Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Phân tích và đánh giá an toàn công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi Việt Nam theo lý thuyết độ tin cậy

Vì vậy, nghiên cứu các giải pháp khoa học công nghệ kiểm soát được an toàn cũng như nâng cao an toàn cho các hệ thống công trình đầu mỗi hỗ chứa thủy lợi, an toàn cộng đồng là một vin đề

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYÊN LAN HƯƠNG

PHAN TICH VÀ ĐÁNH GIA AN TOÀN CÔNG TRÌNH ĐẦU MOI

HO CHUA THUY LỢI VIỆT NAM THEO LY THUYET ĐỘ TIN CẬY

LUẬN ÁN TIEN SĨ KỸ THUAT

HÀ NỘI, NĂM 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CÔNG TRÌNH ĐẦU MÓI

HÒ CHỨA THỦY LỢI VIỆT NAM THEO LÝ THUYÉT ĐỘ TIN CẬY

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Mã số: 62-58-40-01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1 PGS.TS NGUYEN QUANG HÙNG

2 PGS.TS NGUYEN HUU BAO

HA NOI, NAM 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bat kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận án

Chữ ký

Nguyễn Lan Hương

LỜI CẢM ƠN

Tác gia xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến có GS.TS Nguyễn Văn Mạo| PGS.TS.

Nguyễn Hữu Bảo và PGS.TS Nguyễn Quang Hùng là các thầy hướng dẫn trực tiếp tác giả thực hiện luận án Xin cảm ơn các thầy đã dành nhiều công sức, trí tuệ trong thời

gian tác giả thực hiện luận án.

Tác giả xin trân trọng cám ơn các nhà khoa học trong và ngoài trường đã có những

đóng góp quý báu, chân tình và thang than dé tác giả hoàn thiện luận án.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Trường Đại học Thủy lợi Tác giả trân trọng cám

ơn Vụ Đại học và Sau Đại học - Bộ Giáo dục và Đào tạo, Khoa Công Trình, Bộ môn Thủy công, Phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học - Trường Đại học Thủy lợi, đã có những giúp đỡ quý báu cho tác giả trong quá trình thực hiện nghiên cứu của mình.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các đồng nghiệp của tác giả tại Bộ môn Thủy công

đã gánh vác khối lượng công việc dé tác giả có thời gian hoàn thành luận án.

Cuối cùng, tác giả xin chân thành cám ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình luôn động viên, khích lệ để tác giả hoàn thành công trình nghiên cứu.

1

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIET TAT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ xiii

MỞ DAU i evccscsssssssssessessesssessessessussssssecsessussssesessessussssssessessussssssessessussiessessessesseeeses 1 1 Tinh cấp thiết của đề tai ecceccecccccccccescessesseessessessessesssessessesssessessessecsusssessessecssesseeses 1 2 Mucc ti6u NGhiSN CUU (G:HgÃÃỶ 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu -¿- ¿©++2+++Ex++Ex+2E+tzx++rxtzrxerrxerxesred 2 4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu - 2-2 ¿+22 ++++£++zz+zxezrszrxeex 2 5.Y nghĩa khoa hoc và thực tiễn của AG tài St nn TT HT 12111 1151111151E11 1111 EE ke 3 6 Cau trúc của luận ấn - - tk+sStSk‡ESEEEESESEEEESESEEEEEESEEEEEESEEEEEESEEEEEESEEEEEETErkrrrree 4 CHUONG 1 TONG QUAN VE TINH HÌNH NGHIÊN CUU HO CHUA VA UNG DUNG LÝ THUYET ĐỘ TIN CAY DE ĐÁNH GIA AN TOÀN CÔNG TRINH THỦY LỢI ceccccscsscssssssessessesssessessessussssssecsessusssssssssessussssesessessussusssessessussiessessessesseeesess 5 1.1 Đầu mối hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam -2¿©2+©++cx++zxerxeerxeerxrrrree 5 1.1.1 _ Hiện trang các đầu mối hồ chứa thủy lợi Việt Nam - 5

1.1.2 Hư hỏng và sự cố của các công trình đầu mối thủy lợi ở Việt Nam 13

1.1.3 Sự cần thiết đảm bảo an toàn công trình đầu múi -: 16

1.2 Các phương pháp đánh giá an toàn của công trình thủy lợi 16

1.2.1 Phương pháp thiết kế tất định 2: + s+Et+E+E£EeEEerkerkerkerkereee 17 1.2.2 Phương pháp thiết kế theo mô hình ngẫu nhiên -. : 20

1.2.3 Nhận xét các phương pháp thiết k - 2 2 2+s£+kezx+£xerxerxsreee 21 1.3 Các nghiên cứu về lý thuyết độ tin cậy trong lĩnh vực thủy lợi và an toàn dap

— 22 1.3.1 Các nghiên cứu trên thé giới - 2 2+k+EE+2EE+EE+EEerErEerrkerkerseee 22 1.3.2 Cac nghiên cứu ở VIiỆt Nam - 5 6 + xi, 27 1.4 Kết luận Chương Ì - 2-2 ©E+E2+EE+EE£EEEEEEEEEEEEEEE21122127171211211 1E, 32 CHƯƠNG2_ CƠ SỞ LÝ THUYET DE ĐÁNH GIÁ AN TOAN CÔNG TRÌNH ĐẦU MOI HO CHUA NƯỚC -2- ¿2® ©+E+EE£EEt2EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE.EEcrrrreg 33 2.1 Quan điểm về an toàn công trình thủy lợi -¿ s¿-sz++cs++zx+zsee- 33 2.2 Cấu trúc các công trình trong đầu mối hồ chứa thủy lợi - 33

iil

2.2.1 Phan loại các đầu mối hồ chứa thủy lợi theo sé lượng công trình trong hệ

2.2.2 Sự sai khác của mô hình tính toán so với hệ thống đầu mối hồ chứa thực

te 42

2.3 Cơ sở lý thuyết và thực tiễn khi đánh giá an toàn công trình đầu mối 44

2.4 Phân tích các yếu tô gây hư hỏng, sự cô các công trình đầu mối hồ chứa 45

QAL N (0) 45

2.5 Dac diem lam viéc, co ché phá hoại va trạng thái giới hạn của các công trình

AU MOI NG Chia 88 - - 47

2.5.1 Đặc điểm làm việc của các công trình đầu mối hồ chứa 47 2.5.2 Cơ chế phá hoại, trạng thái giới hạn -¿- 5¿+x2z++zxezzxeerxee 49

CHƯƠNG3_ PHAN TÍCH VÀ ĐÁNH GIA AN TOÀN CÔNG TRÌNH ĐẦU MOI

3.1 Dat VAN AG ace “-:ỞŒ1ƠỒ 54 3.2 Phân tích và đánh giá an toàn công trình đầu mối hồ chứa theo lý thuyết độ tin

CAY CAP 0010111 55

3.2.1 Mô phỏng các sự cô của công trình đầu mối hồ chứa - 55 3.2.2 — Thiét Jap ham con .Ả 58 3.2.3 Tính toán xác suất an toàn cho từng cơ chế sự C6 -z-s¿ 65 3.2.4 Đánh giá xác suất an toàn các công trình trong đầu mối hồ chứa 71 3.2.5 Đánh giá xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa -: s- 72 3.2.6 Phạm vi ứng dụng của bài toán cấp độ II trong luận án - 75 3.3 Tính xác suất an toàn công trình đầu mối hồ chứa theo lý thuyết độ tin cậy cấp

1V

3.3.1 Sự cần thiết xây dựng bài toán tính xác suất an toàn công trình theo

500 0 — 77

3.3.3 Tính xác suất an toàn các công trình trong đầu mối hồ chứa theo phương

90198)/(00ï/560y 0000017 80

3.3.5 Phạm vi ứng dụng của bài toán cấp độ III trong luận án - 85

3.3.6 Mối quan hệ giữa chỉ số độ tin cậy và hệ SỐ an tOầN -s-sccccsce¿ 87 3.4 Xây dựng chương trình tính xác suất an toàn cho đầu mối hồ chứa nước 87

3.4.2 Sai lệch về kết quả tính toán khi đánh giá xác suất an toàn của công trình

theo cap độ II và cap độ IÍI - - - 5 + 2+ E241 3E 1H HH HH ng gi 88 3.4.3 Ngôn ngữ lập trình G c1 HH net 90

3.4.6 Khả năng ứng dụng và hạn chế của chương trình -s:s+ 95

CHUONG 4 ĐÁNH GIÁ MUC ĐỘ AN TOÀN CÔNG TRINH DAU MOI HO

thông _ SH TH HH nh nh 128

4.4 Tính toán kích thước cơ bản của đập chính Phú Ninh theo lý thuyết độ tin cậy

¬— 131

4.5 Tính xác suất an toàn của đập chính Phú Ninh theo cấp độ III 132

.4508009/.901/.09.9i908)16.0n 135

cap

L Kết quả đạt được của luận án - - 5c 2c 31 19 1911811111111 Eekrrke 135

II Những đóng góp mới của luận ấn - + + 1+ 3913 1 9 11 1x rệt 136

IIL Những khó khăn và hạn chế của các kết quả nghiên cứu trong luận án 137

IV Hướng phát triển của luận án ¿2-25 E+EE+EE2E£EEEEEEEEEEEErrkrrkrrrrree 138 DANH MỤC CÁC CÔNG TRINH CUA TÁC GIÁ DA CÔNG BÓ 139

TÀI LIEU THAM KHẢO - 2-52 ©S£9S£2EE‡EE£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrrkerkrei 140 PHU LUC _ -.2cc22EEESrrrrrrerrerrrreee 145 PHU LUC 1 KIEM ĐỊNH CHUONG TRINH SYPRO2016 -: 146

Phu luc 1.1 Tinh xac suất an toàn của công trình theo các thuật toán chương 3 146

Phụ lục 1.2 Tính xác suất sự cố bằng phan mềm Vap và SYPRO2016 150

Phụ lục 1.3 Sử dụng chương trình SYPRO2016 tính độ tin cậy cho một nghiên cứu 17 ` 151

PHU LUC 2 CAC THONG SỐ KỸ THUẬT VA MỘT SO KET QUA TÍNH XÁC SUAT AN TOAN CUA HE THONG PHU NINH ccsscsssessessesssessessssssseesesseessseseess 153 Phụ lục 2.1 Các thông số kỹ thuật chính của đầu mối hồ Phú Ninh - Quảng Nam 153 Phụ lục 2.2 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính 2-2-5¿ 157 Phụ lục 2.3 Kết quả tính ồn định mái hạ lưu đập phụ Tứ Yên - 161

