nghiên cứu giải pháp kết cấu xây dựng đập trọng lực bê tông trên nền đá có đứt gãy lớn chịu ảnh hưởng của động đất

LỜI CẢM ƠN
Luận văn “Nghiên cứu giải pháp kết cấu xây dựng đập trọng lực bê tông
trên nền đá có đứt gãy lớn chịu ảnh hưởng của động đất” được hoàn thành
ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tác giả còn được sự giúp đỡ nhiệt tình của
các Thầy, Cô, cơ quan, bạn bè và gia đình.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn: GS.TS
Nguyễn Văn Lệ
đã tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa
học cần thiết cho luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo Phòng đào tạo đại học và
Sau đại học, khoa Công trình - Trường Đại học Thuỷ Lợi đã tận tình giảng dạy và
giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, cũng như quá trình thực hiện luận
văn này.
Để hoàn thành luận văn, tác giả còn được sự cổ vũ, động viên khích lệ
thường xuyên và giúp đỡ về nhiều mặt của gia đình và bạn bè.


Hà Nội, ngày 01 tháng 03 năm 2013
Tác giả luận văn



VŨ VĂN TRƯỜNG


LỜI CAM KẾT

Tên tôi là: Vũ Văn Trường
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



VŨ VĂN TRƯỜNG















MỤC LỤC
LỜI CAM KẾT 2
DANH MỤC HÌNH VẼ 6
MỞ ĐẦU 1
I. Tính cấp thiết của đề tài 1
II. Mục đích của đề tài 1
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2
IV. Kết quả dự kiến đạt được: 2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP TRỌNG LỰC BÊ TÔNG VÀ XỬ LÝ

NỀN ĐẬP TRỌNG LỰC BÊ TÔNG 3
1.1 Tổng quan về xây dựng đập trọng lực bê tông 3
1.1.1. Giới thiệu về đập trọng lực bê tông 3
1.1.2 Tình hình xây dựng đập trọng lực bê tông trên thế giới 5
1.1.3. Tình hình xây dựng đập trọng lực bê tông ở nước ta 8
1.2.Đứt gãy trong nền đập và biện pháp xử lý. 11
1.2. 1.Khái niệm về đứt gãy 11
1.2.2. Các phương pháp nhận biết đứt gãy 12
1.2.3. Các đới đứt gãy chính trên lãnh thổ Việt Nam 15
1.2.4. Các đới đứt gãy hoạt động trên phần lãnh thổ Việt Nam 18
1.2.5. Ảnh hưởng của đứt gãy đến ứng xử của đập trọng lực bê tông và biện
pháp xử lý. 20
1.3. Kết luận chương 1 22
CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI
TRỌNG TĨNH VÀ ĐỘNG 23
2.1. Các phương trình cơ bản tính đập dưới tác dụng của tải trọng tĩnh 23
2.1.1. Phương trình cân bằng tĩnh Navier 24
2.1.2. Phương trình hình học Cauchy 24
2.1.3. Phương trình vật lý 24
2.2. Các trường hợp tính toán và phương pháp tính toán 26
2.2.1. Các trường hợp tính toán 26
2.2.2. Phương pháp tính toán 26
2.3. Tính đập trọng lực bê tông dưới tác dụng của tải trọng động đất 28
2.4. Giới thiệu phần mềm ANSYS 33
2.5. Kết luận chương. 36
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP TRỌNG
LỰC BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN NẬM NA 3 PHỤC VỤ CHO
VIỆC PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐỨT GÃY DƯỚI
NỀN 37

3.1.Giới thiệu chung về công trình thủy điện Nậm Na 3 37
3.1.1.Giới thiệu chung 37
3.1.2.Nhiệm vụ của dự án 40
3.1.3.Cấp công trình: 40
3.1.4. Tóm tắt các thông số thủy điện Nậm Na 3 trong TKKT 40
3.2.1.Các chỉ tiêu cơ lý của bê tông dung trong tính toán 43
3.2.2.Tài liệu về địa chất 43
3.3.Xây dựng mô hình và xác định các trường hợp tính toán 48
3.3.1. Các trường hợp tính toán 48
3.3.2. Tính toán tĩnh với bài toán không gian, mô hình cho một block đập 50
3.4.Kết luận chương 84
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85
1.Kết luận 85
2. Kiến nghị 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO 86
Tiếng Việt 86
Tiếng Anh 86
DANH MỤC BẢNG BIỂU
41TUBảng 1. 1: Thống kê các đập cao điển hình đã được xây dựng trên Thế giới[1]U41T
8
41TUBảng 1. 2: Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam (giai đoạn
trước năm 1945)[2]
U41T 9
41TUBảng 1. 3: Một số đập trọng lực bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam đến
năm 2013[3]
U41T 10
41TUBảng 1. 4: Phân loại theo tính chất phá hoại tính liền khối của khối đáU41T 12
41TUBảng 2. 1: Bảng quan hệ giữa cấp động đất với hệ số động đấtU41T 31
41TUBảng 2. 2: Bảng giá trị hệ số ảnh hưởng động đất theo phương ngang αURU
max

