TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009
1
ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP ĐẤT DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT
STABILITY OF EARTH DAM IN CASE OF EARTHQUAKE

Nguyễn Thế Hùng – Nguyễn Văn Hướng
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

TÓM TẮT
Tính toán ổn định đập đất là một trong những phần quan trọng nhất khi thiết kế đập đất.
Đối với những công trình đập quan trọng, khi bị sự cố sẽ gây ra thiệt hại lớn về người và của
cho xã hội, người ta cần phải tính toán đầy đủ các lực tác dụng lên nó. Động đất là một trong
những tác nhân gây nên sự mất ổn định cho đập đất. Bài báo này phân tích, so sánh lựa chọ
n
loại lực động đất tác dụng lên đập đất, để đưa ra kiến nghị về quan điểm tính toán lực động đất;
cho thấy việc lựa chọn loại lực động tác dụng lên đập đất hợp lý hơn là lực tĩnh; vì nó phù hợp
với sự ứng xử của đập đất khi có động đất xảy ra. Áp dụng tính toán ổn định cho một công trình
cụ thể
để minh chứng cho các nhận xét lý thuyết.
ABSTRACT
Stability calculation is the most important factor in the design of an earth dam. In the
construction of any major dam, its failure can cause losses to human life and social property.
Therefore, it is necessary for us to calculate all its body forces. Earthquake is one of the factors
which causes instability to the dam. This article analyses, compares and selects the influences
of earthquake forces acting on such a dam. As a suggestion on the calculation of an earth
dam’s design, we prove that a dynamic force is a more rational than a static one because it is
appropriate for any earth dam’s conditions when earthquake occurs. A case study on a real
earth dam’s stability is an indication of theoretical studies. 1. Đặt vấn đề

cầu xây dựng hồ chứa nước là rất lớn. Để tạo nên hồ chứa nước phải xây dựng đập giữ
nước như: đập đất, đập đá đổ, đập bê tông trọng lực, đập bê tông cốt thép,…trong đó
đập đất chiếm một tỷ lệ khá lớn.
Ở nước ta, các nghiên cứu kháng chấn rất hiếm hoi, các kết quả nghiên cứu gần
như vẫn nằm trong các báo cáo hoặc sách vở chứ chưa được ứng dụng trong thực tiễn
nên gây rất nhiều khó khăn cho các kỹ sư thiết kế. Đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng
công trình thủy lợi – thủy điện vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của động đất đến công
trình chưa được quan tâm đúng mức.
2. Ảnh hưởng của động đất đến đập đất
Khi động đất xảy ra sẽ xuất hiện các dịch chuyển từ một điểm nhất định và lan
truyền nhanh chóng dưới dạng sóng địa chấn. Dưới ảnh hưởng của sóng địa chấn có thể
làm hư hại công trình do hình thành các ứng xử động đất như: lực quán tính, lửa, sự
thay đổi tính chất của khối đất đá, hóa mềm, hóa lỏng, chuyển vị, trượt đất hay các
chuyển vị bề mặt khác, sự hình thành sóng nước…
Đập đất là loại đập được xây dựng bằng các loại đất trên nền đất hay đá. Do đó,
khi xảy ra động đất có thể bị hư hỏng dưới các dạng sau:
+ Nhất thời làm tăng các lực đứng và lực ngang gây sụt lở, trượt mái;
+ Do sự rung lắc gây lún thân và nền đập;
+ Đối với cát bão hòa có thể gây ra hiện tượng hóa dẻo hay hóa lỏng tạm thời, từ
đó làm giảm hay mất khả năng chống cắt của đất, do đó có thể gây trượt mái;
+ Chuyển động cắt gây ra đứt gãy trên mặt đập và ăn sâu vào trong thân đập;
+ Hình thành sóng nước trong hồ, tác động vào mái đập gây mất ổn định.
Như vậy khi có động đất xảy ra, nó sẽ ảnh hưởng xấu đến sự làm việc bình
thường của đập, có thể gây vỡ đập. Tuy nhiên, nếu người khảo sát thiết kế quan tâm
nghiên cứu về vấn đề dự báo và thiết kế kháng chấn phù hợp thì đập đất có thể làm việc
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009
3
an toàn khi có động đất xảy ra.
3. Phân tích lựa chọn phương pháp tính toán đập đất khi chịu ảnh hưởng động đất
3.1. Các phương pháp phân tích động đất