Phụ lục 2.4 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập phụ Long Sơn 165

Phụ lục 2.5 Kết quả tính ồn định mái hạ lưu đập phụ Dương Lâm - 169

Phụ lục 2.6 Các kết quả tính độ tin cậy của đầu mối Phú Ninh 172

PHU LUC 3 HƯỚNG DAN SỬ DỤNG PHAN MEM SYPRO2016 185

Phụ lục 3.1 Hướng dẫn sử dung phần mềm SYPRO2016 2-2 2522 185 Phụ lục 3.2 Các bước tính xác suất an toàn của các công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi bang phần mềm SYPRO2016 - ¿2-2 ©E£2E£2EE+EE£EE£EEEEEEEEEEEEEEErExrrkerkee 187 PHU LUC 4 CODE PHAN MEM SYPRO2016 2¿©225222++2xczxzzzzxerxees 189 Phụ lục 4.1 Xác suất an toàn của hệ thống theo LTDTC cấp độ II 189

Phụ lục 4.2 Xác suất an toàn của công trình theo LTDTC cấp độ III 201

Vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ANH

Hình 1-1 Phân bố số lượng hồ chứa thuỷ lợi, thuỷ điện ở các tỉnh có nhiều hà 5

Hình 1-6 Sơ đồ minh họa vị trí công trình tháo lũ trên mặt và dưới sâu [Š] 11

Hình 1-9 Một số hình ảnh sự c6 đập ở Việt Nam -¿ -¿-¿©+++++zx+zx+zrxz+ 15 Hình 2-1 Bồ trí đầu mối hồ chứa có 3 công trình: đập chính, công trình xả lũ và cống VAY TƯỚC - 2-5-1 SE 21211211211 21217111111111 21.11111111 11 1111.111111 T111 34 Hình 2-2 Sơ đồ ghép nối tiếp 3 công trình đập đất, cống ngầm và tràn xả lũ 35 Hình 2-3 Sơ đồ ghép hỗn hợp 3 công trình đập đất, công ngầm và tran xả lũ 36

Hình 2-5 Sơ đồ ghép nối tiếp của đầu mối hồ chứa nước có 4 công trình 38 Hình 2-6 Sơ đồ ghép hỗn hợp của đầu mối hồ chứa nước có 4 công trình 38

Hình 2-8 Sơ đồ ghép nối tiép của đầu mối hồ chứa có nhiều hơn 4 công trình 41

Hình 2-9 Sơ đồ ghép hỗn hợp của đầu mối hồ chứa có nhiều hơn 4 công trình 42 Hình 2-10 Đầu mối hồ chứa có các công trình được bố trí theo hình thức ghép nối tiếp

¬ 42

Hình 2-11 Đầu mối hỗ chứa có các công trình được bố trí theo hình thức ghép hỗn

7Š : ::‹:1 42

Hình 3-1 Sơ đồ cây sự cố các công trình trong đầu mối hồ chứa nước - 56

Hình 3-3 Sơ đồ tính ôn định mái dốc theo phương pháp Bishop [58] 60

Hình 3-5 Hàm mật độ xác suất của hàm tin 0/277 “313 68 Hình 3-6 Sơ đồ khối tính xác suất an toàn của hệ thống đầu mối hồ chứa theo cấp độ

TT 55 25< 21 225E2112212112211 71211211 T1 T1 T11 1 T1 1n H11 111g 76

Hình 3-7 Hàm mật độ xác suất của các biến ngẫu nhiên được quan trắc tại hồ thủy

điện Hòa Bình [63], [64] -¿ £+©£+E£+EE+EEE+EEEEEEEEEEEE12711211211711271211 211 Lee 78

Hình 3-8 Sơ đồ khối tính xác suất an toàn của hệ thống đầu mối hồ chứa theo cấp độ

TED vo eccccscsssesssesssecsusssesssscsusssecssessuessesssecsusssusssessusssusssusssessssssssssecsuessusesesesesssessusesesssessueeseee 86

Hình 3-10 Sơ đồ khối các mô đun chính của chương trình SYPRO2016 90 Hình 3-11 Giao diện chính để mô phỏng, vẽ sơ đồ cây sự cố và tính độ tin cậy hệ CHONG TP Ả 92

vil

Hình 3-12 Giao diện nhập thông tin về hăm tin cậy vă tính ĐTC theo cấp độ H 93

Hình 3-13 Giao diện nhập thông tin về hăm tin cậy vă tính DTC theo cấp độ III 93

Hình 4-1 Sơ đồ bồ trí câc công trình trong đầu mối hồ chứa nước Phú Ninh — Quảng l\hhhgiầiẳầaẳiẳiaiẳaẳiaiiảảảinù¿ồ›Ö›5:4Ÿ Ô 100 Hình 4-2 Cđy sự cố đầu mối hồ chứa nước Phú Ninh - Quảng Nam 102

Hình 4-3 Mặt cắt ngang đập chính Phú Ninh [77] - 2-2 2 s+s2+sz+zz+zszrse+ 104 Hình 4-4 Mặt cắt ngang đập phụ Tứ Yín [77] - 2-2 +2+z+£++£xzxz+xzzrszrxee 108 Hình 4-5 Mặt cắt ngang đập phụ Long Sơn [77] ¿- 2 2 +++£x+zx+£++z+zxezxeez 110 Hình 4-6 Mặt cắt ngang đập phụ Dương Lđm [77] -¿ ¿z©+:s++zx++ss+¿ 110 Hình 4-7 Sơ đồ tính toân ôn định ngưỡng tran số 2 -¿- ¿©++2s++cx++ss+2 113 Hình 4-8: Xâc suất an toăn của đập chính -2- -¿ s¿+++2x++cx++zxtzxxsrxesrxerreee 115 Hình 4-9: Mức độ ảnh hưởng của câc cơ chế sự có đến độ tin cậy của đập chính 116

Hình 4-10 Anh hưởng của câc BNN đến cơ chế nước tran đỉnh đập chính 117

Hình 4-11 Ảnh hưởng của câc BNN ¿5© tEESEE2EE2 2121212121 EEEEErrrei 117 Hình 4-12 Ảnh hưởng của câc BNN đến cơ chế hình thănh hang thấm trong thđn đập ¬ 117

Hình 4-13 Xâc suất an toăn của đập phụ Tứ Yín - 2 2 s+zxzxz+zz+rserxee 118 Hình 4-14 Mức độ ảnh hưởng của câc cơ chế sự cố đến độ tin cậy của đập Tứ Yín 119 Hình 4-15 Mức độ ảnh hưởng của câc BNN đến cơ chế nước trăn đỉnh đập Tứ Yín ¬ 120

Hình 4-16 Mức độ ảnh hưởng của câc BNN đín cơ chí trượt mâi hạ lưu đập Tứ Yín ¬ 120

Hình 4-17 Xâc suất an toăn của đập phụ Long Sơn 2- 2 sz+sz+zz+zszrxee 121 Hình 4-18 Mức độ ảnh hưởng của câc cơ chế sự có đến độ tin cậy của đập Long Sơn ¬ 121

Hình 4-19 Xâc suất an toăn của đập phụ Dương LAM -¿ ¿2 s55: 122 Hình 4-20 Mức độ ảnh hưởng của câc cơ chế sự có đến độ tin cậy của đập phụ Dương LAM - 123

Hình 4-21 Xâc suất sự cố của đập trăn $6 Ì - 2-2 ©E++Ez+EEerxerxezrxrrserxee 124 Hình 4-22 Xâc suất sự cố của đập trăn sỐ 2 ¿- 2 + +x+2E++EE+EEerEerkerrxrrkerxee 124 Hình 4-23 Xâc suất sự cô của đập trăn Oe 124 Hình 4-24 Xâc suất an toăn của cống Nam scccscssscsssessseessesssesseessecssecssesseessecssecseeees 125 Hình 4-25 Xâc suất an toăn của CONG Bắc 2¿- ¿22+ tvcxSrxrsrxrrrrerkrrree 126 Hình 4-26 Xâc suất an toăn của cống Dương LAM - 2 5¿©2+z2s++cx++z+2 126 Hình 4-27 Xâc suất an toăn của đầu mối hồ chứa Phú Ninh - Quang Nam 127

Hình 4-28 Ảnh hưởng của từng công trình đến sự cô đầu mối hồ Phú Ninh 127

Hình 4-29 Hệ số an toăn mâi hạ lưu đập Ky được chuyền đổi - : 129

Hình 4-30 Hệ số an toăn mâi ha lưu đập đất theo phương phâp hệ số an toan 129

Hình 4-31 Hệ số an toăn chuyín đổi về ồn định trượt vă lật của câc đập trăn 130

Hình 4-32 Hệ số an toăn về ôn định trượt vă lật của câc đập trăn - 130

Vili

Hình 4-33 Xác suất an toàn của đập chính khi tính theo LTĐTC cấp độ II, cấp độ II

Hình 1.

Hình 2.

Hình 3.

Hình 4.

Hình 5.

Hình 6.

Hình 7.

Hình 8.

Hình 9.

