Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Tính toán sức chịu tải của cọc trong nền cát hóa lỏng do động đất

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:186

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn này khảo sát ảnh hưởng sự hóa lỏng của đất nền đến sức chịu tải của cọc. So sánh sức chịu tải của cọc có xét đến hóa lỏng theo tiêu chuẩn Việt nam, tiêu chuẩn Nhật bản và Marcuson. Ngoài ra, luận văn còn trình bày thí nghiệm nén 3 trục chịu tải trọng lặp để xác định khả năng hóa lỏng của đất nền theo tiêu chuẩn ASTM D5311 - M13.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Tính toán sức chịu tải của cọc trong nền cát hóa lỏng do động đất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM  NGUYỄN TRUNG PHONG TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TRONG NỀN CÁT HÓA LỎNG DO ĐỘNG ĐẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KTXD Công trình Dân dụng và Công nghiệp Mã ngành: 60 58 02 08 TP. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM  NGUYỄN TRUNG PHONG TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TRONG NỀN CÁT HÓA LỎNG DO ĐỘNG ĐẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KTXD Công trình Dân dụng và Công nghiệp Mã ngành: 60 58 02 08 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. PHAN TÁ LỆ TP. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2017
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. PHAN TÁ LỆ Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệTP.HCM ngày 05 tháng 05 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: Chức danh TT Họ và tên Hội đồng 1 TS. Khổng Trọng Toàn Chủ tịch 2 PGS.TS. Dương Hồng Thẩm Phản biện 1 3 TS. Trần Tuấn Nam Phản biện 2 4 TS. Nguyễn Văn Giang Ủy viên 5 TS. Trương Quang Thành Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHÒNG QLKH – ĐTSĐH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN TRUNG PHONG Giới tính: nam Ngày, tháng, năm sinh: 14/10/1986 Nơi sinh: Lâm Đồng Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng MSHV: 1341870045 công trình dân dụng và công nghiệp I. Tên đề tài Tính toán sức chịu tải của cọc trong nền cát hóa lỏng do động đất. II. Nhiệm vụ và nội dung 1. Nhiệm vụ Nhiệm vụ của đề tài “ Tính toán sức chịu tải của cọc trong nền cát hóa lỏng do động đất” - Đánh giá khả năng hóa lỏng của nền đất do động đất. - Tính toán sức chịu tải của cọc trong nền đất hóa lỏng do động đất 2. Nội dung - Lý thuyết về hiện tượng hóa lỏng của nền do động đất. - Thí nghiệm nén ba trục chịu tải trọng lặp. - Tính toán sức chịu tải của cọc có xét đến hóa lỏng theo tiêu chuẩn Việt Nam, Theo tiêu chuẩn Nhật bản và theo Marcuson. - Kết luận và kiến nghị. III. Ngày giao nhiệm vụ : …......./…....../2016 IV. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: …....../…....../2016 V. Cán bộ hướng dẫn : Tiến sĩ Phan Tá Lệ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH Tiến sĩ Phan Tá Lệ
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Phan Tá Lệ. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Đồng thời, các thông tin trích dẫn trong Luận văn được tôn trọng và đã được chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả NGUYỄN TRUNG PHONG
ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tác giả xin chân thành cảm ơn đến tập thể thầy cô trong chương trình đào tạo thạc sĩ đã tận tình truyền đạt kiến thức, giảng dạy nhiệt tình và giúp đỡ học viên trong suốt thời gian học chương trình cao học và trong quá trình thực hiện luận văn này. Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Tiến sĩ Phan Tá Lệ đã trực tiếp hướng dẫn khoa học. Thầy đã đưa ra những gợi ý đầu tiên hình thành ý tưởng luận văn, luôn chỉ bảo tận tình và động viên uốn nắn, cũng như có những góp ý chân tình để tác giả hoàn thành luận văn. Thầy đã giúp tác giả hình thành nên phong cách làm việc khoa học và hướng dẫn tác giả đi những bước đầu tiên trên con đường nghiên cứu khoa học. Luận văn này được thực hiện với tất cả sự cố gắng, nổ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ, động viên từ gia đình, thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp. Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những khiếm khuyết, sai sót, rất mong nhận được sự giúp đỡ, góp ý chân thành của quý Thầy, Cô, cán bộ khoa học và bạn đồng nghiệp để các nghiên cứu tiếp theo về đề tài này được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn . NGUYỄN TRUNG PHONG
iii TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN * Tên đề tài: Tính toán sức chịu tải của cọc trong nền cát hóa lỏng do động đất. * Từ khoá: Sức chịu tải của cọc trong nền cát hóa lỏng * Tóm tắt: Đất hóa lỏng là hiện tượng mà trong đó sức chịu tải của đất bị giảm đi do tải trọng động đất hoặc tải trọng tác động với thời gian rất nhanh gây ra. Sự hóa lỏng của đất đã gây ra nhiều thiệt hại đáng kể trong lịch sử các trận động đất xảy ra trên thế giới và dẫn đến sự sụy đổ, hư hỏng cho nhiều công trình. Luận văn này khảo sát ảnh hưởng sự hóa lỏng của đất nền đến sức chịu tải của cọc. So sánh sức chịu tải của cọc có xét đến hóa lỏng theo tiêu chuẩn Việt nam, tiêu chuẩn Nhật bản và Marcuson. Ngoài ra, luận văn còn trình bày thí nghiệm nén 3 trục chịu tải trọng lặp để xác định khả năng hóa lỏng của đất nền theo tiêu chuẩn ASTM D5311 - M13.
