Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu bố trí vật liệu hợp lý đập bê tông trọng lực trên nền đá phong hóa

2, MỤC DICH CUA ĐÈ TÀI Dinh gi được ảnh hưởng của nên đã phong hỏa đến ứng suất phần bổ tron thânđập bê tông trọng lực từ đồ lựa chọn được mặt cit hop lý về hình học, tối ưu về thểtích v

LỜI CẢM ƠN

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài

“Nghiên cứu bố trí vật liệu hợp lý đập bê tông trọng lực trên nền đá phong hóa”

được hoàn thành với kết quả còn nhiều khiêm tốn, tác giả hy vọng đóng góp được một phần nhỏ bé cho việc nghiên cứu, thiết kế xây dựng các công trình Thủy lợi - Thủy điện ở nước ta.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thay, Cô giáo trong bộ môn Thủy công, Thị công, Khoa sau đại học, Khoa công trình - Trường đại học Thủy lợi, Viện đào tạo và Khoa học ứng dụng miền trung đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và thu thập các tài liệu, thông tin khoa học kỹ thuật, đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho bài luận văn.

Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Văn

Hạnh đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ và chỉ bảo tác giả trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này.

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu 3

5 Kết quả dat được 3

“Chương 1: Giới thiệu tổng quan v đặc điểm địa chất nền công hxây dựng đập bê tông trọng lực trên thé giới và ở nước ta

1.1 Đặc điểm của nền đá 4

1.2 Các chỉ iêu ơ lý của nỀn 4

1.3 Tinh hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thể giới 6

1.4 Tinh hình xây dựng đập bê tông trong lực ở Việt Nam 7 1.5 Kết luận chương 1 9

“Chương 2: Lý luận eơ bản về thiết kế mặt cắt dip

2.1 Đặc điểm làm việc của đập bê tông trọng lực " 2.2 Cơ sở tính toán mặt cắt u

2.2.1 Điều kiện ôn định Error! Bookmark not defined

2.2.2 Diều kiện cường độ Error! Bookmark not defined,

2.2.3 Điều kiện kinh tế Error! Bookmark not defined

2.2.4 Điều kiện sử dụng Error! Bookmark not defined.

2.3, Ảnh hưởng của nỀn đá phong hóa đến mặt cắt dip B

2.4 Một số dip bê ông tông ở Việt Nam xây dụng trên nền đá phong ha "

2.5 Tính toán mật ấn định và ứng suất Is2.51 Cơ sở lý thuyết của bài oán sắc định mặt cắt đập cơ bản theo hai điều kiện ônđịnh và ứng suất Error! Bookmark not defined

2.5.1.2 Xúc định chiều rộng day đập theo điều kiện én định trượt.Error! Bookmark not

qui tin toán mặt cất cơ bản theo ai didu kiện ôn định và ứng suÍt Error!

Bookmark not defined.

3.2.2 Phương trình hình hoc Cauchy Error! Bookmark not defined,

3.2.3 Điều kiện tương thích về biển dang - Phương trình Saint VenantError! Bookmark

3.3.11 Phương pháp sức bin vật liệu Error! Bookmark not defined

3.3.1.2 Xác định ứng suất trong than đập theo phương pháp chia lưới Error! Bookmark not defined.

3.3.1.3, Phương pháp Lý thuyết din hồi +! Bookmark not defined 3.3.1.4 Phương pháp sai phân hữu han Error! Bookmark not defined, 3.3.1.5 Phương pháp Phan tir hữu hạn Error! Bookmark not defined 3.3.2, Lựa chọn phương pháp giải Error! Bookmark not defined 3.3.3.1 Nội dung của phương pháp Phần từ hữu hạn để phân tích ứng suất biển dang

đập bê tông trọng lực Error! Bookmark not defined.

3.3.2.2 Tinh toán kết ef "với mô hình tương thích Error! Bookmark not defined 3.3.2.3 Cách giải hệ phương trình cơ bản của phương pháp Phần tử hữu hạn Errort Bookmark not defined.

3.3.3 Chương trình tính toán Error! Bookmark not defined 3⁄4 Kết luận chương 3 50

“Chương 4: Ứng dung tính toán ứng suất mặt cit co ban đập bê tong

4.1, Các phương sn tn toán và chỉ gu kỹ thuật si

42 Kiểm tra ứng suất cho mặt cắt cơ bản dang tam ge theo phương pháp Sức bền vật

liệu và Phần tử hữu hạn si

43 Kiểm tra ứng suat cho mặt cắt thực dụng theo phương pháp Sức bền vật liệu vàPhin từ hầu hạn 65

4.4 Két luận chương 4 4

“Chương 5: Ứng dụng vào tính toán thiết kế công trình hỗ chứa suối nước ngọt

5.1 Thông số kỹ thuật cơ bản của công tinh, các chỉ tiêu tinh toán của địa chất nền và

vã liệu lâm đập 85 5.11 Thông số kỹ thuật cơ bản của công tinh Error! Bookmark not defined 5.1.2, Các chỉ iêu tỉnh toán của địa chit nén v vật liệu làm dipError! Bookmark not defined.

5.2 Phân ving vật liệu và tính toán lại ứng suất theo phương pháp PTHH 87

5.4 Kết luận chương 5 9

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ Error! Bookmark not defined.TÀI LIỆU THAM KHAO 100

PHU LUC 101

Hình 2-1: Sơ dé tinh toán mặt cắt cơ bản đập dạng tam giécError! Bookmark not

Hình 3-1 Ủng suất trên các mặt phân tổ Error! Bookmark not defined

nh 3-2: Sơ đồ các lực tác dụng lên đập Error! Bookmark not defined.

th 3-3: Sơ đồ xác định các loại ứng suat ở biên Error! Bookmark not defined.3-4: Sơ đồ xác định ứng suất chính ở biên Brrort Bookmark not defined.Hình 3-5: Sơ đồ vòng trồn Mo ứng suất tại | điểm Error! Bookmark not defined.Hình 3-6: Sơ đồ tính toán dạng hình nêm vô hạn Error! Bookmark not defined.3-7: Sơ đồ tinh toa ứng sua theo lý thuyết đàn hồiErrorl Bookmark not,

defined.

Hình 3-8: Sơ đồ tỉnh toán ứng suất kh mặt đập chịu tải trong phân bổ đều 35

Hình 3.9: Sơ đồ tính toán ứng suất khi đập chịu tác dụng của mô men M ở đỉnh gây ra

Error! Bookmark not defined.

3-10: So đỗ tinh toán ứng suất khi đập chịu lực tập trung và mô men đặt tại dinh 37

Hình 3-11: Sai phân lài Error! Bookmark not defined Hình 3-12: Sai phân hóa phương tình vi phân Error! Bookmark not defined Hình 3-13: So đồ gi toán theo phương pháp PTHH Error! Bookmark not defined.

Hin 3-14: Sơ đồ khối của chương trình SIGMAWW Error! Bookmark not defined

Hình 4-1: Sơ dé tinh toán vị tri ứng suất mặt cắt co bản Error! Bookmark not defined.