A , 133

Kết qua tính xác suất sự cô của cơ chế trượt mái hạ lưu đập đất bằng Vap 150

Kết quả xác suất sự cố của cơ chế trượt mái hạ lưu bằng SYPRO2016 151

Tính xác suất sự có của đập đất Tenhado - Ethiopia bang SYPRO2016 152

Kết quả tính ồn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zạ = 28,17m 157

Kết quả tính én định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zạ = 28,41m 157

Kết quả tính ồn định mái hạ lưu đập chính, trường hop Za = 29,39m 157

Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zn = 30,17m 158

Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zn = 31,65m 158

Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zn = 31,85m 158

Hình 10 Kết qua tính ôn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zinn = 32m 159

Hình 11 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zinn = 32,38m I59 Hình 12 Kết quả tính 6n định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zn = 32,5m 159

Hình 13 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zinn = 33m 160

Hình 14 Kết quả tính 6n định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Z„„ = 33,68m 160

Hình 15 Kết qua tính 6n định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Z„„ = 34,44m 160

Hình 16 Kết quả tính 6n định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hop Zinn = 28,17m 161

Hình 17 Kết qua tính ôn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hop Zinn = 28,41m 161

Hình 18 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Z„ạ = 29,39m 161

Hình 19 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Z„ = 30,17m 162

Hình 20 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zim = 31,65m 162

Hình 21 Kết quả tính 6n định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Z„„ = 31,85m 162

Hình 22 Kết qua tính ôn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hop Zinn = 32m 163

Hình 23 Kết qua tính ôn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hop Zinn = 32,38m 163

Hình 24 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 32,5m 163

Hình 25 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Z„„ = 33m 164

Hình 26 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 33,86m 164

Hình 27 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 34,34m 164

Hình 28 Kết quả tính 6n định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Z„„ = 28,17m 165 Hình 29 Kết quả tính 6n định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 28,41m 165 Hình 30 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zn = 29,39m 165 Hình 31 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zim = 30,17m 166 Hình 32 Kết quả tính ồn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zm, = 31,65m 166 Hình 33 Kết qua tính ôn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 31,85m 166 Hình 34 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hop Z„„ = 32m 167

Hình 35 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hop Zinn = 32,38m 167 Hình 36 Kết qua tính ôn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hop Zinn = 32,5m 167

Hình 37 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Z„„ = 33m 168 Hình 38 Kết qua tính 6n định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 33,86m 168

1X

Hình 39 Kết quả tính ồn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zạ = 34,44m 168 Hình 40 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Z„„ = 28,17m

Hình 46 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Z„„ = 32m 171 Hình 47 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Z„„ = 32,38m

Hình 49 Kết quả tính ồn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zn, = 33m 172 Hình 50 Kết quả tính ôn định mái hạ lưu dap Dương Lâm, trường hợp Z„ạ = 33,86m

¬ 172

Hình 51 Kết quả tính 6n định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Z„„ = 34.44m

¬ 172

Hình 53 Giao diện mức độ ảnh hưởng của các BNN đến xác suất xảy ra sự cố 186 Hình 54 Giao diện thé hiện giá trị của điểm thiết kế cuối cùng - 186

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng 2-1 Các yếu tố ngẫu nhiên được xét đến khi tính độ tin cậy của đầu mối hồ chứa

Bảng 2-2 Một số cơ chế phá hoại và điều kiện an toàn chính của đập đất, đập tràn

Bang 3-1 Ma trận xác suất làm việc an toàn của các công trình trong hệ thống 72

Bảng 4-1 Các trường hợp mực nước tính toán Zin [77] « <<<<+<sex+seexseess 104 Bảng 4-2 Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập và đất nền đập chính [77] 105

Bảng 4-3 Gradien thắm cho phép của đập và nền [54] . ¿ s+5-sz+5s+¿ 105 Bảng 4-4 Gradien tại vi trí chân khay và cửa ra chân đập của đập chính 106

Bảng 4-5 Các đặc trưng thống kê về kích thước đập chính, sóng và gió hồ Phú Ninh — 107

Bảng 4-6 Các chỉ tiêu cơ lý của đập phụ Tứ Yên [77 ] «+++s<s+<+ssexsss 108 Bảng 4-7 Gradien tại vi trí chân khay và cửa ra của đập Tứ Yên - - 109

Bảng 4-8 Các đặc trưng thống kê về kích thước đập Tứ Yên, sóng và gió hồ Phú Ninh HP = 3+1đ 110

Bảng 4-9 Gradien tại vi trí cửa ra chân đập Long Son và Dương Lâm 111

Bang 4-10 Các đặc trưng thống kê về kích thước đập Long Sơn, Dương Lâm [77] 112 Bang 4-11 Các đặc trưng thống kê của các biến ngẫu nhiên (BNN) khi tính ồn định ngưỡng tran số 1, 2, 3 [77] csceccscsessessesssessessesssessessessesssessessessssessessessessessessessesseeseesess 112 Bảng 4-12 Các đặc trưng thông kê của các biến ngẫu nhiên (BNN) khi tính xác suất an toàn cho công Nam, công Bắc và cống Dương Lâm [18], [77] - 114

Bang 4-13 Độ tin cậy tiêu chuẩn các công trình trong hệ thống dau mối [34] 115

Bang 4-14 Kích thước cơ bản của đập chính tính theo độ tin cậy tiêu chuẩn 132

Bang 1 Các đặc trưng thống kê của các bién ngẫu nhiên trong ham tin cậy Z 146

Bang 2 Kết quả tính toán ứng với cung trượt có hệ số an toàn nhỏ nhất 147

Bang 3 Các tham số trong hàm tin cậy Z - ¿22 s++E+2E£+EE+EEeEErEezrxrrxerxee 148 Bảng 4 Bảng tính lặp tìm chỉ số độ tin cậy - 2-5522 z+£Eerxerxezrerrxerxee 149 Bang 5 Các đặc trưng thống kê của các bién ngẫu nhiên [33] -5-s- 151 Bang 6 Các thông số kỹ thuật chính của dau mối hồ Phú Ninh - Quang Nam [77] 153

Bảng 7 Xác xuất an toàn của đập chính -2- 2+ +++2++2E++zx++zxzrxrrxeerxesree 173 Bang 8 Anh hưởng (%) của các cơ chế sự cô đến an toàn của đập chính 174

Bảng 9 Ảnh hưởng của từng cơ chế sự có đến an toàn của đập phụ Tứ Yên 174

Bảng 10 Xác suất an toàn của đập phụ Tứ Yên -¿ 5¿©+++z++cx++zxzseee 175 Bang 11 Xác suất an toàn của các đập phụ Long Sơn 1, 2, 3 - 2-2: 176 Bang 12 Ảnh hưởng của từng cơ chế sự có đến an toàn đập phụ Long Son 1, 2, 3 176

Bảng 14 Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cô đến an toàn đập phụ Dương Lâm177 Bảng 15 Độ tin cậy của đập trần $6 l 2 -2-©2+22+222x2EEtEEEEEEESEkrrrkrrkrerkerree 178

XI

Bảng 16 Độ tin cậy của đập trần sỐ 2 - + + ©s2E2EE2EEEEEEEE21122171 21.21 E.crxe 178

Bảng 21 Xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa Phú Ninh - Quảng Nam 181 Bảng 22 Ảnh hưởng của các công trình đến độ tin cậy của đầu mối hồ chứa Phú Ninh

~ Quang 0 U 182

Bảng 23 Hệ số an toàn mái hạ lưu (K,, ) được chuyển đổi từ LTĐTC và phương pháp

hệ số an toàn (HS ATT) - c1 kEEEEkEE SE EE 1111111111111 1111111111111 E111, 183 Bảng 24 Hệ số an toàn trượt và lật của các đập tràn được chuyển đổi từ LTĐTC va

phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH]),, - 5 5 2< E93 9E kskreekerre 183

Bảng 25 Xác suất an toàn của đập chính (P,,) tính theo LTDTC cấp độ II và cấp độ II

¬ 184

Xil

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIET TAT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

1 Danh mục các từ viết tắt

BNN Biến ngẫu nhiên

CTĐM Công trình đầu mối

ĐTK Điểm thiết kế

HTC Ham tin cay

HSAT Hệ số an toàn

LTĐTC Lý thuyết độ tin cậy

MNDBT Mực nước dâng bình thường

PBXS Phân bố xác suất

PHQL Phá hoại có quy luật

PHKQL Phá hoại không quy luật

USCP Ứng suất cho phép

TTGH Trạng thái giới hạn

XSAT Xác suất an toàn

2 Giải thích các thuật ngữ

- Điểm thiết kế (DTK): Là điểm năm trên đường biên giữa vùng an toàn và vùng

không an toàn mà tại đó mật độ phân bô xác suât sự cô của hàm tin cậy Z là lớn nhât.

- Hàm tin cậy: Là hàm thể hiện mối quan hệ giữa tải trong và sức chiu tải trong một cơ

chế phá hoại tương ứng với một trang thái giới hạn, trong đó tai trọng va sức chịu tải là

những hàm chứa đựng các biên và các tham sô ngau nhiên.

xIHI

- Hư hỏng: Là biến cổ xây ra với công trình nhưng nó vẫn đảm bảo được toàn bộ hoặc

một phần công năng của công tình

- Hệ thống kết cấu: Đập bê tông tràn nước và cống ngắm bổ trí trên thân đập và đóng

ai td như một phần của đập dâng

~ Hệ thống vận hành: Đập bê tông tràn nước và cổng ngằm bố trí tách rời đập, cáccông tink này go thành hệ thống thông qua mỗi quan hệ vận hành hỗ

- Sw cổ: Là biến cổ ngẫu nhiên phá hoại khả năng chịu tải của công inh hoặc hệ

thống

- Sự cổ vận hành: Trong quá tình vận hành hd không đủ nước hoặc không hoạt động bình thường do các phương án vận hành thiểu khả thi, hồ không đảm bảo cung cấp.

nước tưới theo thiết k, khi đó hồ rơi vào tình trang bị sự cổ vận hành Sự cổ này đưa

.đến hậu quả thiệt ai về kinh tế cho vùng được cấp nước.

- Sự cổ kết cấu: Trong quá tinh làm việc, ste chịu tải của đập, công tình tháo lũ hoặc

các công trình có ign quan bị suy giảm hoặc kết cấu phải làm việc quá ti do thiên tabắt thường, hoặc kết cấu bị phá hoi làm cho khả năng chịu tai hiện hữu không dim

"bảo, hoặc đập bị vỡ, đây là sự cổ kết cầu.

