GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT-BIẾN DẠNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN BỀ MẶT BÊ TÔNG MẶT ĐẤT

GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT-BIẾN DẠNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN BỀ MẶT BÊ TÔNG MẶT ĐẤT

L I C M N

Lu n v n “Gi i pháp k t c u và phân tích ng su t-bi n d ng đ p đá

đ b n m t bê tông trên n n đ t” đ c hoàn thành t i khoa Công Trình và

Phòng đào t o i h c & Sau đ i h c – Tr ng i H c Th y L i Hà N i

Tác gi xin bày t lòng bi t n sâu s c đ n GS.TS Nguy n V n L đã

t n tình h ng d n, dìu d t tác gi hoàn thành lu n v n Xin trân thành c m

n các th y cô giáo trong Khoa Công Trình – Tr ng i h c Th y L i Hà

N i và lãnh đ o Công ty C ph n T v n Xây d ng i n 1 đã c ng c p s

li u cho lu n v n

Tác gi chân thành c m n các c quan đ n v và các cá nhân nói trên

đã chia s nh ng khó kh n, truy n đ t ki n th c, t o đi u ki n thu n l i cho tác gi h c t p và hoàn thành lu n v n

K t qu ngày hôm nay tác gi đ t đ c chính là nh s ch b o ân c n

c a các th y cô giáo, cùng s đ ng viên nhi t tình c a c quan, gia đình và

b n bè đ ng nghi p trong nh ng n m qua M t l n n a tác gi xin ghi nh t t

M C L C

2

M U2 72

CH NG 1:2 2T NG QUAN V P Á B N M T BÊ TÔNG2 92

1.1.2 2L ch s phát tri n đ p đá đ b n m t bê tông (CFRD)2 92

1.1.1.2 2Gi i thi u v đ p đá đ b n m t bêtông (CFRD)2 92

1.1.2.2 2L ch s phát tri n2 92

1.1.3.2 2Tình hình ng d ng đ p b n m t bê tông t i Vi t Nam2 172

1.2.2 2T ng quan v đ p đá đ bê tông b n m t (CFRD)2 202

1.2.1.2 2Phân lo i đ p CFRD2 202

1.2.2.2 2C u t o các b ph n c a đ p CFRD2 222

1.2.3.2 2 i u ki n xây d ng đ p CFRD2 242

1.2.4.2 2V t li u xây d ng đ p2 252

1.2.5.2 2Công ngh thi công đ p CFRD2 282

1.2.6.2 2V n đ n đ nh tr t2 292

1.2.7.2 2V n đ th m2 292

1.2.8.2 2V n đ ng su t, bi n d ng2 302

1.2.9.2 2 u nh c đi m c a đ p CFRD2 302

CH NG 2:2 2PH NG PHÁP TÍNH TOÁN2 322

2.1.2 2Các ph ng pháp tính toán ng su t bi n d ng2 322

2.2.2 2Ph ng pháp PTHH trong tính toán k t c u2 332

2.2.1.2 2N i dung c a ph ng pháp PTHH2 332

2.2.2.2 2Trình t gi i bài toán b ng ph ng pháp PTHH2 342

2.2.3.2 2Tính k t c u theo mô hinh t ng thích2 362

2.2.4.2 2Gi i h ph ng trình c b n2 422

2.3.2 2Ph n t b c cao trong ph ng pháp PTHH2 432

2.3.1.2 2Khái ni m v ph n t b c cao2 432

2.3.2.2 2H t a đ t nhiên2 43

2.4.2 2Ph n m m tính toán2 472

2.4.1.2 2Ph n m m tính toán k t c u2 472

2.4.2.2 2Gi i thi u s l c v ph n m m – ANSYS2 482

CH NG 3:2 2 NG D NG PHÂN TÍCH NG SU T P B N M T

BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH TH Y I N TUYÊN QUANG2 542

