Tính toán trạng thái ứng suất biến dạng của trạm bơm dạng không gian có kể đến động đất bằng phương pháp phần tử hữu hạn

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và nghiên cứu luận văn đề tài “Tính tốn trạng
thái ứng suất – biến dạng của trạm bơm dạng khơng gian có kể đến động đất
bằng phương pháp phần tử hữu hạn”, tác giả đã nhận được sự hướng dẫn và giúp
đỡ tận tình, chu đáo của các nhà khoa học, các chuyên gia và đồng nghiệp.
Tác giả đặc biệt xin bày tỏ lòng cảm ơn tới thầy giáo Giáo sư, Tiến sĩ Phạm
Ngọc Khánh đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tác giả nhiều vấn đề quý báu trong
nghiên cứu khoa học nói chung cũng như trong bản thân luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cơ giáo trong khoa Cơng
trình, bộ mơn Sức bền-Kết cấu, phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học trường Đại
học Thuỷ Lợi đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả về các tài liệu, thông tin khoa học kỹ
thuật và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận văn.
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, đồng
nghiệp đã động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn.
Do trình độ có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi những tồn tại và hạn
chế, tác giả rất mong nhận được mọi ý kiến đóng góp, trao đổi chân thành. Tác giả
rất mong những vấn đề còn tồn tại sẽ được tác giả phát triển ở mức độ nghiên cứu
sâu hơn góp phần đưa những kiến thức khoa học vào phục vụ sản xuất.

Hà Nội, tháng 11 năm 2012

Nguyễn Văn Đạt

Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp: Cao học 17C2


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................... 1

2. Mục đính nghiên cứu đề tài ..................................................................................... 1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu........................................................................... 2
4. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................... 2
5. Kết quả dự kiến đạt được ........................................................................................ 3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TRẠM BƠM VÀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ ĐỘNG ĐẤT
1.1. Lịch sử hình thành và phát triển trạm bơm…………………………………4
T
0

1.2. Các loại trạm bơm đã xây dựng ở khu vực Bắc ninh ..................................... 5
T
0

T
0

T
0

1.2.1. Giới thiệu các loại trạm bơm .................................................................. 5
T
0

T
0

T
0

1.2.2. Các loại trạm bơm đã được xây dựng ở tỉnh Bắc Ninh .......................... 6
1.3. Các hư hỏng đã gặp và một số tồn tại khách quan do trong thiết kế chưa
tính tốn tới do vậy cần bổ sung .............................................................................. 9
1.3.1. Đối với cơng trình thủy cơng.................................................................. 9
1.3.2. Đối với máy bơm và các thiết bị điện .................................................. 10
1.4. Một số hình ảnh trạm bơm đã xây dựng ở Bắc Ninh ................................... 11
1.5. Một số khái niệm cơ bản về động đất ............................................................. 15
1.5.1. Khái niệm động đất và các thông số đo động đất................................. 15
1.5.2. Biểu đồ động đất................................................................................... 17
1.5.3. Thang động đất và cấp động đất ........................................................... 17
1.5.4. Gia tốc cực đại PGA ............................................................................. 19
1.5.5. Bảng phân vùng động đất ở Việt Nam ................................................. 20
1.5.6. Nguyên nhân gây ra động đất ............................................................... 26
1.6. Một số trận động đất lớn trong lịch sử ........................................................... 26
1.7. Ảnh hưởng của động đất đến cơng trình xây dựng ...................................... 28

Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp: Cao học 17C2


CHƯƠNG 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆN HÀNH TÍNH TỐN TRẠM BƠM
2.1. Các phương pháp tính tốn trạng thái ứng suất - biến dạng trạm bơm .... 31
2.1.1. Phương pháp giải tích ........................................................................... 31
2.1.2. Phương pháp số .................................................................................... 32
2.2. Quá trình phát triển các phương pháp xác định tải trọng động đất........... 35
2.2.1. Các phương pháp tĩnh lực tương đương ............................................... 36
2.2.2. Các phương pháp động lực học ............................................................ 38
2.2.3. Lựa chọn phương pháp xác định tải trọng động đất ............................. 42

2.3. Lựa chọn phương pháp tính tốn cho luận văn ............................................ 46
CHƯƠNG 3
TÍNH TỐN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG CỦA TRẠM BƠM
DẠNG KHƠNG GIAN CĨ KỂ ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT BẰNG
PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
3.1. Những khái niệm cơ bản về phương pháp phần tử hữu hạn ....................... 47
3.1.1. Khái niệm ............................................................................................. 47
3.1.2. Nội dung cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn............................ 47
3.1.3. Tính kết cấu theo mơ hình tương thích ................................................ 49
3.1.4. Tính tốn ứng suất biến dạng có kể đến tải trọng động đất- Phương
pháp phân tích động ....................................................................................... 56
3.2. Giới thiệu về phần mềm SAP 2000 version 12.0.0......................................... 58
3.3. Phân tích và lựa chọn mơ hình nền cho bài tốn .......................................... 60
3.3.1. Mơ hình nền nửa khơng gian biến dạng tuyến tính .............................. 60
3.3.2. Mơ hình nền Winkle ............................................................................. 61
3.3.3. Mơ hình nền hai hệ số Pasternack ........................................................ 62
3.4. Lập thuật tốn tính trạm bơm làm việc đồng thời với nền bằng phương
pháp PTHH .............................................................................................................. 63
3.4.1. Đường lối chung ................................................................................... 63
3.4.2. Dạng phần tử và hàm xấp xỉ chuyển vị ................................................ 64
3.4.3. Tính thế năng biến dạng tồn phần của vỏ gấp .................................... 67
3.4.4. Hệ phương trình tính chuyển vị nút ..................................................... 70
Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp: Cao học 17C2


3.4.5. Nội lực của vỏ ...................................................................................... 71
3.5. Lập thuật toán tính trạm bơm ở dạng vỏ gấp làm việc đồng thời với nền và
cọc bằng phương pháp PTHH ............................................................................... 72