iv ABSTRACT * Subject: Calculate load capacity of the pile in liquefied sand because of earthquake * Keywords: Load capacity of the pile in liquefied sand * Abstract: Soil liquefaction is a phenomenon in which the land's carrying capacity is reduced due to earthquake’s loads or impact loads during period of a short time caused. Soil liquefaction caused significant damage in the history of earthquakes occured in the world and led to breaking and damage many buildings. This thesis investigated the effect of liquefaction of the ground to the load capacity of the pile. Comparison of bearing capacity of piles considering the liquefied Vietnamstandard, Japan and Marcuson standards. In addition, the thesis also presents compression test 3-loadaxis to determine the ability of the soil liquefied according to ASTM D5311 - M13.
v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................ii TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN .....................................................................iii ABSTRACT ........................................................................................................... iv MỤC LỤC .............................................................................................................. v DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................... viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN ........................................ ix CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU...................................... 1 1.1. Giới thiệu. ..................................................................................................... 1 1.2 Tổng quan về động đất .................................................................................. 2 1.2.1 Động đất ................................................................................................. 2 1.2.2 Nguồn gốc của động đất .......................................................................... 2 1.2.3 Sóng động đất ......................................................................................... 6 1.2.4 Các thang đánh giá cường độ động đất. ................................................... 8 1.2.5 Nhiệm vụ thiết kế kháng chấn cho cho công trình .................................. 9 1.3 Tình hình nghiên cứu về hóa lỏng. .............................................................. 11 1.4 Tình hình nghiên cứu về móng cọc trong nền hóa lỏng. .............................. 12 1.5 Tình hình nghiên cứu hóa lỏng ở Việt Nam. ............................................... 13 1.6 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu ........................................... 13 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ HÓA LỎNG CỦA NỀN DO ĐỘNG ĐẤT ......... 14 2.1 Giới thiệu về hiện tượng hoá lỏng. ............................................................... 14 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hoá lỏng của đất . ................................ 16 2.3 Đánh giá khả năng hóa lỏng của đất. ........................................................... 19 2.3.1 Đánh giá tính dễ hóa lỏng theo loại trầm tích. ...................................... 19 2.3.2 Đánh giá tính dễ hóa lỏng theo từng lớp đất. ........................................ 25 2.3.3 Đánh giá khả năng bắt đầu hóa lỏng của cát. ........................................ 27 2.5. Nhận xét chương 2. ................................................................................ 34
vi CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM NÉN 3 TRỤC CHỊU TẢI TRỌNG LẶP ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG HOÁ LỎNG CỦA ĐẤT ................................................................. 35 3.1. Mục đích thí nghiệm. .................................................................................. 35 3.2. Nội dung phương pháp thí nghiệm. ............................................................. 35 3.3. Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm. ...................................................................... 35 3.3. Cách tiến hành. ........................................................................................... 36 3.3.1 Làm bão hoà mẫu. ................................................................................. 36 3.3.2. Cố kết mẫu. .......................................................................................... 39 3.3.3 Cắt mẫu................................................................................................. 41 3.4. Ví dụ. .......................................................................................................... 41 3.4.1 Giới thiệu. ............................................................................................. 41 3.4.2. Kết quả thí nghiệm. .............................................................................. 42 3.4.4. Nhận xét chương 3. .............................................................................. 73 CHƯƠNG 4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TRONG NỀN CÁT HÓA LỎNG DO ĐỘNG ĐẤT .......................................................................................................... 74 4.1 Cọc bị mất, giảm sức chịu tải. ..................................................................... 74 4.2. Sức chịu tải đứng của cọc trong nền cát hóa lỏng. ...................................... 74 4.3. Quy trình tính toán sức chịu tải của cọc đơn có kể đến hoá lỏng của đất nền . .......................................................................................................................... 75 4.3.1. Theo TCVN 10304.............................................................................. 75 4.3.2. Theo tiêu chuẩn Nhật Bản JRA. .......................................................... 78 4.3.3. Theo Marcuson. .................................................................................. 80 4.4. Nhận xét chương 4. .................................................................................... 82 CHƯƠNG 5. ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG HÓA LỎNGVÀ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TRONG NỀN HÓA LỎNGKHU VỰC QUẬN PABEDAN, THÀNH PHỐ YANGON ...................................................................................... 83 5.1. Giới thiệu. ................................................................................................... 83 5.2. Số liệu địa chất. .......................................................................................... 85 5.3. Đánh giá tiềm năng hóa lỏng. ..................................................................... 97
vii ...................................................................................................................... 97 5.4. Phân tích sức chịu tải của cọc. ................................................................. 103 5.5. Nhận xét chương 5. .................................................................................. 108 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 111 PHẦN PHỤ LỤC Phụ lục 1. Kết quả thí nghiệm nén ba trục chịu tải trọng lặp. Phụ lục 2. Số liệu địa chất công trình. Phụ lục 3. Tính toán sức chịu tải của cọc.
viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Mô tả một trận động đất [6] ...................................................................... 2 Hình 1.2 Các loại đứt gãy và chuyển động tại đứt gãy [5,6] .................................... 3 Hình 1.3 Mô phỏng thuyết bật đàn hồi của đứt gãy gây ra động đất [7] .................. 4 Hình 1.4 Quan hệ giữa gờ mở rộng, vùng hút chìm và chuyển động trượt ngang tại các bờ mảng [6] ....................................................................................................... 5 Hình 1.5 Biến dạng nền đất do sóng vật thể gây ra [6] ............................................ 6 Hình 1.6Sơ đồ mô tả chuyển động chất điểm khi truyền sóng Reyleigh [2] ............. 7 Hình 1.7 Sơ đồ mô tả chuyển động chất điểm khi truyền sóng Love [2] ................. 8 Hình 1.8 Gia tốc, vận tốc và chuyển vị theo thời gian tồn tại theo hướng Đông Tây tại Gilroy-California(1989) của chuyển động nền đá(a) và nền đất (b)[8] .............. 11 Hình 2.1. Các công trình trên thế giới bị pháhoại do hiện tượng hóa lỏng của đất (a) Kobe (Nhật -1995), (b) Alaska (Mỹ, 1964) ,(c) Nigata (Nhật-1964), (d) Loma Prieta (Mỹ, 1989) ............................................................................................................ 15 Hình 2.2. Quá trình xảy ra hiện tượng hóa lỏng của đất ......................................... 16 Hinh 2.5: a) Ảnh hưởng của phân bố hạt với nguy cơ hoá lỏng(Shannon, 1972) b) Nguyên lý xác định khu vực có khả năng lỏng.................................. 28 Hình 2.6: Quan hệ giữa các tỷ số ứng suất gây ra hóa lỏng và N1(60) cho cát sạch và cát bụi đối với động đất Ms= 7,5 ........................................................................... 30 Hình 3.1: Thiết bị nén 3 trục chịu tải trọng lặp....................................................... 36 Hình 4.2: Mối quan hệ giữa ru và FSL theo Marcuson và Henes ............................. 82 Hình 5.1:Vị trí dự ánLandmark.............................................................................. 84 Hình 5.2 : Bản đồ phân vùng động đất Myanmar ................................................... 97 Hình 5.3 : a) Sức chịu tải của cọc khi đất nền không hóa lỏng. ............................ 106 Hình 5.4 Suy giảm sức chịu tải của cọc khi đất nền hóa lỏng. ............................. 107
ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN Bảng 2.1: Đánh giá tính dễ hóa lỏng của đất trầm tích ........................................... 19 Bảng 2.2: Hệ số quan sát hóa lỏng ......................................................................... 20 Bảng 2.3: Hệ số lịch sử động đất trong quá khứ ..................................................... 20 Bảng 2.4: hệ số phân loại địa chất (Youd và Perkins 1987).................................... 21 Bảng 2.5: hệ số chất lượng phân loại ..................................................................... 22 Bảng 2.6: hệ số cấp phối ........................................................................................ 23 Bảng 2.7: hệ số hình dạng hạt ................................................................................ 23 Bảng 2.8: hệ số hàm lượng hạt sét ......................................................................... 23 Bảng 2.9: hệ số dẻo ............................................................................................... 24 Bảng 2.10: hệ số độ ẩm ......................................................................................... 24 Bảng 2.11: hệ số biên không thoát nước ................................................................ 24 Bảng 2.12: hệ số mực nước ngầm .......................................................................... 25 Bảng 2.13: Giá trị trung bình của hàm rd( theoSeed, 1974) .................................... 