Nghiên cứu tính toán ứng xử của đập đất do tải trọng động đất – áp dụng cho đập đất của thủy điện thượng kon tum

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THÀNH HƢNG NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỨNG XỬ CỦA ĐẬP ĐẤT DO TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT – ÁP DỤNG CHO ĐẬP ĐẤT CỦA THỦY ĐIỆN THƢỢNG KON TUM Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Mã số: DDK 60580202 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng - Năm 2018 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Văn Hướng Phản biện 1: PGS TS Hồ Sỹ Tâm Phản biện 2: TS Kiều Xuân Tuyển Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình thủy họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 21 tháng năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa - Thư viện Khoa Xây dựng Thủy lợi – Thủy điện, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Động đất gây hậu vô to lớn, động đất gây vỡ đập hồ chứa nước hậu lại nghiêm trọng; đa số hồ chứa nước, đập đất chiếm tỷ lệ lớn; vậy, việc tính tốn ổn định đập đất yêu cầu quan trọng nội dung thiết kế đập Sự ổn định của đập đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Cấu tạo kích thước mặt cắt ngang đập, địa chất đập, vật liệu đắp đập, áp lực thủy tĩnh, áp lực thủy động, áp lực sóng, áp lực động đất Tuy nhiên, thực tế tính tốn nước ta nay, người ta chưa ý mức ảnh hưởng lực động đất đến việc tính tốn ổn định đập đất Động đất trực tiếp phá hỏng kết cấu gây ổn định cơng trình gây bất lợi mà từ làm ổn định cơng trình cách từ từ theo thời gian Bên cạnh đó, xảy động đất, đất xảy tượng hóa lỏng làm thay đổi tính chất lý đất ảnh hưởng đến ổn định tổng thể cơng trình Hiện tượng hóa lỏng làm cho đất giảm, chí khả kháng cắt tạm thời; hạt đất không liên kết với hết khả chống cắt, sức chịu tải giảm xuống làm cho cơng trình tính ổn định gây tượng trượt, lở, lún, nứt, gãy, Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng động đất đến đập đất cấp thiết giai đoạn tương lai Vì vậy, đề tài luận văn chọn: “Nghiên cứu tính tốn ứng xử đập đất tải trọng động đất – Áp dụng cho đập đất Thủy điện Thượng Kon Tum” cần thiết 2 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan ổn định đập đất - Nghiên cứu ứng xử đập đất có động đất - Phân tích ổn định đập đất chịu ảnh hưởng động đất Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Đập đất - Phạm vi nghiên cứu: Phân tích ổn định đập đất chịu tác động động đất – áp dụng cho đập đất Thủy điện Thượng Kon Tum Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa - Sử dụng mơ hình mô Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đề tài luận văn: “Nghiên cứu tính tốn ứng xử đập đất tải trọng động đất – Áp dụng cho đập đất Thủy điện Thượng Kon Tum” đưa kiến nghị quan điểm tính tốn động đất đập đất phù hợp với thực tế có tính khả thi điều kiện thiết kế đập đất Việt Nam Cấu trúc luận văn Cấu trúc luận văn gồm: Mở đầu, Chương 1, Chương 2, Chương 3, Kết luận kiến nghị Mở đầu Chương 1: Tổng quan Chương 2: Ứng xử đập đất tác động động đất Chương 3: Áp dụng tính tốn ổn định cho đập đất thủy điện thượng Kon Tum ảnh hưởng động đất Kết luận kiến