3.5.1. Đường lối chung ................................................................................... 72
3.5.2. Ma trận cứng của cọc ........................................................................... 73
3.6. Áp dụng để tính tốn trạng thái ứng suất – biến dạng trạm bơm cho cơng
trình đầu mối trạm bơm tiêu Hiền Lương ............................................................ 74
3.6.1. Giới thiệu về cơng trình trạm bơm tiêu Hiền Lương ........................... 74
3.6.2. Quy mơ cơng trình ................................................................................ 75
3.6.3. Tài liệu địa chất phục vụ tính tốn ....................................................... 72
3.7. Các thơng số đầu vào và các kết quả tính tốn ............................................. 77
3.7.1. Thiết lập sơ đồ tính tốn trạm bơm ...................................................... 77
3.7.2. Các tiêu chuẩn áp dụng ........................................................................ 77
3.7.3. Các tài liệu tính tốn cơ bản ................................................................. 78
3.7.4. Mơ hình tính tốn trạm bơm dạng khơng gian ..................................... 85
3.7.5. Kết quả tính tốn trạm bơm dạng khơng gian ...................................... 86
3.7.6. Kết quả tính tốn trạm bơm dạng khung phẳng ................................. 100
3.7.7. Nhận xét kết quả tính tốn.................................................................. 103
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận ............................................................................................................... 104
2. Kiến nghị ............................................................................................................. 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt ................................................................................................................ 106
Tiếng Anh ................................................................................................................ 107
Tiếng Nga ................................................................................................................ 107

Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp: Cao học 17C2


THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1

Bảng thang Richter

Trang: 18

Bảng 1.2

Bảng chuyển đổi tương đương giữa các thang động đất

Trang: 19

Bảng 1.3

Bảng chuyển đổi đỉnh gia tốc sang cấp động đất

Trang: 19

Bảng 1.4

Bảng phân vùng động đất ở Việt Nam

Trang: 20

Bảng 1.5

Một số trận động đất gây thiệt hại lớn trong lịch sử

Trang: 28

Bảng 3.1

Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đất nền dùng trong Trang: 75
tính tốn

Bảng 3.2

Bảng tính các lực tác dụng lên đáy móng trạm bơm

Bảng 3.3

So sánh kết quả nội lực trong các trường hợp tính toán Trang: 102

Trang: 82

chưa kể tới động đất
Bảng 3.4

So sánh kết quả nội lực trong các trường hợp tính tốn Trang: 102
có kể tới động đất

Bảng 3.5

So sánh kết quả chuyển vị bản đáy nhà trạm trong các Trang: 102
trường hợp tính

Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp: Cao học 17C2

THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1

Sơ đồ bố trí hệ thống các cơng trình trạm bơm

Trang: 05

Hình 1.2

Hình ảnh trạm bơm Hán Quảng

Trang: 11

Hình 1.3

Máy được lắp đặt tại trạm bơm Hán Quảng

Trang: 12

Hình 1.4

Hình ảnh trạm bơm Tân Chi 2

Trang: 12

Hình 1.5

Máy được lắp đặt tại trạm Tân Chi 2

Trang: 13

Hình 1.6

Hình ảnh trạm bơm Trịnh Xá

Trang: 13

Hình 1.7

Máy được lắp đặt tại trạm Trịnh Xá

Trang: 14

Hình 1.8

Hình ảnh trạm bơm Hiền Lương

Trang: 14

Hình 1.9

Máy được lắp đặt tại trạm Hiền Lương

Trang: 15

Hình 1.10

Chấn tâm, chấn tiêu

Trang: 16

Hình 1.11

Biểu đồ gia tốc động đất được ghi lại theo thời gian

Trang: 17

Hình 1.12

Bản đồ đường đẳng chấn của trận động đất tại Điện Biên Trang: 21
ngày 1/11/1935

Hình 1.13

Bản đồ đường đẳng chấn của trận động đất tại Phú Yên Trang: 22
ngày 2/4/1970 và 24/5/1972

Hình 1.14

Bản đồ phân bố đứt gãy điạ chất lớn trên lãnh thổ Việt Trang: 23
Nam

Hình 1.15

Bản đồ phân bố chấn tâm quan trắc trên lãnh thổ Việt Trang: 24
Nam

Hình 1.16

Bản đồ phân vùng gia tốc nên cực đại trên lãnh thổ Việt Trang: 25

Nam

Hình 1.17

Hình ảnh sau trận động đất ở Haiti năm 2010

Trang: 27

Hình 1.18

Hình ảnh sau trận động đất ở Chile năm 2010

Trang: 27

Hình 1.19

Động đất làm phá huỷ cơng trình xây dựng

Trang: 29

Hình 1.20

Động đất làm phá huỷ cơng trình giao thơng

Trang: 30

Hình 1.21

Động đất làm phá huỷ cơng trình thuỷ lợi

Trang: 30

Hình 2.1

Hình dạng dao động riêng

Trang: 39

Hình 2.2

Phản ứng của cơng trình trong thời gian động đất

Trang: 40

Hình 2.3

Phổ gia tốc S a

Trang: 41

Học viên: Nguyễn Văn Đạt

R

Lớp: Cao học 17C2


Hình 2.4

Cách thành lập phổ gia tốc của M.Bio

Trang: 41

Hình 3.1

Một dạng cầu máng có kết cấu vỏ gấp

Trang: 49

Hình 3.2

Mặt phẳng kết cấu dầm tường

Trang: 50

Hình 3.3

Mặt phẳng kết cấu tấm chịu uốn

Trang: 50

Hình 3.4

Thành phần chuyển vị của vỏ tại một điểm bất kỳ

Trang: 51

Hình 3.5

Trục tọa độ

Trang: 51

Hình 3.6

Nội lực tại một điểm bất kỳ của vỏ

Trang: 51

Hình 3.7

Sơ đồ giải bài tốn kết cấu theo phương pháp PTHH

Trang: 55

Hình 3.8

Mơ hình nền Win cơ le

Trang: 61

Hình 3.9

Mơ hình nền hai hệ số Pasternak

Trang: 62

Hình 3.10 Phần tử chữ nhật có 4 điểm nút

Trang: 64

Hình 3.11 Mặt cắt ngang của trạm bơm

Trang: 79

Hình 3.12 Mặt cắt dọc của trạm bơm

Trang: 79

Hình 3.13 Phổ phản ứng theo phương ngang

Trang: 81

Hình 3.14 Phổ phản ứng theo phương đứng

Trang: 81

Hình 3.15 Khai báo liên kết lò so trong SAP 2000

Trang: 84

Hình 3.16 Chính diện phía bể hút

Trang: 85

Hình 3.17 Chính diện phía bể xả

Trang: 85

Hình 3.18 Kết quả chuyển vị trường hợp thi cơng xong

Trang: 86

Hình 3.19 Kết quả chuyển vị trường hợp vận hành

Trang: 86

Hình 3.20 Kết quả chuyển vị trường hợp thi cơng xong - động đất

Trang: 87

Hình 3.21 Kết quả chuyển vị trường hợp vận hành - động đất

Trang: 87

Hình 3.22 Mơ men M22 nhà trạm (TH thi cơng)

