BAI GIANG DONG DAT THS HUYNH TRUNG TIN

THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT

PHẦN NÂNG CAO

GV : THS. HUỲNH TRUNG TÍN


THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐỘNG ĐẤT


THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐỘNG ĐẤT
Định nghĩa: Động đất là hiện tượng dao động rất mạnh nền đất xảy ra
khi có một nguồn năng lượng lớn được giải phóng trong thời gian rất
ngắn do sự nứt rạn đột ngột trong phần vỏ hoặc trong phần áo trên của vỏ
trái đất.
 Trung tâm của các chuyển động địa chất, nơi phát ra năng lượng gọi
là chấn tiêu;


Hình chiếu chấn tiêu lên mặt đất gọi là chấn tâm;



Khoảng cách chấn tiêu đến chấn tâm gọi là độ sâu chấn tiêu (H);



Khoảng cách từ chấn tiêu và chấn tâm đến điểm quan trắc gọi tương
ứng là tiêu cự hoặc khoảng cách chấn tiêu (R) và tâm cự hoặc

khoảng cách chấn tâm (L).
 Động đất nông: H < 70 km;
 Động đất trung bình: H= 70 ÷ 300 km;
 Động đất sâu: H > 300 km.


THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐỘNG ĐẤT


THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
II. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA ĐỘNG ĐẤT
1. Do hoạt động kiến tạo: các mảng lục địa trôi dạt gây nên các chuyển
động

Sự trôi dạt của các mảng lục địa

Chuyển động trượt ngang;

Các mảng lục địa
vẽ nửa sau thế kỷ 20

Chuyển động tách giãn Chuyển động hút chìm.


THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
II. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA ĐỘNG ĐẤT
1. Do hoạt động kiến tạo:

Ba kiểu ranh giới mảng.

1-Quyển mềm; 2-Thạch quyển; 3-Điểm nóng; 4-Vỏ đại dương; 5Mảng hút chìm; 6-Vỏ lục địa; 7-Đới tách giản trên lục địa; 8-Ranh
giới hội tụ; 9-Ranh giới phân kỳ; 10-Ranh giới chuyển dạng; 11-Núi
lửa dạng khiên; 12-Sống núi giữa đại dương; 13-Ranh giới mảng hội
tụ; 14-Núi lửa dạng tầng; 15-Cung đảo núi lửa; 16-Mảng 17-Quyển
mềm; 18-Rãnh đại dương


THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
II. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA ĐỘNG ĐẤT
2. Do hiện tƣợng đứt gãy: Do sự thay đổi đột ngột trong cấu trúc đất đá,
gối đầu vào nhau hay tựa lên nhau theo mặt tiếp xúc của chúng. Sự cắt
ngang cấu trúc địa chất như vậy gọi là đứt gãy hoặc phay địa chất.

(1) Đứt gãy ngang (bình đoạn tầng),
(2) Đứt gãy thuận (phay thuận);
(3) Đứt gãy nghịch (phay nghịch).


THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
II. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA ĐỘNG ĐẤT
3. Các nguyên nhân khác

a. Sự giãn nở trong lớp vỏ đá cứng của quả đất
Do nhiệt độ cao, vật chất bị giãn nở gây biến dạng
dẻo mà không bao giờ có thể biến dạng dòn đột ngột do
lực ma sát dọc các vết nứt bị giảm.
b. Động đất do các vụ nổ
Các vụ nổ hạt nhân, hóa học. Giải phóng năng lượng
gây nên các trận động đất mạnh có thể 7 độ Richter.
c. Động đất cho hoạt động nút lửa

Tương đối hiếm, như cũng có thể phát sinh do các hoạt động núi lửa:
các vụ nổ do núi lửa hoạt động, chuyển động của dung nham, do kết hợp
với các trận động đất kiến tạo.
d. Động đất do sụp đổ đất nền
e. Động đất do tích nước vào các hồ chứa lớn
Thường nhỏ, thường xảy ra trong các vùng có hang động hoặc khai
thác mỏ


THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
III. SÓNG ĐỊA CHẤN VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG
 Sóng địa chấn: năng lượng từ chấn tiêu được lan truyền tới bề
mặt trái đất dưới dạng sóng


CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
III. SÓNG ĐỊA CHẤN VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG
Các loại sóng: (con người cảm nhận được và gây phá
hoại công trình)
 Sóng khối (Body Waves)
 Sóng mặt (Surface Waves)


CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
III. SÓNG ĐỊA CHẤN VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG

 Sóng khối (Body Waves): truyền qua lớp đá cứng
+ Sóng dọc: gây nên sự thay đổi thể tích của vật chất, gây biến
dạng kéo, nén trong mặt đất và đến điểm quan trắc đầu tiên nên hay gọi là
sóng sơ cấp (ký hiệu P).

+ Sóng ngang: không thay đổi thể tích
vật chất nhưng gây hiện tượng xoắn và cắt (hay
còn gọi là sóng cắt). Do đó, sóng ngang không lan
truyền trong môi trường lỏng và khí vì môi trường
này không chịu ứng suất cắt. Sóng ngang đến sau
sóng dọc nên gọi là sóng thứ cấp (ký hiệu S).
Gây chuyển động theo phương ngang và phương
đứng.


CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
III. SÓNG ĐỊA CHẤN VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG
 Sóng mặt (Surface Waves): truyền trong vùng sát mặt đất
+ Sóng Rayleigh (sóng R)

+ Sóng Love (hoặc còn gọi là sóng Q)


CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
III. SÓNG ĐỊA CHẤN VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG
 Ảnh hƣởng của chuyển động địa chấn tới đất nền
Những hiện tượng sau đây có thể xảy ra cho đất nền:
 Lún sau khi sóng địa chất đi qua;
 Sụt lở hoặc các chuyển động trên mặt đất;
 Hóa lỏng (nền đất bão hòa nước và được tạo thành từ các hạt
rời không nén chặt)


CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
III. SÓNG ĐỊA CHẤN VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG

 Động đất ảnh hƣởng đến các công trình xây dựng
 Bằng lực quán tính sinh ra khi đất nền chuyển động;


CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
III. SÓNG ĐỊA CHẤN VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG
 Động đất ảnh hƣởng đến các công trình xây dựng
 Bằng hỏa hoạn phát sinh;
 Bằng các thay đổi các tính chất cơ lý của nền;
 Bằng chuyển vị trực tiếp của đứt gãy tại vị trí
xây dựng;
 Bằng cách tại ra các sóng nước như sóng địa
chấn (sóng thần) hoặc chuyển động chất lỏng
trong các bể chứa và hồ.


CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
III. SÓNG ĐỊA CHẤN VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG
 Động đất ảnh hƣởng đến các công trình xây dựng


CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
III. SÓNG ĐỊA CHẤN VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG
 Động đất ảnh hƣởng đến các công trình xây dựng

Hoạt hình trận sóng thần Ấn Độ Dương khi các cơn sóng lan
tới Sri Lanka và Ấn Độ. Không nhất thiết phải đối xứng; các đợt
sóng thần có thể mạnh hơn ở hướng này so với hướng kia, tùy
thuộc vào điều kiện nguồn phát và điều kiện địa lý khu vực xung
quanh.

CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
 Đánh gía sức mạnh động đất
I. Thang đo cƣờng độ động đất ( cấp động đất)
Biểu thị độ mạnh, sức tàn phá của một trận động đất lên con người
và công trình xây dựng ở một khu vực cụ thể nào đó.
Tuy nhiên, điều này mang tính chủ quan và phụ thuộc vào khoảng
cách tâm chấn lẫn chất lượng công trình tại địa điểm đạng xem xét
II. Thang độ lớn hay mức năng lƣợng mà động đất phát ra ( đo
bằng độ Richter)

Hiện nay trên thế giới đang sử dụng thang Richter (tên của một
giáo sư địa – vật lý ở viện công nghệ California (Hoa kỳ)). Nó cho
biết độ lớn tổng thể hoặc quy mô của trận động đất. Khác với cƣờng
độ động đất có giới hạn tối đa là cấp 12, độ lớn động đất không có
giới hạn trên.
I.a. Thang cường độ động đất Mercalli sửa đổi

Do nhà đại chấn học Mercalli đề xuất (1902), xếp các tác động phá
hoại động đất vào các cấp cường độ động đất cụ thể cho phù hợp hơn
với các kỹ thuật xây dựng hiện đại thời đó. Sử dụng rộng rãi ở Châu
Âu, Bắc Mỹ và nhiều khu vực khác trên thế giới.


CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
IV. THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
 Đánh gía sức mạnh động đất
I.a. Thang cường độ động đất Mercalli sửa đổi
Cƣờng

độ IMM

Mô tả tác động động đất

I

Con người không cảm nhận được chỉ có các địa chấn kế mới
ghi nhận đuợc.

Gia tốc cực đại
gần đúng của đất
nền

< 0,003

II

Một số ít người sống ở các tầng trên của tòa nhà cảm nhận
được hoạt động địa chấn. Các vật treo có thể dao động.

III

Một số người cảm nhận được hoạt động địa chấn giống như
rung động của xe ôtô chạy với tốc độ cao gây ra. Xe ôtô đang
đổ bị dịch chuyển.

0,003 ÷ 0,007

IV

Tất cả mọi người trong nhà cảm nhận được động địa chấn.
Người đạng ngủ bị thức giấc. Ôtô đang đổ bị dịch chuyển
mạnh.

0,007 ÷ 0,015

V

Tất cả mọi người cảm nhận được hoạt động địa chấn. Đồ đạc
và giường ngủ bị lắc. Đồ sứ bị vỡ. Trần thạch cao bị nứt.

0,015 ÷ 0,030


CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
IV. THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
 Đánh gía sức mạnh động đất
I.a. Thang cường độ động đất Mercalli sửa đổi
Cƣờng
độ IMM

Mô tả tác động động đất

Gia tốc cực đại
gần đúng của đất
nền

VI

Đa số người hoảng sợ chạy ra khỏi nhà. Chuông kêu, con lắc

đồng hồ bị dừng. Trần thạch cao rơi xuống. Ống khói lò sưởi
bị hư hỏng. Nhà bị hư hỏng nhẹ

0,003 ÷ 0,070

VII

Tất cả mọi người chạy ra khỏi nhà. Nhà bị hư hỏng tùy thuộc
chất lượng xây dựng.