MỞ DAU

1 Tính cắp thiết của để tài

Việt Nam là một trong những quốc gia có nén nông nghiệp phát triển do đó hd chứa

nước nói riêng hay hệ thông đầu mồi thuỷ lợi nói chung đóng vai trò quan trọng trong

ng

các hệ thông đa mục tiêu, chuyển nước bằng trong

qua trình phát triển nên nông nghiệp cũng như sự phát triển của toàn xã hội

lổy nước bằng hỗ chứa đa ph

le nên hiệu quả kinh tế mang lại rắt rõ rệt Tuy nhiên về mặt an toàn, hd đập lạ là nơi

tim an ti họa do vỡ đập gây ra do các yêu tổ bit định từ phía tự nhiên tác động vào

"hồ đập ngày một phức tạp, day là một trong những tác động trực tiếp dẫn đến sự cố ở

các hd đập Vì vậy, nghiên cứu các giải pháp khoa học công nghệ kiểm soát được an toàn cũng như nâng cao an toàn cho các hệ thống công trình đầu mỗi hỗ chứa thủy lợi,

an toàn cộng đồng là một vin đề luôn mang tính thỏi sự và cấp thiết

Hiện nay ở nước ta các hồ dp được thết kế theo phương pháp truyền thông, trong đó

các chỉ iêu an toàn dng để đính giá là hệ số an toàn Mức độ an toàn cửa các hệ

thống được đánh giá thông qua các bài toán về thủy lực, ồn định và độ bẻn, trong đó

các chỉ kỹ thuật của công trình được mô phỏng qua khả năng tháo, kha năng chịu.

tải của công tình nhưng sự ảnh hưởng của các thành phần công Hình đến hệ thốngshưa được xét đến Do vậy việc nghiên cầu phương pháp đánh giá hệ thống có xét đến

mỗi liên hệ giữa các công trình trong hệ thống là cần thiết

Trong mấy thập kỷ vừa qua Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng.

nhiều của hiện tượng biến đổi khí hậu Các hỗ đập được xây dựng trong nhiễu thời kyKhác nhau với những tiêu chuẩn kỹ thuật khác nhau nên chất lượng của hỗ dip hiệnhữu, mô hình thiết kế đang áp dụng, cũng như công tác quản lý còn nhiễu bit cậpXuất phit từ lý đo đó, nghiên cứu phát triển ứng dụng toán xác suất - thống kê kết hợpvới lý thuyết về công trình thủy lợi và lý thuyết phân tích hệ thống vào các phân ích

v8 an toàn đập nhằm đánh giá chất lượng hiện hữu của các hệ thống đầu mỗi hiện có là

một đóng góp mới nhằm cải thiện chất lượng các hoạt động thuộc lĩnh vực an toàn đập.

hiện nay 6 Việt Nam.

Hiện nay đã có nhiễu công trình ngl an toàn công trình thủy lợi Vi

được thể hiện dưới nhiều hình thức: các sách về độ tin cậy an toàn đập, các đề tài nghiên cứu khoa học, các bài báo và trong các luận văn Thạc sĩ, luận án Tiền sĩ Tuy

nhiên các nghiên cứu trên chủ yến được ứng dụng trong các công tinh phòng lũ vàbảo vệ bờ, đối với đầu mỗi hỗ chứa thi chưa được đề cập đầy đủ, đặc biệt là việc ứng.dung lý thuyết độ tin cậy để phân tích an toàn cho từng công trình và cả đầu đầu mỗi

hỗ chứa thủy lợi Vì vậy trong luận án này tác giả đã nghiên cứu đề tài “Phẩm ích và

đánh giá an toàn công trình đầu mối hỗ chứu thủy lợi Việt Nam theo lý huyết độfy’ với mong muỗn ting bước tiếp cận với tình độ khoa học và công nghệ trên thé

giới để để tài 1A một đóng góp mới về phát triển khoa học công nghệ trong lĩnh vực aan toàn đập ở Việt Nam.

2 Mục tiêu nghiên cứu.

Xây đựng phương pháp, và công cụ đánh giá an toàn công tình đầu mỗi hồ chứa thủylợi bằng lý thuyết độ tin cấy, làm cơ sở khoa học cho công tác thết kể cãi ạo, năngcắp và quán lý an toàn công trình thủy lợi ở nước ta

3, Đối tượng và phạm ví nghiên cứu

3.1 Đối tượng

Nghiên cứu các công trình của đầu mỗi hd chứa thủy lợi có đập dâng là đập đất, công

trình tháo lũ là các đập tran va đường trần dọc có ngưỡng thuộc dạng đập bê tông trần.

nước, cổng lấy nước là cống ngằm đặt trong thân đập đất Đây là loại du mỗi hỗ chứa

thủy lợi phổ biến ở Việt Nam hiện nay

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Đính giá mức độ ổn định và độ bền của các công tình đầu mỗi hỗ chứa thủy lợi chỉu

tác động của các yêu tổ thường xuyên thay đổi đái trong, độ bin, diễu kiện làm việc,

), chữa xét đến các yêu tổ gây ự cổ khác gồm: động đất, kết quá tính toán thủy văn

và sự cổ do vận hành công tinh

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

4.1 Cách tp cận

ĐỂ dat được mục tiêu nghiên cứu tác giả đã tổng hợp, phân tích tài liệu về các công trình nghiên cứu có liên quan, tir đó lựa chọn hướng tiếp cận vừa mang tính kế thừa

vữa mang tính hiện dại, ph hợp với điều kiện nghiên cứu Việt Nam

4.2 Phương pháp nghiên cứu

~ Nghiên cứu tổng hợp:

+ Tổng hợp dữ liệu từ thực tế đánh giá hiện trạng các hỗ chứa nước Việt Nam đẻ đưa

ra vẫn đị thiết đối vi wn toàn đập hi nay Nghiên cứu edu trúc của các công trình trong hệ thống đầu mồi dé phân loại hệ thống theo các sơ đồ toán học.

+ Nghiên cứu tìm hiểu các phương pháp đánh giá chất lượng công trình hiện nay dang

sử dụng để út ra phương pháp thiết kế sử dụng trong luận án

+ Nghiên cứu phân tích các công trình khoa học có sử dụng lý thuyết độ tin cậy đã

thực hiện trong lĩnh vực an toàn đập ở Việt Nam và trên thể giới để chỉ ra các vấn đềtrà các công tình đó chưa xét đến và trong luận án sẽ thực hiện

- Nghiên cứu ứng dụng: Sử dụng các kiến thức về công tình thủy lợi kiến thức về

thuyết độ tin ly và xác suất tông ke, các lý thuyết về phân tích hệ thống để xây

cưng các thuật toán và sơ đồ khối để đánh giá độ tin cậy an toàn của công tinh (đập

đất, công tình tháo lồ, công ngằm) và đầu mỗi hd chứa thủy lợi Ứng dụng tin học viếtphần mễm SYPRO2016 để tính độ tn cậy cho công tình đầu mồi hỗ chứa

- Thực hiện các tinh toán bằng số với chương tình tự lập (SYPRO2016) để khảo sắt

ết quả ứng dụng phương pháp luận của luận án

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của để tài

.$.1 Ý nghĩa khoa học

Luận án đã xây dựng được phương pháp đánh giá và công cụ tính toán (chương trình.

SYPRO2016) độ cậy để đánh gian toàn cho các công tình và hệ thông đầu mỗi

hồ chứa thủy lợi Đây là sự bỗ sung về mặt lý luận cho các nội dung tính toán kiểm tra

ông tinh đầu mi hỗ chứa theo lý thuyết độ tin cậy

‘an toàn đập và

5.2 Ý nghĩa thực

Kết quả nghiên cứu của luận án cung cắp bộ công cụ phục vụ cho công tác quản lý an

toàn đập theo Nghị định 72/2007/ND-CP của chính phủ và cũng là cơ sở cho việc thết

kế nâng cp, sửa chữa quản lý và vận hành các hồ đập của Việt Nam sắt với thực tế

chứa nước.

hơn, Việc áp dụng thành công công cụ đánh giá này cho cụm đầu

Phú Ninh theo lý thuyết độ tin cậy thể hiện tính khả thi và ý nghĩa thực tiễn của luận

ín

6 Cầu trúc của luận án

Ngoài phần mỡ đầu và ké luận, luận án gồm có 4 chương:

“Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu hỗ chứa và ứng dụng lý thuyết độ tin

cây để đính giá an toàn công trình thủy lợi;

“Chương 2: Cơ sở lý thuyết để đánh giá an toàn công tinh đầu mốt hỗ chứa nước;

“Chương 3: Phin ch và đính giá an toàn công tình dẫu mốt hỗ chứa thủy lại theo độ

tin cậy;

Chương 4: Đánh giá mức độ an toàn công trình đầu mỗi hd chứa nước Phi

Quảng Nam,

CHUONG1 TỎNG QUAN VE TINH HÌNH NGHIÊN CUU HO

CHUA VA UNG DỤNG LY THUYET ĐỘ TIN CAY DE ĐÁNH GIA AN

TOAN CONG TRINH THỦY LỢI

1.1 Đầu mỗi hồ chứa thủy lợi Vigt Nam

LLL Hiện trạng các đầu mối hỗ chứa thấy lợi Việt Nam

Đầu mỗi hỗ chứa thủy lợi là tập hợp nhiễu công tình như: đặp dâng, công tinh tháo1i, công tình lấy nước và các công tình chuyên môn phân bổ trên một phạm vi nhấtđịnh để cùng nhau giải quyết các nhiệm vụ đặt ra như: phòng lĩ cho hạ du, tưới phátđiện, cấp nước sinh hoạt và công nghiệp và các lĩnh vực khác: nuôi trồng thủy sản, vệsinh sức khe, thể thao, giải tr,

1.1.1.1 Các hệ thẳng hồ và liên hỗ

‘Vigt Nam có khoảng 2360 con sông lớn nhỏ và 14 lưu vực sông lớn trong đó có nhiềusông liên quốc gia, trên các hệ thống sông suối rit nhiều hệ thống hồ chứa nước đãđược hình thành Tính đến tháng 10 năm 2015, Việt Nam đã xây dựng được 6886 hồ

chứa thủy lợi, thủy điện, trong đó chiếm phần lớn (96,5%) là các hd thủy lợi có dung.tích vừa và nhỏ [1] Tuy nhiên các hồ phân bố không đều trên cả nước, tập trung nhiều

ở các tinh miễn núi phía Bắc và Bắc Trung Bộ (chiếm 64% số lượng hỗ của cả nước),một số tinh có nhiều hồ như Nghệ An, Thanh Hóa, Đắk Lắc, Hòa Bình, Bắc Giang,

“Tuyên Quang, Hà Tĩnh, Lang Sơn được thể hiện ở đồ thị hình 1-1 [2], [3]

“Các hồ chứa nước được xây dựng trên cũng một hệ thống sông có liên quan ảnh hưởng

lẫn nhau vé mặt an toàn hình thành nên những hệ thống hỗ, căn cứ vào sự hình thành

số thể khái quit hệ thống hồ Việt Nam thành hai nhóm bệ thống: hệ thống có xết đến

«quan hệ cần bing nước trên lưu vực sông và hệ thống không xét đn quan hệ cân bằngnước Hệ thông có xét đến quan hệ cân bing nước trên lưu vục sông: là những hệthống hồ được xây dựng theo một quy hoạch có đầy đủ cơ sở khoa học như các hệthống hồ bậc thang thủy diện, hệ thống liên hồ thủy lợi, liên hồ đa mục tiêu Hệ thốngkhông xét đến quan hệ cân bằng nước: là những hệ thống có nhiễu hỗ được xây dựngmột cách tự phá hơn là các bồ được xây dụng theo quy hoạch Một cách ngẫu nhiên,theo các nhánh subi hình thành những hệ thông hồ đập có quan hệ và ring buộc về

khai thác hoặc v vận hành tháo lũ

“Các công trình đầu mỗi hồ chứa hiện hữu ở Việt Nam có chất lượng không đồng đều,

dang bi xuống cấp, tổn tại cả những công

đ

finh xuống cấp nghiêm trong, nhiễu công

n lúc phải sửa chữa, nâng cấp Phân tích số liệu điều tra an toàn hỗ chứa [1],

L4], thấy rằng mức độ hư hỏng của các công tình đầu mỗi ở các hồ vừa và nhỏ nhiều

hơn đáng kể so với các hồ lớn Các đánh giá về thực trạng các hồ chứa nước năm 2015{2}, cũng có kết quả tương tự, các hồ cin phải nâng cắp sửa chữa là các hỗ có dung

tích nhỏ luôn chiếm tỷ lệ lớn hơn Trong tổng số 1150 hồ chứa cần phải nâng cắp sửa.

chữa vì bị hư hỏng và thiếu năng lực xã lữ các hồ có dung tích lớn V210.10'm? là

2.7%, 3.109) <V <10.10°m) là 20%, 1.10%? $V-<3.10%m là 11,6% và V <1.109"

chiếm một lượng lớn 687% Ngoài ra còn có khoảng 2500 hi chứa có dung tích nhỏ

hơn 0,2.10°n" nằm phân tán ở nhiều nơi do địa phương quản lý không có số liệu để

đánh giá.