3.1.2 2T ng quan v công trình2 542

3.1.1.2 2Gi i thi u chung2 542

3.1.2.2 2Các thông s k thu t chính2 572

3.2.2 2S li u tính toán2 592

3.2.1.2 2M t c t và mô hình tính toán2 592

3.2.2.2 2S li u v ch tiêu c lý2 612

3.2.3.2 2Tr ng h p tính toán2 622

3.2.4.2 2K t qu tính toán2 622

CH NG 4:2 2K T LU N VÀ KI N NGH 2 762

4.1.2 2Nh ng k t qu đ t đ c c a lu n v n2 762

4.2.2 2Ki n ngh và t n t i2 762

TÀI LI U THAM KH O2 77

Hình 1.11.U 2M t c t ngang thân đ p đ p b ng đá c ngU 202

Hình 1.12.U 2M t c t ngang thân đ p đ p b ng cu i s iU 212

Hình 1.13.U 2M t c t ngang đi n hình c a CFRDU 232

Hình 1.14.U 2C u t o chi ti t chân th ng l u đ pU 242

Hình 1.15.U 2M t c t đi n hình đ p Nalan – Trung Qu cU 252

Hình 2.1.U 2Các lo i ph n t U 342

Hình 2.2.U 2S đ tính toánU 412

Hình 2.3.U 2T a đ t nhiên c a ph n t 3 chi uU 442

Hình 2.4.U 2Ph n t l c di n 20 đi m nútU 442

Hình 2.5.U 2H t a đ t nhiên và ph n t chu nU 452

Hình 2.8.U 2Giao di n ANSYS xu t hi n khi m ph n m mU 502

Hình 2.9.U 2C a s khai báo lo i ph n t U 512

Hình 2.10.U 2C a s khai báo v t li uU 512

Hình 2.11.U 2C a s khai báo l cU 522

Hình 2.12.U 2C a s tính toánU 522

Hình 2.13.U 2C a s bi u di n k t qu U 53

Hình 2.14.U 2C a s k t thúc làm vi c và thoát ANSYSU 532

Hình 3.1.U 2V trí công trình th y đi n Tuyên QuangU 552

Hình 3.2.U 2M t b ng t ng th công trình th y đi n Tuyên QuangU 552

Hình 3.3.U 2M t c t tính toán N4-N4 vai đ pU 602

Hình 3.4.U 2Mô hình tính toán trong ANSYSU 602

Hình 3.5.U 2Bi n d ng theo ph ng X – SU x R U (TH1)U 632

Hình 3.6.U 2Bi n d ng theo ph ng Y – SU y R U (TH1)U 632

Hình 3.7.U 2 ng su t theo ph ng X - σU x R U (TH1)U 642

Hình 3.8.U 2 ng su t theo ph ng Y - σU y R U (TH1)U 642

Hình 3.9.U 2Bi n d ng theo ph ng X - SU x R U (TH2)U 652

Hình 3.10.U 2Bi n d ng theo ph ng Y - SU y R U (TH2)U 652

Hình 3.11.U 2 ng su t theo ph ng X - σU x R U (TH2)U 662

Hình 3.12.U 2 ng su t theo ph ng Y - σU y R U (TH2)U 662

Hình 3.13.U 2Bi n d ng theo ph ng X - SU x R U (TH3)U 672

Hình 3.14.U 2Bi n d ng theo ph ng Y - SU y R U (TH3)U 682

Hình 3.15.U 2 ng su t theo ph ng X - σU x R U (TH3)U 692

Hình 3.16.U 2 ng su t theo ph ng Y - σU y R U (TH3)U 702

Hình 3.17.U 2Bi n d ng theo ph ng X - SU x R U (TH4)U 712

Hình 3.18.U 2Bi n d ng theo ph ng Y - SU y R U (TH4)U 722

Hình 3.19.U 2 ng su t theo ph ng X - σU x R U (TH4)U 732

Hình 3.20.U 2 ng su t theo ph ng Y - σU y R U (TH4)U 74

B ng 1.4.U 2H s m m hoá cho phép c a v t li u đáU 272

B ng 3.1.U 2T n su t dòng ch y l n nh t và nh nh tU 562

B ng 3.2.U 2Thông s chính c a công trìnhU 572

B ng 3.3.U 2Ch tiêu c lý c a kh i đá n nU 612

B ng 3.4.U 2Ch tiêu c lý c a đ i phong hoá hoàn toànU 612

B ng 3.5.U 2Ch tiêu c lý c a bê tông b n m t, b n chân, t ng ch ng th mU 62

d án th y đi n mang l i hi u qu kinh t cao h n

H u nh t t c CFRD đ c xây d ng trên n n đá Nh ng trên th c t trong n c và n c ngoài, v trí xây d ng công trình trên n n đá không ph i lúc nào c ng có th l a ch n đ c Trong tr ng h p t ng đá n m d i sâu,

xu t gi i pháp phù h p xây d ng đ p đá đ b n m t bêtông trong

tr ng h p t i v trí tuy n đ p có t ng đ t dày trên n n đá

Nghiên c u tính toán tr ng thái ng su t - bi n d ng c a đ p đá đ b n

m t bêtông trên n n đ t và t ng ch ng th m đ t trong t ng đ t

Cách ti p c n và Ph ng pháp nghiên c u

- Thu th p tài li u, tìm hi u v c u t o và công n ng c a các b ph n

k t c u đ p

- S d ng ph ng pháp PTHH và ph n m m s n có đ phân tích tr ng thái ng su t – bi n d ng c a đ p và n n

- K t qu đ tài có th s d ng làm tài li u tham kh o tính toán thi t k

đ p đá đ b n m t bê tông cho các công trình th y l i - th y đi n

CH NG 1: T NG QUAN V P Á B N M T BÊ TÔNG 1.1 L ch s phát tri n đ p đá đ b n m t bê tông (CFRD)