UR41T 31
41TUBảng 2. 3: Bảng giá trị chu kỳ đặc trưng TUR
g
R41T 31
41TUBảng 2. 4: Giá trị của các tham số mô tả các phổ phản ứng theo loại nền đấtU41T . 33
41TUBảng 3. 1 :Thông số cơ bản của dự ánU41T 40
41TUBảng 3. 2: Chỉ tiêu cơ lý của các vật liệu bê tôngU41T 43
41TUBảng 3. 3. Đặc trưng cơ bản của đứt gãy chính khu vực công trình thuỷ điện
Nậm Na 3
U41T 45
41TUBảng 3. 4: Giá trị tính toán cơ lý của nền đáU41T 47
41TUBảng 3. 5: Bảng tổng hợp kết quả tính toán các trường hợp tĩnhU41T 52
41TUBảng 3. 6: Tính toán giá trị phổ phản ứng ứng với 10 tần suất dao độngU41T 62
41TUBảng 3. 7: Kết quả tính toán chuyển vị và ứng suất khi nền đập là nền tôt
không có đứt gãy trong nền đập
U41T 63
41TUBảng 3. 8 : Kết quả tính toán giá trị phổ phản ứngU41T 69
41TUBảng 3. 9: Kết quả tính toán chuyển vị và ứng suất khi xét tới động đấtU41T 70
41TUBảng 3. 10: Tính toán giá trị phổ phản ứng ứng với 10 tần suất dao độngU41T 77
41TUBảng 3. 11: Kết quả tính toán chuyển vị và ứng suất xử lý vòm qua đứt gãy
khi xét tới động đất
U41T 78


DANH M ỤC HÌNH VẼ
41TUHình 1. 1: Phân loại đập theo kết cấu mặt cắt ngang đậpU41T 4
41TUHình 1. 2: Phân loại đập theo chức năngU41T 4
41TUHình 1. 3: Đập Trọng lực bê tông Grande Dixence cao 285m – SwitzerlandU41T 7
41TUHình 1. 4: Đập Trọng lực bê tông Miyagase cao 156m – Nhật BảnU41T 7
41TUHình 1. 5: Đập Trọng lực bê tông Long Than cao 216m – Trung QuốcU41T 7

41TUHình 1. 1: Đập Trọng lực bê tông Toktogul cao 215m – KyrgyzstanU41T 7
41TUHình 1. 7: Đập thuỷ điện Sơn La, cao 138mU41T 11
41TUHình 1. 8 : Đập thuỷ điện Hủa Na, cao 138mU41T 11
41TUHình 1. 9: Xử lý đứt gãy bằng nút nêm bê tông (hoặc bê tông cốt thép)U41T 21
41TUHình 2. 1: Tách phân tố trong thân đậpU41T 23
41TUHình 2. 2: Sơ đồ chia lưới phần tử của đập và nềnU41T 27
41TUHình 2. 3: Đường cong hệ số ảnh hưởng của động đất quy định trong GB
50011 – 2001
U41T 31
41TUHình 2. 4: Phổ phản ứng dùng trong thiết kế quy định trong TCXDVN
375:2006
U41T 32
41TUHình 2. 5: Mô phỏng tính toán kết cấu bản đáy và tường xung quanh nhà máy
Thuỷ Nậm Ban 1 huyện Phong Thổ tỉnh Lai Châu
U41T 34
41TUHình 2. 6: Mô phỏng tính toán kết cấu bệ đỡ nhà máy thuỷ điện Nậm Ban 1
huyện Phong Thổ tỉnh Lai Châu
U41T 35
41TUHình 2. 7: Mô phỏng tính toán kết cấu tràn xả lũ thuỷ điện Nậm Ban 1 huyện
Phong Thổ tỉnh Lai Châu
U41T 35
41TUHình 3. 1: Mặt bằng tổng thể công trình thuỷ điện Nậm Na 3U41T 38
41TUHình 3. 2: Mặt bằng tổng thể thể hiện các đứt gãy công trình thuỷ điện Nậm
Na 3
U41T 38
41TUHình 3. 3: Mặt cắt dọc công trình thuỷ điện Nậm Na 3U41T 39
41TUHình 3. 4: Mô hình của sở đồ tính xây dựng trong AutocadU41T 50
41TUHình 3. 5: Mô hình của nêm xử lýU41T 50
41TUHình 3. 6: Mô hình của sở đồ tính xây dựng trong AutocadU41T 51
41TUHình 3. 7: Mô hình của vòm xử lý qua đứt gãy nền đậpU41T 51

41TUHình 3. 8: Mô hình tính toán trong AnsyU41T 51
41TUHình 3. 9: Chuyển vị tổng TH nền tốtU41T 53
41TUHình 3. 10: Chuyển vị Ux TH nền tốtU41T 53
41TUHình 3.11: Chuyển vị Uy TH nền tốtU41T 54
41TUHình 3. 12: Chuyển vị Uz TH nền tốtU41T 54
41TUHình 3. 13: Ứng suất Sx TH nền tôtU41T 54
41TUHình 3. 14:Ứng suất Sy TH nền tốtU41T 54
41TUHình 3. 15: Ứng suất Sz TH nền tốtU41T 54
41TUHình 3. 16: Ứng suất S1 TH nền tốtU41T 54
41TUHình 3. 17: Ứng suất S2 TH nền tốtU41T 54
41TUHình 3. 18: Ứng suất S3 TH nền tốtU41T 54
41TUHình 3.19: Chuyển vị tổng TH xử lý bằng nêm qua đứt gãyU41T 55
41TUHình 3.20: Chuyển vị Ux TH xử lý bằng nêm qua đứt gãyU41T 55
41TUHình 3.21: Chuyển vị Uy TH xử lý bằng nêm qua đứt gãyU41T 55
41TUHình 3.22: Chuyển vị Uz TH xử lý bằng nêm qua đứt gãyU41T 55
41TUHình 3.23: Ứng suất Sx TH xử lý bằng nêm qua đứt gãyU41T 55
41TUHình 3.24: Ứng suất Sy TH xử lý bằng nêm qua đứt gãyU41T 55
41TUHình 3.25: Ứng suất Sz TH xử lý bằng nêm qua đứt gãyU41T 56
41TUHình 3.26: Ứng suất S1 TH xử lý bằng nêm qua đứt gãyU41T 56
41TUHình 3.27: Ứng suất S2 TH xử lý bằng nêm qua đứt gãyU41T 56
41TUHình 3.28:Ứng suất S3 TH xử lý bằng nêm qua đứt gãyU41T 56
41TUHình 3.29: Mô hình nêm tính toán trong AnsysU41T 56
41TUHình 3.30: Chuyển vị Ux mô hình nêm tính 3 chiều toàn khốiU41T 56
41TUHình 3.31: Chuyển vị Uy mô hình nêm tính 3 chiều toàn khốiU41T 57
41TUHình 3.32: Chuyển vị Uz mô hình nêm tính 3 chiều toàn khốiU41T 57
41TUHình 3.33: Ứng suất Sx mô hình nêm tính 3 chiều toàn khốiU41T 57
41TUHình 3.34: Ứng suất Sy mô hình nêm tính 3 chiều toàn khốiU41T 57
41TUHình 3.35: Chuyển vị Sz mô hình nêm tính 3 chiều toàn khốiU41T 57
41TUHình 3.36: Ứng suất S1 mô hình nêm tính 3 chiều toàn khốiU41T 57
41TUHình 3.37: Chuyển vị S2 mô hình nêm tính 3 chiều toàn khốiU41T 58