nghị CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Khái quát chung động đất 1.1.1 Vị trí Trái Đất Trái Đất hành tinh thứ ba tính từ Mặt Trời 1.1.2 Hình dạng kích thước Trái Đất Hình dạng Trái Đất gần với hình cầu hình cầu Trái đất có bán kính gần 6.378km 1.1.3 Cấu trúc Trái Đất Từ vào trong, cấu trúc Trái Đất gồm lớp: Lớp vỏ Trái Đất, lớp Manti nằm lớp vỏ Trái Đất nhân Trái Đất 1.1.3.1 Vỏ Trái Đất (Crust) Vỏ Trái Đất cấu tạo chủ yếu vật chất cứng rắn, độ dày dao động từ 5km đại dương đến 70km lục địa 1.1.3.2 Lớp Manti (Mantle) Dưới vỏ Trái Đất độ sâu 2.900km lớp Manti 1.1.3.3 Nhân trái đất (Core) Nhân Trái Đất lớp cùng, dày khoảng 3.478km 1.1.4 Khái quát chung động đất 1.1.4.1 Định nghĩa động đất Động đất giải thoát đột ngột lượng lượng lớn tích tụ thể tích bên Trái đất 1.1.4.2 Ngun nhân gây động đất Nguyên nhân xảy động đất thường yếu tố: Nội sinh, ngoại sinh nhân sinh 1.1.4.3 Sóng động đất (Seismic waves) Khi động đất xảy ra, lượng giải phóng từ chấn tiêu truyền môi trường xung quanh dạng sóng đàn hồi vật lý, là: Sóng khối Sóng mặt Các sóng động đất gây nên gọi sóng động đất hay sóng địa chấn 1.1.4.4 Các đặc trưng động đất Các đặc trưng động đất, gồm: Năng lượng động đất Độ lớn động đất 1.1.4.5 Cấp động đất Cấp động đất đại lượng biểu thị cường độ chấn động mà gây mặt đất nhà cửa, cơng trình, vật kiến trúc, người biến dạng mặt đất 1.2 Đặc điểm động đất 1.2.1 Đặc điểm chung động đất Động đất xảy thời gian ngắn, gia tốc lớn Động đất gây lở đất, nứt đất, sóng thần, nước triều giả, vỡ đê - đập, hỏa hoạn, hư hại công trình… 1.2.2 Đặc điểm động đất Việt Nam Các ghi chép lịch sử liên quan đến động đất Việt Nam sơ lược Việt Nam nằm khu vực có động đất mức trung bình giới Năng lượng động đất dư chấn phát sinh tập trung chủ yếu khoảng thời gian ngắn 1.2.3 Các trận động đất điển hình Việt Nam - Trận động đất ngày 01/11/1935 Đông Nam Điện Biên Phủ với cường độ 6,75 độ Richter - Trận động đất ngày 24/6/1983 thị trấn Tuần Giáo (tỉnh Lai Châu) có cường độ 6,7 độ Richter (cấp động đất 8÷9) - Ngày 08/01/2018, trận động đất có cường độ 3,9 độ Richter xảy địa bàn tỉnh Điện Biên; đó, ngày 09/01/2018, địa bàn tỉnh Điện Biên xảy trận động đất với cường độ 4,3 độ Richter - Theo tin từ Viện Vật lý Địa cầu, ngày 07/3/2018, trận động đất có độ lớn 3,4 Richter xảy huyện Bắc Trà My, tỉnh Quảng Nam 1.2.4 Phân vùng động đất Việt Nam Ở nước ta dự báo nguy động đất vùng Dự báo thể đồ phân vùng động đất mà Viện Vật lý Địa cầu hoàn thành năm 2004 1.3 Ảnh hƣởng động đất đến đập đất - Nhất thời làm tăng lực đứng lực ngang làm cản trở ổn định hạt đất gây nên sụt, lở, lún, trượt mái đập đất, - Do rung lắc mà cấu trúc hạt đất bị xếp lại chặt dẫn đến tượng cố kết đất khơ đất bão hòa làm cho ứng suất thân đập thay đổi gây lún thân đập khơng - Đối với cát bão hòa, rung động mà áp lực kẽ rỗng tăng lên, nơi có áp lực đất bị kiềm chế gây tượng hóa dẻo hay hóa lỏng tạm thời 1.4 Tổng quan nghiên cứu ảnh hƣởng động đất đến đập đất mơ hình tính tốn 1.4.1 Tổng quan nghiên cứu ảnh hưởng động đất đến đập đất Báo cáo thiết kế kháng chấn cho cơng trình đập đất H Bolton Seed, Professor of Civil Engineering, University