Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ứng xử của đập vật liệu địa phương dưới tác động của động vật

Tóm tắt : Nghiên cứu này đánh giá các tác động của động đất đến đập vật liệu địa phương bằng cách sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, cụ thể là áp dụng kết hợp phần mềm Seep/w và Quake/

GIỚI THIỆU CHUNG

ĐẶT VẤN ĐỀ

Đập vật liệu địa phương là một loại đập không tràn có nhiệm vụ dâng nước và giữ nước rất phổ biến, nó thường sử dụng các loại vật liệu đất, đá… có sẵn ở gần khu vực công trình để làm vật liệu đắp đập.Ngày nay, kinh tế ngày càng phát triển và nhu cầu dùng nước không ngừng tăng lên nên các đập ngăn nước được xây dựng ngày càng nhiều Do nhiều ưu điểm và lợi thế nên đập vật liệu địa phương càng được sử dụng nhiều hơn so với các loại đập khác như đập bêtông, đá xây Tuy tỷ lệ số lượng đập đất so với đập bêtông có khác nhau ở từng nước nhưng nói chung đập vật liệu địa phương vẫn chiếm tỷ lệ cao Đối với nước ta, đập đất - đá là loại công trình dâng nước phổ biến nhất khi xây dựng những hồ chứa bởi những ưu điểm về kỹ thuật, giá thành và sự có sẵn của các nguồn vật liệu đắp đập Có thể kể đến một số đập như sau:

B ả ng 1.1:Một số đập vật liệu địa phương đã được xây dựng ở Việt Nam[1]

Kết cấu đập làm bằng vật liệu địa phương cũng được sử dụng từ rất sớm và sử dụng rộng rãi trên thế giới Thống kê một số công trình đập lớn đã được xây dựng bằng vật liệu địa phương được trình bày trong bảng 1.2

B ả ng 1.2: Một số đập vật liệu địa phương cao trên 150 (m) đã được xây dựng trên thế giới [2]

Mặc dù là loại công trình được sử dụng nhiều ở việt nam, nhưng trong thiết kế cũng như xây dựng việc tính toán các phản ứng động lực học và ửng xử của đập vẫn chưa được quan tâm đúng mức Hầu hết việc đánh giá an toàn đập ở Việt Nam đều sử dụng phương pháp giả tĩnh, bằng cách thêm vào hệ số gia tốc theo phương ngang (hoặc thêm hệ số gia tốc theo phương đứng) để tính toán như với trường hợp đập chịu tĩnh lực.Theo nghiên cứu của Seed (1979) chỉ ra rằng, một số đập được thiết kế theo phương pháp giả tĩnh bị phá hủy bởi một trận động đất sau đó (bảng 1.3)

B ả ng 1.3:Kết quả tính bằng phương pháp giả tĩnh và hiện trạng đập sau khi chịu tác động của động đất của một số đập[3]

Hình 1.1: Mái thượng lưu đập Lower San Fernand (nam California,Mỹ) bị phá hủy do động đất (năm 1971).

TÍNH CẤP THIẾT, Ý NGHĨA THỰC TIỄN VÀ TÍNH KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay, số lượng đập vật liệu địa phương chiếm tỷ lệ lớn về số lượng đập ở Việt Nam Đồng thời, với đặc điểm trên lãnh thổ và lãnh hải Việt Nam tồn tại hệ thống đứt gãy hoạt động phức tạp, “khả năng xuất hiện động đất là thường xuyên xảy ra”[4].Nên việc nghiên cứu ảnh hưởng của động đất đến đập vật liệu địa phương là cấp thiết

Trước đây, hầu hết các đập vật liệu địa phương được tính toán theo phương pháp giả tĩnh cho trường hợp chịu tải trọng đặc biệt có động đất xảy ra Phương pháp này tuy tiện lợi và đơn giản nhưng vẫn tiềm ẩn những rủi ro Theo nghiên cứu của Seed (1979), có những công trình được tính toán bằng phương pháp giả tĩnh đạt được hệ số an toàn cho phép, nhưng khi xảy ra động đất thực sự thì đập bị phá hủy một phần hoặc gần như toàn bộ, gây hậu quả nghiêm trọng (bảng 1.1)

Chính vì vậy, đề tài “ỨNG XỬ CỦA ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT” với mục đích nghiên cứu ứng xử động lực học của đập vật liệu địa phương khi chịu tác động trực tiếp của một trận động đất Từ đó xem xét các phương án thiết kế, bố trí đập sao cho phù hợp, lựa chọn phương án tối ưu giảm thiểu tối đa ảnh hưởng bất lợi của động đất tới đập.

Nghiên cứu trong nước

- Lê Thị Phương Thuận, Phạm Văn Quốc “Nghiên cứu ổn định đập vật liệu địa phương chịu tác động đất”.Tác giả sử dụng phương pháp động lực học để tính động đất, phương pháp này dựa trên băng gia tốc thực đo cho việc tính toán sự ổn định của công trình.Trong nghiên cứu này, các tác giả tập trung vào việc phân tích ổn định mái dốc thượng – hạ lưu của đập tại các thời điểm khác nhau trong thời gian chịu tác động của động đất [5]

- Nguyễn Bỉnh Thìn, Huỳnh Bá Kỹ Thuật sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn nghiên cứu “Ảnh hưởng tải trọng động đất đến ổn định mái dốc đập vật liệu địa phương” Tác giả đã dùng phương pháp phần tử hữu hạn tính toán các loại đập vật liệu địa phương như: đập đá đổ bản mặt (CFRD); Đập đá đổ lõi giữa (ERFD); Đập đất đồng chất Các trường hợp được tác giả tính toán bằng chương trình Dynamic/XD nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của số lượng dạng dao động riêng và khoảng chiều cao đập đến ổn định mái dốc của các loại đập vật liệu địa phương khi chịu tải trọng động đất [6]

- Nguyễn Thế Đệ nghiên cứu “Sử dụng giản đồ gia tốc để phân tích kết cấu chịu tải trọng động đất” Tác giả nghiên cứu sử dụng giản đồ gia tốc để đưa vào phân tích kết cấu khi chịu ảnh hưởng của động đất Ngoài ra, các tác giả cũng phân tích những ưu điểm và khác biệtkhi dùng giản đồ gia tốc để phân tích kết cấu chịu tải trọng động so với phương pháp giả tĩnh truyền thống [7]

- Nguyễn Thế Hùng, Nguyễn Văn Hướng nghiên cứu “ổn định đập đất dưới ảnh hưởng của động đất” Tác giả sử dụng phương pháp động lực để tính toán ổn định mái dốc của đập đất khi chịu tác động của động đất Bằng cách phân tích này, các tác giả đưa ra được hệ số ổn định của mái đập tại các thời điểm khác nhau theo trong giản đồ gia tốc, đồng thời so sánh với hệ số ổn định mái dốc tìm được bằng phương pháp giả tĩnh [8].

Nghiên cứu ngoài nước

- Meen-Wah Gui và Hsien-Te Chiu nghiên cứu phản ứng địa chấn của đập Renyitan Các tác giả đồng thời chỉ ra ảnh hưởng của mực nước thượng lưu đập khi có động đất tới phản ứng của đập [9]

- R Ziaie Moayed và M F Ramzanpournghiên cứu ứng xử của lõi đập đá đổ khi chịu tác động của địa chấn [10]

- Y Parish, M Sadek, và I Shahrour dùng phương pháp số để đánh giá phản ứng của đập đất khi chịu tải trọng động đất [11]

- Prabir K Basudhar; N.S.V Kameswara Rao; M Bhookya; và Arindam Dey dùng gói chương trình MSC_ Nastran (Windows) để phân tích 2 chiều_ FEM đập đất và đập đá đổ, với đập được mô hình hóa như một vật liệu đàn hồi tuyến tính không đồng nhất [12].

MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Ứng xử của đập vật liệu địa phương khi chịu tác động của động đất sẽ được tính toán với giản đồ gia tốc thực tế đã xảy ra phù hợp với khu vực xây dựng công trình Bằng cách dùng phương pháp phân tích lịch sử – thời gian là một loại phương pháp phân tích động lực trực tiếp, miêu tả chân thực toàn quá trình tác dụng địa chấn, thu được nội lực và chuyển vị của từng cấu kiện ở mỗi một thời điểm, có thể xác định được chuyển động và áp lực nước lỗ rỗng tới hạn xuất hiện do sự rung chuyển gây ra bởi động đất Từ những kết quả tìm được có thể đưa ra những khuyến cáo các khả năng có thể xảy ra với đập vật liệu địa phương khi có động đất đồng thời có các giải pháp phù hợp cho thiết kế cũng như xây dựng công trình nhằm hạn chế tối thiểu những ảnh hưởng của của động đất có thể xảy ra đối với công trình.

CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Dựa vào vị trí xây dựng đập, địa chất nền đập để tìm được trận động đất có chấn cấp cũng như phản ứng phù hợp với loại nền của vị trí xây dựng đập

Sử dụng các số liệu phù hợp cho mô hình đất sử dụng trong tính toán

Sử dụng phương pháp phần tử hửu hạn để phân tích,mô hình và tính toán kết cấu Đập vật liệu địa phương khi chịu tác động của động đất Cụ thể trong luận văn này dùng phần mền Seep/W và Quake/W trong bộ phần mềm địa kỹ thuật Geostudio

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐẤT

KHÁI NIỆM

Động đất là hiện tượng dao động đất nền, phát sinh do sự biến dạng từ trong lớp vỏ hoặc phần áo trên của quả đất Năng lượng được tích tụ trong quá trình biến dạng cho đến một thời điểm nào đó sức kháng yếu nhất, ứng suất vượt quá giới hạn cân bằng sẽ tạo ra quá trình phá hủy truyền từng bước và rất nhanh ra khu vực xung quanh Sự phá hủy trạng thái cân bằng thường xảy ra ở dọc các đứt gãy Ngoài ra, động đất có thể sinh ra do hoạt động của núi lửa hoặc sập đổ hang động, hầm lò… nhưng dạng động đất này mang tính địa phương, cục bộ [4]

Vị trí khởi nguồn động đất gọi là chấn tiêu, vị trí chiếu thẳng chấn tiêu lên mặt đất gọi là chấn tâm, khoảng cách từ chấn tiêu đến chấn tâm gọi là độ sâu chấn tiêu, khoảng cách từ chấn tiêu và chấn tâm tương ứng đến vị trí quan trắc gọi là tiêu cự và tâm cự (xem hình 2.1)

Hình 2.1: Mô tả về trận động đất

ĐÁNH GIÁ SỨC MẠNH CỦA ĐỘNG ĐẤT

Sức mạnh động đất được đánh giá qua thang cường độ động đất và thang độ lớn động đất

2.2.1 Thang cường độ động đất

Thang cường độ độ động đất được lập ra dựa trên cảm giác chủ quan của con người và mức độ phá hoại của công trình xây dựng khi chịu tác động của động đất Sau đây xin giới thiệu 1 số thang đo cường độ động đất trên thế giới[4]

• Thang Mercalli (viết tắt là MM)– xem phụ lục A

• Thang Shindo của cơ quan khí tượng học Nhật Bản– xem phụ lục B

• Thang Medvedev-Sponheuer-Karnik (viết tắt là MSK)– xem phụ lục C

• Thang EMS98 tại châu Âu

2.2.2 Thang độ lớn động đất

Hiện nay, có nhiều thang đo độ lớn động đất như: thang độ lớn sóng mặt( M s ), thang độ lớn sóng khối( ) m b , thang độ lớn momen động đất( M w )… nhưng phổ biến hơn cả là thang độ lớn Richter[4] a) Thang độ lớn Richter Độ lớn của một trận động đất là lô ga rít thập phân của biên độ cực đại A đo bằng à m ghi được tại một điểm cỏch chấn tõm 100km bằng một địa chấn kế(do H.O.Wood và Aderson thiết kế)

Tuy nhiên, không phải địa chấn kế nào cũng đặt cách chấn tiêu 100km, nên thang Richter quy đổi độ lớn của 1 trận động đất từ một trận động đất chuẩn được chọn theo công thức sau: log log 0

Trong đó, A – Biên độ lớn nhất của trận động đất do địa chấn kế ghi được

A 0- Biên độ lớn nhất của trận động đất chuẩn có cùng khoảng cách chấn tâm b) Thang độ lớn sóng mặt( M s )

Sóng mặt thường chiếm vị trí ưu thế trong các trận địa chấn xa, và để định lượng các trận địa chấn này, năm 1936 Gutenberg và Richter đã đề xuất thang đo độ lớn sóng mặt ( M s ) Độ lớn sóng mặt được xác định như sau:

Trong đó, A −Chuyển vị nền đất lớn nhất tính theo Micromet

L −Khoảng cách chấn tấm tới địa chấn kế ( đơn vị đo bằng độ)

Thang độ lớn sóng mặt( M s ) là sự kế tục của thang độ lớn Richter, nhằm xác định độ lớn của các trận động đất cách xa vị trí của của địa chấn kế c) Thang độ lớn sóng khối ( M b )

Các trận động có độ sâu chấn tiêu lớn có sóng mặt yếu và không đáng kể, vì vậy việc xác định độ lớn trận động đất theo sóng mặt là không đủ tin cậy Năm 1945, Guntenberg đề xuất thang đo độ lớn động đất, gọi là thang độ lớn sóng khối ( M b ) cho các trận động đất có chấn tiêu sâu Độ lớn sóng khối được xác định như sau:

Trong đó, A −Biên độ của sóng P tính theo Micromet

T −Chu kỳ của sóng P (thông thường ≈1s)

L −Khoảng cách chấn tấm tới địa chấn kế ( đơn vị đo bằng độ) d) Thang độ lớn momen động đất( M w )

Thang độ lớn momen động đất xác định dựa trên mô men động đất là đại lượng đo trực tiếp các yếu tố gây phá hoại dọc đứt gãy Độ lớn mô men động đất được Hanks và Kanamori (1979) đề xuất như sau:

Mô men địa chấn xác định như sau:

Trong đú, à −Mụ đun cắt của mụi trường dọc chiều dài phỏ hủy của đứt góy

A −Diện tích của đứt gãy

D −Chiều dài phá hủy trung bình của đứt gãy.

