Tài liệu Xây dựng công nghệ phân tích ổn định trượt sâu của đập bê tông trọng lực theo hai hệ thống tiêu chuẩn nga việt và mỹ

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI Hiện nay khi tính toán kiểm tra ổn định đập bê tông nói chung ở Việt Nam vẫn còn tồn tại một số hạn chế. Với đặc thù thường được áp dụng của hình thức đập bê tông ở Việt Nam là xây dựng trên nền đá cứng nên việc tính toán ổn định thường được tiến hành kiểm tra với hình thức ổn định trượt phẳng với mặt trượt là mặt phẳng hoặc mặt gẫy khúc tiếp xúc giữa đáy đập và nền. Các tính toán kiểm tra ổn định của đập bê tông đang tuân thủ theo tiêu chuẩn ngành 14 TCN 56-88 ra đời vào những năm 80 của thế kỉ trước. Vấn đề ổn định của đập được xét đến dựa trên quan điểm xét đến đến ma sát cũng như thành phần chống cắt trên mặt phá hoại. Sự tương tác giữa các khối đất đá thượng và hạ lưu tác dụng lên đập cũng mới chỉ được đề cập đến thông qua việc thay thế tác dụng của chúng như những thành phần áp lực chủ và bị động. Chính quan điểm này đã dẫn đến việc chưa xét được đầy đủ các yếu tố của nền tương tác lên đập trong quá trình duy trì ổn định chống trượt. Tuy nhiên thực tế xây dựng đập bê tông ở Việt Nam nói chung , thông thường chiều sâu xử lý nền tương đối lớn.Một phần không nhỏ chiều cao đập được đặt ngập sâu vào nền. Chính vì vậy nên ảnh hưởng của các khối đất đá thượng và hạ lưu đập có ảnh hưởng không nhỏ đến vấn đề ổn định của đập. Chính vì vậy nên việc mô phỏng tác dụng của các khối đất đá này như những thành phần áp lực chủ, bị động để kiểm tra ổn định trượt của đập theo các mặt trượt giả định trước là còn nhiều hạn chế. Với đặc điểm tồn tại như vậy nên đề tài xây dựng công nghệ phân tích ổn định trượt sâu của đập bê tông trọng lực theo hai hệ thống tiêu chuẩn Nga- Việt và Mỹ nhằm tập trung nghiên cứu các quan điểm về tính toán ổn định, từ đó có những nhận định cũng như cách nhìn đúng đắn và chọn lựa ra được các quan điểm tính toán phù hợp với tình hình thực tế cũng như sự phát triển của khoa học công nghệ. Thông qua các nghiên cứu phân tích này có thể đưa ra được công nghệ tính toán ổn định trượt sâu của đập bê tông trọng lực nhằm tổng quát hóa công nghệ tính toán phân tích ổn định đập bê tông trọng lực. Hơn nữa, cùng với sự hòa nhập thế giới, càng ngày các công ty tư vấn thiết kế, xây dựng công trình từ nhiều nước trên thế giới cũng tham gia thiết kế, xây dựng nhiều công trình ở Việt Nam. Chính vì vậy nên đề tài này tiến hành nghiên cứu so sánh tính toán ổn định trượt của đập bê tông trọng lực nhằm có bức tranh tổng quát hơn về vấn đề ổn định của đập bê tông trọng lực. 1 I. Mục tiêu của đề tài: Thông qua hai hệ thống tiêu chuẩn Nga-Việt và Mỹ để có những so sánh và xây dựng được công nghệ tính toán phù hợp hơn đối với vấn đề ổn định trượt của đập bê tông trên nền. II. Kết quả đạt được của đề tài: 1. Nội dung chính của đề tài: Đề tài đã hoàn thành được 3 nội dung chủ yếu mà đề cương đã đặt ra với 3 nội dung