0,070 ÷ 0,150

VIII

Tường ngăn bị nứt, khung, tượng, tháp chuông bị đổ. Các vết
nứt xuất hiện ở vách dốc hoặc ẩm ướt, đá trên núi rơi xuống.
Lái xe khó chịu.

0,150 ÷ 0,300

IX

Nhà bị dịch chuyển khỏi móng, bị nứt, bị nghiêng, đa số
không sử dụng được. Nền đất bị nứt hở ra. Các đường ống
ngầm bị vỡ

0,300 ÷ 0,700


CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN

IV. THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
 Đánh gía sức mạnh động đất
I.a. Thang cường độ động đất Mercalli sửa đổi
Cƣờng
độ IMM

Mô tả tác động động đất

Gia tốc cực đại
gần đúng của đất
nền

X

Nền đất bị trượt. Đường ray bị uốn cong. Các công trình bằng
khối xây bị đổ. Mặt đất mở ra

0,700 ÷ 1,500

XI

Cầu bị đổ. Chỉ có những công trình mới xây không bị đổ
nhưng bị hư hỏng nặng

1,500 ÷ 3,000

XII

Các công trình do cong người tạo ra bị phá hủy hoàn toàn; địa
hình bị thay đổi, các đứt gãy lớn được tạo ra, các sông nhỏ bị

đổi dòng

3,000 ÷ 7,000


CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
IV. THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
 Đánh gía sức mạnh động đất
I.b. Thang cường độ động đất JMA (Nhật Bản)

Cƣờng độ
IJMA

Mô tả tác động động đất

O

Con người không cảm nhận được nhưng địa chấn kế ghi nhận được

I

Nhẹ, những người đang nằm nghỉ hoặc những người đặc biệt nhạy cảm với
động đất cảm nhận được.

II

Yếu, đa số người cảm nhận được, các cửa ra vào và cửa kiểu trượt Nhật Bản
kêu lách cách

III

Tương đối mạnh: các ngôi nhà 01 tầng và nhiều tầng bị rung; các cửa bị rung
đập mạnh, các đèn chùm và vật treo khác bị chao lắc, chất lỏng trong bình
chuyển động

IV

Mạnh, các ngôi nhà một tầng và nhiều tầng bị lắc mạnh, các vật không ổn định
bị lật, chất lỏng bị bắn ra khỏi các bình chứa


CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
IV. THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
 Đánh gía sức mạnh động đất
I.b. Thang cường độ động đất JMA (Nhật Bản)

Cƣờng độ
IJMA

Mô tả tác động động đất

V

Rất mạnh, các tường bằng thạch cao bị nứt, cửa mái bị lật, ống khói bằng gạch
và các kho hàng xây bằng vật liệu địa phương bị hư hại

VI

Thảm họa, khoảng dưới 30% nhà gỗ Nhật Bản bị đổ nát, nhiều nơi bị lở đất và
đê hư hỏng, mặt đất bị nứt

VII

Tàn phá, trên 30% nhà gỗ Nhật Bản bị đổ nát

Mối quan hệ gần đúng giữa thang JMA và MM
IMM = 0,5 + 1,5 IJMA


CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
IV. THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
 Đánh gía sức mạnh động đất
I. c. Thang cƣờng độ động đất MSK-64

Do 03 nhà khoa học Medvedev, Sponhauer
và Kanic đề xuất năm 1964. Thang này sử
dụng rộng rãi ở Nga, Đông Âu và Việt Nam…
Ngoài việc đánh giá tác động cụ thể lên con
người, môi trường và các công trình xây dựng
như các thang cường độ động đất trước đó
(nhưng chi tiết và cụ thể hơn), thang MSK–64
còn được đánh giá hàm chuyển vị của một con
lắc chuẩn hình cầu có chu kỳ dao động riêng T
= 0.25s mô tả chuyển động địa chấn.
Ảnh hưởng của chuyển động tức thời của
nền đất đến các công trình xây dựng được biểu
thị dưới dạng phổ tác động theo hàm chu kỳ
riêng và số gia logarit của lực cản.

CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
IV. THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
 Đánh gía sức mạnh động đất
c. Thang cường độ động đất MSK-64
Cấp
động
đất

Cƣờng
độ động
đất

I

Không
đáng kể

Không cảm nhận được

II

Rất nhẹ

Cảm nhận rất nhẹ

Hậu quả tác động động đất
Con người

Công trình Xây Dựng

III

Nhẹ

Chủ yếu những người đang Kính cửa sổ bị rung
nghỉ ngơi mới cảm nhận
được

IV

Hơi
mạnh

Những người ở trong nhà Kính cửa sổ bị rung
cảm nhận được

V

Tương
đối mạnh

Những người ở bên trong Các đồ vật treo đung đưa,
và bên ngoài nhà đều cảm các bức tranh treo trên
nhận được, người đang ngủ tường bị dịch chuyển
thức dậy

Môi trường