41TUHình 3.38: Ứng suất S3 mô hình nêm tính 3 chiều toàn khốiU41T 58
41TUHình 3.39: Chuyển vị tổng TH xử lý bằng vòm qua đứt gãyU41T 58
41TUHình 3.40: Chuyển vị Ux TH xử lý bằng vòm qua đứt gãyU41T 58
41TUHình 3.41: Chuyển vị Uy TH xử lý bằng vòm qua đứt gãyU41T 58
41TUHình 3.42: Chuyển vị Uz TH xử lý bằng vòm qua đứt gãyU41T 58
41TUHình 3.43: Ứng suất Sx TH xử lý bằng vòm qua đứt gãyU41T 59
41TUHình 3.44: Ứng suất Sy TH xử lý bằng vòm qua đứt gãyU41T 59
41TUHình 3.45: Ứng suất Sz TH xử lý bằng vòm qua đứt gãyU41T 59
41TUHình 3.45: Ứng suất S1 TH xử lý bằng vòm qua đứt gãyU41T 59
41TUHình 3.47: Ứng suất S2 TH xử lý bằng vòm qua đứt gãyU41T 59
41TUHình 3.48: Ứng suất S3 TH xử lý bằng vòm qua đứt gãyU41T 59
41TUHình 3.49:Mô hình tính toán trong AnsysU41T 60
41TUHình 3.50: Chuyển vị Ux mô hình vòm tính 3 chiều toàn khốiU41T 60
41TUHình 3.51: Chuyển vị Uy mô hình vòm tính 3 chiều toàn khốiU41T 60
41TUHình 3.52: Chuyển vị Uz mô hình vòm tính 3 chiều toàn khốiU41T 60
41TUHình 3.53: Ứng suất Sx mô hình vòm tính 3 chiều toàn khốiU41T 60
41TUHình 3.54:Ứng suất Sy mô hình vòm tính 3 chiều toàn khốiU41T 60
41TUHình 3.55: Chuyển vị Sz mô hình vòm tính 3 chiều toàn khốiU41T 61
41TUHình 3.56:Ứng suất S1 mô hình vòm tính 3 chiều toàn khốiU41T 61
41TUHình 3.57: Chuyển vị S2 mô hình vòm tính 3 chiều toàn khốiU41T 61
41TUHình 3.58: Ứng suất S3 mô hình vòm tính 3 chiều toàn khốiU41T 61
41TUHình 3.59:Hình dạng dao động ứng với tấn số f=2.834(m)U41T 63
41TUHình 3.60: Hình dạng dao động ứng với tấn số f=3.256(m)U41T 63
41TUHình 3.61:Hình dạng dao động ứng với tấn số f=3.629(m)U41T 64
41TUHình 3.62: Hình dạng dao động ứng với tấn số f=4.006(m)U41T 64
41TUHình 3.63:Hình dạng dao động ứng với tấn số f=5.862(m)U41T 64
41TUHình 3.64: Hình dạng dao động ứng với tấn số f=6.006(m)U41T 64
41TUHình 3.65: Hình dạng dao động ứng với tấn số f=6.508(m)U41T 64
41TUHình 3.66:Hình dạng dao động ứng với tấn số f=6.764(m)U41T 64
41TUHình 3.67:Hình dạng dao động ứng với tấn số f=7.992(m)U41T 65