Hình 4-2 đến 4-7: Biểu đổ ứng s tại mặt cắt đáy đập (CD) mặt cắt cơ bản Error! Bookmark not defined.-60

Hình 4-8 đến 4-13: Biểu đồ ứng suất tại mặt ft cách day đập 1/3H_ (CIDI) mặt cắt cơ

bản Error! Bookmark not defined.-63

Hình 4-14: Sơ đồ tinh oán vit ứng suất mit cắt trần Error! Bookmark not defined.Hình 4-15 đến 4-20: Biểu đồ ứng suất tại mặt cất đáy đạp (CD) mặt ct tn Error!

Bookmark not deined- 73

421 đến 26: Bi đồ ứng suit tai mặt cắt cách day dip 1/3H (CIDI) mat cắt

tan Error! Bookmark not defined.-76

Hình 4-27 đến 4-32 : Bid đồ quan hệ ứng suất ø, tại CD của mặt cắt cơ bản với mặtcắt tràn Error! Bookmark not defined.-79Hình 4-33 đến 4.38: Biểu đồ quan hệ ứng suất ơ, tại CIDI của mặt cit cơ bản với mặt

cit tin 3042

Hình 5-1: Sơ đồ phân vùng vật liệu mặt cắt cơ bản Error! Bookmark not defined.

Hình 5-2: Sơ đổ phân vũng vật liệu mặt cắt tràn Error! Bookmark not defined.Hình 5-3 đến 5-5: Biểu đồ ứng suất tại CD mặt cắt cơ bản trong các trường hợp THÍ:

'TH2, TH3 Error! Bookmark not defined.-92

Hình 5.6 đến 5-8: Biểu trần trong các trường hop THỊ

TH2,TH3 92.98

Hình 5.9 đến 5-11: Biểu đồ ứng suất tai CIDI mặt cắt cơ bản trong các trường hợp

THỊ, TH2, TH3 Error! Bookmark not defined 95

Hình 5-12 đến 5-14: Biểu dd ứng suất ại CIDI mặt cắt trần trong các trường hợp THỊ,

TH2,THả Error! Bookmark not defined.5-96

Bang I-]: Sức chống nén tức thời một trục Ry Error! Bookmark not defined.Bang 1-2: Hệ số hoá mém Ky Error! Bookmark not defined.

Bang 1-3; Phan loại đ theo mức độ phong hoá của Việt NamError! Bookmark not

Bảng 1-7: Một số đập bê tông trong lực lớn đã và dang thi công ở nước ta Error!

Bookmark not defined.

Bảng 2-1: Một số đập xây đựng trên nền đá phong hóa ở Việt NamError! Bookmark

not defined.

Bảng 2-2: Dữ

Bảng 2-3: Kết quả tinh B theo hai điều kiện định và ứng s

defined.

tính toán chiều rộng đáy đập (B) Error! Bookmark not defined

ấtError! Bookmark not

Bảng 4-1: Phương ấn nh toán Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-2: Ứng suất ơ, trên biển của mặt cit cơ bản theo phương SBVL Error!

Bookmark not defined.

Bing 4-3: Ung suất o, trên biên của mặt cit cơ bản theo phương pháp SBVL Error!

Bookmark not defined.

Bang 4-4: Ung suất chính N trên biên của mặt cất cơ bản theo phương pháp SBVL

Error! Bookmark not defined,

Bang 4-5: Ung suất ø, trên biên của mat cất cơ ban theo phương pháp PTHH PAL

Error! Bookmark not defined,

Bảng 4-6: Ứng suất o, trên biển của mặt cất cơ bản theo phương pháp PTHH PAL

Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-7: Ứng suất chính N trên biên cña mặt et ea bản theo phương pháp PTHH PAT

Error! Bookmark not defined,

Bing 4-8: Ứng suit 6, trên biên của mặt cắt cơ bản theo phương pháp PTHH PAIL

Error! Bookmark not defined,

Bảng 49: Ứng suất, trên biên của mặt cắt cơ ban theo phương pháp PPTHH PATI

Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-10: Ứng suit chính N trên biển của mặt cắt cơ bản theo phương pháp PTHH PAIL

Error! Bookmark not defined,

Bang 4-11: Ứng suất ø, trên biên của mặt

Bookmark not defined.

train theo phương pháp SBVL Error!

Bảng 4-12: Ứng suit o, trên biên của mặt et trần theo phương pháp SBVL Error!

Bookmark not defined.

Bảng 4-13: Ứng suất chính N trên biên của mặt cắt trần theo phương pháp SBVLErrort

Bookmark not defined.

Bảng 4-14: Ứng suit o, trên biên của trên biển của mặt cất tran theo phương phip

PTHH PAL Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-15: Ung suất ơ, trên biên của trên biên của mặt cắt tràn theo phương pháp

PTHH PAI Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-16: Ứng suất chính N trên biển của mặt cắt trăn theo phương pháp PTHH PAL

Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-17: Ung suất ơ, trên biên của mặt cất trần theo phương pháp PTHH PATI

Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-18: Ung suất ơ, "trên biển của mit cất trin theo phương pháp PTHH PAII

Error! Bookmark not defined.

Bing 4-19: Ứng suit chính N trên biên của mit et trần theo phương pháp PTHH PAIL

Error! Bookmark not defined.

Bảng 5-1: Thông số kỹ thuật cơ bản Error! Bookmark not defined

Bảng 5-2: Chỉ tiêu cơ lý của vat liệu làm đập, Error! Bookmark not defined.

Bang 5-3: Chi tiêu cơ lý của địa chất nên, Error! Bookmark not defined

Bang 5-4: Bê tông ở các vùng trong từng trưởng hợp Error! Bookmark not defined,

Bảng 5-5: Phân bổ lại ứng suất ø, trên biên của mat cắt cơ bản sau khi phân vùng vật

liệu TH Error! Bookmark not defined.

Bảng 5-6: Phân bố lai ứng sắt ø, trên biên của mặt cắt tràn sau khi phân vùng vit liệu

TH Error! Bookmark not defined.

Bing 5-7: Phin bố lại ứng suit 0, trên biến của mặt cất cơ bản sau khi phân ving vật

liệu TH Error! Bookmark not defined Bảng 5-8: Phân bố lại ứng suất c, trên biên của mặt cất tràn sau khi phân ving vật liệu

THR Error! Bookmark not defined.

MỞ DAU

1, TINH CAP THIẾT CUA DE TAL

Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, mưa nhiều phân bổ không, cđều theo thời gian và không gian Lượng mưa bình quân năm là 1960mm Lượng

mưa tập trùng vào tháng 3 đến tháng 6, chiếm 70%-80% lượng mưa trong năm Các

thắng côn li chỉ chiếm 20-30% C6 năm, lượng mưa thing mùa kiệt chỉ đạt 1%

lượng mưa năm VỀ không gian phân bố cũng rit không đều Có vùng như Bắc

Quang, lượng mưa bình q

650mm Nước ta có 2360 con sông có chiều dài trên 10km Trong đó có 9 hệ thống sông

năm tới 4760mm, trong khi đó Phan Rang chỉ có

chỉnh và có diện tích lưu vực hơn 10,000 km, tổng lượng dòng chảy năm là 835 tym

Diy là ngudn tii nguyên nước dồi dào nhưng phân bổ không đều cả không gian và thời

gian Thêm vảo đó ba phan tư diện tích là đổi núi, thường có dang dải, khối kéo dai tir Bắc

vào Nam và thip dẫn về phí bin Với đặc điểm thời, đồng chảy và địa hinh như vậynên việc xây dựng các hỗ chứa là hết sức cẩn thiết Vì nó vừa đảm bao cho như cầu dừng.nước rong mùa kit, đảm bảo như cầu phòng lĩ và cũng à nguồn năng lượng dự trữ

dio để phat diện,

Tir những năm 1960 trở lại đây chúng ta đã xây dựng rất nhiều hồ chứa Nhưng.hầu hết các đập được xây dựng ở nước ta hiện nay đều là dap đất, đập đá đổ, đập dắt

