Nghiên cứu ảnh hưởng của suy giảm cường độ do thấm gây ra tới trường ứng suất biến dạng trong đập đê bê tông đầm lăn

1 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập làm luận văn cao học, giúp đỡ thầy, cô giáo trường Đại học Thủy Lợi đặc biệt thầy giáo TS Nguyễn Quang Phú thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quang Hùng, cố gắng nỗ lực thân đến tơi hồn thành luận văn thạc sĩ Các kết đạt đóng góp nhỏ bé mặt khoa học trình nghiên cứu ảnh hưởng thấm gây tới trường ứng suất biến dạng đập bê tông đầm lăn Tuy nhiên, khuôn khổ luận văn, điều kiện thời gian trình độ có hạn nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận bảo góp ý thầy, cô giáo đồng nghiệp Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Phú, thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quang Hùng hướng dẫn, bảo tận tình cung cấp kiến thức khoa học cần thiết trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo môn Thủy công, môn sức bền kết cấu, khoa Công Trình, phịng đào tạo đại học Sau đại học - Trường Đại học Thuỷ Lợi tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành tốt luận văn thạc sĩ Tơi xin chân thành cảm ơn cán Chi nhánh Tư vấn 1- Công ty Cổ phần Tư vấn Sông Đà tạo điều kiện giúp đỡ suốt thời gian thực luận văn Xin chân thành cảm ơn bạn bè đồng nghiệp, bạn bè gần xa gia đình động viên khích lệ tơi q trình học tập thực luận văn Hà Nội, tháng 12 năm 2011 Tác giả Tô Văn Thuật MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TƠNG ỨNG DỤNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Tình hình xây dựng đập bê tông giới Việt Nam 1.1.1 Tình hình xây dựng đập bê tông giới 1.1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông nước ta 1.2 Tình hình xây dựng đập bê tơng đầm lăn (BTĐL) giới Việt Nam 1.2.1 Tình hình ứng dụng BTĐL giới 1.2.2 Việc áp dụng bê tông đầm lăn Việt Nam 13 1.3 Giới thiệu công nghệ xây dựng đập bê tông đầm lăn 17 1.4 Những tồn công nghệ xây dựng đập bê tông đầm lăn 19 1.4.1 Về chất lượng bám dính lớp: 19 1.4.2 Về vấn đề thấm: 19 1.4.3 Về chất lượng thi công: 19 1.5 Kết luận chung 20 CHƯƠNG TÁC HẠI CỦA DÒNG THẤM TRONG ĐẬP RCC VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN DÙNG TRONG NGHIÊN CỨU 21 2.1 Quá trình phát triển cường độ bê tông đầm lăn 21 2.1.1 Cường độ kháng nén: 21 2.1.2 Cường độ kháng kéo: 23 2.1.3 Quan hệ cường độ kháng nén cường độ kháng kéo: 24 2.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới cường độ bê tông đầm lăn 24 2.2.1 Cường độ kháng nén BTĐL: 24 2.2.2 Cường độ kháng kéo bê tông đầm lăn 37 2.3 Ảnh hưởng thấm tới trình phát triển cường độ bê tông đầm lăn 42 2.3.1 Khả liên kết chống thấm bê tông đầm lăn 42 2.3.2.Hiên trạng thấm số cơng trình BTĐL–ngun nhân cách khắc phục 42 2.3.3 Ảnh hưởng thấm tới trình phát triển cường độ RCC 43 2.4 Phương pháp luận dùng nghiên cứu 48 2.4.1 Phương pháp phân tích ứng suất biến dạng đập RCC 48 2.4.2 Những vấn đề