Một điểm tổn tại nữa của các đầu mỗi hồ chứa ở Việt Nam hiện nay là chưa được đầu

tw đẳng bộ để trở thành một hệ théng hoàn chỉnh, trừ một số các dp cao từ SOm trở

lên đã được lắp đặt và tổ chức quan trắc tương đối dy đủ theo quy định Các đập thắp

hơn, nhiều đập không đặt thiết bị quan tric hoặc chỉ quan tắc một phần Tình trang

này ở các hỗ thủy lợi phổ biển hơn là ở hỗ thủy đi Cong tác quan trắc ở 54 hỗ thủy

điện và 551 hồ thủy lợi có đập cao 15+50i, dung tích hỗ WW, > 310°n”, mức đầu tưtrang thiết bị, cơ sở hạ tầng phục vụ công tác quản lý, phục vụ cứu trợ khẩn cấp còn

thấp, chưa đủ đáp ứng yêu cầu của các quy định vé an toàn đập [4]

1.1.1.2 Các thành phần công tình di méi hỗ chứa ở Việt Nam

1 Đập dâng

"Đập dâng là công tình chin ngang sông, được xây dựng để dâng cao mực nước hoặc

tích nước tạo thành hồ chứa Vật liệu tạo thành đập là đất, đá, tông, bê tổng cốtthép, gỗ, cao su, tuy nhiên đập ở các hỏ chứa nước Việt Nam chú yếu được xây dựng

theo hai loại vậ liệu là vật liệu địa phương và bê tông.

4) Đập vậtliệu địa phương

Che đập vậtliệu địa phương bao gồm: Đập đt, đập đắt đá hỗn hợp dip đá đổ, đập đá

đằm nén có bản mặt bê tông cét thép Cho đến nay, các đập dâng tạo hd chứa ở Việt

Nam chủ yêu là đập dit Nhũng dip có chiều cao trong khoảng 252 50m chiếm da sốnhư đập Dai Lái, Núi Cổc, Suối Hai, Cắm Sơn, Sông Rác, Phú Ninh, Cả Giây, Ayun

Hộ, Đập có kết cầu ba khối đất đá cao nhất Việt Nam hiện nay là đập Tả Trạch ở

"Thừa Thiên Huế cao 60m.

“rong số các đập vật liệu dia phương đã được xây dựng ở Việt Nam, dip đã đồ có số

lượng ít hơn nhưng lại có chiều cao lớn hơn đập dit Một sé dip đí đỗ có quy mô lớn

ở Việt Nam như đập Thác Bà cao 48m, dp Yaly cao 60m, đập Hòa Bình cao 123m.

Ba đập này có quy mô khác nhau nhưng có cùng dạng kết cầu đập đá đỗ có kết cầu

chống thắm là tường tâm bằng đất st

"Đập da dim nền có bản mặt bằng bê tông cốt thép ra đồi vào những thập niên cuối củathé ky XX Ưu m chính của loại đập này là da được dim chit, khắc phục được hiệntượng biển dạng nhiều của đập đá đổ truyền thong và bản mặt bê tông cốt thép có khảnăng chống thắm cao Việt Nam đã xây dụng các đập loại này như dip Rao Quần cao

78m, đập Tuyên Quang cao 92m, đập Cửa Đạt cao 115,3m,

Ua điểm của đập vật liệu địa phương là sử dụng đất đá là các vật liệu ti chỗ, có thé

thi công bằng biện pháp thủ công và biện pháp cơ giới Nó cũng là loại đập được phát

triển sém nhất tên thể giới nên kĩ thuật xây dựng loại đập này đã ích lũy được nhiều

kinh nghiệm,

Vi phải sử dụng một khối lượng vậtliệu đắt đá lớn nên khi thi công thường gặp nhiềukhó khan trong việc kiểm soát chit lượng vật iệu dip dip theo yêu cầu thiết kế Mặtkhác vật liệu đất rất nhạy cảm với độ dm của môi trường không khí nhất là đt giàuhàm lượng sét như đất ở Tây Nguyên và ở Nam Trung Bộ Khí hậu nhiệt đói gió mùa

ở Việt Nam cũng là một tử ngại lớn đối với việc thi công dap vật ligu địa phương Do

chịu ảnh hưởng của thời tiết cũng như công tác dẫn dòng nên tiến độ thi công loại đậpnày thường gặp rủi rõ, nhiều đập đã phải kéo dài thời gia thi công Những bạn chếnày là những nguyên nhân tiém dn, rit khó kiểm soát, có thé dẫn đến sự có vờ đập

8

b) Đập bê tông

Hình 1-5 Đập vom Nam Chin

Vật liệu chủ yếu để xây dựng loại đập này là bê tông Hai kiểu đập bê tông đã được

dùng ở Việt Nam là đập bê tông trọng lực và đập vom,

Đối với các đập có chiều cao lớn, dạng đập bê tông được sử dụng nhiễu Theo tổng kết

của hội đập lớn thé giới, trong số các dp đã và đang xây dựng có chigu cao từ 100m

‘wa lên thi đập bê tông chiếm wu thé (COLD - 1986) Đập bê tông trọng lực ngăn sông

tạo thành hỗ chứa đầu tiên ở nude ta là đập Tân Giang ở tỉnh Ninh Thuận cao 37,5m.

Một trong những ải tiến 6 giá trị tong lịch sử phát iển đập bê tông trong lực là ứng cdụng công nghệ bê tông đầm lin vào xây dựng đập Tuy mai đến những năm cuỗi của

thể ky XX, công nghệ đập bê tông đầm lăn mới được Việt Nam áp dụng, nhưng cho

đến năm 2013 m

được xếp vào hing thứ bảy cia thé giới về tốc độ phát triển đập bê tông dim lăn

“Trong số các đập bê tông dim lăn đã xây dựng, có nhiều đập có chiều cao hơn 100m

như: đập thủy điện Sơn La cao 138m, đập Bản Vẽ ở Nghệ An cao 137m [5].

Việt Nam xây dựng được 24 đập bê tông trọng lục dim lăn Vig

Kiều đập bê tông thứ bai dang được áp dung vào Việt Nam là đập vòm Do có cầu tạo dang vòm, mat cất ngang đập vom mảnh hơn, nên sử dụng ít bê tông hơn đập bê tông

trọng lực, do đó có hiệu quả hơn về mặt kinh tế xây dựng, Mặt khác, cầu tạo dang vòm

có nhiều ưu điểm về khả năng chịu ti nên ở những nơi vi lòng sông thích hợp, đập

vom đã được wu tiên lựa chọn để xây dựng những đập có chiều cao lớn Đập vòm đầu.

tiên được xây dựng ở Việt Nam là đập vom Nam Chiến cao 135m trên suối Nam

“Chiến, một phụ lưu của sông Đà.

Dip bê tông dùng vit igu bê tong nên dễ kiễm soát chất lượng tong quá tình th cônghơn so với đập dùng vật liệu đất đá, Mặt khác việc bổ trí mặt bing tổng thé cũng như

công tác dẫn dong và phòng lũ trong quá trình thi công thuận lợi hơn đập vật liệu dja

phương,

[huge diém cơ bản của dp be ting là có kết cầu be tông Khối tông đ bị nứ do ác

động của ứng suất nhiệ Tuy đập vom có mong hơn nhưng nhiệt của bê tông vẫn là

ấn đỀ cần phải cin trọng trong vige thiết kế các khe nhiệt cũng nh xử lý nhiệt rong

«qué tình th công Yêu cầu chất lượng nén dip bê tông cao, từ đó cũng có những yêu

sầu cao v8 khảo sit thiết kể Dap bê tông mới được phát triển ở Việt Nam từ những

năm cuối của thé ky XX, vì vậy công tác khảo sát, thiết kể, thi công và quản lý loại

đập này còn chưa có nhiều kính nghiệm Nhĩng yếu kém trong khảo ít, thiết kể cũngnhư xử lý nhiệt trong quá tỉnh thi công, đã để ại trong đập những khuyếttậ đặc biệt

là các khe nứt làm suy giảm khả năng chịu tải và tiềm ẩn những nguy cơ dẫn

đập bê tông.

2 Công trình tháo lũ

'Công trình tháo lũ là công trình để tháo nước thửa không thể chứa được trong hồ, có công trình tháo lũ thì hỗ mới làm việc bình thường và an toàn Căn cứ vào cao tình đặt, có thể phân làm hai loại: Công nh tháo lũ trên mặt và công tình tháo lũ đưới

10

Tình 1-6 Sơ đỗ mink hoa vị trí công trình tháo lĩ rên mặt và dưới sâu [5]

1, 2- Tháo là trên ma 3: Tháo lũ kết hợp trên mặt và dưới sâu; 4- Xả sâu;

SX de iy; 6 Tháo lĩ qua đường him; 7- Đường tràn ngoài đập,

a) Công trình tháo rên mặt

Hình 1-7 Tran xả lũ hỗ Yên Lập - Quảng Ninh.

