bài giảng phân tích ảnh hưởng của động đất ở công trình thủy lợi

§ Một số khái niệm- địa chấn học: là một khoa học về động đất, được phát triển với mong muốn hiểu được cấu trúc bên trong và chuyển động tương ứng của trái đất, đặc biệt khi có hiện tượn

Trang 1

MÔN HỌC: CƠ SỞ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN PHƯƠNG DUNG

TẬP BÀI GIẢNG CAO HỌC

THUYLOI UNIVERSITY

DIVISION OF HYDRAULIC STRUCTURES

Trang 2

THUYLOI UNIVERSITY

DIVISION OF HYDRAULIC STRUCTURES

TẬP BÀI GIẢNG CAO HỌC

LEARNING OUTCOME

- Hiểu về động đất;

- Cơ chế hình thành và ảnh hưởng;

- Quan điểm trong thiết kế công trình chịu động đất;

- Các thông số dùng cho tính toán.

Trang 4

TỔNG QUAN

Trang 5

- Cấp động đất thông qua các phương tiện truyền thông?

- Các công trình chịu ảnh hưởng của động đất?

- Đại lượng dùng cho tính toán?

- Quan điểm thiết kế kháng chấn công trình?

Trang 6

GIỚI THIỆU CHUNG - KHÁI NIỆM ĐỘNG ĐẤT

Trang 7

§ LỊCH SỬ ĐỘNG ĐẤT

- Ghi nhận về thiệt hại sau động đất đã được nhắc tới trong

tài liệu lịch sử từ năm 780 trước CN

- Động đất Kanto 1923: cường độ là 8,3 Richter

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VÀ KHÁI NIỆM

Trang 8

- Động đất sóng thần Tohoku 2011

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VÀ KHÁI NIỆM

Trang 10

4 September 2010 Mw 7.1 Darfield earthquake

FAULT SCARPS = ACCUMULATED REHISTORIC

SURFACE RUPTURES

Trang 11

14 Nov 2016 Mw 7.8 Kaikoura Earthquake

Up to 12 m lateral co-seismic displacement

Trang 12

FAULT SCARPS = ACCUMULATED

REHISTORIC SURFACE

RUPTURES

Trang 13

14 Nov 2016 Mw 7.8 Kaikoura Earthquake

Leader Fault Left lateral and reverse

of ~1.5-2m (approximately equal values of each) Woodchester

Station.

N-S trend

Trang 14

Trang 15

Trang 16

Trang 17

ACTIVE FAULTS = LOCATIONS WHERE LARGE

EARTHQUAKES WILL BE GENERATED IN THE FUTURE

Trang 18

ACTIVE FAULTS = LOCATIONS WHERE LARGE

EARTHQUAKES WILL BE GENERATED IN THE FUTURE

Guess

WHERE?

Trang 19

Tác giả Elgamal và nnk (1990) đã mô tả trạng thái sau động đất

và chuyển vị của đập La Villita ở Mexico sau khi trải qua 5 trận

động đất:

- (ngày 19 tháng 9 năm 1985) Đặc tính dẻo-đàn hồi đã được

khẳng định đối với đất bên trong đập với những gia tốc bất đối xứng ghi nhận tại các điểm quan trắc khác nhau đặt trên đập Điều đó có nghĩa là một vài điểm đỉnh trong phổ gia tốc đã bị

“cắt ngọn” do vật liệu thân đập trượt trên mặt lân cận của phổ

- Các tác giả sử dụng kỹ thuật tính toán chuyển vị đơn giản

(tương tự như mô hình khối trượt rắn) (Newmark 1965) để

phán đoán thành công chuyển vị có dạng mặt trượt cong và đánh giá sự tích lũy chuyển vị sau một vài trận động đất.