of California, Berkeley CA (“Earthquake-Resistant design of Earth Dams”) số ảnh hưởng quan trọng động đất tác dụng lên cơng trình đập rung lắc gây động đất tạo nên áp lực lớn áp lực nước lỗ rỗng thân đập Bên cạnh đó, tượng hóa lỏng gây mặt trượt lớn đập San Fernando sau ảnh hưởng trận động đất Một nghiên cứu khác đề cập đến ổn định cơng trình đập đất tầng hóa lỏng sức chịu cắt nó; tượng xảy đập hồ chứa nước Vaiont Ý (bản thân đập không bị phá vỡ mặt cấu trúc) báo cáo khoa học mang tên “Effects of Earthquakes on Dams and Embankments” N.M Newmark, D Sc, Ph D, M.S., M.I.C.E* liên quan đến ảnh hưởng động đất lên đập kè; nghiên cứu Kramer, S.L., 1996 đề cập đến đặc điểm diễn biến động đất, khái niệm động đất liên quan hóa lỏng nền, ổn định, trượt mái,… Ở Việt Nam, nhóm nghiên cứu PGS.TS Nguyễn Hồng Nam, Trường Đại học Thủy lợi đứng đầu tiến hành thực đề tài: “Nghiên cứu khả hóa lỏng đê đập vật liệu địa phương chịu tải trọng động đất giải pháp ổn định cơng trình” 1.4.2 Tổng quan mơ hình tính tốn động đất cho đập đất FLAC ví dụ phát triển chủ yếu cho ứng dụng liên quan đến vấn đề địa kỹ thuật, sản phẩm “An Itasca International Company” sáng lập Hay phân tích, tính tốn mơ hình tải động sử dụng modun 2D Dynamics 3D Dynamics dựa tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn bổ trợ cho phần mềm PLAXIS 2D, 3D Bên cạnh đó, không đề cập đến phần mềm tích hợp GeoStudio tính tốn thiết kế ổn định độ dốc, biến dạng mặt đất, nhiệt thay đổi khối lượng đất đá; xây dựng module bản: Slope/W, Seep/W, Sigma/W, Quake/W, Temp/W, Ctran/W Air/W 1.5 Kết luận Việc đánh giá ổn định đập đất động đất gây có ý nghĩa quan trọng việc đề xuất phương án thiết kế kháng chấn phù hợp Vì vậy, đề tài luận văn nghiên cứu tính tốn ứng xử đập đất tải trọng động đất - Áp dụng cho đập đất Thủy điện Thượng Kon Tum vấn đề thiết thực có ý nghĩa thực tiễn CHƢƠNG ỨNG XỬ CỦA ĐẬP ĐẤT DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT 2.1 Đặt vấn đề Để xác định ứng xử cơng trình chịu tác dụng động đất, nước giới sử dụng hai phương pháp tính tốn bản, là: Phương pháp tĩnh Phương pháp động lực 2.2 Phƣơng pháp tính tốn 2.2.1 Phương pháp tính tốn tĩnh Tồn cơng trình xem vật rắn tuyệt đối đặt nền, lực động đất tác dụng lên cơng trình có phương nằm ngang 2.2.2 Phương pháp tính tốn động Mơ hình hóa kết cấu cơng trình chịu tác dụng động đất hệ phương trình vi phân tốn học, kết tìm ứng xử cơng trình; gồm có phương pháp sau: 2.2.2.1 Phương pháp giải tích Từ phương trình vi phân xác định chuyển vị, vận tốc gia tốc Các lực động đất xác định tích khối lượng hệ với gia tốc tương ứng chúng 2.2.2.2 Phương pháp phổ ứng xử Nội dung phương pháp phổ là: Xác định gia tốc, vận tốc chuyển vị cực đại dao động 2.2.2.3 Phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian Để xác định ứng xử cơng trình theo phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian cần có số liệu quan trắc địa chấn, đặc biệt phải có biểu đồ gia tốc trận động đất điển hình để xác định xo(n) thời điểm tn Đây khó khăn nhiều nước có Việt Nam chưa có biểu đồ gia tốc xo’’(n)(t) Mặt khác, thực tế lúc cần đến lịch sử ứng xử theo thời gian; thông thường để