“Các công trình có cao trình đặt ngưỡng cao và chi dùng đề tháo dung tích phòng lũ của.

hồ, bao gdm các công tình như: Đập trần, đường trần dọc, đường trần ngang, xi phông

sáo [5] [6]

ng tháo lũ, đường trần

b) Công tình tháo 1 dưới sâu

Là các công tình thio lũ có ngưỡng trần đặt thấp, có thể đặt dưới đáy đập đặt trong

thân đập bé tông hoặc có thé đặt ở bên bờ Cúc công tình loại này như: cổng nim,đường ống, đường him, có thể tháo được nước trong hi ở bit kỳ mực nước nàothậm chí tháo cạn hỗ [5], [6]

Hiện nay hai kiểu công tình tháo lĩ được dòng phổ biến ở các hỗ chứa Việt Nam là

đường trần đọc và đập tràn, trong đó đường tràn dọc và đập trần không có cửa van

với trần không có của van thi không có khả năng hạ thấp mực

nước hồ trước khi lũ về hoặc khi thấy clin tht, Haw hết các hỗ không có cửa xã sâu, vì

vay không thực hiện được việc tháo cạn hỗ khi dap có nguy cơ bị vỡ

đầu mồi hỗ chứa có đập dâng là đập vật liệu địa phương th vị ví đường tin hoặc

đập tran thường được đặt ở đầu đập hoặc ở ngoài đập Ở các đầu mối có đập dâng là đập bê tông thì công trình tháo lũ là các đập tran đặt ở khu vục lòng sông, vừa làm

nhiệm vụ tháo lũ, vừa thay thé một phần đạp dâng [1 [4], 7Ì

3 Cong tinh lấy nước

Cée công trình lấy nước từ hồ chứa để đáp ứng các yêu cầu dùng nước khác nhan,

thường dùng là đường him (đào qua núi, đồi) hoặc cổng ngầm đặt dưới đặp Hiện nay

cống ngắm đặt trong thân đập là hình thức được ding phỏ biển nhất để lắy nước từ hồchứa thủy lợi ở Việt Nam, Chế độ thủy lực của các cổng có thể fi Không áp hoặc có

áp Các cổng không áp thường làm bing bê tông cốt thép có mặt cắt hình chữ nhật,

trồn, vòm hoặc móng ngựa có cửa lấy nước là các thấp van kín hoặc hở đặt ở phía thượng lưu Trong thấp van có các van công the và van sửa chữa Các cổng có áp

thường có mật cắt ngang hình ton, vat liêu được dòng là bể tông sốt thếp, ứng thếp

"hoặc Ống thép bọc bê tông cốt thép Cửa van điều tiết được dùng một cách phổ biển làvan khóa hoặc van côn đặt ở phía hạ lưu; ở các cống lớn, van sửa chữa được đặt trong

thấp ở phía thượng lưu (van phẳng).

CCác cổng đặt ở trong đập vật liệu dia phương là các cổng có chiều đài lớn nên được

chia thành từng đoạn, Nổi các doan với nhau là các khớp nỗi Kết cầu khớp nổi phải

đp ứng hai điều kiện: an toàn khi các đoạn có chuyển vị tương đổi và đảm bảo kín

nước khi có hiện tượng chuyển vị của các đoạn.

Hầu hết các cổng ngim lấy nước từ các hỗ chứa ở Việt Nam hiện nay không đặt rong

hành lang mà đặt trực tgp trên nén và trong thin đập Xung quanh cổng được dip

12

bằng một lớp đắt í thấm nước su cổng cấu tạo chưa hợp lý, đường viễn thắm chưa.đủ di và ign kết với đập không tt, đập có nguy cơ bị mắt 6n định do tip xúcdọc cổng, Kích thước mặt cắt ngang của nhiều cổng được quyết định chỉ dựa vào kết

quả tính toán khả năng tháo và điều kiện duy trì chế độ thủy lực thiết kế, không theo

điều kiện sửa chữa nên rt khó khăn cho công tác quản lý khi cin kiểm tra cũng nhưsửa chữa phía trong cổng Đây là những tổn tại chính của các cổng lẾy nước ở hỗ chữa

‘Vigt Nam hiện nay [3] [8], [9]

Hình 1-8 Cắng ngẫm lấy mước ở hỗ chứa nước Vực Sự - Nghệ An

1-2 Hư hồng vi cổ của các công trình du mỗi thủy lợi ở Việt Nam

Fer hỏng và sự cổ các công tinh xây dựng luôn là chủ đề mang tính thời sự được cácnhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu Hư hỏng và sự cổ là hai khái

niệm có mức độ trim trọng khác nhau đổi với công trình, mặc dù đây là những thuật

ngữ mang tính quy túc nhưng lại rit cần thiết cho các nghiên cứu về sự cổ công trình

Hư hông là biển cổ xảy ra đối với công tình nhưng nó vẫn dam bảo được toàn bộ hoặcmột phần lớn công năng Sự cổ là biển cố ngẫu nhiên phá hoại khả năng chịu ải cia

công trình hoặc hệ thống.

Kết qua tổng kết vé sự cổ dip đất ở Việt Nam trong các nghiên cứu cho thấy thắm làmột trong những nguyên nhân chính dẫn đến các hư hỏng và sự cổ đập

{9}, (10), Theo số gu điều tr năm 2015 của bộ Nông nghập và Phát iển Nông thôn

tình trang hư hỏng về thắm ở đập đắt cần phải xử lý chiếm tỷ lệ khá cao Quy mô đập

càng nhỏ thì tình trang hư bỏng do đồng thắm càng trim trọng Theo tài liệu này, kết

«qu thống kê ở 543 hồ có dung tích từ 1.10% 5.10%? có 24% số dip có vin đề vềthắm, nhưng ở 485 hồ có dung tích đưới 1.10%m'thi có tới 46% số đập phải xử lýthấm [1], [4], [9], [I0] [11] Trong các sự cổ xây ra ở hồ chứa, sự cổ vỡ đập là sự cổ

lớn nhất Việt Nam chưa xảy ra vỡ đập ở hd có dung tích lớn gây thành thám họa,

nhưng cũ e đã xây ra vỡ đập ở các hổ có quy mô nhỏ.

Sự cổ vỡ đập xây ra đối với hỗ đang vận hành như: vỡ dip Suỗi Hành tính Khánh Hoa

(1986), đập Am Chúa « Khánh Hòa (1992), đập Khe Mơ + Hà Tinh (2010) đập phụ

Đầm Hà Động - Quảng Ninh (2014) Sự cổ vỡ dip xảy ra trong thời kỳ thi công hay

mới hoàn thành như: dip Đồn Hang - Nghệ An (1978), Cửa Đạt - Thanh Hóa, đập

20 - Hà Tĩnh (2009), đập Phước Trung - Ninh Thuận (201 1), đập Lanh Ra - nh

“Thuận (2011), Một số đập xây ra hư hỏng lớn nhưng chưa bị vỡ như: sự cổ trầnnước đập bê tng trọng lục Hồ Hô « Hà Tinh, hiện tượng thắm bắt thường ở đặp đắt

Kim Sơn Hà Tinh, đập Sông Quao - Bình Thuận ., hiện tượng đập dit bị nứt ngang, xây ra ở đập Ca Giây, bị nứt đọc xảy ra ở đập Easoup (9|, [10], [11]

Nguyên nhân xây ra sự cổ về đập ở Việt Nam có thể khái quất thành bai nhóm là

nguyên nhân chủ quan và khách quan Nhóm các nguyên nhân chủ quan là do sự yếu

kêm trong công tác khảo sát, thiết k, thi công, quản lý xây dụng, gọi chung là chất

lượng xây dựng và quản lý vận hành Nhóm các nguyên nhân khách quan là do tinh

bắt thường của thiên nhiên như bão, lũ động đấ, I2]

Phân tích theo đặc tính làm việc và cơ chế phá hoại cia các công trình tạo thành hồchứa dẫn đến sự cổ vỡ đập cũng có thé khái quát thành hai nhóm nguyên nhân Nhómnguyên nhân thứ nhất là do đập không đủ khả năng chịu tải biểu hiện ở các hiện tượng:

4

nước trần đình đập, đập đất bị trượt mái, đồng thắm mạnh không kiểm soát được, đập

bị mit dọc, nứt ngang .Nhóm nguyên nhân thứ hai là do sự cố xây ra ở cấc công

trình tháo lũ, cổng lấy nước dẫn đến sự cổ ở đập Các nguyên nhân dẫn đến sự cổ vỡ

ap có quan hệ với nhau tác động đến nhau theo logic hệ thông

5) Sự cổ vỡ đập phụ Dim Hà Động

-Quảng Ninh

6) Nước trang lòng hồ ding cap tàn qua) Sue cổ vỡ mt doe din dp Easoup

"Hình 1-9 Một số hình ảnh sự cổ đập ở Viết Nam

1.1.3 Sự cần thất dim bảo an tàn công trình đầu méi

Hệ thống hồ đập được xây dụng để đáp ứng các yêu cầu dùng nước và phòng chống thiên tai, do đồ các công tinh phải đảm bảo an toàn Công tình đầu mỗi chịu ảnh

hưởng trực tiếp của các điều kiện khí tượng thủy văn, điều kiện địa chất của lưu vựcxông suỗi của động đất ự nhiên, động đất kích thích do hồ tích nước Hồu hết các

tổ bất định trong các hiện tượng này biến đối theo không gian và thời gian Sựxuất hiện những hình thái thời tết bắt thường do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và

gia cũng

hiện tượng không kiểm soát được ở thượng nguồn những dòng sông liên qué

như những vi phạm có tính hệ thống của con người như chặt phá rừng, xây hd không theo quy hoạch, dang làm cho các yếu tổ bắt định ảnh hưởng xấu đến an toàn đập & Việt Nam đang tăng lên

Hiện nay trên th giới, mô hình thiết kế ngẫu nhiễn ở cấp độ hai và sử dụng độ tin cậy

im chỉ tiêu đánh giá an toàn công trình dang được ứng dụng phổ biển Việt Nam trong lĩnh vực xây dựng nói chung và công trình thủy lợi, thủy điện nói riêng đang sử dung

mô hình thiết kế ngẫu nhiên ở cắp độ một và chỉ tiêu đánh giá an toàn công trình là hệ

số an toàn Đây là một khoảng cách khá xa về mô hình thiết kế của Việt Nam so với

thể giới Để giảm bớt khoảng cách so với thể giới về inh vực này, có thể thực hiện một số biện pháp sau

~ Xây dựng đồng bộ hệ thống tiêu chuẩn thiết ké theo lý thuyết độ tin cậy công trình

~ Cập nhật và nghiên cứu phát triển các mô hình phân tích ngẫu nhiên vào tong các

hoạt động xây dựng, hoạt động quản lý hỗ đặp và được xem như là ứng dụng iến bộ

khoa học công nghệ vào điều kiện Việt Nam.