1.1.1 Gi i thi u v đ p đá đ b n m t bêtông (CFRD)

p đ c xây d ng ngang lòng sông đ ch n dòng, dâng n c thành h

ch a Các h ch a hình thành sau các con đ p dùng đ ch a n c ph c v các

m c đích: cung c p n c thu l i, thu đi n, đi u ti t l và du l ch

Vi c xây d ng m t đ p dâng là vi c h t s c ph c t p và ph thu c r t nhi u y u t nh : đi u ki n đ a hình đ a ch t, nhu c u n c, ngu n kinh phí

c a qu c gia và các y u t nh h ng đ n môi tr ng dân sinh kinh t

p đá đ b n m t bê tông (CFRD) là lo i đ p có thân đ p đ c đ p

ch y u b ng v t li u đá đ c đ m ch t Sau đó, m t t m bê tông c t thép

đ c xây d ng t i b m t th ng l u đ p v i tác d ng ch ng th m B n m t

bê tông s truy n áp l c n c th ng l u cho vùng đ t đá thân đ p và cu i cùng là vùng n n đ p

V i t m b n m t bê tông, kh n ng ch ng th m c a đ p t ng đ i t t, mái d c th ng, h l u xo i đ m b o cho s an toàn n đ nh đ p Ngay c khi

s rò r xu t hi n, các đ p này c ng không d dàng s p đ M t khác do CFRD có móng r ng nên ng su t đáy móng nh h n so v i đ p bê tông có cùng chi u cao Do v y CFRD đ c xem là an toàn và kinh t , đ c bi t là có

l i v m t thi công so v i các lo i đ p khác vì h u nh không ph thu c vào

th i ti t

1.1.2 L ch s phát tri n

p đá đ b n m t bê tông đ c mô t b i Galloway (1939), h i đ p

l n th gi i (1989a), Cooke (1984, 1993, 1999, 2000) và Regan (1997)

CFRD đ u tiên đ c xây d ng California - M vào n m 1965, là

b c c i ti n t vi c xây d ng đ p đá đ b n m t b ng g đ c xây d ng vào

đ u nh ng n m 1950 Trong nh ng n m 1940, CFRD và đ p đá đ lõi đ t b t

đ u phát tri n Tuy nhiên, chúng b t m d ng xây d ng vì các thi t b đ m l n không đ m b o đ c h s đ m cho phép d n đ n thân đ p bi n d ng l n gây

ra hi n t ng th m qua thân đ p V i vi c s d ng lo i đ m rung, m t giai

đo n m i c a CFRD xu t hi n và nó phát tri n nhanh chóng vào nh ng n m

1970 ng d ng c a lo i đ p tiên ti n này đ c áp d ng r t nhanh Australia

và Nam M v i h n 20 đ p đ c xây d ng

Nh ng ti n b trong vi c thi t k và xây d ng đ p đã đ t đ c nhi u thành tích đáng k và ngày càng hoàn thi n h n N m 1966 M đã xây d ng thành công đ p New Exchequer cao 150m dùng k t h p l n ép t ng m ng Tuy nhiên v n còn b bi n d ng l n, d n đ n hi n t ng th m th u ây là con đ p cu i cùng trong th i k quá đ

N m 1971, vi c xây d ng thành công đ p Cethana c a Úc vào 110m đã

đ t n n móng k thu t cho các đ p CFRD sau này Qua các con đ p l n đ c xây d ng thành công nh : Foz do Areia – Brazil cao 160m n m 1980, Salvajina – Columbia cao 148m n m 1985, Aguamilpa – Mêhicô cao 187m

n m 1993 vi c thi t k và thi công đ p CFRD ngày càng hoàn thi n h n, quy

mô công trình ngày càng l n h n CFRD ngày nay đ c xây d ng kh p n i trên th gi i vì tính n đ nh, s d ng v t li u t i ch , thi công t ng đ i đ n

gi n, không ph thu c vào th i ti t, ti t ki m, thích h p v i nhi u lo i đ a hình - đ a ch t, v n hành an toàn và d s a ch a

p đá đ b n m t bê tông c a Trung Qu c b t đ u t n m 1985 So

v i các n c đi đ u trong l nh v c xây d ng đ p đá đ b n m t bê tông, Trung Qu c b t đ u ch m h n nh ng phát tri n nhanh và m nh h n các n c trên th gi i Ch trong vòng 10 n m đã ph bi n ra toàn qu c Theo th ng kê

ch a đ y đ n m 2004 Trung Qu c đã xây d ng đ c kho ng 150 đ p đá đ

b n m t bê tông cao h n 30m, trong đó có 37 đ p cao trên 100m

B ng 1.1 p b n m t bê tông trên th gi i cao trên 100m

(International Water Power & Dam Construction - Materon, Bayardo)

STT Tên đ p Q u c gia N m hoàn thành Chi u cao (m)

22 Ercado Colombia 2004 120

Hình 1.1 p Kárahnjúkar (Iceland), cao 196m

Hình 1.2 p El Cajon (Mexico), cao 188m

Hình 1.3 p Santa Juana (Chile), cao 103m

Hình 1.4 p Cirata (Indonesia), cao 125m - 1987

Hình 1.5 p Shuibuya (Trung Qu c), cao 233m

Hình 1.6 p Zipingpu – Trung Qu c, cao 156m

( ã đ ng v ng trong tr n đ ng đ t c p 8 ngày 12/5/2008

khi ch cách tâm ch n Vân Xuyên, t nh T Xuyên, Trung Qu c 17km)