tồn phương pháp tính 52 2.4.3 Đề xuất lựa chọn toán dùng nghiên cứu 53 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SUY GIẢM CƯỜNG ĐỘ DO THẤM GÂY RA TỚI TRƯỜNG ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG TRONG ĐẬP RCC 54 3.1 Nghiên cứu suy giảm cường độ RCC dòng thấm gây 54 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 3.2 Nghiên cứu trường ứng suất biến dạng toàn đập RCC trình suy giảm cường độ tác dụng dịng thấm cho đập có chiều cao khác Từ tìm thay đổi ứng suất biến dạng vùng (thân đập) suy giảm cường độ 54 3.2.1 Phạm vi tính tốn 54 3.2.2 Trường hợp tính tốn 55 3.2.3 Các đặc tính vật liệu đá 55 3.2.4 Mơ hình tính tốn 55 3.2.5 Tổng hợp kết tính tốn 56 3.3 Phân tích nhận xét kết tính tốn 58 3.4 Kết luận chương 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Đối với Việt Nam, công nghệ bê tông đầm lăn (RCC) công nghệ Hiện xây dựng đập bê tông dùng công nghệ RCC tương đối phổ biến: Pleikrơng, Sơn La, Bản Chát, Định Bình… Trong nhiều nghiên cứu thực tế chứng minh công nghệ RCC có nhiều ưu điểm Tuy nhiên, nhược điểm cần quan tâm hình thành phân tách lớp lớp đổ dẫn tới suy giảm khả chống trượt khả chống thấm đập Đặc biệt hình thành phân tách lớp, tác động áp lực thấm lại nhân tố thúc đẩy phân tách lớp phát triển mạnh mẽ Không thời gian phát triển cường độ bê tông RCC, áp lực thấm phát sinh thân đập có ảnh hưởng mạnh mẽ tới sức chịu tải vật liệu Nói cách khác, áp lực thấm phân tách lớp trình phát triển cường độ bê tơng RCC có liên quan mật thiết đến Xuất phát từ luận điểm vậy, luận văn tập trung sâu nghiên cứu trình suy giảm cường độ RCC tác dụng dòng thấm Từ tiến hành phân tích ứng suất biến dạng tồn thân đập để đưa kết ban đầu ứng xử cơng trình tác dụng dịng thấm đập RCC Mục đích nhiệm vụ đề tài: Mục đích nghiên cứu luận văn nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến cường độ RCC, đặc biệt ảnh hưởng áp lực thấm tới phát triển cường độ RCC, thơng qua nghiên cứu thay đổi phân bố ứng suất biến dạng tồn thân đập RCC để có biện pháp ứng xử vật liệu giải pháp công trình nhằm nâng cao tính an tồn cho đập RCC Đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: Đập bê tông dùng công nghệ RCC - Phạm vi nghiên cứu: Các đập RCC có chiều cao từ 30m÷100m - Phương pháp nghiên cứu: + Tổng hợp nghiên cứu khoa học, số liệu thí nghiệm, lựa chọn phương pháp tính tốn + Sử dụng phần mềm phân tích ổn định, ứng suất đập RCC Kết dự kiến đạt được: - Thấy rõ quy luật thay đổi trường ứng suất thân đập Để từ có ứng xử cơng trình cần thiết vấn đề chống thấm cho đập bê tông đầm lăn RCC - Qua kết tính tốn đề xuất lựa chọn toán dùng nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG ỨNG DỤNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Tình hình xây dựng đập bê tông giới Việt Nam 1.1.1 Tình hình xây dựng đập bê tơng giới Cách khoảng 4000 năm Ai Cập, Trung Quốc bắt đầu xuất cơng trình thủy lợi (đập, kênh mương cơng