chính: Chuyên đề 1:Tổng quan về tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên Thế giới và ở Việt Nam Chuyên đề 2: Phân tích các quan điểm tính toán ổn định đập bê tông trọng lực theo hai hệ thống tiêu chuẩn Việt – Nga và Mỹ. Chuyên đề 3: Xây dựng công nghệ tính toán ổn định trượt sâu của đập bê tông trọng lực. 2. Kết quả đạt được của đề tài: 2.1. Kết quả dạng II, III Đề tài đã hoàn thành 3 chuyên đề theo đúng đề cương đặt ra: Chuyên đề 1:Tổng quan về tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên Thế giới và ở Việt Nam Chuyên đề 2: Phân tích các quan điểm tính toán ổn định đập bê tông trọng lực theo hai hệ thống tiêu chuẩn Việt – Nga và Mỹ. Chuyên đề 3: Xây dựng công nghệ tính toán ổn định trượt sâu của đập bê tông trọng lực. 2.2. kết quả dạng IV. Đề tài đã hoành thành được nội dung và yêu cầu đề cương đặt ra: 1. Đào tạo được 2 thạc sỹ kỹ thuật : Tên đề tài Năm bảo vệ TT Tên học viên 1 Đoàn Bình Minh Nghiên cứu ổn định đập bê tông trọng lực khi có xét đến trượt sâu của nền 2 Hoàng Minh Tú Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tin học 03/2009 phân tích ổn định đập bê tông trọng lực 05/2008 2. Xây dựng công nghệ phân tích ổn định đập bê tông trọng lực theo tiêu chuẩn hiệp hội kỹ sư quân đội Mỹ. Nguyễn Quang Hùng, Hoàng Minh Tú. Tạp chí Thủy Lợi và Môi Trường 03/2009. Các kết quả của đề tài đã đạt được đủ nội dung và yêu cầu do đề cương đặt ra 2 III. Các kết quả chính của đề tài Thông qua thống kế , so sánh hai hệ thống tiêu chuẩn Nga- Việt và Mỹ , đề tài đã cho thấy rõ một số nét cơ bản về sự khác nhau giữa hai hệ thống tiêu chuẩn này và cho thấy rõ một số quan điểm chính trong các hệ thống tiêu chuẩn. Chính từ sự khác nhau từ quan điểm tính toán nên với mỗi một hệ thống tiêu chuẩn khác nhau đều có những điều kiện áp dụng khác nhau và kéo theo những hệ thống tiêu chuẩn phụ trợ kèm theo. Điểm khác biệt cơ bản giữa hai hệ thống tiêu chuẩn là việc phân cấp và tổ hợp tải trọng dùng trong tính toán. Nếu như trong hệ thống tiêu chuẩn Nga-Việt quy định phân cấp công trình theo nhiều cấp độ khác nhau phụ thuộc vào mức độ quan trọng của công trình và tổ hợp tải trọng theo tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời thì trong hệ thống tiêu chuẩn Mỹ lại có quan điểm khác biệt. Tiêu chuẩn Mỹ phân công trình thành 2 loại theo mức độ thiệt hại khi xảy ra đổ vỡ: Công trình nguy hiểm và công trình bình thường. Việc phân loại tải trọng cũng được phân chia theo tần suất xuất hiện một cách chặt chẽ hơn: tải trọng thường xuyên có tần suất xuất hiện P≥10%, không thường xuyên 3.3%o 10%) 4 Tổ hợp tải trọng: Tổ hợp tải trọng cơ bản, - Không thường xuyên 3.3%o =[FS] sâu R = (P’cosα + Qsinα Wđn) tgϕ I + m 1 Eb 2 cosα + A’C I ; Q = Qcosα P’sinα K= FS = [(Wi + Vi ) cos α i + (H Li − H Ri )sin α i + (Pi−1 − Pi )sin α i − U i ] tan φ i + C i L i (H Li − H Ri ) cos α i + (Pi−1 − Pi ) cos α i − (Wi + Vi )sin α i R ≥ [K ] Q 7 III.2 Xây dựng công nghệ tính toán ổn định