Luận án Tiến sĩ Vật lý Địa cầu: Đánh giá rủi ro động đất đô thị Hà Nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- PHẠM THẾ TRUYỀN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ ĐỊA CẦU Hà Nội – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- PHẠM THẾ TRUYỀN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành: Vật lý địa cầu Mã số: 9 44 01 11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ ĐỊA CẦU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. NGUYỄN HỒNG PHƯƠNG 2. KUO-LIANG WEN HÀ NỘI - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu trình bày trong luận án là trung thực.

Một số kết quả nghiên cứu đã được tôi công bố riêng hoặc đồng tác giả, phần còn lại chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được ghi nhận và trích dẫn trong luận án này. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả luận án Phạm Thế Truyền i LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án, nghiên cứu sinh đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ nhiệt tình từ các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và người thân. Trước tiên, nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.

Nguyễn Hồng Phương, GS. Kuo-Liang Wen (Trường đại học Trung tâm Trung ương Đài Bắc, Trung Quốc) – những người thầy trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Vật lý địa cầu, Ban lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ, Ban lãnh đạo Khoa các Khoa học Trái đất đã tạo điều kiện để nghiên cứu sinh hoàn thành chương trình học tập. Nghiên cứu sinh xin cảm ơn các Quý thầy/cô, các cán bộ phòng ban trong và ngoài cơ sở đào tạo đã hướng dẫn, đóng góp ý kiến trong quá trình thực hiện luận án.

Nghiên cứu sinh xin cám ơn các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã quan tâm giúp đỡ và chia sẻ với nghiên cứu sinh trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án này. Phạm Thế Truyền ii MỤC LỤC MỤC LỤC .III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT. VI DANH MỤC CÁC BẢNG .VIII DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. IX MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU.

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC. Nghiên cứu đánh giá độ nguy hiểm động đất. Nghiên cứu đánh giá rủi ro động đất. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC.

Đánh giá độ nguy hiểm động đất. Đánh giá rủi ro động đất đô thị ở Việt Nam. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .28 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP LUẬN, DỮ LIỆU VÀ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐỘNG ĐẤT ĐÔ THỊ. ĐÁNH GIÁ ĐỘ NGUY HIỂM ĐỘNG ĐẤT.

Đánh giá xác suất độ nguy hiểm động đất. Đánh giá tất định độ nguy hiểm động đất. HIỆU CHỈNH GIÁ TRỊ KHUẾCH ĐẠI RUNG ĐỘNG NỀN. Hiệu chỉnh gián tiếp giá trị khuếch đại rung động nền.

Hiệu chỉnh trực tiếp giá trị khuếch đại rung động nền. Cơ sở lý thuyết đánh giá thiệt hại nhà cửa do động đất. Cơ sở lý thuyết ước lượng thiệt hại về người do động đất. CƠ SỞ DỮ LIỆU.

Dữ liệu về địa chấn kiến tạo khu vực thành phố Hà Nội và lân cận. Dữ liệu động đất. Dữ liệu địa chất công trình, điểm đo địa chấn thăm dò và vi địa chấn khu vực Hà Nội. Cơ sở dữ liệu GIS về nhà cửa và dân số.

CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐỘNG ĐẤT ĐÔ THỊ. Mô đun 1: Xác định vùng nghiên cứu. Mô đun 2: Đánh giá khả năng rung động nền. Đánh giá khả năng rung động nền bằng phương pháp tất định.

Đánh giá khả năng rung động nền bằng phương pháp xác suất. Mô đun 3: Ước lượng tổn thất. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .70 CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤN KIẾN TẠO KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI VÀ LÂN CẬN. CÁC ĐỚI ĐỨT GÃY HOẠT ĐỘNG.

TÍNH ĐỊA CHẤN KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI VÀ LÂN CẬN. Tính địa chấn khu vực miền Bắc Việt Nam và lân cận. Tính địa chấn khu vực đới đứt gãy Sông Hồng – Sông Chảy. KHẢO SÁT QUY LUẬT TỶ LỆ ĐỒNG DẠNG ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC MIỀN BẮC VIỆT NAM VÀ LÂN CẬN.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .88 CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ ĐỘ NGUY HIỂM ĐỘNG ĐẤT CHO KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI. MÔ HÌNH NGUỒN CHẤN ĐỘNG. ƯỚC LƯỢNG CÁC THAM SỐ NGUY HIỂM ĐỘNG ĐẤT CHO CÁC VÙNG NGUỒN CHẤN ĐỘNG. MÔ HÌNH TẮT DẦN CHẤN ĐỘNG.

THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỘ NGUY HIỂM ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI 95 4. Đánh giá xác suất độ nguy hiểm động đất khu vực thành phố Hà Nội95 4. Đánh giá tất định độ nguy hiểm động đất khu vực thành phố Hà Nội 98 4. HIỆU CHỈNH GIÁ TRỊ KHUẾCH ĐẠI RUNG ĐỘNG NỀN.

Hiệu chỉnh trực tiếp giá trị khuếch đại rung động nền. Hiệu chỉnh gián tiếp giá trị khuếch đại rung động nền. THẢO LUẬN KẾT QUẢ CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 .112 CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐỘNG ĐẤT CHO KHU VỰC ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HÀ NỘI.

KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI NHÀ CỬA TẠI KHU VỰC ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HÀ NỘI 114 5. Kết quả đánh thiệt hại nhà cửa bằng phương xác suất. Kết quả đánh giá thiệt hại nhà cửa bằng phương pháp tất định. So sánh kết quả đánh giá thiệt hại nhà cửa nhận được từ hai phương pháp xác suất và tất định.

KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI NGƯỜI RO ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HÀ NỘI. THẢO LUẬN KẾT QUẢ CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 5 .129 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .133 TÀI LIỆU THAM KHẢO.134 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu/ Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt DEM Digital elevation model Mô hình số độ cao DSHA Deterministics seismic Đánh giá tất định độ nguy hazard assessment hiểm động đất ĐGSH Đứt gãy Sông Hồng ĐGSH-SC Đứt gãy Sông Hồng – Sông Chảy ĐNA Đông Nam Á EOS Earth Observatory of Trung tâm quan trắc Trái Singapore đất Singapore FEMA Federal Emergency Cơ quan Quản lý Khẩn Management Agency cấp Liên bang GEM Global earthquake model Mô hình động đất toàn cầu GIS Geographic information Hệ thống thông tin địa lý system GMPE Ground motion Phương trình tắt dần chấn prediction equation động GSHAP Global seismic hazard Chương trình đánh giá độ assessment program nguy hiểm động đất toàn cầu HAZUS Hazard risk assessment Chương trình đánh giá rủi and loss estimation ro động đất và ước lượng thiệt hại HAZUS-MH Multi-hazard risk Chương trình đánh giá rủi assessment and loss ro đa thiên tai và ước estimation lượng thiệt hại HLCD Hợp lý cực đại IDNR International Decade Thập kỷ quốc tế giảm nhẹ for Natural thiên tai Disaster Reduction ISC International Trung tâm địa chấn quốc Seismological Center tế NCS Nghiên cứu sinh NDSHA Neodeterministics Đánh giá tất định mới độ seismic hazard nguy hiểm động đất assessment vi NEIC National Earthquake Trung tâm thông tin động Information Center đất quốc gia NHERP National Earthquake Chương trình quốc gia Hazards Reduction giảm nhẹ thiệt hại động Program đất PGA Peak ground acceleration Gia tốc nền cực đại PSHA Probabilistics seismic Đánh giá xác suất độ hazard assessment nguy hiểm động đất RADIUS Risk assessment tools for Công cụ phân tích đánh diagnosis of urban areas giá rủi ro động đất độ thị against seismic disasters RISK-EU European RISK-UE Dự án đánh giá rủi ro project động đất khu vực Châu âu SA Spectra Acceleration Gia tốc phổ nền SHARE Hợp nhất độ nguy hiểm Seismic Hazard địa chấn khu vực Châu âu Harmonization in Europe TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam UNDRO United Nations Disaster Văn phòng điều phối viên Relief Organization - cứu trợ thiên tai liên hợp United Nations Disaster quốc Relief Coordinator USGS US Geological Survey Cục khảo sát địa chất Hoa kỳ Vs30 Vận tốc sóng ngang trung bình trong lớp phủ có độ dày 30 m tính từ bề mặt vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.

Phân loại nền theo Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam về thiết kế kháng chấn cho các công trình xây dựng TCVN 9386:2012 [83]. Hệ số khuếch đại nền theo Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam TCVN 9386:2012 về thiết kế kháng chấn cho các công trình xây dựng [83]. Thang phân cấp mức độ thương vong do động đất. Các công thức mặc định tính phân bố dân cư nội thành thành phố Hà Nội.

Phân loại nhà cửa theo kết cấu và chiều cao. Phân loại nhà cửa theo chức năng sử dụng. Tham số nguy hiểm động đất của các vùng nguồn chấn động khu vực thành phố Hà Nội và lân cận. Danh mục các kịch bản động đất.

Hệ số phổ gia tốc phản ứng. Kết quả uớc lượng thiệt hại về người ở bốn mức độ thương vong tại ba thời điểm trong ngày do kịch bản động đất Sông Hồng. 126 viii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. Bản đồ gia tốc nền cực đại (PGA) ứng với chu kỳ lặp lại 475 năm trên nền đá, phiên bản năm 2018 [36].

Bản đồ gia tốc phổ nền lãnh thổ Hoa Kỳ chu kỳ ngắn 0.2s ứng với chu kỳ lặp lại 2500 năm trên nền đá loại B phiên bản 2018 [43]. Bản đồ gia tốc nền cực đại (PGA) ứng với chu kỳ lặp lại 2475 năm trên nền đá loại B [8]. Bản đồ phân bố giá trị thiệt hại trung bình hàng năm của công trình xây dựng trên đơn vị diện tích [52]. Bản đồ dự báo ước lượng thiệt hại hàng năm do động gây ra theo đơn vị hành chính trên toàn nước Mỹ [53].

Bản đồ phân vùng động đất Việt Nam [66]. Bản đồ phân vùng gia tốc nền cực đại lãnh thổ Việt Nam phiên bản năm 2004 [2]. Quy trình đánh giá rủi ro động đất đô thị áp dụng cho thành phố Hà Nội. Quy trình đánh giá độ nguy hiểm động đất bằng phương pháp tất định theo [26,27].

Sơ đồ quy trình hiệu chỉnh giá khuếch đại rung động nền. Quy trình hiệu chỉnh trực tiếp giá trị khuếch đại rung động nền trong đánh giá độ nguy hiểm động đất. Đường cong biểu thị các trạng thái phá huỷ nhẹ, trung bình, nặng và hoàn toàn [11]. Ví dụ về đồ thị khả năng chịu lực của một toà nhà [11].