đá hỗ hợp (hay còn gọi là đập vật liệu địa phương) Từ năm 1975 đến nay, nước ta

bước vào sự nghiệp công nghiệp hỏa hiện đại hỏa nên các công trình thủy lợi thủy

điện được xây dng khắp cả nước, Đập bê tông trọng lực bằng bê tông truyền thống

và bê tổng đầm lăn cũng trở nên khá phổ biển với quy mô và hính thức ngày cảng

phong phú Đầu mối các công trình thủy lợi, thủy điện như: PðiLrông, Sẽ San 3 và

Sẽ San 4, Ban vẽ, Thạch Nham, Tân Giang, Lòng Sông Với những wu điểm vượt

tri của đập bê tông trong lục như: khối lượng nhỏ hơn so với đập đất, ôn định về

mặt kết cấu, có khả năng bố trí công trình tháo lũ ngay trong thân đập, có thể phối

hợp dé ding với các công tinh khác (tháo lũ, công trình tay nước) và có thé xây

dựng thủy điện ngay trên thân đập Thêm đó Việt Nam dang bước vào thời kỳ xây,

dựng mà nguồn vật liệu tại chỗ ngày một hạn chễ, mức độ công nghiệp hóa và kỳ

thuật xây dựng công tình cũng ngày cảng phát triển, vi vậy xây dụng cúc đập bê tông tron sắc dự án thủy lợi, thủy điện có xu hướng tăng lên.

Do yêu cầu xây dựng hỗ chứa ngày cảng nhiều, nên để tim được nơi có địa chấttốt như nền đã gốc không dit ely, không phong héa là rit kh, Do đỏ việc nghiên

cứu lựa chọn ra loại công trình phủ hợp với điều kiện địa cất nền yếu tạ vị tí xây

dmg là rất cần thiết

Dap bê tông trọng lực có nhược điểm là khi lượng bê tổng lớn Kim cho vốn

đầu tư của dự án cao Mặt khác đập làm việc không tận dụng được hết cường độ của

vậtlệu Vi vậy để tn đụng được hết khá năng làm việc của vt liu, cin phải nghiên

cứu tính toán dé phân vùng vật liệu hợp lý, ở những vị trí ứng suất lớn vượt quá khả.năng chịu lực cho php của vật liu cằn phải bổ trí bê tông mic cao hoặc bé tông cốt

thép để tăng cường khả năng chịu lực, ở những vùng ứng suất nhỏ thì sử dụng bê tông có mác thấp hơn để giảm giá thành công trình.

"ĐỀ tải “Nghiên cứu bd trí vật liệu hợp lý đập bê tông trọng lực trên nền đá

Phong héa” đã phần nào làm sáng tỏ vin đề phải ứng sử mặt cắt đập thé nào khi xây

dựng tuyến đập trên nên đá phong hóa Từ đó bố trí vật liệu hợp lý để vừa đảm bảo

về điều kiện làm việc ôn định, điều kiện kinh tế mà vẫn không phải di chuyển tuyển

đập.

2, MỤC DICH CUA ĐÈ TÀI

Dinh gi được ảnh hưởng của nên đã phong hỏa đến ứng suất phần bổ tron thânđập bê tông trọng lực từ đồ lựa chọn được mặt cit hop lý về hình học, tối ưu về thểtích và đảm bảo khả năng chịu lực của vật liệu xây dựng đập Từ đó phân vùng và bố

trí lại vật liệu trong thân đập để giảm giá thành xây dựng đập ma vii in đảm bảo được

điều kiện ôn định

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- _ Tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay tong lĩnh vực

thiết kế đập bê tong

= Dura trên cơ sở lý thuyết của phương pháp phần ti hữu hạn và một số phương

pháp khác dé tinh toán, nghiên cứu.

~ Van dung lý thuyết của phương pháp phần từ hữu hạn và sử đụng phin mềm,

Sigma/W để tính ứng suất biển dang

4 NOI DUNG NGHIÊN CỨU

- _ Nghiên cứu mặt cắt đập hợp lý vé hin học, ỗi ưu về thé tích và đảm bảo tỉnh

hình chị lực của vậtliệu xây dựng đập.

= Phân tic ứng suất biển dạng

= Bb tri vậtliệu trong mặt cắt đập

5 KET QUÁ ĐẠT DUC

= _ Xác định được mặt cắt cơ bản của đập trên nén dé phong hóa

~ Tinh toán ứng suất, phân vùng ứng suất trong thân đập bê tông trọng lực trên

ên đá phong hóa

= So sảnh kết quả tính của hai phương pháp Sức bền vật iệu và phương pháp

Phan tử hữu hạn

= Bố tr lại vật liệu và tính toán kiểm tra ứng suất trong thân đập.

Chương 1

GIỚI THIỆU TONG QUAN VE DAC DIEM DIA CHAT NEN CÔNGTRINH VA TINH HÌNH XÂY DUNG DAP BÊ TONG TRỌNG LUC

TREN THE GIỚI VA Ở NƯỚC TA

11 DAC DIEM CUA NEN ĐÁ

Nền đóng một vai trò vô cùng quan trọng đối với các công trình xây dựng nóichung và thủy lợi nõi riêng Nó quyết định đến quy mô, khả năng lim việc, nh ôn

định, giá thành xây dựng của công trình, Đặc biệt với công trình có quy mô lớn, như đập bê ing, yêu cầu về nễn lại cao hơn.

"Đập bể tổng được xây đựng tong điều kiện địa hình địacht đặc bi trọng thiứng suất biển dang trong đập va nén phức tạp Để đảm bảo ổn định công trình, hệ nén =công trình phải đảm bảo điều ign an toàn về sức chịu tải Nin đi có đặc điểm cơ bản là

tinh nứt né, phong hoá, chứa nước và chịu tác dụng của trường ứng sắt ban đầu Việc

xây đơng đập bê tông trên nén đã phong hoá thường rt khô khăn do vậy chỉ có thé xây

dựng các đập có cột nước thấp.

Dap bê tông có thé bị phá hoại trượt theo mặt tiếp xúc giữa nền đá và đập Đó

là đo các hệ khe mit trong khối đá, các khe nứt đã hình thành nên những một yếu gãy

khúc, tạo điều kiện thuận lợi cho trượt

“rên quan điểm cơ học mai trường in tụ, đ là môi trường đặc big: trong đã luôn tồn tại sự nứt nẻ, Đó chính là một trong những nguy nhân chủ yếu làm cho mỗi trường đá trở nên đa dạng phúc tgp Nó có thé làm cho khối đá thay đổi từ mỗi

trường giả liên tục sang môi tường gián đoạn, từ giả đồng nhất sung môi trường bắtđồng nhất, giả đẳng hướng sang dị hướng, từ môi trường bền vững sang kém bền

vũng Do đó việc nghiên cứu đặc điểm nỀn đá phong hoá với công tình dip bê tông

là hết sức quan trọng.

