Nghiên cứu ảnh hưởng của nền tới ổn định đập bê tông trọng lực trên nền đá

LỜI CAM ĐOAN Tên là: Laomoua NAOKER Học viên: Lớp 23C21 Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Quang Hùng Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực tích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Hà nội, tháng 07 năm 2017 Tác gia luận văn Laomoua NAOKER i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội, dạy bảo, giúp đỡ tận tình thầy cô giáo Trường Đại học Thủy lợi, giúp đỡ tận tình bạn bè lớp với nỗ lực phấn đấu thân tác giả hoàn thành luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, chun ngành Kỹ thuật xây dựng Cơng trình thủy với đề tài: “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỀN TỚI ỔN ĐỊNH ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC TRÊN NỀN ĐÁ ” Để có thành này, trước tiên tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quang Hùng tận tình hướng dẫn, bảo cung cấp thông tin khoa học cần thiết thời gian tác giả thực luận văn Bên cạnh đó, Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo, cán Phòng Đào tạo đại học & Sau đại học, thầy giáo, cô giáo giảng dạy môn Trường Đại học Thủy lợi giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt trình thực luận văn Mặc dù tác giả cố gắng cịn hạn chế nhiều ngơn ngữ Tiếng việt trình độ chun mơn thân nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong đóng góp ý kiến, bảo thầy cô giáo, bạn bè để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, tháng 07 năm 2017 Tác gia luận văn Laomoua NAOKER ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VI DANH MỤC BẢNG BIỂU IX MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT 1.1 Tình hình xây dựng đập bê tơng trọng lực giới 1.2 Tình hình xây dựng đập bê tơng trọng lực Lào(Internet) 10 1.3 Những vấn đề kỹ thuật tính tốn ổn định đập bê tông trọng lực 14 1.3.1 u cầu chung tính tốn ổn định đập bê tông trọng lực [1] 14 1.3.2 Hệ số an toàn ổn định độ bền 14 1.3.3 Ổn định đập bê tông trọng lực xây đá 17 1.4 1.4.1 Nội dung giới hạn phạm vi nghiên cứu 18 Nội dung 18 1.4.2 phạm vi nghiên cứu 18 Kết luận Chương I 18 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG LỰC .20 2.1 Các giả thiết nội dung phương pháp phân tích đập bê tông trọng lực đá 20 2.1.1 Tính ổn định đập bê tơng theo phương pháp xét lực chống cắt mặt phá hoại 20 2.1.2 phương pháp cân giới hạn 29 2.2 Phân tích lựa chọn phương pháp dùng nghiên cứu 36 Kết luận chương II 36 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỀN TỚI ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC .37 3.1 lựa chọn Sery nghiên cứu 37 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nhân tố góc ma sát tới ổn định đập bê tơng trọng lực 38 3.2.1 Trường hợp C=0 38 3.2.2 Trường hợp C=1.5 39 3.2.3 Trường hợp C=3.8 40 3.2.4 Trường hợp C=6 40 3.2.5 Trường hợp C=8 41 iii 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng nhân tố lực dính tới ổn định đập bê tơng trọng lực 42 3.3.1 Trường hợp Phi= 220 42 3.3.2 Trường hợp Phi= 260 42 3.3.3 Trường hợp Phi= 320 43 3.3.4 Trường hợp Phi= 360 44 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng tương tác đập tới ổn định đập bê tông trọng lực 44 3.4.1 Trường hợp H= 15 m 44 3.4.2 Trường hợp H= 30 m 45 3.4.3 Trường hợp H= 55 m 46 3.4.4 Trường hợp H= 90 m 47 3.4.5 Trường hợp H= 120 m 48 3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng chiều rộng đập tới ổn định đập bê tông trọng lực 49 3.5.1 Trường hợp H= 15 (m); Phi=22o 49 3.5.2 Trường hợp H= 30 (m); Phi=22o 49 3.5.3 Trường