Nghiên cứu vết nứt đập trọng lực BTĐL: Hình thành, phát triển & chịu tải - Hà Thanh Dương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI HÀ THANH DƯƠNG NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN VẾT NỨT ẢNH HƯỞNG TỚI KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA ĐẬP TRỌNG LỰC BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI HÀ THANH DƯƠNG NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN VẾT NỨT ẢNH HƯỞNG TỚI KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA ĐẬP TRỌNG LỰC BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Mã số: 9.02 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. NGUYỄN QUANG HÙNG 2. VŨ THANH TE HÀ NỘI, NĂM 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong Luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn tài liệu nào và dưới bất kỳ hình thức nào.

Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Hà Thanh Dương i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu thực hiện đề tài, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của các Nhà giáo, các Nhà khoa học và các bạn bè đồng nghiệp, Luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu sự hình thành và phát triển vết nứt ảnh hưởng tới khả năng chịu tải của đập trọng lực bê tông đầm lăn trong quá trình vận hành” đã hoàn thành. Trước hết tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng đào tạo Đại học và Sau đại học, Bộ môn Thủy công, Khoa Công trình, Trường Đại học Thuỷ Lợi đã giúp đỡ tạo điều kiện tốt nhất cho NCS trong thời gian thực hiện Luận án. Và tác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của tập thể PGS.

Nguyễn Quang Hùng, GS. Vũ Thanh Te từ những ngày đầu đã có những ý kiến quý báu trong quá trình thực hiện Luận án. Tập thể các thầy đã tạo điều kiện tốt nhất cho NCS trong quá trình học tập và hoàn thành Luận án. Và tác giả chân thành cảm ơn gia đình, các đồng nghiệp và bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập và thực hiện Luận án.

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế, chắc chắn Luận án không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả kính mong các Nhà giáo, các nhà khoa học chỉ bảo, các đồng nghiệp đóng góp ý kiến để tác giả có thể hoàn thiện, tiếp tục nghiên cứu và phát triển đề tài. Hà nội, tháng 3/2019 ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH. vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.

xii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. xiii DANH MỤC GIẢI THÍCH CÁC KÝ HIỆU VÀ ĐẠI LƯỢNG. xiv MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết của đề tài.

Mục tiêu nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. Cách tiếp cận. Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án.

Cấu trúc của Luận án. 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NỨT ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Khái quát về bê tông đầm lăn. Giới thiệu công nghệ bê tông đầm lăn.

Đặc điểm của BTĐL. Vật liệu BTĐL. Đặc điểm của kỹ thuật thi công BTĐL. Tổng quan về tình hình xây dựng đập BTĐL trên thế giới và tại Việt Nam.

Tình hình xây dựng đập BTĐL trên thế giới. Tình hình xây dựng đập BTĐL ở Việt Nam. Tổng quan về nứt đập BTĐL. Vấn đề nứt đập BTĐL trên thế giới.

Vấn đề nứt đập BTĐL tại Việt Nam. Theo hình thức vết nứt. Theo vị trí vết nứt. Tổng quan về nghiên cứu nứt đập BTĐL.

Nghiên cứu nứt đập BTĐL trên thế giới. Nghiên cứu vật liệu nhằm nâng cao khả năng chống nứt của BTĐL. Về hình thức kết cấu và công nghệ thi công .Về công nghệ tính toán mô phỏng. Nghiên cứu nứt đập BTĐL tại Việt Nam.

Nhận xét về nghiên cứu nứt đập BTĐL trên thế giới và tại Việt Nam. Những vấn đề cần nghiên cứu đặt ra đối với Luận án. Kết luận chương 1. 29 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN VẾT NỨT ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN.

Phương pháp phần tử hữu hạn tự thích ứng. Khái niệm chung. Kỹ thuật sinh lưới tự thích ứng. Kỹ thuật đánh giá sai số.

Tính toán tự thích ứng trong ANSYS [43]. Điều kiện tính toán. Các bước tính toán. Thực hiện bằng số.

Phương pháp ứng suất tương đương PTHH tự thích ứng. Nguyên lý tính toán. Công thức tính toán. Tính toán ứng suất tương đương PTHH tự thích ứng trong ANSYS.

Các bước tính toán. Thực hiện bằng số. Mô phỏng quá trình phá hoại BTĐL. Tiêu chuẩn phá hoại BTĐL.

Mô phỏng quá trình phát triển vết nứt [43][60]. Mô phỏng quá trình phát triển vết nứt trong ANSYS. Thực hiện bằng số. Xây dựng bài toán tính toán ứng suất và biến dạng đập trọng lực BTĐL bằng ngôn ngữ lập trình tham số APDL trong ANSYS.

Mô tả kết cấu đập. Xử lý điều kiện biên. Vấn đề điều kiện biên nền khi tính toán động. Điều kiện biên mô phỏng môi trường vô hạn.

Xử lý biên đàn hồi – cản nhớt trong phần mềm ANSYS. Chương trình tính kết cấu đập BTĐL. Tính toán ứng suất, biến dạng và nứt đập BTĐL. Số liệu tính toán.