12 CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA NÊN

[Nén đập là đá phong hoá với công trình dip bé tông nên hai vấn đề cin đượcđánh giá là cường độ chịu lực và tính thắm nước

"Đã được chiara hình timg dang khác nhau tuỷ thuộc vào

~ Sức chẳng nén tức thời một trục ở trang thải no nước Ry:

~Binữa cũng R,=50

‘no nước và ở trang thải hong khô);

- Hệ số hoá mềm Kạ (t số giữa súc chống nén tứ thổi một trục ở tạng thấi

- Độ phong hoá Ky:

“Theo tg chuẩn Vigt Nam, mức độ phong hoá của đá được đánh gi bởi hệ số

phong hoá là ty số giữa khối lượng thể tích khô cua đá phong hoá đang xét và khối

lượng thể tích khô của đã chưa phong hod Phụ thuộc vào hệ số phong hod và hệ số khe

rng thể ích, đá được chia làm 4 mức độ phong hoá: đá chưa phong hoá, đá phong hoá

nh, đá phong hoá vừa và đã phong hoá mạnh.

Bang 1-3: Phân loại đá theo mức độ phong hoá của Việt Nam

Mức độ phong hoá THE số phong hoá, Ky,* | Hệ số khe rồng, Kạ,°*

Phong hoá mạnh (đá mác nơ) Ke <8 <

đã nằm thành từng đồng vụn rời

Phong hoi: đã năm thành me) eK cao bes

đảm bị nit né “ee

Phong hoá nhẹ: để wim thành, y 5 oy oy 9 mà

từng tang, không bị địch chuyén| ” `”

Không phong hoá: đá nằm Ks=to a

thành từng khối liên tye

+ Kg = 2 rong đột Your yạlà các khối ượng th tích khô của đã phong hoá đăng

xét và khối lượng thé tích khô của đá không phong hoá.

t,

Dã

"Kir : tong đ Vi, Tổng th ích của các khe rng trong th ích khối dV.

Đánh giá theo độ phong hoá Kyy bằng cách so sánh trọng lượng thé tích của

mẫu đã đã bị phong hoá ở điều kiện tự nhiên với trọng lượng thể tích của mẫu đá chưa bị phong hoá (nguyên khối)

13 TINH HÌNH XÂY DỰNG DAP BE TONG TRONG LỰC TREN THE GIỚI

“Cách diy 4000 năm ở Trung Quốc, Ai Cập đã bắt đầu xuất hiện những công

trình Thủy lợi Đập được xây dựng đầu tiên là đập xây dựng trên sông Nile cao 15m,

dài 450m có cốt là đá đổ đất sét

Nước có nhiều đập nhất trên thé giới là Trung Quốc với 22.000 đập, chiếm

% số đập trên thể giới Ding thứ hai là Mỹ có 6.575 đập Đứng hãng thứ ba là An

4

Độ có 4291 đập, sau đó là Nhật Bản với 2.675 dip, tiếp đến là Tây Ban Nha có

1.196 đập Việt Nam có gần 500 đập đứng thứ 16 trong số các nước có nhi đập caonhất th giới

Bang 1-4: Bằng thốn i lượng đập của các châu lục

TT “Tên châu lục Số lượng THe

1 Châu A 31.34 | Chiém 69,

2 | Bắc + Tring Mp 801 | Chiếm 17.8%

3 |TâyÂu 4.227 | Chiém 9,49%

4 | Ding Aw 1203 | Chiếm 2.7

5 — | Châu Phi 12 | Chiếm 2.6%

6 | Châu Đại Dương 371 Chiếm 1.2%

Theo thống ké về thể loại đập của ICOLD-1986 cho thấy 78% la đập dit, đập

đã đỗ là 5%, đập bê tông trọng lực 12%, đập vòm chỉ có 4%, Trong sổ c

chiều cao hơn 100m thi tỉnh hình lại khác, 30% là dip đất, 38% là đập bé tô

đập có

21.5% là đập vòm Như vậy, trong số đập cao hơn 100m thi ti lệ đập bê tông và đập

vòm chiếm ưu thể

Bang 1-5: Bảng thing kê đập bê tong cao nhất th thái

re TH ẾP TC "| NHỆmHỦ aia

2 | Urayma Nhật 156 1,86 1995

II | Déng Nai 4 "Việt Nam 129 1,40 2008

14 |Suofemving |TrungQuốc | 122 074 2003

1.4 TINH HÌNH XÂY DUNG DAP BÊ TONG TRỌNG LỰC 6 VIỆT NAM

“Thời kỳ trước những năm 30 của thé kỹ 20, ở nước ta đã xuất hiện một số đập

bê tông trọng lực nhưng mới chỉ là những đập thấp có chiều cao khoảng Sm đến10m, chưa có những đập lớn Các đập có kết cấu đơn giản thi công nhanh bing thủcông, kỹ thuật không phức tạp ngoại trà đập Đồng Cam, tỉnh Phú Yên do đặc điểm.thủy văn của sông Đà Ring Phin lớn công việc từ thiết kế, chỉ đạo thi công là do các

kỳ sư Pháp thực hiện Xi măng nhập từ châu Âu, cấp phỏi bê tông chủ yếu dựa vào

các kết quả nghiên cứu của nước ngoài, chưa có những giải pháp và công nghệ phủ, hợp với Việt Nam.

“Giai đoạn từ năm 1930 đến năm 1945 người Pháp tếp tục xây dựng ở nước tamột số đập bê tông trọng lực như đập ding Dé Lương, Nghệ An làm nhiệm vụ cấp,nước tưới, đập Diy ở Hà Tây có nhiệm vụ phân lũ, một số đập ding nhỏ khác như

đập dâng An Trach ở Quảng Nam, đập ding Cim Ly ở Quảng Bình.

Bang 1-6: Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam

(Giai đoạn trước năm 1945)

TT | Tênđập ia điểm xây dựng | Nămxây dựng | Kếtcấu

1 | Chu Som Sông Thương - Bắc Giang 192 — | Being

2 | Liễu Sơn Sông Phó Đây 1914-1917 | Bêtông

3 |BấiThượng — | Sông Chu -ThanhHón 1920 — | Bêtông

4 [Thác Hudng [Sing Ciu-Thii Neuyén | 1922-1920 | Bêtông

3 [Bong Cam |SôngĐàRàng-PhúYên | 19251929 | Berne

6 |ĐôLương — |SôngCả-NghệAn 19341987 | BE ting 7_ | Đập Diy Sông Dây - Hà Tây 1934-1937 _| Bètông

Giai đoạn từ năm 1945 đến năm 1975, dit nước có chiến tranh nên việc tậptrung đầu tu xây dung các công trình thủy lợi lớn bị hạn chế Trong thời ki nay chưa

có đập bê tông trong lực cao nhưng cũng đã xây dựng một số đập tràn thấp như đập,

tràn thủy điện Thác Bà, đập tràn thủy điện Cắm Sơn, Da Nhim 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

Từ năm 1975 đến nay, nước ta bước vào sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa nên các công trình thủy lợi, thủy điện được xây dựng khắp cả nước và đập bê tông cũng trở nên khá phổ biển với quy mô và hình thức ngày cảng phong phú Đầu

mỗi các công trình thủy lợi, hủy điện như: PleiKrong, Sẽ San 3 và Sé San 4, Bản Vẽ,

“Thạch Nham, Tân Giang, Lòng Sông và đập trin ở các đầu mỗi thủy điện Hòa

Bình, Tuyên quang là những đập bê tông với khối lượng hàng triệu m* bê tông,

chigu cao dip từ 70-138m, Việt Nam đã và dang sử dụng thành công ki thuật va công

nghệ hiện đại để xây dựng các đập bê tông trong lực có quy mô cả về chiễu cao và

khối lượng b lông ngày một lớn.