Trang: 88

Hình 3.23 Mơ men M11 nhà trạm (TH thi cơng)

Trang: 88

Hình 3.24 Mơ men M22 nhà trạm (TH thi cơng)

Trang: 88

Hình 3.25 Mơ men M11 nhà trạm (TH vận hành)

Trang: 89

Hình 3.26 Mơ men M22 nhà trạm (TH thi cơng xong - động đất)

Trang: 89

Hình 3.27 Mơ men M11 nhà trạm (TH thi công xong - động đất)

Trang: 89

Hình 3.28 Mơ men M11 nhà trạm (TH vận hành - động đất)

Trang: 90

Hình 3.29 Mơ men M11 nhà trạm (TH vận hành - động đất)

Trang: 90

Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp: Cao học 17C2


Hình 3.30 Mơmen M22 bản đáy (Trường hợp thi cơng)

Trang: 91

Hình 3.31 Mơmen M11 bản đáy (Trường hợp thi cơng)

Trang: 91

Hình 3.32 Mơmen M22 bản đáy (Trường hợp vận hành)

Trang: 92

Hình 3.33 Mơmen M11 bản đáy (Trường hợp vận hành)

Trang: 92

Hình 3.34 Mơmen M22 bản đáy (Trường hợp thi cơng xong - Trang: 93
động đất)
Hình 3.35 Mơmen M11 bản đáy (Trường hợp thi cơng xong - Trang: 93
động đất)
Hình 3.36 Mômen M22 bản đáy (Trường hợp vận hành - động Trang: 94
đất)
Hình 3.37 Mơmen M11 bản đáy (Trường hợp vận hành - động Trang: 94
đất)
Hình 3.38 Mơmen M22 Trụ biên (Trường hợp thi cơng)

Trang: 95

Hình 3.39 Mơmen M11 Trụ biên (Trường hợp thi cơng)

Trang: 95

Hình 3.40 Mơmen M22 Trụ biên (Trường hợp vận hành)

Trang: 95

Hình 3.41 Mơmen M11 Trụ biên (Trường hợp vận hành)

Trang: 96

Hình 3.42 Mơmen M22 Trụ biên (Trường hợp thi cơng xong - Trang: 96
động đất)
Hình 3.43 Mômen M11 Trụ biên (Trường hợp thi công xong Trang: 96
động đất)
Hình 3.44 Mơmen M22 Trụ biên (Trường hợp vận hành - động Trang: 97
đất)
Hình 3.45 Mơmen M11 Trụ biên (Trường hợp vận hành - động Trang: 97
đất)
Hình 3.46 Mơmen M22 Trụ pin (Trường hợp thi cơng)

Trang: 97

Hình 3.47 Mơmen M11 Trụ pin (Trường hợp thi cơng)

Trang: 98

Hình 3.48 Mơmen M22 Trụ pin (Trường hợp vận hành)

Trang: 98

Hình 3.49 Mơmen M11 Trụ pin (Trường hợp vận hành)

Trang: 98

Hình 3.50 Mơmen M22 Trụ pin (Trường hợp thi công xong - Trang: 99
động đất)

Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp: Cao học 17C2


Hình 3.51 Mơmen M11 Trụ pin (Trường hợp thi cong xong - Trang: 99
động đất)
Hình 3.52 Mơmen M22 Trụ pin (Trường hợp vận hành - động Trang: 99
đất)
Hình 3.53 Mơmen M11 Trụ pin (Trường hợp vận hành - động Trang: 100
đất)
Hình 3.54 Mơmen M11 tại bản đáy, tường bên và trụ pin (TH Trang: 100
T.cơng – chưa động đất)
Hình 3.55 Mômen M11 tại bản đáy, tường bên và trụ pin (TH Trang: 100
T.cơng – có động đất)
Hình 3.56 Mơmen M11 tại bản đáy, tường bên và trụ pin (TH Trang: 101
V.hành – chưa động đất)
Hình 3.57 Mơmen M11 tại bản đáy, tường bên và trụ pin (TH Trang: 101
V.hành – có động đất)

Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp: Cao học 17C2


1

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hệ thống công trình trạm bơm là tổ hợp các công trình thủy công và các trang

thiết bị cơ điện ... nhằm đảm bảo lấy nước từ nguồn nước , vận chuyển và bơm nước
đến nơi sử dụng hoặc cần tiêu nước th ừa ra nơi khác .
Trạm bơm được xây dựng rất rộng rãi trên mọi miền đất nước ta bởi tính linh
hoạt có thể áp dụng cho nhiều loại địa hình, dễ thao tác vận hành và bảo dưỡng, suất
đầu tư nhỏ hơn so với việc xây dựng các cơng trình thủy lợi quy mô lớn…
Khác với những kết cấu trên mặt đất chỉ có móng chịu tác dụng tương hỗ với đất
nền, trạm bơm làm việc trong điều kiện đất bao bọc xung quanh. Đất vừa là môi trường
nền trạm bơm tựa lên, vừa là môi trường áp lực của tải trọng (Bản thân, nước, máy bơm,
thiết bị…) từ trên mặt đất truyền xuống. Môi trường này biến dạng nên các áp lực từ đất
đắp tác dụng vào trạm bơm phụ thuộc vào chiều sâu cột đất tác dụng, tính chất cơ lý của
đất, độ cứng của trạm bơm, cách tựa cũng như cách đặt trạm bơm trên nền. Vì vậy trạm
bơm chịu tác dụng của trọng lượng bản thân, áp lực đất, áp lực nước trong và ngoài, các
tải trọng từ trên mặt đất truyền xuống, các tác dụng nhiệt và động đất… Việc tính tốn
kết cấu trạm bơm để xác định hình dạng kết cấu cơng trình đảm bảo an tồn ổn định
trong q trình vận hành là cần thiết và có tính ứng dụng thực tế cao.
Gần đây sự xuất hiện của động đất xảy ra thường xuyên hơn. Tuy nhiên những
nghiên cứu về ảnh hưởng của động đất đến ứng suất và biến dạng của trạm bơm cịn
chưa nhiều. Việc áp dụng các quy trình tiêu chuẩn dựa trên nguyên tắc chống động đất
còn chưa được xem xét đầy đủ.
Vì vậy việc “Tính tốn trạng thái ứng suất – biến dạng của trạm bơm dạng
khơng gian có kể đến động đất bằng phương pháp phần tử hữu hạn” là cần thiết và
bức xúc nhằm giải quyết các tồn tại hiện nay trong công tác nghiên cứu thiết kế trạm
bơm ở khu vực có động đất.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Trên thế giới hiện nay có nhiều quan niệm, tiêu chuẩn quy định tính tốn về
động đất tác động đến cơng trình khác nhau. Việc xem xét tính tốn cho cơng trình nếu
khơng phù hợp với thực tế làm việc của cơng trình sẽ là ngun nhân gây biến dạng,
Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp Cao học: 17C2