1.1.3 Tình hình ng d ng đ p b n m t bê tông t i Vi t Nam

Vi t Nam, đ p đá đ b n m t bê tông đã b c đ u đ c áp d ng vào

m t s công trình L n đ u tiên đã áp d ng vào công trình đ p chính c a công trình thu đi n Tuyên Quang (Na Hang) cao 92m, sau đó là đ p Rào Quán

t nh Qu ng Tr cao 78m và đ p chính c a công trình thu l i thu đi n C a

t t nh Thanh Hoá cao 117m

p đá đ b n m t bê tông ch ng th m là m t lo i hình đ p đá đ m i

đ c đ a vào n c ta Tuy nhiên nó đang d n t ng b c ch ng minh đ c tính u vi t c a nó so v i các lo i đ p khác nh t là v i lo i đ p cao V i công ngh và trang thi t b thi công ngày càng hi n đ i, các khó kh n phát sinh trong quá trình thi công đ p đá b n m t bê tông ch ng th m s gi m b t nhi u

và vi c xây d ng lo i hình đ p này s ngày càng phát tri n n c ta

M t s công trình đ p đá đ b n m t bê tông đã đ c xây d ng n c ta:

- Công trình thu đi n Tuyên Quang:

Hình 1.7 Mái th ng l u đ p b n m t bêtông Tuyên Quang

Hình 1.8 Thi công b n m t đ p Tuyên Quang

Hình 1.9 M t c t ngang đi n hình đo n lòng sông - C a t

Hỡnh 1.10 Th ng l u đ p Rào Quỏn

1.2 T ng quan v đ p đỏ đ bờ tụng b n m t (CFRD)

1.2.1 Phõn lo i đ p CFRD

Hi n nay đ p CFRD ch a cú nhi u lo i, nhỡn chung vi c phõn lo i

th ng đ c d a vào cỏc tiờu chớ sau:

1.2.1.1 Phõn lo i theo v t li u đ p đ p

D a vào v t li u dựng đ đ p đ p là đỏ c ng hay cu i s i mà ng i ta phõn thành 2 lo i là:

(dạng tam giác - góc ở đỉnh tuỳ thuộc vào vật liệu và chiều cao đập)

8 (3D) Bảo vệ mái hạ lưu

10 (3E) Vùng đá thải (thoát nước chân đập)

3 11

10 8

p đỏ đ b n m t cú thõn đ p đ c đ p b ng cu i s i, lo i đ p này

th ng đ c phõn vựng v t li u trong m t c t ngang nh hỡnh 1.12

p đỏ đ b n m t bờ tụng thõn đ p b ng đỏ c ng th ng cú h s mỏi

1.2.1.2 Phõn lo i theo chi u cao

Theo chi u cao đ p, tiờu chu n thi t k đ p đ t đỏ ki u đ m nộn (SDJ

218 – 84) c a Trung Qu c đó phõn thành 3 lo i:

p th p: chi u cao đ p H < 30m

p v a: chi u cao đ p H t 30 ữ 70 m

p cao: chi u cao đ p H > 70m

đõy chi u cao đ p đ c tớnh t đ nh đ p đ n v trớ sõu nh t c a n n sau khi đó d n s ch h múng

8

9 7

6

11 3 5

6 2

7 (3C) Vùng đá đổ hạ lưu (cuội sỏi)

12 10

10 (3F) Vùng tiêu nước

1.2.1.3 Phân lo i theo c p công trình

Theo tiêu chu n xây d ng Vi t Nam ( TCXDVN 285:2002) thì chi u cao đ p đ t đá đ c xác đ nh nh b ng 1.2

Chi u cao đ p t m t đ p đ n v trí n n th p nh t sau khi d n s ch móng U

Nh n xét:U Vì đ p đá đ h u nh ch xây d ng trên n n đá (yêu c u n n cao

h n đ p đ t) do v y c ng có th hi u đ p c p I, II là đ p cao, đ p c p III là

lo i v a, đ p c p IV, V là đ p th p

1.2.2 C u t o các b ph n c a đ p CFRD

p CFRD có c u t o chính là kh i đá c p ph i đ p, đ m nén thân

đ p và b n bê tông c t thép mác cao ph trên b m t mái th ng l u đ ng n

n c th m qua đ p Kh i đá đ p c ng đ c chia làm nhi u vùng khác nhau

nh nh ng đ p đá đ thông th ng tùy thu c vào các lo i đá dùng trong thân

đ p Ph n ti p giáp gi a b n m t bê tông và kh i đá đ p là l p đ m (dày t 2m đ n 3m) và l p chuy n ti p (dày 4m) M t c t ngang đi n hình c a đ p CFRD đ c bi u di n trong hình 1.13