Một trong những kỹ thuật và công nghệ mới xây dựng đập Việt Nam đang áp.

dụng thành công hiện nay là đập bê tông dim lăn

r ‘Nam dự kiến

STT Ten đập Địa điểm Chiều cao | Nam au VI

1 TA Vương Quảng Nam T0 2008

2 | Bắc Hà Lio Cai 100 2008

3_| Ban Chất T0

-4 [Bin Về 138 2010 5_ Binh Điện 75 2007-2008

12 | Huội Quảng Sơn La - 2012

13 Lái Châu Lai Châu,

-14 | Nam Chiến Sơn La 130 2013

15 | Pleikrong Kon Tum T5

-16 Sẽ San4 Gia Lai số 2007-2008

17 |SơnLa Sơn La 138 2009

18 | Sông Bung 2 Quảng Ngãi 95 2010-2012

19 Ì Sông Con 2 Quảng Nam 50 2010

20 | Sông Trinh 2 Quảng Ngãi 100 2010

21 | Thượng Kon Tum | Kon Tum = 2009

2 ) ‘Thanh Hóa 85 201

1.5 KET LUẬN CHƯƠNG 1

'Từ những phân tích ở trên ta nhân thấy:

1) Nước ta đang bước vào thời kỳ phát triển vì vậy hoạt động đầu tư xây dung

tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ Đặc biệt là các đự ấn thủy lợi, thủy điện được

đầu tr xây dựng ngày cảng lớn về số lượng, quy m6 và mức độ phức tạp.

2) Xu hướng xây dựng đập bé tông trong các dự án thủy lợi, (hủy điện ngày một tăng lên,

a im được nơi có địa chất tốt như nễn đá gốc không đút gẫy, không phong hóa là rit khỏ.

Do đó cần phải nghiên cứu, tính toán mặt cắt đập dam bảo được điều kiện ổn

Chương 2

LÝ LUẬN CƠ BAN VE THIẾT KE MAT CAT DAP

2.1, DAC DIEM LAM VIỆC CUA DAP BE TONG TRỌNG LỰC

Đập là loại kết cầu chịu áp lực cội inước cao vì vậy nó cần 6 cấu lạo phù hop

để dip ứng cả về mặt chống thắm và chịu lực Mat khác né chịu tée động tương tác

giữa đập với nền nên sự làm việc của đập tương đối phức tạp Để đảm bao an toàn

cũng như thỏa mãn các điều kiện kinh t thi đòi hỏi phải hiểu rỡ được đặc điểm lâmviệc của từng loại đập để tính toán thiết kế và kết hợp với kỹ thuật xây dựng cao

Đặc dim làm việc của đập bê tông trong lực

+ Đập bê tông trong lực là loại đập có khối lượng bê tông lớn Đập duy trì ồn

định nhờ trọng lượng bản thân và độ bén chủ yếu theo khả năng chịu nén của bê

tông

+ Đập bê tông là loại đập có thé sử đụng tran nước và không trin nước.

+ So với dip vật liệu địa phương, đập bé tổng trọng lực có cũng chiều cao yêu

cầu chất lượng nền cao hơn

+ Đập bê tông trọng lực có thể xây dựng trên nn đá và nền không phải là đá

+ Thị công bằng công nghệ bê tông ướt và bê tông dim nén (bê tông dm lan).+ Đập làm việc như một kết cấu chịu nén lệch tâm theo hai chiều Khi hồ đầy

nước lệch tâm về phia hạ lưu, hé không cỏ nước lệch tâm vẻ phía thượng lưu.

2.2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN MAT CAT

Ban đầu mặt cắt đập bê tông trong lực được thiết kế dạng hình thang hoặc hìnhchữ nhật, sau nay do tiến bộ kỹ thuật các đập đã được thiết kế dạng hình cong hoặc

da giúc, Các nghiên cứu cải tiến mặt cắt đập bê tông trọng lực không ngừng phát

triển Mục tiêu của nghiên cứu là nâng cao an toàn và giảm khối lượng xây dựng đập.

Hinh dang mặt cắt thực tế đập bê tông trọng lực tương

cir cũng như các tính toán tiết kể, các mặt ct đập được quy về dang mặ ct tính

da dạng Trong các nghiên

toán Mặt cắt được dung phổ biển nhất trong nghiên cứu là mặt cắt dang tam giác,

Cơ sở lý luận để tính toán mặt cắt đập là dựa trên các điều kiện

2.2.1, Điều kiện én định

Đập phải dim bảo điều kiện ôn định chống trược

KI2Ky oy Trong đó

K,- _ hệ số an toàn dn định chống trượt

XK hệ số an oàn dn định cho phép, phụ thuộc vào cắp của đập và tổ hợp ti

trọng, xác định theo tiêu chuẩn hiện hành, Khi inh đập theo trạng thai giới hạn, trị số K,„ có thể xác định theo công, thức:

Kgs 22)

“Trong đó;

ni - hệ số tổ hợp tai trong; n, = 1,0 với tổ hợp tải trọng cơ bản; n, = 0,9 với tổ

hop ải trong đặc biệt và n, = 0.95 với tổ hợp tải trọng thi công, sửa chit:

k, - hệ số tin cậy, phụ thuộc vào cấp công trình, tra theo tiêu chuẩn hiện hành;

m- hệ số điều kiện lam việc Đôi với đập bé tông trọng lục trên nên đã, tr sốmấy như sau:

+ Khi mặt trượt đi qua các khe nứt trong đá nền: m= 1,0,

+ Khi mat trượt di qua mặt tiếp xúc giữa bể tông và đã hoặc di trong đãnên có một phần qua các khe nứt, một phần qua đá nguyên khốim = 0,95,

122. lều kiện cường độ

Ứng suất nén lớn nhất ở mép đập không được vượt quá khả năng chịu nén của vật liệu hoặc của nn

Ny sR, 23)

“Trong đó: R, - cường độ chịu nén tinh toán của vật liệu hoặc nên.