2

nứt, phá huỷ cơng trình. Động đất tác dụng lên cơng trình là một vấn đề hết sức phức
tạp, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Sóng gia tốc động đất, địa chất nền, hình dạng
cơng trình... Nó khó có thể xác định chính xác được về cường độ và thời gian xảy ra
động đất mà tất cả chỉ là dự báo, vì vậy động đất ln là mối nguy hiểm đối với các
cơng trình xây dựng. Hậu quả của động đất để lại là rất nặng nề về người và vật chất,
để khắc phục hậu quả sau trận động đất phải trong thời gian rất dài. Vì vậy việc thiết
kế các cơng trình nằm trong vùng động đất cần phải nghiên cứu, phân tích đúng đắn để
đảm bảo an tồn cho cơng trình.
Khi nghiên cứu tính tốn kết cấu một cơng trình thường chỉ tính tốn cho từng
cấu kiện nhỏ và tải trọng tác động lên cơng trình khi xét đến trường hợp có tải trọng
động đất thì các tải trọng này chỉ được nhân với các hệ số an tồn “n” để tính tốn. Để
giải quyết vấn đề trên, trong phạm vi nghiên cứu của luận văn sẽ mơ hình hố cả cơng
trình và các tải trọng tác động lên cơng trình được sát với thực tế điều kiện làm việc
của cơng trình bằng phương pháp phần tử hữu hạn nhằm giải quyết các vấn đề sau:
- Về tải trọng tác động: gồm tất cả các lực tác động lên cơng trình đặc biệt lựa
chọn tải trọng động đất để tính tải trọng động.
- Về mặt hình học: mơ tả tổng thể cơng trình nên xem xét được tương tác giữa
các cấu kiện.
- Về ứng suất biến dạng: phân tích ứng suất và biến dạng cho tất cả các cấu kiện
và tổng thể cơng trình.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Trạm bơm dạng không gian dưới tác dụng của tải trọng động đất.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tổng quan các nghiên cứu về động đất nói chung, xem xét đánh giá các
phương pháp hiện hành tính tốn các tải trọng tác động lên cơng trình khi có tải trọng
động đất.
- Sử dụng phương pháp lý thuyết và sử dụng phần mềm tính tốn để tiến hành
giải các phương trình động học bằng phương pháp số. Trong luận văn này dùng
phương pháp PTHH, sử dụng phần mềm Sap 2000 Version 12.0.0 mơ hình hố khơng
gian cả kết cấu cơng trình để giải.
Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp Cao học: 17C2


3

- Áp dụng tính tốn vào thực tiễn, đề xuất một số giải pháp chống động đất cho
cơng trình.
5. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC

- Nắm vững phương pháp tính toán ứng suất và biến dạng của trạm bơm khi có
xét tới ảnh hưởng của động đất bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
- Xác định được ảnh hưởng của động đất đến ứng suất và biến dạng của trạm
bơm.

Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp Cao học: 17C2


4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TRẠM BƠM VÀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM
CƠ BẢN VỀ ĐỘNG ĐẤT
1.1. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN TRẠM BƠM

Ngay từ thời cổ xưa , do điều kiện sản xuất và đời sống đòi hỏi , con người đã biết
dùng những công cụ thô sơ như coọng quay , xe đạp nước ..v.v.. để đưa nước lên các
thửa ruộng có độ cao chênh lệch . Những cô ng cụ này vận chuyển chất lỏng dưới áp
suất khí quyển . Sau đó người ta đã biết dùng những pitông đơn giản như ống thụt làm
bằng tre gỗ để chuyển nước dưới áp suất dư ...Các máy bơm thô sơ hoạt động dưới tác
động của sức người và sức kéo của động vật do vậy năng lực bơm không cao

, hiệu

suất thấp.
Vào thế kỷ I, II trước công nguyên , người Hy lạp đã sáng chế ra pittông bằng gỗ .
Tới thế kỷ XV, nhà bác học người Ý là D . Franxi đã đưa ra những khái niệm về bơm li
tâm. Sang thế k ỷ XVI lại xuất hiện loại máy bơm rô to mới . Cho đến thế kỷ XVII , một
nhà vật lý người Pháp áp dụng những nghiên cứu của D

. Franxi chế tạo ra được một

máy bơm li tâm đầu tiên . Tuy nhiên do chưa có những động cơ có vòng quay lớn kéo
máy bơm, nên năng lực bơm nhỏ , do vậy loại bơm li tâm vẫn chưa được phát tri ển, lúc
bấy giờ bơm rôto chiếm ưu thế trong các loại bơm .
Về lý luận, đến thế kỷ XVIII có th ể kể đến những cống hiến vô cùng lớn lao của
nhà khoa học Ơle, người đã đề xuất những vấn đề lý luận có liên quan đến máy thủy
lực và Zucôpsky trong lý luận về cơ học chất lỏng

. Kể từ đó việc nghiên cứu và chế

tạo máy bơm mới có cơ sở vững chắc . Thời kỳ này máy hơi nước ra đời tăng thêm khả
năng kéo máy bơm . Đầu thế kỷ XX các động cơ có số vòng quay nhanh ra đời thì máy
bơm li tâm càng được phổ biến rộng rãi và có hiệu suất cao , năng lực bơm lớn .
Ngày nay máy bơm đ ược dùng rất rộng rãi trong đời sống và các ngành kinh tế
quốc dân. Trong công nghiệp , máy bơm được dùng để cung cấp nước cho các lò cao ,
hầm mỏ, nhà máy... bơm dầu trong công nghiệp khai thác dầu mỏ ... Trong kỹ nghệ chế
tạo máy bay, trong nhà máy điện nguyên tử ... đều dùng máy bơm . Trong nông nghiệp ,
máy bơm dùng để bơm nước tưới và tiêu úng . Trong đời sống máy bơm dùng cấp nước
sạch cho nhu cầu ăn uống của con người , gia súc ...
Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp Cao học: 17C2