CÁC ĐẶC TRƯNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐẤT NỀN

Khi xảy ra 1 trận động đất, các phần tử của nền đất chuyển động phức tạp và có các thông số chuyển vị, vận tốc, gia tốc thay đổi liên tục theo thời gian Các trạm quan trắc có thể ghi được ba thành phần chính của chấn động, kết quả được thể hiện dưới dạng biểu đồ gọi là chấn đồ

Hình 2.2: Chấn đồ gia tốc, vận tốc, chuyển vị đất theo thời gian theo phương E-W

(đông-bắc) của Gilroy No 1( đá) và Gilroy No 2( đất)[13]

Giản đồ gia tốc là một thông số đại diện quan trọng của 1 trận động đất, nó chứa nhiều thông tin của sự lan truyền sóng địa chấn và đặc tính của đất nền Giản đồ gia tốc được kiến nghị sử dụng tính toán phân tích động và thiết kế kháng chấn cho cao ốc, cũng nhưđánh giá an toàn và biến dạng các công trình bằng đất, và đánh giá khả năng hóa lỏng của đất nền (Priestley et al 1996, Bommer và Ruggeri 2002) Giản đồ gia tốc có được từ 3 cách cơ bản [14]:

Thứ nhất, Giản đồ gia tốc tổng hợp thường được tạo ra từ các mô hình nguồn phát sinh địa chấn và tính toán cho đường dẫn và ảnh hưởng vùng.Những mô hình này dao động từ nguồn điểm xác định hoặc mô phỏng ngẫu nhiên thông qua phần mở rộng của họ với các nguồn giới hạn Tuy nhiên, để xác định các thông số cần thiết để mô tả nguồn trận động đất, thường yêu cầu các kỹ sư tham gia các dịch vụ tư vấn chuyên gia kỹ thuật địa chấn học Việc xác định các thông số nguồn cho những trận động đất trước đó luôn mang một mức độ cao của sự không chắc chắn, và các đặc điểm kỹ thuật của các thông số này cũng có bị ảnh hưởng bởi ý chủ quan của mỗi chuyên gia (Bommer, J and Acevedo, A (2004))

Thứ hai, Giản đồ gia tốc th trận động đất trên thế giới ((Lee

1990, Ambraseys et al 2000, Abrahamson and Shedlock 1997) và các trang web như dữ liệu chuyển động đ net.bosai.go.jp/k-net/index_en.shtml Âu tại trang: http://www.isesd.cv.ic.ac.uk

Bình Dương (PEER) tại: http://peer.berkele

PGMD (xem phụ lục D) củ kỹ thuật phân tích và thiết k gia tốc và các thông số tương thích, tuy nhiên phổ phản ứng của trận động

Hướng dẫn để lựa chọn trận đ

Thứ ba, Giản đồ gia tốc nhân t nhiên của đất nền Hoặc nói cách khác, t tìm được gia tốc đồ có phổ ứng thiết kế Tuy nhiên, các gia t sinh năng lượng của chuyển đ a Gia tốc đỉnh

Do khả năng chịu lực thẳ của động đất theo phương th đứng thường ít được quan tâm h

Gia tốc đỉnh (peak hozizontal acceleration ngang của gia tốc được xác đ tương đối dựa vào quan hệ gia tốc đỉnh (PHA)

B ả ng 2.1: Gia tốc đỉ c thực đo có thể lấy từ các nguồn ngân hàng d i ((Lee et al 2001, Row 1996, Ambraseys and Bomm

2000, Abrahamson and Shedlock 1997) và các trang web ng đất nền mạnh của Nhật Bản tại trang: http://www.k net/index_en.shtml, dữ liệu chuyển động đất nền mạnh c http://www.isesd.cv.ic.ac.uk, của Trung tâm nghiên cứu đ http://peer.berkeley.edu/smcat/ hoặc dùng ch ủa PEER Để xác định được trận động đất thích h t kế, các kỹ sư thường sử dụng ngân hàng dữ ương thích, tuy nhiên để sự lựa chọn đảm bảo yêu c ng đất được chọn phù hợp với phổ phản ứ n động đất phù hợp vẫn còn rất sơ sài c nhân tạo được tạo ra, dựa trên quá trình dao c nói cách khác, từ phổ phản ứng chuyển động c ổ phản ứng của sóng mô phỏng gần giống v Tuy nhiên, các gia tốc đồ được tạo có số chu kỳ lớn vượt quá, nên phát n động là phi thực tế ẳng đứng của kết cấu thường là đủ an toàn v ương thẳng đứng, vì vậy giá trị gia tốc nền theo ph c quan tâm hơn so với giá trị gia tốc nền theo phương ngang. nh (peak hozizontal acceleration- PHA) là giá trị cực đại theo ph c xác định trên chấn đồ gia tốc Giá trị gia tốc có th ệ giữa thang cường độ Mercalli-sửa đổi (MM) v ỉnh của Gilroy No 1( đá) và Gilroy No 2( đấ n ngân hàng dữ liệu các

2000, Abrahamson and Shedlock 1997) và các trang web http://www.k- nh của Châu u động đất Thái c dùng chương trình t thích hợp cho ữ liệu giản đồ o yêu cầu thì ứng thiết kế a trên quá trình dao động ngẫu ng của đất nền ng với phổ phản t quá, nên phát an toàn với tác động n theo phương thẳng ương ngang i theo phương c có thể xác định i (MM) và giá trị á) và Gilroy No 2( đất)

Hình 2.3: Tương quan gi b Vận tốc đỉnh (PHV)

Tương tự như gia tốc, thư tâm hơn so với vân tốc theo ph

Vận tốc đỉnh ( peak hozizontal velocity của vận tốc được xác định trên ch có thể cho chỉ dẫn chính xác h mềm… c Chuyển vị đỉnh Chuyển vị đỉnh là giá tr chuyển vị So với Gia tốc đ của nền ít được dùng để bi trong việc xác định chúng t gia tốc

2.3.2 Phổ chuyển động c a Phổ Fourier (Fourier Phổ Fourier (hay còn gọ bậc hai của tổng bình phươ một gia tốc đồ, biển diễn sự ng quan giữa PHA và MM (Trifunac and Brady 1975a) nh (PHV) c, thường thì giá trị vận tốc theo phương ngang c theo phương đứng nh ( peak hozizontal velocity- PHV) giá trị cực đại theo phươ nh trên chấn đồ vận tốc.So với gia tốc đỉnh thì n chính xác hơn về khả năng phá hoại ở các công trình cao ho nh nh là giá trị cực đại theo chuyển vị được xác định trên ch c đỉnh (PHA) và Vận tốc đỉnh (PHV) thì chu biểu thị biên độ chuyển động của nền đất do khó kh nh chúng từ các thiết bị ghi cũng như tính tích phân t ng của đất nền( Ground motion spectral) Fourier (Fourier Spectra) ọi là phổ biên độ Fourier),FS ( ) ω được định ngh ương của phần ảo và phần thực của biến đổi ự phân bố năng lượng theo tần số trong gia tố a PHA và MM (Trifunac and Brady 1975a) [15] ng ngang được quan i theo phương ngang nh thì vận tốc đỉnh các công trình cao hoặc nh trên chấn đồ nh (PHV) thì chuyển vị đỉnh t do khó khăn tính tích phân từ các giá trị nh nghĩa là căn i Fourier của ốc đồ

Trong đó , biến đổi Fourier của một gia tốc tốc đồ được biểu diễn như sau:

Phổ Fourier được dùng để mô tả đặc trưng chuyển động của nền đất b Phổ năng lượng (Fower Spectra)

Từ biến đổi Fourier suy ra:

Năng lượng toàn phần của một chuyển động địa chấn cho bởi biểu thức

Năng lượng trung bình,λ 0 ,là năng lượng toàn phần trên một đơn vị thời gian được xác định như sau:

Phổ năng lượng (hay mật độ phổ năng lượng), G ( ) ω , được xác định sao cho

⇒ =π (2.13) c Phổ phản ứng (Response Spectra) Phổ phản ứng mô tả phản ứng cực đại của hệ có một bậc tự do theo tần số dao động tự nhiên (hoặc chu kỳ dao dộng tự nhiên) và hệ số cản của hệ khi chịu tác động của động đất

Phổ phản ứng của một trận động đất là một đồ thị mà các tung độ của nó biểu thị biên độ lớn nhất của một trong các thông số phản ứng (chuyển vị tương đối, tốc độ tương đối, gia tốc tuyệt đối) của hệ kết cấu theo chu kỳ dao động tự nhiên của nó và độc lập với lịch sử chuyển động của hệ kết cấu theo thời gian.Hình (2.4) mô tả Phổ gia tốc được tạo từ giản đồ gia tốc ứng với các chu kỳ khác nhau

Phổ gia tốc tuyệt đối

Phổ tốc độ tương đối

Phổ chuyển vị tương đối

Khái niệm Phổ phản ứng đã tr tính toán công trình chịu tác d thiết kế công trình chịu động đ đàn hồi của 5 loại đất nền A, B, C, D, E nh

Hình 2.4: Đồ thị mô tả phổ gia tốc ng (5% damping) của Gilroy No 1(đá) và Gilroy No 2( đất)[15] ã trở nên phổ biến trong tất cả các tiêu chuẩn u tác dụng động đất của các nước Tại việt nam, Tiêu chu ng đất TCVN 375-2006 có đưa ra sử dụng ph

A, B, C, D, E như hình (2.6) á) và Gilroy No 2( n, hướng dẫn t nam, Tiêu chuẩn ng phổ phản ứng

Hình2.6:Phổ phản ứng đàn hồi cho các loại nền đất từ A đến E ( độ cản 5%)[16].

ĐỘNG ĐẤT Ở VIỆT NAM

6.4.1 Nguy cơ động đất ở Việt Nam

Việt Nam nằm ở phần Đông Nam của mảng Âu Á, giữa mảng Ấn Độ, mảng Philippines và mảng châu Úc Lãnh thổ Việt Nam không nằm ở rìa các mảng do vậy ít bị tổn thương bởi động đất so với các nước trong khu vực như Indonesia, Philippines, Malaysia Nhưng trên lãnh thổ và lãnh hải Việt Nam tồn tại hệ thống đứt gãy hoạt động phức tạp như hình (2.7): đứt gãy Lai Châu-Điện Biên, đứt gãy Sông Mã, đứt gãy Sơn La, đới đứt gãy Sông Hồng, đới đứt gãy Sông Cả, đứt gãy kinh tuyến 109-110 o …, do vậy động đất cũng thường xuyên xảy ra [17]

Hình 2.7:Bản đồ địa chấn kiến tạo Việt Nam và các vùng lân cận.