- Tại mép đập, đặc biệt ở mép thượng lưu khi hỗ diy nước không cho phép phát

sinh ứng suất kéo

N;>0 (2-4)

Trong đó: N’ - ứng suất chính nhỏ nhắt tại biên thượng lưu đập (ứng suất nén mang,

dấu đương, còn ứng suất kéo mang dầu im),

“rong những điều kiện nhất định, cho phép phát sinh ứng suất kéo, nung trị

số tuyệt đối của nó không được vượt quá cường độ chịu kéo của vật liệu hay nền:

jen @5)

“rong dé: Ry cường độ chịu kéo tinh toán của vật liệu hay nỄn

2.23 Điều kiện kinh tế

~ Mặt cắt đập phải có diện tích nhỏ nhất sau khi đã thỏa mãn 2 điều kiện trên

Để thỏa mãn yêu cầu nêu trên, khi thiết kế mặt cắt ngang đập thường tiễn hành

theo 2 giai đoạn:

1) Giai đoạn xác định mặt cắt cơ bản: dựa vio các yêu cầu én định, ứng suất, kinh tế n hành tính toán chọn mặt 0 bản của đập,

2) Giai đoạn xác định mặt cắt thực dụng: theo các yêu cầu về sử dụng như giao

thông, din tháo nước, kiểm tra, sửa chữa mi bổ trí thêm các phần cấu tạo định

đập, các đường ống tháo, léy nước trong thân đập, hệ thống đường him và hành lang,

trong thân đập, bộ phận nối tiếp với hạ lưu của đập tràn

3) Sau khi đã tu chỉnh, thêm bớt các bộ phận trên đập, cd tiền hành tính toán

dn định và phân tích ứng suất tương ứng với sơ đồ bổ tí vật liệu để kiểm tra điềukiện bền của đập

2.3 ANH HƯỚNG CUA NEN ĐÁ PHONG HÓA DEN MAT CAT DAP

Nếu cùng có tiết điện như nhau thi đập bê tông trên nén đá phong hóa sẽ kém

dn định so với đập bê tông trên nền đã tốt vi hệ số ma sit của bé tông trên nền đá

phong hóa nhỏ hơn hệ số ma sát của bê tông trên nén đá tốt từ I,5 đến 4 lẫn Do đó,

trong trường hợp này để dim bão tính én định chống trượt của đập cần phải ting lựcthing đứng để làm ting lưc ma sắt trên nền công trình nhằm chống lại lực dy trượt.Nhung việc gia tăng tải trọng truyền qua đáy đập xuống nền lại gây phát sinh nhữngứng suất không cho phép trong nền gây biển dạng nén đập Vì vậy để tránh sự biển

dạng của nền cần phải làm giảm áp lực đơn vị trên nền đất bằng cách kéo dải tiết

diện của đập theo phương đồng cháy Điều đồ có thể thực hiện bằng cách ting chiều

di day đập, Trong thực tế để kéo dài đấy đập người ta thường làm mái thượng lưu

nghiêng hay là làm cơng sơn như vậy sẽ lợi dụng được áp lực nước thẳng đứng tác

‘dung lên mái nghiên hay cơng sơn lim tăng thêm lực thẳng đứng, do đĩ cho phép.

giảm bớt được phần nào khối lượng bê tơng so với trường hợp đập cĩ mặt cắt thượng.

ưu thẳng đứng,

2.4 MOT SO DAP BE TONG TONG Ở VIET NAM XÂY DỰNG TREN NI

DA PHONG HĨA.

Hiện nay chung ta đang bước vào một thời kỳ xây dựng mà nguồn vật liệu tại

chỗ ngày cảng một hạn chế, mức độ cơng nghiệp hĩa và kỹ thuật xây dựng cơng

trình cũng ngày một phát triển Vì vậy xây dung các đập bê tơng trọng lực trong các

dr án thủy lợi, thủy điện cĩ xu hương ngày một tăng Do đĩ việc lựa chọn vị trí cĩ.

địa chất nền là đá gốc khơng phong hĩa ngày một khĩ khăn, Hiện nay cĩ rt nhỉ

dap đã được xây dựng ở Việt Nam trên nền đá phong hĩa đã và đang gĩp phần quan

trọng lực trong cơng cuộc xây dựng đất nước

Bang 2-1: Một số đập xây dựng trên nén đá phong hĩu ở Việt Nam

Quy mơ.

Tên cơng KẾC | Đặc điểm địa chất

Tr) cm | ĐHĐM HỌ B [L | cấu nền

(m) (m) | (m)

Đầu mỗi đập | Tuy 5 ver | Đ sẽ thach hệ số ma

1 | Đầu mi dip) TạChu | 95 11 | ss | BTCT |BAsat

— Đã phong hồn nốt nề

x | Đầu mỗi đập | Thấi loại bột sét kết nằm

Thác Huổng | Nguyên | GĨ #Š#11( 9L6 | BTCT Í ven kẹp nhạu trong đĩ

chủ yêu lả cát hạt mịn.Đập đầm vụng LH | NÊn để cất bột kết

3 [Pa pals] vena | 2 | 12 | ss | wre] Nm Oo

DA sét bột kết, cát kết

Trin xả ta xắm xanh, đá cĩ cấu

4 Ì Tnh oan, | Vĩnh Phúc | 85, 3x4 | 120 | BTCT | tạo phân lớp mong và

“hanh Lạnh bị phong hĩa hồn

tồn

Nén là tan tích của đã

gốc phong héa tạo

Trin xã lũ hồi pone

chứa nude} Binh Binh | lâ 3x3 | 120 | BTCT | thành, đổi cho cĩVan Hội dang đá gốc granit

nhung đã phong hĩa hồn tồn,

(H1: chiều cao đập; B: chiều rộng đây đập: L chiều dài trin mước)

25 TÍNH TOÁN MAT CẮT CƠ BAN THEO HAI DIEU KIỆN ON ĐỊNH VÀỨNG SUÁT

25.1 Cơ sử lý thuyết của bài toán xác inh mặt cắt đập cơ bản theo hai điều

4n định và ứng suất

3.5.1.1 Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ứng suất

Ứng suất theo phương thẳng đứng tác dung lên một mặt cắt ngang của đập cóthể xác định theo công tức lệch tắm,

Điện tích mặt tính toán, ở đây F=Bx1, B là chiều dài mặt tính toán tir biên

thượng lu đập đến biên hạ lưu đập:

lx?

16 dun chống uỗn của mặt cắt: W=

EM, ~ Tổng mô men của các lực ác dụng kể từ mặt cắt tính oán trở lên đốivới điểm giữa của mặt cắt đó

(2-8)

“Trong đó;

h~ Chiều cao mat cắt;

số, chọn theo kinh nghiệm (n<1);

tạ — Hệ số áp lực thắm con Ig sau màng chống thắm Hệ sa phụ thuộc vào

tính chất đá én, cấp công trình và loại tổ hop ta rong, theo tiêu chuẩn14TCN 56-88, tại màng chống thấm hệ số œ¡=(0,3+0,6)

14-11 — Trọng lượng riêng của nước và của vậ liệu đập

Từ biểu thức (2:7) và (28) thay vào công thức (6) ta xe định được ứng suất

theo phương thẳng đứng ở mép thượng lưu và hạ lưu đập.

Khối lượng công trình nhỏ nhất khi biểu thức trong căn của công thức (2-10)

đạt giá trì cực đại Lay đạo hàm của biểu thức đó theo n và cho bằng không ta được;

: an

2.5.1.2 Xác định chiều rộng đây đập theo điều kiện n định trượt

lên tối thiểu dé đảm bảo én định trượt của đập

K„= ee G12) Trong đó.