hợp H= 55 (m); Phi=22o 50 3.5.4 Trường hợp H= 90 (m); Phi=22o 51 3.5.5 Trường hợp H= 120 (m); Phi=22o 51 3.5.6 Trường hợp H= 15 (m); Phi=26o 52 3.5.7 Trường hợp H= 30 (m); Phi=26o 53 3.5.8 Trường hợp H= 55 (m); Phi=26o 53 3.5.9 Trường hợp H= 90 (m); Phi=26o 54 3.5.10 Trường hợp H= 120 (m); Phi=26o 55 3.5.11 Trường hợp H= 15 (m); Phi=32o 55 3.5.12 Trường hợp H= 30 (m); Phi=32o 56 3.5.13 Trường hợp H= 55 (m); Phi=32o 57 3.5.14 Trường hợp H= 90 (m); Phi=32o 57 3.5.15 Trường hợp H= 120 (m); Phi=32o 58 3.5.16 Trường hợp H= 15 (m); Phi=36o 59 3.5.17 Trường hợp H= 30 (m); Phi=36o 59 3.5.18 Trường hợp H= 55 (m); Phi=36o 60 3.5.19 Trường hợp H= 90 (m); Phi=36o 61 3.5.20 Trường hợp H= 120 (m); Phi=36o 61 3.6 Phân tích tổng hợp kết nghiên cứu 63 iv Kết luận chương III 64 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG NGHIÊN CỨU CHO ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC NẬM KOONG .65 4.1 Giới thiệu công trình 65 4.1.1 Vị trí cơng trình 65 4.1.2 Quy mơ cơng trình 66 4.1.3 Các thơng số tính tốn thủy .67 4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nhân tố tới ổn định đập bê tông trọng lực 72 4.2.1 Tính tốn ổn định đập bê tơng trọng lực theo tiêu chuẩn Mỹ-EM1100-2-2200 72 4.2.2 Tính tốn ổn định trượt theo tiêu chuẩn Mỹ 74 4.2.3 Tính tốn ổn định trượt theo tiêu chuẩn Nga-Việt .77 4.3 Phân tích kết tính tốn 80 4.3.1 Tiêu chuẩn Việt Nam - Nga 80 4.3.2 Theo tiêu chuẩn Mỹ .81 Kết luận chương IV 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Đập Hoover Hoa kỳ (Internet) Hình 1.2 Đập Grand Dixence, Swiss Alps (Internet) Hình 1.3 Đập Xiaowan (Tiếu Loan ), Trung Quốc(Internet) Hình 1.4 Đập Tam hiệp, Trung Quốc(Internet) Hình 1.5 Tốc độ phát triển đập từ năm 1900 đến năm 2000 Hình 1.6 Tốc độ xây dựng đập giới kỷ 20 Hình 1.7 Tỷ lệ % phân bố đập giới Hình 1.8 Đập Nậm Ngưm 1, Đập cao 74 m, Công suất 155 MW 11 Hình 1.9 Đập Nậm Nghiep 1,Đập cao 148 m, Cơng suất 272 MW 11 Hình 1.10 Đập Nậm Ngưm 5, Đập cao 99 m, Công suất 120 MW 12 Hình 1.11 Đập Xekaman 1, Đập cao 117,5 Công suất 190 MW 12 Hình 1.12 Đập Mekong Xainyaburi, Đập cao 33m, Cơng suất 1285 MW(Internet) 12 Hình 2.1 Mặt trượt mặt tiếp xúc đập 25 Hình 2.2 Mặt trượt nằm sâu 25 Hình 2.3 Sơ đồ tính tốn ổn định mặt trượt phẳng đơn 32 Hình 2.4 Hình dạng mặt trượt đáy đập đặt sâu 33 Hình 2.5 Sơ đồ tính ổn định trượt theo mặt gãy khúc 33 Hình 2.6a So sánh giá trị K K 35 Hình 2.6b So sánh giá trị K1và K2 35 Hình 3.1 Hệ số an toàn ổn định đập với cường độ kháng cắt C=0 38 Hình 3.2 Hệ số an toàn ổn định đập với cường độ kháng cắt C=1.5 39 Hình 3.3 Hệ số an toàn ổn định đập với cường độ kháng cắt C=3.8 40 Hình 3.4 Hệ số an tồn ổn định đập với cường độ kháng cắt C=6 41 Hình 3.5 Hệ số an tồn ổn định đập với cường độ kháng cắt C=8 41 Hình 3.6 Hệ số an tồn ổn định đập với cường độ kháng cắt φ=220 42 Hình 3.7 Hệ số an tồn ổn định đập với cường độ kháng cắt φ=260 43 Hình 3.8 Hệ số an tồn ổn định đập với cường độ kháng cắt φ=320 43 Hình 3.9 Hệ số an tồn ổn định đập với cường độ kháng cắt φ=360 44 vi Hình 3.10 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 15 m .45 Hình 3.11 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 30 m .45 Hình 3.12 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 55 m .47 Hình 3.13 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 90 m .47 Hình 3.14 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 120 m .48 Hình 3.15 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 15 m; Phi=22o 49 Hình 3.16 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 