thiết kế cơng trình vùng động đất người ta cần giá trị cực đại chúng đủ 2.2.2.4 Phương pháp tải trọng ngang thay Các lực động đất thực tác dụng lên cơng trình có động đất thay lực tĩnh ảo có hiệu ứng tương đương 2.2.2.5 Phương pháp động lực Phương pháp sử dụng phương trình vi phân dao động có vế phải lực gây dao động cưỡng bức, biểu thị biểu đồ gia tốc trận động đất đo giới 2.2.2.6 Phương pháp ngẫu nhiên Đặt vấn đề ngẫu nhiên toán động lực kháng chấn, cho phép suy nghĩ theo cách trước vài khía cạnh vấn đề kháng chấn đánh giá phương án tính tốn 2.3 Hiện tƣợng hóa lỏng động đất 2.3.1 Giới thiệu chung Dấu hiệu nhận biết hóa lỏng giảm sức chống cắt và/hoặc độ cứng tạm thời, gia tăng áp lực nước lỗ rỗng vật liệu rời - bão hòa nước, đến mức làm tăng đáng kể biến dạng lâu dài đất, dẫn tới điều kiện ứng suất hữu hiệu đất gần 2.3.2 Cơ chế hình thành hóa lỏng Người ta chia hóa lỏng làm hai dạng hóa lỏng dạng dòng chảy hóa lỏng tính lưu động chu kỳ 2.3.3 Hóa lỏng Khi đất hóa lỏng xảy ra, đập đất khơng khả chịu tải, cơng trình xây dựng phía như: Tháp cống, tràn xả lũ, tường chắn sóng, mặt đập bị nghiêng ngả, sụt lún; đồng thời cơng trình ngầm như: Cống lấy nước, cống xả cát bị đẩy trồi lên mặt đất tác dụng lực đẩy Archimedes 10 hệ phương trình mà ẩn số trị số chuyển vị điểm nút - Bước 6: Giải hệ phương trình nhận với điều kiện biên tải trọng cho trước tìm chuyển vị điểm nút 2.4.3.4 Tiêu chuẩn tiếp cận tốt hàm xấp xỉ chuyển vị với hàm chuyển vị thực Một hàm chọn hàm xấp xỉ chuyển vị kết cấu tiếp cận tốt với hàm thực thay vào biểu thức biến dạng toàn phần kết cấu làm cho đại lượng đạt cực tiểu 2.4.4 Phân tích lực động đất theo phương pháp PTHH đập đất Để phân tích ứng suất, biến dạng, chuyển vị, dao động thân đập tác dụng động đất, ta xét theo tốn phẳng 2.4.4.1 Sơ đồ tính tốn Xét mặt cắt đập có chiều dày t = 1m, chịu tác dụng lực phân bố thể tích q lực bề mặt P tác động động đất theo thời gian 2.4.4.2 Hệ tọa độ, hàm nội suy - Hệ tọa độ tổng thể xy, thường mô tốn góc phần tư thứ (Hình 2.10) - Hệ tọa độ địa phương rs gắn vào phần tử (Hình 2.10) Hình 2.10 Hệ tọa độ 11 2.4.4.3 Phương trình Phương trình ứng xử động lực học theo phương pháp PTHH là: [M]x’’ + [D]x’ + [K]x = F (2.34) Trong đó: - [M]: Ma trận khối lượng; - [D]: Ma trận cản dẻo nhớt, tổ hợp bậc ma trận khối lượng [M] ma trận độ cứng [K] 2.4.4.4 Giải toán phụ thuộc vào thời gian Phương trình ứng xử động lực học (2.34) phương trình vi phân bậc Phương trình giải miền thời gian miền dao động Lời giải miền thời gian tốt tốn tính chất vật liệu thay đổi theo thời gian, toán giải miền thời gian 2.5 Kết luận Khi động đất xảy xuất dịch chuyển từ điểm định lan truyền nhanh chóng theo chiều dài đứt gãy dạng sóng địa chấn Dưới ảnh hưởng sóng địa chấn làm hư hại cơng trình hình thành ứng xử động đất như: Lực quán tính, thay đổi tính chất lý đất đá, hóa lỏng, chuyển vị đứt gãy, trượt đất hay chuyển động bề mặt khác Do đó, việc tính tốn ổn định đập đất tượng hóa lỏng tác động động đất nội dung quan trọng cơng tác thiết kế đập đất Vì vậy, chương này, tác giả trình bày phương pháp tính tốn, phương pháp tính tốn tĩnh, phương pháp tính tốn