phân tích đập trọng lực chịu tác động của động đất theo tiêu chuẩn em của hoa kỳ

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập và làm luận văn, được sự giúp đỡ nhiệt tình của các
thầy, cô giáo Trường Đại học Thủy lợi, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình, đến
nay tôi đã hoàn thành luận văn thạc sĩ.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo – PGS.TS Vũ Thành
Hải đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp những thông tin khoa học cần
thiết trong quá trình thực hiện luận văn này.
Do trình độ và thời gian có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi những
tồn tại, hạn chế, tác giả rất mong nhận được mọi ý kiến đóng góp và trao đổi
chân thành.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2013
Tác giả


Nguyễn Quốc Khánh









LỜI CAM KẾT

Tên tôi là: Nguyễn Quốc Khánh
Học viên lớp: 19C12
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội
dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố
trong bất kỳ công trình khoa học nào.
Tác giả



Nguyễn Quốc Khánh















MỤC LỤC

26TMỞ ĐẦU26T Error! Bookmark not defined.
26TCHƯƠNG 126T Error! Bookmark not defined.
26TTỔNG QUAN VỀ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC26TError! Bookmark not

defined.

26T1.1. TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC TRONG
VÀ NGOÀI NƯỚC
26T Error! Bookmark not defined.
26T1.1.1. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới26T Error!
Bookmark not defined.

26T1.1.2. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam26T Error!
Bookmark not defined.

26T1.2. HÌNH DẠNG, KẾT CẤU ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC THƯỜNG DÙNG26T
Error! Bookmark not defined.
26T1.2.1. Các yêu cầu khi thiết kế đập bê tông trọng lực26TError! Bookmark
not defined.

26T1.2.2. Mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lực26TError! Bookmark not
defined.

26T1.2.3. Mặt cắt thực tế của đập bê tông trọng lực26TError! Bookmark not
defined.

26T1.2.4. Tính toán độ bền và ổn định đập bê tông trọng lực26T Error!
Bookmark not defined.

26T1.2.4.1. Tính toán ổn định, độ bền của đập và nền đập theo trạng thái giới
hạn
26T Error! Bookmark not defined.
26T1.2.4.2. Tính toán độ bền, ổn định của đập và nền đập theo hệ số an
toàn

26T Error! Bookmark not defined.
26T1.2.5. Các tổ hợp tải trọng tính toán26T Error! Bookmark not defined.
26T1.2.5.1. Các lực tác dụng lên đập bê tông trọng lực26TError! Bookmark
not defined.

26T1.2.5.2. Các tổ hợp lực dùng trong tính toán26TError! Bookmark not
defined.

26T1.3. NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT TỚI CÔNG TRÌNH26T
Error! Bookmark not defined.
26T1.3.1. Một số khái niệm cơ bản về động đất26TError! Bookmark not
defined.

26T1.3.1.1. Chấn tâm, chấn tiêu26T Error! Bookmark not defined.
26T1.3.1.2. Thang động đất và cấp động đất26TError! Bookmark not defined.
26T1.3.1.3. Biểu đồ động đất26T Error! Bookmark not defined.
26T1.3.1.4. Gia tốc cực đại26T Error! Bookmark not defined.




26T1.3.2. Ảnh hưởng của động đất tới công trình26TError! Bookmark not
defined.

26T1.3.3. Tình hình động đất trên thế giới và ở Việt Nam26TError! Bookmark
not defined.

26T1.3.3.1. Tình hình động đất trên thế giới26TError! Bookmark not defined.
26T1.3.3.2. Tình hình động đất ở Việt Nam26TError! Bookmark not defined.
26T1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 126T Error! Bookmark not defined.

26TCHƯƠNG 226T Error! Bookmark not defined.
26TCƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT –
BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC
26TError! Bookmark not
defined.

26T2.1. CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN26T Error! Bookmark not defined.
26T2.1.1. Phương trình cân bằng tĩnh Navier26TError! Bookmark not
defined.

26T2.1.2. Phương trình hình học Cauchy26T Error! Bookmark not defined.
26T2.1.3. Phương trình Saint Venant26T Error! Bookmark not defined.
26T2.1.4. Phương trình vật lý26T Error! Bookmark not defined.
26T2.2. CÁC TRƯỜNG HỢP VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN26T Error!
Bookmark not defined.

26T2.2.1. Các trường hợp tính toán26T Error! Bookmark not defined.
26T2.2.1.1. Trường hợp khai thác26T Error! Bookmark not defined.
26T2.2.1.2. Trường hợp thi công26T Error! Bookmark not defined.
26T2.2.1.3. Trường hợp sửa chữa26T Error! Bookmark not defined.
26T2.2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn26T Error! Bookmark not defined.
26T2.2.2.1. Cơ sở của phương pháp26T Error! Bookmark not defined.
26T2.2.2.2. Nội dung của phương pháp26T Error! Bookmark not defined.
26T2.2.2.3. Tính toán kết cấu với mô hình tương thích26TError! Bookmark
not defined.

26T2.3. TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP BÊ TÔNG
TRỌNG LỰC CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT
26T Error! Bookmark
not defined.

26T2.3.1. Phương pháp giả tĩnh26T Error! Bookmark not defined.
26T2.3.2. Phương pháp phổ phản ứng26T Error! Bookmark not defined.
26T2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 226T Error! Bookmark not defined.
26TCHƯƠNG 326T Error! Bookmark not defined.
26TTỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM SAP200026T . Error! Bookmark not defined.
26T3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM SAP200026TError! Bookmark
not defined.

26T3.2. CÁC CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA PHẦN MỀM SAP2000 CHO BÀI
TOÁN PHẲNG
26T Error! Bookmark not defined.




26T3.3. TRÌNH TỰ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP
TRỌNG LỰC BẰNG PHẦN MỀM SAP2000 CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH
VÀ ĐỘNG
26T Error! Bookmark not defined.
26T3.4. CÁC MÔ HÌNH PHẦN TỬ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG TÍNH TOÁN
ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP TRỌNG LỰC
26TError! Bookmark
not defined.

26T3.4.1. Phần tử phẳng (Plane Strain)26T Error! Bookmark not defined.
26T3.4.2. Phần tử vỏ (Shells)26T Error! Bookmark not defined.
26T3.4.3. Phần tử khối (Solids)26T Error! Bookmark not defined.
26T3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 326T Error! Bookmark not defined.
26TCHƯƠNG 426T Error! Bookmark not defined.

26TTRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP DÂNG HỒ26TError!
Bookmark not defined.

26TCHỨA NƯỚC BẢN MỒNG CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT26T Error!
Bookmark not defined.

26T4.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỒ CHỨA NƯỚC BẢN MỒNG26T . Error!
Bookmark not defined.

26T4.1.1. Giới thiệu chung khu vực dự án26T . Error! Bookmark not defined.
26T4.1.1.1. Vị trí địa lý26T Error! Bookmark not defined.
26T4.1.1.2. Khu vực hồ chứa26T Error! Bookmark not defined.
26T4.1.1.3. Khu vực đầu mối và vùng tuyến nghiên cứu của khu vực đầu
mối
26T Error! Bookmark not defined.
26T4.1.2. Mục tiêu, nhiệm vụ của dự án26T Error! Bookmark not defined.
26T4.1.3. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế26TError! Bookmark not
defined.

26T4.2. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN VÀ SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN26T Error!
Bookmark not defined.

26T4.2.1. Các thông số quy mô và kích thước công trình26TError! Bookmark
not defined.

26T4.2.2. Các thông số đặc trưng của vật liệu và nền26TError! Bookmark not
defined.

26T4.2.3. Xác định tải trọng tác dụng lên đập26TError! Bookmark not defined.
26T4.3. PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ CHUYỂN VỊ CỦA ĐẬP26T Error!

Bookmark not defined.

26T4.3.1. Xây dựng mô hình tính toán đập26T Error! Bookmark not defined.
26T4.3.2. Trường hợp đập và nền chịu tải trọng tĩnh (TH1)26T Error!
Bookmark not defined.

26T4.3.2.1. Đập và nền được mô hình hóa bằng phần tử phẳng
(PlaneStrain)
26T Error! Bookmark not defined.




26T4.3.2.2.Đập và nền được mô hình hóa bằng phần tử vỏ (Shells)26TError!
Bookmark not defined.

26T4.3.2.3. Đập và nền được mô hình hóa bằng phần tử khối (Solids)26T
Error! Bookmark not defined.
26T4.3.2.4. Tổng hợp và nhận xét kết quả tính toán26TError! Bookmark not
defined.

26T4.3.3. Trường hợp động đất theo phương pháp giả tĩnh (TH2)26T Error!
Bookmark not defined.

26T4.3.3.1. Đập và nền được mô hình hóa bằng phần tử phẳng (Plane
Strain)
26T Error! Bookmark not defined.
26T4.3.3.2. Đập và nền được mô hình hóa bằng phần tử vỏ (Shells)26TError!
Bookmark not defined.

26T4.3.3.3. Đập và nền được mô hình hóa bằng phần tử khối (Solids)26T
Error! Bookmark not defined.
26T4.3.3.4. Tổng hợp và nhận xét kết quả tính toán26TError! Bookmark not
defined.

26T4.3.4. Trường hợp động đất theo phương pháp phổ phản ứng (TH3)26TError!
Bookmark not defined.

26T4.3.4.1. Đập và nền được mô hình hóa bằng phần tử phẳng (Plane
Strain)
26T Error! Bookmark not defined.
26T4.3.4.2. Đập và nền được mô hình hóa bằng phần tử vỏ (Shells)26TError!
Bookmark not defined.

26T4.3.4.3. Đập và nền được mô hình hóa bằng phần tử khối (Solids)26T
Error! Bookmark not defined.
26T4.3.4.4. Tổng hợp và nhận xét kết quả tính toán26TError! Bookmark not
defined.

26T4.3.5. Tổng hợp kết quả tính toán26T Error! Bookmark not defined.
26TKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ26T Error! Bookmark not defined.
26TI. KẾT LUẬN26T Error! Bookmark not defined.
26TII. KIẾN NGHỊ26T Error! Bookmark not defined.
26TTÀI LIỆU THAM KHẢO26T Error! Bookmark not defined.

DANH MỤC BẢNG BIỂU
26TUBảng 1-1: Bảng thống kê các đập cao đã được xây dựng trên Thế giớiU26T Error!
Bookmark not defined.
26TUBảng 1-2: Thống kê các đập BTĐL cao >50m ở Việt Nam tính đến năm 2013U26T
Error! Bookmark not defined.
26TUBảng 1-3: Thống kê các trận động đất ở Việt NamU26T Error! Bookmark not
defined.
26TBảng 1-4: Thông số cơ bản của các vùng nguồn phát sinh động đất mạnh ở
miền
UBắc Việt NamU26T Error! Bookmark not defined.
26TUBảng 2-1: Bảng xác định hệ số động đất kU26T Error! Bookmark not defined.
26TUBảng 2-2: Bảng giá trị hệ số ảnh hưởng động đất theo phương ngang αURU
max
UR26T
Error! Bookmark not defined.
26TUBảng 2-3: Bảng giá trị chu kỳ đặc trưng TgU26T Error! Bookmark not defined.
26TUBảng 2-4: Giá trị của các tham số mô tả các phổ phản ứng theo loại nền đấtU26T
Error! Bookmark not defined.
26TUBảng 4-1 : Quan hệ giữa t ~ SUR
d
R26T Error! Bookmark not defined.
26TUBảng 4-2: Áp lực nước tăng thêm do động đấtU26TError! Bookmark not defined.
26TUBảng 4-3: Khối lượng nước tương đươngU26T Error! Bookmark not defined.
26TUBảng 4-4: Chuyển vị tại đỉnh đập do TH1U26T Error! Bookmark not defined.
26TUBảng 4-5: Ứng suất S11 và S22 tại chân thượng lưu đập (TH1)U26T Error!
Bookmark not defined.
26TUBảng 4-6: Bảng chuyển vị tại đỉnh đập do tổ hợp tải trọng TH1U26T Error!

Bookmark not defined.
26TUBảng 4-7: Ứng suất S11 và S22 do tổ hợp tải trọng TH1U26TError! Bookmark not
defined.




26TUBảng 4-8: Chuyển vị tại đỉnh đập do tổ hợp tải trọng TH1U26TError! Bookmark not
defined.
26TUBảng 4-9: Ứng suất S22 và S33 tại chân thượng lưu đập ứng với TH1U26T . Error!
Bookmark not defined.
26TUBảng 4-10: Kết quả tính toán tải trọng tĩnh bằng ba loại mô hình phần tửU26TError!
Bookmark not defined.
26TUBảng 4-11: Chuyển vị tại đỉnh đập do tổ hợp tải trọng TH2U26T Error! Bookmark
not defined.
26TUBảng 4-12: Ứng suất S11, S22 tại chân thượng lưu đập ứng với TH2U26T Error!
Bookmark not defined.
26TUBảng 4-13: Chuyển vị tại đỉnh đập do tổ hợp tải trọng TH2U26T Error! Bookmark
not defined.
26TUBảng 4-14: Ứng suất S11, S22 tại chân thượng lưu đập do TH2U26T Error!
Bookmark not defined.
26TUBảng 4-15: Chuyển vị tại đỉnh đập do tổ hợp tải trọng TH2U26T Error! Bookmark
not defined.
26TUBảng 4-16: Ứng suất S11, S33 tại chân thượng lưu đập do TH2U26T Error!
Bookmark not defined.
26TUBảng 4-17: Tổng hợp kết quả tính toán do tổ hợp tải trọng TH2U26T Error!
Bookmark not defined.
26TUBảng 4-18: Chuyển vị ở đỉnh đập do tổ hợp tải trọng TH3U26T Error! Bookmark not
defined.
26TUBảng 4-19: Ứng suất S11, S22 min và max tại chân đập thượng lưu do TH3U26T

Error! Bookmark not defined.
26TUBảng 4-20: Chuyển vi tại đỉnh đập do tổ hợp tải trọng TH3U26T Error! Bookmark
not defined.




26TUBảng 4-21: Ứng suất S11, S22 min và max tại chân đập thượng lưu do TH3U26T
Error! Bookmark not defined.
26TUBảng 4-22: Chuyển vị tại đỉnh đập do TH3U26T Error! Bookmark not defined.
26TUBảng 4-23: Ứng suất S11, S33 min và max tại chân đập thượng lưu do TH3U26T
Error! Bookmark not defined.
26TUBảng 4-24: Tổng hợp kết quả tính toán do tổ hợp tải trọng TH3U26T Error!
Bookmark not defined.
26TUBảng 4-25: Tổng hợp ứng suất tại chân thượng lưu và chuyển vị tại đỉnh đậpU26T
.Error! Bookmark not defined.

DANH MỤC HÌNH VẼ
26TUHình 1-1: Các đập cao trên thế giớiU26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 1-2: Mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lựcU26T 9
26TUHình 1-3: Sơ đồ lực tác dụng lên đập bê tông trọng lựcU26TError! Bookmark not
defined.
26TUHình1-4: Biểu đồ gia tốc và chuyển vị của nền theo thời gianU26TError! Bookmark
not defined.
26TUHình 1-5: Trận động đất kèm theo sóng thần ngày 11/3/2011 tại Nhật BảnU26T
Error! Bookmark not defined.
26TUHình 2-1: Tách phân tố trong thân đậpU26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 2-2: Quan hệ ứng suất và biến dạngU26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 2-3: Đường cong hệ số ảnh hưởng của động đất quy định trong GB 50011
– 2001
U26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 2-4: Phổ phản ứng dùng trong thiết kế quy định trong TCXDVN
375:2006
U26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 3-1: Phần tử tứ giác và tam giácU26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 3-2: Đập hình thang và mạng lưới phần tử có quy luậtU26TError! Bookmark
not defined.
26TUHình 3-3: Đập hình thang và mạng lưới phần tử không có quy luậtU26T Error!
Bookmark not defined.
26TUHình 3-4: Tấm và các thành phần nội lực của tấmU26T Error! Bookmark not
defined.
26TUHình 3-5: Phần tử tứ giác và tam giácU26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 3-6: Kết cấu vỏU26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 3-7: Phần tử khối trong SAP2000U26T Error! Bookmark not defined.

26TUHình 3-8: Phần tử khối trong SAP2000U26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 3-9: Phần tử khối 6 mặt và 5 mặtU26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-1 : Phổ phản ứng dùng cho công trình hồ chứa nước Bản MồngU26T Error!
Bookmark not defined.
26TUHình 4-2: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên đậpU26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-3: Sơ đồ xét phạm vi ảnh hưởng của nềnU26TError! Bookmark not defined.
26TUHình 4-4: Khối lượng áp lực thủy động tương đương gán vào đậpU26T Error!
Bookmark not defined.
26TUHình 4-5: Mạng lưới phần tử đập và nềnU26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-6: Mô hình hóa đậpU26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-7: Mô hình hóa đập và nềnU26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-8: Hiển thị mặt các phần tửU26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-9: Phổ màu chuyển vị khi đập và nền được mô hình hóa bằng phần tử
Plane Strain (TH1)
U26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-10: Phổ màu ứng suất S11 khi đập được mô hình hóa bằng phần tử Plane
Strain (TH1)
U26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-11: Phổ màu ứng suất S22 khi đập và nên được mô hình hóa bằng phần
tử Plane Strain (TH1)
U26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-12: Phổ màu chuyển vị khi đập và nền được mô hình hóa bằng phần tử
Shells (TH1)
U26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-13: Phổ ứng suất S11 khi đập được mô hình bằng phần tử Shells (TH1)U26T
Error! Bookmark not defined.

26TUHình 4-14: Phổ ứng suất S22 khi đập được mô hình bằng phần tử Shells (TH1)U26T
Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-15: Chuyển vị khi đập và nền được mô hình bằng phần tử Solids (TH1)U26T
Error! Bookmark not defined.




26TUHình 4-16: Phổ ứng suất S11 khi đập được mô hình bằng phần tử Solids (TH1)U26T
Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-17: Phổ ứng suất S33 khi đập được mô hình bằng phần tử Solids (TH1)U26T
Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-18: Phổ màu chuyển vị khi đập được mô hình hóa bằng phần tử Plane
Strain (TH2)
U26T …………… Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-19: Phổ ứng suất S11 khi mô hình bằng phần tử Plane Strain (TH2)…U26T
Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-20: Phổ ứng suất S22 khi mô hình bằng phần tử Plane Strain (TH2)U26T
….Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-21: Phổ màu chuyển vị khi đập và nền được mô hình hóa bằng phần tử
Shells (TH2)
U26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-22: Phổ ứng suất S11 khi đập được mô hình bằng phần tử Shells (TH2)U26T
Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-23: Phổ ứng suất S22 khi đập được mô hình bằng phần tử Shells (TH2)U26T
Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-24: Chuyển vị tại đỉnh đập khi mô hình hóa bằng phần tử Solids (TH2)U26T
Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-25: Phổ ứng suất S11 khi đập được mô hình bằng phần tử Solids (TH2)U26T
Error! Bookmark not defined.

26TUHình 4-26 : Phổ ứng suất S33 khi đập được mô hình bằng phần tử Solids (TH2)U26T
Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-27: Phổ màu chuyển vị ở đỉnh đập được mô hình hóa bằng phần tử Plane
Strain (TH3)
U26T Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-28: Phổ ứng suất S11 khi mô hình bằng phần tử Plane Strain (TH3)U26T
…Error! Bookmark not defined.




26TUHình 4-29: Phổ ứng suất S22 khi mô hình bằng phần tử Plane Strain (TH3)U26T
…Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-30: Phổ màu chuyển vị khi mô hình hóa bằng phần tử Shells (TH3)U26T
…Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-31: Phổ ứng suất S11 khi đập được mô hình bằng phần tử Shells (TH3)U26T
Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-32: Phổ ứng suất S22 khi đập được mô hình bằng phần tử Shells (TH3)U26T
Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-33: Chuyển vị tại đỉnh đập khi mô hình hóa bằng phần tử Solids (TH3)U26T
Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-34: Phổ ứng suất S11 khi đập được mô hình bằng phần tử Solids (TH3)U26T
Error! Bookmark not defined.
26TUHình 4-35: Phổ ứng suất S33 khi đập được mô hình bằng phần tử Solids (TH3)U26T
Error! Bookmark not defined.

1


MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Đập bê tông trọng lực là đập dùng trọng lượng của bê tông để giữ ổn
định công trình. Đây là loại đập có ưu điểm kết cấu và phương pháp thi công
đơn giản, độ ổn định cao có thể dùng làm tràn hoặc ngăn nước, do đó nó sớm
được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới.
Để đảm bảo an toàn cho đập bê tông trọng lực, ngoài tính toán ổn định
trượt lật thì cần tính ứng suất và biến dạng nhằm xác định trị số phương chiều
và hình thức phân bố của các ứng suất dưới tác dụng của ngoại lực và ảnh
hưởng của các nhân tố khác như biến dạng của nền, sự thay đổi nhiệt độ, việc
phân đoạn thi công. Đó là các thông số quan trọng để kiểm tra tính hợp lý của
mặt cắt đập, đồng thời dùng để tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của vật
liệu, phân vùng đập để bố trí các số hiệu bê tông cho từng vùng chịu lực của
đập, xác định vị trí và cấu tạo của các bộ phận công trình ứng với điều kiện
làm việc của từng bộ phận.
Trong khuôn khổ của luận văn, tác giả đi vào nghiên cứu ứng suất và
biến dạng của đập trọng lực chịu tác động đồng thời của trọng lượng bản thân
đập, áp lực nước, áp lực nước tăng thêm do động đất theo phương pháp giả
tĩnh và phương pháp phổ phản ứng thiết kế theo tiêu chuẩn EM của Hoa Kỳ
với sự hỗ trợ của phần mềm SAP2000. Từ kết quả tính toán cho một nhận xét
khi dùng các phần tử khác nhau để tính toán đập và có nhận xét về kết quả
tính toán đập theo tiêu chuẩn EM của Hoa Kỳ [12] và phương pháp giả tĩnh.
II. Mục đích của đề tài
Phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng của đập trọng lực chịu tác
dụng đồng thời của trọng lượng bản thân đập, áp lực nước, áp lực thấm, áp
lực bùn cát, áp lực nước tăng thêm do động đất theo Tiêu chuẩn EM của Hoa

2


Kỳ bằng phương pháp phổ phản ứng thiết kế với sự hỗ trợ của phần mềm
SAP2000.
III. Giới hạn phạm vi nghiên cứu
Giới hạn phạm vi nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng của đập
trọng lực bằng bê tông trong bài toán phẳng đàn hồi tuyến tính chịu tác động
của áp lực nước và tác động của động đất.
IV. Kết quả dự kiến đạt được:
- Xác định được trạng thái ứng suất và biến dạng của đập và nền, tại các
vị trí tập trung ứng suất như chỗ tiếp giáp giữa chân đập và nền, quanh hành
lang quan trắc với các tổ hợp lực bất lợi.
- Từ kết quả tính toán cho một nhận xét khi dùng các phần tử khác nhau
để tính toán đập và có nhận xét về kết quả tính toán đập chịu tác động của
động đất theo tiêu chuẩn EM của Hoa Kỳ [12] và phương pháp giả tĩnh.

3


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC
1.1. TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC TRONG
VÀ NGOÀI NƯỚC
1.1.1. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới
Cách đây khoảng 4000 năm ở Trung Quốc, Ai Cập đã bắt đầu xuất hiện
những công trình thủy lợi (đập, kênh mương và các công trình đơn giản
khác ). Đập đầu tiên được xây dựng ở trên sông Nile cao 15m, dài 450m với
vật liệu là đá đổ và đất sét. Theo thống kê của Hội đập cao thế giới (ICOLD)
tính đến năm 2000 trên toàn thế giới có khoảng 45.000 đập lớn. Theo cách
phân loại của ICOLD thì đập có chiều cao H=10
÷
15m và có chiều dài L
≥
500m; hồ có dung tích W
≥
1.000.000m3 nước được xếp vào loại đập cao. Số
lượng hơn 45.000 đập phân bố không đều trên các châu lục.
Nước có nhiều đập nhất trên thế giới là Trung Quốc với khoảng 22.000
đập chiếm 48% số đập trên thế giới. Đứng thứ hai là Mỹ với 6.575 đập, thứ ba
là Ấn Độ với 4.291 đập. Tiếp đến là Nhật Bản có 2.675, Tây Ban Nha có
1.196 đập. Việt Nam có 460 đập đứng thứ 16 trong số các nước có nhiều đập
lớn.
Tốc độ xây dựng đập cao trên thế giới cũng không đều, thống kê xây
dựng đập từ năm 1900 đến năm 2000 thấy rằng thời kỳ xây dựng nhiều nhất
là vào những năm 1950, đỉnh cao là năm 1970.

Theo thống kê đập ở 44 nước của ICOLD - 1997, số đập cao 15
÷
30m
chiếm khoảng 56,2%, cao từ 30
÷
150m chiếm khoảng 23,8% và trên 150m chỉ
chiếm có 0,1%.
Các thống kê về thể loại đập của ICOLD - 1986 cho thấy đập đất chiếm
78%, đập đá đổ chiếm 5%, đập bê tông trọng lực chiếm 12%, đập vòm chiếm
4%. Trong số các đập có chiều cao lớn hơn 100m thì tình hình lại khác: đập

4


đất chỉ chiếm 30%, đập bê tông chiếm 38%, đập vòm chiếm 21,5%. Điều đó
cho thấy, đập bê tông trọng lực chỉ chiếm ưu thế và sử dụng rộng rãi khi kích
thước của đập lớn.
Từ những năm 1960 trở lại đây, với sự phát triển của khoa học kỹ
thuật, lý luận tính toán ngày càng phát triển và hoàn thiện, kích thước và hình
dạng đập ngày càng hợp lý, độ an toàn đập ngày càng được nâng cao.
Thập kỷ 30
÷
40 của thế kỷ 20 tỷ số giữa đáy đập B và chiều cao đập H
bằng khoảng 0,9. Thập kỷ 50
÷
60 tỷ số B/H=0,8. Thập kỷ 70 B/H=0,7. Từ
thập kỷ 30
÷
70 thể tích đập giảm được (20
÷

30)%.
Trên thế giới đã xuất hiện những đập rất cao như đập đá đổ Rogun ở
Tadikistan cao 335m, đập bê tông trọng lực Grande Dixence ở Thụy Sỹ cao
285m, đập vòm Inguri cao 271,5m ở Guzia, đập bê tông trọng lực Long Than
cao 216m ở Trung Quốc.


Đập Grande Dixence cao 285m Đập Long Than cao 216m
Hình 1-1: Các đập cao trên thế giới





5


Bảng 1-1: Bảng thống kê các đập cao đã được xây dựng trên Thế giới
TT Tên đập Nước Chiều
cao (m)
TT Tên đập Nước Chiều
cao (m)
1 Grande
Dixence
Thụy Sỹ 285
10
Alberto
Lleras
Colombia 243
2 Long

Than
Trung Quốc 216 11 Mica Canada 243
3 Xiaowan Trung Quốc 292 12 Shuibuya Trung
Quốc
233
4 Mauvoisin Thụy Sỹ 250 13 Ertan Trung
Quốc
240
5 Inguri Georgia 272 14 La Esmeralda Colombia 237
6 Vaiont Italy 262 15 Kishau Ấn Độ 236
7 Manuel
M. Torres
Mexico 261 16 Oroville Mỹ 235
8 Tehri Ấn Độ 261 17 El Cajón Honduras 234
9 Álvaro
Obregón
Mexico 260 18 Chirkey Nga 233
+ Ưu điểm của đập bê tông trọng lực trong xây dựng và vận hành:
- Khả năng chống thấm và tính bền vững tốt, độ an toàn và tin cậy cao
khi phân tích tính toán kết cấu.
- Khi vật liệu địa phương không đảm bảo các yêu cầu về vật liệu đắp
đập.
- Thời gian thi công nhanh, khi thi công xong biến dạng không đáng kể,
công viêc duy tu, bảo dưỡng và quản lý dễ dàng.
- Có thể xả lũ qua đập.
+ Nhược điểm của đập bê tông trọng lực:

6

- Yêu cầu về vị trí đập, địa chất công trình là cao, nền phải là nền đá
tốt.
- Sử dụng nhiều thiết bị cơ giới hiện đại, giá thành cao hơn đập vật liệu
địa phương.
- Do ảnh hưởng của nhiều yếu tố như địa chất, nhiệt độ, biện pháp thi
công nên dễ nứt nẻ.
1.1.2. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam
Đập bê tông trọng lực đã và đang xây dựng ở Việt Nam ngày càng
nhiều với quy mô ngày càng lớn. Đập bê tông cũng như các công trình thủy
lợi khác đang góp phần quan trọng trong công cuộc trị thủy và xây dựng đất
nước.
Quá trình xây dựng và vận hành đập được phân thành các thời kỳ:
- Từ những năm 30 của thế kỷ 20, ở nước ta đã xuất hiện một số đập bê
tông trọng lực nhưng chỉ là những đập thấp, chiều cao từ 5 đến 10m. Các đập
này có kết cấu đơn giản, thi công thủ công và chủ yếu do các kỹ sư người
Pháp chỉ đạo thiết kế và thi công. Về nguồn vật liệu thì chủ yếu nhập khẩu,
cấp phối bê tông chủ yếu dựa vào các cấp phối nghiên cứu ở nước ngoài, chưa
có những giải pháp và công nghệ phù hợp với Việt Nam.
- Từ năm 1930 đến 1945 công trình thủy lợi có thêm một số đập bê
tông trọng lực như đập Đô Lương (Nghệ An); đập dâng An Trạch (Quảng
Nam) … Những công trình này vẫn là do người Pháp xây dựng.
- Từ năm 1945 đến 1975 do đất nước đang chiến tranh nên việc đầu tư
xây dựng công trình thủy lợi vẫn bị hạn chế. Tuy nhiên ngành thủy lợi cũng
có xây dựng được một số đập tràn thấp như đập thủy điện Thác Bà, đập tràn
thủy điện Cầm Sơn … với sự giúp đỡ của các nước Xã hội chủ nghĩa như
Liên Xô, Trung Quốc.

7

- Từ năm 1975 đến nay, các công trình thủy lợi xây dựng nhiều và đa
dạng về hình thức. Việc ứng dụng công nghệ thi công Bê tông đầm lăn tại
Việt Nam cũng đang phát triển và áp dụng thành công ở một số công trình
như Bình Định (Bình Định), Nước Trong (Quảng Ngãi), A Vương (Quảng
Nam)… Tuy mới ứng dụng công nghệ Bê tông đầm lăn nhưng nước ta có
nhiều thế mạnh để phát triển, tiếp thu được công nghệ của các nước đi trước
trong đó Trung Quốc là nước đi đầu, có các đặc điểm tự nhiên tương tự nước
ta. Tính đến năm 2013 với số lượng đập đã và đang xây dựng, nước ta sẽ
đứng thứ 7 thế giới về tốc độ phát triển Bê tông đầm lăn.
Bảng 1-2: Thống kê các đập BTĐL cao >50m ở Việt Nam tính đến năm 2013
TT Tên đập Địa điểm Chiều cao (m) Năm hoàn thành
1 Pleikrông Kon Tum 75 2006
2 Định Bình Bình Định 54,55 2007
3 Nước Trong Quảng Ngãi 68 -
4 A Vương Quảng Nam 70 2008
5 Bắc Hà Lào Cai 100 2008
6 Bản Chát Lai Châu 70 -
7 Bản Vẽ Nghệ An 138 2010
8 Bình Điền Huế 75 2007-2008
9 Cổ Bi Huế 70 2008
10 Đak Rinh Quảng Ngãi 100 2008
11 Đồng Nai 3 Đắc Nông 110 2009
12 Đồng Nai 4 Đắc Nông 127,5 2010

8


TT Tên đập Địa điểm Chiều cao (m) Năm hoàn thành
13 Hủa Na Nghệ An - 2010
14 Huội Quảng Sơn La - 2012

15 Lai Châu Lai Châu - -
16 Pleikrông Kon Tum 75 2006
17 Sê San 4 Gia Lai 80 2007-2008
18 Sơn La Sơn La 138 2009
19 Sông Côn 2 Quảng Nam 50 2010
20 Sông Tranh 2 Quảng Ngãi 100 2010
21 Trung Sơn Thanh Hoá 85 2011
(Nguồn: Ths. Nguyễn Hoài Nam, www.vncold.vn tổng hợp)
1.2. HÌNH DẠNG, KẾT CẤU ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC THƯỜNG DÙNG
1.2.1. Các yêu cầu khi thiết kế đập bê tông trọng lực
Khi thiết kế đập bê tông trọng lực, phải tuân theo các yêu cầu về kỹ
thuật và kinh tế như sau:
- Đập phải thỏa mãn các nhiệm vụ thiết kế đặt ra (dâng nước, tràn
nước, lợi dụng tổng hợp).
- Đập phải đảm bảo trong mọi điều kiện thi công, quản lý khai thác và
sửa chữa.
- Đập phải có độ bền, chống các tác động phá hoại của ngoại lực, tải
trọng nhiệt, biến hình nền và ảnh hưởng của môi trường, đảm bảo tuổi thọ
theo quy định.
- Bố trí mặt bằng và kết cấu đập phải thỏa mãn các điều kiện thi công,
quản lý, vận hành, sửa chữa, đảm bảo mỹ quan.

9


- Đập phải có tính hiện đại, áp dụng các công nghệ thiết kế, thi công và
quản lý tiên tiến phù hợp với điều kiện tại chỗ và xu hướng phát triển của địa
phương.
- Giá thành đập phải hợp lý, phù hợp với nhiệm vụ của nó và với các
điều kiện tại nơi xây dựng.

1.2.2. Mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lực
Hình dạng mặt cắt thực tế của đập trọng lực tương đối đa dạng (hình
cong hoặc hình đa giác), nhưng trong các nghiên cứu cũng như các tính toán
thiết kế, các mặt cắt đập được quy về dạng mặt cắt tính toán có dạng tam giác.
Xét mặt cắt cơ bản có chiều cao H; chiều rộng B; hình chiếu mái
thượng lưu là nB; hình chiếu mái hạ lưu (1-n)B (n<1). Các tải trọng tác dụng
gồm trọng lượng bản thân G; áp lực nước nằm ngang và thẳng đứng tác dụng
lên mái thượng lưu đập; áp lực thấm dưới đáy đập W
R
th
R với α là hệ số giảm áp
lực thấm nhờ tác dụng của màng chống thấm; áp lực đẩy nổi dưới đáy đập với
W
R
đn
R = γHR
1
R

Hình 1-2: Mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lực
AL§N
G
ALT
B
C
A
Mµng chèng thÊm

10

Mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lực cần đảm bảo ba điều kiện:
- Điều kiện ổn định: Đảm bảo hệ số an toàn ổn định trượt và lật trên mặt cắt
nguy hiểm nhất không nhỏ hơn trị số cho phép
- Điều kiện ứng suất: Khống chế không để xuất hiện ứng suất kéo ở mép
thượng lưu hoặc nếu có thì phải nhỏ hơn trị số cho phép; ứng suất nén chính ở
mép hạ lưu không được vượt quá trị số cho phép
- Điều kiện kinh tế: Đảm bảo khối lượng công trình là nhỏ nhất.
1.2.3. Mặt cắt thực tế của đập bê tông trọng lực
Mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lực mới chỉ xét đến tác dụng của
các lực chủ yếu nhất. Thực tế đập còn chịu ảnh hưởng của nhiều tải trọng
khác như áp lực bùn cát, áp lực sóng, lực quán tính động đất Khi xét tới các
lực đó đáy đập phải lớn hơn giá trị B tính trong mặt cắt cơ bản một số gia ΔB.
Cấu tạo đỉnh đập cũng có sự thay đổi cho phù hợp với yêu cầu thực tế.
Đối với đập không tràn đỉnh rộng phải đủ rộng để đảm bảo yêu cầu về giao
thông, đồng thời phải cao hơn mực nước max trong hồ để đảm bảo nước
không tràn qua đỉnh đập. Đối với đập tràn thì đỉnh đập được hạ xuống, mái
đập hạ lưu thường có dạng cong, chân nối tiếp với công trình tiêu năng
thường uốn cong theo một cùng tròn có bán kính R Thân đập cần có các
đường ống để thoát nước thấm; các ống này có nhiệm vụ dẫn nước thấm từ
mặt thượng lưu vào các hành lang để thoát xuống hạ lưu. Các hành lang trong
thân đập không chỉ có nhiệm vụ tập trung nước thấm trong thân đập mà còn
có nhiệm vụ để đặt các thiết bị quan trắc và kiểm tra tình hình làm việc của
đập. Hành lang sát nền thường dùng để khoan phụt màng chống thấm hoặc
khoan các lỗ thoát nước ở nền.
Hình dạng mặt cắt thực tế của đập phụ thuộc vào điều kiện nối tiếp
giữa đập và nền hoặc với công trình khác cũng như phụ thuộc vào các biện

11

pháp đặc biệt như tạo các khe rỗng trong thân đập để giảm khối lượng đập,
giải quyết vấn đề tỏa nhiệt của bê tông.
1.2.4. Tính toán độ bền và ổn định đập bê tông trọng lực
1.2.4.1. Tính toán ổn định, độ bền của đập và nền đập theo trạng thái giới hạn
Việc tính toán ổn định được tiến hành tính theo trạng thái giới hạn thứ
nhất theo công thức:


c
m
nN R
K
≤
(1-1)
trong đó: N và R tương ứng là các trị số tính toán của các động lực tổng
quát và khả năng chịu tải tổng quát của công trình (có thể là mômen, lực hoặc
ứng suất).
1.2.4.2. Tính toán độ bền, ổn định của đập và nền đập theo hệ số an toàn
a) Hệ số an toàn trượt của đập
- Các đập được xây dựng trên nền đá: Đập trượt theo hình thức trượt
phẳng, hệ số an toàn có thể tính theo nhóm các công thức chỉ xét đến lực ma sát
hoặc lực cắt trên mặt phá hoại. Tiến bộ trong tính toán đập hiện nay có nhóm
các công thức xét đến hỗn hợp giữa phá hoại cục bộ dẫn đến phá hoại tổng thể.
- Các đập xây dựng trên nền đất có thể xảy ra ba dạng trượt: Trượt
phẳng, trượt sâu, và trượt hỗn hợp. Hiện nay các hệ số ổn định trượt được tính
theo quy phạm nền các công trình thủy công.
b) Hệ số an toàn chống lật
Đập bê tông trọng lực khi có độ lệch tâm lớn có khả năng lật quanh
điểm thấp nhất ở bản đáy của đập. Hệ số an toàn chống lật tính theo công

thức:

cl
gl
M
K
M
=
∑
∑
(1-2)