30 m; Phi=22o .50 Hình 3.17 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 55 m; Phi=22o .50 Hình 3.18 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 90 m; Phi=22o .51 Hình 3.19 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 120 m; Phi=22o 52 Hình 3.20 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 15 m; Phi=22o .52 Hình 3.21 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 30 m; Phi=26o .53 Hình 3.22 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 55 m; Phi=26o .54 Hình 3.23 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 90 m; Phi=26o .54 Hình 3.24 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 120 m; Phi=26o 55 Hình 3.25 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 15 m; Phi=32o .56 Hình 3.26 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 30 m; Phi=32o .56 Hình 3.27 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 55 m; Phi=32o .57 Hình 3.28 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 90 m; Phi=32o .58 Hình 3.29 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 120 m; Phi=32o 58 Hình 3.30 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 15 m; Phi=36o .59 Hình 3.31 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 30 m; Phi=36o .60 Hình 3.32 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 55 m; Phi=36o .60 Hình 3.33 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 90 m;Phi=36o 61 Hình 3.34 Hệ số an tồn ổn định với đập có chiều cao 120 m;Phi=36o 62 Hình 4.1 Vị trí cơng trình Nậm kơng 65 Hình 4.2 Mặt tổng thể tuyến đập 66 Hình 4.3 Cắt dọc tuyến đập 66 Hình 4.4 Mặt cắt ngang đập 67 Hình 4.5 Trường hợp tính tốn ổn định trượt tổ hợp 74 vii Hình 4.6 Số liệu mặt cắt đầu vào 75 Hình 4.7 Kết tính tốn hệ số ổn định trượt 75 Hình 4.8 Trường hợp tính tốn ổn định trượt tổ hợp đặc biệt 76 Hình 4.9 Số liệu mặt cắt đầu vào 76 Hình 4.10 Kết tính tốn hệ số ổn định trượt 77 Hình 4.11 Trường hợp tính tốn ổn định trượt tổ hợp 77 Hình 4.12 Số liệu mặt cắt đầu vào 78 Hình 4.13 Kết tính tốn hệ số ổn định trượt 78 Hình 4.14 Trường hợp tính tốn ổn định trượt tổ hợp đặc biệt 79 Hình 4.15 Số liệu mặt cắt đầu vào 79 Hình 4.16 Kết tính tốn hệ số ổn định trượt 79 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số cơng trình đập bê tơng lớn Trung Quốc [ 2] Bảng 1.2 Một số cơng trình đập bê tơng lớn Mỹ [ 2] Bảng 1.3 Một số đập bê tông xây dựng Lào trước 1975 11 Bảng 1.4 Một số đập bê tông xây dựng Lào năm gần [3] .12 Bảng 1.5 Hệ số an toàn ổn định độ bền theo tiêu chuẩn Mỹ [ 4] 17 Bảng 3.1 Các trường hợp tính tốn nghiên cứu 37 Bảng 3.2 Bảng kết FS với trường hợp C=0 38 Bảng 3.3 Bảng kết FS với trường hợp C=1.5 39 Bảng 3.4 Bảng kết FS với trường hợp C=3.8 40 Bảng 3.5 Bảng kết FS với trường hợp C=6 40 Bảng 3.6 Bảng kết FS với trường hợp C=8 41 Bảng 3.7 Bảng kết FS với trường hợp Phi=220 42 Bảng 3.8 Bảng kết FS với trường hợp Phi=260 42 Bảng 3.9 Bảng kết FS với trường hợp Phi=320 43 Bảng 3.10 Bảng kết FS với trường hợp Phi=360 44 Bảng 3.11 Bảng kết FS với trường hợp H= 15 m 44 Bảng 3.12 Bảng kết FS với trường hợp H= 30 m 45 Bảng 3.13 Bảng kết FS với trường hợp H= 55 m 46 Bảng 3.14 Bảng kết FS với trường hợp H= 90 m 47 Bảng 3.15 Bảng kết FS với trường hợp H= 120 m 48 Bảng 3.16 Bảng kết FS với trường hợp H=15 (m) ); Phi=22o 49 Bảng 3.17 kết FS với trường hợp H=30 (m) ; Phi=22o 49 Bảng 3.18 kết FS với trường hợp H=55 (m) ; Phi=22o 50 Bảng 3.19 kết FS với trường hợp H=90 (m); Phi=22o 51 Bảng 3.20 kết FS với trường hợp H=120 (m); Phi=22o 51 Bảng 3.21 