6.4.2 Các trận động đất đã xảy ra trên lãnh thổ Việt Nam

Từ đầu thế kỷ 20 đến nay ở khu vực phía Bắc có 2 trận động đất cấp 8-9, độ lớn M=6,7-6,8 độ Richter, hàng chục trận động đất cấp 7, M=5,1-5,5 độ Richter và hàng trăm trận động đất yếu hơn (hình 2.8) Điển hình là: Động đất Điện Biên

1935, M=6,75 xảy ra trên đới đứt gãy Sông Mã; Động đất Tuần Giáo 1983, M=6,8 xảy ra trên đứt gãy Sơn La, gây nên sụt lở, nứt đất trên diện rộng, sụt lở lớn trong núi, gây hư hại nhà cửa trong phạm vi bán kính đến 35 km

Gần đây hơn động đất Điện Biên 2001, M=5,3 độ Richter có chấn tâm bên Lào, cách thành phố Điện Biên khoảng 20 km đã gây hư hại từ nhẹ đến sụp đổ hơn 2000 ngôi nhà ở khu vực thành phố Điện Biên

Từ 2007 đến nay nhiều trận động đất có cường độ nhỏ hơn 5,5 độ Ricther xảy ra ở Việt Nam[17]

Hình 2.8: Phân bố chấn tâm động đất trên lãnh thổ Việt Nam và các vùng kế cận Số liệu 1903-2009

6.4.3 Bản đồ phân vùng động đất trên lãnh thổ Việt Nam

Bản đồ phân vùng gia tốc nền lãnh thổ Việt Nam là kết quả của đề tài độc lập cấp Nhà nước “Nghiên cứudự báo động đất va dao động nền ở Việt Nam” do Viện Vật lý địa cầu thiết lập và chịu trách nhiệm pháp lý đãđược Hội đồng Nhà nước nghiệm thu năm 2005 [16]

Hình 2.9:Bản đồ phân vùng gia tốc nền (theo tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất 375-2005)

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH ỨNG XỬ CỦA ĐẤT DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA

TẢI TRỌNG ĐỘNG Ứng xử của đất và tương tác đất - công trình dưới tác dụng của tải trọng động là một trong những vấn đề phức tạp Để mô hình hóa những ứng xử của đất dưới tải trọng, mô hình đất được phát triển từ đơn giản đến phức tạp Ban đầu đất được giả thiết là đàn hồi thuần túy, sau đó lý thuyết dẻo được dùng để mô hình hóa sự phá hoại của đất Những mô hình đất tiên tiến sau này đã mô phỏng tốt hơn mối quan hệ ứng suất – biến dạng và có xét đến các đặc tính khác của đất như tính giảm chấn, sự phụ thuộc của độ cứng vào trạng thái ứng suất-biến dạng của đất

Trong nghiên cứu này, giới thiệu 3 mô hình: mô hình đàn hồi tuyến tính, mô hình tuyến tính tương đương, mô hình phi tuyến.

MÔ HÌNH ĐÀN HỒI – TUYẾN TÍNH

Đây là mô hình bản nhất mà ngày nay vẫn được sử dụng trong các ứng dụng địa kỹ thuật, mô hình này dựa trên cơ sở định luật Hooke, mô phỏng đặc tính của đất là vật liệu đàn hồi tuyến tính Quan hệ ứng suất – biến dạng của đất có thể được mô phỏng bởi một quan hệ phụ thuộc giữa ứng suất và biến dạng theo công thức: σ = E.ε (3.1)

Môđun biến dạng cắt G được xác định theo biểu thức:

Trong mô hình đàn hồi tuyến tính, đất được giả thiết là vật liệu đàn hồi và tuyến tính Giả định này không phản ánh đúng ứng xử của đất trong thực tế, khi mô phỏng các ứng xử của đất thường chỉ được sử dụng chủ yếu các khối kết cấu cứng trong đất.

MÔ HÌNH TUYẾN TÍNH TƯƠNG ĐƯƠNG

Khác với phản ứng đàn hồi tuyến tính, quan hệ ứng suất – biến dạng không còn có dạng đường thẳng mà thay đổi phụ thuộc vào kích thước, cấu tạo đất, tính chất tải tác dụng Khi mẫu vật liệu chịu tác động của quá trình chất – dỡ tải thì đường cong quan hệ ứng suất – biến dạng có dạng gần khép kín và có trên gọi là vòng trễ

Phần diện tích được giới hạn bởi đường cong biểu thị khả năng biến dạng dẻo hoặc khả năng phân tán năng lượng qua biến dạng dẻo Để tính toán phản ứng không đàn hồi của kết cấu đất, thiết lập một mô hình toán học thể hiện mối quan hệ lực và chuyển vị được gọi là mô hình trễ Với mỗi loại vật liệu khác nhau thì có thể sử dụng các mô hình trễ khác nhau, nhưng nhóm mô hình kiểu Masing được coi là sát với thực tế phản ứng của đất nhất

Một loại đất điển hình chịu tải trọng động theo chu kỳ, có lộ trình ứng suất biến dạng được biểu diễn dưới dạng vòng trễ (mô hình kiểu Masing) như hình 3.1 Vòng trễ này có thể được mô tả theo hai hướng: thứ nhất, là mô tả bằng lộ trình thực của chính nó, và thứ hai, mô tả bằng các thông số hình dạng chung Trong sự biểu thị chung, có hai đại lượng quan trọng của hình dạng một vòng trễ là độ dốc và bề rộng của nó Độ dốc của vòng trễ phụ thuộc vào độ cứng của đất, nó có thể được mô tả tại bất kỳ điểm nào trong quá trình chất tải bằng mô đun cắt tiếp tuyến, G tan Và hiển nhiên là giá trị của G tan thay đổi trong suốt chu kỳ tải, nhưng nhưng giá trị trung bình của nó trong toàn bộ vòng lặp có thể được xấp xỉ bởi mô đun cắt cát tuyến, G sec c sec c

Trong đó, τc Ứng suất cắt γc Biến dạng cắt tương ứng

Vì vậy G sec mô tả khuynh hướng chung của vòng trễ

Bề rộng của vòng trễ được được coi như là một biện pháp tiêu hao năng lượng, có thể được mô tả bằng tỷ số giảm chấn

A L Năng lượng phân tán trong mỗi chu kỳ tải trọng

A T Năng lượng biến dạng còn lại lớn nhất trong mỗi chu kỳ

Hình 3.1: Mô hình trễ kiểu Masing

Hình 3.2:Miêu tả đặc trưng động của đất [15]

Hai thông số G & D sec thường được gọi là thông số vật liệu tuyến tính tương đương Đối với một số phân tích phản ứng mặt đất, chúng được sử dụng trực tiếp để mô tả các ứng xử của đất; ngoài ra, còn có các loại phân tích khác yêu cầu lộ trình thực tế của vòng lặp trễ như mô tả bằng mô hình phi tuyến

Bởi vì, một số trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất của phân tích phản ứng mặt đất là sử dụng các đặc tính tuyến tính tương đương, nên có nhiều nghiên cứu các các đặc tính của G & D sec của các loại đất khác nhau Điều quan trọng nhận ra là mô hình tuyến tính tương đương chỉ là một xấp xỉ của các ứng xử phi tuyến thực tế của đất

Mô-đun cắt, G, được coi như là độ cứng chống cắt của đất Nó thể hiện mối quan hệ thay đổi ứng suất cắt ( ) τ và biến dạng cắt ( ) γ của đất

Thí nghiệm trong phòng chỉ ra rằng độ cứng của đất chịu ảnh hưởng của biên độ biến dạng, độ rỗng, ứng suất chính hiệu dụng, độ dẻo, tỷ số quá cố kết (OCR) và số chu kỳ tải Khi biến dạng nhỏ, mô đun cắt cát tuyến lớn, nhưng nó giảm đi khi biên độ biến dạng gia tăng Qũy đạo của điểm tương ứng với đầu đỉnh của vòng trễ của biên độ biến dạng khác nhau theo chu kỳ gọi là đường cong chính – backbone curve [15] (Hình 3.3)

Hình 3.3: Đường cong chính – backbone curve Độ dốc của nó tại điểm bắt đầu (biên độ biến dạng xấp xỉ bằng 0) gắn với giá trị lớn nhất của mô đun cắt, G max Tại biên độ biến dạng lớn hơn, tỷ số mô đun max

G hạ xuống giá trị nhỏ hơn 1 Các đặc tính của độ cứng của đất yêu cầu bao gồm cả G max và cách mà tỷ số max

G thay đổi theo biên độ biên dạng và các thông số khác Các giá trị của tỷ số mô đun max

G được mô tả đồ họa bằng đường cong biến đổi mô đun

Hình 3.4: Đường cong biến đổi mô đun cắt

Mô đun cắt lớn nhất, G max [18] i Mô đun cắt lớn nhất của đất cát

Một vài kết quả thí nghiệm về vận tốc sóng cắt cho đất cát góc có lẫn các khoáng vật cứng do Hardin và Richart (1963) tiến hành đã được công bố Dựa vào mối quan hệ vận tốc sóng cắt, môdun cắt của cát trong trường hợp biên độ rung động thấp được diễn tả như sau: Đối với đất cát hạt tròn:

= − (3.5) Đối với đất cát góc:

= − (3.6) Đối với việc lấy mẫu đất với điều kiện về ứng suất như σ1≠σ2≠σ3(Trong đó σ1,σ2

,σ3 là ứng suất chính,trung bình và phụ ảnh hưởng tới ứng suất chính), khi đó ứng suất giới hạn trung bình tác động là:

Nói chung các nhà nghiên cứu (như: Weissman và Hart, 1961; Richrt, Hall và Lysmer, 1962; Drnevich và Hardin, 1972; Seed và Idrin, 1970; Shibata và Soelarno, 1975; Iwasaki, Tatsuoku va Takagi, 1976) đã đưa ra kết quả của môđun cắt và đo tỷ số giảm chấn bằng cách dùng những kỹ thuật thí nghiệm khác nhau Từ kết quả thí nghiệm ta thấy rằng, mô-đun cắt ở bất kỳ vùng biến dạng cho trước nào có thể được diễn tả như công thức của Seed và Idriss (1970) Đối với dao động biến dạng nhỏ (γ’ ≤ 10 -4 %) công thức cho trước sẽ thành :

G = σ (3.8) Độ lớn của K 2(max) ,thay đổi từ khoảng 30 cho cát lỏng và đến khoảng 75 cho cát chặt,Seed và Idriss (1970) giới thiệu giá trị của K2(max)

B ả ng 3.0.1: Bảng giá trị độ lớn của K 2(max) ii Mô đun cắt lớn nhất của đất cát trong điều kiệu bão hòa

Phương pháp kiểm tra mức độ thấm thì được dùng trong các chương trình khảo sát về đất ở Mỹ và một số nứơc khác Chỉ số tiêu chuẩn về sự thấm này có thể được liên hệ theo một hình thức của mô đun biến dạng cắt lớn nhất:

Trong đó, σvlà ứng suất hữu hiệu theo phương đứng

N60 =Ngiá trị đo được trong thí nghiệm SPT ứng với 60% theo lý thuyết của năng lượng rơi tự do đối với cần khoan

Công thức trên rất hữu dụng trong việc dự đoán về sự biến đổi của mô đun biến dạng cắt lớn nhất ứng với độ sâu của các hạt lắng động iii Mô đun cắt lớn nhất của đất sét Đối với biên độ cuả biến dạng nhỏ thì mô đun cắt G=Gmax cho đất sét độ nhạy trung bình có thể đựơc cho bởi công thức :

OCR là hệ số quá cố kết và K là hằng số tính theo bảng 3.2

B ả ng 3.2: Bảng giá trị độ lớn của K

Trong đó, là ứng suất theo phương đứng

KO là hệ số áp lực đất (trạng thái tĩnh) Đối với đất sét cố kết thường ( theo Booker và Ireland,1965):

B ả n g 3 3 : Bảng quan hệ kinh nghiệm giữa Mô đun cắt lớn nhất với các thông số thí nghiệm hiện trường [15].