nền đất x
0
(t), các tính chất cơ lý của công trình được biểu diễn qua độ cứng K và hệ số
cản C của từng bộ phận riêng rẽ. Sau đó mô hình hóa kết cấu công trình chịu tác dụng
động đất bằng hệ phương trình vi phân toán học, và kết quả sẽ tìm được ứng xử của
công trình. Trong phương pháp tính toán động gồm các phương pháp: phương pháp giải
tích, phương pháp phổ ứng xử, phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian, phươ
ng
pháp tải trọng ngang thay thế, phương pháp động lực, phương pháp ngẫu nhiên.
3.2. Phân tích lựa chọn phương pháp tính lực động đất tác dụng lên đập đất
3.2.1. Thực tế phân tích động đất trong thiết kế đập đất ở Việt Nam
Ở nước ta hiện nay, để kể đến động đất trong tính toán thiết kế ta dùng phương
pháp tĩnh lực. Theo phương pháp này chỉ cần dùng đặc trưng động đất là gia tốc giao
động ngang của nền.
Để tính theo phương pháp này, chủ yếu dùng phần mềm SLOPE/W, nó chỉ xét
ảnh hưởng của lực quán tính ngang theo phương pháp cân bằng giới hạn có thể.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009
4
3.2.2. Phân tích động đất theo phương pháp động lực
Phương trình cơ bản về ứng xử của động đất, được thiết lập theo phương pháp
phần tử hữu hạn:
[M]{x”} + [D]{x’} + [K]{x} = {F}
[M]: ma trận tổng khối lượng; [D]: ma trận cản do dẻo và nhớt;
[K]: ma trận độ cứng; {F}: vec tơ lực nút;
{x”}, {x’}, {x}:lần lược là vec tơ gia tốc, vec tơ vận tốc và vec tơ chuyển vị nút.
Phương trình cơ bản này được tích phân trực tiếp theo thời gian theo thuật toán
Wilson.
Để tính toán theo phương pháp động lực, trong bài báo nầy dùng phần mềm
QUAKE/W; nó cho phép phân tích động lực chủ yếu cho các công trình đất và môi
trường địa kỹ thuật, với giả thiết là mô hình đàn hồi tuyến tính và tuyến tính tương

Hệ số
ổn định
Bước thời
gian thứ
Hệ số
ổn định
Bước thời
gian thứ
Hệ số
ổn định
Bước thời
gian thứ
Hệ số
ổn định
10 1.536 140 1.503 260 1.354 390 1.560
20 1.537 150 1.541 270 1.428 400 1.541
30 1.530 160 1.595 280 1.586 410 1.533
50 1.540 170 1.370 290 1.572 420 1.544
60 1.529 180 1.485 300 1.562
430 1.303
70 1.566 190 1.582 310 1.537 440 1.533
80 1.573 200 1.604 320 1.535 450 1.580
90 1.521 210 1.548 340 1.524 460 1.515
100 1.572 220 1.452 350 1.580 470 1.467
110 1.566 230 1.527 360 1.553 480 1.519
120 1.541 240 1.585 370 1.542 490 1.508
130 1.572 250 1.551 380 1.515 500 1.529
3.2.4. Phân tích kết quả
Từ kết quả tính toán theo phương pháp tĩnh lực và phương pháp động lực, ta vẽ
chúng trên cùng một biểu đồ (hình 3), có các nhận xét sau:

cho ổn định.
4. Kết luận
Phân tích động đất theo phương pháp tĩnh lực cho thấy không phù hợp với ứng
xử thực tế của đập đất, đặc biệt nguy hiểm là theo phương pháp này cho kết quả không
an toàn cho ổn định trượt mái đập đất.
Phân tích động đất theo phương pháp động lực đánh giá đầy đủ hơn các thông số
ứng xử động đất. Do đó, phân tích động đất theo phương pháp này phù hợp với thực tế
hơn, đảm bảo công trình làm việc an toàn khi có động đất xảy ra.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Văn Hướng (2006), Nghiên cứu ảnh hưởng của động đất đến đập đất ở
Việt Nam, Luận văn thạc sỹ, Đại học Đà Nẵng.
[2] Vũ Quốc Khánh (2005), Thảm họa động đất và sóng thần, Nxb Thông tấn, Hà Nội.
[3] Phạm Gia Lộc (1985), Cơ sở của động đất và tính toán công trình chịu tải trọng
động đất, Nxb Xây dựng, Hà Nội.
[4] Xí Nghiệp Tư vấn Thiết kế Thủy lợi 3 (2005), Hồ sơ thiết kế kỹ thuật Hồ chứa
nước Hoa Sơn tỉnh Khánh Hòa, Nha Trang.
[5] Bathe (1982), Finite Element Procedures in Engineerng Analysis, Prentice-Hall.
[6] Kramer (1996), Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice-Hall.