kết FS với trường hợp H=15(m);Phi=26o .52 Bảng 3.22 kết FS với trường hợp H=30(m);Phi=26o .53 ix Bảng 3.23 kết FS với trường hợp H=55(m);Phi=26o 53 Bảng 3.24 kết FS với trường hợp H=90(m);Phi=26o 54 Bảng 3.25 kết FS với trường hợp H=120(m);Phi=26o 55 Bảng 3.26 kết FS với trường hợp H=15(m);Phi=32o 55 Bảng 3.27 kết FS với trường hợp H=30(m);Phi=32o 56 Bảng 3.28 kết FS với trường hợp H=55(m);Phi=32o 57 Bảng 3.29 kết FS với trường hợp H=90(m);Phi=32o 57 Bảng 3.30 kết FS với trường hợp H=120(m);Phi=32o 58 Bảng 3.31 kết FS với trường hợp H=15 (m);Phi=36o 59 Bảng 3.32 kết FS với trường hợp H=30 (m);Phi=36o 59 Bảng 3.33 kết FS với trường hợp H=55 (m);Phi=36o 60 Bảng 3.34 kết FS với trường hợp H=90 (m);Phi=36o 61 Bảng 3.35 kết FS với trường hợp H=120 (m);Phi=36o 61 Bảng 3.36 Bảng hệ số an toàn cho phép tiêu chuẩn Mỹ 63 Bảng 4.1 Các thơng số cơng trình Nậm kơng [5] 67 Bảng 4.2 Chỉ tiêu lý đá kiến nghị sử dụng tính tốn [ 6] 72 Bảng 4.3: Hệ số ổn định nhỏ [FS] theo tiêu chuẩn Mỹ EM1100-2-2200 73 Bảng 4.4: Bảng thể kết theo tiêu chuẩn Việt Nam - Nga 81 Bảng 4.5 Tiêu chuẩn đánh giá ổn định thổng thể ứng suất cho phép đập theo tiêu chuẩn Mỹ 81 Bảng 4.6 Bảng thể kết theo tiêu chuẩn Mỹ 82 x b) Tính cho trường hợp trượt tổ hợp lực đặc biệt Hình 4.8 Trường hợp tính tốn ổn định trượt tổ hợp đặc biệt Hình 4.9 Số liệu mặt cắt đầu vào 76 Hình 4.10 Kết tính tốn hệ số ổn định trượt 4.2.3 Tính tốn ổn định trượt theo tiêu chuẩn Nga-Việt a) Tính cho trường hợp trượt tổ hợp lực Hình 4.11 Trường hợp tính tốn ổn định trượt tổ hợp 77 Hình 4.12 Số liệu mặt cắt đầu vào Hình 4.13 Kết tính tốn hệ số ổn định trượt 78 b) Tính cho trường hợp trượt tổ hợp lực đặc biệt Hình 4.14 Trường hợp tính tốn ổn định trượt tổ hợp đặc biệt Hình 4.15 Số liệu mặt cắt đầu vào Hình 4.16 Kết tính tốn hệ số ổn định trượt 79 4.3 Phân tích kết tính tốn 4.3.1 Tiêu chuẩn Việt Nam - Nga  Theo QCVN 04 - 05 : 2012/BNNPTNT CHu∏ 33-01-2003 tính ổn định cơng trình theo trạng thái giới hạn thứ phải thỏa mãn: n c ×N tt ≤ m R R n K K = ≥ c n kn N tt m đó: - n c : Hệ số tổ hợp tải trọng + Đối với tổ hợp tải trọng bản: n c = + Đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt: n c = 0.9 + Đối với tổ hợp tải trọng đặt biệt động đất thiết kế: n c = 0.95 + Đối với tổ hợp tải trọng đặt biệt động đất cực đại: n c = 0.85 + Đối với tổ hợp tải trọng thời kỳ thi công sửa chữa: n c = 0.95 - K: Hệ số an toàn chung cơng trình - Ntt: Tải trọng tính tốn tổng qt (lực, mômen, ứng suất) thông số khác - R: Sức chịu tải tính tốn tổng qt, thơng số khác xác lập theo tiêu chuẩn thiết kế - m : Hệ số điều kiện làm việc; Lấy m = 0.95 - Kn=1.15 : Hệ số tin cậy công trình cấp đặc biệt cơng trình bê tơng bê tông cốt thép đá, mặt trượt qua mặt tiếp xúc bê tông đá - Kn = 1.15: Hệ số tin cậy công trình cấp đặc biệt cơng trình bê tơng bê tông cốt thép đá, mặt trượt qua khe nứt đá (lấy với tâm vị nhàu nền) 80  Theo hệ số an toàn sau : - Tổ hợp tải trọng [K] = 1.25 - Tổ hợp tải trọng đặc biệt [K] = 1.125 - Tổ hợp tải trọng thi công [K] = 1.19 Bảng 4.4: Bảng thể kết theo tiêu chuẩn Việt Nam - Nga Hệ số Cao độ Tổ hợp TH tính tải trọng ổn định trượt K trượt [K] Cơ 1.6371 1.25 Đặc biệt 1.6061 1.125 373.0 4.3.2 Theo tiêu chuẩn Mỹ Bảng 4.5 Tiêu chuẩn đánh giá ổn định thổng thể ứng suất cho phép đập theo tiêu chuẩn Mỹ Điệu kiện tải trọng Ứng Vị trí hợp Hệ số trượt Khả chịu tải tông lực nhỏ mặt đáy B Nén Bình 1/3 ÷ 2/3B 1.7 thường Bất thường 1/4 ÷ 3/4B 1.3 Đặc biệt ÷ 1B 1.1 Khả cho phép suất bê Kéo 0.3 f c ' Khả cho phép 0.5 f c ' 0.6 f t '