Chương: GIỚI THIỆU CHUNG VÀ KHÁI NIỆM

Trang 20

- Năm 1987 Đập Matahina ở New Zealand bị rung lắc mạnh

và biến dạng sau trận động đất Edgecumbe độ lớn M=6.7 diễn ra

- Hiện trạng động đất và chuyển vị được ghi lại sau đó (Finn

và nnk., 1994)

- tính toán sử dụng phần tử hữu hạn phi tuyến, TARA-3

(Finn và nnk., 1986) được ứng dụng để mô phỏng chuyển động của đập Matahina, trong đó có dùng các chỉ tiêu kỹ thuật được tiến hành rất chi tiết trong phòng thí nghiệm và tại hiện trường Chuyển vị của đập tương đối nhỏ (nhỏ

hơn 0,5m) nhưng những kết quả đem lại có ý nghĩa lớn

trong việc khẳng định khả năng tính toán với những trận động đất khác lớn hơn

Trang 21

§ Một số khái niệm

- địa chấn học: là một khoa học về động đất, được phát

triển với mong muốn hiểu được cấu trúc bên trong và chuyển động tương ứng của trái đất, đặc biệt khi có hiện tượng động đất

- Sự phá huỷ đột ngột các phần thạch quyển mà chủ yếu là

vỏ Trái đất sẽ gây ra chấn động lan truyền đi dưới dạng sóng đàn hồi (gọi là sóng địa chấn), đó là động đất

Trang 22

§ Một số khái niệm

- Chấn tiêu (focus, hypocenter) là vị trí trong thạch quyển,

nơi xảy ra sự phá huỷ và bức xạ các sóng địa chấn

- Hình chiếu theo phương thẳng đứng của chấn tiêu lên

mặt đất gọi là chấn tâm – hay tâm chấn (epicenter)

Trang 23

- Sóng-p mang đặc trưng như

sóng âm – chuyển động của

chất điểm song song với

phương truyền sóng

- Sóng-p truyền trong môi trường

rắn và lỏng

Trang 24

§3 SÓNG ĐỘNG ĐẤT

- Sóng-s (sóng thứ cấp –

secondary; sóng cắt – shear;

hoặc sóng ngang - transverse)

gây ra những biến dạng theo

phương ngang nơi nó đi qua s1

- Theo chiều chuyển động của

chất điểm, sóng-s được chia

thành 2 phần: SV-chuyển động

theo phương đứng và

SH-chuyển động theo phương

ngang s2

- Môi trường lỏng không có độ

kháng cắt nên không chịu ảnh

hưởng của sóng-s.

Trang 25

theo các lớp vỏ với biên độ

giảm rất nhanh theo độ sâu.

- Sóng-stoneley

Trang 26

hợp của sóng-p và sóng-SV trên bề

mặt trái đất, gây nên chuyển động

theo cả phương ngang và đứng.

điều kiện cụ thể có thể lan truyền

dọc theo ranh giới rắn-rắn.

Trang 27

kể tại ranh giới của lớp vỏ và tầng

manti (gồm cả manti trên và manti

dưới).

dưới; Nếu có lực tác dụng trong

thời gian ngắn (như các sóng

động đất), vật liệu ứng xử như

khối rắn; ngược khi tác dụng lực

lại “chảy” chậm như vật liệu lỏng.

không truyền sóng-s.

Trang 28

Tương quan về cấu tạo của trái đất

đó:

tăng khá nhanh theo độ sâu nên

quỹ đạo của sóng thường được

phản xạ lại lên bề mặt trái đất.

thấp hơn vận tốc sóng ở tầng

manti.

Trang 29

•Sự giảm độ bền chắc của đất nền dưới tác dụng dao động.