Kết quả tính toán chuyển vị và ứng suất. Kết quả tính toán nứt. Nhận xét kết quả tính toán. Kiểm tra độ tin cậy của Chương trình.

Kết luận Chương 2. 66 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỨT TỚI KHẢ NĂNG CHỊU TẢI ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN. Nghiên cứu ảnh hưởng của nứt tới khả năng chịu tải của đập BTĐL. Vết nứt ngang xuất hiện tại chân đập thượng lưu đập.

Cơ sở nghiên cứu. Kết quả tính toán. Nhận xét kết quả tính toán. Vết nứt đứng xuyên từ nền.

Cơ sở nghiên cứu. Kết quả tính toán. Nhận xét kết quả tính toán. Vết nứt trong thân đập dọc trục đập.

Cơ sở nghiên cứu. Kết quả tính toán. Nhận xét kết quả tính toán. Các vết nứt xuất hiện đồng thời.

Cơ sở nghiên cứu. Kết quả tính toán. Nhận xét kết quả tính toán. Kết luận Chương 3.

89 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN NỨT ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN SƠN LA. Giới thiệu công trình. Giới thiệu chung. Thông số động đất thiết kế khu vực công trình thủy điện Sơn La.

Các vết nứt đập BTĐL Sơn La được phát hiện trong quá trình thi công. Nghiên cứu sự hình thành vết nứt trong thân đập BTĐL Sơn La. Kết quả tính toán. Nhận xét kết quả tính toán .3 Nghiên cứu sự phát triển nứt trong thân đập BTĐL Sơn La.

Kết quả tính toán. Trường hợp vết nứt phát triển tại khối C2. Trường hợp vết nứt phát triển tại khối C3. Đánh giá khả năng chịu tải của đập.

Kết luận Chương 4 .105 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Những kết quả đạt được của Luận án. Những đóng góp mới của Luận án. Những tồn tại và hướng phát triển nghiên cứu .107 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.

108 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 115 vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1. Công nghệ thi công BTĐL. Vị trí vết nứt trong đoạn số 6 (04/2000 và 03/2001).

Hình thức kết cấu đập BTĐL của Mỹ và Nhật Bản. Hình thức kết cấu đập BTĐL Trung Quốc. Sơ đồ lưới PTHH tính toán phát triển nứt của L. Vùng phá hoại nứt.

Biến dạng ở thời điểm phá hoại. Mạng lưới tự thích ứng trong quá trình phát triển vết nứt. Mô hình mô phỏng tiếp xúc tại vị trí vết nứt. Hai loại vết nứt tồn tại trong thân đập.

Chuyển dịch tương đối lớn nhất tại vị trí vết nứt đối với hai loại vết nứt. Quá trình phá hoại của đập tại các thời điểm với vết nứt loại I. Quá trình phá hoại của đập tại các thời điểm với vết nứt loại II. Ba mô hình cơ bản để thay đổi mạng lưới phần tử liên tục.

Quá trình tính toán PTHH thích ứng. Mô hình chia lưới PTHH tự thích ứng. Mô hình phần tử hữu hạn. Phần trăm sai số năng lượng.

Phân bố chuyển vị tổng. Phân bố ứng suất Von Mises. Kết quả tính toán ứng suất trong thân đập. Sơ đồ quá trình thực hiện tính toán ứng suất tương đương.

Phân bố ứng suất theo phương đứng Y. Phân bố ứng suất theo phương đứng Y tại mặt cắt đáy khối theo PTHH 41 Hình 2. Tính toán ƯSTĐ-PTHH. Tính toán ứng suất SBVL.

So sánh ứng suất phương đứng Y theo PTHH và ƯSTĐ-PTHH. So sánh ứng suất phương đứng Y theo SBVL và ƯSTĐ-PTHH. Phương gia cố dưới hệ tọa độ phần tử. Hình biểu thị Rt.

Quan hệ ứng suất – biến dạng phi tuyến của vật liệu bê tông trong ANSYS. Mô hình PTHH tự thích ứng. Phân bố chuyển vị tổng. Vết nứt tại chân thượng lưu.

Kết cấu mặt cắt đập bê tông trọng lực. Biên cản nhớt. Biên đàn hồi – cản nhớt. Phần tử lò xo – cản nhớt.

Mặt cắt ngang đập Đồng Nai 4. Mô hình hình học. Mô hình PTHH tự thích ứng. Phân bố chuyển vị tổng.

Phân bố ứng suất Y. Phân bố ứng suất chính 1. Phân bố ứng suất chính 3. Vị trí phát sinh vết nứt trong thân đập.

Mặt cắt ngang đập Koyna - Ấn Độ. Gia tốc động đất Koyna tháng 11/1967 [17]. Kết quả mô phỏng số trên phần mềm ABAQUS và thí nghiệm mô hình của Mridha S [16]. Mô hình tính toán tương tác 3D đập – nước – nền [19].

Kết quả mô phỏng số và thí nghiệm mô hình của Gaohui Wang [19]. Kết quả tính toán nứt đập Koyna bằng Chương trình RCCD_FAILURE. Mặt cắt ngang đập Guandi – Trung Quốc. Quá trình phá hoại của đập Guandi dưới tác dụng của động đất Koyna cho bài toán 2D [17] .