Tỷ số giảm chấn, D, là tỷ lệ giữ năng lượng phân tán và năng lượng biến dạng còn lại lớn nhất trong mỗi chu kỳ tại biên độ biến dạng xác định Đặc trưng cho khả năng hấp thụ và phân tán năng lượng tải trọng động đất của đất, hay nó là kết qủa của sự ma sát giữa các hạt đất, tốc độ biến dạng và quan hệ phi tuyến ứng suất – biến dạng của đất

Trong các nghiên cứu trước đây, Tỷ số giảm chấn ở biến dạng vô cùng nhỏ nằm trong khoảng từ 0.5 ~ 5.5 %( )[15]

B ả ng 3.4:Bảng tổng hợp Tỷ số giảm chấn, D, ở biến dạng vô cung nhỏ γ c =0.0001% và γ c =0.001% ( Dorbi và Vucetic, 1991)

Về lý thuyết, không có sự tiêu tán năng lượng trễ nào khi mà tại vị trí biến dạng, biến dạng ở dưới ngưỡng Tuy nhiên, thực nghiệm chỉ ra rằng một chút năng lượng bị tiêu tán ngay cả khi biến dạng rất nhỏ, vì thế tỷ số giảm chấn không bao giờ bằng

0 Khi biến dạng vượt ngưỡng, bề rộng của vòng trễ mở rộng bởi tải trọng được ra tăng và biến dạng cũng gia tăng, điều đó chỉ ra rằng tỷ số giảm chấn tăng khi mà biến dạng tăng

MÔ HÌNH PHI TUYẾN

Ứng xử ứng suất – biến dạng của đất có thể được biểu diễn chính xác hơn bằng mô hình phi tuyến, theo lộ trình ứng suất – biến dạng thực tế trong quá trình chịu tải tuần hoàn Mô hình như vậy có thể đại diện cho sức kháng cắt của đất (và với mô hình áp lực nước lỗ rỗng thích hợp), sự thay đổi của ứng suất hiệu dụng trong suốt quá trình chất tải không thoát nước Một loạt các mô hình phi tuyến đã được phát triển; tất cả được đặc trưng bởi (1) đường cong chính, (2) một loạt các qui tắc ứng xử chất tải- dỡ tải, suy giảm độ cứng và các ảnh hưởng khác Tuy nhiên, việc áp dụng các mô hình phi tuyến , thường được giới hạn tương đối hẹp dù tầm quan trọng của các điều kiện ban đầu và lộ trình ứng suất

Thực hiện các mô hình tuần hoàn phi tuyến có thể được minh họa bằng một ví dụ rất đơn giản trong hình dạng của đường cong chính được mô tả bằngτ=F bb ( ) γ Đường cong này gắn liền với hai tham số, biến dạng ban đầu và độ bền chống cắt của đất F bb ( ) γ có thể mô tả bằng hàm hypecbol:

(3.37) Hình dạng của đường hypecbol này được minh họa như hình 3.22

Hình 3.22:Tiện cận của đường Hypecbolτ = γ.G max vàτ = τ max

Các biểu thức khác [e.d., the Ramberg- Osgood model (Ramberg and Osgood, 1943)] cũng có thể dùng để mô tả đường cong chính (backbone curve) Ngoài ra, thì đường cong chính cũng có thể được xây dựng từ đường cong biến đổi mô đun Các đại lượngG max vàτ max có thể đo trực tiếp, tính toán, hoặc ước tính từ kinh nghiệm tương quan Với mô hình ví dụ, phản ứng của đất khi chịu tải trọng tuần hoàn được điều chỉnh theo bốn qui tắc sau [15]:

1 Đối với tải ban đầu , đường cong ứng suất - biến dạng theo đường cong chính

2 Nếu lộ trình ứng suất thay đổi tại điểm đường cong ứng suất – biến dạng cho bởi: r r bb τ-τ =F γ-γ

Nói các khác, đường cong chất tải và dỡ tải coi như giống đường cong chính Hai qui tắc đầu tiên mô tả theo ứng sử masing (masing, 1962) không đủ để mô tả ứng xử của đất dưới tác động của tải trọng tuần hoàn Do đó, cần có các qui tắc tiếp theo, mở rộng

3 Nếu các đường chất và dỡ tải vượt quá biến dạng lớn nhất và giao với đường cong chính, thì nó sẽ đi theo đương cong chính đến đoạn đảo ngược ứng suất tiếp theo

4 Nếu một đường cong ch chu kỳ trước, đường cong ứ trước

Mô hình theo 4 qui tắc trên mô hình masing mở rộng đư chất tải ở điểm A, và đường cong đầu ( từ A tới B) theo đường cong chính nh đường cong ứng suất – biến d ý rằng mô đun dỡ tải ban đầ điểm C và theo qui tắc 3, tiế sự đảo ngược tải tiếp theo tạ theo yêu cầu của quy tắc 2, và quá trình này tải Mặc dù mô hình này là r suất hiệu dụng, nó kết hợpv mô đun cắt và tỷ số giảm ch Để tránh phản ứng giả tạ yêu cầu bổ sung giá trị của t hình phi tuyến không yêu cầ năng biểu diễn sự phát triển c nhất của mô hình phi tuyến so v

(b) đư ng cong chất và dỡ tải đi qua một đường cong chất và d ứng suất – biến dạng sẽ nối tiếp đường cong c c trên được gọi là mô hình masing mở rộng Mộ ược chỉ ra trong hình 3.23 tải trọng tuần hoàn b ng cong ứng suât- biến dạng trong thời gian ch ng cong chính như qui tắc 1 Tại điểm B, bắt đ n dạng dời từ B dọc theo theo lộ trình như qui t ầu bằng G max Quá trình dỡ tải cắt đường cong chính t ếp tục tiếp tục dọc theo đường cong chính cho ại điểm D, đường cong tải lại sau đó di chuy c 2, và quá trình này được lặp đi lặp lại cho phần còn l c dù mô hình này là rất đơn giản và chỉ được thể hiện trong điều ki pvới tính trễ của giảm chấn và biến dạng – phụ m chấn ại biến dạng ở mức rất thấp, một vài mô hình phi tuy a tỷ số giảm chấn ở mức biến dạng nhỏ Chú ý r ầu biến dạng cắt bằng zero khi ứng suất cắt là zero Kh n của biến dạng thương xuyên là một lợi thế quan tr n so với mô hình tuyến tính tương đương t Masing mở rộng, (a) Biến đổi của ứng suất cắt theo th (b) đường cong ứng suất – biến dạng t và dỡ tải của ng cong của chu kỳ ột ví dụ cho n hoàn bắt đầu i gian chất tải ban t đầu dỡ tải, qui tắc 2 Chú ng cong chính tại cong chính cho đến khi ó di chuyển đi từ D n còn lại của u kiện ứng ụ thuộc của t vài mô hình phi tuyến Chú ý rằng mô t là zero Khả quan trọng t theo thời gian,

SỰ HÓA LỎNG CỦA ĐẤT

KHÁI NIỆM HIỆN TƯỢNG HÓA LỎNG

Hiện tượng hóa lỏng đất nền là 1 hiện tượng quan trọng, phức tạp và là chủ đề gây nhiều tranh cãi nhất trong các vấn đề địa kỹ thuật Hiện tượng sụt chìm có thể xảy ra với đất nền có dạng xốp, bão hòa nước và là kết quả của hiện tượng gọi là hóa lỏng đất nền

Theo định nghĩa của Casagrande (1976), thuật ngữ hóa lỏng sử dụng để mô tả phản ứng của cát rời bão hòa đối với các biến dạng hoặc các kích động dẫn tới kết quả là tạo nên các dòng trượt trong đất

Sự hóa lỏng là một trong số nguyên nhân chính gây ra phá hoại đất nền trong những trận động đất Hiện tượng này chỉ xét tới trong các loại đất cát, và thường chỉ là cát rời Hiệu ứng của một trận động đất sẽ gây ra chuyển vị nhỏ của hạt đất và làm tăng ứng suất lỗ rỗng, giảm ứng suât pháp hữu hiệu, dẫn tới làm giảm độ bền chống cắt Trong khi độ bền chống cắt của đất bị giảm bởi sự hóa lỏng, sự rung chuyển hoặc các lực hỗn loạn gây ra bởi động đất tạo thêm các lực trượt trong nền a Áp lực nước lỗ rỗng trước khi động đất b Áp lực nước lỗ rỗngsau khi động đất

Hình 4.1: Sự tăng Áp lực nước lỗ rỗng trong nền khi có động đất

Sự hóa lỏng xuất hiện khi cấu trúc các hạt rời, bão hòa bị phá vỡ vì các tải trọng đột ngột tác động Thông thường, khi chịu tại trọng tác động kết cấu hạt đất bị phá vỡ, các hạt đất rời sẽ dịch chuyển để tạo nên trạng thái chặt hơn Tuy nhiên, khi xảy ra động đất thời gian gian xảy ra nhanh, không đủ thơi gian cho nước lỗ rỗng thoát ra ngoài Nước bị mắc kẹt lại và cản trở các hạt đất di chuyển lại gần nhau hơn Đồng thời, sự gia tăng áp lực nước lỗ rỗng, dẫn tới sự giảm lực tiếp xúc giữa các hạt đất, làm cho đất nền bị mềm và yếu đi Đất nền gồm có tập hợp các hạt đất riêng lẻ, các hạt này có sự tương tác qua lại lẫn nhau Mỗi hạt đất tiếp xúc với các hạt lân cận, giữa chúng có lực tiếp xúc giữa các hạt, lực này giữ các hạt lại và tạo ra cường độ của nền đất a Lực liên kết các hạt đất và áp lực nước lỗ rỗng ở trạng thái bình thường b Lực liên kết các hạt đất và áp lực nước lỗ rỗng khi có động đất

Hình 4.2: Cơ chế gây hóa lỏng đất nền

Cơ chế gây hóa lỏng được diễn tả như trong hình 4.2, chiều cao của cột bên phải đại diện cho áp lực nước lỗ rỗng, các mũi tên biểu diễn lực liên kết giữa các hạt đất Lực liên kết lớn khi áp lực nước lỗ rỗng bé, và ngược lại lực liên kết giảm đi nhiều như thế nào khi áp lực nước lỗ rỗng tăng cao Trong trường hợp tới hạn khi mà áp lực nước lỗ rỗng có thể trở lên quá lớn đến mức nhiều hạt đất tách rời khỏi nhau và khi đó, nền đất có cường độ rất bé, hay nền đất bị hóa lỏng.

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HÓA LỎNG CỦA ĐẤT

Để đánh giá khả năng hóa lỏng của đất nền tiến hành theo các bước sau:

Bước 1: Thiết lập thiết kế động đất

Bước 2: Đánh giá ứng suất cắt biến đổi do động đất gây ra ở các độ sâu khác nhau.Biên độ ứng suất cắt tuần hoàn tương đương, τ eq và số chu kỳ tương đương,

Bước 3: Xác định sức kháng c khác nhau Sức kháng chống l cắt chu kỳτ cyc (ứng suất τ ở

Bước 4: So sánh giữa các k

Kết quả tính toán được th chiều sâu: thể hiện biên độ ứ chu kỳ gây hóa lỏng ( xác đ tương đương N eq

Phạm vi 2 đường cong cắ độ ứng suất cắt chu kỳ gây hóa l tương đương gây ra bởi động

Hình 4.3: Đồ thị so sánh, i Phương pháp xác đ

Seed và Idriss kiến nghị c kháng của môi trường với quá trình hóa lỏng ng lại “sự hóa lỏng” được thể hiện bằng giá tr ở chu kỳ H) với số chu kỳ N eq , đã được xác đ a các kết quả trên c thể hiện trên cùng 1 đồ thị như hình 4.3, ứng su ứng suất tuần hoàn tương đương và biên độ ng ( xác định được ở phòng thí nghiệm ) với chính số ắt nhau giúp ta xác định được khu vực hóa lỏ gây hóa lỏng, τ cyc bằng hoặc nhỏ hơn ứng suất c ng đất, τ eq là vùng có thể bị hóa lỏng) so sánh, đánh giá khả năng hóa lỏng theo chiều sâu ng pháp xác định chu kỳ tương đương xác định chu kỳ tương đương theo phương pháp sau: ng ở các điểm ng giá trị ứng suất c xác định ở bước ng suất cắt – ứng suất cắt chu kỳ ỏng: các cấp t cắt tuần hoàn u sâu ng pháp sau:

Với đất nền không sâu quá 10 trong quá trình động đất ở 1 đ tốc cực đại trên bề mặt a m ax ax max d τ m =    

  Để khắc phục mức độ không các ứng suất cắt tương đương chu k của ứng suất cắt cực đại τ m ax cyc m τ τ

Trong đó, v h σ =γ ứng suất tổng theo ph γ trọng lượng riêng c h độ sâu g gia tốc trọng trư ax a m gia tốc cực đại trên b r d hệ số phụ thuộc (h) và bi n không sâu quá 10 đến 15m thì ứng suất cắt cực đại τ m ax đ

1 độ sâu h, có thể được xem như 1 hàm số củ ax và thể hiện qua biểu thức: ax v a max d r g

  (4.1) không đồng đều của phản hồi, người ta có thể đương chu kỳ τ cyc có biên độ hiệu dụng bằng kho m ax:

Hình 4.4:Quan hệ giữaτ cyc vàτ m ax ng theo phương đứng ng riêng của đất ng trường i trên bề mặt c (h) và biến dạng môi trường (xác định theo hình 4.5) đạt được ủa h và gia

Số chu kỳ tương đương N eq xác định theo bảng sau:

B ả ng 4.1:Giá trị trung bình của N eq chấn cấp ( Seed 1975 )

Hình 4.6: Giá trị của số chu kỳ tương đương theo cấp động đất ii Ứng suất cắt tuần hoàn

Trong thí nghiệm cắt đơn tỷ lệ lớn với một chu trình tải trọng tuần hoàn một phương   Dealba, Seed, và Chan 1976 ( )  , mỗi mẫu thử được chuẩn bị trên bàn rung có màng cao su để ngăn cản sự thoát nước, một khối lượng quán tính được đặt lên mẫu Chuyển động bàn rung gây ra ứng suất tuần hoàn trong đất Khi đó, ứng suất tuần hoàn, τ cyc được tính theo công thức:

W Khối lượng đặt trên mẫu

G Gia tốc trọng trường a m Gia tốc tỉnh của chuyển động tuần hoàn

' v τ cyc σ và Số nhau, người ta thấy chúng t tỷ số này là hệ số ứng suất tu

Tương tự, với thí nghiệm 3 tr

CSR =c CSR Mối tương quan gi nghiệm 3 trục được thể hiện

Hệ số hiệu chỉnh c r được l

B Động đất làm phát sinh ứ

Rung lắc theo nhiều hướng gi chu kỳ bắt đầu hóa lỏng từ nhiều thí nghiệm khác y chúng tỷ lệ nghịch với nhau Khi đó, đặt

=σ t tuần hoàn giữa CSR và N L theo các nghiên cứu trước đ m 3 trục, hệ số CSR xác định theo công thức:

= σ ương quan giữa hệ số CSR của thí nghiệm cắt đơ n ở công thức sau: ss r tx

CSR =c CSR c lấy theo bảng sau:

B ả ng 4.2: Hệ số hiệu chỉnhc r ứng suất theo các phương khác nhau nhau trong ng giảm dần là nguyên nhân làm áp lực lỗ rỗng gia t m khác

: (4.4) t đơn và thí (4.5) ng khác nhau nhau trong đất ng gia tăng nhanh hơn là Rung lắc theo m thực tế nhỏ hơn 10% so với giá tr

Tại vùng mặt đất tự nhiên ng suất cắt ban đầu sẽ ảnh hưở phòng chỉ ra rằng ( CSR )phụ trình nén Seed (1983) đề ngh duy trì sẽ được kể đến bằng cách hi

( CSR field ) c orrected CSR field K K s

K σ Hệ số hiệu chỉnh theo đi

K s Hệ số hiệu chỉnh theo đi

Hình 4.8: Hệ số hiệu chỉnh theo c theo một hướng Seed et al (1975) đề xuất rằng i giá trị ( CSR ) tìm được từ thí nghiệm nén đơ

CSR = CSR = c CSR nhiên nghiêng hoặc tại vùng chống đỡ các kết cấ ởng đến khả năng chống hóa lỏng Thí nghiệm trong ụ thuộc ứng suất cắt ban đầu và áp lực duy trì trong quá nghị rằng ảnh hưởng của ứng suất cắt ban đầu và áp l ng cách hiệu chỉnh ( CSR ) theo 2 hệ số sau:

CSR = CSR K K σ nh theo điều kiện ứng suất cắt ban đầu nh theo điều kiện áp lực duy trì nh theo điều kiện ứng suất cắt ban đầu (sau Seed và Harder,

1990 H Bolton Seed) ng ( CSR ) trong m nén đơn Hay:

(4.6) ấu nặng, ứng m trong c duy trì trong quá u và áp lực

Hình 4.9: Hệ số hiệu chỉnh theo điều kiện áp lực duy trì (Marcuson et al., 1990).

PHÂN TÍCH PHẢN ỨNG ĐỘNG LỰC

GIỚI THIỆU CHUNG

Những tác động của sự rung lắc nhất thời do động đất làm tăng các thành phần lực đứng, ngang, cản trở sự ổn định giữa các hạt của đất, tác động mạnh lên vật liệu ở bề mặt Sự tăng nhất thời các thành phần lực đứng và ngang khiến bất cứ cấu trúc đất nào có thể dịch chuyển đều chịu rủi ro, sụt lở, trượt, hóa lỏng…vv

Phân tích phản ứng động lực sẽ thấy những việc mà phân tích tĩnh không thấy được Việc phân tích động lực kết cấu đập khi xảy ra động đất mục đích là: Thiết lập các yêu cầu về độ bền và độ dẻo; Tính toán các chuyển vị; xác định các dữ liệu phục vụ cho việc tính toán động học đối với các thiết bị đặt trong và trên đập Ứng xử của đập chịu tác động của động đất được nghiên cứu tính toán bằng cách sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn giải các bài toán động lực lực của kết cấu Phân tích động học có thể được thực hiện với giá trị thuộc tính tuyến tính tương đương hoặc phi tuyến của đất

Việc đánh giá những ứng xử của đât nền và kết cấu đập vật liệu địa phương được thực hiện bằng cách sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn QUAKE / W.

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM QUAKE / W

Phần mềm QUAKE/ W là phần mềm phần tử hữu hạn ứng dụng cho phân tích động lực học của các kết cấu đất đá chịu tác động của động đất hoặc các lực động từ vụ nổ hay tải trọng tác động đột ngột Phần mềm QUAKE / W dùng phương pháp phân tích lịch sử – thời gian là một loại phương pháp phân tích động lực trực tiếp Phương pháp này có khả năng miêu tả chân thực toàn quá trình tác dụng địa chấn, thu được nội lực và chuyển vị của từng cấu kiện ở mỗi một thời điểm, có thể xác định được chuyển động và áp lực nước lỗ rỗng tới hạn xuất hiện do sự rung chuyển Phần mềm hỗ trợ 3 mô hình ứng xử của đất: mô hình đàn hồi tuyến tính, mô hình tuyến tính tương đương, mô hình phi tuyến QUAKE/W sử dụng phương pháp tích phân trực tiếp để tính chuyển động và áp suất nước lỗ rỗng tới hạn gây bởi lực quán tính.

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHẢN ỨNG ĐỘNG LỰC

Phản ứng và ứng xử với địa chấn của đập vật liệu địa phương tạo ra hiện tượng rất phức tạp, nó được thể hiện qua các yếu tố :

• Chuyển động và lực quán tính

• Áp lực nước lỗ rỗng

• Giảm sức kháng cắt của đất

• Sự gia tăng áp lực lỗ rỗng dư và hóa lỏng của đất

Phương trình chuyển động cho phản ứng động của một hệ thống trong việc xây dựng phần tử hữu hạn có thể được thể hiện như sau:

{ } a Véc tơ chuyển vị của nút

{ } a & Véc tơ vận tốc của nút

{ } a && Véc tơ gia tốc của nút

Vec tơ lực có thể tạo thành bởi các lực khác nhau:

{ } F s Lực do áp lực biên bề mặt

Ma trận khối lượng có thể là ma trận khối lượng nhất quán (consistent mass matrix) hoặc ma trận khối lượng tập trung (lumped mass matrix)

Ma trận khối lượng nhất quán (consistent mass matrix):

Ma trận khối lượng tập trung (lumped mass matrix):

Trong đó, ρ mật độ khối

N vectơ hàng của hàm nội suy

[ ] ψ ma trận đường chéo của hệ số phân bố khối lượng

• ma trận giảm chấn Người ta thường giả định các ma trận giảm chấn là một sự kết hợp tuyến tính của ma trận khối lượng và ma trận độ cứng:

Trong đó, và α β là các đại lượng vô hướng và chúng được gọi là hệ số giảm chấn

= + η Hệ số tắt dần ω Tần số dao động riêng

• Ma trận độ cứng Biểu thức ma trận độ cứng:

[ ] B Ma trận chuyển vị- biến dạng

5.3.2 Lực quán tính động đất

Tải trọng động đất có thể được thể hiện như:

5.3.3 Phương pháp tích phân số

QUAKE / W sử dụng tích phân số Gauss-Legendre (còn gọi là phép cầu phương) để hình thành các đặc trưng yếu tố (hay độ cứng) ma trận [K] Các biến đầu tiên được đánh giá tại các điểm cụ thể trong một phần tử Những điểm này được gọi là điểm Tích phân, điểm Gauss Những giá trị này sau đó được tổng hợp cho tất cả các điểm Gauss trong một phần tử Để thực hiện Tích phân số, QUAKE / W thay thế tích phân từ công thức (5.6) :

Trong đó, j Điểm tính tích phân n Tổng số điểm tính tích phân det J j Định thức của ma trận Jacobian

5.3.4 Tích phân theo thời gian

Phương trình chuyển động là phương trình lan truyền cấp 2 Phương trình này có thể tính theo miền tần số hoặc miền thời gian Sử dụng cách tính theo miền thời gian được dùng nhiều hơn khi mà các thông số vật liệu thay đổi theo thời gian, có nhiều phương pháp để tính theo miền thời gian Quake/w sử đụng phương pháp wilson - θ để tính theo miền thời gian trong phương trình chuyển động

Hình 5.1: Mô tả hệ chuyển động a t Chuyển vị tại thời điểm t a & t Vận tốc tại thời điểm t a && t Gia tốc tại thời điểm t

Thời gian chuyển động của kết cấu được chia làm nhiều khoảng thời gian ∆ t , trong mỗi khoảng thời gian θ ∆ t ,θ ≥ 1 ,sự biến thiên của gia tốc coi như tuyến tính (từ thời điểm t đến t + ∆ θ t )

Hình 5.2: Quan hệ gia tốc thời gian.

Gia tốc tại thời điểm t + τ;t t≤ + ≤ + ∆τ t θ t:

Tích phân phương trình (5.9) ta được vận tốc tại thời điểm t+τ;t t≤ + ≤ +τ t θ∆t:

Tích phân phương trình (5.10) ta được chuyển vị tại thời điểm t+τ; t t≤ + ≤ +τ t θ∆t:

Tích phân các phương trình trên ta được:

Giải phương trình trên, ta sẽ có được gia tốc và vận tốc tại thời điểmt+ ∆θ t với điều kiện về chuyển vị tại thời điểm này:

Từ phương trình (5.1) ta có:

[ ]{ } M a && t + ∆ θ t + [ ]{ } D a & t + ∆ θ t + [ ]{ } K a t + ∆ θ t = { } F t + ∆ θ t (5.16) Thế (5.14) và (5.15) vào (5.16) ta được:

5.3.5 Áp lực nước lỗ rỗng dưới tác động của tải tuần hoàn

Thí nghiệm trong phòng có thể chỉ ra giới hạn của áp lực nước lỗ rỗng được sinh ra Theo Lee và Albaisa (1975) tìm ra mối liên hệ giữa hệ số áp lực nước lỗ rỗng và số chu kỳ tải trọng

N Chu kỳ ứng suất cắt tác động

NL Số chu kỳ băt đầu hóa lỏng ( r u = 1 ) α Hàm phụ thuộc vào đặc tính của đất và điều kiện thí nghiệm (α≈0,7

De Alba el al.1975 α ≈0,7) u Áp lực nước lỗ rỗng σv Áp lực cố kết ban đầu

Hình 5.3: Quan hệ giữa ru và N/NL, vớiα=0,7

Thí nghiệm trong phòng chỉ ra rằng, Số chu kỳ bắt đầu hóa lỏng ( N L )tỷ lệ nghịch với hệ số ứng suất tuần hoàn ( CSR )

Hình 5.4: Số chu kỳ bắt đầu hóa lỏng

5.3.6 Tỷ số ứng suất tuần hoàn( CSR )

Tỷ số ứng suất tuần hoàn ( CSR ) được định nghĩa như là tỷ số giữa ứng suất cắt tuần hoàn và ứng suất hữu hiệu ban đầu chính vì thế tùy vào vào mỗi loại thí nghiệm nén mà có biểu thức tính ( CSR ) khác nhau:

Thí nghiệm nén đơn: ss cyc ' v

Trong đó, CSR ss =c CSR r tx (5.26)

Với c r là hệ số kinh nghiệm có thể tham khảo theo bảng (4.2) Động đất làm phát sinh ứng suất theo các phương khác nhau nhau trong đất Rung lắc theo nhiều hướng giảm dần là nguyên nhân làm áp lực lỗ rỗng gia tăng nhanh hơn là rung lắc theo một hướng Seed et al (1975) đề xuất rằng ( CSR ) trong thực tế nhỏ hơn 10% so với giá trị ( CSR ) tìm được từ thí nghiệm nén đơn

Hay: CSR field = 0,9 CSR ss = 0,9 c CSR r ss (5.27)

Tại vùng mặt đất tự nhiên nghiêng hoặc tại vùng chống đỡ các kết cấu nặng, ứng suất cắt ban đầu sẽ ảnh hưởng đến khả năng chống hóa lỏng Thí nghiệm trong phòng chỉ ra rằng ( CSR )phụ thuộc ứng suất cắt ban đầu và áp lực duy trì trong quá trình nén Seed (1983) đề nghị rằng ảnh hưởng của ứng suất cắt ban đầu và áp lực duy trì sẽ được kể đến bằng cách hiệu chỉnh ( CSR ) theo 2 hệ số sau:

( CSR field ) c orrected =( CSR field ) K K σ s (5.28)

K σ Hệ số hiệu chỉnh theo điều kiện ứng suất cắt ban đầu

K s Hệ số hiệu chỉnh theo điều kiện áp lực duy trì.

