhỏ trong số 2 giá trị cường độ kháng nén của đập và nền; trị số Rk lấy theo giá trị (tuyệt đối) nhỏ tương ứng của đập và nền

2.2.1.3 Cách tính các lực theo tiêu chuẩn Việt Nam

Hình 2.7 - Sơ đồ các lực tác dụng lên đập theo TCVN a) Áp lực thuỷ tĩnh

Áp lực thuỷ tĩnh tác dụng ở mặt thượng lưu và mặt hạ lưu đập, bao gồm các thành phần thẳng đứng và nằm ngang

* Mặt thượng lưu:

- Thành phần thẳng đứng:

Gntl = 0,5.γn.m1.H2 , (2.11)

trong đó: m1: hệ số mái nghiêng thượng lưu;

γn: trọng lượng riêng của nước;

H: cột nước phía thượng lưu đập

Công thức (2.11) áp dụng khi mặt thượng lưu chỉ có 1 hệ số mái, trường hợp mặt thượng lưu gãy như hình (2.7) thì ta phải chia ra từng phần để tính

- Thành phần nằm ngang:

Ptl = 0,5.γn.H2 (2.12)

* Mặt hạ lưu đập:

- Thành phần thẳng đứng:

Gnhl = 0,5 γn.m2.h2 , (2.13)

trong đó: m2: hệ số mái nghiêng hạ lưu;

γn: trọng lượng riêng của nước;

Ms = Km.γ.hs1%.[(hs1%)2/6 + (H.hs1%)/2 + H2/2] , (2.16)

trong đó:

+ hs1% (m): chiều cao sóng với mức đảm bảo 1%

+ Kd, Km: là các hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào (λ/H, h/λ)

+ h, λ (m): là các thông số chiều cao và chiều dài sóng trung bình

c) Áp lực đẩy ngược

Theo tiêu chuẩn Việt Nam [8], áp lực đẩy ngược tác dụng lên đáy công trình (đập trọng lực khối lớn, có lớp chống thấm ở mặt chịu áp) như sơ đồ hình 2.7 Theo

sơ đồ hình 2.7, áp lực thấm đẩy ngược phân bố tuyến tính, cửa vào có trị số áp lực

là Hth, tại vị trí màng chống thấm là hm, tại vị trí giếng tiêu nước là ht, tại cửa ra

bằng không, trong đó: Hth = H – h, với H, h lần lượt là cột nước thượng lưu và hạ lưu tính đến đáy đập, các trị số hm và htxác định như sau:

hm = α’.Hth (2.17)

ht = α’’.Hth (2.18) Các hệ số α’, α’’ phụ thuộc vào tổ hợp tải trọng và cấp công trình được lấy như sau:

+ γbc (KN/m3): trọng lượng riêng đẩy nổi của bùn cát

+ hb (m): chiều sâu bùn cát trước đập, hb = Zbc – Zđ

+ Kcđ = tg2(450 – ϕ/2): hệ số áp lực đất chủ động

+ ϕ: góc ma sát trong của bùn cát bão hoà nước

Công thức (2.20) được áp dụng khi cao trình bùn cát thấp hơn cao trình điểm gãy, trường hợp ngược lại ta cần chia thành từng phần để tính toán

e) Trọng lượng của thân đập

Để dễ dàng tính toán lực do trọng lượng bản thân và điểm đặt của nó, mặt cắt đập được chia thành các phần hình tam giác và chữ nhật Trọng lượng phần thân đập có diện tích mặt cắt Ωi sẽ là:

Gi = γb.Ωi , (2.21) với γb: trọng lượng riêng của bê tông

Trọng lượng của toàn đập sẽ là: G = ΣGi (2.22)

f) Tí nh lực do động đất

Theo Quy phạm Việt Nam, tải trọng động đất phải lấy theo tổ hợp bất lợi nhất

có thể xảy ra trong thời kỳ khai thác và thi công Động đất được tính với cấp cao nhất có thể xảy ra trong vùng xây dựng Các lực tăng thêm do có động đất như sau:

h1: khoảng cách từ điểm tính toán đến mặt nền;

h0: khoảng cách từ trọng tâm công trình đến mặt nền

+ k: hệ số động đất, bằng tỉ số giữa gia tốc động đất và gia tốc trọng trường (k = τ/g) Khi cấp động đất nhỏ hơn 6 thì k rất bé, không xét lực quán tính; khi cấp động đất bằng 6 trở lên k phụ thuộc cấp động đất xác định như sau:

Bảng 2.3 - Hệ số động đất

Hệ số động đất k = τ/g 0,01 0,025 0,05 0,10

- Áp lực nước tăng thêm do động đất:

Khi có động đất, nước phát sinh lực quán tính làm tăng thêm áp lực thuỷ tĩnh lên bề mặt công trình, sơ đồ áp lực tăng thêm như sau:

P®tl

TÝnh to¸n Thùc tÕ

H/3 0,42.H

H

k.γ.H 0,9.k.γ.H

y

fdG

P®tl

Hình 2.8 - Áp lực nước tăng thêm khi có động đất

Thực tế áp lực nước phân bố dạng parabol (p=0,9.k H.yγn ), tuy nhiên khi tính toán dùng sơ đồ áp lực nước phân bố dạng tam giác (p = k.γn.y)

Khi đó tổng áp lực nước tăng thêm là: Pđ

trong đó: ϕ: góc ma sát trong của bùn cát;

Pbc: áp lực bùn cát khi chưa có động đất

2.2.2 Tính toán ổn định của đập theo tiêu chuẩn Mỹ

Các yêu cầu ổn định cơ bản đối với đập bê tông trọng lực khi chịu tất cả các điều kiện tải trọng:

+ Ổn định chống lật ở mặt phẳng bất kì, mặt phẳng cắt qua thân, mặt phẳng đáy đập hoặc mặt phẳng dưới đáy đập

+ Ổn định chống trượt ở mặt phẳng ngang, mặt phẳng cắt qua thân, mặt phẳng giữa đập và nền, mặt trượt sâu dưới nền

+ Ứng suất phát sinh trong đập và nền đập không vượt quá ứng suất cho phép + Các tính toán kiểm tra đặc biệt chú ý tại mặt cắt giảm yếu (mặt cắt có sự thay đổi hệ số mái thượng hoặc hạ lưu)

+ Kết quả kiểm tra ổn định lật, trượt và ứng suất đập phải thoả mãn các tiêu chuẩn đánh giá của EM 1110-2-2200 [16]

2.2.2.1 Các tổ hợp tải trọng

Khi tính toán ổn định theo hệ thống tiêu chuẩn Mỹ cần phải tính toán theo các trường hợp tổ hợp tải trọng như sau:

Trường hợp 1: Điều kiện tải trọng bất thường

+ Đập đã xây dựng xong hoàn toàn

+ Thượng lưu đập không có nước

+ Hạ lưu đập không có nước

Trường hợp 2: Tổ hợp tải trọng cơ bản vận hành bình thường

+ Thượng lưu là MNDBT, van đóng

+ Mực nước hạ lưu thấp nhất (ZHLmin)

+ Áp lực đẩy ngược

+ Áp lực bùn cát

Trường hợp 3: Tổ hợp tải trọng bất thường

+ Thượng lưu là MNDBT, van đóng

+ Mực nước hạ lưu thấp nhất (ZHLmin)

+ Áp lực đẩy ngược với hiệu quả khoan thoát nước bằng 0.0%

+ Áp lực bùn cát

Trường hợp 4: Tổ hợp tải trọng đặc biệt

+ Công trình vừa xây xong, thượng và hạ lưu không có nước

+ Động đất cơ sở vận hành (OBE) với gia tốc theo phương ngang hướng về hạ lưu

Trường hợp 5: Tổ hợp tải trọng bất thường

+ Thượng lưu là MNDBT, van đóng

+ Mực nước hạ lưu thấp nhất (ZHLmin)

+ Động đất cơ sở vận hành (OBE)

+ Áp lực nước ở mức trước khi có động đất

+ Áp lực bùn cát

Trường hợp 6: Tổ hợp tải trọng đặc biệt

+ Thượng lưu là MNDBT, van đóng

+ Mực nước hạ lưu thấp nhất (ZHLmin)

+ Áp lực đẩy ngược

+ Áp lực bùn cát

+ Động đất cực đại tin cậy (MCE)

Chú ý: Với tổ hợp này không đặt ra tiêu chuẩn về sự ổn định mà chỉ xem xét các hư hỏng có thể xảy ra như:

+ Mất lực dính trong vùng có ứng suất kéo do động đất gây ra

+ Giảm góc ma sát trong do động đất gây chuyển động và lắc

+ Tăng áp lực bùn cát và áp lực đẩy ngược do bùn cát hoá lỏng

Trường hợp 7: Điều kiện tải trọng đặc biệt, lũ lớn nhất

+ Hồ ở mực nước khi có lũ lớn nhất khả năng

+ Van mở hoàn toàn, MNHL ứng với lưu lượng xả

+ Áp lực đẩy ngược

+ Áp lực bùn cát

Trường hợp 8: Điều kiện tải trọng sau động đất

+ Thượng lưu là MNDBT, van đóng

+ Mực nước hạ lưu thấp nhất (ZHLmin)

