NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG THEO MÔ HÌNH PHI TUYẾN. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO ĐẬP THỦY ĐIỆN KHAO MANG THƯỢNG - TỈNH YÊN BÁI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI PHẠM TIẾN CẢNH NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG THEO MÔ HÌNH PHI TUYẾN. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO ĐẬP THỦY ĐIỆN KHAO MANG THƯỢNG - TỈNH YÊN BÁI Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Mã số: 60-58-40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS.Nguyễn Cảnh Thái Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN Sau quá trình nỗ lực của bản thân, sự giúp đỡ từ thầy hướng dẫn, các đồng nghiệp, phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, khoa Công trình trường Đai học Thủy Lợi, đến nay luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu trạng thái ứng suất - biến dạng của đập vật liệu địa phương theo mô hình phi tuyến. Áp dụng tính toán cho đập thuỷ điện Khao Mang Thượng - tỉnh Yên Bái” đã hoàn thành. Tác giả xin gửi lời chân thành cám ơn tới các đồng nghiệp trong Công ty Cổ phần Tư vấn Xây Dựng điện 1, người đã cung cấp các số liệu cho luận văn này. Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Cảnh Thái, người đã trực tiếp hướng dẫn, và giúp đỡ tận tình tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Do thời gian và kiến thức có hạn, luận văn không thể tránh khỏi những điều thiếu sót. Tác giả rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp và những quý vị quan tâm. Mọi ý kiến đóng góp xin liên hệ theo địa chỉ email: canhpt_pecc@yahoo.com Hà Nội, ngày 22 tháng 5 năm 2014 Tác giả Phạm Tiến Cảnh BẢN CAM KẾT Tác giả xin cam kết rằng, nội dung trong luận văn này hoàn toàn được thực hiện bởi chính tác giả dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.Nguyễn Cảnh Thái. Tất cả các số liệu sử dụng tính toán trong luận văn thuộc về sở hữu của Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 1. Tác giả tôn trọng bản quyền tác giả của các nguồn tài liệu được sử dụng trong luận văn, tất cả đều được trích dẫn cụ thể. Tác giả xin cam kết những điều trên là đúng sự thật. Tác giả chịu trách nhiệm với những gì mình cam kết. Hà Nội, ngày 22 tháng 5 năm 2014 Tác giả Phạm Tiến Cảnh MỤC LỤC HÌNH VẼ 1 BẢNG BIỂU 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 4 1.1 Tổng quan về đập vật liệu địa phương 4 1.1.1 Mở đầu 4 1.1.2 Nhiệm vụ, chức năng của đập 6 1.1.3 Ưu nhược điểm đập vật liệu địa phương 6 1.1.4 Một số đập vật liệu địa phương trên thế giới và Việt Nam 7 1.2 Trạng thái ứng suất biến dạng của đập. 11 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 13 2.1 Tổng quan về mô hình vật liệu 13 2.1.1 Tổng quan về ứng suất 13 2.1.2 Tổng quan về biến dạng 15 2.2 Một số mô hình vật liệu cơ bản 16 2.2.1 Mô hình vật liệu đàn hồi tuyến tính 16 2.2.2 Mô hình vật liệu đàn dẻo tuyệt đối (Mohr-Coulomb) 17 2.2.3 Mô hình vật liệu Hyperbolic (Duncan-Chang) 19 2.2.4 Mô hình đất tăng cứng Hardening Soil 21 2.3 Quy luật biến dạng cơ bản của đất 25 2.4 Các biến dạng trong đập và hậu quả 26 2.5 Đứt gãy thủy lực 30 CHƯƠNG 3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 32 3.1 Yếu tố về hình học của đập 32 3.2 Lựa chọn mô hình vật liệu 32 3.3 Lựa chọn chỉ tiêu của vật liệu 33 3.4 Lưới phần tử 34 3.5 Quá trình thi công 35 3.6 Quá trình tích nước 37 CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG ĐẬP KHAO MẠNG THƯỢNG 39 4.1 Giới thiệu về đập