Nghiên cứu giải pháp kết cấu xây dựng đập trọng lực bê tông trên nền đá có đứt gãy lớn chịu ảnh hưởng của động đất

36 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP TRỌNG LỰC BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN NẬM NA 3 PHỤC VỤ CHO VIỆC PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐỨT GÃY DƯỚI NỀN .... Trong đề tài

trên nền đá có đứt gãy lớn chịu ảnh hưởng của động đất” được hoàn thành

ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tác giả còn được sự giúp đỡ nhiệt tình của các Thầy, Cô, cơ quan, bạn bè và gia đình

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn: GS.TS Nguyễn Văn Lệ đã tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo Phòng đào tạo đại học và Sau đại học, khoa Công trình - Trường Đại học Thuỷ Lợi đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, cũng như quá trình thực hiện luận văn này

Để hoàn thành luận văn, tác giả còn được sự cổ vũ, động viên khích lệ thường xuyên và giúp đỡ về nhiều mặt của gia đình và bạn bè

Hà Nội, ngày 01 tháng 03 năm 2013

Tác giả luận văn

VŨ VĂN TRƯỜNG

Tên tôi là: Vũ Văn Trường

Học viên lớp: 19C12

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào

Tác giả

VŨ VĂN TRƯỜNG

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

MỞ ĐẦU 1

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

IV Kết quả dự kiến đạt được: 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP TRỌNG LỰC BÊ TÔNG VÀ XỬ LÝ NỀN ĐẬP TRỌNG LỰC BÊ TÔNG 3

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

1.1.1 Giới thiệu về đập trọng lực bê tông 3

1.1.2 Tình hình xây dựng đập trọng lực bê tông trên thế giới 5

1.1.3 Tình hình xây dựng đập trọng lực bê tông ở nước ta 8

1.2.Đứt gãy trong nền đập và biện pháp xử lý 11

1.2 1.Khái niệm về đứt gãy 11

1.2.2 Các phương pháp nhận biết đứt gãy 12

1.2.3 Các đới đứt gãy chính trên lãnh thổ Việt Nam 15

1.2.4 Các đới đứt gãy hoạt động trên phần lãnh thổ Việt Nam 18

1.2.5 Ảnh hưởng của đứt gãy đến ứng xử của đập trọng lực bê tông và biện pháp xử lý 20

1.3 Kết luận chương 1 22

CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG TĨNH VÀ ĐỘNG 23

2.1 Các phương trình cơ bản tính đập dưới tác dụng của tải trọng tĩnh 23

2.1.1 Phương trình cân bằng tĩnh Navier 24

2.1.2 Phương trình hình học Cauchy 24

2.1.3 Phương trình vật lý 24

2.2.2 Phương pháp tính toán 26

2.3 Tính đập trọng lực bê tông dưới tác dụng của tải trọng động đất 28

2.4 Giới thiệu phần mềm ANSYS 33

2.5 Kết luận chương 36

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP TRỌNG LỰC BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN NẬM NA 3 PHỤC VỤ CHO VIỆC PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐỨT GÃY DƯỚI NỀN 37

3.1.Giới thiệu chung về công trình thủy điện Nậm Na 3 37

3.1.1.Giới thiệu chung 37

3.1.2.Nhiệm vụ của dự án 40

3.1.3.Cấp công trình: 40

3.1.4 Tóm tắt các thông số thủy điện Nậm Na 3 trong TKKT 40

3.2.1.Các chỉ tiêu cơ lý của bê tông dung trong tính toán 43

3.2.2.Tài liệu về địa chất 43

3.3.Xây dựng mô hình và xác định các trường hợp tính toán 48

3.3.1 Các trường hợp tính toán 48

3.3.2 Tính toán tĩnh với bài toán không gian, mô hình cho một block đập 50

3.4.Kết luận chương 84

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

1.Kết luận 85

2 Kiến nghị 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

Tiếng Việt 86

Tiếng Anh 86

8 41TU

Bảng 1 2: Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam (giai đoạn

trước năm 1945)[2]U 9 41TU

Bảng 1 3: Một số đập trọng lực bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam đến

năm 2013[3]U 10 41TU

Bảng 3 7: Kết quả tính toán chuyển vị và ứng suất khi nền đập là nền tôt

không có đứt gãy trong nền đậpU 63 41TU

375:2006U 32 41TU

Thuỷ Nậm Ban 1 huyện Phong Thổ tỉnh Lai ChâuU 34 41TU

huyện Phong Thổ tỉnh Lai ChâuU 35 41TU

Phong Thổ tỉnh Lai ChâuU 35 41TU

41TU

Na 3U 38 41TU

41TU

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Cùng với sự phát triển kinh tế và khoa học công nghệ trên toàn Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, nhu cầu dùng nước cho các ngành, đời sống sinh hoạt cho con người và phòng chống lũ ngày càng tăng, đòi hỏi phải cung cấp đầy đủ nhu cầu dùng nước và cân đối giữa các ngành Để điều chỉnh nguồn nước phù hợp với yêu cầu dùng nước, một trong những biện pháp phổ biến và hiệu quả nhất là điều tiết nguồn nước bằng hồ chứa

Công trình hồ chứa nước được xây dựng ngày càng nhiều, càng có quy mô lớn, một trong những kết cấu xây dựng để tạo hồ chứa là đập Ở một số vùng, do vật liệu địa phương không thoả mãn điều kiện đắp đập, bên cạnh đó với sự ưu việt của bê tông nên đã dùng hình thức đập trọng lực bê tông

Để đảm bảo an toàn cho đập trọng lực bê tông, ngoài tính toán ổn định trượt lật thì cần tính ứng suất và biến dạng để kiểm tra độ bền của đập, tính toán cốt thép cũng như phân vùng vật liệu trong đập một cách hợp lí, tránh lãng phí vật

liệu và giảm giá thành xây dựng

Trước đây, phương pháp tính toán cho đập trọng lực bê tông thường đưa về bài toán phẳng để tính nên chưa phản ánh đúng trạng thái chịu lực của công trình khi làm việc Trong đề tài này, tác giả sẽ tính theo bài toán không gian tức là đập tràn, trụ pin, đập trọng lực bê tông và nền cùng làm việc đồng thời có xét đến tải trọng động đất, do đó nó phản ánh được đầy đủ hơn, chính xác hơn trạng thái làm việc của công trình trong thực tế

Vì vậy, đề tài này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao trong bối cảnh xây dựng đập và hồ chứa của Việt Nam hiện nay