trình đơn giản khác ) Đập xây dựng sơng Nile cao 15m, dài 450m có cốt đá đổ đất sét Theo thống kê Hội đập cao giới (ICOLD ) tính đến năm 2000 tồn giới có khoảng 45.000 đập lớn Theo cách phân loại ICOLD đập có chiều cao H=10 ÷ 15m có chiều dài L ≥ 500m, Q xả lũ ≥ 2.000 m3/s; hồ có dung tích R R P P W ≥ 1.000.000m3 nước xếp vào loại đập cao Số lượng 45.000 đập phân P P bố không châu lục Nước có nhiều đập giới Trung Quốc với khoảng 22.000 đập chiếm 48% số đập giới Đứng thứ hai Mỹ với 6.575 đập, thứ ba Ấn Độ với 4.291 đập Tiếp đến Nhật Bản có 2.675, Tây Ban Nha có 1.196 đập Việt Nam có 460 đập đứng thứ 16 số nước có nhiều đập lớn Tốc độ xây dựng đập cao giới không đều, thống kê xây dựng đập từ năm 1900 đến năm 2000 thấy thời kỳ xây dựng nhiều vào năm 1950, đỉnh cao năm 1970 Theo thống kê đập 44 nước ICOLD-1997, số đập cao 15 ÷ 30m chiếm khoảng 56,2%, cao từ 30 ÷ 150m chiếm khoảng 23,8% 150m chiếm có 0,1% Từ năm 1960 trở lại đây, với phát triển khoa học kỹ thuật, lý luận tính tốn ngày phát triển hoàn thiện, độ an toàn đập ngày cao Bảng 1.1: Bảng thống kê số lượng đập cao xây dựng Thế giới STT 10 11 12 13 14 15 Nước Trung Quốc Mỹ Ấn Độ Nhật Tây Ban Nha Canada Hàn Quốc Thổ Nhĩ Kỳ Braxin Pháp Nam Phi Mexico Italia Anh Australia Số lượng đập STT Nước 22.000 16 Việt Nam 6.575 17 Na Uy 4.291 18 CHLB Đức 2.675 19 Al-Ba-Ni 1.196 20 Ru-Ma-Ni 793 21 Zim-Ba-Buê 765 22 Thái Lan 625 23 Thụy Điên 594 24 Bungari 569 25 Thụy Sĩ 539 26 Áo 537 27 Cộng Hòa Séc 524 28 Algieri 517 29 Bồ Đào Nha 486 30 Liên Bang Nga Số lượng đập 460 335 311 306 246 213 204 190 180 156 149 118 107 103 96 (Số liệu lấy từ báo Đập an toàn đập tác giả Nguyễn Tiến Đạt ) 1.1.2 Tình hình xây dựng đập bê tơng nước ta Thời kỳ trước năm 30 kỷ 20, nước ta xuất số đập bê tông trọng lực đập thấp có chiều cao khoảng 5÷10m, chưa có đập lớn Các đập có kết cấu đơn giản, thi cơng nhanh thủ công, kỹ thuật không phức tạp ngoại trừ đập Đồng Cam tỉnh Phú Yên đặc điểm thuỷ văn sông Đà Rằng Giai đoạn từ 1930 đến 1945 người Pháp tiếp tục xây dựng nước ta số đập bê tông trọng lực đập dâng Đô Lương - Nghệ An làm nhiệm vụ cấp nước tưới, đập Đáy Hà Tây có nhiệm vụ phân lũ, số đập dâng nhỏ khác đập dâng An Trạch Quảng Nam, đập dâng Cẩm Ly Quảng Bình,… Giai đoạn từ năm 1945 đến 1975, đất nước có chiến tranh nên việc đầu tư xây dựng cơng trình thuỷ lợi lớn bị hạn chế Trong thời kỳ chưa có đập bê tơng trọng lực cao xây dựng số đập tràn thấp đập thuỷ điện Thác Bà, đập tràn thuỷ điện Cầm Sơn, Đa Nhim Kỹ thuật cơng nghệ xây dựng phía bắc chủ yếu Liên Xơ (cũ) Trung Quốc, phía Nam Nhật Từ năm 1975 đến nay, nước ta bước vào nghiệp cơng nghiệp hố - đại hố nên cơng trình thuỷ điện thuỷ lợi xây dựng khắp nước đập bê tông trở nên phổ biến với quy mô hình thức ngày phong phú Đầu mối cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện như: Pleikrơng, Sê San Sê San 4, Bản Vẽ, Thạch Nham, Tân Giang đập tràn đầu mối thuỷ điện Hồ Bình, Tun Quang đập bê tơng với khối lượng hàng triệu m3 bê tông, chiều P P cao từ 70÷138m Hình 1.1: Đập bê tơng trọng lực - Hồ chứa nước Tân Giang 1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông đầm lăn (BTĐL) giới Việt Nam Bê tông đầm lăn (BTĐL) loại bê tông sử dụng nguyên vật liệu tương tự bê tông thường BTĐL khác với bê tông thường đầm chặt thiết bị rung đưa vào lòng khối đổ, BTĐL làm chặt thiết bị rung lèn từ mặt (lu rung) Cơng nghệ thích hợp cho cơng trình bê tơng khối lớn, hình dáng khơng phức tạp đập, mặt đường Việc đầm lèn bê tông lu rung cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô, chất kết dính so với bê tông thường nhờ số đập đường bê tông, thi công công nghệ nhanh rẻ so với dùng công nghệ đổ bê tông truyền thống Cơng nghệ BTĐL thường áp dụng thích hợp cho thi công đập bê tông trọng lực 1.2.1 Tình hình ứng dụng BTĐL giới Về xây dựng đập trọng lực, tính đến 2005, tồn giới xây dựng 300 đập BTĐL với khối lượng tổng cộng khoảng 90 triệu m3 BTĐL P P Hiện Trung Quốc nước dẫn đầu số lượng đập BTĐL sau Hoa Kỳ, Nhật Bản Tây Ban Nha Bảng 1.2 Số lượng đập BTĐL xây dựng số nước giới Tên Quốc Gia Số đập xây dựng Thể tích BTĐL (103 m3) P P P P Tỷ lệ theo S.lượng % Tỷ lệ theo K.lượng % Tên Quốc Gia Số đập xây dựng Thể tích BTĐL (103 m3) P P P P Châu Âu 234 Tỷ lệ theo S.lượng % Tỷ lệ theo K.lượng % 2.1 0.25 T.Quốc 57 Châu Á 28.275 20 30.50 Pháp Nhật Bản 43 15.465 15.09 16.68 Hy Lạp 500 0.7 0.54 Kyrgystan 100 0.35 0.11 Italy 262 0.35 0.28 Thái Lan 5.248 1.05 5.66 Nga 1.200 0.35 1.29 Inđonesia 528 0.35 0.57 T.B Nha 22 3.164 7.72 3.41 Tổng: 105 49.616 36.8 53.56 Tổng: 35 5.384 11.9 5.81 Argentina Brazil 36 Nam Mỹ 590 9.440 0.35 12.63 0.64 10.18 Algeria Angola 0.7 0.35 2.98 0.82 Chile 2.170 0.7 2.34 Eritrea 187 0.35 Colombia 2.974 0.7 3.21 Ma Rốc 11 2.044 3.86 2.20 Mexico 840 2.1 0.91 Nam Phi 14 1.214 4.91 1.31 Tổng: 51 16.014 16.48 17.27 Tổng: 29 6.962 10.17 7.51 Canada Bắc Mỹ 622 0.7 0.67 Australia Châu Úc 596 3.15 0.64 Hoa Kì 37 5.081 12.98 5.48 17 7.534 5.96 8.13 Tổng: 39 5.703 13.68 6.15 Khác Tổng T.Giới 285 92.712 Châu Phi 2.760 757 10 Hình 1.2 Tỷ lệ áp dụng BTĐL theo hướng khác giới Bê tơng đầm lăn (RCC) xem phát triển quan trọng công nghệ đập bê tông phần tư kỷ qua Áp dụng đập RCC cho phép nhiều đập có tính khả thi mặt kinh tế giảm giá thành từ phương pháp thi công nhanh, điều khiến kỹ sư thiết kế có hội cải tạo đập bê tơng có mà đập có cố an tồn cần phải gia cố, cải thiện đập có cơng suất tràn chưa hợp lý biện pháp cho tràn qua đập cách an toàn Trong năm gần RCC áp dụng rộng rãi thi công đập nước giới (Xem hình 1.3: Các đập RCC xây dựng thi công - tính đến cuối năm 2009) Hình 1.3: Các đập RCC xây dựng thi cơng - tính đến cuối năm 2009 22 Hình PL2.25: Kết tính tốn ứng suất S3 (T/m2) Hình PL2.26: Mặt cắt 1-S3 qua đáy đập Hình PL2.27: Mặt cắt 2-S3 qua đập 23 Hình PL2.28: Mặt cắt 3-S3 qua đường bão hịa Hình PL2.29: Kết tính tốn ứng suất theo phương ngang Sx (T/m2) Hình PL2.30: Mặt cắt 1-Sx qua đáy đập 24 Hình PL2.31: Kết tính tốn ứng suất theo phương ngang Sy (T/m2) Hình PL2.32: Mặt cắt 1-Sy qua đáy đập Hình PL2.33: Kết tính tốn chuyển vị theo phương ngang Ux (m) 25 Hình PL2.34: Kết tính tốn chuyển vị theo phương đứng Uy (m ) 26 PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ TÍNH TỐN ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CHO ĐẬP BTĐL - ĐẬP CAO 99M 27 Hệ số thấm K1=20*10-9m/s Trường hợp không xét đến đường bão hịa Trường hợp có xét đến đường bão hịa Hình PL3.1: Kết tính tốn ứng suất S1 (T/m2) Hình PL3.2: Mặt cắt 1-S1 qua đáy đập Hình PL3.3: Kết tính tốn ứng suất S3 (T/m2) 28 Hình PL3.4: Mặt cắt 1-S3 qua đáy đập Hình PL3.5: Kết tính tốn ứng suất theo phương ngang Sx (T/m2) Hình PL3.6: Mặt cắt 1-Sx qua đáy đập 29 Hình PL3.7: Kết tính tốn ứng suất theo phương ngang Sy (T/m2) Hình PL3.8: Mặt cắt 1-Sy qua đáy đập Hình PL 3.9: Kết tính tốn chuyển vị theo phương ngang Ux (m ) 30 Hình PL3.10: Kết tính tốn chuyển vị theo phương đứng Uy (m ) Hệ số thấm K2=90*10-9m/s Trường hợp không xét đến đường bão hịa Trường hợp có xét đến đường bão hịa Hình PL3.11: Kết tính tốn ứng suất S1 (T/m2) Hình PL3.12: Mặt cắt 1-S1 qua đáy đập 31 Hình PL3.13: Kết tính tốn ứng suất S3 (T/m2) Hình PL3.14: Mặt cắt 1-S3 qua đáy đập Hình PL3.15: Kết tính tốn ứng suất theo phương ngang Sx (T/m2) 32 Hình PL3.16: Mặt cắt 1-Sx qua đáy đập Hình PL3.17: Kết tính tốn ứng suất theo phương ngang Sy (T/m2) Hình PL3.18: Mặt cắt 1-Sy qua đáy đập 33 Hình PL3.19: Kết tính tốn chuyển vị theo phương ngang Ux (m) Hình PL3.20: Kết tính tốn chuyển vị theo phương đứng Uy (m) Hệ số thấm K3=150*10-9m/s Trường hợp khơng xét đến đường bão hịa Trường hợp có xét đến đường bão hịa Hình PL3.21: Kết tính tốn ứng suất S1 (T/m2) 34 Hình PL3.22: Mặt cắt 1-S1 qua đáy đập Hình PL3.23: Kết tính tốn ứng suất S3 (T/m2) Hình PL3.24: Mặt cắt 1-S3 qua đáy đập 35 Hình PL3.25: Kết tính tốn ứng suất theo phương ngang Sx (T/m2) Hình PL3.26: Mặt cắt 1-Sx qua đáy đập Hình PL3.27: Kết tính tốn ứng suất theo phương ngang Sy (T/m2) 36 Hình PL3.28: Mặt cắt 1-Sy qua đáy đập Hình PL3.29: Kết tính tốn chuyển vị theo phương ngang Ux (m) Hình PL3.30: Kết tính tốn chuyển vị theo phương đứng Uy (m) ... toán dùng nghiên cứu 53 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SUY GIẢM CƯỜNG ĐỘ DO THẤM GÂY RA TỚI TRƯỜNG ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG TRONG ĐẬP RCC 54 3.1 Nghiên cứu suy giảm cường độ RCC dòng thấm gây ... 3.2 Nghiên cứu trường ứng suất biến dạng toàn đập RCC trình suy giảm cường độ tác dụng dịng thấm cho đập có chiều cao khác Từ tìm thay đổi ứng suất biến dạng vùng (thân đập) suy giảm cường độ. .. 2.2.2 Cường độ kháng kéo bê tông đầm lăn 37 2.3 Ảnh hưởng thấm tới trình phát triển cường độ bê tông đầm lăn 42 2.3.1 Khả liên kết chống thấm bê tông đầm lăn 42 2.3.2.Hiên trạng thấm