li u đ p đ p, đi u ki n n n vv Ph n chân h l u đ p có th b trí kh i đá

đ có kích th c l n h n trong thân đ p đ t ng kh n ng n đ nh cho đ p

B n m t bê tông có tác d ng ch ng th m cho đ p và đ c liên k t v i

n n qua b n chân T i đi m ti p giáp gi a b n m t và b n chân đ c b trí

kh p n i biên h.1.14a đ m b o ng n dòng th m khi có chuy n d ch gi a b n

m t và b n chân B n m t c ng đ c chia làm nhi u t m n i v i nhau b ng

kh p n i d c v i c u t o c n thi t đ đ m b o không phát sinh dòng th m t

th ng l u v h l u khi có s chuy n d ch khác nhau gi a các t m b n m t

Do b n m t vùng vai đ p ch u kéo còn b n m t vùng gi a ch u nén theo

ph ng tr c đ p, nờn kh p n i d c c ng đ c chia làm kh p n i ch u kộo (h.1.14b) và kh p n i ch u nộn (h.1.14c)

cú s c h h ng c a kh p n i gi a b n m t và b n chõn

1.2.3 i u ki n xõy d ng đ p CFRD

V c b n, đi u ki n đ xõy d ng đ p CFRD c ng t ng t nh đ p đỏ

đ thụng th ng p CFRD đũi h i ph i th c hi n m t kh i l ng cụng tỏc

đ t đỏ l n bao g m: khai thỏc, v n chuy n, đ p v t li u vào thõn đ p c bi t

đ i v i đ p cao thỡ t i tr ng truy n xu ng n n khỏ l n, nờn đũi h i n n ph i

cú đ đ b n và ớt bi n d ng So v i đ p bờ tụng và đ p đ t, đ p CFRD cú yờu

c u n n khụng cao Tuy v y, ph n l n cỏc đ p đó đ c xõy d ng cho đ n hi n

5 Vùng tầng đệm đặc biệt

4 Vùng tầng đệm

nay v n đ c ch n đ t trên n n đá IIB ho c IIA, m t s đ p đ c ch n đ t trên n n đá IB

C ng c n nói thêm là, m t s ít đ p CFRD c ng đã đ c xây d ng v trí có t ng ph khá dày, ví d đ p Na Lan Trung Qu c (cao 109m), đ p Toulnustouc Canada (cao 75m), đ p Reece c a Áo (cao 122m) Trong tình

hu ng này, đ ch n dòng th m qua t ng ph ph i làm m t t ng bê tông đ dày n i b n chân v i t ng đá n m d i t ng ph (Xem hình 1.15)

Hình 1.15 M t c t đi n hình đ p Nalan – Trung Qu c

1.2.4 V t li u xây d ng đ p

Tr c h t ph i có đ v t li u đ đ p các kh i cho thân đ p nh : đá, đ t làm lõi, cát, s i l c (có th t n d ng đ t đào móng) vv th ng thì v n ph i tính toán thông qua lu n ch ng hi u qu kinh t và tài chính

1.2.4.1 V t li u làm l p đ m và vùng chuy n ti p

L p đ m th ng có chi u dày không đ i và đ c ch n theo kinh nghi m, th ng không nh h n 3m L p chuy n ti p có chi u dày không đ i

t 3 ÷ 4m Khi thi công, l p đ m và l p chuy n ti p th ng đ c thi công

đ ng th i, chi u cao c a l p đ th ng l y b ng n a chi u chi u cao c a l p

đá đ c a kh i đá th ng l u

L p đ m trong thân đ p CFRD đ c b trí ngay d i t m b n m t bê tông Tác d ng c a l p đ m là t o b m t “b ng ph ng” và ti p xúc êm d u cho b n m t bê tông đ ng th i nó c ng có tác d ng h tr phòng th m Hi n nay c p ph i lý t ng cho l p đ m do Sherard đ ngh đ c dùng r t ph

bi n Trong thành ph n c p ph i đó, các h t có đ ng kính nh h n 5mm có hàm l ng cao, nó th ng chi m t 35% đ n 55%, các h t có đ ng kính nh

m t gi m đ lún, m t khác có th h n ch , rò r xu t hi n qua kh p n i biên Vùng chuy n ti p c ng đ c làm b ng h n h p cát cu i s i ho c đá xay có

c p ph i liên t c Tuy nhiên t l h t l n trong vùng chuy n ti p cao h n l p

đ m ng kính h t l n nh t DR max R=300mm Vùng chuy n ti p này đ c b trí gi a l p đ m và vùng đá đ p chính Nó có tác d ng nh m t l p l c tránh s r a trôi các h t nh t l p đ m vào vùng đá chính