động, chế hình thành hóa lỏng phân tích lực động đất theo phương pháp phần tử hữu hạn, hay Modun Quake/W phần mềm Geo-Slope (Canada) tốn hóa lỏng giải theo phương pháp phần tử hữu hạn giải toán thấm 12 CHƢƠNG ÁP DỤNG TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CHO ĐẬP ĐẤT CỦA THỦY ĐIỆN THƢỢNG KON TUM DO ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT 3.1 Thực tế phân tích động đất thiết kế đập đất Việt Nam Trong thực tế tính tốn chống động đất nước ta nay, người ta thường sử dụng phương pháp tĩnh lực 3.2 Hƣớng tiếp cận mơ q trình tính tốn đề tài Bước 1: Sử dụng modun SEEP/W Geo-Slope để tính tốn thấm qua thân đập Bước 2: Sử dụng modun SLOPE/W tính tốn hệ số ổn định K tương ứng với kết toán thấm mô Bước 3: Sử dụng modun QUAKE/W để phân tích tốn tĩnh có động đất Bước 4: Sử dụng modun QUAKE/W để phân tích tốn động Bước 5: Sử dụng modun SLOPE/W tính tốn hệ số ổn định K tương ứng với toán động theo modun QUAKE/W 3.3 Dữ liệu động đất trƣờng hợp tính tốn 3.3.1 Phân vùng gia tốc TCVN 9386:2012 Thiết kế cơng trình chịu động đất 3.3.2 Đỉnh gia tốc Theo TCVN 9386:2012 Thiết kế cơng trình chịu động đất, gia tốc thiết kế xác định theo công thức: ag = agR. Trong đó: ag : Đỉnh gia tốc thiết kế; agR : Đỉnh gia tốc tham chiếu; γ : Hệ số tầm quan trọng 3.3.3 Gia tốc lịch sử thời gian Phân tích động đập đất thực phương pháp PTHH dựa trạng thái phân tích chương trình máy tính Quake/W phần mềm Geo-Slope Biểu đồ gia tốc theo thời gian tính tốn cho đập đất thượng Kon Tum thu thập, xử lý cách sử dụng gia tốc đỉnh hồ sơ động đất thực tế Tuy nhiên, khơng có hồ sơ gia tốc lịch sử thời gian gần vị trí xây dựng tuyến đập nên sử dụng liệu gia tốc sau để 13 phân tích: Động đất Alkion (Greece), ngày 24/02/1981 có đỉnh gia tốc nền: PGA = 1,139m/s2 = 0,116g báo cáo trận động đất Điện Biên năm 2001 Đặc điểm động đất Việt Nam diễn với thời gian ngắn, biểu đồ gia tốc theo thời gian phân bố chủ yếu giây xảy động đất, sau giảm dần nhanh kết thúc (Động đất Điện Biên năm 2001, Hình 3.4) Trong đó, trận động đất lớn thu thập giới có thời gian diễn động đất lâu nhiều biên độ gia tốc lớn (Động đất Alkion năm 1981, Hình 3.5) Hình 3.4 Biểu đồ gia tốc động đất Điện Biên năm 2001 Hình 3.5 Biểu đồ gia tốc trận động đất Alkion năm 1981 Trong báo cáo trận động đất Điện Biên năm 2001 có giới thiệu đến động đất dư chấn dạng hình ảnh Hình 3.4 Điều bất cập liệu tính tốn cần mô phỏng, thiết lập modun Geo-Slope phải số liệu đo đạc cụ thể theo thời gian diễn biến động đất dạng file *.txt, chi tiết Hình 3.6 14 Hình 3.6 Dữ liệu đầu vào cần thiết lập cho mô động đất Geo-Slope (Nguồn: http://www.eng.ucy.ac.cy/petros/Earthquakes/earthquakes.htm) Tuy trận động đất Điện Biên năm 2001 gần phù hợp so với trận động đất Alkion, khơng có số liệu đo đạc chi tiết nên tiếp cận được; vậy, sử dụng biều đồ gia tốc trận động đất Alkion (Hình 3.5) có số liệu đo đạc cụ thể để tiến hành tính tốn, thu phóng với hai điều kiện quan trọng đỉnh gia tốc thời gian động đất cho phù hợp với điều kiện động đất khu vực xây dựng cơng trình Áp dụng phân tích ứng xử động đất theo phương pháp lịch sử thời gian cho đập đất Thượng Kon Tum, kết Hình 3.7 