II Mục đích của đề tài

Tìm hiểu các chỉ dẫn trong các tiêu chuẩn kỹ thuật cũng như kinh nghiệm trong và ngoài nước để lựa chọn giải pháp xử lý đứt gãy lớn dưới nền đập trọng lực

bê tông

Phân tích lựa chọn dạng kết cấu xử lý đứt gãy phù hợp, ít ảnh hưởng nhất đến ứng suất và biến dạng của đập, bảo đảm đập làm việc an toàn, ngay cả trường hợp chịu tải trọng động đất

Ứng dụng cụ thể cho đập trọng lực bê tông của công trình thuỷ điện Nậm

Na 3, huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Thu thập thông tin và tổng hợp các tài liệu nghiên cứu đã có ở trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài Sơ bộ lựa chọn giải pháp xử lý

Sử dụng phương pháp PTHH, phân tích ứng suất biến dạng của đập cùng làm việc với nền có đứt gãy đã được xử lý với các giải pháp lựa chọn

Phân tích kết quả và lựa chọn hình thức xử lý phù hợp

IV Kết quả dự kiến đạt được:

Tổng quan về các giải pháp kết cấu xử lý đứt gãy của nền đập trọng lực bê tông

Kết quả tính toán ứng suất biến dạng của đập ứng với giải pháp xử lý lựa chọn, có xét đến ảnh hưởng của động đất của đập trọng lực bê tông , công trình thuỷ điện Nậm Na 3, huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP TRỌNG LỰC BÊ TÔNG VÀ XỬ LÝ

NỀN ĐẬP TRỌNG LỰC BÊ TÔNG 1.1 Tổng quan về xây dựng đập trọng lực bê tông

1.1.1 Giới thiệu về đập trọng lực bê tông

a.Nguyên lý làm việc của đập trọng lực bê tông

Đập trọng lực bê tông là loại đập có khối lượng lớn và được duy trì ổn định nhờ trọng lượng bản thân và độ bền chủ yếu theo khả năng chịu nén của bê tông

Đập làm việc như một kết cấu chịu nén lệch tâm theo hai chiều khi hồ đầy nước lệch tâm về phía hạ lưu, khi hồ không có nước lệch tâm về phía thượng lưu

- Theo tài liệu của thế giới, đập thường phân thành

Đập cao: Có chiều cao: HR đ R≥70m

Đập trọng lực đặc hình vẽ 1.1a Đập trọng lực khe rỗng hình vẽ 1.1b Đập trọng lực có khoét lỗ lớn ở sát nền hình vẽ 1.1c Đập có neo vào nền đá hình vẽ 1.1d

Hình 1 1: Phân loại đập theo kết cấu mặt cắt ngang đập

a Đập trọng lực đặc, b Đập trọng lực khe rỗng

c Đập trọng lực có khoét lỗ lớn ở sát nền , d Đập có neo vào nền đá

-Phân loại theo chức năng của đập:

Đập trọng lực không tràn: Đập có chức năng chắn nước, không cho nước tràn qua

Đập trọng lực tràn nước: Đập có chức năng vừa chắn dâng nước, vừa cho nước tràn qua có thể phân biệt

Đập tràn mặt: Tràn tự do hoặc có cửa van hình vẽ 1.2a Đập có lỗ xả sâu, lỗ xả ở lưng chừng hoặc dưới đáy đập hình

vẽ 1.2b

Đập kết hợp tràn mặt và xả sâu hình vẽ 1.2c

Hình 1 2: Phân loại đập theo chức năng

a Đập tràn mặt; b Đập có lỗ xả; c Đập kết hợp tràn mặt và lỗ xả sâu c.Ưu điểm và nhược điểm của đập trọng lực bê tông

+Ưu điểm của đập trọng lực bê tông trong xây dựng:

- Khả năng chống thấm và tính bền vững tốt, độ an toàn và tin cậy cao

- Thời gian thi công nhanh hơn so với đập vật liệu địa phương, khi thi công xong biến dạng của đập nhỏ, công việc duy tu, bảo dưỡng và quản lý dễ dàng

- Có thể xả lũ qua đập

+ Nhược điểm của đập trọng lực bê tông :

-Yêu cầu cao về địa chất nền, thông thường phải đặt trên đá gốc

- Giá thành cao hơn đập vật liệu địa phương

- Dễ bị nứt do ảnh hưởng của các yếu tố như địa chất nền, nhiệt độ, biện pháp thi công

1.1.2 Tình hình xây dựng đập trọng lực bê tông trên thế giới

Nguồn nước trong lục địa đóng vai trò rất quan trọng đối với cuộc sống và hoạt động của con người Lượng dòng chảy bình quân hàng năm trên trái đất khoảng 40.000 km3, trong đó châu Á chiếm khoảng 13% Lượng nước tuy dồi dào song lại phân bố không đều theo thời gian và không gian Vì vậy, để khai thác có hiệu quả nguồn nước trên phải xây dựng các công trình thủy lợi

Cách đây khoảng 4000 năm ở Ai Cập, Trung Quốc đã bắt đầu xuất hiện những công trình thủy lợi (đập, kênh mương và các công trình đơn giãn khác ) Đập đầu tiên được xây dựng ở trên sông Nile cao 15m, dài 450m có cốt là đá đổ

và đất sét

Theo thống kê của Hội đập cao thế giới (ICOLD)[1] tính đến năm 2000

trên toàn thế giới có khoảng 45.000 đập lớn Theo cách phân loại của ICOLD thì đập có chiều cao H=10÷15m và có chiều dài L≥500m, QR xả lũ R ≥2.000 mP

3

P/s; hồ có dung tích W≥1.000.000mP

3

Pnước được xếp vào loại đập lớn Số lượng hơn 45.000 đập phân bố không đều trên các châu lục

Nước có nhiều đập nhất trên thế giới là Trung Quốc với khoảng 22.000 đập chiếm 48% số đập trên thế giới Đứng thứ hai là Mỹ với 6.575 đập, thứ ba là Ấn

Độ với 4.291 đập Tiếp đến là Nhật Bản có 2.675, Tây Ban Nha có 1.196 đập Việt Nam có 460 đập đứng thứ 16 trong số các nước có nhiều đập lớn

Tốc độ xây dựng đập cao trên thế giới cũng không đều, thống kế xây dựng đập từ năm 1900 đến năm 2000 thấy rằng thời kỳ xây dựng nhiều nhất là vào những năm 1950, đỉnh cao là năm 1970