1.2 Các phương pháp đánh giá an toàn của công trình thủy lợi

inh, người thiết kế

“rước khi đưa ra các phương pháp lý thuyết để xây dựng công

phải dựa vào những kinh nghiệm tích lay trong quá khử có cả thành công và thất bại

“Trên cơ sở những lý thuyết đầu tiên dé tính toán kết cấu xây dựng được hình thành vào

giữa thể kỹ 19, kỹ thuật thiết kế các công trình thủy lợi đã trải qua quá tình phát triển

không ngừng và đến nay đã hình thành hai hệ phương pháp tính toán là phương pháp.

thiết kế tit định và phương pháp thiết kế ngẫu nhiên, như được trình bày dưới đây

16

1.2.1 Phương pháp thiết ké tt dink

Higa nay phương pháp ứng suit cho phép, phương pháp các hệ số an toàn và phương

pháp các trang thái giới hạn là các phương pháp thiết kế tắt định được dùng pho biến

trong mô hình thiết kế tuyển thông ở Việt Nam,

1.2.1.1 Phương pháp ứng suất cho pháp,

Phương pháp ứng suất cho phép (USCP) là một trong những phương pháp được ứng.

dụng ngay từ những ngây hình thành lý thuyết kết cấu Khi thực hiện các tính toán

theo phương pháp này vật liệu chỉ được xem xét làm việc trong giai đoạn đàn hồi với

các hệ số dự trữ rất cao Do vậy, một cấu kiện đảm bảo điều kiện bên khi giá trị ứngsuit trong mặt cắt tính toán không vượt quá

R: Cường độ của vật liệu; K: Hệ số an toàn của vật liệu

Vie điềm: Phường phấp USCP mang tính kính điển, rt tiện dụng khi thết kế các bộphận kết cấu cùng kiểu vi vậy nó được chú ý nghiên cứu phít triển

“Nhược điễn: Phương pháp USCP chỉ xem xét sự làm việc của vit liệu tong điều kiện

tác động cực đại, không xét đến tác động thường xuyên.

Ứng dụng: Hiện nay phương pháp USCP vẫn được áp dụng khi thiết kế cửa van, vàthiết kế sơ bộ các đập bê tông, bê tông tthe,

Trẻ ết đến sự làm việc déo của vật liệu và một số cải tién về quan niệm

hệ số dự trữ, tiến tới phát triển phương pháp “tai trọng phá hoại” hoàn thiện hơn So

với các kết quả thử nghiệm, các kết quả tinh theo phương pháp ti trong phí hoại phù

hợp hơn khi tính toán theo phương pháp USCP.

1.2.1.2 Phương pháp tính theo các hệ sé an toàn,

“Thay cho các USCP, trong tính toán sử dụng các giá tị trung bình về ải trọng và sức

chịu tả nên mức độ an toàn của công trình được được đảm bảo bằng một hệ số an toàn chúng Kx [5] (13)

“Nhược điềm: Mặc đà có tiễn bộ đáng kể hơn so với phương pháp ứng suất cho phép

c dạng phá hoạikhác nhau của kết cấu được đâm bảo chỉ bởi một hệ số an toàn duy nhất Trong khi

nhưng phương pháp hệ số an toàn có một nhược điểm cơ bản là c

việc tích lũy tài liệu thí nghiệm đã chỉ ra rằng các tải trọng và sức bén của vật liệu có

tính biển đổi, phân tán, đ

cấu như nhau sẽ có các hệ số dự trữ khác nhau khi khai thác trong các

đồ làm giảm mức độ đảm bảo không phá hoại kết cầu

Vay nên các

điều kiện khác nhau [14]

1.3.1.3 Phương pháp trang thái giới han

“Trong phương pháp này một hệ số an toàn duy nhất được thay bằng nhiễu hệ số an toàn

mang đặc trưng thống kê: Hệ số tổ hợp tải trong nụ hệ số điều kiện làm việc m, hệ số

tin cậy K,, hệ số lệch tai n, hệ số an toàn về vật liệu Ky, Do vậy, đã có sự thay đổi các,

tiêu chí đánh giá độ bền và các tính chất khác củ kết cầu công tinh, Việc thiết kế, xây

‘dung và khai thác công trình phải được thực biện sao cho không xây ra các trạng thấi giới hạn của nó [5], (131, LIS)

18

“Trạng thái giới hạn (TTGH): Công trình và n của nó được gọi là đạt đến trạng thái

giới hạn khi chúng mắt khả n 1g chống lại các tải trong và tác động từ bên ngoài, hoặc khi chúng bị hư hỏng hay biến dang quá mức cho phép, không còn thoả mãn được các yêu cầu khai thác bình thường.

Nhóm trạng thái giới hạn thử nhất: Công tinh, kết cấu và nền của chúng làm việc

trong điều kiện khai thác bit lợi nhất gdm: các tinh toán về độ bŠn và ôn định chungcủa hệ công tình - nn; độ bin thắm chung của nén và công tình đấu độ bén của các

bộ phận mà sự hư hỏng của chúng sẽ làm cho việc khai thác công trình bị ngừng trộ; các tính toán về ứng suit, chuyển vị của kết cấu bộ phận mà đội

công trình chung phụ thuộc vào chúng, I5] [13], [I5]

"Nhóm trạng thái giới han thứ hai: Công trình, kết cấu và nền của chúng làm việc bắt

lợi trong di kiện khai thác bình thường, gồm: các tính toán độ.

sắc tính toán vé hạn chế chuyển vị và biển dang, v8 sự tạo thành hoặc mổ rộng vắt út

và méi nối thi công; về sự phá hoại độ bền thắm cục bộ hoặc độ bin của kết cầu bộ

phận mà chúng chưa được xem xét ở trang thái giới hạn thứ nhất [5], [13], [15]

“Tải tong được dùng trong bai nhóm trạng thái giới han là khác nhau: Nhóm THGH 1

sử dụng tải trong tính toán, còn nhóm THGH 2 sử dụng tả trọng tiêu chuẩn Tải trong

tính toán 1g ải trong tiêu chuẩn nhân xí hệ số lệch tải, tái trọng tiêu chuẳn có rong các tiêu chuẩn quy định iêng cho mỗi loi công tình và nén của chúng

Biểu thức tính toán và cách xác định các hệ số trong công thức như sau: Việc đánh giá

sự xuất hiện các trang thái giới hạn được thực hiện bằng cách so sánh các tị số tính

oán của ứng lực, ứng uất, bién dạng, chuyển vi, sự mở rộng khe nứt, với khả năng

chịu tải tương ứng của công trình, độ bên của vật liệu, tị số cho phếp của b rộng khenứt biển dạng, Các t số này được quy định trong cúc iu chuẫn kỹ thuật Diễn

kiện đảm bảo én định hay độ bền của công trình là [15]:

a, sak d3)

“Trong đó: Nụ- Trị số tính toán của tải trọng tổng hợp;

i Trị số tính toán cũa sức chịu tổng hợp của công tinh hay nền;

hệ số điều kiện làm việc và hệ số độ

nạ m, k Lần lượt là các hệ số tổ hợp ti trọ

tin cậy

Phương pháp trạng thí giới hạn có xét đến đặc trưng xác suất của độ bền hoặc khả

năng chịu tải và tải trọng chỉ ở phần phân tích và xử lý các số liệu đầu vào, còn thuật

toán vẫn là tất định Hơn nữa ác hệ số về vật liệu và tải trọng (hệ số lệch tải

tổ hợp tải trọng) được sử dung trong phương pháp có đặc tính thống kê nhưng lại có giá tị không đổi, các hệ số điều kiện làm việc và hệ số inh chất quan trọng của kết

sấu là các giá tị được định trước và lẾy theo kin nghiệm nhiều năm thiết kế và khaithác công trình tương tự Do đó phương pháp này còn mang tính tiền định Ngoài raphương pháp còn có nhược điểm cơ bản: không xét đến yếu tổ thỏi gian và các đặc

trưng ngẫu nhiên của các tham số sử dụng trong tính toán, bay phương pháp TTGH

không đánh giá được độ tin cậy của công tình trong tương ai và không xét được đầy

đủ mức độ ảnh hưởng của tính chit biển đổi ngẫu nhiên liền tue của tính chit các vật

liệu xây dựng và đất nén cũng như cia tải trọng đến trang thấ làm việc của công trình

[5] [14]

Như vậy, công trình khi tinh theo phương pháp TTGH phụ thuộc vào nhiễu tham số có

bin chất ngẫu nhiên nhưng lại không thể biểu diễn tích hợp ong mỗi quan hệ hàm

số mà mang tính đơn trị và tiễn định.

Với rit nhiều lý do trên trong vòng mấy chục năm gin đây trên thể giới hình thànhphương pháp tính công tình và kết cấu xây dựng theo phương pháp thiết kế ngẫu

nhiên

1.2.2 Phương pháp thiết kế theo mô hình ngẫu nhiên

Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên là phương pháp thiết kế theo xu hướng hiện đại

‘Theo thiết kết trạng thái giới hạn cũng như cơ chế phá hoại được mô phỏng bằng

các mô hình toán hoặc mô hình tương ứng Xác suất phá hoại của một bộ phận công trình hoặc công trình được tính từ hàm tin cậy Hàm này được thành lập trên cơ sở

quan hệ giữa ải trọng và sức chịu tải rong một cơ chế phá hoại tương ứng với mộttrạng thái giới hạn, ong đó ti trọng và sức chịu ti Tà những hàm chứa đụng các biển

20

tham số ngẫu nhiền TỊ kế ngẫu nhiên là phương pháp thiết kếtền bộ nhưng

do tính phức tạp cũng như khó khăn trong việc áp dụng toán xác suất - thống kê vào trong thi

chia thành 3 cấp độ tinh toán [5], [16], [17]

€ nên mức độ tiếp cận với xác suất ở từng trường hợp khác nhau và được

1.2.2.1 Thiết ké ngẫu nhiên cắp độ 1

“Các biến đầu vào là các bién ngẫu nhiên được xác định theo phương pháp xác suất

-thống kê, nhưng ham tin c :

trọng tác dung lên công trình là các giá tj trung bình có kèm theo hệ số an toàn thích

hợp cho từng loại công tình là một số cụ th Do vậy, kết quả tính toán không phải là

thể hiện mỗi quan hệ giữa độ của công trình và tất

xác suất an toàn mà là hệ toàn Ky Đây được coi là phương pháp bán ngẫu nhiên

tkế ngẫu nhiên cp độ L

nhiên cấp độ 1

“Thực hiện các tính toán độ tn cậy của công trình trong đó: Hàm tin cậy là hàm tuyển

tính hoặc hàm phi tuyển và sử dung một số phương pháp gin đúng biển đổi về hàm.

tuyển tinh tại điểm thiết kế: các biến ngẫu nhiên trong hầm được xác định theo phương

pháp xác suất - thông kê; hàm tin cậy có luật phân bổ chuẩn Kết quả độ tin cậy của

công trình được thể hiện là xác suất an toàn hoặc chỉ số độ tin cậy Đây được gọi làthiết kế ngẫu nhiên cấp độ II

1.2.2.3 Thiết kế ngẫu nhiên cắp dộ HT

“Trường hợp các tính toán vẫn giữ nguyên quy luật phân bổ xác suất của các biển ngẫu nhiên và tinh phi tuyến của hàm tin cậy Khi sử dung mô hình xác suất một cách diy

di trong thiết kế thì được go thiết kế theo mô hình ngẫu nhiên cắp độ IIL Để tìm

dược xác suất an toàn của công tình có thể sử dụng phương pháp Monte Carlo hoặc phương php tích phân.