5

Hiện nay đã cho ra đời những máy bơm rất hiện đại , có khả năng bơm hàng vạn
m3 chất lỏng trong một giờ và công suất động cơ tiêu thụ tới hàng nghìn kW . Ở Nga đã
P

P

chế tạo được những máy bơm có lưu lượng Q

= 40 m3/s, công suất động cơ N
P

P

14.300 kW và có dự án chế tạo động cơ điện kéo máy bơm với công suất N

=

= 200.000

kW. Các bộ phận và công dụng của từng bộ phận trạm bơm được diễn tả như hình 1.1.

Hình 1.1. Sơ đồ bố trí hệ thống các công trình trạm bơm
- Công trình cửa lấy nước 1, lấy nước từ nguồn (lấy từ sông, hồ, kênh dẫn ...);
- Công trình dẫn nước 2, có nhiệm vụ đưa nước từ cửa lấy nước về bể
nước trước nhà máy bơm . Công trình dẫn nước có thể là kênh dẫn
hoặc xi phông . Trên công trình dẫn có thể có bể lắng cát

tập trung

, đường ống dẫn

3, nếu có luận chứng thỏa

đáng;
- Bể tập trung nước 4 nằm trước nhà máy bơm, nó có nhiệm vụ nối tiếp đường
dẫn với công trình nhận nước (Bể hút) của nhà máy sao cho thuận dòng ;
- Công trình nhận nước 9 (Bể hút) lấy nước từ bể tập trung và cung cấp nước cho
ống hút hoặc ống tự chảy vào máy bơm;
- Nhà máy bơm 5, đây là nơi đặt các tổ máy bơm và các thiết bị phụ cơ điện ;
- Đường ống áp lực (ống đẩy) 6, đưa nước từ máy bơm lên công trình tháo 7;
- Công trình tháo 7 (Bể xả) nhận nước từ ống đẩy , làm ổn định mự c nước, phân
phối nước cho kênh dẫn 8 hoặc công trình nhận nước .
1.2. CÁC LOẠI TRẠM BƠM ĐÃ XÂY DỰNG Ở KHU VỰC BẮC NINH

1.2.1. Giới thiệu các loại trạm bơm .
Trạm bơm được xây dựng gồm 2 loại chính :

Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp Cao học: 17C2


6

- Loại 1: Máy bơm trục đứng được áp dụn g cho các trạm bơm có lưu lượng
thiết kế lớn , yêu cầu cột nước thấp (hiệu quả nhất là từ 4-5m). Loại này thích hợp với
các trạm bơm dùng để phục vụ tiêu thoát nước .
- Loại 2: Máy bơm trục ngang , trục xiên, máy bơm ly tâm t hường được áp dụng
cho trạm bơm có lưu lượng thiết kế nhỏ , yêu cầu cột nước cao hơn .
Trong khuôn khổ của luận văn tác giả xin giới thiệu và nghiên cứu các loại trạm
bơm trục đứng .
1.2.1.1. Trạm bơm loại 1:
Bao gồm các trạm bơm trục đứng dùng điện cao thế 6KV, dùng động cơ điện
đồng bộ công suất 500KW lắp với máy bơm 32.000m3/h, được điều khiển tự động như
P

P

các trạm bơm: Cốc Thành, Cổ Đam, Hữu Bị, Vĩnh Trị, Nam Định.
1.2.1.2. Trạm bơm loại 2:
Bao gồm các trạm bơm trục đứng dùng điện cao thế 6KV, dùng động cơ điện
không đồng bộ công suất 300 ÷ 320KW lắp với máy bơm 10.000m3/h, được điều
P

P

khiển bán tự động như các trạm bơm: Nhâm Tràng, Như Trác, Trịnh Xá, Linh Cảm,
Hiền Lương, Kim Đôi, Tân Chi.
1.2.1.3. Trạm bơm loại 3:
Bao gồm các trạm bơm dùng điện hạ thế 380V, lắp với bơm trục đứng lưu lượng
4.000 ÷ 8.000m3/h, cơng suất động cơ 75 ÷ 200KW như các trạm bơm: Đan Hoài, La
P

P

Khê, Hồng Vân, Ấp Bắc, Nam Hồng, Văn Lâm, Văn Giang, Mai Xá, Kênh Vàng, Vân
Đình, Ngoại Độ.
1.2.1.4. Trạm bơm loại 4:
Bao gồm các trạm bơm dùng điện hạ thế 380V, lắp với máy bơm có lưu lượng
1.000 ÷ 2.500m3/h, cơng suất động cơ 30 ÷ 60KW.
P

P

1.2.2. Các loại trạm bơm đã xây dựng ở tỉnh Bắc Ninh.
Toàn tỉnh Bắc Ninh chia làm hai vùng tưới: Vùng tưới hệ thống thủy nông Bắc
Đuống và vùng tưới hệ thống thủy nông Nam Đuống.
1.2.2.1. Vùng tưới hệ thống thủy nông Bắc Đuống:
Vùng tưới hệ thống thủy nông Bắc Đuống chia làm hai khu tưới:

Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp Cao học: 17C2

7

- Khu tưới lấy nước sơng ngồi: lấy nước sơng Đuống, sông Cầu, sông Cà Lồ.
Khu tưới lấy nước trực tiếp gồm 18 trạm bơm do Công ty Thủy nông Bắc Đuống quản
lý (bao gồm 3 trạm bơm lấy nước sông Đuống, 1 trạm bơm lấy nước sông Cà Lồ và 14
trạm bơm lấy nước sông Cầu) và 15 trạm bơm do địa phương quản lý. Một số cơng
trình đầu mối tưới chính:
+ Trạm bơm Trịnh Xá: Cơng suất thiết kế 8 x 10.000m3/h; diện tích tưới 11.318
P