Khao Mang Thượng 39 4.2 Phân tích số liệu, mô hình tính toán, mặt cắt tính toán. 49 4.2.1 Khảo sát mỏ vật liệu đắp đập 49 4.2.2 Công tác thí nghiệm vật liệu đắp đập 50 4.2.3 Phân tích số liệu 53 4.2.4 Mô hình tính toán 53 4.2.5 Xác định chỉ tiêu tính toán cho mô hình hardening soil 55 4.2.6 Các tính toán ứng suất biến dạng đập 57 4.3 Kết quả tính toán 58 4.3.1 Ảnh hưởng mô hình tính toán, quá trình thi công, quá trình tích nước: Tính cho mặt cắt 0+100 59 4.3.2 Ảnh hưởng của hình dạng mặt cắt: Mặt cắt 0+75, 0+125, 0+150 70 4.3.3 Ảnh hưởng của khối gia tải hạ lưu: Mặt cắt 0+75 75 4.3.4 Tính toán cho mặt cắt dọc trục đập 76 4.4 Kiến nghị 78 4.5 Kết luận chương 79 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC HÌNH VẼ Hình 2-1: Hệ trục tọa độ không gian tổng thể và ký hiệu ứng suất 13 Hình 2-2: Không gian ứng suất chính 14 Hình 2-3: Quan hệ giữa ứng suất biến dạng – mô hình đàn hồi tuyến tính 16 Hình 2-4: Quan hệ ứng suất – biến dạng mô hình Mohr Coulomb 17 Hình 2-5: Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính (C=0) 18 Hình 2-6: Đường cong quan hệ giữa ứng suất – biến dạng. 20 Hình 2-7: Xác định module tham chiếu ref oed E 23 Hình 2-8: Đường cong ứng suất biến dạng 23 Hình 2-9: Quy luật biến dạng của đất 25 Hình 2-10: Biến dạng đều 26 Hình 2-11: Chênh lệch chuyển vị do địa hình 26 Hình 2-12: Chênh lệch chuyển vị do vật liệu đắp khác nhau 27 Hình 2-13: Chênh lệch chuyển vị do thay đổi địa chất nền 27 Hình 2-14: Chênh lệch chuyển vị do vết nứt kiến tạo chạy dọc theo phương dòng chảy 27 Hình 2-15: Biến dạng theo phương ngang 27 Hình 2-16: Lún nền đập 27 Hình 2-17: Vết nứt vuông góc trục đập 28 Hình 2-18: Vết nứt ngang 29 Hình 2-19: Vết nứt dọc 30 Hình 2-20: Giảm ứng suất trong thân đập. 31 Hình 3-1: Ảnh hưởng của quá trình thi công đến trạng thái ứng suất biến dạng 36 Hình 4-1: Thiết kế mặt cắt ngang đập điển hình 44 Hình 4-2: Biểu đồ cấp phối hạt các khối đắp 46 Hình 4-3: Đập đắp đến cao trình 470.00m 47 Hình 4-4: Đập đắp đến cao trình 900.00m 47 Hình 4-5: Thi công lõi sét chống thấm đến cao trình 900.00m 48 Hình 4-6: Thi công thí nghiệm đắp đá thượng lưu (khối 5) 48 Hình 4-7: Thiết bị thí nghiệm nén 3 trục mẫu đất 52 Hình 4-8: Đang thí nghiệm nén 3 mẫu đất cố kết 1 trục 52 Hình 4-9: Đường cong quan hệ 𝛔~𝛆 thí nghiệm nén Oed 57 Hình 4-10: Kết thúc giai đoạn thi công - Ứng suất 𝜎y’ 59 Hình 4-11: Kết thúc giai đoạn thi công - Ứng suất 𝜎x’ 59 Hình 4-12: Chuyển vị theo phương đứng, kết thúc giai đoạn thi công 60 Hình 4-13: Kết thúc giai đoạn thi công – Chuyển vị theo phương ngang 60 Hình 4-14: MNDBT - Ứng suất 𝜎y’ 60 Hình 4-15: MNDBT - Ứng suất 𝜎x’ 60 Hình 4-16: MNDBT – Chuyển vị theo phương X. 61 Hình 4-17: Kết quả ứng suất theo phương Y của giai đoạn thi công xong (màu đỏ) và giai đoạn mực nước dâng bình thường. 62 Hình 4-18: Kết thúc giai đoạn thi công - Ứng suất 𝜎x’ 63 Hình 4-19: Kết thúc giai đoạn thi công - Ứng suất 𝜎y’ 64 Hình 4-20: Kết thúc giai đoạn thi công - Ứng suất chính. 