Theo thống kê đập ở 44 nước của ICOLD - 1997[1], số đập cao 15÷30m chiếm khoảng 56,2%, cao từ 30÷150m chiếm khoảng 23,8% và trên 150m chỉ chiếm có 0,1%

Các thống kê về thể loại của đập ICOLD - 1986[1]P Pcho thấy đập đất chiếm 78%, đập đá đổ chiếm 5%, đập trọng lực bê tông chiếm 12%, đập vòm chiếm 4% Trong số các đập có chiều cao lớn hơn 100m thì tình hình lại khác: đập đất chỉ chiếm 30%, đập bê tông chiếm 38%, đập vòm chiếm 21,5% Điều đó cho thấy, đập trọng lực bê tông chiếm ưu thế và sử dụng rộng rãi khi chiều cao của đập lớn

Từ những năm 1960 trở lại đây, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, lý thuyết tính toán ngày càng phát triển và hoàn thiện, kích thước và hình dạng đập ngày càng hợp lý, độ an toàn đập ngày càng được nâng cao

Thập kỷ 30÷40 của thế kỷ 20 tỷ số giữa đáy đập B và chiều cao đập H bằng khoảng 0,9 Thập kỷ 50÷60 tỷ số B/H=0,8 Thập kỷ 70 B/H=0,7 Từ thập kỷ

30÷70 thể tích đập giảm được (20÷30)%

Đã xuất hiện những đập rất cao như đập trọng lực bê tông Grande Dixence

ở Thụy Sỹ cao 285m, đập trọng lực bê tông Mica trên sông British Columbia ở Canada cao 244m, đập trọng lực bê tông Kishau trên sông Tons ở India cao 236m, một số đập điển hình được thống kê tại bảng 1.1

Hình 1.5: Đập Trọng lực bê tông

Long Than cao 216m – Trung Quốc

Hình 1.6: Đập Trọng lực bê tông Toktogul cao 215m – Kyrgyzstan

Bảng 1 1: Thống kê các đập cao điển hình đã được xây dựng trên Thế giới[1]

Tên đập Sông, Quốc gia

Chiều cao

Dung tích hồ chứa Năm hoàn

thành

3

Grande

Dworshak North Fork Clearwater, Idaho,

Shasta Sacramento, Calif., U.S.A 183 5,612 1945

1.1.3 Tình hình xây dựng đập trọng lực bê tông ở nước ta

+ Trước những năm 90 của thế kỷ trước, hầu hết các đập dâng ở trong nước đều được xây dựng bằng đập vật liệu địa phương, nhưng gần đây do vật liệu địa phương không đáp ứng được yêu cầu xây dựng đập với khối lượng lớn, mặt khác

do công nghệ vật liệu xây dựng trong nước cũng phát triển mạnh, nên nhiều các đập lớn được xây dựng ở nước ta những năm gần đây đều là đập trọng lực bê tông

+ Quá trình xây dựng và vận hành đập trọng lực bê tông ở trong nước được phân thành các thời kỳ:

- Giai đoạn trước những năm 30 của thế kỷ 20, đã xuất hiện một số đập trọng lực bê tông nhưng mới chỉ là những đập thấp có chiều cao khoảng 5-:-10m, chưa có những đập lớn Các đập có kết cấu đơn giản thi công nhanh bằng thủ công

-Giai đoạn từ 1930-:-1945 người Pháp tiếp tục xây dựng ở nước ta một

số đập trọng lực bê tông như đập dâng Đô Lương, nghệ An làm nhiệm vụ cấp nước tưới, đập Thác Huống trên sông Cầu, Thái Nguyên, một số đập dâng nhỏ khác như đập dâng An Trạch ở Quảng Nam, đập dâng Cẩm Ly ở Quảng Bình…

Bảng 1 2: Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam (giai đoạn

trước năm 1945)[2]

TT Tên công trình Địa điểm xây dựng Năm xây dựng

1 Cầu Sơn Sông Thương-Bắc Giang 1902

3 Bái Thượng Sông Chu-Thanh Hoá 1920

4 Thác Huống Sông Cầu-Thái Nguyên 1922-:-1929

5 Đồng Cam Sông Đà Rằng-Phú Yên 1925-:-1929

- Giai đoạn từ 1945-:-1975 đất nước có chiến tranh nên việc tập trung đầu tư xây dựng các công trình thuỷ lợi lớn bị hạn chế Trong thời kỳ này chưa có đập trọng lực bê tông nào cao nhưng cũng đã xây dựng được một số đập tràn thấp như đập tràn thuỷ điện Thác Bà, đập Tràn thuỷ điện Cấm Sơn, đập tràn thuỷ điện

Đa Nhim… trong giai đoạn này kỹ thuật và công nghệ xây dựng ở phía Bắc chủ yếu của Liên Xô (cũ) và của Trung Quốc, ở phía Nam là của Nhật Bản…

- Giai đoạn tư năm 1975-:- nay, nước ta bước vào công nghiệp hoá và hiện đại hoá nên các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện được xây dựng rất rộng rãi trên

cả nước, đập trọng lực bê tông cũng trở lên phổ biến với quy mô và hình thức ngày càng phong phú Đập đầu mối các công trình thuỷ lợi thuỷ điện như PlêiKrông, Sê San 3, Sê San 4, Sê San 4A, Bản vẽ, Thạch Nham, Tân Giang, Sơn

La, Huội Quảng, Bản Chát, Lai Châu… Là những đập trọng lực bê tông có khối lượng hàng triệu m3 có chiều cao từ vài chục đến trên 100m

Bảng 1 3: Một số đập trọng lực bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam đến năm

2013[3]

STT Tên công trình Chiều cao

đập(m) Địa điểm xây dựng

Năm hoàn thành

14 Bản Vẽ 138 Nghệ An 2010

1.2 Đứt gãy trong nền đập và biện pháp xử lý

1.2 1.Khái niệm về đứt gãy

Đứt gãy là đặc trưng của sự phá hoại có tính liền khối của khối đá Đứt gãy

là một đới địa chất bị cà nát do 2 khối đá trượt trên nhau theo một mặt phẳng Theo TCVN4253-86 nền các công trình thuỷ công (trang 41), đứt gãy được phân cấp như sau

Bảng 1 4: Phân loại theo tính chất phá hoại tính liền khối của khối đá

Đặc trưng phá huỷ

tính liền khối

Độ dài phá huỷ Độ dày vùng đứt

gãy vỡ vụn và bề rộng khe nứt

Chiều dãy đới ảnh hưởng Đứt gãy bậc I (sâu,

nguồn gốc địa chấn)

Hàng trăm và hàng nghìn km

Hàng trăm và hàng nghìn mét Đứt gãy bậc II(sâu,

nguồn gốc địa chấn)

Hàng chục tới hàng trăm km

Chục mét và hàng trăm mét

Đứt gãy bậc III Từ 1 tới hàng chục

km(0,3-:-3Km)

Mét đến hàng chục mét

10-:-30m

Đứt gãy bậc IV Hàng trăm tới

hàng nghìn mét

Hàng chục tới hằng trăm cm

3-:-10m

Đứt gãy nhỏ hay khe

nứt lớn bậc V

Hàng chục tới hàng trăm mét

Hàng chục cm 0,3-:-3m

Khe nứt trung bình

bậc VI

Mét tới hàng chục mét

Khe nứt nhỏ bậc VII Cm tới mét

(<10cm)

m và nhỏ hơn mm

1.2 2 Các phương pháp nhận biết đứt gãy

Để phát hiện và đánh giá các đặc trưng cấu trúc của đứt gãy người ta đã sử dụng một tổ hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

a Phương pháp phân tích tài liệu địa vật lý

+Phương pháp địa vật lý được sử dụng trong phát hiện và nghiên cứu đặc trưng cấu trúc đứt gãy bao gồm:

+Phương pháp biến đổi trường dị thường trọng lực và từ trong phát hiện đứt gãy

+ Giải bài toán mô hình trường trọng lực trong nghiên cứu đặc trưng cấu trúc đứt gãy

b.Phương pháp phân tích tài liệu ảnh viễn thám

c.Phương pháp phân tích bề dày vỏ Trái đất và cấu tạo lớp mỏng trong nghiên cứu đặc trưng động học của đứt gãy

Thông thường, một đứt gãy được xác định là đang hoạt động phải được biểu hiện ít nhất một trong các dấu hiệu sau:

+ Hiện tại có biểu hiện chuyển động thẳng đứng khác nhau ở hai cánh đứt gãy mạnh (lớn hơn hoặc bằng 5mm/năm) và yếu (nhỏ hơn hoặc bằng 1mm/năm)

+Có biểu hiện dịch trượt ngang (bằng trái hoặc phải) của đứt gãy: mạnh ( lớn hơn hoặc bằng 5mm/năm) và yếu (nhỏ hơn hoặc bằng 1mm/năm)

+ Các đứt gãy đang hoạt động mạnh trong thời kỳ cuối cùng thường có biểu hiện nứt đất, trượt lở đất và xói mòn do nguyên nhân kiến tạo

+ Đứt gãy có biểu hiện là đới hoạt động động đất và trùng với đới ranh giới cấu trúc (theo cấp độ mạnh : Từ 4 đến nhỏ hơn 6, từ 6 đến nhỏ hơn 7, từ 7 đến nhỏ hơn 8 và lớn hơn 8; theo cấp độ sâu có nhỏ hơn 70km, 70-:-300km và lớn hơn 300km; động đất trước năm 1950, sau năm 1950 và động đất lịch sử

+ Biểu hiện uốn nếp trẻ: Nếp lồi, nếp lõm, nếp oằn với đới biến đổi các yếu

tố địa hình, địa mạo

+ Biểu hiện hoạt động núi lửa (Biểu hiện hoạt động trong Holocene và hoạt động trong Đệ tứ và vùng thoát khí có liên quan tới hoạt động, động đất hoặc vùng tập trung dày đặc các khe nứt kiến tạo trẻ

+ Biểu hiện của hoạt động nước nóng , đới có gradien địa nhiệt cao Trên

thực tế có nhiều đứt gãy không xác định là đứt gãy đang hoạt động theo nhiều tài liệu khác nhau , thậm chí không xuất hiện động đất mạnh trước đó thế mà lại đột ngột xuất hiện động đất phá huỷ Theo thống kê thì có tới 90% động đất lịch sử phát sinh tại các đới đứt gãy hoạt động, trong khi đó số đứt gãy hoạt động mà sinh chấn thì lại rất ít

+ Các nhà địa chất học cho rằng việc xác định một đới đứt gãy không thể chỉ dựa trên những dấu hiệu trực quan mà còn phải dựa theo các yếu tố mang tính

xu thế, có nghĩa là có sự tham gia của các yếu tố dự báo Như vậy đặc trưng hoạt động của đứt gãy cũng phải được phân theo mức độ biểu hiện theo thời gian Biểu hiện hoạt động theo tuổi có thể được chia làm 5 nhóm:

- Nhóm đứt gãy chắc chắn đang hoạt động (có thể sử dụng kí hiệu màu đỏ), có tuổi hoạt động trong lịch sử, từ lớn hơn 200 đến nhỏ hơn 2000 năm)

- Nhóm đứt gãy thể hiện hoạt động rõ nét (có thể sử dụng kí hiệu màu vàng), có biểu hiện hoạt động trong Holocen khoảng 1000năm

- Nhóm đứt gãy có biểu hiện hoạt động ( có thể sử dụng kí hiệu màu vàng), có biểu hiện hoạt động trong Holocen khoảng 1000năm

- Nhóm đứt gãy hoạt động trong cuối hoặc giữa Đệ tứ (nhỏ hơn 700.000-:-730.000 năm), có thể ký hiệu bằng màu xanh da trời

- Nhóm đứt gãy hoạt động trong hệ Đệ tứ, biểu hiện bằng màu đen (tuổi hoạt động nhỏ hơn 1,6 triệu năm)

+ Nhằm khắc phục những khiếm khuyết về số liệu và đáp ứng tối đa các tiêu chí mang tính thông lệ của quốc tế vào điều kiện thực tế có được ở Việt Nam, dưới đây là một số dấu hiệu quy định xác lập các đứt gãy đang hoạt động như sau:

- Các đứt gãy thể hiện rõ trên địa hình hiện đại (tuyến các vách địa hình hay dãy các vách kéo theo một tuyến, hoặc thung lũng thẳng kéo dài hay các dòng chảy kéo theo một tuyến): rất rõ, rõ, kém rõ

- Thể hiện rõ trên ảnh vệ tinh là: linement kéo dài liên tục trên một chiều dài lớn hoặc tuyến các linement ngắn (đứt đoạn) xuyên qua các kiến trúc khác nhau: Rất rõ, liên tục: rõ: không liên tục và mờ

- Biến đổi các yếu tố địa hình, địa mạo: Chuyển đổi đột ngột của địa hình (núi sang thung lũng) thay đổi đột ngột hướng dòng chảy trên các song suối, hướng kéo các dãy, sông núi: Dịch chuyển dòng chảy (các suối, khe bậc thấp 1, 2 theo cùng một hướng); cắt dịch chuyển hoặc phá huỷ các bậc thềm, các sông, núi,

dãy núi, dãy các vai núi, các bậc địa hình biến đổi đột ngột độ dốc sườn: rất rõ; rõ; không rõ,

- Biểu hiện của hoạt động động đất: mạnh (Ms36,0); +++; vừa (Ms=5,0-:-5,9; ++; yếu (Ms=4,0-:-4,90):+; nhỏ hơn 4,00 hoặc không có:

- Khống chế các thung lũng (địa hào), trũng tích tụ trầm tích Đệ tứ, trầm tích hiện đại :++; khống chế và làm biến vị các trũng Kainozoi: +; không hoạt động:-

- Hoạt động núi lửa Đệ tứ và hiện đại: hiện đại: ++; Neogen:+; không hoạt động:-

- Nguồn nước nóng hoặc nước khoáng nguồn sâu: mạnh, tập trung:++; rời rạc:++; không có-

- Các hiện tượng trượt, sạt nở tự nhiên, nứt đất: mạnh, tập trung:++; rời rạc:+; không có:-

- Kết quả đo đạc (trắc địa, đo lặp thuỷ chuẩn, GPS, đo biến dạng) nếu

có biến dạng tân kiến toạ -hiện đại tương đối

Quá trình phân tích đứt gãy hoạt động phần phía bắc lãnh thổ Việt Nam được tiến hành theo hai bước:

Trước hết, xác lập đới đứt gãy khu vực nghiên cứu trên cơ sở kết quả phân tích tài liệu đại chất, địa vật lý và ảnh vệ tinh Việc phân loại đứt gãy là dựa trên

cơ sở luận thuyết kiến tạo mảng cũng như tính chất, vai trò của chúng trong quá trình tách giãn, hút chìm, xô đụng và chuyển dạng tương đối của các mảng, sự phân cắt, dịch chuyển các khối kiến tạo trong nội mảng thạch quyển

1.2 3 Các đới đứt gãy chính trên lãnh thổ Việt Nam

Có thể phân loại đứt gãy theo quy mô kéo dài, bề rộng của đới dập vỡ, độ sâu của đới đứt gãy, phương kéo dài (phương Tây Bắc- Đông Nam, Đông Bắc- Tây Nam, kinh tuyến và vĩ tuyến), cơ chế dịch chuyển giữa các cánh (nghịch, thuận, bằng, nghịch bằng phải, nghịch bằng trái) Dưới đây phân loại đứt gãy theo cấp 1, 2, 3 … dựa vào vai trò của đứt gãy trong việc phân chia mảng, vi mảng và mảng thạch quyển

a Đứt gãy cấp 1 thạch quyển

Đứt gãy cấp 1 thạch quyển là đứt gãy phân chia mảng thạch quyển, vi mảng thạch quyển Trong bình đồ kiến trúc hiện nay và trong Kainozoi muộn phần phía bắc lãnh thổ Việt Nam nằm ở phần Đông Nam của mảng Âu –Á nên không tồn tại đứt gãy cấp 1 này

b Đứt gãy cấp 2 thạch quyển (cấp 1 Việt Nam)

Đứt gãy cấp 2 thạch quyển (cấp 1 Việt Nam) là những đứt gãy nội mảng thạch quyển, đóng vai trò phân chia vi mảng, mảng Chiều dài các đứt gãy có thể

là hàng trăm hoặc hàng nghìn Km và có độ sâu ảnh hưởng xuyên cắt thạch quyển (60-:-130km) và bề rộng phá huỷ lớn Sinh kèm đứt gãy này là các đứt gãy cấp 3

và cấp 4 có mức độ ảnh hưởng nhỏ hơn Trong phạm vi Miền Bắc Việt Nam các đứt gãy cấp 2 này chỉ thể hiện trong Kainozoi sớm, Kainozoi muộn Các đứt gãy cấp 2 hoạt động trong giai đoạn MZ2, PZ2-MZ1, PZ1-PZ2, PR3 thường tái hoạt động vào KZ1, KZ2 thuộc đứt gãy cấp 2 có hệ đứt gãy Sông Hồng gồm:

- Đới đứt gãy Sông Công - Đại từ;

- Đới đứt gãy Bắc Ninh- Mông Dương;

- Đới đứt gãy Sơn Dương-Trại Cau:

- Đới đứt gãy Hải Dương - Hải Phòng;

- Đới đứt gãy Sông Lô;

- Đới đứt gãy Vĩnh Ninh;

- Đới đứt gãy sông Chảy;

- Đới đứt gãy chính Sông Hồng;

- ĐỚi đứt gãy Lào Cai-Ninh Bình;

- Đới đứt gãy Yên Bái – Nghĩa Lộ;

- Đới đứt gãy Mù Căng Chải;

Có thể đứt gãy Sông Mã, Rào Nậy, Sông Đà vào trước mezozoi sớm có lúc là đứt gãy cấp 2 song vào Kainozoi chúng là các đứt gãy cấp 3

c Đứt gãy cấp 3 thạch quyển (cấp 2 Việt Nam)

Các đứt gãy cấp 3 này đóng vai trò phân chia mảnh, đới (khối) cấu trúc

vỏ Trái đất Chiều dài phát triển của chúng thường không bị khống chế hơn (hàng trăm km) và có độ sâu ảnh hưởng xuyên cắt vỏ Trái đất (có thể 50-:-70km) hoặc nhỏ hơn và phụ thuộc vào bề dày của vỏ Trái đất) Thuộc nhóm này có các hệ đứt gãy dưới đây:

+ Hệ đứt gãy Cao Bằng - Lộc Bình

- Đới đứt gãy Quảng Yên- Sông Bằng Giang;

- Đới đứt gãy Trà Lĩnh- Thất Khê;

- Đới đứt gãy chính Cao Bằng – Tiên Yên;

- Đới đứt gãy Bảo Lạc – Tĩnh Túc;

- Đới đứt gãy Lạng Sơn- Bắc Giang;

- Đới đứt gãy Đồng Văn – Mèo Vạc;

+ Hệ đứt gãy Sông Đà

- Đới đứt gãy Sơn La;

- Đới đứt gãy Sìn Hồ;

- Đới đứt gãy Thuận Châu-Yên Châu;

- Đới đứt gãy Mai Châu- Tam Điệp;

- Đới đứt gãy Tuần Giáo -Mường Áng + Hệ đứt gãy Mạc Giang – Sông Mã

- Đới đứt gãy Mạc Giang (nằm trên lãnh thổ Trung Quốc)

- Đới đứt gãy Sông Mã

+Hệ đứt gãy Mương Tè - Sầm Na – Thái Hoà

- Đới đứt gãy Điện Biên - Sầm Na;

- Đới đứt gãy Thái hào - Quỳ Châu;

- Đới đứt gãy Mường Tè;

+Hệ đứt gãy Sông Cả -Rào Nậy

- Đới đứt gãy chính Sông Cả;

- Đới đứt gãy Tân Kỳ;

- Đới đứt gãy Quỳ Hợp;

- Đới đứt gãy Anh Sơn – Thanh Chương;

- Đới đứt gãy Rào Nậy

+ Hệ đứt gãy Phong Sa Lì - Tủa Chùa

- Đới đứt gãy Phong Sa Lì ( thuộc lãnh thổ CHDCND Lào);

- Đới đứt gãy Ou Đom Say (thuộc lãnh thổ CHDDCND Lào);

- Đới đứt gãy Tủa Chùa

+Hệ đứt gãy Lai Châu - Điện Biên

- Đới đứt gãy Lai Châu- Điện Biên;

- Đới đứt gãy Nom Bắc - Điện Biên (thuộc lãnh thổ CHDDCND Lào);

+Hệ đứt gãy Quảng Bạ - Bắc Cạn

- Đới đứt gãy Hà Giang – Sơn Dương (Sông Gâm);

- Đới đứt gãy Yên Minh - Bắc Cạn (Sông Đáy

+ Hệ đứt gãy M’Khao – Mai Châu

- Đới đứt gãy M’Khao – Sông Mã;

- Đới đứt gãy Mai Châu - Mường Lát;

- Đới đứt gãy Na Mèo – Na Khoang;

- Đới đứt gãy Thuận Châu – Phù Yên;

- Đới đứt gãy Dốc Cun - Mỹ Đức

Các đứt gãy cấp 3 này hoạt động mạnh vào giai đoạn Kainozoi sớm và Kainozoi muộn, nhiều đứt gãy có hoạt động sớm hơn và kế thừa các đứt gãy cấp 1,2 hoạt động trong giai đoạn trước Kainozoi

1.2 4 Các đới đứt gãy hoạt động trên phần lãnh thổ Việt Nam

+ Các đứt gãy phương Tây Bắc – Đông Nam, Đông Bắc – Tây Nam và phương kinh tuyến – Á kinh tuyến chủ yếu có tính chất trượt bằng phải Trong khi

đó các đứt gãy phương vĩ tuyến – Á vĩ tuyến lại trượt chủ yếu là bằng trái

+ Đứt gãy phát sinh động đất chính của khu vực nghiên cứu gồm: Bắc Ninh – Mông Dương, Vĩnh Ninh, Sông Chảy, Sông Hồ, Mù Căng Chải, Sơn La,

Sìn Hồ, Mai Châu- Tam Điệp, Tuần Giáo - Mường Ảng, sông Mã, Điện Biên- Sầm Na, Mường te, Sông Cả, Rào Nậy, Lai Châu- Điện Biên, Mai Châu-Mường Lát, Na Mèo – Na Khoang, Thuận Châu- Phù Yên, và Dốc Cun- Mỹ Đức; trong

số đó các đứt gãy Sơn La và Điện Biên - Sầm na có biểu hiện hoạt động động đất mạnh (Ms=6,0-:-6,90) Các đứt gãy còn lại có biểu hiện hoạt động động đất ở mức

độ trung bình (Ms=5,0-:-5,90) và yếu (Ms=4,0-:-4,9) Hầu hết các đứt gãy phát sinh động đất từ cấp độ 4,0 độ ríchte trở lên đều có biểu hiện rõ nét trên các dấu hiệu địa chất khác nhau như hoạt động nước khoáng nóng tích cực, trương nở đất

và khống chế thung lũng trẻ

+ Mức độ hoạt động động đất dọc theo các đứt gãy phát sinh cũng có dấu hiệu không đồng nhất Chẳng hạn đoạn đứt gãy Sơn La - Tuần Giáo đến Thuận Châu có biểu hiện phát sinh động đất mạnh mà đặc trưng là động đất Tuần Giáo năm 1983 (Ms=6,7) Đối với đứt gãy Điện Biên - Sầm Na thì đoạn Phi Cao- Nậm khun lại có biểu hiện hoạt động động đất mạnh mà động đất Điện Biên năm 1935 (Ms=6.7) là một ví dụ Trong khi đó trên phạm vi đới Sông Chảy, biểu hiện động đất hoạt đọng mạnh lại tập trung ở khu vực Lục Yên, Yên Bái Như vậy, biểu hiện phân chia các đoạn đứt gãy trên cùng một một đới với đặc trưng hoạt động khác nhau là khá rõ nét Điều này cho phép chúng ta định hướng phân vùng tai biến trên cơ sở phân chia đới đứt đoạn hoạt động đối với từng nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể

+ Nhằm phục vụ công tác nghiên cứu dự báo động đất lãnh thổ Việt Nam, đặc biệt là phia Bắc, nơi có biểu hiện của động đất mạnh, kết quả bước đầu luận về đứt gãy hoạt động trong phạm vi phần phía Bắc của Lãnh thổ Việt Nam Kết quả nghiên cứu được thể hiện trên bản đồ 1/500.000, có thể rút ra một số kết luận sau:

- Đứt gãy phát sinh động đất chính của khu vực nghiên cứu gồm: Bắc Ninh – Mông Dương, Vĩnh Ninh, Sông Chảy, Sông Hồ, Mù Căng Chải, Sơn

La, Sìn Hồ, Mai Châu- Tam Điệp, Tuần Giáo - Mường Ảng, Sông Mã, Điện Biên- Sầm Na, Mường Tè, Sông Cả, Rào Nậy, Lai Châu- Điện Biên, Mai Châu-Mường

Lát, Na Mèo – Na Khoang, Thuận Châu- Phù Yên, và Dốc Cun- Mỹ Đức; trong

số đó các đứt gãy Sơn La và Điện Biên - Sầm na có biểu hiện hoạt động động đất mạnh (Ms=6,0-:-6,90) Các đứt gãy còn lại có biểu hiện hoạt động động đất ở mức

độ trung bình (Ms=5,0-:-5,90) và yếu (Ms=4,0-:-4,9)

- Có biểu hiện phân chia các đoạn đứt gãy trên cùng một đới với đặc trưng hoạt động động đất khác nhau Rất nhiều đứt gãy được xác định là có biểu hiện của hoạt động theo các chỉ thị nhận biết khác song thực tế không quan sát thấy có biểu hiện xuất hiện động đất trong thời gian qua

1.2.5 Ảnh hưởng của đứt gãy đến ứng xử của đập trọng lực bê tông và biện pháp xử lý

Trong tình huống dưới nền đập có đứt gãy, ứng suất và biến dạng của đập

bê tông trọng lực sẽ bị ảnh hưởng lớn, thiên về hướng gây mất an toàn cho đập, do vậy trong các quy phạm kỹ thuật về thiết kế đập đều yêu cầu và hướng dẫn cách

xử lý

Về nguyên tắc, các đập trọng lực bê tông thường được xây dựng trên nền

đá liền khối, vững chắc, tuy vậy yêu cầu này không phải luôn luôn được đáp ứng

Do điều kiện địa hình, địa chất ở nhiều khu vực xây dựng hồ chứa, không ít đập phải xây dựng ở những vị trí có điều kiện địa chất không thuận lợi, ví dụ có đứt gãy lớn chạy qua, nền đập có nhiều lớp xen kẹp yếu Trong tình hình đó cần lựa chọn các giải pháp xử lý phù hợp để bảo đảm an toàn cho công trình với chi phí hợp lý

+ Theo tài liệu Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết

kế đập bê tông và bê tông cốt thép (14TCN56-88) (trang 18) điều 1.54 nêu giải pháp xử lý các đới đứt gãy, đới xung yếu dưới nền đập bê tông có nêu:

- Làm đệm hình nêm bằng bê tông, bê tông cốt thép dạng phẳng hoặc vòm để lực từ thân đập được truyền xuống hai thành đá hai bên có tính chất

cơ lý tốt hơn

- Đào thành chân khay bỏ đi một phần đá xấu sau đó đổ bê tông (hoặc bê tông cốt thép) bịt kín vòng đai tạo thành nút nêm bê tông , sau đó đổ bê tông thân đập ở trên nút bê tông này

NÒn ®Ëp Bªt«ng cèt thÐp

NÒn ®Ëp

Bªt«ng

§øt g·y hoÆc nøt nÎ lín

Bªt«ng

§øt g·y hoÆc nøt nÎ lín

Hình 1 9: Xử lý đứt gãy bằng nút nêm bê tông (hoặc bê tông cốt thép) +Trong quy phạm thiết kế đập trọng lực bê tông DL-5108-1999 của Trung Quốc cũng nêu như sau:

- Khi quy mô đới đứt gãy nát vụn không lớn, những thành phần vật liệu trong đới đứt gãy chủ yếu là nham thạch mềm yếu, có ảnh hưởng nhất định đến cường độ và biến dạng co ép của nền đập, thì có thể dùng nút bê tông để gia cố;

độ sâu của nút lấy bằng 1,0-:-1,5 lần độ rộng của đới nát vụn hoặc căn cứ vào tính toán để xác định

- Xử lý tầng đứt gãy nát vụn xuyên dọc từ thượng lưu về hạ lưu nên mở rộng phạm vi đào bỏ ra ngoài nền đập

- Khi quy mô đới đứt gãy nát vụn tương đối lớn hoặc các đới đứt gãy giao nhau, phạm vi ảnh hưởng tương đối rộng mà vật liệu trong đới đứt gãy là nham thạch mềm yếu, đồng thời có ảnh hưởng tương đối lớn đến cường độ và biến dạng nền của nền thì nhất thiết phải xử lý riêng

+ Theo quy phạm thiết kế đập trọng lực bằng bê tông số hiệu SDJ21-78 của bộ thuỷ lợi điện lực nước Cộng hoà nhân dân Trung Hoa cũng nêu như sau:

- Khi quy mô đới nát vụn đứt gãy không lớn, nhưng nguồn gốc cấu tạo nên nó là đá cấu tạo mềm yếu như đá vụn có góc cạnh hoặc là tầng bùn, đối với

cường độ và biến dạng nén ép của nền móng có ảnh hưởng nhất định, có thể dùng

bê tông để gia cố nền, chiều sâu nền gia cố phải tính toán xác định, nói chung nên bằng 1-:-1,5 lần bề rộng của đới nát vụn đứt gãy

- Nếu quy mô của đới đứt gãy tương đối lớn hoặc là khu vực tập trung của nhiều đới nát vụn, đứt gãy, phạm vi ảnh hưởng tương đối rộng, vật liệu trong đớt đứt gãy chủ yếu là đá cấu tạo mềm yếu, đồng thời nó có ảnh hưởng tương đối lớn với cường độ và biến dạng nén ép của nền móng thì nhất thiết phải tiến hành thiết kế xử lý chuyên môn Phương thức xử lý cụ thể nên dựa vào tình hình lực tác dụng và điều kiện địa chất dùng phương pháp phần tử hữu hạn để tiến hành tính toán hoặc tiến hành thí nghiệm mô hình kết cấu, đồng thời tham khảo kinh nghiệm các công trình khác có điều kiện tương tự, nghiên cứu tổng hợp rồi quyết định

+ Qua các phân tích ở trên trong luân văn này Tác giả nghiên cứu hai giải pháp kỹ thuật như sau:

- Làm đệm hình nêm bằng bê tông cốt thép dạng vòm để lực từ thân đập truyền xuống hai thành đá hai bên dứt gãy

- Đào thành chân khay bỏ đi một phần đá xấu sau đó đổ bê tông M150 bịt kín vòng đai tạo thành nút nêm bê tông , sau đó đổ bê tông thân đập ở trên nút

bê tông này

- Kích thước của vòm và của nên được xác định thông qua tính toán sao cho phân bố ứng suất của thân đập gần với trường hợp đặt trên nền không có đứt gãy

1.3 Kết luận chương 1

Trong chương 1 tác giả đã nêu khái quát về tình hình phát triển của đập trọng lực bê tông trên thế giới và Việt Nam, các đứt gãy lớn trên lãnh thổ Việt Nam, các đứt gãy đang hoạt động

Chương 1 cũng đã nêu các phương pháp xử lý đới nát vụn đứt gãy nền đập của quy phạm thiết kế nước ngoài và của Việt Nam và đưa ra giải pháp xử lý đới nát vụn đứt gãy của nền đập để phân tích, lựa chọn và ứng dụng cho một trường hợp cụ thể sẽ trình bày trong chương 3 của luận văn

CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI

Khi tính toán xem vật liệu làm việc trong miền đàn hồi, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính Ứng suất, biến dạng và chuyển vị của đập phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên đập, ảnh hưởng của nền đập…Giữa chúng có mối liên hệ chặt chẽ với nhau thông qua các phương trình cân bằng, phương trình hình học, phương trình vật lý Các phương trình này được gọi là các phương trình cơ bản của lý thuyết đàn hồi

2.1 Các phương trình cơ bản tính đập dưới tác dụng của tải trọng tĩnh

Xét một phân tố hình hộp vô cùng nhỏ bao quanh một điểm nào đó trong đập Tách phân tố đó ra khỏi đập

Hình 2 1: Tách phân tố trong thân đập

2.1.1 Phương trình cân bằng tĩnh Navier

Phương trình cân bằng tĩnh Navier là phương trình liên hệ giữa các thành phần ứng suất với lực thể tích tác dụng tại điểm bất kỳ trong vật thể:

0 0 0

trong đó: +σx,σy,σz,τxy,τyz,τxz: Các thành phần ứng suất của một phân tố

+X, Y, Z: Các thành phần hình chiếu của lực thể tích lên các trục tọa độ

∂ ; y

v y

Trong trường hợp tổng quát quan hệ giữa ứng suất và biến dạng tuân theo định luật Hooke, với giả thiết vật liệu đàn hồi tuyến tính, đồng nhất và đẳng hướng Ta có thể viết biểu thức của định luật Hooke dưới dạng ma trận:

1{ }=[D] { }ε − σ

(2.5) Với { }ε là véctơ biến dạng; { }σ là véc tơ ứng suất; 1

[D]− là ma trận các hằng số đàn hồi

{ }=

x y z xy zx yz

εεε

γγ

σσσ

ττ

E

2.2 Các trường hợp tính toán và phương pháp tính toán

2.2.1 Các trường hợp tính toán

Việc tính toán ứng suất trong thân đập được tiến hành theo các trường hợp sau:

a Trường hợp thi công

Đập vừa thi công xong, hồ chưa có nước tác dụng Trong thực tế có nhiều công trình người ta tiến hành khai thác ngay trong thời gian thi công, cột nước trước đập chỉ dâng đến một đô cao nào đó, trường hợp này cũng cần tiến hành xem xét

+Khi phân tích trạng thái ứng suất biến dạng của đập trọng lực bê tông bằng phương pháp phần tử hữu hạn, người ta chia đập thành các phần tử và xác định các tải trọng tác dụng vào các điểm nút của phần tử Giải bài toán bằng phương pháp phần tử lúc này dẫn đến giải hệ thống phương trình đại số tuyến tính Hệ thống phương trình này được xác lập dựa trên mối quan hệ giữa các lực

tác dụng và các chuyển vị ở các điểm nút của phần tử Mối quan hệ này viết dưới dạng ma trận:

F = [K]*∆ (2.8) trong đó: - K: ma trận cứng của kết cấu, các phần tử ma trận được xác định từ kích thước hình học, và đặc trưng cơ học của các phần tử

- ∆: Véc tơ chuyển vị nút cảu kết cấu

- F: Véc tơ tải trọng nút của kết cấu

Hình 2 2 : Sơ đồ chia lưới phần tử của đập và nền

a Bài toán không gian b Bài toán phẳng

+Ưu điểm lớn nhất của phương pháp phần tử hữu hạn là tiếp cận sát được với thực tế ứng xử của kết cấu Cụ thể là:

-Kể được ảnh hưởng của nền đến biến dạng và ứng suất của thân đập

- Xét được thực tế nền và thân đập có các vùng vật liệu khác nhau

- Xét được ảnh hưởng của các lỗ khoét trong thân đập, cũng như đặc trưng ứng suất ở xung quanh lỗ khoét

- Ngoài trường hợp giả thiết vật liệu đập và nền là đàn hồi tuyến tính, đẳng hướng còn có thể xét thêm biến dạng và ứng suất của đập trong trường hợp vật liệu đập và nền có biến dạng phi tuyến, có tính dị hướng hoặc tồn tại các vùng biến dạng dẻo hoặc phá hoại dòn…

2.3 Tính đập trọng lực bê tông dưới tác dụng của tải trọng động đất

Trong tính toán thiết kế đập trọng lực bê tông khi công trình được xây dựng trong vùng có động đất từ cấp 7 (MSK) trở lên thì cần xem xét tác động của tải trọng động đất Ở Việt Nam, vùng có ảnh hưởng động đất lớn được xác định là vùng Tây Bắc Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ

Cho đến nay, để phân tích ứng suất, biến dạng cho công trình thủy lợi, thủy điện nói chung và đập trọng lực bê tông nói riêng thường sử dụng một trong ba phương pháp sau :

+ Phương pháp giải tĩnh + Phương pháp phổ phản ứng + Phương pháp phân tích động lực học Trong ba phương pháp này thì phương pháp giải tĩnh là đơn giản nhất nhưng không sát với thực tế nên thường được sử dụng khi tính toán sơ bộ hoặc các công trình ít quan trọng, còn phương pháp phân tích động lực học khá phù hợp với thực tế nhưng cũng khá phức tại nên thường chỉ dùng để tính toán các công trình quan trọng Phương pháp phổ phản ứng không quá phức tạp và cũng đáp ứng khá tốt yêu cầu tính toán thực tế, do vậy hiện nay được sử dụng khá phổ biến trong tính toán thiết kế các công trình Cũng vì vậy trong luận văn này tác giả sử dụng phương pháp phổ phản ứng để phân tích ứng suất biến dạng của đập trọng lực bê tông

Nội dung của phương pháp phổ phản ứng là đầu tiên dùng phương pháp động lực tính toán phản ứng động đất của hệ thống chất điểm, thiết lập phổ phản ứng; sau đó lại dùng phổ phản ứng gia tốc tính toán lực quán tính lớn nhất của kết cấu và được xem là tải trọng động đất tương đương của kết cấu; cuối cùng theo phương pháp tĩnh lực tiến hành tính toán và thiết kế kết cấu

Phương pháp phổ phản ứng là một loại phương pháp mô phỏng động lực, cũng là một loại phương pháp thống kê Phương pháp phổ phản ứng đã xem xét ảnh hưởng của biên độ chuyển động của mặt đất, tính chất của đất nền cùng