1.2.4.2 V t li u đ p đá thân đ p

V t li u đá đ p thân đ p có th dùng đá c ng ho c k t h p gi a đá

c ng, đá m m và cu i s i Các lo i đá dùng đ p đ p có th là đá vôi, đá cát

k t, đá tuff, granit v.v V t li u dùng đ p kh i đá chính c n đ m b o các yêu

c u: kích th c đá l n nh t không v t quá chi u dày l p đá đ p, th ng

DR max R = 800 ÷ 1000mm; hàm l ng các h t có đ ng kính nh h n 25mm không v t quá 50%; hàm l ng các h t có đ ng kính nh h n 2mm không

v t quá 10%; đá đ ph i có đ c tính thoát n c d dàng Thành ph n c p

ph i c a v t li u đá đ p thân đ p c ng ph i liên t c

Các ch tiêu c a đá thông th ng đ c xác đ nh d a vào các kinh nghi m th c t hi n có đ c nêu trong các tiêu chu n, quy ph m, sau đó xem xét đi u ch nh qua thí nghi m hi n tr ng vào th i gian b t đ u đ p đ p H u

h t đ p hi n tr ng đ u đ c kh ng ch b i các thông s đ p và b ng s quy t đ nh dung tr ng khô v i ph ng pháp đào h thí nghi m b sung Qua các k t qu thu đ c, ng i ta th y r ng dung tr ng khô c a đá đ p th ng

á đ p vào thân đ p ngoài vi c ph i n m trong đ ng bao v t li u ph i

1.2.5 Công ngh thi công đ p CFRD

p CFRD th ng đ c thi công theo trình t sau:

- ào móng công trình (đào l p đ t ph và các l p đá phong hoá trên m t),

- p đ p, k t h p v i khoan ph t t i m t s v trí n n c n x lý,

- Thi công b n chân và khoan ph t t o màng ch ng th m,

- Thi công b n m t k t h p v i m t s h ng m c công trình khác trên đ p Trong quá trình thi công theo trình t trên, t i m i h ng m c công trình

c n áp d ng các bi n pháp thi công thích h p đ đ t đ c các yêu c u thi t

k Các bi n pháp th ng dùng trong quá trình thi công:

1.2.5.1 T o mái và đ m đá

Vùng t ng đ m (2A) c n đ c đ m nén đ c bi t đ đ t modun cao, t o

l p đ m đ ng đ u cho t m b n m t Thi t b th ng dùng là đ m con l n k t

h p rung, chi u dày l p r i cho m t l n đ m ph thu c vào thi t b đ m,

th ng b ng chi u dày c a l p chuy n ti p 3a hay n a l p chuy n ti p 3B B

m t t ng đ m (2A) c n đ c tinh ch nh trong kho ng 5÷15cm đ ph ng thi t

k đ t đ c đi u này th ng s d ng máy xúc đ t ngay trên đ nh đ p

d i s đi u khi n c a thi t b quan tr c b ng laze

Vùng thân đ p chính (3B, 3C) đ c đ p theo t ng l p theo kích c l n

nh t c a viên đá và s d ng các thi t b máy móc nh đ i v i đ p đá đ truy n th ng

1.2.5.2 Thi công t m b n m t bê tông

Dùng c p pha tr t đ ti n hành thi công các t m b n m t t d i lên trên v i b ph n gi và kéo t m b n m t t i 2 t i máy đ t trên đ nh đ p, ngo i

tr các t m đ u tiên có hình thang ho c hình tam giác n m k b n chân, ho c

2 vai đ p đ c thi công b ng ph ng pháp th công tr c t m b n m t chính

C p pha tr t có th đ t đ c t c đ thi công 1 ÷ 2m/gi v i chi u

r ng 8m, 10m, 12m ho c 16m, bê tông dày t 40÷60mm Bê tông th ng dùng là lo i đ t c ng đ 25 đ n 30 MPa trong 28 ngày

1.2.6 V n đ n đ nh tr t

p CFRD có yêu c u v đ a ch t n n cao h n đ p đ t đá thông

th ng: b n chân th ng đ c đ t trên l p đá t t N n kh i đá đ p có th đ t trên l p đá phong hoá m nh ho c trên l p đá có mô đuyn bi n d ng t ng

đ ng v i mô đuyn bi n d ng c a kh i đá đ p Do các đ c đi m này mà

đ p CFRD không x y ra hi n t ng tr t sâu Tuy nhiên do mái đ p th ng

có đ d c l n nên có th phát sinh các cung tr t tr tròn mái đ p, n u ch t

t c, n u thân đ p phát sinh th m t p trung, có th d n đ n n c th m lôi các

h t nh đi, d n đ n xói thân đ p tránh s c đó, ngoài vi c làm t t b n

tr ng c a các thi t b và các lo i xe đi trên m t đ p v.v b n m t, thân đ p và

n n trong m i quan h làm vi c đ ng th i v i nhau s sinh ra ng su t và bi n

d ng Do b n m t t a hoàn toàn lên thân đ p nên tr ng thái ng su t bi n

d ng c a n n và thân đ p s nh h ng tr c ti p đ n tr ng thái ng su t bi n

d ng c a b n m t tránh bi n d ng không đ u c a b n m t theo ph ng

tr c đ p, ng i ta chia b n m t thành các t m có chi u r ng nh nhau b ng các kh p n i ch y t đ nh xu ng chân đ p (theo chi u vuông góc v i tr c