28 Bảng 2.14: Giá trị trung bình neqtheo chấn cấp M (theo Seed 1975) ....................... 29 Bảng 2.15: Các giá trị của hệ số CM...................................................................... 30 Bảng 2.16: Các hệ số hiệu chỉnh giá trị. ................................................................. 33 Bảng 3.1: Danh sách 12 mẫu cố kết đẳng hướng không thoát nước chịu tải trọng lặp .............................................................................................................................. 41 Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm nén 3 trục mẫu cố kết đẳng hướng không thoát nước chịu tải trọng lặp trên mẫu cát. ............................................................................... 67 Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm nén 3 trục mẫu cố kết đẳng hướng không thoát nước chịu tải trọng lặp trên mẫu bùn. ............................................................................. 69 Bảng 3.4: Kết quả tính toán theo Marcuson ........................................................... 71 Bảng 4.1 - Giá trị hệ số nền ................................................................................... 75 Bảng 4.3 – Các hệ số điều kiện làm việc γ eq1 và γeq2 ............................................... 77 Bảng 4.4: Bảng hệ số chiết giảm D E ...................................................................... 79 Bảng4.5: Các hệ số hiệu chỉnh giá trị. .................................................................... 81 Bảng 5.1: Đánh giá tiềm năng hóa lỏng của đất nền theo tiêu chuẩn Việt nam. ...... 98
x Bảng 5.2: Đánh giá tiềm năng hóa lỏng của đất nền theo tiêu chuẩn Nhật bản. ...... 99 Bảng 5.3: Đánh giá tiềm năng hóa lỏng của đất nền theo Marcuson..................... 101 Bảng 5.4: Kết quả tính toán sức chịu tải của cọc D =0.8m và so sánh kết quả tính toán. .................................................................................................................... 104 Bảng 5.5: Kết quả tính toán sức chịu tải của cọc D =1.2m và so sánh kết quả tính toán. .................................................................................................................... 105
1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1. Giới thiệu. Động đất là thiên tai cực kỳ nguy hiểm có thể gây ra các thảm họa đối với con người và phá hủy nghiêm trọng các công trình. Việt Nam tuy không nằm trong vành đai lửa của những khu vực có động đất lớn trên thế giới, nhưng không loại trừ bị ảnh hưởng bởi những trận động đất mạnh, do trên lãnh thổ Việt Nam tồn tại nhiều đứt gãy hoạt động phức tạp như đứt gãy Lai Châu - Điện Biên, đứt gãy Sông Mã, đứt gãy Sơn La, đới đứt gãy Sông Hồng, đới đứt gãy Sông Cả...Các nghiên cứu khoa học đã ghi nhận, từ đầu thế kỷ 20 đến nay ở khu vực phía Bắc nước ta đã xảy ra 2 trận động đất cấp 8-9 (thang MSK-64), tương đương 6,7-6,8 độ Richter, hàng chục trận động đất cấp 7, tương đương 5,1-5,5 độ Richter và hàng trăm trận động đất yếu hơn. Điển hình trận động đất xảy ra tại Điện Biên năm 1935, với cường độ 6,7 độ Richter, xảy ra trên đới đứt gãy Sông Mã; trận động đất tại Tuần Giáo năm 1983, có cường độ 6,8 độ Richter, xảy ra trên đứt gãy Sơn La, gây nên sụt lở, nứt đất trên diện rộng, sụt lở lớn trong núi, gây hư hại nhà cửa trong phạm vi bán kính đến 35 km…[1]. Ở Việt Nam đã, đang và sẽ tiến hành xây dựng nhiều công trình xây dựng lớn như nhà máy điện hạt nhân; công trình ngoài khơi; đập thủy điện, công trình cầu, cảng lớn; nhà cao tầng… phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Sự kiện các trận động đất kích thích xảy ra tại khu vực thủy điện Sông Tranh 2- Bắc Trà Mi, Quảng Nam gần đây đặt ra cho các cơ quan quản lý nhà nước cần phải