41TUHình 3.68: Hình dạng dao động ứng với tấn số f=8.366(m)U41T 65
41TUHình 3.69:Chuyển vị tổng sau khi tính tổ hợp các dao độngU41T 65
41TUHình 3.70:Chuyển vị Ux sau khi tính tổ hợp các dao độngU41T 65
41TUHình 3.71: Chuyển vị Uy sau khi tính tổ hợp các dao độngU41T 65
41TUHình 3.72:Chuyển vị Uz sau khi tính tổ hợp các dao độngU41T 65
41TUHình 3.73:Chuyển vị Utổng tĩnh+động đấtU41T 66
41TUHình 3.74:Chuyển vị Ux tĩnh+động đấtU41T 66
41TUHình 3.75:Chuyển vị Uy tĩnh+động đấtU41T 66
41TUHình 3.76: Chuyển vị Uz tĩnh+động đấtU41T 66
41TUHình 3.77:Ứng suất Sx tĩnh+động đấtU41T 66
41TUHình 3.78:Ứng suất Sy tĩnh+động đấtU41T 66
41TUHình 3.79: Ứng suất Sz tĩnh+động đấtU41T 67
41TUHình 3.80: Ứng suất S1 tĩnh+động đấtU41T 67
41TUHình 3.81:Ứng suất S2 tĩnh+động đấtU41T 67
41TUHình 3.82: Ứng suất S3 tĩnh+động đấtU41T 67
41TUHình 3.83: Chuyển vị Utổng tĩnh - động đấtU41T 67
41TUHình 3.84:Chuyển vị Ux tĩnh - động đấtU41T 67
41TUHình 3.85: Chuyển vị Uy tĩnh - động đấtU41T 68
41TUHình 3.86: Chuyển vị Uz tĩnh - động đấtU41T 68
41TUHình 3.87: Ứng suất Sx tĩnh - động đấtU41T 68
41TUHình 3.88:Ứng suất Sy tĩnh - động đấtU41T 68
41TUHình 3.89: Ứng suất Sz tĩnh - động đấtU41T 68
41TUHình 3.90: Ứng suất S1 tĩnh - động đấtU41T 68
41TUHình 3.91: Ứng suất S2 tĩnh - động đấtU41T 69
41TUHình 3.92: Ứng suất S3 tĩnh - động đấtU41T 69
41TUHình 3.93: Hình dạng dao động ứng với tấn số f=2.942(m)U41T 71
41TUHình 3.94: Hình dạng dao động ứng với tấn số f=3.049(m)U41T 71
41TUHình 3.95: Hình dạng dao động ứng với tấn số f=3.635(m)U41T 71
41TUHình 3.96: Hình dạng dao động ứng với tấn số f=4.019(m)U41T 71
41TUHình 3.97: Hình dạng dao động ứng với tấn số f=5.328(m)U41T 71

41TUHình 3.98: Hình dạng dao động ứng với tấn số f=6.118(m)U41T 71
41TUHình 3.99: Hình dạng dao động ứng với tấn số f=6.513(m)U41T 72
41TUHình 3.100: Hình dạng dao động ứng với tấn số f=6.884(m)U41T 72
41TUHình 3.101: Hình dạng dao động ứng với tấn số f=7.85(m)U41T 72
41TUHình 3.102: Hình dạng dao động ứng với tấn số f=8.037(m)U41T 72
41TUHình 3.103: Chuyển vị tổng sau khi tính tổ hợp các dao độngU41T 72
41TUHình 3.104: Chuyển vị Ux sau khi tính tổ hợp các dao độngU41T 72
41TUHình 3.105:Chuyển vị Uy sau khi tính tổ hợp các dao độngU41T 73
41TUHình 3.106: Chuyển vị Uz sau khi tính tổ hợp các dao độngU41T 73
41TUHình 3.107: Chuyển vị Utổng tĩnh+động đấtU41T 73
41TUHình 3.108: Chuyển vị Ux tĩnh+động đấtU41T 73
41TUHình 3.109: Chuyển vị Uy tĩnh+động đấtU41T 73
41TUHình 3.110: Chuyển vị Uz tĩnh+động đấtU41T 73
41TUHình 3.111: Ứng suất Sx tĩnh+động đấtU41T 74
41TUHình 3.112: Ứng suất Sy tĩnh+động đấtU41T 74
41TUHình 3.113: Ứng suất Sz tĩnh+động đấtU41T 74
41TUHình 3.114: Ứng suất S1 tĩnh+động đấtU41T 74
41TUHình 3.115: Ứng suất S2 tĩnh+động đấtU41T 74
41TUHình 3.116: Ứng suất S3 tĩnh+động đấtU41T 74
41TUHình 3.117: Chuyển vị Utổng tĩnh-động đấtU41T 75
41TUHình 3.118: Chuyển vị Ux tĩnh-động đấtU41T 75
41TUHình 3.119: Chuyển vị Uy tĩnh-động đấtU41T 75
41TUHình 3.120: Chuyển vị Uz tĩnh-động đấtU41T 75
41TUHình 3.121: Ứng suất Sx tĩnh-động đấtU41T 75
41TUHình 3.122: Ứng suất Sy tĩnh-động đấtU41T 75
41TUHình 3.123: Ứng suất Sz - động đấtU41T 76
41TUHình 3.124: Ứng suất S1 tĩnh-động đấtU41T 76
41TUHình 3.125: Ứng suất S2 - động đấtU41T 76
41TUHình 3.126: Ứng suất S3 tĩnh-động đấtU41T 76
41TUHình 3.127: Biểu diễn phổ thiết kế được lựa chọn để tính toánU41T 77

41TUHình 3.128: Hình dạng dao động ứng với bước 1 – tấn số f=2.741(m)U41T 78
41TUHình 3.129: Hình dạng dao động ứng với bước 2 – tấn số f=2.91(m)U41T 78
41TUHình 3.130:Hình dạng dao động ứng với bước 3 – tấn số f=3.432(m)U41T 79
41TUHình 3.131:Hình dạng dao động ứng với bước 4 – tấn số f=3.748(m)U41T 79
41TUHình 3.132: Hình dạng dao động ứng với bước 5 – tấn số f=5.108(m)U41T 79
41TUHình 3.133:Hình dạng dao động ứng với bước 6 – tấn số f=5.725(m)U41T 79
41TUHình 3.134: Hình dạng dao động ứng với bước 7 – tấn số f=6.106(m)U41T 79
41TUHình 3.135: Hình dạng dao động ứng với bước 8 – tấn số f=6.413(m)U41T 79
41TUHình 3.136: Hình dạng dao động ứng với bước 9 – tấn số f=7.506(m)U41T 80
41TUHình 3.137: Hình dạng dao động ứng với bước 10 – tấn số f=7.537(m)U41T 80
41TUHình 3.138: Chuyển vị tổng sau khi tính tổ hợp các dao độngU41T 80
41TUHình 3.139: Chuyển vị Ux sau khi tính tổ hợp các dao độngU41T 80
41TUHình 3.140: Chuyển vị Uy sau khi tính tổ hợp các dao động riêngU41T 80
41TUHình 3.141: Chuyển vị Uz sau khi tính tổ hợp các dao động riêngU41T 80
41TUHình 3.142:Chuyển vị Tổng tĩnh+động đấtU41T 81
41TUHình 3.143: Chuyển vị Ux tĩnh+động đấtU41T 81
41TUHình 3.144: Chuyển vị Uy tĩnh+động đấtU41T 81
41TUHình 3.145: Chuyển vị Uz tĩnh+động đấtU41T 81
41TUHình 3.146: Ứng suất Sx tĩnh+động đấtU41T 81
41TUHình 3.147: Ứng suất Sy tĩnh+động đấtU41T 81
41TUHình 3.148: Ứng suất Sz tĩnh+động đấtU41T 82
41TUHình 3.149: Ứng suất S1 tĩnh+động đấtU41T 82
41TUHình 3.150: Ứng suất S2 tĩnh+động đấtU41T 82
41TUHình 3.151: Ứng suất S3 tĩnh+động đấtU41T 82
41TUHình 3.152: Chuyển vị Tổng tĩnh+động đấtU41T 82
41TUHình 3.153: Chuyển vị Ux tĩnh+động đấtU41T 82
41TUHình 3.154: Chuyển vị Uy tĩnh+động đấtU41T 83
41TUHình 3.155:Chuyển vị Uz tĩnh+động đấtU41T 83
41TUHình 3.156: Ứng suất Sx tĩnh+động đấtU41T 83
41TUHình 3.157: Ứng suất Sy tĩnh+động đấtU41T 83