Trang 30

III Nền đất và sóng địa chấn:

Một số nhận xét cơ bản ban đầu:

•Dạng, biên độ, thời gian kéo dài của sóng địa chấn không chỉ bị ảnh hưởng bởi độ lớn và khoảng cách chấn tiêu, mà còn bởi môi trường địa chất truyền sóng và đk cục bộ của khu vực

•Như việc chọn địa điểm XD cũng có thể đóng vai trò quan trọng trong thiết kế kháng chấn

•Có nhiều cách đánh giá sức mạnh ĐĐ (50 thang cấp) – phần độ lớn động đất

Trang 31

§ CẤU TRÚC BÊN TRONG CỦA TRÁI ĐẤT

dưới lục địa; khoảng 60-70km

dưới các dãy núi trẻ; khoảng

5km dưới đáy biển)

Trang 32

§ KIẾN TẠO MẢNG VÀ HIỆN TƯỢNG ĐỘNG ĐẤT

Trang 33

- Động đất phát sinh trong quá trình kiến tạo.

- động đất núi lửa

- động đất yếu khi sập hang động trong các vùng đá vôi.

Với quan điểm địa chấn công trình, quan tâm chủ yếu tới động đất kiến tạo, bởi:

- vì nó xảy ra ở mọi nơi.

- các chuyển động làm biến dạng vỏ Trái đất, có thể giải phóng

một năng lượng lớn, lặp lại thường xuyên và tác động trên một diện rộng

- Phần lớn động đất trên hành tinh, trong đó hầu như tất cả các

trận động đất mạnh, phá huỷ, là động đất kiến tạo.

Trang 34

Ba kiểu ranh giới mảng.

1-Quyển mềm; 2-Thạch quyển; 3-Điểm nóng; 4-Vỏ đại dương; 5-Mảng hút chìm; 6-Vỏ lục địa; 7-Đới tách giản trên lục địa; 8- Ranh giới hội tụ ; 9- Ranh giới phân kỳ ; 10- Ranh giới chuyển dạng ; 11-Núi lửa dạng khiên; 12-Sống núi giữa đại dương; 13-Ranh giới mảng hội tụ; 14-Núi lửa dạng

tầng; 15-Cung đảo núi lửa; 16-Mảng 17-Quyển mềm; 18-Rãnh đại dương

Trang 35

§ KIẾN TẠO MẢNG VÀ HIỆN TƯỢNG ĐỘNG ĐẤT

- Chuyển động của các mảng thạch quyển liên quan với các

quá trình hoá - lý và sự thay đổi chế độ nhiệt động bên trong Trái đất gây ra biến dạng chậm chạp nhưng mạnh

mẽ và phân dị của vỏ Trái đất

- Năng lượng tích luỹ được giải phóng và lan truyền ra

không gian xung quanh dưới dạng sóng đàn hồi

- Hai vành đai lớn nhất, tập trung tới 85% năng lượng

động đất toàn cầu, là vành đai Thái Bình Dương và vành đai Địa Trung Hải – Hymalaya

Trang 36

§ “ĐỘ LỚN” CỦA ĐỘNG ĐẤT

I Cấp và cường độ động đất

Cấp động đất là đại lượng biểu thị cường độ chấn động mà

nó gây ra trên mặt đất và được đánh giá qua mức độ tác động của nó đối với nhà cửa, công trình, mặt đất, đồ vật, con người

Cường độ hay cấp động đất cũng được hiểu là mức độ chuyển động cực mạnh của vỏ trái đất, không đồng nhất với khái niệm mức độ ảnh hưởng của động đất hay mức độ thiệt hại do động đất gây nên

Trang 37

- Thang cường độ động đất Rossi-Forel (RS) động đất từ

cấp I đến X

- Thang MMI (mức 1-12)

- Thang Shindo của cơ quan khí tượng học Nhật Bản (I-VII)

- Thang Medvedev-Spoonheuer-Karnik được sử dụng phổ

biến ở Châu Âu

Trang 38

Thang Shindo của cơ quan khí tượng học Nhật Bản (I-VII):

Trang 39

II Độ lớn động đất (magnitude)