ÁP DỤNG MÔ HÌNH TUYẾN TÍNH TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ MÔ HÌNH PHI TUYẾN ĐỂ MÔ PHỎNG PHẢN ỨNG ĐỘNG LỰC CỦA ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG KHI CÓ ĐỘNG ĐẤT

GIỚI THIỆU

Đập vật liệu địa phương là kết cấu đập phổ biến và đa dạng, được sử dụng nhiều ở Việt Nam và trên thế giới Nhưng ở phạm vi của luận văn này, để mô tả ứng xử của đập vật liệu địa phương khi có động đất, chỉ tập trung vào một ví dụ tính toán là đập chính của công trình thủy điện Hàm Thuận (Đập Hàm Thuận)

Hình 6.1: Đập Hàm Thuận và hồ chứa

Phân tích động lực được thực hiện với mô hình 2-D tại mặt cắt giữa đập Hiệu ứng 3- D không được xét đến Việc phân tích được thực hiện bằng cách sử dụng phần mền Quake/ W, tính toán các thành phần ứng suất- biến dạng, chuyển động của của đập theo lịch sử thời gian khi có động đất.

QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG ĐẬP

Thủy điện Hàm Thuận được khởi công xây dựng vào ngày 16/05/1997 và hoàn thành tích nước hồ chứa vào ngày 04/05/2000 Đập chính Hàm Thuận được thiết kế bởi công ty cổ phần tư vấn xây dựng Điện 2 (PECC2) [33], là đập đá đổ lõi giữa đặt trên nền đá Toàn bộ bề mặt lõi giữa của đập được khoan phụt gia cố bề mặt nhằm tăng cường khả năng chống thấm của nền đập trong phạm vi tiếp giáp với lõi đập và kéo dài đường viền thấm tiếp giáp giữa nền và lõi đập Một hàng khoan phụt chống thấm sâu được bố trí dọc theo tim đập để lấp đầy các lỗ rỗng trong nền đập nhằm đảm bảo khả năng chống thấm của nền đập Hai hàng khoan phụt bổ sung được bố trí tại thượng và hạ lưu của hàng khoan phụt chống thấm sâu nhằm tăng cường thêm khả năng chống thấm của nền Các thông số thiết kế mặt cắt đập chính cho trong bảng dưới đây

B ả ng 6.1: Các thông số thiết kế mặt cắt đập chính

Chiều cao đắp phòng lún Độ dốc mái đập Độ dốc lõi đập

Chiều dày cát lọc, m Thượng Hạ Thượng Hạ Thượng Hạ Thượng Hạ (m) (m) (m)

Hình 6.2: Mặt cắt điển hình đập

Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đắp đập cũng như nền đập được cho ở bảng dưới đây:

B ả ng 6.2: Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đắp đập và nền đập

7-Vữa chống thấm Dung trọng kN/m 3 18.7 18.7 18.7 22.8 26.6 26.9 24

CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐẤT NỀN

Đập chính của thủy điện Hàm Thuận được xây dựng trên sông La Ngà, thuộc huyện Bảo Lâm – Tỉnh Lâm Đồng.Nền và vai đập bên phải đều được đặt trên đá granit có cường độ cao, vai trái có sự xen kẹp đá granit và đá sừng Theo tiêu chuẩn TCXDVN 372- 2006, thì khu vực huyện Bảo Lâm – Tỉnh Lâm Đồng thuộc khu vực có cấp động đất là cấp V (thang MSK 64) Nhưng từ “Bản đồ kiến tạo-phân vùng động đất” của viện vật lý địa cầu lập năm 2008, cấp động đất của đập chính Hàm Thuận có cấp VII (thang MSK 64) Trong luận văn này, cấp động đất chọn là cấp VII có a = 0.06÷0.12 g g ( ) là cấp có mức độ ảnh hưởng và nguy hiểm cao hơn Vận tốc sóng cắt trung bình được tính toán theo biểu thức:

(6.1) hi, vichiều dày (m) và vận tốc sóng cắt (tại mức biến dạng cắt bằng 10 -5 hoặc thấp hơn) của lớp thứ i trong tổng số N lớp tồn tại trong 30m đất trên bề mặt Đối với trường hợp đập Hàm Thuận, tính đượcv s,30 p8.86

Nền đập của đập Hàm thuận là nền loại B theo TCXDVN 375- 2006 Từ đây, phổ phản ứng thiết kế được thiết lập cho nền loại B và động đất cấp VII (a = 0.12g g hay S.a = 0.144g g )[33]

Hình 6.3: Bản đồ phân vùng

Với các thành phần nằm ngang c

Se(T) được xác định theo TCXDVN 375

Hai trận động đất có gia t tác dụng khác nhau lên kết c để tính toán là cần thiết

Sau khi, xây dựng được ph trang web http://peer.berkeley.edu/peer_ground_motion_database/ tâm nghiên cứu động đất Thái Bình động đất có chuyển động đấ phân vùng động đất khu vực đập Hàm Thuận m ngang của tác động động đất, phổ phản TCXDVN 375- 2006 bằng các công thức sau

(6.5) t có gia tốc đỉnh như nhau nhưng cũng gây ra các chuy t cấu Chính vì vậy, việc lựa chọn 1 trận động đ c phổ phản ứng thiết kế, sử dụng phần mềm PGMD t http://peer.berkeley.edu/peer_ground_motion_database/ của c t Thái Bình Dương - PEER (xem phụ luc D) ất nền phù hợp n n ứng đàn hồi [16]: ng gây ra các chuyển vị, lực ng đất phù hợp m PGMD tại a của Trung luc D) để tìm trận

Hình 6.4: Phổ phản ứng thiế

Từ hình 6.4 , ta thấy phổ năm 1980 là phù hợp nhất v cấp VII Sau đây, là giản đồ tại Irpinia, Italy vào năm 1980

Hình 6.5: Chấn đồ ết kế và phổ phản ứng của các trận động đất t ổ phản ứng của trận động đất xảy ra tại Irpinia, Italy vào t với phổ phản ứng thiết kế của nền loại B khi có ồ gia tốc, vận tốc và chuyển vị của trận động đ m 1980, tìm được từ phần mềm PGMD (xem ph của trận động đất Irpinia, Italy vào năm 1980 t tương ứng i Irpinia, Italy vào i B khi có động đất ng đất xảy ra m PGMD (xem phụ luc D): m 1980

6.4.PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC BÌNH THƯỜNG CỦA ĐẬP KHI CHƯA CÓ ĐỘNG ĐẤT

Phân tích động lực được thực hiện với mô hình 2-D tại mặt cắt giữa đập Hiệu ứng 3- D không được xét đến Mô hình chia lưới đập và nền:

Hình 6.6: Sơ đồ chia lưới phần tử của đập Hàm Thuận và nền đập

6.4.1 Dòng thấm ổn định và áp lực lỗ rỗng trong đập Để xác định điều kiện thấm và áp lực nước lỗ rỗng của đập ở đây, dùng phần mềm Seep/ W để giải quyết bài toán thấm với môi trường đồng nhất trong đập cũng như nền đập Đập được tính toán với trường hợp mực nước dâng bình thường

(506.00 m) và không có nước ở hạ lưu

Hình 6.7:Áp lực nước kẽ rỗng khi chưa có động đất (kPa)

Dòng thấm qua đập và nền cùng với áp lực nước lỗ rỗng được trình bày ở hình 6.7 Có thể nhận thấy rằng dòng thấm đi qua lớp đá đổ hệ số thấm lớn nên dòng chảy tập trung ở vùng này với vận tốc thấm ngang lớn, khi tới lõi đập được làm bằng đất sét có hệ số thấm nhỏ thì áp lực nước lỗ rỗng và đường bão hòa nước hạ thấp xuống

Khi chưa có động đất, đập chủ yếu chịu tải trọng bản thân đập và áp lực thủy tĩnh phía thượng lưu đập Trong luận văn này, ứng suất ban đầu được tìm được bằng cách sử dụng Phần Mềm Quake/ W - phần phân tích tĩnh (intial static) Ứng suất trong thân đập và nền đập tìm được được thể hiện ở các hình sau:

Hình 6.8: Ứng suất hiệu dụng theo phương đứng khi chưa có động đất (kPa)

Hình 6.9: Ứng suất hiệu dụng theo phương ngangkhi chưa có động đất (kPa)

Hình 6.10: Ứng suất tổng theo phương đứngkhi chưa có động đất (kPa)

Hình 6.11: Ứng suất tổng theo phương ngang khi chưa có động đất (kPa)

Hình 6.12: Ứng suất cắt khi chưa có động đất (kPa).

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA ĐẬP KHI CÓ ĐỘNG ĐẤT

Việc phân tích phản ứng động lực của kết cấu đập khi có động đất, trong luận văn này, được thực hiện lần lượt bằng mô hình tuyến tính tương đương và mô hình phi tuyến

6.5.1 Ứng xử của đập khi áp dụng mô hình tuyến tính tương đương i Thông số động học của đất

Những thông số động học của đất như sự biến đổi của mô đun cắt và hệ số giảm chấn theo biến dạng cắt chu kỳ được lấy từ các đường cong kinh nghiệm (tham khảo chương 3, mục 3.2.3), thu được từ các nghiên cứu trước đây với vật liệu tương đương Từ nghiên cứu của Seed (1986); Idiss (1990); và viện EPRI (1993) xây dựng được đường cong biến đổi mô đun cắt và tỷ số giảm chấn cho vật liệu đắp đập và đất nền

Hình 6.13: Đường cong biến đổi mô đun cắt

Hình 6.14: Đường cong biến đổi tỷ số giảm chấn ii Phân tích động lực Áp dụng mô hình tuyến tính tương đương dùng để phân tích động lực kết cấu đập mục đích là xác định các thành phần: Chuyển vị - biến dạng, vận tốc, gia tốc; Áp lực lỗ rỗng; Ứng suất của đập Ứng xử phi tuyến thực tế của mô đung cắt G và hệ số giảm chấn dưới tác động của tải tuần hoàn có thể tính toán một cách xấp xỉ bằng các phân tích tuyến tính tương đương Trong một phân tích tuyến tính tương đương, hệ số mô đun cắt (G/G max ) và hệ số giảm chấn sử dụng trong suốt quá trình phân tích tải trọng động

Hệ số mô đun cắt (G/Gmax)và hệ số giảm chấn mới này được tìm từ biến dạng cắt tuần hoàn hoặc tuần hoàn tương đương thu được từ phân tích động học Sau đó phân tích tải trọng động mới được bắt đầu với hệ số mô đun cắt (G/Gmax)và hệ số giảm chấn mới Quá trình lặp này sẽ được lặp đi lặp lại đến khi sự thay đổi trong hai bước lặp kế tiếp là nhỏ chấp nhận được Ta tính chuyển vị chuẩn lớn nhất trong suốt phân tích tải trọng động và so sánh với véc tơ chuyển vị chuẩn lớn nhất giữa hai bước lặp kế tiếp Véc tơ chuyển vị chuẩn lớn nhất tính như sau:

Trong đó, i a n Chuyển vị động của nút thứ n và i là thứ tự bước lặp

Chương trình sẽ dừng tính toán khi sự thay đổi của chuyển vị chuẩn lớn nhất nhỏ hơn dung sai hội tụ

Dung sai hội tụ được đinh nghĩa:

Chuyển vị, ứng suất – biến dạng, áp lực nước lỗ rỗng … tìm được từ phân tích tuyến tính tương đương chính là các giá trị của bước phân tích cuối cùng, bước phân tích tìm được dung sai hội tụ

Kết quả tính toán tìm được như sau:

Hình 6.15: Áp lực nước kẽ rỗng sau khi chịu tác động của động đất(kPa)

Hình 6.16: Ứng suất hiệu dụng theo phương đứngsau khi chịu tác động của động đất(kPa)