đ p) g i là kh p n i d c Trong ph m vi lu n v n này, tác gi t p trung vào

vi c phân tích đ làm rõ bi n d ng và ng su t đ p b n m t bê tông c t thép

đ t trên n n đ t y u dùng t ng bê tông c m xu ng n n đá đ ch ng th m qua

n n

1.2.9 u nh c đi m c a đ p CFRD

1.2.9.1 u đi m c a đ p CFRD

- T n d ng đ c các v t li u t i ch , đ c bi t có th t n d ng đá đào móng tràn, đ ng h m, nhà máy th y đi n đ đ p đ p Ít ph i s d ng v t li u

hi m ho c v n chuy n t xa t i nên nhìn chung đ p CFRD có giá thành th p

h n các lo i đ p khác nh đ p bê tông tr ng l c, đ p vòm, đ p b n ch ng

đ c bi t nh ng v trí xây d ng công trình hi m đ t có đ tiêu chu n đ p đ p

đ t thì đ p CFRD càng có hi u qu kinh t h n

- Có kh n ng c gi i hoá cao quá trình khai thác đá, v n chuy n và đ p

đ p, có th thi công ngay c trong mùa m a Do toàn b dòng th m đã đ c

b n m t bê tông ng n l i và ph n đá đ p trong thân đ p đ c đ m nén ch t

nên h s n đ nh c a mái th ng h l u đ p khá cao và mái đ p có th nh (m = 1,4 ÷ 1,5) d n đ n kh i l ng đá đ p gi m nh so v i đ p đ t, đ t đá thông th ng

- Yêu c u đ a ch t n n th p h n các lo i đ p bê tông

- V n đ nh ch ng đ ng đ t, ch ng tr t và tu i th công trình không thua kém các lo i đ p khác

- p CFRD trong nhi u tr ng h p có th xây d ng ngay trên n n cát

cu i s i lòng sông, mà ph n l n kh i l ng cát s i không ph i bóc b khi đ p

đ p Trong quá trình xây d ng đ p có th cho n c tràn qua ph n đ p đang thi công d , nên v n đ d n dòng khi l u l ng d n dòng l n có th đ c gi i quy t v i giá thành r

hi n t ng treo ng su t ho c bi n d ng quá m c có th x y ra, đ c bi t khi

có s chênh l ch l n v mô đun bi n d ng gi a các l p v t li u k nhau

- B n m t bê tông ch u tác đ ng c a nhi u y u t , nh t là nh h ng

c a bi n d ng kh i đá than đ p p càng cao, thi công ph i chia làm nhi u giai đo n nh h ng này càng l n, gây u n và n t b n m t M t khác, t m

b n m t bê tông đ c thi công b ng ván khuôn tr t nên c ng đ t ng nhanh, l ng nhi t to ra l n có th làm ch t l ng bê tông kém, nh h ng

đ n kh n ng ch u l c và tu i th c a nó

- Yêu c u v thi t b thi công c ng nh trình đ thi công cao h n đ p đá

đ thông th ng

CH NG 2: PH NG PHÁP TÍNH TOÁN

2.1 Các ph ng pháp tính toán ng su t bi n d ng

Tính toán tr ng thái ng su t - bi n d ng c a đ p đ t đá đã đ c th c

hi n t nh ng n m 40 c a th k 20 CHLB Nga và các n c ph ng Tây Tuy nhiên do h n ch v công c tính toán mà ng i ta bu c ph i đ a vào quá nhi u gi thi t (trong các bi u th c gi i tích) nh m đ n gi n hoá tính toán

Hi n nay, các công th c đó ch có ý ngh a l ch s

Vi c tính toán tr ng thái ng su t - bi n d ng c a đ p đ t đá theo bài toán ph ng hai chi u và ba chi u ch th c s đ c phát tri n vào nh ng n m

60 – 70 c a th k tr c, g n li n v i s ra đ i c a các ph ng pháp s (ph ng pháp sai phân h u han, ph n t h u h n v.v )

V m t ph ng pháp tính, đ gi i bài toán v tr ng thái ng su t - bi n

d ng và n đ nh đ p v t đ t đá, nói chung chúng ta có th s d ng các ph ng pháp sau:

Hi n nay, ph ng pháp ph n t h u h n là m t ph ng pháp thích h p

đ phân tích ng su t và bi n d ng ph c v cho quá trình thi t k ho c đánh giá s an toàn c a các công trình th y l i – th y đi n Do đó trong lu n v n

ch n ph ng pháp PTHH đ tính toán

2.2 Ph ng pháp PTHH trong tính toán k t c u

2.2.1 N i dung c a ph ng pháp PTHH

Chia mi n tính toán thành nhi u các mi n nh g i là các ph n t Các

ph n t này đ c n i v i nhau b i m t s h u h n các đi m nút Các nút này

có th là đ nh các ph n t , c ng có th là m t s đi m đ c quy c trên c nh

nh ng r t ít đ c s d ng vì công c tính toán còn ch a phát tri n Vào cu i

nh ng n m 60, ph ng pháp PTHH đ c bi t phát tri n nh vào s phát tri n

nhanh chóng và s d ng r ng rãi c a máy tính đi n t n nay có th nói

r ng ph ng pháp PTHH đ c coi là ph ng pháp có hi u qu nh t đ gi i các bài toán c h c v t r n nói riêng và các bài toán c h c môi tr ng liên