64 Hình 4-21: Các điểm vẽ biểu đồ chuyển vị thẳng đứng 64 Hình 4-22: Chuyển vị đứng các điểm đo. 65 Hình 4-23: Chuyển vị đứng tăng thêm do từng lớp đất đắp ứng với các điểm khảo sát 65 Hình 4-24: Các ứng suất hiệu quả theo phương Y tại các cao trình 895, 905, và 884 66 Hình 4-25: MNDBT – Áp lực nước lỗ rỗng 67 Hình 4-26: MNDBT - ứng suất hiệu quả 𝜎y’ 68 Hình 4-27: MNDBT - ứng suất hiệu quả 𝜎x’ 68 Hình 4-28: MNDBT - ứng suất chính hiệu quả. 68 Hình 4-29: Chuyển vị thẳng đứng – MNDBT 69 Hình 4-30: Chuyển vị thẳng đứng –cuối giai đoạn thi công 69 Hình 4-31: Mặt cắt 0+75 - Kết thúc thi công - ứng suất hiệu quả 𝛔y 70 Hình 4-32: Mặt cắt 0+75 - Kết thúc thi công - ứng suất hiệu quả 𝛔x 70 Hình 4-33: Mặt cắt 0+75 - MNLTK - ứng suất hiệu quả 𝛔y 71 Hình 4-34: Mặt cắt 0+125 - Kết thúc thi công - ứng suất hiệu quả 𝛔y 71 Hình 4-35: Mặt cắt 0+125 - Kết thúc thi công - ứng suất hiệu quả 𝛔x 72 Hình 4-36: Mặt cắt 0+125 - MNLTK - Ứng suất hiệu quả 𝛔y 72 Hình 4-37: Mặt cắt 0+150 - Kết thúc thi công - ứng suất hiệu quả 𝛔y 73 Hình 4-38: Mặt cắt 0+150 - Kết thúc thi công - ứng suất hiệu quả 𝛔x 73 Hình 4-39: Mặt cắt 0+150 - MNLTK - Ứng suất hiệu quả 𝛔y 74 Hình 4-40: Ứng suất trong lõi sét cao trình 904m khi MNDBT 75 Hình 4-41: Mặt cắt A-A 75 Hình 4-42: Trường hợp không có khối gia tải Max = 14,8cm 76 Hình 4-43: Có khối gia tải Max = 5cm 76 Hình 4-44: Thi công xong - chuyển vị theo phương X 77 Hình 4-45:Thi công xong - chuyển vị theo phương Y 77 Hình 4-46: Ứng suất Sx'- mực nước 915. 78 BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Một số đập vật liệu địa phương có chiều cao trên 100m trên thế giới 8 Bảng 1-2: Các đập cao nhất Hoa Kỳ, bao gồm các đập cao từ 170m ở Hoa Kỳ đã xây dựng xong, đang vận hành bình thường. Tính đến thời điểm tháng 1/2007 9 Bảng 1-3: Một số đập vật liệu địa phương được xây dựng ở Việt Nam. 10 Bảng 4-1: Bảng thông số các hạng mục công trình thủy điện Khao Mang Thượng giai đoạn TKKT 41 Bảng 4-2:Cấp phối hạt cát lọc (khối 3) 45 Bảng 4-3: Cấp phối hạt cát lọc (khối 4) 45 Bảng 4-4: Cấp phối hạt đá đắp thượng lưu (khối 5) 45 Bảng 4-5:Khối lượng công tác thí nghiệm trong phòng và hiện trường 51 Bảng 4-6: Chỉ tiêu tính toán kiến nghị theo số liệu của chủ nhiệm địa chất. 53 Bảng 4-7: Chỉ tiêu tính toán đập KMT theo mô hình Hardening Soil 55 Bảng 4-8: Kết quả thí nghiệm nén 3 trục CU cho lõi sét 56 Bảng 4-9: Kết quả thí nghiệm nén Oed 56 Bảng 4-10: Modulus đàn hồi trung bình cho các vùng vật liệu – kết thúc giai đoạn thi công 67 Bảng 4-11: Modulus đàn hồi trung bình cho các vùng vật liệu – Mực nước DBT 67 [...]... lớn ) Đề tài sẽ áp dụng phân tích ứng suất biến dạng theo mô hình đàn hồi phi tuyến – mô hình đất tăng cứng Hardening soil cho đập thủy điện Khao Mang Thượng, đập đá đổ lõi sét Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu trạng thái ứng suất – biến dạng của đập vật liệu địa phương theo 2 mô hình phi tuyến phản ánh đúng sự làm việc của đập - Đề xuất giải pháp thiết kế hợp phù hợp cũng như biện pháp xử lý trong thời... thi công - Nghiên cứu trạng thái ứng suất – biến dạng giúp tăng khả năng an toàn đập và giảm giá thành công trình đặc biệt là những đập có điều kiện địa hình phức tạp - Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Tổng hợp các số liệu lưu trữ về đập vật liệu địa phương - Nghiên cứu một số mô hình đàn hồi phi tuyến - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất biến dạng của đập - Kết hợp nghiên cứu lý thuyết... thức toán, các công thức này gọi là mô hình toán học của đất, hay mô hình vật liệu Không có một mô hình vật liệu nào có thể đúng cho tất cả các loại vật liệu, đặc biệt đối với vật liệu là đá đắp, đất…Mỗi một mô hình thường chỉ có phạm vi áp dụng cho một vài loại vật liệu cụ thể Sau đây là một số mô hình phổ biến 2.2.1 Mô hình vật liệu đàn hồi tuyến tính Hình 2-3 : Quan hệ giữa ứng suất biến dạng – mô hình. .. việc tính toán áp dụng cho một công trình 3 cụ thể là đập thủy điện Khao Mang Thượng – đập đá