Nghiên cứu xác định mặt cắt hợp lý của đập bê tông trọng lực xây dựng trong vùng có động đất

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập làm luận văn, giúp đỡ nhiệt tình thầy, cô giáo trường Đại học Thuỷ lợi, cán bộ, nhân viên thư viện trường Đại học Thuỷ lợi Tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu xác định mặt cắt hợp lý đập bê tông trọng lực xây dựng vùng có động đất” Các kết luận văn đóng góp nhỏ mặt khoa học q trình tính tốn xác định mặt cắt đập bê tơng trọng lực xây dựng vùng có động đất Do thời gian kinh nghiệm hạn chế nên khuôn khổ luận văn thạc sĩ kỹ thuật tồn số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu Tác giả mong nhận góp ý, bảo thầy cô giáo bạn đồng nghiệp Tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới thầy giáo – GS.TS Nguyễn Chiến nhiệt tình hướng dẫn, cung cấp thơng tin khoa học cần thiết trình làm luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo khoa Công trình - Trường Đại học Thuỷ lợi, bạn bè đồng nghiệp tận tình bảo, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi trình học tập nghiên cứu để tác giả hoàn thành tốt luận văn Sau tác giả xin cảm ơn bạn bè người thân gia đình động viên, khích lệ trình nghiên cứu làm luận văn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 02 năm 2014 Tác giả Nguyễn Duy Hưng BẢN CAM ĐOAN Tên Nguyễn Duy Hưng, xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khoa học TÁC GIẢ Nguyễn Duy Hưng MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC VÀ VIỆC XÁC ĐỊNH MẶT CẮT ĐẬP 1.1.Tổng quan xây dựng đập bê tông trọng lực giới Việt Nam 1.1.1.Tổng quan xây dựng đập bê tông trọng lực giới 1.1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực Việt Nam .7 1.2 Hình dạng kích thước mặt cắt đập bê tông trọng lực 1.3.Ảnh hưởng động đất đến ổn định độ bền đập 10 1.3.1 Nguyên nhân gây động đất 10 1.3.2.Một số khái niệm động đất 11 1.3.3 Ảnh hưởng động đất đến ổn định độ bền đập .13 1.4 Về tiêu thiết kế đập bê tông 14 1.5 Giới hạn phạm vi nghiên cứu .14 CHƯƠNG :CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ XÁC ĐỊNH MẶT CẮT HỢP LÝ CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC .15 2.1.Các tiêu chí để xác định mặt cắt hợp lý 15 2.1.1 Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật: 15 2.2.Tính tốn đập có mặt cắt hình tam giác 16 2.2.1 Hình dạng mặt cắt bản[8] 16 2.2.2 Xác định bề rộng đáy mặt cắt hình tam giác 17 2.3.Xác định thông số mặt cắt hình đa giác 20 2.3.1 Dạng mặt cắt đa giác[8] 20 2.3.2.Các bước xác định mặt cắt kinh tế đập bê tông trọng lực 21 2.4.