+ Áp lực đẩy ngược

+ Áp lực bùn cát

+ Áp lực nước hạ lưu

Các đặc tính của vật liệu là giá trị còn dư sau động đất

Như vậy tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ có các tổ hợp tải trọng như bảng 2.4

Bảng 2.4 - Các tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn Mỹ

Trường hợp 1 Không BT Sau thi công, thượng hạ lưu không có nước

Trường hợp 2 Bình thường Vận hành bình thường, MNDBT, MNHLmin Trường hợp 3 Không BT MNDBT, màng chống thấm và thoát nước hỏng Trường hợp 4 Đặc biệt Sau thi công, động đất OBE hướng về thượng lưu Trường hợp 5 Không BT MNDBT, có động đất OBE

Trường hợp 6 Đặc biệt MNDBT, có động đất MCE

Trường hợp 7 Đặc biệt Xuất hiện lũ kiểm tra

Trường hợp 8 Sau động đất MNDBT, các điều kiện sau động đất

2.2.2.2 Kiểm tra các điều kiện ổn định, bền

a) Phân tích ổn định trượt

* Quan điểm tính và giả thiết:

Hệ số ổn định tính theo phương pháp cân bằng giới hạn là tỷ số giữa ứng suất tiếp giới hạn trên mặt trượt với ứng suất phát sinh trên mặt trượt như công thức sau:

K= τ =σ ϕ +

τ τ , (2.27)

trong đó: τf = σ.tgϕ + c theo tiêu chuẩn phá hoại Mohr – Coulomb

Khi tính toán trên toàn bộ mặt trượt, hệ số ổn định là tỷ số giữa lực cắt giới hạn lớn nhất Tf và lực cắt phát sinh trên mặt trượt T

L: chiều dài mặt trượt

* Trường hợp mặt trượt phẳng nằm ngang:

Công trình đảm bảo ổn định trượt phẳng trên mặt nằm ngang khi thoả mãn điều kiện sau:

Hình 2.9 - Sơ đồ tính ổn định trượt phẳng trường hợp mặt trượt nằm ngang

* Trường hợp mặt trượt phẳng nằm nghiêng:

Công trình đảm bảo ổn định trượt phẳng trên mặt nằm nghiêng khi thoả mãn điều kiện sau:

β

g Σ

+ ΣP (KN): tổng hợp các lực theo phương ngang tính từ mặt trượt trở lên

+ W (KN): áp lực đẩy nổi do áp lực thấm và áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên mặt trượt

+ β (0): góc giữa phương mặt trượt và phương nằm ngang (β > 0 khi mặt trượt nghiêng về thượng lưu, β < 0 khi mặt trượt nghiêng về hạ lưu)

+ A (m2): diện tích mặt trượt

+ ϕ (0), C (KN/m2): chỉ tiêu cơ lý lớp đá sát đáy đập

+ [KC]: hệ số an toàn trượt cho phép

b) Phân tích an toàn chống lật

An toàn chống lật căn cứ vào vị trí của hợp lực (R), chỉ số tính toán là độ lệch tâm e, tức tỷ số giữa tổng mômen ΣM của các lực thẳng đứng và nằm ngang lấy với chân đập trên tổng các lực thẳng đứng ΣV

R

L L/3 e

R

L b=3s e

Hệ số an toàn tối thiểu

Ứng suất nền

Ứng suất bê tông

Bất thường 1/2 giữa 1,7 ≤ UScp 0,5.fn 0,6.fkĐặc biệt Trong đáy 1,3 ≤1,33.UScp 0,9.fn 0,9.fk

Hth

h m = α '.Hth

ht= α ''.Hth

Hình 2.12 - Áp lực đẩy ngược theo tiêu chuẩn Mỹ

Với tổ hợp 3, khi màng chống thấm và thiết bị thoát nước bị hỏng thì lấy α’ = 0,60 và hiệu quả thoát nước 0% (nghĩa là áp lực phân bố tuyến tính từ hm về đến cột nước h ở hạ lưu) Với các tổ hợp còn lại lấy α’ = 0,4 và α’’ = 0,23

b) Lực tăng thêm do động đất

Lực tăng thêm do động đất bao gồm: lực quán tính động đất, áp lực nước tăng thêm do động đất, áp lực bùn cát tăng thêm do động đất Các thành phần lực này tính toán tương tự như với tiêu chuẩn Việt Nam Tuy nhiên hệ số động đất k theo hệ thống tiêu chuẩn Mỹ có sự khác biệt như sau:

Tiêu chuẩn Mỹ phân biệt hai loại động đất là động đất cơ sở vận hành (OBE)

và động đất cực đại tin cậy (MCE)

Bảng 2.6 - Gia tốc động đất theo tiêu chuẩn Mỹ

Phương của gia tốc động đất Trận động đất OBE MCE

PGA theo phương ngang Liên tục 0,067g 0,15g

PGA theo phương đứng Liên tục 0,045g 0,10g Chú ý:

+ Khi tính toán tuỳ theo từng trường hợp mà ta tính lực động đất với trận động đất đạt đỉnh hay liên tục xảy ra

+ Với động đất MCE khi tính toán ổn định hệ số động đất nhân với 2/3, khi phân tích ứng suất thì giữ nguyên

2.2.2.4 Giới thiệu phần mềm CADAM

Hiện nay có nhiều phần mềm có khả năng tính ổn định và ứng suất đập bê tông trọng lực trên nền đá theo Tiêu chuẩn Mỹ Phần mềm CADAM được chọn làm công cụ tính toán cho luận văn này

Phần mềm CADAM do nghiên cứu viên Martin Leclerc, M.Eng trường tổng hợp Montreal Canada nghiên cứu và phát triển năm 2003 Mục tiêu chính của chương trình là tính toán phân tích ổn định cũng như ứng suất theo các tiêu chuẩn

Mỹ Việc tính toán ứng suất dựa trên phương pháp sức bền vật liệu hay còn gọi là phương pháp phân tích trọng lực Cơ sở của phương pháp là dựa trên cân bằng trọng lực và lý thuyết dầm Chương trình CADAM được dùng để tính toán cho bài toán 2 chiều

2.3 Nghiên cứu quan hệ giữa độ nghiêng mặt nền với ổn định của đập

2.3.1 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

Việc nghiên cứu khả năng ổn định của đập được giới hạn trong phạm vi quy mô

và điều kiện xây dựng đập bê tông trọng lực trên nền đá ở Việt Nam Trong nghiên cứu điển hình, lựa chọn phạm vi biến đổi của các thông số như sau:

a': độ cao an toàn tương ứng với MNLTK

Trong nghiên cứu điển hình, lấy bình quân theo các số liệu tổng hợp từ các đập

đã xây dựng như sau:

4) Chỉ tiêu mặt tiếp xúc giữa bê tông và đá nền

Lấy theo số liệu tổng hợp từ các đập bê tông trên nền đá đã xây dựng

a) Theo tiêu chuẩn Việt Nam: f = 0,70; C = 0,35 MPa

b) Theo tiêu chuẩn Mỹ: tgϕ = 1,0; C = 1,0 MPa

5) Các lực tác dụng đưa vào tính toán

Trong tính toán chỉ xét đến các lực sau:

- Trọng lượng bản thân đập (trọng lượng riêng của vật liệu bê tông lấy trung bình: γb = 24 KN/m3)

- Áp lực nước (lấy với γn = 10 KN/m3)

+ Độ sâu nước thượng lưu: H = Hđ – d

+ Độ sâu nước hạ lưu: lấy h = 0,2.Hđ

- Áp lực bùn cát: lấy với γb = 7 KN/m3; hb = 0,15.Hđ; ϕ = 12o

- Áp lực thấm: lấy theo quy định của [8]

- Lực động đất (tổ hợp đặc biệt): tính với động đất cấp 8 (thang MSK 64) 6) Độ nghiêng của đáy đập

Là độ nghiêng phát sinh sau khi đập được xây dựng, xét hướng bất lợi là nghiêng về hạ lưu, trị số góc nghiêng β = 1o

, 2o, 4o, 6º, 8º, 10o

2.3.2 Xác định mặt cắt hợp lý của đập không tràn

2.3.2.1 Tiêu chí của mặt cắt hợp lý

Là mặt cắt có hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất (Kmin) không vượt quá 10% so với

Kc tương ứng với từng tổ hợp lực tính toán, xác định với tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Mỹ

Tổ hợp lực tính toán:

- Tổ hợp lực cơ bản: MNLTK, các điều kiện khai thác bình thường;

- Tổ hợp lực đặc biệt: MNLTK, có động đất cấp 8

2.3.2.2 Trình tự xác định mặt cắt hợp lý

Theo các bước sau:

1) Sơ bộ xác định chiều rộng đáy đập theo [1] => m2

Theo điều kiện ổn định, chiều rộng đáy đập được xác định từ công thức: