LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập và làm luận văn, được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô giáo trong trường Đại học Thuỷ lợi, các cán bộ, nhân viên thư viện trường Đại học Thuỷ lợi. Tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu xác định mặt cắt hợp lý của đập bê tông trọng lực xây dựng trong vùng có động đất”. Các kết quả trong luận văn là những đóng góp nhỏ về mặt khoa học trong quá trình tính toán xác định mặt cắt của đập bê tông trọng lực xây dựng trong vùng có động đất. Do thời gian và kinh nghiệm hạn chế nên trong khuôn khổ một luận văn thạc sĩ kỹ thuật còn tồn tại một số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu. Tác giả rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới thầy giáo – GS.TS Nguyễn Chiến đã nhiệt tình hướng dẫn, cung cấp các thông tin khoa học cần thiết trong quá trình làm luận văn. Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo khoa Công trình - Trường Đại học Thuỷ lợi, và bạn bè đồng nghiệp đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập nghiên cứu để tác giả hoàn thành tốt luận văn. Sau cùng tác giả xin cảm ơn bạn bè và những người thân trong gia đình đã động viên, khích lệ trong quá trình nghiên cứu và làm luận văn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 02 năm 2014 Tác giả Nguyễn Duy Hưng BẢN CAM ĐOAN Tên tôi là Nguyễn Duy Hưng, 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 Nguyễn Duy Hưng MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC VÀ VIỆC XÁC ĐỊNH MẶT CẮT ĐẬP 3 1.1.Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới và ở Việt Nam. 3 1.1.1.Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới 3 1.1.2. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam 7 1.2. Hình dạng và kích thước mặt cắt đập bê tông trọng lực. 9 1.3.Ảnh hưởng của động đất đến ổn định và độ bền của đập 10 1.3.1 Nguyên nhân gây ra động đất 10 1.3.2.Một số khái niệm về động đất 11 1.3.3. Ảnh hưởng của động đất đến ổn định và độ bền của đập 13 1.4. Về các chỉ tiêu thiết kế đập bê tông 14 1.5. Giới hạn phạm vi nghiên cứu 14 CHƯƠNG 2 :CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ XÁC ĐỊNH MẶT CẮT HỢP LÝ CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 15 2.1.Các tiêu chí để xác định mặt cắt hợp lý. 15 2.1.1. Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật: 15 2.2.Tính toán đập có mặt cắt cơ bản hình tam giác 16 2.2.1. Hình dạng mặt cắt cơ bản [8] 16 2.2.2. Xác định bề rộng đáy mặt cắt hình tam giác 17 2.3.Xác định các thông số của mặt cắt hình đa giác 20 2.3.1. Dạng mặt cắt đa giác [8] 20 2.3.2.Các bước xác định mặt cắt kinh tế của đập bê tông trọng lực. 21 2.4.Áp dụng tính cho các đập có chiều cao khác nhau. 22 2.4.1. Xác định phạm vi nghiên cứu. 22 2.4.2. Tính toán cho đập có mặt cắt hình tam giác. 23 2.4.3. Tính toán cho đập có mặt cắt hình đa giác 27 2.5. Nhận xét các kết quả tính toán 30 2.6. Kết luận chương 2 30 CHƯƠNG 3: KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN AN TOÀN CỦA ĐẬP THỰC TẾ KHI CÓ ĐỘNG ĐẤT 32 3.1. Mặt cắt thực tế của đập bê tông trọng lực 32 3.1.1. Nguyên tắc chung 32 3.1.2. Áp dụng cho các mặt cắt 32 3.2.Phương pháp tính toán tải trọng động đất trong kiểm tra an toàn đập 37 3.2.1.Phương pháp tĩnh học [8] 38 3.2.2.Phương pháp động lực [7] . 39 3.2.3.Lựa chọn phương pháp và phần mềm tính toán ứng suất đập. 44 3.3.Áp dụng tính toán kiểm tra an toàn cho các dạng mặt cắt đập khi có động đất 47 3.3.1. Các thông số dùng để tính toán 47 3.3.2. Các trường hợp tính toán 50 3.3.3.Hệ số an toàn [1] 53 3.3.4. Kết quả tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam 55 3.3.5. Kết quả tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ 58 3.4.Nhận xét kết quả tính toán 65 3.5.Kết luận chương 3 66 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO ĐẬP SƠN LA 67 4.1.Giới thiệu công trình thủy điện Sơn La 67 4.1.1.Vị trí, nhiệm vụ công trình 67 4.1.2.Thành phần công trình đầu mối 68 4.1.3.Các thông số thiết kế đập Sơn La 68 4.2.Tính toán lựa chọn mặt cắt đập 70 4.2.1.Mặt cắt cơ bản 70 4.2.2.Mặt cắt thực tế 72 4.3.Kiểm tra an toàn của đập khi có động đất theo các phương án 72 4.3.1.Tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam 72 4.3.2.Tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ. 78 4.3.3.Nhận xét các kết quả tính toán 80 4.4.Kết luận chương 4 83 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 84 1. CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN 84 2. MỘT SỐ ĐIỂM CÒN TỒN TẠI 85 3. HƯỚNG TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU 85 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng thống kê một số đập bê tông được xây dựng ở Việt Nam 7 Giai đoạn trước năm 1945 7 Bảng 1-2: Bảng chuyển đổi tương đương giữa các thang động đất [6] 12 Bảng 1-3: Bảng chuyển đổi từ đỉnh gia tốc nền sang cấp động đất [5] 13 Bảng 2.1 : Bề rộng đáy mặt cắt đập ứng với f = 0,5 và chiều cao h 24 Bảng 2.2 : Bề rộng đáy mặt cắt đập ứng với f = 0,6 và chiều cao h 24 Bảng 2.3 : Bề rộng đáy mặt cắt đập ứng với f = 0,7 và chiều cao h 25 Bảng 2.4 : Bề rộng đáy mặt cắt đập ứng với f = 0,8 và chiều cao h 25 Bảng 2.5 : Thông số mặt cắt đập ứng với f = 0,5 và chiều cao h 29 Bảng 2.6 : Thông số mặt cắt đập ứng với f = 0,6 và chiều cao h 29 Bảng 2.7 : Thông số mặt cắt đập ứng với f = 0,7 và chiều cao h 29 Bảng 2.8 : Thông số mặt cắt đập ứng với f = 0,8 và chiều cao h 30 Bảng 3.1: Thông số mặt cắt của đập dạng tam giác 48 Bảng 3.2: Thông số mặt cắt cơ bản của đập dạng đa giác 49 Bảng 3.3: Bảng gia tốc nền tương ứng với động đất [7] 50 Bảng 3.4: Các tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn Mỹ 53 Bảng 3.5. Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Việt Nam 54 Bảng 3.6. Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Mỹ 54 Bảng 3.7. Bảng kết quả tính toán ổn định, trượt, lật, và ứng suất theo TCVN(Trường hợp 3) 55 Bảng 3.8. Bảng kết quả tính toán ổn định, trượt, lật, và ứng suất theo TCVN(Trường hợp 6) 56 Bảng 3.9. Bảng kết quả tính toán ổn định, trượt, lật, và ứng suất theo TCVN(Trường hợp 3) 57 Bảng 3.10. Bảng kết quả tính toán ổn định, trượt, lật, và ứng suất theo TCVN(Trường hợp 6) 58 Bảng 3.11. Bảng kết quả tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường hợp 5) 59 Bảng 3.12.Bảng kết quả tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (MCE) 59 (Trường hợp 6) 59 Bảng 3.13.Bảng kết quả tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường hợp 5, OBE) 60 Bảng 3.14.Bảng kết quả tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường hợp 6, MCE) 61 Bảng.3.15: Bảng hệ số ξ, m, n, sau