41TUHình 3.158: Ứng suất Sz tĩnh+động đấtU41T 83
41TUHình 3.159: Ứng suất S1 tĩnh+động đấtU41T 83
41TUHình 3.160: Ứng suất S2 tĩnh+động đấtU41T 84
41TUHình 3.161: Ứng suất S3 tĩnh+động đấtU41T 84

1

MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Cùng với sự phát triển kinh tế và khoa học công nghệ trên toàn Thế giới
nói chung và Việt Nam nói riêng, nhu cầu dùng nước cho các ngành, đời sống
sinh hoạt cho con người và phòng chống lũ ngày càng tăng, đòi hỏi phải cung cấp
đầy đủ nhu cầu dùng nước và cân đối giữa các ngành. Để điều chỉnh nguồn nước
phù hợp với yêu cầu dùng nước, một trong những biện pháp phổ biến và hiệu quả
nhất là điều tiết nguồn nước bằng hồ chứa.
Công trình hồ chứa nước được xây dựng ngày càng nhiều, càng có quy mô
lớn, một trong những kết cấu xây dựng để tạo hồ chứa là đập. Ở một số vùng, do
vật liệu địa phương không thoả mãn điều kiện đắp đập, bên cạnh đó với sự ưu việt
của bê tông nên đã dùng hình thức đập trọng lực bê tông .
Để đảm bảo an toàn cho đập trọng lực bê tông, ngoài tính toán ổn định
trượt lật thì cần tính ứng suất và biến dạng để kiểm tra độ bền của đập, tính toán
cốt thép cũng như phân vùng vật liệu trong đập một cách hợp lí, tránh lãng phí vật
liệu và giảm giá thành xây dựng.
Trước đây, phương pháp tính toán cho đập trọng lực bê tông thường đưa về
bài toán phẳng để tính nên chưa phản ánh đúng trạng thái chịu lực của công trình
khi làm việc. Trong đề tài này, tác giả sẽ tính theo bài toán không gian tức là đập
tràn, trụ pin, đập trọng lực bê tông và nền cùng làm việc đồng thời có xét đến tải
trọng động đất, do đó nó phản ánh được đầy đủ hơn, chính xác hơn trạng thái làm
việc của công trình trong thực tế.
Vì vậy, đề tài này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao trong bối cảnh xây

dựng đập và hồ chứa của Việt Nam hiện nay.
II. Mục đích của đề tài
Tìm hiểu các chỉ dẫn trong các tiêu chuẩn kỹ thuật cũng như kinh nghiệm
trong và ngoài nước để lựa chọn giải pháp xử lý đứt gãy lớn dưới nền đập trọng lực
bê tông .
2

Phân tích lựa chọn dạng kết cấu xử lý đứt gãy phù hợp, ít ảnh hưởng nhất
đến ứng suất và biến dạng của đập, bảo đảm đập làm việc an toàn, ngay cả trường
hợp chịu tải trọng động đất.
Ứng dụng cụ thể cho đập trọng lực bê tông của công trình thuỷ điện Nậm
Na 3, huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu.
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Thu thập thông tin và tổng hợp các tài liệu nghiên cứu đã có ở trong và ngoài
nước có liên quan đến đề tài. Sơ bộ lựa chọn giải pháp xử lý.
Sử dụng phương pháp PTHH, phân tích ứng suất biến dạng của đập cùng
làm việc với nền có đứt gãy đã được xử lý với các giải pháp lựa chọn .
Phân tích kết quả và lựa chọn hình thức xử lý phù hợp.
IV. Kết quả dự kiến đạt được:
Tổng quan về các giải pháp kết cấu xử lý đứt gãy của nền đập trọng lực bê
tông.
Kết quả tính toán ứng suất biến dạng của đập ứng với giải pháp xử lý lựa
chọn, có xét đến ảnh hưởng của động đất của đập trọng lực bê tông , công trình thuỷ
điện Nậm Na 3, huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu.
3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP TRỌNG LỰC BÊ TÔNG VÀ XỬ LÝ
NỀN ĐẬP TRỌNG LỰC BÊ TÔNG
1.1 Tổng quan về xây dựng đập trọng lực bê tông
1.1.1. Giới thiệu về đập trọng lực bê tông

a.Nguyên lý làm việc của đập trọng lực bê tông
Đập trọng lực bê tông là loại đập có khối lượng lớn và được duy trì ổn
định nhờ trọng lượng bản thân và độ bền chủ yếu theo khả năng chịu nén của bê
tông .
Đập làm việc như một kết cấu chịu nén lệch tâm theo hai chiều. khi hồ
đầy nước lệch tâm về phía hạ lưu, khi hồ không có nước lệch tâm về phía thượng
lưu.
b. Phân loại đập
Theo sổ tay thủy lợi tập 1 tác giả PGS.TS Nguyễn Chiến[2] phân loại
như sau:
+Phân loại theo chiều cao của đập: Chiều cao đập và nền đập là một
trong các tiêu chuẩn dùng để phân cấp đập trọng lực bê tông
- Theo tài liệu của thế giới, đập thường phân thành
Đập cao: Có chiều cao: H
R
đ
R≥70m.
Đập cao trung bình: 30m≤ Hđ<70m.
Đập thấp: Hđ≤30m
- Theo Nghị định 209/2004/NĐ-CP, cấp của đập trọng lực bê tông
trên nền đá tốt như sau:
Đập cấp đặc biệt: Hđ:>150m.
Đập cấp 1: 100m≤ Hđ<150m.
Đập cấp 2: 50m≤ Hđ<100m.
Đập cấp 3: 15m≤ Hđ<50m.
Đập cấp 4: Hđ<15m.
- Phân loại theo kết cấu mặt cắt ngang đập
4

Đập trọng lực đặc hình vẽ 1.1a

Đập trọng lực khe rỗng hình vẽ 1.1b
Đập trọng lực có khoét lỗ lớn ở sát nền hình vẽ 1.1c
Đập có neo vào nền đá hình vẽ 1.1d

Hình 1. 1: Phân loại đập theo kết cấu mặt cắt ngang đập
a. Đập trọng lực đặc, b. Đập trọng lực khe rỗng
c. Đập trọng lực có khoét lỗ lớn ở sát nền , d. Đập có neo vào nền đá
-Phân loại theo chức năng của đập:
Đập trọng lực không tràn: Đập có chức năng chắn nước,
không cho nước tràn qua.
Đập trọng lực tràn nước: Đập có chức năng vừa chắn dâng
nước, vừa cho nước tràn qua có thể phân biệt
Đập tràn mặt: Tràn tự do hoặc có cửa van hình vẽ 1.2a
Đập có lỗ xả sâu, lỗ xả ở lưng chừng hoặc dưới đáy đập hình
vẽ 1.2b
Đập kết hợp tràn mặt và xả sâu hình vẽ 1.2c

Hình 1. 2: Phân loại đập theo chức năng
5

a. Đập tràn mặt; b. Đập có lỗ xả; c. Đập kết hợp tràn mặt và lỗ xả sâu
c.Ưu điểm và nhược điểm của đập trọng lực bê tông
+Ưu điểm của đập trọng lực bê tông trong xây dựng:
- Khả năng chống thấm và tính bền vững tốt, độ an toàn và tin cậy
cao
- Thời gian thi công nhanh hơn so với đập vật liệu địa phương, khi
thi công xong biến dạng của đập nhỏ, công việc duy tu, bảo dưỡng và quản lý dễ
dàng.
- Có thể xả lũ qua đập.
+ Nhược điểm của đập trọng lực bê tông :

-Yêu cầu cao về địa chất nền, thông thường phải đặt trên đá gốc
- Giá thành cao hơn đập vật liệu địa phương.
- Dễ bị nứt do ảnh hưởng của các yếu tố như địa chất nền, nhiệt độ,
biện pháp thi công.
1.1.2 Tình hình xây dựng đập trọng lực bê tông trên thế giới
Nguồn nước trong lục địa đóng vai trò rất quan trọng đối với cuộc sống và
hoạt động của con người. Lượng dòng chảy bình quân hàng năm trên trái đất
khoảng 40.000 km3, trong đó châu Á chiếm khoảng 13%. Lượng nước tuy dồi dào
song lại phân bố không đều theo thời gian và không gian. Vì vậy, để khai thác có
hiệu quả nguồn nước trên phải xây dựng các công trình thủy lợi.
Cách đây khoảng 4000 năm ở Ai Cập, Trung Quốc đã bắt đầu xuất hiện
những công trình thủy lợi (đập, kênh mương và các công trình đơn giãn khác ).
Đập đầu tiên được xây dựng ở trên sông Nile cao 15m, dài 450m có cốt là đá đổ
và đất sét.
Theo thống kê của Hội đập cao thế giới (ICOLD)[1] 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, QR
xả lũ
R
≥
2.000 mP
3
P/s; hồ có
dung tích W
≥
1.000.000mP

3
P nước được xếp vào loại đập lớn. Số lượng hơn 45.000
đập phân bố không đều trên các châu lục.
6

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 kế 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[1], 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 của đập ICOLD - 1986[1]
P

P cho thấy đập đất chiếm
78%, đập đá đổ chiếm 5%, đập trọng lực bê tông chiếm 12%, đập vòm chiếm 4%.
Trong số các đập có chiều cao lớn hơn 100m thì tình hình lại khác: đập đất chỉ
chiếm 30%, đập bê tông chiếm 38%, đập vòm chiếm 21,5%. Điều đó cho thấy,
đập trọng lực bê tông chiếm ưu thế và sử dụng rộng rãi khi chiều cao của đập lớn.
Từ những năm 1960 trở lại đây, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, lý
thuyết 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)%.
Đã xuất hiện những đập rất cao như đập trọng lực bê tông Grande Dixence
ở Thụy Sỹ cao 285m, đập trọng lực bê tông Mica trên sông British Columbia ở
Canada cao 244m, đập trọng lực bê tông Kishau trên sông Tons ở India cao
236m, một số đập điển hình được thống kê tại bảng 1.1.
7