trượt sâu Dựa trên hai hệ thống tiêu chuẩn Nga-Việt và Mỹ, đề tài đã tiến hành xây dựng công nghệ tính toán ổn định trượt của đập bê tông trọng lực theo sơ đồ hình 1: Hình 1 . Sơ đồ khối tính toán ổn định trượt của đập bê tông trọng lực theo chương trình ODDBTTL-TU2009 Nội dung tính toán theo các sơ đồ đã được trình bày trong mục 3.1 được thể hiện trong chương trình tính ODDBTTL-TU2009 viết bằng ngôn ngữ Microsoft SQL Server 2005 Bao gồm 3000 dòng lệnh được chia thành 3 modul chính . Modul 1 : chương trình nhập liệu. Phần modul này được thể hiện bằng hai loại giao diện chính. Việc nhập liệu được thực hiện trực tiếp trên màn hình với một trực quan sinh động và thể hiện rõ ràng tại các vị trí cần định vị trực tiếp. Các thông số nhập liệu này được nhúng trong các bảng tính Exel của bộ phần mềm Ofice. Chính vì vậy việc quản lý số liệu hết sức thuận tiện. Việc thay đổi số liệu có thể thực hiện trực tiếp thông qua hệ thống giao diện đồ họa của chương trình hoặc thay đổi trực tiếp trên hệ thống file exel của bộ phần mềm office mà chương trình đã tạo ra. Lựa chọn hệ thống tiêu chuẩn Lựa chọn sơ đồ tính toán Hình 3.1. Lựa chọn hệ thống tiêu chuẩn và sơ đồ tính toán 8 Hình 2. Nhập số liệu tính toán Modul 2: Chương trình tính toán hệ số an toàn Fs và K theo hai hệ thống tiêu chuẩn Mỹ và Nga-Việt. Modul chương trình này quản lý 2 modul chương trình nhỏ riêng biệt theo hai hệ thống. Trong đó modul tính theo hệ thống tiêu chuẩn Nga- Việt được tiến hành tính toán với bài toán hiện với trình tự giải tường minh theo trạng thái giới hạn theo sơ đồ khối hình 3.4. Modul tính theo hệ thống tiêu chuẩn Mỹ được tiến hành tính toán với bài toán giải đúng dần để tìm ra hệ thống an toàn ổn định nhỏ nhất theo sơ đồ khối hình 3.3. Mặt trượt nằm ngang Mặt trượt nghiêng Mặt trượt nghiên Mặt trượt sâu về thượng lưu về hạ lưu Hình 3 Tính toán hệ số ổn định theo các hệ thống tiêu chuẩn 9 Modul 3: Chương trình xuất kết quả và in kết quả tính toán. Chương trình này có nhiệm vụ lưu kết quả của các bước tính và xuất kết quả tính toán sang chương trình exel trong hệ thống office của công ty Microsoft phục vụ cho công tác viết báo cáo. Kết quả đồ thì tính toán Kết quả tính toán trung gian từng giai đoạn Hình 4. Kết quả tính toán III.3 NGHIÊN CỨU MỘT SỐ NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HỆ SỐ AN TOÀN ỔN ĐỊNH THEO HAI HỆ THỐNG TIÊU CHUẨN MỸ VÀ NGA-VIỆT. III.3.1 Các trường hợp tính toán Để có thể thấy rõ ảnh hưởng của các nhân tố tới hệ số an toàn ổn định của đập bê tông, đề tài đã tiến hành tính toán cho một loạt seri khác nhau với chiều cao đập thay đổi từ 10÷70 m , độ dốc mái hạ lưu đập thay đổi tương ứng với 3 hệ số 0,75 ; 0,85 và 0,95 ( tương ứng với các mặt cắt thông thường đã được xây dựng) , góc ma sát trong: φ=20o÷36o, lực dính đơn vị C= 0÷10T/m2. Chiều sâu đào hố móng tương ứng với 3 cấp đào cho mỗi trường hợp. Bảng 3 Các trường hợp tính toán nghiên cứu TT Chiều cao đập H Phi C Chiều rộng đập B (hệ số m) Chiều sâu đào móng h 1 10 20,30,36 0;1;1.8;3;3.6;5;10 0.75 ; 0.85 ; 0.95 2 ; 3; 4 2 20 20,30,36 0;1;1.8;3;3.6;5;10 0.75 ; 0.85 4 3 30 20,30,36 0;1;1.8;3;3.6;5;10 0.75 ; 0.85 5 4 40 20,30,36 0;1;1.8;3;3.6;5;10 0.75 ; 0.85 ; 0.95 6 ; 8 ;10 5 50 20,30,36 0;1;1.8;3;3.6;5;10 0.75 ; 0.85 10 6 60 20,30,36 0;1;1.8;3;3.6;5;10 0.75 ; 0.85 12 7 70 20,30,36 0;1;1.8;3;3.6;5;10 0.75 ; 0.85 ; 0.95 10 ; 12 ; 14 10 III.3.2 Một số nhận xét về các nhân tố ảnh hưởng Bảng 4. So sánh hai hệ thống tiêu chuẩn Mỹ và Nga-Việt TT 1 Hđập Tiêu chuẩn Mỹ H≤20 m [Fs]=1,5 - Hệ số an toàn Fs phụ thuộc chủ Tiêu chuẩn Nga- Việt [K]=1.21 - Hệ số an toàn Fs phụ thuộc chủ yếu vào góc ma sát trong φ của nền. . yếu vào góc ma sát trong φ của nền. - Hệ số an toàn Fs giảm rất nhanh khi chiều cao đập H tăng lên. - Hệ số an toàn K giảm nhanh khi chiều cao đập tăng lên nhưng - Chiều sâu đào móng h ảnh hưởng rất lớn đến độ an toàn của đập. không giảm nhanh bằng tiêu chuẩn Mỹ. - Yêu cầu chỉ tiêu cơ lý của nền cao - Mức độ ảnh hưởng của chiều sâu hơn so với hệ thống tiêu chuẩn đào móng ảnh hưởng đến K gần 2 0 Nga-Việt C≥1.0 T/m , φ≥30 . như là tuyến tính theo chiều cao đập H và chỉ tiêu cơ lý của nền φ,c. - Yêu cầu chỉ tiêu cơ lý của nền thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn Mỹ. C≥1.0 T/m2, φ≥200. 2 20÷40 [Fs]=1,5 - Mức độ ảnh hưởng của chỉ tiêu nền giảm dần theo chiều cao. - C càng lớn thì ảnh hưởng của φ đến Fs càng lớn khi chiều cao H tăng dần. - φ càng lớn thì ảnh hưởng của C đến Fs càng lớn. - Ảnh hưởng của chiều rộng đáy đập B đến hệ số an toàn ổn định Fs càng lớn khi chỉ tiêu cơ lý φ, c càng lớn. H≤30 m : φ≥300 , C≥3 T/m2 [K]=1.26 - Quy luật ảnh hưởng của C,φ đến hệ số an toàn K gần như không đổi theo chiều cao. - Ảnh hưởng của các thông số C, φ đồng thứ hạng tới hệ số an toàn K. - Ảnh hưởng của chiều rộng đáy đập B đến hệ số an toàn ổn định Fs gần như tuyến tính với sự gia tăng của chỉ tiêu cơ lý φ, c. H≤30 m : φ≥300 ,C≥1 T/m2 . H≤40 m : φ≥250 ,C≥1,8 T/m2 H≤40 m : φ≥300 , C≥5 T/m2 11 3 40÷70 [Fs]=1,5 [K]=1,31 - Mức độ ảnh hưởng của chỉ tiêu - Mức độ ảnh hưởng của chỉ tiêu nền φ, c đến Fs giảm dần theo chiều cao. nền φ, c đến Fs gần như không phụ thuộc chiều cao đập. - Ảnh hưởng đến Fs của thông số φ không nhiều bằng ảnh hưởng của c - Ảnh hưởng của thông số C đến hệ số an toàn K khi chiều cao đập H khi tăng chiều cao đập. - Chiều sâu đào móng h có ảnh tăng dần lớn hơn so vơi thông số φ. Tuy nhiên mức độ ảnh hưởng này hưởng đến hệ số an toàn Fs nhiều hơn so với tiêu chuẩn Nga- Việt không lớn như khi sử dụng tiêu chuẩn Mỹ. - Ảnh hưởng của chiều sâu đào móng h tới hệ số an toàn Fs giảm - Mức độ ảnh hưởng của chiều sâu đào móng h gần như không đổi khi dần khi chiều cao đập H tăng lên. - Ảnh hưởng của chiều rộng đáy đập B đến hệ số an toàn ổn định Fs gần như tuyến tính khi chiều cao đập gia tăng chiều cao đập H tăng lên. - Ảnh hưởng của chiều rộng đáy đập B đến hệ số an toàn ổn định Fs cũng tương tự