SP tổng các lực theo phương đứng tính từ mặt trượt trở lên:

DIT - tổng các lực ngang tác dung lên thân đập tính từ mật trượi trở lên;

fhe số ma sắt ở mặt tiếp xúc giữa đập và nên;

c¿ ~ hệ số an toàn ôn định cho phép;

“Theo TCVN 285-2002 quy định K.„ xác định theo trạng thái giới hạn thứ nhất,

tí số K„ thé xác định theo công thức:

tik

\Véi nền da có hệ số ma sit nhỏ thìchiễu rộng day đập theo điều kiện ôn định sẽ

lớn hơn nhiều so với điều kiện điều kiện ứng suất Khi đó nên chọn n thiên lớn nhằm.

lợi dung trọng lượng khối nước trên mái để tăng ổn định cho đập Tuy nhiên, mái

thượng lưu quá thoải sẽ không có lợi cho việc không chế ứng suất kéo ở mép thượng.

ứng suất va điều kiện én địnhlưu đập, Ta có th tim tị số n vữa thỏa mãn

trên cơ sở cân bằng hai phương trình (2-10) và (2-14) Biến đổi phương trình này ta được.

“egal Kh ca) te): ni)

Xét một đoạn đập iéu dai đơn vị (Im) tiết điện ngang là hình tam giác

ABC, chiều cao Hy, chiều rộng B, ình chiếu của mái thượng lưu là n, của mãi hạ

lưu la (1-n), trong đó n<1 Ở đây ta xét mực nước thượng lưu ngang đỉnh đập, hạ lưu.

không có nước Các lực tác dụng lên đoạn dập bao gdm: trong lượng bản than công

trình G, áp lực nước nằm ngang và thing đứng &

18

dung lên mái thượng lưu đập là

W,, W2, áp lực thắm dưới đáy đập là Wy) Sơ đồ tính toán hình (2-1)

Dựa vio các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành, thực tế các công trình đã xây dựng

và theo kinh nghiệm, với mỗi công trình cụ th ta có thé chọn được các giá tỉ của f, [kK] ị Dữ liệu đưa vào bài toán như trong bảng "Bảng 2

xem phản "2 1

2°, cơ sở tinh toán.

‘Bang 2-2: Dữ liệu tinh toán chiều rộng đáp đập (B)

TT Thong số Kýhiu | PO | id teh Ghi chú

1 | Chiều cao đập tinh toán | HI; H2;H3 | om | 35; 40; 45

Trọng lượng riéng của |

TT Thong số Kýhiệu | PO Giá trị Ghi chú

Chon theo kinh

6 | Hệ số mái thượng lưu a 02 |nghiệmthực tế

công tình

Hệ số ấp lực thấm còn Tương ứng với

7 jlạí sau ming chống| - ơ 05 | Khoan phụ trúng

1) Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau

tết quả tính B theo hai điều kiện 6 định và ứng suất

35 40 45

t 045| 050 0,55] 045) 0,50] 055, 045] 050, 0.55 Bia (m) | 370| 333, 303| 423, 381] 346) 476| 429, 390

HO eyTOT omMooo

‘QUAN HEf VA B THEO DIEU KIEN ON ĐỊNH VA UNG SUAT

2) Nhận xét: Từ kết qua tinh toán, rút ra một số nhận xét sau:

+ VỀ mặt ứng suất, hạn ch khi sơ bộ tính toán mặt cắt đập theo Sức bền vật

liệu chỉ tính toán ứng suất ơ, tại mép biên thượng lưu mà không sét đến ảnh hưởng của nền đến ứng suit phân bổ trong thân đập, theo phương pháp Sức bền vật liệu khi

6, = thì đập lim việc an toàn Nhưng trong các trường hop tinh tn ở trên la nhận

thấy khi trị số f cảng nhỏ thi tỷ số giữa BạB,„ cảng lớn, tý số đó không phụ thuộc.vào chiều cao dip Với f= 0,45 + 0,55 thì chiều rộng diy đập theo điều kiện én định

(Biu) lớn gấp 1,2 đến 1.4 lần chiều rộng đầy đập theo ứng sắt (B,.) Nếu lấy mặt cắt

ấn định lim cơ sở để sông trình thi ứng suất đập là rit nhỏ không theo

+ Với đập có chiễu cao (HI~4Sm): Thì chiều rộng đầy đập (Bạ,) khi f=0,45 lớn

hơn 8,6% so với chiều rộng diy đập (B,¿) khi f=0,55

« Tir đó nhận thay khi chiều cao đập (Hạ) cảng lớn, hệ số ma sát của nén (f)

nhỏ thi chiều rộng đáy đập theo điều kiện én định (By) cảng khống chế mặt cắt ngang của đập

2.6 KET LUẬN CHƯƠNG 2

Phuong pháp xác định mat eit cơ bản như đã trình bay ở trên, VỀ mặt ứng suit

dựa trên bài toán sức bên vật liệu, nghĩa là xem đập gin vào nền đá và tính ứng suất

thing đứng (o,) theo bài oán nén lệch tầm, Kết quả tỉnh toán không phụ thuộc vào

mô đuyn biển dang của nên vì vậy phương pháp này chỉ mang tính chất sơ bộ Cin

phải tính toán kiểm tra ứng suất đập bê tông trọng lực bằng các phương pháp có độ

chỉnh xác cao hơn (chỉ tiết sẽ được nêu trong chương 3)

Chương 3

'CƠ SỞ LÝ THUYẾT CUA CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH UNG SUAT

'TRONG DAP BÊ TONG TRONG LỰC

3.1 NỘI DUNG TÍNH TOÁN

“Tính toán ứng suất trong thân đập bê tông trọng lực là nhằm xác định trị số,phương chiều và sự phân bổ của các ứng suất dưới tác dụng của ngoại lực biến dạng

của nên, sự thay đối của nhiệt độ, biện pháp thi công Trên cơ sở các kết quả tính

toán được tién hành kiém tra khả năng chịu lực của vật liệu, từ đó phân vùng đệp để

sử dụng các mác bê tông khác nhau, phủ hợp với điều kiện chịu lực từng ving,

Nhằm đảm bảo điều kiện kinh tế, kỳ thuật cho công trình Các bước tính toán cụ thé

+ _ Kiến ta theo đều Miện ứng suấtở biên thượng lưu, hạ lơ của đập

+ Kid ra theo điều liện ứng suất ở bên trong thân đập,

« Ve đường đẳng ứng suất để phân vàng sử dạng vật liêu cho thích hợp,

© Về đường qui đạo ứng suất chính, dựa vào đường này để bỏ trí mặt khe thi

công, các đường ống đặt trong thân đập

© Tỉnh các ứng suất tập trang cục bộ xuất hiện quanh các đường him, lễ

Khost trong thân đập và bổ trí đặt thép chịu lực cho riêng khu vực mày

«— Nghiên cứu các nhân Í ảnh hưởng đến ứng suất đập như biến dang nén,

lực thắm, nhiệt độ, phân đoạn thi công

3.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH

3.2.1 Phương trình cân bằng tĩnh Navier

Ngoài các ứng sui tác dụng trên mặt của phân tổ còn cổ lực thể ch với các

thình phần hình hiến của nó én ác trụ toa độ là X,Y, Z tác đụng lên pha tổ nữa

“Trên mặt x và trên mặt (x+dx) có các thành phần ứng suất là:

ROY tước y2) TxA Y 2)

Ø,(x‡dk, y, x), tợ(xedk yo 2) tợGkrdk y, 2)

Ding khai tiễn Taylor và b qua các võ cũng bé ph tử bộc cao ta được

`"

“Tương tự đối với ác thành phin ứng suit khác được các thinh phần ứng suất

trên các mặt của phân tố (Xem hình vẽ 3-1).