- Độ lớn và cấp động đất là hai đại lượng khác nhau đặc

trưng cho sức mạnh và tác động của một trận động đất

- Độ lớn là đại lượng đặc trưng cho mức năng lượng mà

trận động đất phát ra và truyền ra không gian xung quanh dưới dạng sóng đàn hồi

Trang 40

- Năng lượng và độ lớn của động đất

Trang 42

§ “ĐỘ LỚN” CỦA ĐỘNG ĐẤT

1 Thang độ lớn (magnitude) động đất Richter ML

- độ lớn ML của một trận động đất là lo-ga-rit thập phân của

biên độ cực đại A đo bằng micron ghi được tại một điểm cách chấn tâm 100km bằng một địa chấn kế xoắn do H.O.Wood và J Anderson thiết kế

- Biểu thức tính toán:

- Thang ML tuy rất tiện ích nhưng không áp dụng được đối

với động đất xa và ghi nhận bằng các máy địa chấn khác

- Độ lớn theo thang Richter không phân biệt được các loại

sóng khác nhau

A

M = log

Trang 43

2 Độ lớn theo sóng mặt Ms

- Độ lớn sóng bề mặt MS dựa trên biên độ sóng-Reyleigh,

chu kỳ khoảng 20s

- Biểu thức tính toán: MS = logA20 - log Ao

A20 là biên độ dịch chuyển của nền đất trong pha cực đại của sóng mặt với chu kỳ 20 sec, Ao - biên độ cực đại của sóng trong động đất MS = 0;

Trang 44

3 Độ lớn theo sóng khối mb

- ở khoảng cách xa hơn 600km, sóng dọc P trực tiếp phân

biệt rõ ràng với các pha sóng khác và ghi nhận tốt trên máy địa chấn chuẩn quốc tế chu kỳ riêng xấp xỉ 1s

Biểu thức tính toán: mb = log(A/T) + Q(h, Δ)

A là biên độ dao động nền đất đo bằng μm, T là chu kỳ tương ứng đo bằng giây, Q(h, Δ) là hàm chuẩn phụ thuộc vào độ sâu chấn tiêu và khoảng cách chấn tâm

Trang 45

4 Độ lớn theo Moment Mw: đúng đắn nhất

- các thang độ lớn nói trên phụ thuộc rất nhiều vào tần số

của sóng, chúng có xu thế tiến đến một giới hạn mà từ đó

độ lớn của động đất không còn phân biệt được

- Ít thay đổi hơn là thang độ lớn theo moment địa chấn, gọi

là "độ lớn moment ", ký hiệu là Mw

Biểu thức tính toán: Mw = 2/3logMo - 10,7

địa chấn của động đất xác định bởi hệ thức Mo =  A D, trong đó μ là

quyển, A- diện tích mặt đứt đoạn trong chấn tiêu, D - biên độ dịch chuyển tương đối giữa hai cánh của mặt đứt gãy trong chấn tiêu.

Trang 46

§ “ĐỘ LỚN” CỦA ĐỘNG ĐẤT

5 Năng lượng và độ lớn của động đất

- Năng lượng được giải phóng trong trận động đất và

truyền ra không gian xung quanh dưới dạng sóng đàn hồi gọi là năng lượng động đất, ký hiệu là E

- Ít thay đổi hơn là thang độ lớn theo moment địa chấn, gọi

là "độ lớn moment ", ký hiệu là Mw

- Công thức thực nghiệm do Gutenberg và Richter thiết lập

được biết tới và sử dụng rộng rãi trong địa chấn học:

logE = 11,8 + 1,5MS

Trang 47

6 Kết luận:

- Chuyển động tương đối của các mảng làm cho lực ma sát

tại vị trí tiếp giáp giữa các lớp tăng lên Khi chuyển động, năng lượng tới hạn tích tụ trên vùng tiếp giáp Năng lượng này sẽ được giải phóng từ từ và liên tục hoặc đứt quãng,