Hình 6.17: Ứng suất hiệu dụng theo phương ngang sau khi chịu tác động của động đất(kPa)

Hình 6.18: Ứng suất tổng theo phương đứng sau khi chịu tác động của động đất(kPa)

Hình 6.19: Ứng suất tổng theo phương ngangsau khi chịu tác động của động đất(kPa)

Hình 6.20: Ứng suất cắt sau khi chịu tác động của động đất(kPa)

Từ hình 6.15 đến hình 6.20 lần lượt hiển thị kết quả áp lực nước lỗ rỗng; Ứng suất hiệu dụng theo phương đứng và phương ngang; Ứng suất tổng theo phương đứng và phương ngang; Ứng suất cắtsau khi chịu tác động của động đất Từ kết quả ở các hình này cho thấy, khi áp dụng mô hình tuyến tính tương đương, sau khi chịu tác động của động đất thì áp lực nước lỗ rỗng, các thành phần ứng suất của đập gần như quay trở lại trạng thái ban đầu Đây chính là đặc tính tuyến tính của của mô hình này, các kết quả có được giống như là khuyếch đại các giá trị từ chuyển động của đất nền Sau khi đất nền không chuyển động, đập gần như được đưa trở lại trạng thái ban đầu Ứng suất hiệu dụng lớn nhất, ứng suất cắt lớn nhất trong thân đập và nền đập được thể hiện ở các hình 6.21 và 6.22:

Hình 6.21: Ứng suất hiệu dụng lớn nhất trong thân đậpsau khi chịu tác động của động đất(kPa)

Hình 6.22: Ứng suất cắt lớn nhất trong thân đậpsau khi chịu tác động của động đất(kPa)

Hình 6.23 thể hiện phản ứng động học của điểm giữa đỉnh đập So với dữ liệu của trận động đất đầu vào thì phản ứng này là tương đối giống nhau Các thành phần gia tốc, vận tốc, và chuyển vị ở hình 6.23 và hình 6.5 là khá giống nhau về hình dáng, xu hướng dao động, nhưng giá trị đỉnh khác nhau So với giản đồ gia tốc của trận động đất (hình 6.5), thời điểm 12.49(s) là thời điểm gia tốc của trận động đất đạt tới giá trị gia tốc đỉnh (0.144g) thì chuyển động của đỉnh đập lúc này là rung lắc mạnh Nhưng thời điểm có giá trị vận tốc và chuyển vị lớn nhất là thời điểm trên dưới 28 (s), giá trị chuyển vị lớn nhất đạt được là 0.204 (m) và gia tốc lớn nhất là 0.705 (m/s) ở thời điểm 28.56 (s) đây cũng là thời điểm có sự thay đổi lớn về gia tốc, khoảng cách giữa 2 đỉnh kế tiếp của biểu đồ gia tốc là lớn nhất khoảng 0.604 (g)

Hình 6.23:Chuyển vị, Vận tốc, Gia tốc theo phương ngang của đỉnh đập theo thời gian

Hình 6.24 và 6.25 diễn tả chuyển vị, gia tốc tại lõi đập tại các thời điểm 6, 12,

18, 24, 30 và 36 (s) Từ các giá trị này, ta thấy lõi đập giao động rung lắc, qua lại theo phương ngang trong phạm vi 0.15 (m) Cá biệt, trong khoảng thời gian từ 28.4 đến

28.7 (s) là chuyển vị lớn hơn 0.15 (m) và đạt giá trị cực đại tại đỉnh đập ở thời điểm 28.56 (s) là 0.204 (m).Cũng từ hình 6.24 và 6.25 cho thấy phạm vi trên đỉnh đập là phạm vi chịu ảnh hưởng nặng nề nhất do địa chấn.Trong suốt thời gian chịu tác động của động đất, chuyển vị lớn nhất của của các điểm không xảy ra ở cùng một thời điểm, nhưng chúng có xu hướng tăng dần theo cao độ từ dưới lên trên

Hình 6.24: Chuyển vị tại lõi đập ở các thời điểm 0, 6, 12,18, 24,30, 36 (s)

Hình 6.25: Gia tốc tại lõi đập ở các thời điểm 0, 6, 12,18, 24,30, 36 (s)

Hình 6.26 và 6.27lần lượt là chuyển vị và ứng suất cắt của các nút 4, 45, 51, 57 theo thời gian

Hình 6.26: Chuyển vị của các nút 4, 45, 51, 57 theo thời gian (m)

Hình 6.27: Ứng suất cắt của các nút 4, 45, 51, 57 theo thời gian(kPa)

Từ các hình trên thấy rõ là, khi các vị trí có cao độ tăng dần thì ảnh hưởng của động đất càng rõ rệt, biên độ thay đổi của chuyển vị càng lớn Các giá trị ứng suất cắt cũng có sự thay đổi khác nhau tùy theo cao độ, nhưng về hình dạng và xu hướng của chuyển động thì giống nhau

Phản ứng của đập khi xảy ra động đất thay đổi theo vị trí có cao độ khác nhau Ở vị trí có cao độ càng cao thì ảnh hưởng của động đất càng lớn Các thành phần chuyển vị, vận tốc, gia tốc theo phương ngang có giá trị tăng dần theo chiều cao của đập (hình 6.26).Chuyển động của đất nền tập trung lớn ở thời điểm trên dưới 10s và 28s đây cũng là thời điểm mà các phản ứng của đập mạnh mẽ nhất các giá trị chuyển vị, vận tốc, gia tốc theo phương ngang và ứng suất tập trung lớn nhất trong thời điểm này ở các vị trí trong đập Ứng xử của đập là khác nhau trong mỗi phần của vật liệu đập Các vùng có độ cứng lớn, Gmax lớn thì có chuyển vị nhỏ hơn so với những vùng có độ cứng nhỏ hơn iii Phân tích khả năng hóa lỏng

Khi dùng phương pháp phân tích tuyến tính tương đương, áp lực nước lỗ rỗng tìm được là giá trị của bước lặp cuối cùng Bước lặp cuối cùng là bước lặp có giá trị chuyển vị sai khác so với giá trị chuyển vị của bước lặp trước đó nhỏ hơn dung sai cho phép Vì vậy, giá trị của áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian tìm được là sự thay đổi của áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian của bước lặp cuối cùng

Khi xảy ra động đất, có sự rung lắc mạnh khiến áp lực nước lỗ rỗng tăng lên, làm giảm lực tiếp xúc giữa các hạt đất có thể gây lên hiện tượng hóa lỏng Hình dưới đây thể hiện sự gia tăng áp lực nước lỗ rỗng tại các nút 795, 850, 970, 1236, 1293 theo thời gian Đây là các vị trí nằm tiếp giáp giữa lớp lọc mịn và lớp lọc thô a Nút 970

Sơ đồ vị trí của các nút 795, 857, 970,

Hình 6.28: Áp lực nước lỗ rỗng tại nút 795, 850, 970, 1236, 1293 theo thời gian(kPa)

Theo phân tích tuyến tính tương đương, khu vực có khả năng hóa lỏng tìm được chỉ ra ở hình dưới đây:

Hình 6.29: Khu vực có khả năng hóa lỏng (sử dụng mô hình tuyến tính tương đương)

Nhận thấy, khu vực hóa lỏng chủ yếu nằm ở khu vực lớp lọc mịn và có áp lực nước lỗ rỗng gia tăng Bản chất của lớp lọc mịn và lọc thô khác nhau là về thành phần hạt, đối với lớp lọc thô thì thường có thành phần hạt lớn, khả năng thấm lớn làm cho áp lực nước lỗ rỗng hồi phục nhanh trở lại trạng thái áp lực thủy tĩnh ban đầu, vì vậy nên khó xảy ra hiện tượng hóa lỏng hơn Và đối với Lớp lọc mịn thì ngược lại

Chính vì vậy, khi chọn vật liệu làm lớp lọc cho đập không nên chỉ chọn cát hạt mịn và đồng đều Nên chọn các loại cát có khả năng thấm và cấp phối tốt để hạn chế hiện tượng hóa lỏng khi xảy ra động đất trong đập iv Ảnh hưởng của gia tốc đỉnh của giản đồ gia tốc tới ứng xử của đập

KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC TRONG LUẬN VĂN VÀ KIẾN NGHỊ

Với mục tiêu là phân tích “ứng xử của đập vật liệu địa phương dưới tác động của động đất” Đề tài nghiên cứu đã hoàn thành các nội dung chính cùng các kết quả như sau:

- Chuyển động của đất nền tập trung lớn ở thời điểm trên dưới 10(s) và 28(s), đây cũng là thời điểm mà các phản ứng của đập mạnh mẽ nhất Các giá trị chuyển vị, vận tốc, gia tốc theo phương ngang và ứng suất tập trung lớn nhất trong thời điểm này ở các vị trí trong đập

- So sánh giản đồ gia tốc của trận động đất với giản đồ gia tốc của đỉnh đập theo thời gian tìm được bằng việc áp dụng mô hình tuyến tính tương đương là giống nhau tương đối Đồng thời, so với việc áp dụng mô hình phi tuyến thì giản đồ gia tốc của đỉnh đập theo thời gian có sự khác biệt với giản đồ gia tốc của trận động đất Tuy nhiên, sự khác biệt này là không nhiều

- Phản ứng của đập nhìn chung có sự tăng dần theo cao độ Các điểm có cao độ càng lớn thì chịu ảnh hưởng của động đất càng mạnh

- Xem xét hai mô hình tuyến tính tương đương và mô hình phi tuyến Thấy rằng, kết quả của hai phương pháp này là có sự khác nhau Sự khác nhau này chủ yếu là do sự gia tăng lớn áp lực nước lỗ rỗng khi áp dụng mô hình MFS kết hợp với mô hình phi tuyến

- Hiện tượng hóa lỏng của đất cát được mô tả rõ ràng hơn khi áp dụng mô hình phi tuyến

- Sử dụng phương pháp động lực học để tính toán ảnh hưởng của động đất đến các đập vật liệu địa phương Áp dụng tính toán khi thiết kế, thẩm định hay kiểm định an toàn đập

- Do ảnh hưởng của động đất ảnh hưởng lớn đến khu vực phía trên đập, nên khi thiết kế, bố trí xây dựng đập cần chú ý hơn đến khu vực này Lựa chọn các loại vật liệu có yêu cầu độ bền cao hơn Không bố trí các thiết bị có độnhạy cảm cao ở khu vực này (ví dụ như các thiết bị quan trắc), nếu đỉnh đập có tường chắn sóng thì phải tính toán độ bền và phân chia khe thi công cho hợp lý

- Xem xét các biện pháp tăng cường gia cố mái thượng hạ lưu đập ở khu vực gần đỉnh đập

- Khi tính toán kiểm tra khả năng hóa lỏng của đất cát, nên sử dụng mô hình phi tuyến.

HẠN CHẾ, TỒN TẠI

- Do giới hạn về tài liệu đầu vào, nên chỉ có một ví dụ tính toán là đập đá đổ lõi giữa

- Các kết quả thí nghiệm động học đất không tìm được Các thông số động học của vật liệu đắp đập và nền dựa trên các nghiên cứu địa kỹ thuật trước đây

- Trong phạm vi của luận văn này, giản đồ gia tốc đưa vào tính toán mới chỉ sử dụng băng gia tốc theo phương ngang, chưa xem xét đến ảnh hưởng của động đất theo phương đứng (mặc dù gia tốc theo phương đứng là nhỏ hơn rất nhiều so với phương ngang)

- Phân tích động lực được thực hiện với mô hình 2-D tại mặt cắt giữa đập Hiệu ứng 3- D không được xét đến.