P

ha đất canh tác của các huyện Yên Phong, Tiên Du, Thị xã Từ Sơn, TP Bắc Ninh và 12
xã Nam đường 18 của huyện Quế Võ. Do xây dựng từ năm 1964 nên hiện nay các thiết
bị điện già cỗi hay bị sự cố bất thường, có 02 động cơ điện (máy 4 và máy 7) đã phải
thay mới cuộn dây Stator, phần cơ khí bị mài mịn, sửa chữa, thay thế các chi tiêt máy
nên không thể đưa các thông số kỹ thuật về như nguyên thủy ban đầu được, do vậy
năng lực phục vụ kém, không đảm bảo phục vụ sản xuất.
+ Trạm bơm Thái Hòa: Là trạm bơm tưới tiêu kết hợp, xây dựng năm 1988
được nâng cấp cải tạo năm 1998. Công suất thiết kế là 21 x 1000 m3/h. Trạm có nhiệm
P

P

vụ tưới cho 1.500ha khu vực cuối kênh Nam Trịnh xá và khu Thái Hòa – Quế Võ từ
La Miệt trở lại và tiêu cho 1.540ha của khu Phượng Mao ra sơng Đuống. Diện tích
tưới thực tế hiện nay là 1.153ha.
+ Trạm bơm Kim Đôi 1: Là trạm bơm tưới tiêu kết hợp, được xây dựng năm

1966. Công suất thiết kế là 5 x 10.000 m3/h, diện tích tưới thiết kế là 3.000ha; diện tích
P

P

tưới thực tế là 1.415ha. Trạm bơm được xây dựng vào năm 1968, hiện nay các thiết bị
điện già cỗi hay có sự cố bất thường, phần cơ khí bị mài mịn, sửa chữa hoặc thay thế các
chi tiết máy hết sức khó khăn khơng thể đưa các thơng số kỹ thuật về kích thước nguyên
thủy ban đầu được nên độ ổn định tuổi thọ của tổ máy sau chu kỳ đại tu giảm nhiều.
+ Trạm bơm Xuân Viên: Là trạm bơm tưới tiêu kết hợp, được xây dựng năm
1971. Công suất thiết kế là 10 x 1000 m3/h, diện tích tưới thiết kế là 973ha; diện tích
P

P

tưới thực tế là 197ha. Trạm bơm được xây dựng năm 1971, phần điện kém, lạc hậu,
khơng an tồn, phần cơ máy bơm mịn, hư hỏng lớn, mỗi lần sửa chữa rất tốn kém.
Hiệu quả cơng suất cịn lại khoảng 45-60%.

Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp Cao học: 17C2


8

+ Trạm bơm Cầu Găng: Diện tích tưới thiết kế là 450ha; diện tích tưới thực tế là
232ha. Trạm bơm được xây dựng năm 1980, phần điện đóng cắt trực tiếp, bảo vệ sơ sài,
độ tin cậy kém. Phần cơ hư hỏng nhiều, ống xả kém, hiệu suất còn lại khoảng 50-60%.
+ Trạm bơm Thọ Đức: Trạm bơm tưới xây dựng năm 1997, công suất thiết kế

là 3 x 1000 m3/h. Diện tích tưới thiết kế là 471ha; diện tích tưới thực tế là 338ha.
P

P

+ Trạm bơm Phùng Dị: Trạm bơm tưới xây dựng năm 1983, công suất thiết kế
là 2 x 1000 m3/h. Diện tích tưới thiết kế là 410ha; diện tích tưới thực tế là 140ha.
P

P

+ Trạm bơm Sài Đồng: Trạm bơm tưới xây dựng năm 1975, công suất thiết kế
là 2 x 1000 m3/h. Diện tích tưới thiết kế là 500ha; diện tích tưới thực tế là 318ha.
P

P

- Khu tưới lấy nước sông trục và kênh tiêu nội đồng: Tồn hệ thống có 25
trạm bơm lấy nước sông trục do công ty thủy nông Bắc Đuống quản lý, diện tích tưới
thiết kế là 4.199ha, diện tích tưới thực tế là 2.940ha và 150 trạm bơm do địa phương
quản lý có diện tích tưới thiết kế là 5.578ha, diện tích tươi thực tế là 4.462ha.
1.2.2.2. Vùng tưới hệ thống thủy nông Nam Đuống:
Hệ thống thủy nông Nam Đuống có hai nguồn lấy nước chủ yếu là sơng trục Bắc
Hưng Hải và sông Đuống.
- Khu tưới lấy nước từ nguồn Bắc Hưng Hải: Đây là nguồn cung cấp nước chủ
yếu của hệ thống thủy nơng Nam Đuống. Tồn khu tưới có 18 trạm bơm do cơng ty
thủy nơng Nam Đuống quản lý (Diện tích tưới thiết kế là 18.905ha, diện tích tưới thực
tế là 14.034ha) và 165 trạm bơm do địa phương quản lý. Một số cơng trình đầu mối
tưới chính:
+ Trạm bơm Như Quỳnh: Trạm bơm mới được nâng cấp sửa chữa, công suất lắp

máy là 4 x 10.8000 m3/h với diện tích tưới ban đầu là 16.500ha tưới cho diện tích canh
P

P

tác các huyện Thuận Thành, Gia Bình, Lương Tài tỉnh Bắc Ninh và một phần diện tích
của huyện Gia Lâm. Sau khi nâng cấp cơng trình khơng phát huy được hiệu quả gây
khó khăn trong việc lấy nước tưới.
+ Trạm bơm Ngọc Quan: Trạm bơm tưới tiêu kết hợp, công suất lắp máy là 5 x
4.000 m3/h với diện tích tưới thiết kế là 3.687ha, diện tích tưới thực tế là 1.620ha, kết
P

P

hợp cho tiêu 1.080ha.

Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp Cao học: 17C2


9

+ Trạm bơm Kênh Vàng 1: Trạm bơm tưới, công suất thiết kế là 8 x 1.800 m3/h
P

P

với diện tích tưới thiết kế là 2.000ha, diện tích tưới thực tế là 987ha.
+ Trạm bơm Xuân Lai: Trạm bơm tưới tiêu kết hợp, công suất thiết kế là 8 x

1.000 m3/h với diện tích tưới thiết kế là 2.450ha, diện tích tưới thực tế là 500ha.
P

P

- Khu tưới lấy nước từ nguồn sơng Đuống: Có 2 trạm bơm do cơng ty thủy
nông Nam Đuống quản lý (trạm bơm Môn Quảng, Song Giang) và 2 trạm bơm do địa
phương quản lý (trạm bơm Hữu Ái, Cổ Thiết). Diện tích tưới thiết kế là 3.939ha, diện
tích tưới thực tế là 3.859ha.
+ Trạm bơm Môn Quảng: Trạm bơm tưới, công suất thiết kế là 11 x 1.800 m3/h
P

P

với diện tích tưới thiết kế là 3.000ha, diện tích tưới thực tế là 3.600ha.
+ Trạm bơm Song Giang: Trạm bơm tưới, công suất thiết kế là 6 x 2.730 m3/h
P

P

với diện tích tưới thiết kế là 750ha, diện tích tưới thực tế là 230ha.
1.3. CÁC HƯ HỎNG ĐÃ GẶP VÀ MỘT SỐ TỒN TẠI KHÁCH QUAN DO TRONG
THIẾT KẾ CHƯA TÍNH TỚI DO VẬY CẦN BỔ SUNG

1.3.1. Đối với cơng trình thủy cơng.
1.3.1.1. Những sự cố hư hỏng do thiết kế:
- Cửa lấy nước bị bồi thường gặp ở trạm bơm lấy nước ven sông Hồng.
- Trạm bơm đặt xa sông lấy nước gây tốn kém kinh phí để nạo vét kênh.
- Cửa lấy nước bị treo (mực nước BH quá thấp).
- Trạm bơm bị xói lở, bị ngập, bị treo.

- Những nguyên nhân gây ra:
+ Điều tra, thu thập thiếu tài liệu về thủy văn cơng trình.
+ Tính tốn sai chế độ thủy lực dịng chảy.
+ Thiên nhiên diễn biến ngày càng khó lường khơng theo quy luật, luồng lạch
dẫn nước thay đổi theo thời gian.
1.3.1.2. Lún nền, gây gãy móng nhà trạm:
- Những nguyên nhân gây ra.
+ Khi thiết kế các trạm bơm không tính lún, khi xảy ra lún mới tính kiểm tra
hoặc chỉ tính lún của trạm bơm khơng tính lún của BX, BH. Gian tủ điện, gian điều
hành là những bộ phận không xử lý nền hoặc xử lý nền chỉ bằng đệm cát nhất là các
trạm bơm có địa chất rất xấu không xử lý nền triệt để.
Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp Cao học: 17C2


10

+ Chưa tính đến ảnh hưởng của lớp đất đắp sau tường bên của BX.
+ Không xử lý bằng cùng một biện pháp tương xứng hoặc do sự cố kết của phần
đất tiếp xúc với bộ phận cơng trình làm phát sinh lực nén tác động vào cơng trình.
+ Thiết kế biện pháp tiêu nước hố móng khơng thích hợp.
+ Thi cơng biện pháp tiêu nước hố móng khơng tốt, làm hỏng sự cố kết của đất
nền cơng trình.
+ Thi công biện pháp xử lý nền chưa đảm bảo chất lượng và không theo đúng
đồ án thiết, độ chối chưa đạt độ chối thiết kế.
1.3.1.3. Thấm nước mạnh vào tầng máy bơm:
- Những nguyên nhân gây ra:
+ Thiết kế kết cấu phần dưới nước không đảm bảo khả năng chống thấm.
+ Thiết kế khơng có biện pháp chống thấm ở phía ngồi thành trạm bơm.

+ Thi cơng phần dưới nước của trạm và thực hiện biện pháp chống thấm không
đảm bảo chất lượng.
1.3.2. Đối với máy bơm và các thiết bị điện.
1.3.2.1. Những hư hỏng thường gặp đối với các trạm bơm:
Các máy bơm thường được chế tạo từ những năm 60 của thế kỷ trước. Các máy
bơm nhiều lần đại tu sửa chữa, thay thế tại chỗ bánh xe công tác, các bạc đỡ, trục bơm
và các thiết bị đóng cắt điện. Các thiết bị và chi tiết máy được thay thế không đồng bộ,
sản xuất trong nước dẫn đến thường xuyên có các sự cố về các chi tiết hoạt động như
bánh xe công tác, gối đỡ, trục bơm, cánh hướng... gây ra hiện tượng gầm rú máy và độ
rơ giữa các chi tiết lớn. Tại các ổ trục, nước bị rò rỉ lớn, khe hở giữa vành mịn và bánh
xe cơng tác lớn do đó hiệu suất máy bơm giảm rất nhiều. Mặt khác, động cơ điện do sử
dụng quá lâu dẫn đến chất cách điện giòn, bở, dễ gãy nên dẫn đến tình trạng hay xảy ra
sự cố về điện và hiệu suất động cơ thấp. Các động cơ điện thường xuyên bị cháy các
cuộn dây do hệ thống tủ điều khiển bảo vệ không an toàn.
1.3.2.2. Hư hỏng về hệ thống điều khiển, điện:
- Thiết bị đóng cắt cơng nghệ đã cũ và lạc hậu vì vậy khả năng cắt dịng kém, độ
an tồn về điện không cao, khả năng bảo vệ và cắt khi có sự cố kém.
- Hiệu suất sử dụng của hệ thống thấp.
Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp Cao học: 17C2


11

- Hiện nay, do các thiết bị cũ đã không cịn được sản xuất nữa nên khơng có thiết
bị đồng bộ để thay thế khi xẩy ra hỏng hóc, sự cố.
- Hệ thống đo lường và bảo vệ hiện tại được thiết kế và lắp đặt từ rất lâu, đã cũ và
lạc hậu. Các thiết bị hầu hết không an tồn về điện, các số liệu đo lường khơng chính
xác và khơng cịn sử dụng được nữa.