Áp dụng tính cho đập có chiều cao khác 22 2.4.1 Xác định phạm vi nghiên cứu 22 2.4.2 Tính tốn cho đập có mặt cắt hình tam giác 23 2.4.3 Tính tốn cho đập có mặt cắt hình đa giác 27 2.5 Nhận xét kết tính tốn 30 2.6 Kết luận chương 30 CHƯƠNG 3: KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN AN TOÀN CỦA ĐẬP THỰC TẾ KHI CÓ ĐỘNG ĐẤT 32 3.1 Mặt cắt thực tế đập bê tông trọng lực .32 3.1.1 Nguyên tắc chung 32 3.1.2 Áp dụng cho mặt cắt 32 3.2.Phương pháp tính tốn tải trọng động đất kiểm tra an toàn đập 37 3.2.1.Phương pháp tĩnh học[8] 38 3.2.2.Phương pháp động lực[7] .39 3.2.3.Lựa chọn phương pháp phần mềm tính tốn ứng suất đập 44 3.3.Áp dụng tính tốn kiểm tra an tồn cho dạng mặt cắt đập có động đất 47 3.3.1 Các thơng số dùng để tính toán 47 3.3.2 Các trường hợp tính tốn .50 3.3.3.Hệ số an toàn[1] 53 3.3.4 Kết tính tốn theo tiêu chuẩn Việt Nam 55 3.3.5 Kết tính tốn theo tiêu chuẩn Mỹ .58 3.4.Nhận xét kết tính tốn 65 3.5.Kết luận chương 66 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN ÁP DỤNG CHO ĐẬP SƠN LA 67 4.1.Giới thiệu công trình thủy điện Sơn La .67 4.1.1.Vị trí, nhiệm vụ cơng trình .67 4.1.2.Thành phần cơng trình đầu mối .68 4.1.3.Các thông số thiết kế đập Sơn La 68 4.2.Tính tốn lựa chọn mặt cắt đập 70 4.2.1.Mặt cắt 70 4.2.2.Mặt cắt thực tế 72 4.3.Kiểm tra an tồn đập có động đất theo phương án 72 4.3.1.Tính tốn theo tiêu chuẩn Việt Nam 72 4.3.2.Tính tốn theo tiêu chuẩn Mỹ .78 4.3.3.Nhận xét kết tính tốn 80 4.4.Kết luận chương 83 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 84 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN 84 MỘT SỐ ĐIỂM CÒN TỒN TẠI 85 HƯỚNG TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU 85 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng thống kê số đập bê tông xây dựng Việt Nam Giai đoạn trước năm 1945 Bảng 1-2: Bảng chuyển đổi tương đương thang động đất[6] .12 Bảng 1-3: Bảng chuyển đổi từ đỉnh gia tốc sang cấp động đất[5] .13 Bảng 2.1 : Bề rộng đáy mặt cắt đập ứng với f = 0,5 chiều cao h 24 Bảng 2.2 : Bề rộng đáy mặt cắt đập ứng với f = 0,6 chiều cao h 24 Bảng 2.3 : Bề rộng đáy mặt cắt đập ứng với f = 0,7 chiều cao h 25 Bảng 2.4 : Bề rộng đáy mặt cắt đập ứng với f = 0,8 chiều cao h 25 Bảng 2.5 : Thông số mặt cắt đập ứng với f = 0,5 chiều cao h 29 Bảng 2.6 : Thông số mặt cắt đập ứng với f = 0,6 chiều cao h 29 Bảng 2.7 : Thông số mặt cắt đập ứng với f = 0,7 chiều cao h 29 Bảng 2.8 : Thông số mặt cắt đập ứng với f = 0,8 chiều cao h 30 Bảng 3.1: Thông số mặt cắt đập dạng tam giác 48 Bảng 3.2: Thông số mặt cắt đập dạng đa giác 49 Bảng 3.3: Bảng gia tốc tương ứng với động đất[7] .50 Bảng 3.4: Các tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn Mỹ 53 Bảng 3.5 Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Việt Nam 54 Bảng 3.6 Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Mỹ 54 Bảng 3.7 Bảng kết tính tốn ổn định, trượt, lật, ứng suất theo TCVN(Trường hợp 3) 55 Bảng 3.8 Bảng kết tính tốn ổn định, trượt, lật, ứng suất theo TCVN(Trường hợp 6) 56 Bảng 3.9 Bảng kết tính tốn ổn định, trượt, lật, ứng suất theo TCVN(Trường hợp 3) 57 Bảng 3.10 Bảng kết tính toán ổn định, trượt, lật, ứng suất theo TCVN(Trường hợp 6) .58 Bảng 3.11 Bảng kết tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường hợp 5) 59 Bảng 3.12.Bảng kết tính tốn ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (MCE) 59 (Trường hợp 6) 59 Bảng 3.13.Bảng kết tính tốn ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường hợp 5, OBE) 60 Bảng 3.14.Bảng kết tính tốn ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường hợp 6, MCE) 61 Bảng.3.15: Bảng hệ số ξ, m, n, sau tiến hành giảm n 62 Bảng 3.16 Bảng kết tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường hợp 5, OBE), sau thay đổi hệ số n 63 Bảng 3.17.Bảng kết tính tốn ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường hợp 6, MCE), sau thay đổi hệ số n 64 Bảng 4.1 : Bảng thông số tiêu thiết kế thủy điện Sơn La 68 Bảng 4.2:Các đặc tính vật liệu theo tiêu chuẩn Việt Nam 76 Bảng 4.3 Chỉ tiêu lý BT RCC thí nghiệm theo tiêu chuẩn Việt Nam 77 Bảng 4.4: Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Việt Nam 77 Bảng 4.5: Bảng kết tính tốn ổn định, trượt, lật, ứng suất theo TCVN .77 Bảng 4.6: Bảng gia tốc tương ứng với động đất 78 Bảng 4.7: Các đặc tính vật liệu theo tiêu chuẩn Mỹ 79 Bảng 4.8 Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Mỹ 80 Bảng 4.9: Bảng kết tính tốn ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ 80 Bảng 4-10 : Bảng so sánh kết tính tốn 82 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Biểu đồ xây dựng đập lớn toàn giới (1900-2000) Hình 1.2 : Đập Grande Dixence nhìn từ hạ lưu Hinh 1.3 : Toàn cảnh đập Tam Hiệp Hình 1.4 : Tồn cảnh đập Itaipu .5 Hình 1.5 : Toàn cảnh đập Guri .6 Hình 1.6 : Toàn cảnh đập Tucurui Hình 1.7 : Tồn cảnh đập Sơn La nhìn từ hạ lưu Hình 1.8 : Tồn cảnh đập Bản Vẽ nhìn từ hạ lưu .9 Hình 1.9 :Các dạng mặt cắt đập bê tông trọng lực .10 Hình 1.10 Vết gãy tường chắn đập Tử Bình Bạc (Zipingpu) tỉnh Tứ Xuyên – Trung Quốc 14 Hình 2.1: Sơ đồ tính toán mặt cắt dạng tam giác 16 Hình 2.2 : Mặt cắt đa giác dùng để tính tốn 21 Hình 2.3 : Các đường quan hệ A, m, σ’1 = f(n) ứng với giá trị ξ .21 Hình 2.4 : Tính tốn chọn ξ, n, m mặt cắt đa giác đập bê tơng trọng lực 22 Hình 2.5: Biểu đồ quan hệ n~f, h (với hệ số ma sát f ≥ 0,8 lấy n =0) .25 Hình 2.6: Biểu đồ quan hệ B~h, f .26 Hình 2.7: Hình vẽ tính toán mặt cắt đa giác 27 Hình 2.8: Sơ đồ lực tác dụng vào mặt cắt tính tốn 27 Hình 3.1: Mặt cắt đập thủy điện Bản Vẽ 34 