BÀI TẬP LỚN PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY TRONG KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BÀI TẬP LỚN
PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY TRONG KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH

Giảng viên hướng dẫn: TS Mai Văn Cơng
Học viên: ………………………………….
Mã học viên: ……………………………...
Lớp: 23QLXD22
STT: 01

Hà Nội, năm 2016


Giảng viên: TS Mai Văn Cơng

ĐỀ BÀI
Đập chính trong hệ thống cơng trình đầu mối gồm 03 đập đất; độ tin cậy/ xác
suất hư hỏng của Đập 1 chưa biết; Đập 2 & 3 đã biết trước
(i.e. Pf-sect2=0.005; Pf-sect3=0.001 / năm);
Biết rằng đập đất có thể gặp sự cố chủ yếu do các cơ chế phá hỏng: Chảy tràn;
mất ổn định địa kỹ thuật mái trong (trượt mái); … và xói ngầm- đẩy trồi.
Các tham số thống kê của các biến tải trọng và độ bền cho theo bảng dưới.
Tiêu chuẩn an toàn của vùng hạ du là 1/100 trên năm.
Yêu cầu:
1) Xác định độ tin cậy/ xác suất sự cố của đập 1 và cả hệ thống cả ba đập?
2) Xác định ảnh hưởng của các biến đến an toàn hệ thống?
3) Cơ chế phá hỏng nào ảnh hưởng nhiều nhất đến an toàn hệ thống?
Tham số thống kê của các biến tải trọng và độ bền cho tại bảng sau:

Ký hiệu

Mơ tả biến

Đơn vị

Zdc
Zwl

Cao trình đỉnh đập
Mực nước thiết kế
Chiều dài đường viền
thấm
Hệ số mái thượng lưu
Hệ số mơ hình
Chiều dày tầng sét phủ
nền (lớp trên cùng)
Hệ số Bligh
Dung trọng bão hòa đất
nền
Mực nước hạ lưu
Dung trọng riêng của nước
Hệ số an toàn ổn định
Bishop

m
m

Luật
phân

phối
Norm
Norm

m

Norm

175

5

-

Norm
Norm

4
1.67

0.15
0.33

m

Norm

11

0.6

-

Deter

15

kN/m3

Norm

18

m
kN/m3

Deter
Deter

0
10

-

Norm

1.65

Lk
m

md
d
cB
ρc
Zinland
ρw
S.F. bishop

Học viên: ……………………… - STT: ………

-

Trị
trung
bình
22.5
18.810

Độ lệch
chuẩn
1
1.845

1

0.2

2

Giảng viên: TS Mai Văn Công

BÀI LÀM
1) Xác định độ tin cậy/ xác suất sự cố của đập 1 và cả hệ thống cả ba đập?
Ta có:
- Hàm tin cậy của cơ chế chảy tràn:
Z1 = Z dc − Z wl

Trong đó:
Zdc
Zwl

:Cao trình đỉnh đập
:Mực nước thiết kế

(m)
(m)

- Hàm tin cậy của cơ chế mất ổn định địa kỹ thuật mái trong:
Z 2 = S .Fbishob − 1.15

Trong đó:
S.Fbishop

:Hệ số an toàn ổn định Bishop

- Hàm tin cậy của cơ chế xói ngầm:
Z 31 = md .Lt / c − ∆H

Trong đó:

Lt = Lk + d
md
Lk
d
c= cB
∆H = Z wl − Z inland

:Hệ số mơ hình
:Chiều dài đường viền thấm
:Chiều dày tầng sét phủ nền (lớp trên cùng)
:Hệ số Bligh

(m)
(m)

:Chênh lệch mực nước

(m)

- Hàm tin cậy của cơ chế đẩy trồi:
Z 32 = ρ c . g .d − ρ w . g .∆H

Trong đó:
ρc
ρw
g
d
∆H = Z wl − Z inland

: Dung trọng bão hòa đất nền

: Dung trọng riêng của nước
: Gia tốc trọng trường
: Chiều dày tầng sét phủ nền (lớp trên cùng)
: Chênh lệch mực nước

(kN/m3)
(kN/m3)
(m)
(m)

Sử dụng phần mềm Prob2B, ta xác định được xác suất sự cố chảy tràn:
Number of calculations (FORM) : 61
Học viên: ……………………… - STT: ………

3


Giảng viên: TS Mai Văn Công

Beta : 1.758E000
P_f : 3.935E-02
Model

Parameter

alfa

1

Variable

Zdc

4.765E-01

2

Variable

Zwl

-8.792E-01

Sử dụng phần mềm Prob2B, ta xác định được xác suất sự cố mât ổn định địa
kỹ thuật:
Number of calculations (FORM) : 43
Beta : 2.500E000
P_f : 6.210E-03