như đối với hệ thống tiêu chuẩn Mỹ. 12 KẾT LUẬN Thông qua những nghiên cứu phân tích các hệ thống tiêu chuẩn Nga- Việt và Mỹ đã bước đầu cho thấy rõ sự khác nhau giữa các hệ thống tiêu chuẩn trong việc tính toán thiết kế đập bê tông trọng lực (kết quả trình bày chi tiết trong chuyên đề 2). Điểm khác biệt chính giữa hai hệ thống tiêu chuẩn chủ yếu là quan điểm tính toán . Nếu như hệ thống tiêu chuẩn Nga-Việt sử dụng trạng thái giới hạn để tính toán thì hệ thống tiêu chuẩn Mỹ sử dụng cân bằng giới hạn để tính toán. Chính vì vậy nên trong việc lựa chọn tải trọng, tổ hợp tải trọng dùng trong tính toán cũng khác nhau, chuẩn mực để so sánh cũng khác nhau. Đối với hệ thống tiêu chuẩn Nga- Việt: hệ số an toàn ổn định phụ thuộc vào các hệ số như độ lệch tải n , tổ hợp tải trọng n c , hệ số điều kiện làm việc m, hệ số tin cậy K n . Trong khi đó hệ thống tiêu chuẩn Mỹ chủ yếu dựa vào độ tin cậy để đưa ra hệ số an toàn : thông tin về vị trí xây dựng , mức độ tin cậy của các thông số ( nền, tải trọng…). Qua những phân tích về mức độ ảnh hưởng của các thông số chỉ tiêu của nền φ, c , chiều cao đập H, độ sâu đào móng h, chiều rộng đập B tới hệ số an toàn ổn định Fs (tiêu chuẩn Mỹ), hệ số an toàn ổn định K (tiêu chuẩn Nga- Việt) cho thấy rõ một số nét chính về sự khác biệt của hai hệ thống tiêu chuẩn này đối với các chiều cao đập khác nhau như ở bảng 4. Dựa trên một số phân tích so sánh một số nhân số ảnh hưởng đến hệ số an toàn ổn định trong hai hệ thống tiêu chuẩn đã có những nhận định ban đầu về việc áp dụng các hệ thống tiêu chuẩn dùng trong tính toán thiết kế. Đối với những đập có chiều cao trung bình từ 40 m trở lên, cấp công trình càng cao thì sự khác biệt về hệ số an toàn ổn định cho phép trong tiêu chuẩn Nga Việt và độ dự trữ bền cho phép trong tiêu chuẩn Mỹ càng gần nhau nên đề tài kiến nghị nên dùng cả hai hệ thống tiêu chuẩn để tính toán thiết kế. Đối với những đập cao, thông thường có chiều sâu đào nền tương đối lớn nên việc sử dụng cả hai hệ thống tiêu chuẩn dùng trong tính toán thiết kế là hết sức cần thiết trong bối cảnh hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam ra đời tương đối sớm. Kiến nghị mở rộng đề tài tiếp tục nghiên cứu thêm các nhân tố ảnh hưởng đến hệ số an toàn ổn định và độ dự trữ bền cho phép cũng như là nghiên cứu một cách kỹ lưỡng xác định các thông số đầu vào để áp dụng các hệ thống tiêu chuẩn nhằm đảm bảo tính chính xác hơn việc áp dụng các hệ thống tiêu chuẩn. Từ đó làm cơ sở tiếp tục nghiên cứu sử đổi tiêu chuẩn ngành về thiết kế đập bê tông đã ra đời từ rất sớm 14 TCN 56-88. 