t c nói chung nh các bài toán th y khí l c h c, bài toán v t tr ng và đi n

tr ng

M t trong nh ng u đi m n i b t c a ph ng pháp PTHH là d dàng

l p ch ng trình đ gi i trên máy tính, t o đi u ki n thu n l i cho vi c t

đ ng hóa tính toán hàng lo t k t c u v i kích th c, hình d ng, mô hình v t

li u và đi u ki n biên khác nhau

Ph ng pháp PTHH c ng thu c lo i bài toán bi n phân, song nó khác

v i các ph ng pháp bi n phân c đi n nh ph ng pháp Ritz, ph ng pháp Galerkin… ch nó không tìm d ng hàm x p x c a hàm c n tìm trong toàn

mi n nghiên c u mà ch trong trong t ng mi n con thu c mi n nghiên c u đó

i u này đ c bi t thu n l i đ i v i nh ng bài toán mà mi n nghiên c u g m nhi u mi n con có nh ng đ c tính c lý khác nhau, ví d nh bài toán phân tích ng su t trong đ p, trong n n không đ ng ch t, bài toán th m qua đ p v t

Ph n t thanh Ph n t ph ng Ph n t kh i

a Mô hình t ng thích: ng v i mô hình này ta bi u di n g n đúng

d ng phân b c a chuy n v trong ph n t H ph ng trình c b n c a bài toán s d ng mô hình này đ c thi t l p trên c s nguyên lý bi n phân Lagrange

b Mô hình cân b ng: ng v i mô hình này ta bi u di n g n đúng d ng phân b c a ng su t hay n i l c trong ph n t H ph ng trình c b n c a bài toán s d ng mô hình này đ c thi t l p trên c s nguyên lý bi n phân Castigliano

c Mô hình h n h p: ng v i mô hình này ta bi u di n g n đúng d ng phân b c a c chuy n v l n ng su t trong ph n t Ta coi chuy n v và ng

su t là 2 y u t đ c l p riêng bi t H ph ng trình c b n c a bài toán s

d ng mô hình này đ c thi t l p trên c s nguyên lý bi n phân Hellinger

Reisner-Trong 3 mô hình trên thì mô hình t ng thích đ c s d ng r ng rãi

h n c , còn 2 mô hình sau ch s d ng có hi u qu trong m t s bài toán nh t

đ nh

3) Thi t l p h ph ng trình c b n c a bài toán

thi t l p h ph ng trình c b n c a bài toán gi i b ng ph ng pháp PTHH ta d a vào các nguyên lý bi n phân T các nguyên lý bi n phân ta rút

ra đ c h ph ng trình c b n c a bài toán d a trên thu t toán c a ph ng pháp PTHH có d ng h ph ng trình đ i s tuy n tính:

AX = B (2.1)

4) Gi i h ph ng trình c b n

Gi i h (2-1) s tìm đ c các n s t i các đi m nút c a toàn mi n nghiên c u

5) Xác đ nh các đ i l ng c h c c n tìm khác

xác đ nh các đ i l ng c h c c n tìm khác ta d a vào các ph ng trình c b n c a lý thuy t đàn h i

2.2.3 Tính k t c u theo mô hinh t ng thích

1) Chia mi n tính toán thành các ph n t Thông th ng trong các bài toán m t chi u ho c 2 chi u ta s d ng các ph n t d ng thanh ho c d ng

ph ng

2) Ch n n là các chuy n v nút c a ph n t , c ng có th là chuy n v nút và chuy n v t i m t s đi m trên c nh ho c đi m bên trong c a ph n t

Gi thi t hàm chuy n v : Gi s t i m t đi m (x,y) nào đó trong ph n t

có chuy n v đ c bi u di n b ng hàm u(x,y) Ta x p x hàm này b ng m t đa

th c nguyên:

e e

e M

u = α (2.2) trong đó

e = A α

trong đó: AR e Rlà ma tr n t a đ nút c a ph n t

Gi i (2.3) ta đ c:

e 1 e

u = − ∆ = ∆ (2.5) trong đó

c a véc t chuy n v nút c a toàn k t c u ∆ Nói cách khác, ta có th bi u

di n m i quan h này b ng m t bi u th c toán h c:

∆

=

∆e Le (2.7) trong đó

ph n véc t chuy n v nút c a ph n t (chuy n v cá th ) vào véc t chuy n v

nút c a toàn k t c u (chuy n v toàn th ) Nói cách khác b ng vi c s d ng

ma tr n đ nh v LR e R ta có th bi u di n véc t chuy n v cá th qua véc t

chuy n v toàn th

trong đó: ∂ là ma tr n toán t vi phân

Thay u b ng bi u th c (2.5) ta đ c:

e e e

e B N

T e e

T e T e V e e e T e e V

2 1

e e