1

Model

Parameter

Variable

S.Fbishob

alfa

X

1.000E000 1.150E000

z-value
1

5.600E-01

43

0.000E00
Sử dụng phần mềm Prob2B, ta xác định được xác suất sự cố xói ngầm:

Number of calculations (FORM) : 141
Beta : 4.200E-01
P_f : 3.372E-01
ModelParameter

alfa

1

Variable

Lk

1.141E-01

2

Variable

Zinland

0.000E00

Học viên: ……………………… - STT: ………

4


Giảng viên: TS Mai Văn Công

3

Variable

Zwl

-4.088E-01

4

Variable

cB

0.000E00

5

Variable

d

1.369E-02

6

Variable

md

9.054E-01

Sử dụng phần mềm Prob2B, ta xác định được xác suất sự cố đẩy trồi:
Number of calculations (FORM) : 121
Beta : 4.126E-01
P_f : 3.399E-01
ModelParameter

alfa

1

Variable

Zinland

0.000E00

2

Variable

Zwl

-7.706E-01

3

Variable

d

4.464E-01

4

Variable

pc

4.548E-01

5

Variable

pw

0.000E00

Học viên: ……………………… - STT: ………

5


Giảng viên: TS Mai Văn Công

Sử dụng phần mềm Open FTA, ta có cây hệ thống cho sự cố đập 1:

Sử dụng phần mềm Open FTA, ta có báo cáo kết quả tính tốn độ tin cậy cho sự cố
của đập 1:
Monte Carlo Simulation
======================
Tree : 1.1.fta
Time : Tue Nov 08 03:15:51 2016
Note: Only runs with at least one component failure are simulated
Number of primary events = 4
Number of tests
Unit Time span used

= 10000
= 1.000000

Number of system failures = 2619
Probability of at least = 5.823119E-001 ( exact )

Học viên: ……………………… - STT: ………

6


Giảng viên: TS Mai Văn Công

one component failure
Probability of top event = 1.525075E-001 ( +/- 2.980049E-003 )
Rank

Failure mode

Failures Estimated Probability

Importance

1

Z31 Z32

1862

1.084265E-001 ( +/- 2.512728E-003 ) 71.10%

2

Z1

287

1.671235E-002 ( +/- 9.864990E-004 ) 10.96%

3

Z1 Z32

168

9.782841E-003 ( +/- 7.547625E-004 ) 6.41%

4

Z1 Z31

145

8.443523E-003 ( +/- 7.011964E-004 ) 5.54%

5

Z1 Z31 Z32

60

3.493872E-003 ( +/- 4.510569E-004 ) 2.29%

6

Z2

45

2.620404E-003 ( +/- 3.906267E-004 ) 1.72%

7

Z2 Z31

24

1.397549E-003 ( +/- 2.852734E-004 ) 0.92%

8

Z2 Z32

15

8.734679E-004 ( +/- 2.255284E-004 ) 0.57%

9

Z2 Z31 Z32

10

5.823119E-004 ( +/- 1.841432E-004 ) 0.38%

10

Z1 Z2

3

1.746936E-004 ( +/- 1.008594E-004 ) 0.11%

Compressed:
Rank

Failure mode

Failures Estimated Probability

Importance

1

Z2

97

5.648426E-003 ( +/- 5.735107E-004 ) 3.70%

2

Z1

663

3.860728E-002 ( +/- 1.499383E-003 ) 25.32%

3

Z31 Z32

1932

1.125027E-001 ( +/- 2.559524E-003 ) 73.77%

Primary Event Analysis:
Event
Z1

Failure contrib.
3.860728E-002

Importance
25.32%

Học viên: ……………………… - STT: ………

7


Giảng viên: TS Mai Văn Công

Z2

5.648426E-003

3.70%

Z31

1.125027E-001

73.77%

Z32

1.125027E-001

73.77%

Độ tin cậy/ xác suất sự cố của đập 1 là:
Probability of top event = 1.525075E-001 ( +/- 2.980049E-003 )
Sử dụng phần mềm Open FTA, ta có cây hệ thống cho sự cố của hệ thống 3 đập:

Học viên: ……………………… - STT: ………

8


Giảng viên: TS Mai Văn Công

Sử dụng phần mềm Open FTA, ta có báo cáo kết quả tính tốn độ tin cậy cho sự cố
hệ thống ba đập:
Monte Carlo Simulation
======================

Tree : 1.fta
Time : Tue Nov 08 02:56:05 2016
Note: Only runs with at least one component failure are simulated
Number of primary events = 6
Number of tests

= 10000

Unit Time span used

= 1.000000

Number of system failures = 2676
Probability of at least = 5.848160E-001 ( exact )
one component failure
Probability of top event = 1.564968E-001 ( +/- 3.025257E-003 )
Rank