Tuy nhiên các bài toán tiếp cận được với thực tế hơn bởi phương pháp này xét được

đầy đủ mức độ ảnh hưởng của tính

cdựng và đất nền cũng như của tải trọng đến trang thái kết cấu Phương pháp này ngoài

việc ính được độ in cây an to cho cả hệ thông còn là đền đề ho quá tình phân tích

Ti rõ sau này, Đây 18 một xu thể phát tiễn mô hình thiết kế ngẫu nhiên trên thể giới

hiện nay, do vậy đây là phương pháp được lựa chọn đẻ tính toán an toàn đập trong

nghiên cứu này Trên thực tế việc thiết kế các công trình chi dừng ở cắp độ II, và cap

độ III chi dung cho các công trình đặc biệt có yêu cầu cao vé mức an toàn.

Khi thực hiện các tinh toán theo phương pháp thiết kế ngẫu nhiên tong nghiên cứu

này gặp phải một số khó khăn sau:

~ Phương pháp thiết ké ngẫu nhiên và tính độ tin cậy phụ thuộc rất lớn vào độ dài vàchit lượng của các số liệu đầu vào: số liệu quan tắc, khảo sit, thí nghiện do đó

trong tính toán dồi hỏi một lượng lớn các tài liệu liên quan Trong điều kiện Việt N

hiện nay, số lượng các hồ thủy lợi được quan tắc đẫy đủ là không nhiều nên sẽ ảnhhưởng đến độ chính xác cia kết quả tinh độ tin cây hệ thống đầu mỗi

~ Việt Nam chưa có các tiêu chuẩn tính toán độ tin cậy cho các công trình đầu mối hồ

chứa nên khi tinh công tình theo lý thuyết độ in cậy phải mượn các tiêu chuẩn của

nước ngoài đ so sánh và kết luận mặc đù các tiêu chun này chưa thực sự tương đồngtrong một số điều kiện lầm việc của công trình

1.3 Các nghiên cứu vỀ ý thuyết độ tin cậy trong Tinh vực thủy lợi và an toàn đập,13.1 Các nghiên cứu trên thé giới

Những vẫn đỀ đầu tiên của lý thuyết độ tin cây được thếtlập chính ở trong ngành cơhọc xây dưng Cuối những năm 1920 hai nhà khoa học M-Maicr và N.Ph.Khôchiup

đã nêu ra ý tướng tính toán kết ấu xây dựng theo lý thuyết xác it - thống kê, nhưng

nghiên cứu còn nhiều hạn chế về phương pháp tính toán và chưa định dạng được rõ

tầng khả năng ứng dụng của lý thuyết này nên không nhận được nhiều sự ủng hộ của các nhà khoa học thời bẫy giờ Ban đầu lý thuyết độ in cậy của các kết cấu xây dựng

được phát triển độc lập với lý thuyết độ tin cậy trong ngành chế tạo máy và các hệ

thống điện Tuy nhiên cho đến những năm 1970 giữa hai tinh vực này đã có sự trao đổi

2

cứu bởi các nhà khoa học đã nhận thấy giữa chúng có sự

mạnh kết qua nại

quan chặt chẽ với nhau [8]

(Ce nhà khoa học Liên Xô cũ đóng vai trồ quan trong trong việc phát ri lý thuyết độ

tin cậy để tinh các kết sấu xây dụng, có thể kể đến các nhà khoa học tiên phong trong

lĩnh ve này: N, X Steletsky, A R Rgianitsum, V, V Bolin, A, la Driving, lu A.

Pauỗv, N X Sreetsky (1947) đã vận dụng các phương pháp thống kê vào trong

sơ học xây dựng và ông được coi là người đặt nền móng cho quan điểm thống ké để

tính kết cấu công tình A R Rgianitsưn (1952) đã đưa vào khái niệm “ham phá

u công tỉnh [18 hoại'" và xét đến yếu tổ về thời gian khi tính độ tin cậy của kết

“Tuy nhiên cả hai nhà khoa học N X Strletsky và A R, Rgianitsm đều chưa để cập

dy đủ sự ảnh hưởng của các edu kiện đến độ tin cậy chung của công tình V V.Bôlôún (1960-1965) [19] đã có nhiều nghiên cứu chuyên sâu về lý thuyết độ tin cậytrong cơ học xây dụng: ý thuyết thẳng kế của sự phá hoại xây dựng thuật toán để giải

sắc bài toán v8 én định dao động của các kết cầu và đặc biệtlà nghiên cứu giải các bi

toán theo lý thuyết độ tin cậy có xét đ thời gian cũng như việc cần thiết phải

ác sut - thống kế và

thể hiện thông tin ở dạng quá trình thời gian; áp dụng lý thuyết

lý thuyết độ tin cậy 48 phân tích các kết cầu xây dựng

6 các nước Anh, Pháp cũng nhận được nhiễu kết quả tích cực trong việc nghiên cứu

và phát triển lý thuyết độ tin cậy để tính toán các kết cấu xây dựng Các trường đại học

và các viên nghiên cứu ở Anh cũng đóng vai td quan trọng thúc day sự phát triển của

lý thuyết độ tin cây khi công bố nhiễu công trinh khoa học có lin quan đến hư hỏng

vật liệu Hammond (1959) đã ứng dụng lý thuyết xác suất - thống kê dé đánh giá mức.

ếp theo

46 hư hỏng của kết cầu bê tông cốt thép và đây là tiên đề cho các nghiên cứu

ve khả năng ứng dụng của lý thuyết nay trong kết

Chana P § và Clark L A [20], Vào đầu những năm 1950 các ng

iu xây dựng của các nhà khoa học

cứu về hư hông

và khuyết tt trong kết cấu bé tông cốt thép luôn nhận được sự quan tâm mạnh mẽ của

các nhà khoa học Pháp, theo các nghiên cứu thu thập được trong giai đoạn này có thé

thấy nguyên nhân chính gây hư hỏng công trình xây dựng được phân tích thống kê

thành bốn nhóm chính: chit lượng vật liệu các tác động cơ học, môi trường xungcquanh và thời tiết Tuy nhiên các nghiên cứu này được ứng dụng chủ yéu cho các công

tình xây dựng bằng bê tổng và mới xét đến hai yêu t6 quan trong là chất lượng vật

liệu xây dựng và các tác động cơ học đến độ tin cậy của công trình bê tông mà chưa.

xét đến một số yêu tổ ngẫu nhiên khác

Từ năm 1970 đến 1990 ở Liên Xô cũ và các nước phương Tây đã có rất nhiều các

nghiên cứu về các quá tinh ngẫu nhiên để mô tả các tác động thực và phản ứng của

ấu xây dựng, nhằm ứng dung lý thuyết độ tn cậy để thiết kể công

trình theo độ tin cậy tối ưu và đánh giá mức độ tin

ic nại

y của công tình theo xác gắt

"Những phương pháp này thường vận dung các lý thu

xác suất - thẳng kê và lý thuyết về hệ thống nên có thé phân ánh được đúng din sựtương tác của của công tinh với các môi trường xung quanh Rắt nhiều kết quả nghiêncứu có ảnh hưởng đáng kể đến việc phát triển và ứng dụng lý thuyết độ tin cậy hiện

nay như: Palle Thoft (1982) [21] đã img dung lý thuyết ác suất - thống kê để tính toán

độ tin cậy cho các kết cầu công xây dung; O Ditlevsen (1982) và các cộng sự đã

phân tích sự cần thết của các mô hình ngẫu nhiên, giới thiệu các phương pháp phân

sự

cổ hẹp và sự cỗ chính xác [22], [23] [24] Tuy vậy các nghiên cứu của Palle Thoft và

tích độ tin cậy kết cầu công trinh và đưa ra cách xác định các biên sự cổ rộng, bi

Ditlevsen chưa để cập đầy đủ sự ảnh hưởng của các biển ngầu nhiên khi thực hiện

các ứng dụng tính toán vé độ tin cậy cho công trình.

Như vậy có thể nói lý thuyết độ tin cậy đã ra đời và ứng dụng từ những năm 1970 trong nhiễu lĩnh vực khác nhau, tuy nhiên mãi đến những năm 1990 lý thuyết này mới được quan tâm và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực công trình thuỷ lợi Những năm

gin đây các bài báo, các sách tham khảo, các luận văn Thạc sĩ, Tiến sĩ, các đề tài

nghiên cứu khoa học và các tiêu chuẩn về độ tin cậy công trình ngày càng phát triển

mạnh mê,

C6 rit nhiều bài báo được đăng trn các tạp chí có uy tín trong đó phần lớn tập trung

nhiều vào lĩnh vực đánh giá an toàn và phân tích rủi ro công trình phòng lũ bờ biển và sông M.K.Yegian và cộng sự (1991) [25] đã công bố các nghiên cứu xác định các mức độ rủi ro cho đập đất khi xảy ra động đất và để nghị mức đảm bảo an toàn cho

phép đối với đập đất trong các điều kiện làm việc bất thường Chen Zhaohe và cáccông sự (1996) [26] đã nghiên cứu việc áp dụng kỹ thu phân ích ủi ro khi dp đất bị

+