13 Việc mở rộng đề tài tiếp tục nghiên cứu tạo điều kiện mở rộng và tiếp tục hoàn thiện chương trình ODDBTTL-TU2009 để đưa vào thực tế đào tạo và ứng dụng trong thực tiễn nghiên cứu khoa học phục vụ sản xuất. Việc tính toán hệ số an toàn ổn định theo các hệ thống tiêu chuẩn được thực hiện thông qua chương trình ODDBTTL-TU2009 với nhiều lựa chọn và giao diện thân thiện, truy xuất dữ liệu linh hoạt và sống động. Việc sử dụng chương trình tính sẽ rút ngắn được thời gian tính toán ổn định đập cho nhiều trường hợp khác nhau và rất thuận lợi trong quá trình nghiên cứu. 14 p bé n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n tr­êng ®¹i häc thñy lîi -------------------------- ĐỀ TÀI : XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TRƯỢT SÂU CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC THEO HAI HỆ THỐNG TIÊU CHUẨN NGA-VIỆT VÀ MỸ BÁO CÁO TỔNG KẾT TS.Nguyễn Quang Hùng Hµ Néi - 2009 bé n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n tr­êng ®¹i häc thñy lîi -------------------------- ĐỀ TÀI : XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TRƯỢT SÂU CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC THEO HAI HỆ THỐNG TIÊU CHUẨN NGA-VIỆT VÀ MỸ CHUYÊN ĐỀ I Tình hình xây dựng đập bê tông trên thế giới và Việt Nam TS.Nguyễn Quang Hùng Hµ Néi - 2009 bé n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n tr­êng ®¹i häc thñy lîi -------------------------- ĐỀ TÀI : XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TRƯỢT SÂU CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC THEO HAI HỆ THỐNG TIÊU CHUẨN NGA-VIỆT VÀ MỸ CHUYÊN ĐỀ II Phân tích các quan điểm tính toán ổn định đập bê tông trọng lực theo hai hệ thống tiêu chuẩn Việt – Nga và Mỹ TS.Nguyễn Quang Hùng Hµ Néi - 2009 bé n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n tr­êng ®¹i häc thñy lîi -------------------------- ĐỀ TÀI : XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TRƯỢT SÂU CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC THEO HAI HỆ THỐNG TIÊU CHUẨN NGA-VIỆT VÀ MỸ CHUYÊN ĐỀ III Xây dựng công nghệ tính toán ổn định trượt sâu của đập bê tông trọng lực TS.Nguyễn Quang Hùng Hµ Néi - 2009 bé n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n tr­êng ®¹i häc thñy lîi -------------------------- ĐỀ TÀI : XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TRƯỢT SÂU CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC THEO HAI HỆ THỐNG TIÊU CHUẨN NGA-VIỆT VÀ MỸ PHỤ LỤC PL 1: Kết quả tính toán ổn định đập bê tông trọng lực theo hai hệ thống tiêu chuẩn Nga- Việt và Mỹ PL2: Code modul chương trình tính toán ổn định đập bê tông trọng lực theo hai hệ thống tiêu chuẩn Nga-Việt và Mỹ TS.Nguyễn Quang Hùng Hµ Néi - 2009 MỤC LỤC MỞ ĐẦU …………………………………………………………………………………………2 MỤC LỤC...................................................................................................................................... 1 CHUYÊN ĐỀ I .............................................................................................................................. 1 TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM.................... 2 1.1 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới .............................................. 2 1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam.............................................. 11 1