→ đều gây nên động đất Cấp động đất được xác định qua năng lượng được giải phóng

- với mỗi dạng ranh giới mảng sẽ hình thành nên các khả

năng động đất khác nhau: ranh giới hội tụ có thể gây nên những trận động đất lớn

Trang 48

6 Kết luận:

- Cường độ động đất là tiêu chuẩn để đánh giá định tính

cấp độ động đất thông qua mức độ ảnh hưởng tại một khu vực trải qua động đất

- “Độ lớn động đất” là tiêu chuẩn đánh giá định lượng một

trận động đất Các thang độ lớn động đất đều dựa trên các thông số ghi lại đặc trưng chuyển động của lớp vỏ

- Các thang chia độ lớn đều là các hàm logarithm, do đó

thay đổi 1 cấp động đất có thể thay đổi 10n lần độ lớn thông số (có thể là mức độ chuyển động hoặc moment địa chấn)

Trang 54

BT:

Coi rằng sóng-p và sóng-s truyền trong lớp vỏ tương ứng với vận tốc là 6km/s và 3km/s Xác định vị trí tâm chấn (vĩ độ

và kinh độ) của tiêu chấn với các thông số như sau

8° 51′ 18″ N, 114° 39′ 18″ E tọa độ đảo đá Tiên Nữ thuộc Trường Sa Việt Nam

Trang 55

BT: Do sóng-p truyền nhanh hơn sóng-s, nó sẽ tới trạm quan trắc trước Độ lệch thời gian tới của sóng-p và sóng-s phụ thuộc vào tốc độ của sóng và khoảng cách từ chấn tiêu đến trạm quan sát

Đại lượng này được tính như sau:

s p

v v

t d

/ 1 /



Trang 56

§ HOẠT ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT TRÊN LÃNH THỔ VIỆT NAM

- Ghi nhận về các trận động đất lớn ở nước ta đã được

khẳng định trong lịch sử: từ năm 114-2003 có 1645 trận động đất từ 3 độ Richter trở lên

- Ở Hà Nội (động đất cấp 8) vào các năm:

Thiên gãy làm đôi.

Trang 57

trong lịch sử:

Động đất Điện Biên M6.8: Động đất xảy ra lúc 23 giờ 22' ngày

Động đất đã gây hư hại nặng nhà xây ở thành phố Điện Biên, Sơn La

dài tới 50 m.

Động đất Tuần Giáo M6.7 ngày 24/ 6/1983: Động đất xảy ra lúc

Châu) 11km về phía Đông Bắc, độ lớn (magnitude) MS = 6.7 ± 0.2.

Động đất Điện Biên M5.3 ngày 19-2-2001: Trận động đất Điện

Nam Oun (thuộc Lào) cách thị xã Điện Biên khoảng 15 km về phía tây, dưới độ sâu 12km Cường độ chấn động ở vùng chấn tâm, kéo dài chừng 20 km theo hướng bắc đông bắc-nam tây nam, có thể đạt tới cấp 7-8 (MSK), gây ra trượt lở đá trong núi, nhà sàn rung chuyển mạnh

Trang 58

Bản đồ chấn tâm động đất Việt nam và các vùng lân cận

Trang 59

Các hệ thống đứt gãy hoạt động và có khả năng phát sinh động đất

đã được xác định gồm có:

duyên hải (hệ thống các đứt Yên tử, Trung lương,Đường 18),

gãy duyên hải Trung bộ và Nam bộ (Thuận Hải - Minh Hải),

- Tông Lê Sáp, Lộc Ninh - Bà Rịa và đứt gãy Sơn Trà.

Các đới đứt gãy nói trên được xem là các đới có khả năng phát sinh động đất với cấp độ mạnh khác nhau và tần suất khác nhau.

Tiêu đề	Bài Giảng Phân Tích Ảnh Hưởng Của Động Đất Ở Công Trình Thủy Lợi
Người hướng dẫn	Nguyễn Phương Dung
Trường học	Thuyloi University
Chuyên ngành	Cơ Sở Thiết Kế Công Trình Chịu Động Đất
Thể loại	Tập Bài Giảng

Định dạng
Số trang	64
Dung lượng	6,85 MB