khi tiến hành giảm n 62 Bảng 3.16. Bảng kết quả tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường hợp 5, OBE), sau khi thay đổi hệ số n. 63 Bảng 3.17.Bảng kết quả tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường hợp 6, MCE), sau khi thay đổi hệ số n 64 Bảng 4.1 : Bảng thông số chính chỉ tiêu thiết kế thủy điện Sơn La 68 Bảng 4.2:Các đặc tính vật liệu và nền theo tiêu chuẩn Việt Nam 76 Bảng 4.3. Chỉ tiêu cơ lý của BT RCC thí nghiệm theo tiêu chuẩn Việt Nam 77 Bảng 4.4: Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Việt Nam 77 Bảng 4.5: Bảng kết quả tính toán ổn định, trượt, lật, và ứng suất theo TCVN 77 Bảng 4.6: Bảng gia tốc nền tương ứng với động đất 78 Bảng 4.7: Các đặc tính vật liệu và nền theo tiêu chuẩn Mỹ 79 Bảng 4.8. Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Mỹ 80 Bảng 4.9: Bảng kết quả tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ 80 Bảng 4-10 : Bảng so sánh kết quả tính toán 82 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Biểu đồ xây dựng đập lớn trên toàn thế giới (1900-2000) 3 Hình 1.2 : Đập Grande Dixence nhìn từ hạ lưu 4 Hinh 1.3 : Toàn cảnh đập Tam Hiệp 5 Hình 1.4 : Toàn cảnh đập Itaipu 5 Hình 1.5 : Toàn cảnh đập Guri 6 Hình 1.6 : Toàn cảnh đập Tucurui. 6 Hình 1.7 : Toàn cảnh đập Sơn La nhìn từ hạ lưu 8 Hình 1.8 : Toàn cảnh đập Bản Vẽ nhìn từ hạ lưu 9 Hình 1.9 :Các dạng mặt cắt của đập bê tông trọng lực 10 Hình 1.10. Vết gãy trên tường chắn tại đập Tử Bình Bạc (Zipingpu) tại tỉnh Tứ Xuyên – Trung Quốc 14 Hình 2.1: Sơ đồ tính toán mặt cắt cơ bản dạng tam giác 16 Hình 2.2 : Mặt cắt đa giác dùng để tính toán 21 Hình 2.3 : Các đường quan hệ A, m, σ’ 1 = f(n) ứng với một giá trị của ξ 21 Hình 2.4 : Tính toán chọn ξ, n, m của mặt cắt đa giác đập bê tông trọng lực 22 Hình 2.5: Biểu đồ quan hệ n~f, h (với hệ số ma sát f ≥ 0,8 lấy n =0) 25 Hình 2.6: Biểu đồ quan hệ B~h, f 26 Hình 2.7: Hình vẽ tính toán mặt cắt đa giác 27 Hình 2.8: Sơ đồ các lực tác dụng vào mặt cắt tính toán 27 Hình 3.1: Mặt cắt đập thủy điện Bản Vẽ 34 Hình 3.2: Mặt cắt đập thủy điện Sê San 4 34 Hình 3.3: Mặt cắt đập thủy điện Đồng Nai 3 35 Hình 3.4: Mặt cắt đập thủy điện Sông Tranh 2 35 Hình 3.5: Mặt cắt đập thủy điện Bản Chát 36 Hình 3.6: Mặt cắt đập thủy điện Sơn La 36 Hình 3.7: Hình dạng dao động riêng 41 Hình 3.8: Phản ứng của công trình trong thời gian động đất 41 Hình 3.9: Phổ gia tốc S a 42 Hình 3.10: Cách thành lập phổ gia tốc của M.Bio 43 Hình 3.11: Sơ đồ mặt cắt tính toán đập dạng tam giác 48 Hình 3.12: Sơ đồ mặt cắt tính toán đập dạng đa giác 49 Hình 3.13: Biểu đồ quan hệ n~h, f, ứng với f= 0,7 62 Hình 4.1 . Vị trí xây dựng thủy điện Sơn La 67 Hình 4.2 : Các phương án mặt cắt thực tế của đập Sơn La 72 Hình 4.3 : Sơ đồ tính toán PA1 73 Hình 4.4 : Sơ đồ tính toán PA2 73 Hình 4.5: Mặt cắt ngang đập theo kết quả tính toán của luận văn 82 Hình 4.6: Mặt cắt ngang đập của tư vấn thiết kế PECC1 82 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của Đề tài: Nước ta có 2360 con sông có chiều dài trên 10km, trong đó có 9 hệ sông chính và diện tích lưu vực hơn 10.000 km 2 . Tổng lượng dòng chảy trong năm 835 tỷ m 3 . Đây là nguồn tài nguyên dồi dào nhưng lại phân bổ không đều cả về không gian và thời gian, khoảng 70÷75% lượng dòng chảy năm tập trung vào 3-4 tháng mùa mưa. Trong