đổ - Từ kết quả tính toán áp dụng rút ra kết luận và kiến nghị 3 4 - Kết quả và dự kiến đạt được Phân tích ứng suất biến dạng theo mô hình đàn hồi phi tuyến cho đập thủy điện Khao Mang Thượng 5 Đề xuất các biện pháp nâng cao an toàn cho đập Kết quả đề tài có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo phân tích ứng suất. .. Quảng trị (đập chính) Đá đổ, bản mặt 75,00 1.2 Trạng thái ứng suất biến dạng của đập Dưới ảnh hưởng của trọng lượng bản thân đập và của áp lực nước các biến dạng của thân đập xảy ra theo các hình thức lún thẳng ứng và chuyển vị ngang Nếu trong trường hợp này đập không được xây dựng trên nền cứng thì còn xảy ra cả các biến dạng của nền Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng của đập vật liệu địa phương. .. tích ứng suất - biến dạng cho các đập vật liệu địa phương Nội dung luận văn Nội dung luận văn gồm các phần như sau MỞ ĐẦU Chương I: Tổng quan Chương II: Cơ sở lý thuyết phân tích ứng suất biến dạng đập vật liệu địa phương Chương III: Các yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất biến dạng của đập vật liệu địa phương Chương IV: Tính toán ứng suất biến dạng đập Khao Mang Thượng KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO... đây của các chương trình máy tính địa kỹ thuật phân tích ứng suất- biến dạng theo phương pháp phần tử hữu hạn đã đem lại hiệu quả cao trong thiết kế công trình Tuy nhiên, thách thức không nhỏ đối với người thiết kế là việc lựa chọn đúng đắn mô hình phân tích cũng như các tham số của mô hình đất đá Đề tài Nghiên cứu trạng thái ứng suất - biến dạng của đập vật liệu địa phương theo mô hình phi tuyến Áp dụng. .. các đập có tuyến cong như Kugar (Mỹ), Ragun ( CHLB Nga), Hòa Bình, Yaly (Việt Nam),… là đã sử dụng các kết quả của bài toán không gian 13 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 2.1 Tổng quan về mô hình vật liệu Mô hình vật liệu là một tập hợp của các phương trình toán học mô tả quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu 2.1.1 Tổng quan về ứng suất Ứng. .. phi tuyến Áp dụng tính toán cho đập thuỷ điện Khao Mang Thượng - tỉnh Yên Bái sẽ nghiên cứu trạng thái ứng suất – biến dạng theo mô hình phi tuyến xác định ứng suất và biến dạng trong thân và nền đập Khi biết được sự phân bố ứng suất sẽ dự kiến được khả năng phát sinh vết nứt trong đập- là một trong những nội dung quan trọng khi thiết kế đập cao và có địa hình phức tạp (như vai đập vách dốc, độ dốc... quan về đập vật liệu địa phương Hình 1.1 Ảnh đập vật liệu địa phương 1.1.1 Mở đầu Đập vật liệu địa phương được hiểu một cách đơn giản là đập được xây dựng từ các vật liệu lấy ngay tại địa phương có công trình xây dựng, không phải vận chuyển xa, không qua công nghệ chế biến phức tạp Vì vậy đập vật liệu địa phương còn được gọi là đập vật liệu tại chỗ Tuy nhiên về mặt cơ học đất đá, đập vật liệu địa phương . CẢNH NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG THEO MÔ HÌNH PHI TUYẾN. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO ĐẬP THỦY ĐIỆN KHAO MANG THƯỢNG - TỈNH YÊN BÁI Chuyên ngành:. đắn mô hình phân tích cũng như các tham số của mô hình đất đá. Đề tài Nghiên cứu trạng thái ứng suất - biến dạng của đập vật liệu địa phương theo mô hình phi tuyến. Áp dụng tính toán cho đập. tích ứng suất biến dạng đập vật liệu địa phương Chương III: Các yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất biến dạng của đập vật liệu địa phương Chương IV: Tính toán ứng suất biến dạng đập Khao Mang Thượng