- Tính năng bảo vệ của hệ thống kém, khơng an tồn cho thiết bị và con người
trong quá trình làm việc và thao tác.
- Hệ thống tủ điều khiển: Các thiết bị đã cũ, cồng kềnh, khơng an tồn về điện.
Người sử dụng khó giám sát và vận hành.
- Hệ thống tủ điện: Hệ thống tủ điện được thiết kế theo các kích thước của các
thiết bị cũ khơng cịn phù hợp với các thiết bị điện đời mới. Tủ điện được thiết kế cồng
kềnh không đảm bảo mỹ quan và tiện lợi cho người vận hành. Cần thay mới lại toàn
bộ hệ thống tủ điện cho phù hợp với các tiêu chuẩn của thiết bị điện đời mới.
1.4. MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRẠM BƠM ĐÃ XÂY DỰNG Ở BẮC NINH

* Trạm bơm Hán Quảng: Thuộc huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh hoàn thành vào
năm 2010. Trạm bơm gồm 5 tổ máy bơm hỗn lưu trục đứng ký hiệu 1350VZM do Tập
đoàn EBARA sản xuất. Lưu lượng mỗi tổ máy là 33.8400 m3/h, cột nước bơm 7,68m,
tốc độ vòng quay 590v/p, động cơ cơng suất 250kw.

Hình 1.2: Hình ảnh trạm bơm Hán Quảng
Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp Cao học: 17C2


12

Hình 1.3: Máy được lắp đặt tại trạm bơm Hán Quảng
* Trạm bơm Tân Chi 2: Thuộc huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh hoàn thành vào năm
1999 từ nguồn vốn tài trợ của Nhật Bản. Trạm bơm gồm 4 tổ máy bơm hỗn lưu trục
đứng ký hiệu 1350VZM do Tập đoàn EBARA sản xuất. Lưu lượng mỗi tổ máy là
14.400 m3/h, cột nước bơm 7,3m, tốc độ vòng quay 245v/p, động cơ công suất 400kw.
Đây là trạm bơm tiêu lớn nhất của tỉnh Bắc Ninh.

Hình 1.4: Hình ảnh trạm bơm Tân Chi 2
Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp Cao học: 17C2


13

Hình 1.5: Máy được lắp đặt tại trạm Tân Chi 2
* Trạm bơm Trịnh Xá: Thuộc thị xã Từ Sơn, tỉnh Bắc Ninh được đi vào hoạt động và
những năm 1969. Trạm bơm gồm 8 tổ máy trục đứng có ký hiệu KP1-87 lưu lượng
mỗi tổ máy là 11.000 m3/h, cột nước bơm 6m, sử dụng động cơ điện 320kw điện áp
6KV. Đây là trạm bơm tiêu do Triều Tiên sản xuất theo kiểu 04-87 của Liên Xơ.

Hình 1.6: Hình ảnh trạm bơm Trịnh Xá
Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp Cao học: 17C2


14

Hình 1.7: Máy được lắp đặt tại trạm Trịnh Xá
* Trạm bơm Hiền Lương: Thuộc huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh được đi vào hoạt
động năm 1968. Trạm bơm gồm 9 tổ máy trục đứng có ký hiệu KP1-87 lưu lượng mỗi
tổ máy là 11.000 m3/h, cột nước bơm 6m, sử dụng động cơ điện 320kw điện áp 6KV.
Đây là trạm bơm tiêu do Triều Tiên sản xuất theo kiểu 04-87 của Liên Xơ.

Hình 1.8: Hình ảnh trạm bơm Hiền Lương
Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp Cao học: 17C2


15

Hình 1.9: Máy được lắp đặt tại trạm Hiền Lương
1.5. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐỘNG ĐẤT [12], [13], [18], [19]

1.5.1. Khái niệm động đất và các thông số đo động đất
1.5.1.1. Khái niệm động đất:
Động đất là hiện tượng rung động đột ngột mạnh mẽ của vỏ trái đất do sự dịch
chuyển các mảnh thạch quyển hoặc các đứt gãy trong vỏ quả đất và được truyền qua
những khoảng cách lớn dưới dạng các dao động đàn hồi. Bất kỳ một trận động đất nào
cũng liên quan đến sự tỏa ra năng lượng từ một nơi nhất định. Có nhiều nguyên nhân
dẫn đến sự phát sinh năng lượng gây ra động đất, sau đây là một vài nguyên nhân
chính thường gặp ([12], [18]):
- Sự va chạm của các mảnh thiên thạch vào vỏ trái đất.
- Các vụ thử bom hạt nhân ngầm dưới đất.
- Các hoạt động xây dựng hồ chứa làm mất cân bằng trọng lực của mơi trường.
- Các hang động trong lịng đất bị sập.
- Sự vận động kiến tạo của trái đất: Đây là nguyên nhân chủ yếu gây ra các vụ
động đất. Theo thống kê 95% các trận động đất xảy ra trên thế giới có liên quan đến sự
vận động kiến tạo.

Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp Cao học: 17C2

16

Động đất xảy ra nhiều nhất theo vành đai động đất Thái Bình Dương (chiếm
75%); một phần ít hơn xảy ra ở vành đai Địa Trung Hải, Hymalaya, Biển Đông,
Indonesia (chiếm 23%) và chỉ còn 2% xảy ra trên đất liền [12].
1.5.1.2. Các thông số đo động đất:
Trung tâm của các chuyển động địa chấn, nơi phát ra năng lượng về mặt lý
thuyết được quy về một điểm gọi là chấn tiêu của động đất (Hypocenter hoặc Focus).
Hình chiếu của chấn tiêu lên mặt đất gọi là chấn tâm (Epicenter) của động đất (Hình
1.10).
Độ sâu chấn tiêu H là khoảng cách từ chấn tiêu lên mặt đất, tức là khoẳng cách từ
chấn tiêu đến chấn tâm. Khoảng cách chấn tiêu là khoảng cách từ một điểm bất kỳ trên
mặt đất tới chấn tiêu (còn gọi là tiêu cự, ký hiệu là ∆). Khoảng cách chân tâm của một
điểm là khoảng cách từ điểm đó đến chấn tâm (cịn gọi là tâm cự, ký hiệu là D).
Chấn tiêu ở độ sâu 300÷700Km gọi là chấn tiêu sâu, chấn tiêu trung bình từ
60÷300km, chấn tiêu bình thường <60Km, chấn tiêu nơng <15Km. Chấn tiêu sâu nhất
đo được là 720Km ở Florida – Mỹ. Động đất có sức tàn phá lớn nhất là động đất có
chấn tiêu nơng, tồn bộ năng lượng được giải phóng là 75% năng lượng đàn hồi tích
luỹ. Động đất ở khu vực đồng bằng trũng Hà Nội có chấn tiêu 15÷20Km, thuộc loại
động đất có chấn tiêu nơng ([1], [19]).

Hình 1.10: Chấn tâm, chấn tiêu

Học viên: Nguyễn Văn Đạt

Lớp Cao học: 17C2