Hình 3.2: Mặt cắt đập thủy điện Sê San 34 Hình 3.3: Mặt cắt đập thủy điện Đồng Nai .35 Hình 3.4: Mặt cắt đập thủy điện Sông Tranh 35 Hình 3.5: Mặt cắt đập thủy điện Bản Chát 36 Hình 3.6: Mặt cắt đập thủy điện Sơn La 36 Hình 3.7: Hình dạng dao động riêng 41 Hình 3.8: Phản ứng cơng trình thời gian động đất 41 Hình 3.9: Phổ gia tốc Sa 42 Hình 3.10: Cách thành lập phổ gia tốc M.Bio 43 Hình 3.11: Sơ đồ mặt cắt tính tốn đập dạng tam giác .48 Hình 3.12: Sơ đồ mặt cắt tính tốn đập dạng đa giác .49 Hình 3.13: Biểu đồ quan hệ n~h, f, ứng với f= 0,7 62 Hình 4.1 Vị trí xây dựng thủy điện Sơn La 67 Hình 4.2 : Các phương án mặt cắt thực tế đập Sơn La 72 Hình 4.3 : Sơ đồ tính toán PA1 .73 Hình 4.4 : Sơ đồ tính tốn PA2 73 Hình 4.5: Mặt cắt ngang đập theo kết tính tốn luận văn 82 Hình 4.6: Mặt cắt ngang đập tư vấn thiết kế PECC1 82 PHẦN MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết Đề tài: Nước ta có 2360 sơng có chiều dài 10km, có hệ sơng diện tích lưu vực 10.000 km2 Tổng lượng dòng chảy năm 835 tỷ m3 Đây nguồn tài nguyên dồi lại phân bổ không không gian thời gian, khoảng 70÷75% lượng dịng chảy năm tập trung vào 3-4 tháng mùa mưa Trong tháng mùa khơ chiếm 5÷8% Vì vào mùa mưa gây lũ lụt cịn mùa kiệt gây hạn hán khắc nghiệt cho số khu vực Với điều kiện tự nhiên nước ta nêu nhu cầu dùng nước, nhu cầu phịng lũ biện pháp xây dựng hồ chứa để điều tiết nước biện pháp thủy lợi phổ biến hiệu Nó đáp ứng đa mục tiêu, cung cấp nước cho sinh hoạt, nông nghiệp, cắt lũ cho hạ lưu, phát điện, nuôi trồng thủy sản…… Theo số thống kê Bộ NN & PTNT năm 2002 nước có 1967 hồ (dung tích hồ 2.105m3) Trong 11 hồ thủy điện có tổng dung tích 19 tỷ m3 cịn lại 1956 hồ thủy nơng với dung tích 5,842 tỷ m3 Nếu tính hồ có dung tích triệu m3 trở lên nước ta có 587 hồ có nhiệm vụ tưới Đa số đập xây dựng nước ta sử dụng vật liệu địa phương đập đất, đập đá đổ, đập đất đá hỗn hợp…… Đập đất loại đập xây đập sớm tới ứng dụng rộng rãi nhờ ưu điểm Ngồi đập bê tơng, bê tơng cốt thép loại đập xây dựng phổ biến Đập bê tông xây dựng từ lâu giới Ở Việt Nam đập bê tông phát triển xây dựng nhiều Một số đập lớn đã, xây dựng như: Định Bình, Sơng Tranh, Sơn La, Lai Châu….Việc tính tốn chọn mặt cắt cho đập cơng việc quan trọng có ảnh hưởng lớn tới làm việc đập sau Cơng việc tính tốn địi hỏi người thiết kế phải lựa chọn trường hợp bất lợi, nguy hiểm để tính tốn Trong trường hợp bất lợi trường hợp đập chịu tác động động đất phức tạp việc tính tốn gặp nhiều khó khăn PHỤ LỤC : TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN ĐẬP SƠN LA 3.1 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM Mặt cắt dạng tam giác_TH3 Các lực tác dụng Đứng Ngang G Wth Wđn W3’ W3 Wbc 3-3 W1 W 