đó 3 tháng mùa khô chỉ chiếm 5÷8%. Vì vậy vào mùa mưa thì gây lũ lụt còn mùa kiệt thì gây hạn hán khắc nghiệt cho một số khu vực. Với điều kiện tự nhiên của nước ta như đã nêu trên và nhu cầu dùng nước, nhu cầu phòng lũ thì biện pháp xây dựng hồ chứa để điều tiết nước là biện pháp thủy lợi phổ biến và hiệu quả. Nó đáp ứng đa mục tiêu, cung cấp nước cho sinh hoạt, nông nghiệp, cắt lũ cho hạ lưu, phát điện, nuôi trồng thủy sản…… Theo con số thống kê của Bộ NN & PTNT năm 2002 cả nước có 1967 hồ (dung tích mỗi hồ trên 2.10 5 m 3 ). Trong đó 11 hồ thủy điện có tổng dung tích 19 tỷ m 3 còn lại 1956 hồ thủy nông với dung tích 5,842 tỷ m 3 . Nếu chỉ tính hồ có dung tích 1 triệu m 3 trở lên thì nước ta có 587 hồ có nhiệm vụ tưới là chính. Đa số các đập được xây dựng ở nước ta sử dụng bằng vật liệu địa phương như đập đất, đập đá đổ, đập đất đá hỗn hợp…… Đập đất là loại đập được xây đập sớm nhất và tới nay vẫn còn được ứng dụng rộng rãi nhờ những ưu điểm của nó. Ngoài ra đập bê tông, bê tông cốt thép cũng là những loại đập được xây dựng phổ biến. Đập bê tông đã được xây dựng từ rất lâu trên thế giới. Ở Việt Nam đập bê tông được phát triển và xây dựng khá nhiều. Một số đập lớn đã, đang được xây dựng như: Định Bình, Sông Tranh, Sơn La, Lai Châu….Việc tính toán chọn mặt cắt cho đập là công việc quan trọng và có ảnh hưởng lớn tới sự làm việc của đập sau này. Công việc tính toán đòi hỏi người thiết kế phải lựa chọn được các trường hợp bất lợi, nguy hiểm để tính toán. Trong các trường hợp bất lợi thì trường hợp đập chịu tác động của động đất là phức tạp và việc tính toán gặp nhiều khó khăn. [...]... :CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ XÁC ĐỊNH MẶT CẮT HỢP LÝ CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 2.1.Các tiêu chí để xác định mặt cắt hợp lý Tiêu chí để xác định mặt cắt hợp lý của đập bê tông trọng lực là đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế 2.1.1 Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật: 2.1.1.1 Yêu cầu về độ bền Trong tính toán xác định mặt cắt hợp lý của đập bê tông trọng lực, đảm bảo yêu cầu về cường độ là vấn đề rất quan trọng Nó... pháp nghiên cứu: tính toán mặt cắt đập với các cao trình khác nhau, trong vùng có động đất, dựa vào lý thuyết về ổn định, độ bền, sử dụng mô hình toán và phần mềm CADAM 4 Kết quả đạt được: - Cơ sở lý thuyết xác định kích thước hợp lý của mặt cắt đập bê tông - Đưa ra mặt cắt hợp lý cho đập bê tông trọng lực trong vùng có động đất, với những chiều cao khác nhau 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG... ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC VÀ VIỆC XÁC ĐỊNH MẶT CẮT ĐẬP 1.1.Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới và ở Việt Nam 1.1.1.Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới Đập bê tông trọng lực là loại đập được xây dựng ở nhiều nước trên thế giới Ra đời sau đập đất và không phổ biến rộng như đập đất, nhưng đa số các đập cao trên 100m là đập bê tông Theo thống kê của Hội đập cao thế... Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCVN 9386:2012) [5] 1.5 Giới hạn phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu này đi sâu vào nghiên cứu xác định mặt cắt đập bê tông trọng lực được xây dựng trên nền đá có cường độ đảm bảo Các đặc trưng địa chất nền và cấp động đất trong luận văn được giới hạn trong phạm vi qui định của tiêu chuẩn Việt Nam Việc tính toán xác định mặt cắt của đập bê tông được dựa trên những lý thuyết và... ta, trong những năm gần đây thường xuyên xảy ra các trận động đất nhỏ và vừa Nhiều đập bê tông có chiều cao lớn được xây dựng trong vùng có động đất như vùng Tây Bắc, vùng núi phía Tây Trung Bộ và Tây Nguyên Chính vì vậy việc tính toán thiết kế, lựa chọn mặt cắt cơ bản của đập bê tông trong vùng có động đất là hết sức cần thiết 2 Mục đích của Đề tài: Nghiên cứu đưa ra được dạng và kích thước mặt cắt hợp. .. vừa có diện tích mặt cắt đập nhỏ nhất Với trị số tìm được xác định được mặt cắt kinh tế của đập Hình 2.4 : Tính toán chọn ξ, n, m của mặt cắt đa giác đập bê tông trọng lực 2.4.Áp dụng tính cho các đập có chiều cao khác nhau 2.4.1 Xác định phạm vi nghiên cứu Việc tính toán được thực hiện cho các đập tương ứng với điều kiện xây dựng ở Việt Nam (đã xây dựng hoặc có khả năng xây dựng) Giới hạn phạm vi nghiên. .. thi công đập bê tông trọng lực mặt cắt các đập đã được thiết kế dạng hình cong hoặc đa giác Các đập nhỏ, kết cấu đơn giản dạng mặt cắt hình thang vẫn thường được sử dụng Hình dạng và kích thước mặt cắt đập bê tông trọng lực phải đảm bảo đủ về cường độ chịu lực, ổn định về chống trượt và đảm bảo điều kiện kinh tế Trong nghiên cứu và tính toán thiết kế mặt cắt đập bê tông trọng lực thì mặt cắt được chọn... thước mặt cắt hợp lý cho đập bê tông trọng lực xây dựng trong vùng có động đất, tương ứng với các chiều cao đập khác nhau, làm cơ sở lựa chọn phương án khi lập dự án và thiết kế đập bê tông trọng lực 3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: - Tiếp cận thực tế: các đập đã xây dựng trên thế giới và ở Việt Nam - Tiếp cận lý thuyết: cơ sở tính toán mặt cắt đập theo các tiêu chuẩn về ổn định, độ bền, kinh... m Hình thức: Đập bê tông trọng lực Tổng dung tích hồ:1,8 tỷ m3 Số tổ máy phát điện: 2 tổ máy, công suất mỗi tổ 320 MW Công suất phát điện thiết kế: 640 MW Hình 1.8 : Toàn cảnh đập Bản Vẽ nhìn từ hạ lưu 1.2 Hình dạng và kích thước mặt cắt đập bê tông trọng lực Mặt cắt đập là phần giao cắt giữa thân đập và mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với trục đập Ban đầu mặt cắt đập bê tông trọng lực có dạng hình... Bình, Tuyên Quang, Sơn La… là những đập bê tông với khối lượng hàng triệu m3 bê tông, chiều cao từ 70-138m Việt Nam đã và đang sử dụng thành công kĩ thuật và công nghệ hiện đại để xây dựng các đập bê tông trọng lực có quy mô cả về chiều cao và khối lượng bê tông ngày một lớn hơn Một số đập bê tông trọng lực được xây dựng ở Việt Nam : Đập Sơn La là đập bê tông trọng lực nằm trên dòng sông Đà tại địa phận . cắt hợp lý của đập bê tông trọng lực xây dựng trong vùng có động đất . Các kết quả trong luận văn là những đóng góp nhỏ về mặt khoa học trong quá trình tính toán xác định mặt cắt của đập bê tông. VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC VÀ VIỆC XÁC ĐỊNH MẶT CẮT ĐẬP 1.1.Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới và ở Việt Nam. 1.1.1.Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực. 4. Kết quả đạt được: - Cơ sở lý thuyết xác định kích thước hợp lý của mặt cắt đập bê tông - Đưa ra mặt cắt hợp lý cho đập bê tông trọng lực trong vùng có động đất, với những chiều cao khác