Hình 1.3: Đập Trọng lực bê tông
Grande Dixence cao 285m –
Switzerland
Hình 1.4: Đập Trọng lực bê tông
Miyagase cao 156m – Nhật Bản


Hình 1.5: Đập Trọng lực bê tông
Long Than cao 216m – Trung Quốc
Hình 1.6: Đập Trọng lực bê tông
Toktogul cao 215m – Kyrgyzstan

8

Bảng 1. 1: Thống kê các đập cao điển hình đã được xây dựng trên Thế giới[1]
Tên đập Sông, Quốc gia
Chiều
cao
Dung tích hồ
chứa
Năm
hoàn
thành
m Tỷ mP
3
Grande
Dixence
Dixence, Switzerland 285 0,400 1962
Mica British Columbia, Canada 244 24,670 1972
Kishau Tons, India 236 2,400 1985

Bhakra Sutlej, India 226 9,870 1963
Dworshak
North Fork Clearwater,
Idaho,
U.S.A
219 4,259 1974
Longthan Hongshui, China 216 2009
Toktogul Naryn, Kyrgyzstan 215 19,500 1978
Almendra Tormes, Spain 202 2,649 1970
Itaipu Paraná, Brazil/Paraguay 190 29,000 1982
Miel1 Miel, Columbia 188 — 2002
Swift Lewis, Wash., U.S.A 186 0,932 1958
Shasta Sacramento, Calif., U.S.A 183 5,612 1945
Karakaya Firat, Turkey 180 9,580 1986
Takase 1 Takase, Japan 176 0,076 1979
1.1.3. Tình hình xây dựng đập trọng lực bê tông ở nước ta
+ Trước những năm 90 của thế kỷ trước, hầu hết các đập dâng ở trong nước
đều được xây dựng bằng đập vật liệu địa phương, nhưng gần đây do vật liệu địa
phương không đáp ứng được yêu cầu xây dựng đập với khối lượng lớn, mặt khác
9

do công nghệ vật liệu xây dựng trong nước cũng phát triển mạnh, nên nhiều các
đập lớn được xây dựng ở nước ta những năm gần đây đều là đập trọng lực bê tông
+ Quá trình xây dựng và vận hành đập trọng lực bê tông ở trong nước được
phân thành các thời kỳ:
- Giai đoạn trước những năm 30 của thế kỷ 20, đã xuất hiện một số đập
trọng lực bê tông nhưng mới chỉ là những đập thấp có chiều cao khoảng 5-:-10m,
chưa có những đập lớn. Các đập có kết cấu đơn giản thi công nhanh bằng thủ
công.
-Giai đoạn từ 1930-:-1945 người Pháp tiếp tục xây dựng ở nước ta một

số đập trọng lực bê tông như đập dâng Đô Lương, nghệ An làm nhiệm vụ cấp
nước tưới, đập Thác Huống trên sông Cầu, Thái Nguyên, một số đập dâng nhỏ
khác như đập dâng An Trạch ở Quảng Nam, đập dâng Cẩm Ly ở Quảng Bình…
Bảng 1. 2: Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam (giai đoạn
trước năm 1945)[2]
TT Tên công trình Địa điểm xây dựng Năm xây dựng
1 Cầu Sơn Sông Thương-Bắc Giang 1902
2 Liễn Sơn Sông Phó Đáy 1914-:-1917
3 Bái Thượng Sông Chu-Thanh Hoá 1920
4 Thác Huống Sông Cầu-Thái Nguyên 1922-:-1929
5 Đồng Cam Sông Đà Rằng-Phú Yên 1925-:-1929
6 Đô Lương Sông Cả-Nghệ An 1934-:-1937
- Giai đoạn từ 1945-:-1975 đất nước có chiến tranh nên việc tập trung
đầu tư xây dựng các công trình thuỷ lợi lớn bị hạn chế. Trong thời kỳ này chưa có
đập trọng lực bê tông nào cao nhưng cũng đã xây dựng được một số đập tràn thấp
như đập tràn thuỷ điện Thác Bà, đập Tràn thuỷ điện Cấm Sơn, đập tràn thuỷ điện
Đa Nhim… trong giai đoạn này kỹ thuật và công nghệ xây dựng ở phía Bắc chủ
yếu của Liên Xô (cũ) và của Trung Quốc, ở phía Nam là của Nhật Bản…
10

- Giai đoạn tư năm 1975-:- nay, nước ta bước vào công nghiệp hoá và
hiện đại hoá nên các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện được xây dựng rất rộng rãi trên
cả nước, đập trọng lực bê tông cũng trở lên phổ biến với quy mô và hình thức
ngày càng phong phú. Đập đầu mối các công trình thuỷ lợi thuỷ điện như
PlêiKrông, Sê San 3, Sê San 4, Sê San 4A, Bản vẽ, Thạch Nham, Tân Giang, Sơn
La, Huội Quảng, Bản Chát, Lai Châu…. Là những đập trọng lực bê tông có khối
lượng hàng triệu m3 có chiều cao từ vài chục đến trên 100m.
Bảng 1. 3: Một số đập trọng lực bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam đến năm
2013[3]

STT Tên công trình
Chiều cao
đập(m)
Địa điểm xây dựng
Năm hoàn
thành
1 PleiKrông 71 Kontum 2007
2 Định Bình 54 Bình Định 2007
3 A Vương 70 Quảng Nam 2008
4 Se San4 80 Gia lai 2008
5 Bắc Hà 100 Lào Cai 2008
6 Bình Điền 75 Thừa thiên Huế 2008
7 Cổ Bi 70 Thừa thiên Huế 2008
8 Đồng Nai 3 110 Đắc Nông 2008
9 Đồng Nai 4 129 Đắc Nông 2008
10 ĐakRinh 100 Quảng Ngãi 2008
11 Nước Trong 70 Quảng Ngãi 2010
12 Sơn La 138 Sơn La 2010
13 Bản Chát 125 Lai Châu 2010
11