1' Fđ Tổng MC G 1-1 Tổng Giá trị lực tác dụng (T) Đứng Ngang 20563.76 -2518.69 -2814.03 11.00 -260.6 186.44 7812.5 390.63 1542.3 15242.05 9671.2 513.02 W1 W 1' Fđ 513.02 53.77 2.6884 62.654 119.11 Cánh tay đòn M M Mvới tâm đế O (m) chống lật gây lật (T.m) (T.m) (T.m) Tâm lật A Tâm trượt O 82.85 21.22 1703707.78 436363.06 82.17 20.54 206961.16 -51733.99 61.63 0.00 173428.41 0.00 14.67 46.96 161.45 -516.73 13.33 41.67 41.67 44.29 13.33 41.67 41.67 44.29 5.00 3.46 3.46 5.00 Ktr Klật 0.00 3.46 3.46 5.00 2485.87 325520.83 16276.04 68307.68 792979.99 1703869.23 1.24 σ1 (Τ/m2) 2.15 σ2 (Τ/m2) 2565.12 185.86 9.29 313.27 508.42 2565.12 σ1 (Τ/m2) σ2 (Τ/m2) -2485.87 -325520.83 -16276.04 -68307.68 -28478.09 112.41 134.90 0.00 -185.86 -9.29 -313.27 -508.42 20.80 81.81 Mặt cắt dạng đa giác_TH3 MC Các lực tác dụng Đứng Ngang Giá trị lực tác dụng (T) Đứng Tâm lật A Tâm trượt O M gây lật (T.m) M chống lật (T.m) Mvới tâm đế O (T.m) G 19676.89 76.83 16.11 1511775.33 316994.67 W2 787.50 116.84 48.42 92011.50 38130.75 Wth -2481.50 80.96 20.24 200902.64 -50225.66 Wđn -2772.48 60.72 -168344.69 0.00 W3’ 10.02 13.33 47.39 474.96 -260.60 7.61 7.61 -1983.20 Wbc 323.12 13.33 13.33 4308.27 -4308.27 W1 7812.5 41.67 41.67 325520.83 -325520.83 W 1' 390.625 41.67 41.67 16276.04 -16276.04 Fđ 1475.77 43.64 43.64 64402.46 -64402.46 W3 3-3 Ngang Cánh tay đòn (m) Tổng 15220.4 9741.4 443065.5 Ktr Klật 1.22 3.62 1602278.6 σ1 (Τ/m2) σ2 (Τ/m ) -1983.20 -107591.0 82.94 173.50 Mặt cắt dạng đa giác_TH3 MC Các lực tác dụng Đứng Ngang G 2-2 Giá trị lực tác dụng (T) Đứng Cánh tay đòn (m) M gây lật Ngang Tâm lật A Tâm trượt O (T.m) 6513.331 76792.17 W1 1250 16.7 W1' 62.5 16.7 16.7 -1041.67 Fđ 631.26 20 27.77 -17530.06 6513.331 σ1 (Τ/m ) 541.48 G -20833.33 37387.12 1-1 Mvới tâm đế O (T.m) 11.790 16.7 Tổng 44.14 M chống lật (T.m) 541.48 σ2 (Τ/m ) 154.23 W1 36.64 36.64 2.9 0.000 2.9 W1' 1.83 1.83 2.9 2.9 Fđ 66.55 66.55 20 10.83 Tổng 47.08 541.475 σ1 (Τ/m2) σ2 (Τ/m ) 7.178 9.558 3.2 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN ĐẬP SƠN LA THEO TIÊU CHUẨN MỸ ... cho đập bê tơng trọng lực vùng có động đất, với chiều cao khác 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC VÀ VIỆC XÁC ĐỊNH MẶT CẮT ĐẬP 1.1.Tổng quan xây dựng đập bê tông trọng lực. .. SỞ LÝ THUYẾT VỀ XÁC ĐỊNH MẶT CẮT HỢP LÝ CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 2.1.Các tiêu chí để xác định mặt cắt hợp lý Tiêu chí để xác định mặt cắt hợp lý đập bê tông trọng lực đảm bảo yêu cầu kỹ thuật... quan xây dựng đập bê tông trọng lực giới Đập bê tông trọng lực loại đập xây dựng nhiều nước giới Ra đời sau đập đất không phổ biến rộng đập đất, đa số đập cao 100m đập bê tông Theo thống kê Hội đập