Failure mode

Failures Estimated Probability

Importance

1

Z31 Z32

1821

1.064950E-001 ( +/- 2.495596E-003 ) 68.05%

2

Z1

300

1.754448E-002 ( +/- 1.012931E-003 ) 11.21%

3

Z1 Z32

157

9.181611E-003 ( +/- 7.327723E-004 ) 5.87%

4

Z1 Z31

130

7.602608E-003 ( +/- 6.667928E-004 ) 4.86%

5

Z1 Z31 Z32

69

4.035230E-003 ( +/- 4.857846E-004 ) 2.58%

6

Z2

46

2.690154E-003 ( +/- 3.966415E-004 ) 1.72%

7

DAP2

29

1.695966E-003 ( +/- 3.149330E-004 ) 1.08%

Học viên: ……………………… - STT: ………

9


Giảng viên: TS Mai Văn Công

8

Z2 Z31

26

1.520522E-003 ( +/- 2.981988E-004 ) 0.97%

9

Z2 Z32

25

1.462040E-003 ( +/- 2.924080E-004 ) 0.93%

10

DAP2 Z32

20

1.169632E-003 ( +/- 2.615377E-004 ) 0.75%

11

DAP2 Z31

17

9.941872E-004 ( +/- 2.411258E-004 ) 0.64%

12

DAP2 Z31 Z32

9

5.263344E-004 ( +/- 1.754448E-004 ) 0.34%

13

Z2 Z31 Z32

7

4.093712E-004 ( +/- 1.547278E-004 ) 0.26%

14

DAP3

5

2.924080E-004 ( +/- 1.307688E-004 ) 0.19%

15

DAP3 Z32

4

2.339264E-004 ( +/- 1.169632E-004 ) 0.15%

16

Z1 Z2

3

1.754448E-004 ( +/- 1.012931E-004 ) 0.11%

17

DAP2 Z1 Z32

2

1.169632E-004 ( +/- 8.270547E-005 ) 0.07%

18

DAP3 Z31 Z32

2

1.169632E-004 ( +/- 8.270547E-005 ) 0.07%

19

DAP3 Z31

1

5.848160E-005 ( +/- 5.848160E-005 ) 0.04%

20

DAP2 Z1

1

5.848160E-005 ( +/- 5.848160E-005 ) 0.04%

21 DAP2 Z2 Z32

1

5.848160E-005 ( +/- 5.848160E-005 ) 0.04%

22

1

5.848160E-005 ( +/- 5.848160E-005 ) 0.04%

Z1 Z2 Z32

Compressed:
Rank

Failure mode

Failures Estimated Probability

Importance

1

DAP3

12

7.017792E-004 ( +/- 2.025862E-004 ) 0.45%

2

DAP2

79

4.620046E-003 ( +/- 5.197958E-004 ) 2.95%

3

Z2

109

6.374494E-003 ( +/- 6.105658E-004 ) 4.07%

4

Z1

663

3.877330E-002 ( +/- 1.505830E-003 ) 24.78%

5

Z31 Z32

1908

1.115829E-001 ( +/- 2.554515E-003 ) 71.30%

Học viên: ……………………… - STT: ………

10


Giảng viên: TS Mai Văn Công

Primary Event Analysis:
Event

Failure contrib.

Importance

DAP2

4.620046E-003

2.95%

DAP3

7.017792E-004

0.45%

Z1

3.877330E-002

24.78%

Z2

6.374494E-003

4.07%

Z31

1.115829E-001

71.30%

Z32

1.115829E-001

71.30%

Độ tin cậy/xác suất sự cố của hệ thống 3 đập là:
Probability of top event = 1.564968E-001 ( +/- 3.025257E-003 )
2) Xác định ảnh hưởng của các biến đến an toàn hệ thống?
Dựa trên kết quả tính tốn từ phần mềm Open FTA, ta có ảnh hưởng của các
biến đến an tồn hệ thống:
Ký hiệu
Zdc
Zwl
Lk
md

Mơ tả biến
Cao trình đỉnh đập
Mực nước thiết kế
Chiều dài đường viền thấm
Hệ số mơ hình

d

Chiều dày tầng sét phủ nền (lớp trên cùng)

cB
ρc

Hệ số Bligh
Dung trọng bão hòa đất nền

Mực nước hạ lưu
Dung trọng riêng của nước
Hệ số an toàn ổn định Bishop

Zinland
ρw
S.F. bishop

Hệ số ảnh hưởng
α
4.765Ε−01
−8.792Ε−01
1.141Ε−01
9.054Ε−01
1.369Ε−02
0
4.548Ε−01
0
0
1.000Ε000

3) Cơ chế phá hỏng nào ảnh hưởng nhiều nhất đến an tồn hệ thống?
Dựa vào kết quả tính tốn ảnh hưởng của các biến đến an tồn hệ thống, có thể
nhận thấy cơ chế chảy tràn ảnh hưởng nhiều nhất đến an toàn hệ thống.

Học viên: ……………………… - STT: ………

11