Hình 3.7 Biểu đồ gia tốc tính tốn 15 3.3.4 Trường hợp tính tốn Bảng 3.2 Trường hợp tính tốn ổn định đập đất Thời kỳ tính tốn Trƣờng hợp tính tốn Tổ hợp Mái tính ổn định Ở thượng lưu MNDBT, hạ lưu Đặc Hạ mực nước trung bình thời kỳ biệt lưu cấp nước, có xét đến động đất 3.4 Giới thiệu Đập đất Thủy điện thƣợng Kon Tum 3.4.1 Tổng quan Dự án thủy điện thượng Kon Tum Dự án thủy điện Thượng Kon Tum thuộc dự án nhóm A 3.4.2 Mơ tả đập đất cơng trình thủy điện thượng Kon Tum Đập đất thuộc loại đập nhiều khối Hình 3.8 Động đất Hình 3.8 Mặt cắt đập đại diện – Mặt cắt D8 3.4.3 Tài liệu địa chất đất đắp đập Bảng 3.5 Các tiêu lý đất đá dùng tính toán γ C K  Vật liệu (T/m3) (Độ) (T/m2) (m/s) Đất đắp đập Đá đắp vào lăng trụ đá TL, lăng trụ thoát nước HL đập edQ+IA1(lớp địa chất nền) 1,77 19 2,8e-8 2,00 35 20 1e-2 1,9 18 1,1e-6 IA2 (lớp địa chất nền) 2,1 26,6 5,78e-6 16 IB (lớp địa chất nền) 2,62 33 20 6,25e-5 IIA (lớp địa chất nền) 2,66 40,38 35 1,16e-5 IIB (lớp địa chất nền) 2,66 42 45 4,62e-5 (Nguồn: Hồ sơ thiết kế kỹ thuật cơng trình thủy điện thượng Kon Tum) 3.4.4 Kết tính tốn theo hồ sơ thiết kế duyệt Kết tính tốn ổn định thấm, tính tốn ổn định trượt, tính tốn biến dạng đập tính cho trường hợp tốn tĩnh 3.5 Kết nghiên cứu tính tốn đề tài Tính tốn ổn định thấm, ổn định trượt, nghiên cứu tính tốn chuyển vị, hóa lỏng tính cho hai trường hợp tĩnh động Sau đây, tác giả tiến hành tính tốn cho Mặt cắt đại diện – MC D8, mơ hình mơ phương pháp phần tử hữu hạn chi tiết Hình 3.9 Hình 3.9 Mơ hình tính tốn tốn thấm 3.5.1 Kết tốn phân tích thấm Các kết phân tích tốn thấm thể Hình 3.10, Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.10 Kết áp lực nước lỗ rỗng (Pore-Water Presure) 17 Hình 3.11 Kết phân tích tổng cột nước (Total Head) Hình 3.12 Kết Gradient thấm (XY-Gradients) Kết tính toán thấm cho thấy lưu lượng thấm mặt cắt đập 0,00049617(m3/sec), Gradient thấm lớn cửa lăng trụ đá hạ lưu 2.4, đường bão hòa đảm bảo u cầu 3.5.2 Kết tốn phân tích động đất 3.5.2.1 Kết tốn tĩnh Hình 3.13 Kết ứng suất hiệu theo phương X (kPa) 18 Hình 3.14 Kết ứng suất hiệu theo phương Y (kPa) Hình 3.15 Kết áp lực nước lỗ rỗng (kPa) Hình 3.16 Kết tổng cột nước (m) 19 3.5.2.2 Kết toán động Hình 3.17 Kết ứng suất tổng theo phương Y (kPa) Hình 3.18 Kết ứng suất hiệu theo phương X sau động đất (kPa) Hình 3.19 Kết ứng suất hiệu theo phương Y sau động đất (kPa) 20 Hình 3.20 Kết áp lực nước lỗ rỗng sau trận động đất (kPa) Hình 3.24 Kết vùng hóa lỏng thời điểm 20 giây - Kết tính tốn biến dạng số điểm đỉnh đập đập thời gian động đất Hình 3.25 sơ đồ Hình 3.26 Hình 3.25 Điểm quan sát thứ 24 51 21 Hình 3.26 Biểu đồ chuyển vị theo phương X điểm nút 24 51 Hình 3.28 Kết chuyển vị theo phương X(m) thời điểm 20 giây Hình 3.30 Kết chuyển vị theo phương Y(m) thời điểm 20 giây 3.5.3 Kết tính tốn ổn định 3.5.3.1 Kết tính tốn ổn định - Bài tốn tĩnh: Kết tính tốn ổn định mái hạ lưu đập đất cho mặt cắt đại diện D8 có cung trượt tâm trượt nguy hiểm mơ tả Hình 3.31 với hệ số ổn định nhỏ Kminmin = 1,416 22 Hình 3.31 Hệ số ổn định Kminmin = 1,416 (bài tốn tĩnh) 3.5.3.2 Kết tính tốn ổn định - Bài tốn động: Hình 3.34 Hệ số ổn định mái HL đập