Nghiên cứu cơ chế hóa lỏng do động đất của đập vật liệu địa phươn

1 MỤC LỤC THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu 10 Nội dung nghiên cứu 10 Phương pháp nghiên cứu 10 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HÓA LỎNG DƯỚI TÁC DỤNG CỦA ĐỘNG ĐẤT 11 1.1.Khái quát động đất 11 1.2.Động đất Việt Nam 17 1.3.Khái quát hóa lỏng 30 1.4.Thiết kế chống hóa lỏng 35 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG HÓA LỎNG BỞI ĐỘNG ĐẤT 38 2.1.Khái quát đập vật liệu địa phương 38 2.2.Tỉnh hình xây dựng đập vật liệu địa phương số khu vực chịu ảnh hưởng thường xuyên động đất 46 2.3.Khái quát hóa lỏng đập vật liệu địa phương 51 CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG BÀI TỐN HĨA LỎNG TRONG ĐÊ, ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 62 3.1.Cơ sở lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn 62 3.2.Tóm tắt sở lý thuyết giải tốn hóa lỏng tác dụng tải trọng động đất 66 3.3.Nghiên cứu tượng hóa lỏng cơng trình thực tế 83 CHƯƠNG IV: NGUYÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ ĐẾN HÓA LỎNG ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 102 4.1.Giới thiệu cơng trình thực tế 102 4.2.Các hàm đặc trưng phân tích đánh giá hóa lỏng 102 4.3.Nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng động đất 107 4.4.Phân tích ảnh hưởng mơ hình vật liệu 109 4.5.Phân tích ổn định cấp động đất, mơ hình đất 114 4.6.Thảo luận 118 KÊT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 124 1.Kết luận 124 2.Kiến nghị 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 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 Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.Lược sử thay đổi đề tài quan trọng nghiên cứu hóa lỏng (Towhata, 2008) Bảng 1-1.Chuyển đổi tương đương thang động đất Bảng 1-2 Phân cấp động đất theo thang MSK-64 thang MM Bảng 1-3.Các vùng phát sinh động đất mạnh M≥5.0 Bảng 2-1.Thống kê số đập vật liệu địa phương đã, xây dựng Bảng 3-1.Vị trí điểm trọng số cho phần tử tứ giác bốn điểm Bảng 3-2.Vị trí điểm mẫu trọng số cho phần tử tứ giác chín điểm Bảng 3-3.Vị trí điểm mẫu trọng số cho phần tử tam giác điểm Bảng 3-4.Vị trí điểm trọng số cho phần tử tam giác điểm Bảng 3-5.Bậc tích phân của phần tử có thể chấp nhận Bảng 3-6.Thông số quy mơ cơng trình Bảng 3-7.Các mực nước thiết kế Bảng 3-8.Các kích thước đập Bảng 3-9.Trường hợp tính tốn nghiên cứu Bảng 3-10.Tính tốn mơ đun biến dạng E0 Bảng 3-11.Tính tốn dung trọng riêng bão hòa cho lớp đất đắp Bảng 3-12.Các tiêu lý vật liệu đắp đập Bảng 3-13.Các tiêu lý đát nền,đá Bảng 3-14.Các tiêu lý vât liệu thoát nước Bảng 4-1.Thống kê hệ số an toàn K minmin theo gia tốc đỉnh mơ hình đất R Học viên: Phạm Khắc Dương R Lớp CH18C21 THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1.Vị trí phát sinh động đất Hình 1-2.Biểu đồ gia tốc động đất ghi lại theo thời gian Hình 1-3.Bản đồ vùng phát sinh động đất lãnh thổ Việt Nam Hình 1-4.Bản đồ chấn tâm động đất đứt gẫy sinh chấn lãnh thổ Việt Nam Hình 1-5.Bản đồ phân vùng gia tốc lãnh thổ Việt Nam Hình 1-6.Đập San Fernando hạ bị trượt nước trận động đất San Fernando,1971 Hình 1-7.Đất hóa lỏng sau động đất ở Christchurch Hình 1-8.Hóa lỏng cát sau động đất ngày 11/3/2011 Nhật Bản (Koseki, 2011) Hình 1-9.Hóa lỏng sau động đất ngày 11/3/2011 Nhật Bản (Koseki, 2011) Hình 1-10.Hóa lỏng sau động đất ngày 11/3/2011 Nhật Bản làm hư hỏng công trình (Koseki, 2011) Hình2-1 Các hệ số động đất đề xuất năm 1966 cho phân tích giả tĩnh (Seed, 1966) Hình2-2 a) chuyển vị lâu dài u khối trượt với hệ số kháng chấn N/A; (b) hệ số khuếch đại cho khối đắp nhớt đàn hồi tuyến tính cộng hưởng (Hynes-Grifin Franklin, 1984) Hình 2-3.Quan hệ tỷ số ứng suất số nhát đập SPT, hiệu chỉnh cho áp suất lớp phủ, cho thấy xuất hóa lỏng (các vịng trịn đóng) khơng hóa lỏng (các vịng trịn rỗng) (Seed nnk., 1983) Hình 3-1.Các biến khơng gian ứng suất Hình 3-2.Đường ứng suất hiệu cho cát xốp thí nghiệm trục khơng nước Hình 3-3.Minh họa mặt sụp Hình 3-4.Định nghĩa mặt hóa lỏng dạng dịng (FLS) Hình 3-5.Đường ứng suất tuần hồn từ B đến mặt sụp Hình 3-6.Các thí nghiệm cát khơ (theo Gu Krahn, 2002) Hình 3-7.Các thí nghiệm cát khơ (theo Gu Krahn, 2002) Hình 3-8.Áp suất pháp tiếp tác dụng dọc theo cạnh phần tử Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 Hình 3-9.Biểu đồ gia tốc ghi động đất cấp VIII(amax=0.1281g) Hình 3-10.Mặt cắt ngang đập thiết kế phân bố lớp đất Hình 3-11.Mơ hình tính tốn Hình 3-12.Kết phân tích tốn thấm Seep/W Hình 3-13 Kết áp lực nước lỗ rỗng ban đầu Hình 3-14 Ứng suất tổng ban đầu theo phương Y(kPa) Hình 3-15 Ứng suất hiệu ban đầu theo phương Y(Effective-Stresss) (kPa) Hình 3-16 Ứng suất tổng theo phương Y sau động đất(kPa) Hình 3-17.Ứng suất hiệu theo phương Y sau động đất(Effective-Stresss) (kPa) Hình 3-18 Áp lực nước lỗ rỗng sau động đất Hình 3-19 Phạm vi hóa lỏng trước động đất Hình 3-20 Phạm vi hóa lỏng sau động đất Hình 3-21.Điểm quan sát 306 Hình 3-22.Gia tốc theo phương ngang điểm 306(m/s2) Hình 3-23.Điểm quan sát 332 Hình 3-24.Gia tốc theo phương ngang điểm 332(m/s2) Hình 3-25.Điểm quan sát 294 Hình 3-26.Gia tốc theo phương ngang điểm 294(m/s2) Hình 3-27 Điểm quan sát 18 Hình 3-28.Chuyển vị thân đập theo phương đứng Y(m) Hình 3-29.Chuyển vị đập theo phương X (m) Hình 4-1.Hàm hiệu chỉnh ứng suất cắt ban đầu Ka (Kramer, 1996) Hình 4-2.Hàm hiệu chỉnh ứng suất phủ Ks (Kramer, 1996) Hình 4-3.Hàm mẫu xác định chu kỳ gây hóa lỏng(See&Lee-1996) Hình 4-4.Hàm mẫu xác định áp lực nước lỗ rỗng dư (Lee and Albaisa (1974) & DeAlba et al (1975)) Hình 4-5.Hàm G/Gmax lớp đất Hình 4-6.Hàm Damping Ratio Function lớp đất 2.1 Hình 4-7.Biểu đồ gia tơc ghi động đất cấp VIII(a max =0.1281g) R Học viên: Phạm Khắc Dương R Lớp CH18C21 Hình 4-8.Biểu đồ gia tơc ghi động đất cấp VII(a max =0.1200g) R R Hình 4-9.Biểu đồ gia tôc ghi động đất cấp VI(a max =0.0600g) R R Hình 4-10.Biểu đồ gia tơc ghi động đất cấp V(a max =0.0300g) R R Hình 4-11.Phân tích hóa lỏng với gia tốc a=0.03g, mơ hình tuyến tính (động đất cấpV) Hình 4-12.Phân tích hóa lỏng với gia tốc a=0.03g, mơ hình tuyến tính tương đương(động đất cấp V) Hình 4-13.Phân tích hóa lỏng với gia tốc a=0.06g, mơ hình tuyến tính (động đất cấp VI) Hình 4-14.Phân tích hóa lỏng với gia tốc a=0.06g, mơ hình tuyến tính tương đương (động đất cấp VI) Hình 4-15.Phân tích hóa lỏng với gia tốc a=0.12g, mơ hình tuyến tính (động đất cấp VII) Hình 4-16.Phân tích hóa lỏng với gia tốc a=0.12g, mơ hình tuyến tính tương đương (động đất cấp VII) Hình 4-17.Phân tích hóa lỏng với gia tốc a=0.1281g, mơ hình tuyến tính (động đất cấp VIII) Hình 4-18.Phân tích hóa lỏng với gia tốc a=0.1281g, mơ hình tuyến tính tương đương (động đất cấp VIII) Hình 4-19.Phân tích ổn định mái hạ lưu với a max =0.03g, mơ hình tuyến tính R R Hình 4-20.Phân tích ổn định mái hạ lưu với a max =0.03g, mơ hình tuyến tính R R tương đương Hình 4-21.Phân tích ổn định mái hạ lưu với a max =0.06g, mơ hình tuyến tính R R Hình 4-22.Phân tích ổn định mái hạ lưu với a max =0.06g, mơ hình tuyến tính R R tương đương Hình 4-23.Phân tích ổn định mái hạ lưu với a max =0.12g, mơ hình tuyến tính R R Hình 4-24.Phân tích ổn định mái hạ lưu với a max =0.12g, mơ hình tuyến tính R R tương đương Hình 4-25.Phân tích ổn định mái hạ lưu với a max =0.1281g, mơ hình tuyến tính R R Hình 4-26.Phân tích ổn định mái hạ lưu với a max =0.1281g, mơ hình tuyến tính R Học viên: Phạm Khắc Dương R Lớp CH18C21 tương đương Hình 4-27.Đồ thị áp lực nước lỗ rỗng dư nút 1512 với cấp động đất Hình 4-28.Đồ thị áp lực nước lỗ rỗng dư nút 18 với cấp động đất Hình 4-29.Gia tốc theo phương ngang node 306(m/s2)-mơ hình tuyến tính-4 P P cấp động đất Hình 4-30 Gia tốc theo phương ngang node 878(m/s2)-mơ hình tuyến tính tương đương-4 cấp động đất Hình 4-31.Gia tốc theo phương ngang node 306(m/s2)-mơ hình tuyến tính-4 cấp động đất Hình 4-32 Gia tốc theo phương ngang node 878(m/s2)-mơ hình tuyến tính tương đương-4 cấp động đất Hình 4-33 Thay đổi hệ số ổn định mái hạ lưu theo gia tốc đỉnh mơ hình đất Hình 4-34 Hệ số ổn định mái hạ lưu theo thời gian-động đất cấp V-Mơ hình tuyến tính Hình 4-35 Hệ số ổn định mái hạ lưu theo thời gian-động đất cấp V-Mô hình tuyến tính tương đương Hình 4-36 Hệ số ổn định mái hạ lưu theo thời gian-động đất cấp VI-Mô hình tuyến tính Hình 4-37 Hệ số ổn định mái hạ lưu theo thời gian-động đất cấp VI-Mơ hình tuyến tính tương đương Hình 4-38 Hệ số ổn định mái hạ lưu theo thời gian-động đất cấp VII-Mơ hình tuyến tính Hình 4-39 Hệ số ổn định mái hạ lưu theo thời gian-động đất cấp VII-Mơ hình tuyến tính tương đương Hình 4-40 Hệ số ổn định mái hạ lưu theo thời gian-động đất cấp VIII-Mơ hình tuyến tính Hình 4-41 Hệ số ổn định mái hạ lưu theo thời gian-động đất cấp VIII-Mơ hình tuyến tính tương đương Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Động đất tượng thiên nhiên gây nên tai họa khủng khiếp xã hội lồi người Đối với cơng trình, động đất làm: ổn định (trượt mái), biến dạng lớn (lún, nứt), xói ngầm, hóa lỏng….Trên giới xẩy nhiều trận động đất gây họa đặc biệt nghiêm trọng như: Trận động đất Great Kanto (Nhật Bản, năm 1923, mạnh 7,9 độ Richter) làm hư hỏng toàn Tokyo số người chết lên đến 142.000 người; Động đất Kobe tại Nhật Bản năm 1995 mạnh 6.5 độ Richter làm 7.000 người chết; Trận động đất đông bắc Pakistan (Pakistan, năm 2005, mạnh 7,6 độ Richter) làm hư hỏng thành phố Muzaffarabad, Pakistan với gần 86.000 người chết; Gần đây, trận động đất sóng thần tỉnh Miyagi, Fukushima (Nhật Bản, ngày 11/3/2011, mạnh độ Richter) làm hư hỏng hồn tồn cơng trình, nhà cửa, đặc biệt làm tê liệt hoạt động, gây rò rỉ phóng xạ nghiêm trọng nhà máy điện hạt nhân Fukushima, số người chết tích gần 28.000 người Lãnh thổ Việt Nam nằm vùng đất có cấu trúc địa chất – kiến tạo phức tạp, không nằm vành đai động đất – núi lửa hoạt động, nằm vùng đất bền khó xảy động đất Các vùng có nguy xẩy động đất từ 6,0-7,0 độ Richter Việt Nam gồm: đới đứt gẫy hệ thống sông Hồng, sông Chảy; đới đứt gẫy Lai Châu-Điện Biên; đới sông Mã, Sơn La, sông Đà; đới Cao Bằng-Tiên Yên; đới Rào Nậy-sông Cả; đới Đakrông-Huế; đới Trường Sơn; đới sơng Ba; đới ven biển miền Trung Ngồi vùng lãnh thổ này, lãnh thổ Việt Nam có khoảng 30 khu vực có nguy động đất với cường độ xấp xỉ 5,0 độ Richter Riêng khu vực Tây bắc phải chịu dư chấn từ trận động đất mà tâm chấn nằm lãnh thổ Trung Quốc Lào, nơi nguy xẩy động đất cao Thống kê Viện khoa học Việt Nam (1992), vòng 100 năm có 118 trận động đất xẩy vùng Tây Bắc Ví dụ: trận động đất Điện Biên (năm 1923, M=6,75) gây chấn động cấp diện tích 1500km2, chấn động cấp lan rộng diện tích 13000km2; Trận P P P P động đất đông bắc thị trấn Tuần Giáo (năm 1983, M= 6,70) gây chấn động cấp Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 8 diện tích 1500km2, chấn động cấp lan rộng diện tích 13000km2; P P P P Như nguy động đất Việt Nam không nhỏ Một nguyên nhân gây phá hủy cơng trình nói chung cơng trình thủy lợi nói riêng hóa lỏng động đất Nhiều cố đê, đập hóa lỏng trận động đất cơng bố Ví dụ: đập Sheffield (Santa Barbara, Mỹ, 1925) bị hóa lỏng (Seed nnk, 1969); Sự cố hóa lỏng gần vỡ đập San Fernando hạ trận động đất năm 1971 (Seed nnk, 1975; Castro nnk, 1985); Sự cố hóa lỏng dẫn đến hư hỏng phần lớn đê sông trận động đất Kobe năm 1995 Như hóa lỏng gì? Xẩy nào? ảnh hưởng công trình sao? Biện pháp phịng ngừa để giảm thiểu tác hại hóa lỏng đê, đập?Cần phải làm sáng tỏ Trên giới, tượng hóa lỏng động đất đê, đập vật liệu địa phương nghiên cứu từ năm 1960 kỷ 20 Việt Nam nước có hệ thống đập lớn hàng đầu Đơng Nam Á đứng thứ 16 giới Trong thời gian qua nhiều đập vật liệu địa phương xây dựng như: Đập thủy điện Sơn La (Sơn La), đập Nậm Khẩu Hu (Điện Biên), Nậm Ngám (Điện Biên) Hơn Việt Nam nước có hệ thống đê sơng lớn ví dụ: Hệ thống đê sơng Hồng dài 1500 km, Hệ thống đê sơng Thái Bình dài 1650 km…Nhiều đập vật liệu địa phương phần lớn đê sông xây dựng chủ yếu đất cát, bồi tích, có lại sử dụng vật liệu đắp hạt thô nên cần phải đánh giá khả hóa lỏng chịu tác dụng tải trọng động đất Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 Bảng Lược sử thay đổi đề tài quan trọng nghiên cứu hóa lỏng (Towhata, 2008) Đề tài Cơ chế hóa lỏng Đánh giá khả hóa lỏng Ngăn chặn hóa lỏng Hậu hóa lỏng Năm Ghi 1960 1970-1980 1970-cho đến 1983-2000 Giảm chuyển vị dư 1995-đến Kỹ thuật động đất thời gian thực 1990-đến Động đất Niigata Alaska năm 1964 Giá trị SPT-N nhỏ nhất, hệ số an toàn, khả hóa lỏng thấp cuội sỏi bụi mịn, lún mặt sau hóa lỏng Gia cường đất(Đầm, cuội sỏi thoát nước, khoan Chuyển vị dư, nguyên nhân dự đoán chuyển vị Độ tin cậy đường giao thông/đê sông Sử dụng tường ngầm Bảo vệ kết cấu Xác định nhanh hóa lỏng(Trong vịng thực hành động khẩn cấp nhanh tốt Nghiên cứu hóa lỏng tải trọng động đất đê, đập vật liệu địa phương nội dung thiết kế chống hóa lỏng chưa đề cập cụ thể tiêu chuẩn thiết kế cơng trình thủy lợi Mặc dù, TCXDVN 285-2002, 14TCN 157-2005 có đề cập ảnh hưởng động đất, nhiên phương pháp tính tốn ổn định phương pháp giả tĩnh với hệ số gia tốc động đất chọn theo cấp cơng trình Gần đây, thiết kế cơng trình chịu tải trọng động đất đề cập TCXD 375-2006, có đề cập đến loại đất có khả hóa lỏng , và chủ yếu áp dụng cho công trình xây dựng nhà Cần ý TCXDVN 375-2006 biên soạn dựa chấp nhận EUROCODE 8: Thiết kế cơng trình chịu động đất Xét bới cảnh nói , đề tài "Nghiên cứu chế hóa lỏng động đất đập vật liệu địa phương” có tính cấp thiết lớn , là vấn đề thời sự , có ý nghĩa quan trọng Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 10 Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu tượng hóa lỏng đê, đập vật liệu địa phương đắp cát vùng chịu ảnh hưởng tải trọng động đất - Đánh giá ổn định đê, đập vật liệu địa phương tượng hóa lỏng gây Nội dung nghiên cứu Đề tài tập trung vào nghiên cứu vấn đề đây: - Tổng quan hóa lỏng tác dụng tải trọng động đất - Tổng quan tình hình xây dựng đê, đập vật liệu địa phương số khu vực thường xuyên chịu ảnh hưởng động đất nước - Nghiên cứu mô phỏng h iện tượng hóa lỏng đê , đập vật liệu địa phương ảnh hưởng của tải trọng động đất - Nghiên cứu ảnh hưởng tham số đối với bài toán hóa lỏng đê đập vật liệu địa phương - Đề xuất các giải pháp ngăn chặn và giảm thiểu thiệt hại hóa lỏng Phương pháp nghiên cứu - Thống kê tổng hợp tài liệu nghiên cứu có ngồi nước có liên quan đến đề tài - Nghiên cứu lý thuyết hóa lỏng - Mơ tốn ứng suất – biến dạng, áp lực lỗ rỗng, ổn định đê, đập vật liệu địa phương chịu tác dụng tải trọng động đất theo phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng bộ phần mềm Geostudio 2004 của hãng Geoslope, Canada, bao gồm các mô đun Quake/W, Seep/W, Slope/W, Sigma/W - Phân tích, đánh giá kết mơ Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 114 4.5.Phân tích ổn định cấp động đất, mô hình đất Nghiên cứu mở rộng với việc phân tích ổn định mái hạ lưu với trường hợp động đất mơ hình trình bày Kết phân tích ổn định với cấp động đất (V, VI, VII, VIII) sử dụng mô hình tuyến tính thể hình 4-19, 21, 23, 25 Phần kết phân tích theo mơ hình tuyến tính tương đương thể hình 4-20, 22, 24, 26 Hình 4-19.Phân tích ổn định mái hạ lưu với amax=0.03g, mơ hình tuyến tính Hình 4-20.Phân tích ổn định mái hạ lưu với amax=0.03g, hình tuyến tính tương đương Học viên: Phạm Khắc Dương mơ Lớp CH18C21 115 Hình 4-21.Phân tích ổn định mái hạ lưu với amax=0.06g, mơ hình tuyến tính Hình 4-22.Phân tích ổn định mái hạ lưu với amax=0.06g, mơ hình tuyến tính tương đương Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 116 Hình 4-23.Phân tích ổn định mái hạ lưu với amax=0.12g, mơ hình tuyến tính Hình 4-24.Phân tích ổn định mái hạ lưu với amax=0.12g, mơ hình tuyến tính tương đương Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 117 Hình 4-25.Phân tích ổn định mái hạ lưu với amax=0.1281g, mơ hình tuyến tính Hình 4-26.Phân tích ổn định mái hạ lưu với amax=0.1281g, mơ hình tuyến tính tương đương Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 118 4.6.Thảo luận 4.6.1.Sự phát triển áp lực nước lỗ rỗng dư Hình 4-27.Đồ thị áp lực nước lỗ rỗng B dư nút 1512 với cấp động đất Hình 4-28.Đồ thị áp lực nước lỗ rỗng dư B nút 18 với cấp động đất Qua tính toán áp lực nước lỗ rỗng dư nút 18 (Hình 4-28) nút 1512 (Hình 4-27) ta nhận thấy cấp động đất ảnh hưởng lớn đến trình phát triển áp lực nước lỗ rỗng dư (PWP) Gia tốc động đất lớn tốc độ hình thành phát triển PWP lớn, khả xẩy hóa lỏng nhanh 4.6.2.Hóa lỏng Kết phân tích hóa lỏng thể hình 4-11, 4-12, 4-13, 4-14, 415, 4-16, 4-17, 4-18 Có thể nhận thấy vùng hóa lỏng phục thuộc vào gia tốc động đất-cấp động đất tăng vùng hóa lỏng mở rộng So sánh phân tích hóa lỏng với cấp động đất ta nhận thấy, mơ hình đất ảnh hưởng định đến phạm vi vùng hóa lỏng mặt cắt ngang đập, kết mơ hình tuyến tính cho vùng hóa lỏng rộng vùng hóa lỏng tính với mơ hình đàn hồi tuyến tính Điều mơ hình tuyến tính chưa xét phụ thuộc hàm G/Gmax hàm Damping Ratio theo mức độ biến dạng Tuy nhiên điều kiện hạn chế lực thí nghiệm, giải đầy đủ vấn đề cần tiến hành nghiên cứu sau có quy mơ lớn Để phát triển mạnh nghiên cứu kháng chấn, hóa lỏng nước, cần đầu tư phát triển trang thiết bị thí nghiệm động Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 119 4.6.3.Gia tốc Quan sát thay đổi gia tốc nút 306 gần đỉnh đập nút 878, nhận thấy rằng: Đồ thị gia tốc điểm trường hợp động đất cấp VIII bao trùm đồ thị động đất cấp V,VI,VII Đỉnh đồ thị động đất cấp VIII đạt giá trị tuyệt đối lớn Đỉnh đồ thị động đất cấp V đạt giá trị tuyệt đối nhỏ Như động đất lớn ổn định node 18, 878 nhỏ Với cấp động đất, mơ hình tuyến tính cho kết gia tốc node lớn gia tốc node mơ hình tuyến tính tương đương Ngun nhân mơ hình tuyến tính tương đương có xét đến ứng sử lớp đất với thơng qua hàm Damping Ratio Xem hình 4-29;30;31;32 Hình 4-29.Gia tốc theo phương ngang B Hình 4-30 Gia tốc theo phương ngang B node 306(m/s2)-mô hình tuyến tính-4 node 878(m/s2)-mơ hình tuyến tính cấp động đất tương đương-4 cấp động đất Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 120 Hình 4-31.Gia tốc theo phương ngang B Hình 4-32 Gia tốc theo phương ngang B node 306(m/s2)-mơ hình tuyến tính-4 node 878(m/s2)-mơ hình tuyến tính cấp động đất tương đương-4 cấp động đất 4.6.4.Hệ số an toàn ổn định Kết phân tích ổn định trượt mái đập hạ lưu với cấp động đất (V, VI, VII, VIII) theo phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng mô hình tuyến tính thể hình 4-19, 21, 23, 25 Các kết phân tích ổn định tương tự theo mơ hình tuyến tính tương đương thể hình 4-20, 22, 24, 26 Bảng 4-1 tóm tắt biến thiên hệ số an toàn ổn định trượt mái hạ lưu đập theo gia tốc đỉnh mô hình đất đàn hồi tuyến tính tuyến tính tương đương Bảng 4-1.Thống kê hệ số an toàn Kminmin theo gia tốc đỉnh mơ hình đất Mơ hình đất Gia tốc đỉnh (g) 0.003 0.006 0.120 0.1281 Mơ hình tuyến tính 1,309 1,281 1,228 1,221 Mơ hình tuyến tính tương đương 1,315 1,304 1,287 1,286 Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 121 Hình 4-33.Thay đổi hệ số ổn định mái hạ lưu theo gia tốc đỉnh mô hình đất Hình 4-34.Hệ số ổn định mái hạ lưu theo Hình 4-35 Hệ số ổn định mái hạ lưu thời gian-động đất cấp V-Mơ hình tuyến theo thời gian-động đất cấp V-Mơ hình tính tuyến tính tương đương Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 122 Hình 4-36.Hệ số ổn định mái hạ lưu theo Hình 4-37 Hệ số ổn định mái hạ lưu thời gian-động đất cấp VI-Mô hình tuyến theo thời gian-động đất cấp VI-Mơ hình tính tuyến tính tương đương Hình 4-38.Hệ số ổn định mái hạ lưu theo Hình 4-39 Hệ số ổn định mái hạ lưu thời gian-động đất cấp VII-Mơ hình theo thời gian-động đất cấp VII-Mơ tuyến tính hình tuyến tính tương đương Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 123 Hình 4-40.Hệ số ổn định mái hạ lưu theo Hình 4-41 Hệ số ổn định mái hạ lưu thời gian-động đất cấp VIII-Mơ hình theo thời gian-động đất cấp VIII-Mơ tuyến tính hình tuyến tính tương đương Trong trận động đất với biểu đồ ghi gia tốc động đất, hệ số an toàn ổn định trượt mái hạ lưu biến đổi theo thời gian diễn động đất Trong bảng 4-1, trường hợp mơ hình tuyến tính K minmin giảm dần động đất tăng dần R R theo cấp tính tốn, thời điểm đạt giá trị K minmin thời điểm 5.6s băng gia R R tốc động đất; trường hợp mơ hình tuyến tính tương đương K minmin giảm R R dần động đất tăng dần theo cấp tính tốn, nhiên mức độ giảm hệ số an toàn khơng lớn trường hợp mơ hình tuyến tính Cần có nhiều nghiên cứu sâu để đưa kết luận thời điểm mà hệ số an toàn cơng trình đạt giá trị nhỏ So sánh hai mơ hình vật liệu: mơ hình đàn hồi tuyến tính mơ hình tuyến tính tương đương cho thấy “Mơ hình đàn hồi tuyến tính” cho kết hệ số an toàn ổn định mái hạ lưu nhỏ giá trị tính với “mơ hình tuyến tính tương đương” Tuy nhiên nhận định cần nhiều nghiên cứu hơn, đặc biệt việc đo xác đặc tính động vật liệu từ thí nghiệm phịng Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 124 KÊT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Kết luận Hóa lỏng nguyên nhân chủ yếu gây phá hoại cơng trình xẩy động đất mạnh Tại Việt Nam, động đất mạnh ghi nhận số nơi, đặc biệt tỉnh vùng Tây Bắc Điện Biên, Lai Châu, Sơn La Tại khu vực này, nhu cầu phát triển nguồn nước, phát điện, sinh hoạt thiết Đập vật liệu địa phương chọn lựa đắn bối cảnh khan vật liệu truyền thống đất sét Đập vật liệu địa phương có ưu điểm tận dụng vật liệu sẵn có khu vực dự án để đắp đập, tiết kiệm giá thành xây dựng Tuy nhiên, xây dựng đập vật liệu địa phương đòi hỏi số vấn đề kỹ thuật, chủ yếu liên quan đến việc đảm bảo chất lượng đắp, khả thi công, đặc biệt có lớp đất cát dày khó bóc bỏ hồn tồn để loại trừ triệt để tác hại dòng thấm nguy xẩy hóa lỏng xẩy động đất mạnh Đối với đập hồ chứa vùng chịu ảnh hưởng thường xuyên động đất, việc đánh giá khả hóa lỏng ổn định đập động đất quan trọng Trong luận văn tốt nghiệp, tác giả sử dụng lý thuyết hóa lỏng phương pháp số để đánh giá khả hóa lỏng ổn định đập cơng trình hồ chứa Nậm Khẩu Hu, tỉnh Điện Biên Phân tích hóa lỏng ổn định thực theo phương pháp phần tử hữu hạn, sơ đồ toán phẳng, sử dụng phần mềm Seep/w, Slope/w, Quake/w version 6.02 hãng Geoslope, Canada Phân tích hóa lỏng ổn định đập Nậm Khẩu Hu thực theo tiêu chuẩn TCVN 375-2006, xét động đất thiết kế với gia tốc đỉnh theo thang MSK-64 Kết phân tích cho thấy hóa lỏng xẩy phạm vi nhỏ thân đập, cụ thể lớp đất cát cát lẫn cuội sỏi, vị trí tiêu nước Nghiên cứu ảnh hưởng tham số bao gồm cấp động đất (V, VI, VII,VIII) mơ hình vật liệu đất (Mơ hình đàn hồi tuyến tính mơ hình đàn hồi tuyến tính tương đương) đến hóa lỏng đập vật liệu địa phương tiến hành Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 125 với thân đập cơng trình thủy lợi Nậm Khẩu Hu Các kết phân tích cho thấy: a.Ảnh hưởng cấp động đất Khi xét toán với cấp động đất V, VI, VII,VIII theo thang MSK-64 tương ứng với gia tốc đỉnh 0.03g, 0.06g, 0.12g 0.1281g, phạm vi hóa lỏng tỷ lệ thuận với cấp động đất nghĩa cấp động đất tăng phạm vi hóa lỏng mở rộng Tốc độ phát triển áp lực nước lỗ rỗng dư phụ thuộc vào cấp động đất, động đất mạnh tốc độ phát triển áp lực nước lỗ rỗng dư lớn khả hóa lỏng cao Khi động đất tăng hệ số an toàn ổn định trượt mái hạ lưu giảm Tuy nhiên, mức độ giảm hệ số an toàn khơng lớn hệ số an tồn ổn định đập lớn hệ số an toàn ổn định trượt cho phép b.Ảnh hưởng mơ hình đất Kết phân tích với thơng số cấp động đất: mơ hình đàn hồi tuyến tính tương đương cho phạm vi hóa lỏng nhỏ so với mơ hình đàn hồi tuyến tính Giá trị hệ số ổn định trượt mái hạ lưu nhỏ tính theo mơ hình đàn hồi tuyến tính nhỏ giá trị hệ số tính theo mơ hình đàn hồi tuyến tính tương đương Sự khác mơ hình đàn hồi tuyến tính đặc tính biến dạng coi số, ngược lại, mơ hình đàn hồi tuyến tính tương đương, mơ đun kháng cắt G hệ số giảm chấn D thay đổi theo mức độ biến dạng, kết phân tích theo mơ hình tuyến tính tương đương sát thực Bên cạnh mặt đạt được, luận văn có đề cịn tồn sau: Luận văn xét xét đến toán phẳng, nên chưa với thực tế làm việc cơng trình Các đặc tính động đất mơ đun kháng cắt, hệ số giảm chấn, mô đun Young chưa đo xác Để đảm bảo phù hợp với thực tế cần thực nhiều thí nghiệm xác định đặc tính động đất Do điều kiện hạn chế thí nghiệm đặc tính động đất đất đắp đập, giá trị đặc tính biến dạng đất nghiên cứu cần đo xác Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 126 thiết bị thí nghiệm phịng máy trục động, máy cắt xoắn trụ rỗng để tăng tính thuyết phục kết tính tốn Những vấn đề tác giả nêu cần quan tâm thiết kế cơng trình nói chung cơng trình thủy lợi nói riêng vùng chịu ảnh hưởng động đất 2.Kiến nghị Từ kết thấy rằng, cơng trình Việt Nam (nhất cơng trình đê ngăn lũ, đập chắn nước cát cuội sỏi) chịu tải trọng động đất mạnh dễ xảy hóa lỏng Tuy nhiên, từ trước đến nay, việc đánh giá khả hóa lỏng chưa xem xét mức thiết kế Điều dẫn đến nguy tiềm ẩn cơng trình Hiện tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn cho đê đập vật liệu địa phương chưa ban hành Trong thời gian tới, cần đưa thiết kế chống hóa lỏng vào quy trình thiết kế đê, đập vật liệu địa phương Cần trang bị thiết bị thí nghiệm phịng trường xác định đặc tính động đất như: mơ đun kháng cắt, hệ số giảm chấn, thay đổi áp lực nước lỗ rỗng động đất Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO A-Tài liệu tiếng Việt Bộ môn Địa kĩ thuật (2009), “Bài giảng học đất”, Đại học Thủy Lợi Công ty tư vấn xây dựng thủy lợi (2008) Hồ sơ thiết kế vẽ thi công, công trình thủy lợi Nậm Khẩu Hu, tỉnh Điện Biên Nguyễn Công Mẫn (2003), “Bài giảng khái quát động đất”, Đại học Thủy Lợi Nguyễn Hồng Nam, Lê Văn Tâm, Nguyễn Thái Hương Nguyễn Văn Kiểu (2011) Nghiên cứu khả hóa lỏng đê Hữu Hồng động đất, Tạp chí Địa kỹ thuật, số 3, tr 39-47 Lê Văn Tâm, Nguyễn Thái Hương, Nguyễn Văn Kiểu (2011) Nghiên cứu tượng hóa lỏng động đất đập vật liệu địa phương, Báo cáo NCKH sinh viên, Khoa Cơng trình, Đại học Thủy lợi, 76 tr Nguyễn Cảnh Thái (2006), “Bài giảng thiết kế đập vật liệu địa phương”, Đại học Thủy Lợi Nguyễn Viết Tình, (2010), “Vấn đề hóa lỏng dự báo tiềm hóa lỏng cát”- Đại học Mỏ - Địa chất, Hồ Anh Tuấn, Trần Bình, “ phương pháp phần tử hữu hạn” NXB khoa học kỹ thuật (1978) Nguyễn Đình Xuyên (2004) Nghiên cứu dự báo động đất dao động Việt Nam Báo cáo tổng kết đề tài độc lập cấp nhà nước 10 Nguyễn Đình Xuyên Lê Tử Sơn (2008) Bản đồ phân vùng động đất lãnh thổ việt Nam Tiểu chuẩn xây dựng Việt Nam - TCXDVN 3752006: Thiết kế cơng trình chịu động đất Tạp chí Các khoa học Trái đất số đặc biệt 11 TCXDVN 375: 2006 Thiết kế cơng trình chịu động đất 12 TCVN 285-2002, Cơng trình thuỷ lợi-Các quy định chủ yếu thiết kế 13 14TCN 157-2005 Tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén, Bộ nông nghiệp phát triển nông thôn B-Tài liệu tiếng Anh Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 128 Holtz, R.D and Kovacs,W.D.(1981).An introduction to Geotechnical Engineering Prentice-Hall, inc Bản dịch tiếng Việt, Bộ mơn địa kỹ thuật,”Chương 11-Hóa lỏng”, Đại học Thủy lợi Ishibashi, I and Zhang, X (1993) Unified dynamic shear moduli and damping ratio of sand and clays, Soils and Foundations, Vol 33, No.1, pp 182-191 Krahn J., (2004) Dynamic modeling with QUAKE/W, an engineering methodology, Geo-Slope International Ltd Kramer, S.L., 1996 Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice Hall Towhata, I (2008) Geotechnical earthquake engineering, SpringerVerlag Berlin Heidelberg Học viên: Phạm Khắc Dương Lớp CH18C21 ... TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG HÓA LỎNG BỞI ĐỘNG ĐẤT 2.1.Khái quát đập vật liệu địa phương 2.1.1.Định nghĩa phân loại Đập vật liệu địa phương loại đập xây dựng từ loại vật liệu có sẵn vùng... đích nghiên cứu - Nghiên cứu tượng hóa lỏng đê, đập vật liệu địa phương đắp cát vùng chịu ảnh hưởng tải trọng động đất - Đánh giá ổn định đê, đập vật liệu địa phương tượng hóa lỏng gây Nội dung nghiên. .. họa vỡ đập gây Bảng 2-1.Thống kê số đập vật liệu địa phương đã, xây dựng (NCKH-Nguyễn Thái Hương nnk -Nghiên cứu hóa lỏng đê, đập vật liệu địa phương động đất) STT Tên cơng trình Loại đập đá đổ,