Hình 3-1 Ung suất trên các mặt phân tổKhi đó phương trình cân bằng tĩnh Navier là phương trình lig giữa các

yy =0 @-)

ø

Trong đó:

+ 04.05 uu, Sys i c thành phần ứng suất củn phân tổ,

+X, Y, Z là các thành phần của lực thể tích đơn vị theo các phương của toạ

Hoặc có thể viết đưới dạng ma tận:

E aos T9 TM

ROS eg,

3.2.2 Phương trình hình học Cauchy

Phương trình hình hoc Cauchy là phương trình liên hệ giữa các thành phần biến

dạng và chuyển vị với giả thiết biến dạng nhỏ Có 6 liên hệ đặc trưng như sau

Với u, v, w là các chuy mi

3.2.3 Điều kiện tương thích về biến dạng - Phương trình Saint Venant

Chuyển vị tai một điểm được xác định bằng 3 thành phin: u, v, ws còn biến

dang được xác định bằng 6 thành phần: =, tay tho Yas từ (53) thấy rằng nubiết 3 thành phin chuyển vị u, v, w thi hoàn toàn xác định được 6 thành phần biển

dang 6v, ey “Yay Yor: You vÌ chúng là đạo hàm bậc nhất

Ors

24)

Phương tình này có ÿ nghĩa khi vật biển dạng thi các phân tổ cũng biến dang nhưng các biển dang này không phải là tuy ý ma phải rùng buộc với nhau

3.2.4 Quan hệ giữa ứng suất - Bién dạng - Định luật R.Hooke

Trong trường hợp bai toán 3 chiều (trường hợp chịu lực tổng quit) ta có các

biểu thức liên hệ giữa ứng suất và biển dạng như sau:

G5)

Trong đó

E là mô dun din hồi

.v là hệ số biến dạng ngang của vật liệu (hay hệ số Poisson)

G li mô dun din hỗ khi trượt

fe}=[D] to}

“Trong đó;

(e‡ là véc tơ biến dạng, {o} là véc tơ ứng suất

1 Ũ

Các biểu thức trên cho ta liên hệ giữa ứng suất và biển dang thông qua các hi

xố đàn hồi của vật liệu có nghĩa là bằng công thức (3-5) ta có thé tính được bién dang

khi da biết các ứng suất

33, LỰA CHỌN PHƯƠNG PHAP GIẢI BÀI TOÁN ỨNG SUAT

3 1 Các phương pháp tinh ứng suất đập bê tông trong lực

Hiện nay, để giải quyết bai toán ứng suất, biển dạng có rat nhiều phương pháp.

nghiên cứu như: phương pháp sức bén vật liệu, phương pháp lý thuyết din hphương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phin từ hữu hạn Nồi chung cácphương pháp này là đều phải giái các phương trình cơ bản trên và giả thiết: Vật liệu

là môi trường liên tục, đồng nhất, đẳng hướng.

3.3.1.1 Phương pháp sức bén vật liệu

Là phương pháp phân tích trong lực hoặc phương pháp phân tích tuyến tinh,

Phương pháp Sức bên vật liệu được coi lä phương pháp tính toán cơ bản, nó không

chỉ tinh được ứng suất tại mép đập mà cho biết cả quy luật phân bổ ứng suất trong

thân đập

Giả thiết của phương pháp này là xem sự phân bố ứng suất pháp (ơ,) trên mặt

phẳng nằm ngang theo quy luật đường thẳng và trị số của nó tại các biên đập được.

xắc định theo công thức nén lệch tim.

1) Sơ đồ tính toán

Giả sử xét một đoạn dip có chiều đài đơn vị (Im) tết diện ngang là hình tam

giác Hình (3-2)

Cac lực tác dụng lên đập bao gồm:

- Trong lượng bản thân công tinh: G

~ Ap lực nước thượng và hạ lưu: W,, W2,Ws, We

+ Lure quản tinh động đất của công tinh Fy

+ Ap lực nước tăng thêm khí động dat Wa

+ Ấp lực bùn cất tăng thêm khi động đắt Ws

"Hình 3-2: Sơ đồ các lự tác dung lên đập

2) Xúc định ứng suất ti mép biên.

+ Ứng suất pháp trên mặt phẳng nằm ngang

‘Sir dụng công thức nén lệch tâm của lý thuyết sức bén vật liệu:

"`

Trong đó:

img suit pháp trên mặt phẳng nằm ngang Ở đây và các biên tiếp

theo ký hiệu 1 dấu phẩy là đành cho biên thượng lưu; 2 đầu phẩy là dành cho biên hạ lưu;

EP ~ Tổng hợp các lực thing đứng kể từ mặt tính toán trở lên (trường.

hợp mặt tính toán ở sát nền thì EP phải kể đến cả lực diy nổi do

thấm và áp lực thuy tĩnh);

F — Diện tích mặt tính toán, ở đây F=Bx1, B là chiều dài mặt tính toán tirbign thượng he đập đến biên hạ lưu đập;

W M6 dun chống uốn của mặt cắt: W=- w

EM, ~ Tổng mô men của các lự tác dụng kể từ mặt cit tinh toán trở

lên đối với điểm giữa của mặt cắt đó Khi quy định chiễu dương

của M quay thuận chiều kim đồng hỗ và trong mật cắt, biên thượng.

lu ở bên ri, biển hạ lưu ở bên phi thi trong công thức (38), dầu

— ấp dụng cho 0," và đấu + cho øy”.

+ Ứng suất cất ụ, tai biển (sau đây viết tt là x

- Tại biên thượng lưu:

“= G9)

- Tại biên hạ lưu

vy" cơm, @-10)

“Trong đó.

- trọng lượng riêng của nước;

y= chiều sâu nước ở thượng lưu tinh đến mặt cắt tính toán;

y chiều sâu nước ở hạ lưu tính đến mặt cắt tính toán;

6,', 6,” theo kết quả xác định ở mục trên;

im), my tương ứng là i đập thượng, hạ lưu,

Voi liệu dị, œ; như trên hình (2-5) thì: m

Hình 3-3: Sơ đồ xác định các loại ứng suất ở biên

+ Ứng suất pháp trên bin.

~ Biên thượng lưu:

Dua vào sơ đồ lục lên phân tổ biên ở hình (3-4), xác định được:

- Tại biên thượng lưu:

ú ¬

“ 3

Toe xa]

@ )

Hinh 3-4: Sơ đồ xác định ứng suất chính ở biên

4 Biên thượng lưu; b Biên hạ lưu + Ung suất cắt chink:

( 1g suất cất chính tại 1 điểm là trị số ứng suất cắt lớn nhất tại điểm đó Theo

G19)

Co thể bié điễn quan hệ giữa các thành phan ứng suất tại một thời điểm bằng,

sơ đồ vòng Mo ứng suất như trên hình (35)

Hinh 3-5: Sơ dé ving trồn Mo ứng suất tụi 1 điễm

Có thể tính gần đúng các đạo hàm trong công thức (322) như sau

oy de AM C4) AM @-23)

Trong đó: a,` by" ey" li các tham số của biểu thức + tại mặt eit lân cận phia

trên mặt cắt đang xét (hai mặt cắt cách nhau một khoán Ay),

ï ơi phân bổ tuyến tínhĐối với các đập thấp, để đơn giản tinh toán, có thể