thời điểm t = 20 giây (K = 1,444) Kết hệ số ổn định đập đất tính tốn theo phương pháp lịch sử thời gian thể Hình 3.35 Hình 3.35 Biểu đồ thể hệ số ổn định mái HL đập thủy điện thượng Kon Tum theo phương pháp tĩnh phương pháp động lực 23 3.6 Đánh giá phân tích kết 3.6.1 Khả hóa lỏng Với tốn phân tích tĩnh có thiết lập đỉnh gia tốc ag = 0.0796g chưa thể kết phân tích hóa lỏng Khi phải dựa vào kết phân tích động đất phân tích động với modun QUAKE/W Dựa vào kết có cơng trình cơng trình thủy điện thượng Kon Tum hồn tồn bị hóa lỏng động đất cấp VII 3.6.2 Chuyển vị Chuyển vị đứng bé chuyển vị ngang Theo hai phương X Y chuyển vị có xu hướng tăng lên theo chuỗi thời gian mô 3.6.3 Ổn định đập đất Từ kết tính tốn ổn định đập đất theo phương pháp tĩnh phương pháp động lực, thể chúng đồ thị Hình 3.35, từ rút số nhận xét sau: - Theo phương pháp tĩnh, hệ số ổn định không đổi (K = 1,416) suốt trình động đất - Hệ số ổn định tính tốn theo phương pháp động lực thay đổi theo thời gian Đặc biệt nhận thấy vài hệ số ổn định tính tốn theo phương pháp động lực nhỏ hệ số ổn định tính tốn theo phương pháp tĩnh 3.7 Kết luận Kết nhận thấy phần mềm Geo-Slope cho phép tính tốn hệ số ổn định đánh giá khả hóa lỏng với độ xác đáp ứng yêu cầu thực tế thiết kế kiểm tra ổn định đập đất trường hợp xảy động đất 24 KẾT LUẬN Trong q trình cơng trình hồ chứa nước vận hành, đập đất ln chịu tác dụng tải trọng động; đặc biệt công trình chịu tác động động đất xảy nguy hại cho cơng trình, gây hậu nghiêm trọng, làm thiệt hại lớn người, tài sản, cơng trình hạ tầng kỹ thuật vùng hạ lưu hồ chứa động đất gây vỡ đập Khi động đất xảy xuất dịch chuyển từ điểm định, sau lan truyền nhanh chóng dạng sóng địa chấn Do ảnh hưởng sóng địa chấn làm hư hỏng đập đất hình thành ứng xử động đất như: Lực quán tính, thay đổi tính chất lý đất đắp đập (hóa mềm, hóa lỏng), chuyển vị cố kết hay đứt gãy, hình thành sóng nước hồ tác dụng vào đập Phân tích động đất phương pháp tĩnh cho thấy không phù hợp với ứng xử thực tế đập đất Theo phương pháp này, hệ số ổn định mái đập thiên lớn không với thực tế theo kết tính tốn, phân tích nêu Đối với đập đất, đập thân đập phát sinh khoảng 3040% độ hóa lỏng, mái đập thân đập phát sinh trượt quy mơ lớn Phân tích động đất theo phương pháp động lực đánh giá thực trạng thông số ứng xử động đất chấn động theo chu kỳ gây nên làm xấu tính chất khối đất, gây cố cơng trình Do đó, phân tích động đất theo phương pháp phù hợp với thực tế, đảm bảo cho cơng trình làm việc an tồn có động đất xảy ra./ ... chọn: Nghiên cứu tính tốn ứng xử đập đất tải trọng động đất – Áp dụng cho đập đất Thủy điện Thượng Kon Tum cần thiết 2 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan ổn định đập đất - Nghiên. .. văn nghiên cứu tính tốn ứng xử đập đất tải trọng động đất - Áp dụng cho đập đất Thủy điện Thượng Kon Tum vấn đề thiết thực có ý nghĩa thực tiễn 7 CHƢƠNG ỨNG XỬ CỦA ĐẬP ĐẤT DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG... tốn ứng xử đập đất tải trọng động đất – Áp dụng cho đập đất Thủy điện Thượng Kon Tum đưa kiến nghị quan điểm tính tốn động đất đập đất phù hợp với thực tế có tính khả thi điều kiện thiết kế đập