14 Bản Vẽ 138 Nghệ An 2010
15 Hủa Na 138 Nghệ An 2010
16 Sông Tranh 2 100 Quảng Ngãi 2010
17 Bản Uôn 85 Thanh Hoá 2010
18 Huội Quảng 85 Sơn La 2011
19 Lai Châu 120 Lai Châu 2012
20 Tà Pao 130 Bình Thuận 2013

Hình 1. 7: Đập thuỷ điện Sơn La,
cao 138m
Hình 1. 8
: Đập thuỷ điện Hủa Na,

cao 138m
1.2.Đứt gãy trong nền đập và biện pháp xử lý.
1.2. 1.Khái niệm về đứt gãy
Đứt gãy là đặc trưng của sự phá hoại có tính liền khối của khối đá. Đứt gãy
là một đới địa chất bị cà nát do 2 khối đá trượt trên nhau theo một mặt phẳng.
Theo TCVN4253-86 nền các công trình thuỷ công (trang 41), đứt gãy được phân
cấp như sau



12

Bảng 1. 4: Phân loại theo tính chất phá hoại tính liền khối của khối đá
Đặc trưng phá huỷ
tính liền khối
Độ dài phá huỷ Độ dày vùng đứt
gãy vỡ vụn và bề
rộng khe nứt
Chiều dãy
đới ảnh
hưởng
Đứt gãy bậc I (sâu,
nguồn gốc địa chấn)
Hàng trăm và hàng
nghìn km

Hàng trăm và
hàng nghìn mét

Đứt gãy bậc II(sâu,
nguồn gốc địa chấn)
Hàng chục tới
hàng trăm km
Chục mét và hàng
trăm mét

Đứt gãy bậc III Từ 1 tới hàng chục
km(0,3-:-3Km)
Mét đến hàng
chục mét
10-:-30m
Đứt gãy bậc IV Hàng trăm tới
hàng nghìn mét
Hàng chục tới
hằng trăm cm
3-:-10m
Đứt gãy nhỏ hay khe
nứt lớn bậc V
Hàng chục tới
hàng trăm mét
Hàng chục cm 0,3-:-3m
Khe nứt trung bình
bậc VI
Mét tới hàng chục
mét
m đến cm 3-:-30cm

Khe nứt nhỏ bậc VII Cm tới mét
(<10cm)
m và nhỏ hơn mm
1.2.2. Các phương pháp nhận biết đứt gãy
Để phát hiện và đánh giá các đặc trưng cấu trúc của đứt gãy người ta đã sử
dụng một tổ hợp các phương pháp nghiên cứu sau:
a. Phương pháp phân tích tài liệu địa vật lý.
+Phương pháp địa vật lý được sử dụng trong phát hiện và nghiên cứu đặc
trưng cấu trúc đứt gãy bao gồm:
+Phương pháp biến đổi trường dị thường trọng lực và từ trong phát hiện
đứt gãy.
13

+ Giải bài toán mô hình trường trọng lực trong nghiên cứu đặc trưng cấu
trúc đứt gãy.
b.Phương pháp phân tích tài liệu ảnh viễn thám
c.Phương pháp phân tích bề dày vỏ Trái đất và cấu tạo lớp mỏng trong
nghiên cứu đặc trưng động học của đứt gãy.
Thông thường, một đứt gãy được xác định là đang hoạt động phải được
biểu hiện ít nhất một trong các dấu hiệu sau:
+ Hiện tại có biểu hiện chuyển động thẳng đứng khác nhau ở hai cánh đứt
gãy mạnh (lớn hơn hoặc bằng 5mm/năm) và yếu (nhỏ hơn hoặc bằng 1mm/năm).
+Có biểu hiện dịch trượt ngang (bằng trái hoặc phải) của đứt gãy: mạnh (
lớn hơn hoặc bằng 5mm/năm) và yếu (nhỏ hơn hoặc bằng 1mm/năm).
+ Các đứt gãy đang hoạt động mạnh trong thời kỳ cuối cùng thường có
biểu hiện nứt đất, trượt lở đất và xói mòn do nguyên nhân kiến tạo.
+ Đứt gãy có biểu hiện là đới hoạt động động đất và trùng với đới ranh giới
cấu trúc (theo cấp độ mạnh : Từ 4 đến nhỏ hơn 6, từ 6 đến nhỏ hơn 7, từ 7 đến nhỏ
hơn 8 và lớn hơn 8; theo cấp độ sâu có nhỏ hơn 70km, 70-:-300km và lớn hơn
300km; động đất trước năm 1950, sau năm 1950 và động đất lịch sử.

+ Biểu hiện uốn nếp trẻ: Nếp lồi, nếp lõm, nếp oằn với đới biến đổi các yếu
tố địa hình, địa mạo.
+ Biểu hiện hoạt động núi lửa (Biểu hiện hoạt động trong Holocene và hoạt
động trong Đệ tứ và vùng thoát khí có liên quan tới hoạt động, động đất hoặc
vùng tập trung dày đặc các khe nứt kiến tạo trẻ.
+ Biểu hiện của hoạt động nước nóng , đới có gradien địa nhiệt cao. Trên
thực tế có nhiều đứt gãy không xác định là đứt gãy đang hoạt động theo nhiều tài
liệu khác nhau , thậm chí không xuất hiện động đất mạnh trước đó thế mà lại đột
ngột xuất hiện động đất phá huỷ. Theo thống kê thì có tới 90% động đất lịch sử
phát sinh tại các đới đứt gãy hoạt động, trong khi đó số đứt gãy hoạt động mà sinh
chấn thì lại rất ít.