HƯỚNG KHẮC PHỤC, ĐỀ XUẤT 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO A

- Để tăng độ tin cậy của kết quả tính toán cần phải có nhiều số liệu thí nghiệm thực tếđể so sánh và hiệu chỉnh mô hình

- Nghiên cứu khả năng ảnh hưởng của gia tốc theo phương ngang và phương đứng tới đập vật liệu địa phương để xem xét khả năng ảnh hưởng cộng hưởng của gia tốc theo cả hai phương này

- Nghiên cứu mô hình 3-D, xem xét ảnh hưởng của động đất tới đập vật liệu địa phương ở những góc độ toàn diện hơn

Do vốn kiến thức của bản thâncòn hạn hẹp nên luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót Để đề tài được hoàn thiện mong quý Thầy Cô và các bạn góp ý

[1] Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn, “Át lát công trình thủy lợi tiêu biểu ở Việt Nam”, 2003

[2] Wikipedia, “List of tallest dams in the world”

[3] S.L.Krame, “Geotechnical earthquake engineering”, Prentice- hall, 1996, P

[4] Nguyễn Lê Ninh,“Động đất và thiết kế công trình chịu động đất”, Nhà xuất bản: Xây dựng, 2009

[5] Lê Thị Phương Thuận, Phạm Văn Quốc “Nghiên cứu ổn định đập vật liệu địa phương chịu tác động đất”,Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy, Đại học Thủy lợi, 2008

[6] Nguyễn Bỉnh Thìn, Huỳnh Bá Kỹ Thuật “Ảnh hưởng tải trọng động đất đến ổn định mái dốc đập vật liệu địa phương”, Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ,Đại học Thủy lợi, 2005

[7] Nguyễn Thế Đệ, “Sử dụng giản đồ gia tốc để phân tích kết cấu chịu tải trọng động đất”, Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật, Đại học xây dựng, 1998

[8] Nguyễn Thế Hùng, Nguyễn Văn Hướng, “ổn định đập đất dưới ảnh hưởng của động đất”, Tạp chí khoa học và công nghệ, đại học đà nẵng số 3(32), 2009 [9] Meen-Wah Gui and Hsien-Te Chiu, “Seismic response of renyitan earth-fill dam”, Journal of GeoEngineering, Vol 4, No 2, pp 41-50, August 2009 [10] R Ziaie Moayed, M F Ramzanpour, “Seismic Behavior of Zoned

CoreEmbankment Dam”, EJGE-Vol 13, Bund A, 2008

[11] Y Parish, M Sadek, and I Shahrour, “Numerical analysis of the seismic behaviour ofearth dam”, Nat Hazards Earth Syst Sci., 9, 451–458, 23 March

[12] Prabir K Basudhar; N.S.V Kameswara Rao; M Bhookya; and Arindam Dey,

“2d fem analysis of earth and rockfill dams under seismic condition”, Fifth international conference on Recent Advances in Geotechnical

EarthquakeEngineering and Soil Dynamics, 2010, Paper No 4.28b

[13] S.L.Krame, “Geotechnical earthquake engineering”, Prentice- hall, 1996, P

[14] Bommer, J J., (2005) Selection of earthquake time histories for analysis of structures, Newsletter, the Society for Earthquake and Civil Engineering

Dynamics (SECED), UK,Vol 18, No 3, 6-9

[15] S.L.Krame, “Geotechnical earthquake engineering”, Prentice- hall, 1996 [16] Bộ Xây dựng, “ Thiết kế công trình chịu động đất”, TCXDVN 375 : 2006,

[17] Lê Huy Minh, Nguyễn Hồng Phương, “Nguy cơ động đất sóng thần có thể ảnh hưởng đến Việt Nam”, Viện khoa học và công nghệ Việt Nam, 2011

[18] Châu Ngọc Ẩn, “Động học đất”, giáo trình cao học địa kỹ thuật đại học bách khoa TP HCM

[19] Hardin, B.O & Drnevich, V.P (1972a) “Shear modulus and damping in soils: Measurement and parameter effects” Journal of Soil Mechanics and

[20] Hardin, B.O & Drnevich, V.P (1972b) “Shear modulus and damping in soils: Design equations and curves” Journal of Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE 98(7), P 667-692

[21] Seed, H.B and Idriss, I.M (1970) “Soil Moduli and Damping Factors forDynamic Response Analyses,” Report No EERC-70-10, Earthquake

EngineeringResearch Center, University of California, Berkeley, CA

[22] Sun, J.I., Golesorkhi, R., and Seed, H.B (1988) “Dynamic Moduli and

Damping Ratios for Cohesive Soils,” Report, UCB/EERC-88/15, Univ of California atBerkeley, 48 pp

[23] Vucetic, M and Dobry, R (1991) “Effect of Soil Plasticity on Cyclic

Response,”ASCE, Journal of Geotechnical Engineering, Vol 117, No 1, pp 89-107

[24] Ishibashi, I & Zhang, X (1993) “Unified dynamic shear modulus and damping ratiosof sand and clay” Soils and Foundations 33(1): P 182-191 [25] Electric Power Research Institute (1993a) “Guidelines for Determining Design Basis Ground Motions,” Vol 3; Appendices for Field Investigations, EPRI TR- 102293, Final Report, Palo Alto, CA, November

[26] Electric Power Research Institute (1993b) “Guidelines for Determining Design Basis Ground Motions,” Vol 4; Appendices for Laboratory

Investigations, EPRI TR-102293, Final Report, Palo Alto, CA, November [27] Electric Power Research Institute (1993c) “Guidelines for Determining Design Basis Ground Motions,” Final Report, EPRI TR-102293, Palo Alto,

[28] Mehmet Baris Darendeli "Development ofa new family of normalizedmodulus reduction and material dampingcurves” Doctor of philosophy, The university of Texas at Austin, 2001.

[29] Duncan J.M, CY Chang (1970) Nonlinear Analysis of Stress and Strain in Soils.Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, 96:1629-

[30] Martin, G.R., Finn, W.D.L and Seed, H.B., 1975, Fundamentals of

Liquefaction Under Cyclic Loading, Journal of The Geotechnical Engineering Division, ASCE, GT5, p 423-438

[31] GEO-SLOPE International Ltd , “Dynamic Modeling withQUAKE/W 2007”,

[32] Pacific Earthquake Engineering Research Center , “Users Manual for the PEER Ground Motion Database Web Application”, 2010

[33] Công ty cổ phần tư vấn xây dựng điện 2, “Kiểm định an toàn đập và hồ chứa công trình thủy điệnHàm Thuận”, 2010

[34] Van Bac Nguyen, “Numerical Modelling of Reinforced Concrete Bridge Pier underArtificially Generated Earthquake Time-Histories”, Doctor of philosophy, The University of Birmingham, 2006

Phụ lục A: Thang cường độ độ động đất: Thang Mercalli

IMM Mô tả tác động của động đất Gia tốc cực đại gần đúng của nền đất (g)

I Không một rung động nào có thể nhận ra

II Một vài người có thể cảm nhận được khi họ đang nằm nghỉ hoặc trên một tòa nhà cao tầng

III Một vài người có thể cảm nhận được nếu đang ở trong nhà; ngược lại, họ sẽ không thấy gì nếu đang ở bên ngoài 0,003-0,007

IV Một số đồ vật nhỏ như đĩa, bát có thể bị dịch chuyển 0,007-0,015

V Phần lớn mọi người đều có thể cảm nhận được ngay cả khi đang ngủ Những cánh cửa sẽ bị đóng sập lại, bình hoa bị vỡ 0,015-0,030

Mọi người sẽ cảm thấy được cơn địa chấn này khiến cho việc đi lại khó khăn, đồ vật hư hỏng, thậm chí phá hủy các ngôi nhà có kiến trúc tồi 0,030-0,070

VII Gây ra trở ngại trong việc di chuyển, thậm chí ngay cả khi đang trong ô tô, rất nguy hiểm đối với các ngôi nhà tồi 0,070-0,150

VIII Phá hủy các ngôi nhà có nền yếu và một số công trình như cầu cống 0,150-0,300

IX Khá nguy hiểm đối với những tòa nhà cao tầng, phá hủy các công trình giao thông dưới lòng đất 0,300-0,700

X Phần lớn các ngôi nhà đều bị phá hủy, có thể gây ra các hiện tượng như sạt lở đường 0,700-1,500

XI Hầu hết các công trình trên đường lẫn dưới mặt đất đều bị hư hỏng nặng 1,500-3,000

XII Gần như mọi thứ đều bị phá hủy, mặt đất dịch chuyển theo những đường cong, có thể làm sạt lở các mỏm đá 3,000-7,000

Phụ lục B: Thang cường độ độ động đất:Thang Sindo

IJMA Con người Tình trạng trong nhà Tình trạng bên ngoài Gia tốc nền cực đại(PGA)

0 (0) Con người không thể cảm nhận được < 0,008 m/s²

Chỉ một vài người cản nhận được bên trong toà nhà

Nhiều người cảm nhận được khi ở bên trong toà nhà Đánh thức một số người

Các vật treo như đèn lay động nhẹ 0,025–0,08 m/s²

Hầu hết những người trong nhà đều cảm nhận được Một số người sợ hãi Đĩa trong tủ đôi khi kêu lạch cạch Dây điện lắc nhẹ 0,08–0,25 m/s²

Một số người tìm cách thoát hiểm Đánh thức hầu hết người đang ngủ

Các vật dụng treo lắc đáng kể và dĩa trong kệ va vào phát ra tiếng

Những đồ trang trí trong nhà có thể đổ/rơi

Dây điện lắc đáng kể Người đi bộ và một số người lái xe nhận biết được rung động

Hầu hết mọi người tìm cách thoát hiểm Một số người lúng túng tìm cách chạy Đồ vật treo lắc mạnh Hầu hết đồ trang trí không vững đều rơi Đôi khi, đĩa trong kệ và sách rơi xuống và đồ nội thất di chuyển

Người dân nhận thấy cột điện, ánh sáng dao động Đôi khi, tấm kính cửa sổ bị vỡ và rơi, tường bê tông không cốt thép sụp đổ, và những con đường bị hư hỏng

Nhiều người sợ một cách đáng kể và gặp khó khăn để di chuyển

Hầu hết các đĩa trong tủ và hầu hết các cuốn sách rơi khỏi kệ sách Ngăn kéo rơi ra, cửa trượt trượt ra khỏi đường rãnh của nó và sự biến dạng của một khung cửa làm cho nó không thể mở được

Trong nhiều trường hợp, tường bê tông không cốt thép đổ Nhiều xe ô tô dừng lại bởi vì rất khó khăn để lái xe

6-thấp Khó khăn để đứng vững

Rất nhiều Đồ nội thất nặng nề và không cố định di chuyển và đổ nhào

Không thể mở cửa bằng nhiều cách

Một số tòa nhà, ốp tường và tấm kính cửa sổ bị hư hỏng và rơi

Không thể để đứng và di chuyển mà không bò

Hầu hết Đồ nội thất nặng nề và không cố định di chuyển và đổ nhào Thỉnh thoảng, cánh cửa trượt khỏi rãnh của nó

Nhiều tòa nhà, ốp tường và tấm kính cửa sổ bị hư hỏng và rơi.Và hầu hết tường bê tông không cốt thép sụp đổ

7 (7) Bị ném do lắc và không thể di chuyển

Hầu hết các đồ nội thất di chuyển đến một mức độ lớn và một số nhảy lên

Trong hầu hết các tòa nhà, ốp tường và các tấm kính cửa sổ bị hư hỏng và rơi Trong một số trường hợp, tường bê tông cốt thépsụp đổ

Phụ lục C: Thang cường độ độ động đất:Thang Medvedev-Sponheuer-Karnik

Cường độ động đất Hậu quả của động đất

I Không cảm nhận được Không cảm thấy, chỉ được các địa chấn kế ghi nhận

Không có tác động lên các vật thể Không có thiệt hại đối với nhà cửa

II Khó cảm nhận được Chỉ những cá nhân nào đang nghỉ ngơi mới cảm nhận được Không có tác động lên các vật thể Không có thiệt hại đối với nhà cửa

III Yếu Một ít người ở trong nhà cảm nhận được Các đồ vật treo đu đưa nhẹ Không có thiệt hại đối với nhà cửa

IV Quan sát được trên diện rộng

Nhiều người ở trong nhà cảm nhận được và chỉ rất ít người ở ngoài nhà cảm nhận được Một ít người nhận thấy rõ Rung động vừa phải Những người quan sát cảm thấy sự rung hay đu đưa nhẹ của nhà cửa, phòng ốc, giường, bàn, ghế v.v Đồ sứ, cốc chén kêu loảng xoảng; cửa sổ và cửa ra vào kêu cọt kẹt Các đồ vật treo đu đưa Các loại đồ nội thất nhẹ rung động thấy được trong một số trường hợp Không có thiệt hại đối với nhà cửa

Phần lớn những người trong nhà cảm nhận được, ít người bên ngoài nhà cảm nhận được Một số người sợ hãi và chạy ra khỏi nhà Nhiều người đang ngủ tỉnh dậy Những người quan sát cảm thấy sự rung động hay đu đưa mạnh của toàn bộ nhà cửa, phòng ốc hay đồ nội thất Các đồ vật treo đu đưa đáng kể Đồ sứ và thủy tinh kêu loảng xoảng Cửa sổ và cửa ra vào mở ra hay khép lại Trong một số trường hợp các khung cửa sổ bị phá vỡ Các chất lỏng dao động và có thể trào ra khỏi các đồ chứa đầy Các con vật nuôi trong nhà có thể cảm thấy khó chịu Thiệt hại nhẹ đối với một ít công trình xây dựng có kết cấu kém