xây dựng một chiến lược phòng tránh và giảm nhẹ hậu quả động đất ở Việt Nam trong đó yêu cầu về thiết kế kháng chấn cho các công trình xây dựng phải được quan tâm đặc biệt để đảm bảo sự an toàn cao nhất cho công trình và cuộc sống của người dân. Khi đó đòi hỏi cần phải xem xét lại một số vấn đề, đặc biệt là về tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn, dữ liệu động đất; mô hình, phương pháp tính toán v..v. Khác với các loại tải trọng động tác dụng lên công trình như tải trọng gió. Động đất gây ra chuyển động ở móng công trình, cho nên nó chứa đựng tiềm năng
2 phá hoại rất lớn đối với công trình. Thật vậy theo Newmark và Rosenblueth [5]: “Động đất làm bộc lộ một cách hệ thống các sai sót trong thiết kế cũng như trong xây dựng công trình, kể cả những sai sót nhỏ nhất và xét về phương diện này, động đất làm cho môn học địa chấn công trình trở nên cấp thiết và hấp dẫn, có giá trị nghiên cứu, học tập vượt xa mục tiêu trực tiếp của nó”. 1.2 Tổng quan về động đất 1.2.1 Động đất “Sự dao động của bề mặt quả đất do các sóng truyền đến từ một nguồn gây ra trong lòng quả đất được gọi là động đất”[7],(hình 1.1). Trung tâm của các chuyển động địa chấn, nơi phát ra năng lượng về mặt lý thuyết, được quy về một điểm được gọi là chấn tiêu. Hình chiếu của chấn tiêu lên bề mặt quả đất gọi là chấn tâm. Khoảng cách từ chấn tâm đến chấn tiêu được gọi là độ sâu chấn tiêu(H). Khoảng cách từ chấn tâm đến điểm quan trắc được gọi là tâm cựhoặc là khoảng cách chấn tâm(R). Khoảng cách từ chấn tiêu đến điểm quan trắc được gọi là tiêu cựhoặc là khoảng cách chấn tiêu(L). Hình 1.1 Mô tả một trận động đất [6] 1.2.2 Nguồn gốc của động đất - Động đất có nguồn gốc từ đứt gãy kiến tạo
3 Từ các nghiên cứu về địa chất, các nhà địa chất học cho rằng lớp đá gần bề mặt quả đất không cứng và không phải là không chuyển động như nó thể hiện. Lớp đá phía dưới chịu áp lực rất lớn do lớp phía trên đè xuống có thể bị cong như kim loại đàn dẻo hoặc bị biến đổi sang một trạng thái mới giống như sét mềm. Cấu tạo địa chất chỉ ra rằng có rất nhiều phá hủy xảy ra trong khối đá khi biến dạng vượt quá giới hạn của nó. Khi có những phá hủy như vậy, thì có những chuyển vị trượt tương đối phát triển giữa hai mặt đối diện của bề mặt phá hủy tạo ra đứt gãy kiến tạo (hình 1.2). Các đứt gãy có thể có chiều dài từ vài mét tới nhiều kilomet và được thể hiện trên bản đồ địa hình của các nước [5]. Hình 1.2 Các loại đứt gãy và chuyển động tại đứt gãy [5,6] Khi bị phá hoại, năng lượng thoát ra do giải phóng năng lượng biến dạng tích luỹ ở vị trí đứt gãy địa tầng. Một phần năng lượng biến dạng gây ra phá huỷ môi trường xung quanh chấn tiêu, một phần khác được truyền đi đến mọi điểm trên bề mặt quả đất dưới dạng sóng chuyển vị (động đất). Động đất xảy ra khi tạo thành các đứt gãy kiến tạo, động đất cũng xảy ra do hoạt động của các đứt gãy này. Giải thích cơ chế này, nhà khoa học Mỹ H.F.Reid (1911) đã đưa ra thuyết bật đàn hồi (Elastic- Rebound Theory) khi quan sát một đứt gãy trên bề mặt đất sau trận động đất ở San Francisco, California (1906), [2],[5],[6],[8],[7]. Thuyết giải thích rằng năng lượng biến dạng được tích lũy trong các đứt gãy, nó sẽ giải phóng năng lượng khi nó vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu. Năng lượng giải phóng được truyền dưới dạng sóng truyền theo các hướng và làm dao động các công trình đứng trên mặt đất. Lý thuyết này giải thích hiện tượng
4 chu kỳ xảy ra các trận động đất ở các đứt gãy kiến tạo; hiện tượng tiền chấn, dư chấn, cường độ động đất... Có thể hiểu thuyết này qua hình sơ họa sau :Hình 1.3a thể hiện đoạn đường thẳng ở tình trạng tự nhiên ban đầu. Hình 1.3b thể hiện quá trình tính lũy biến dạng trước khi động đất, đoạn thẳng bị vặn từ từ. Hình 1.3c thể hiện đoạn thẳng bị đứt gãy sau trận động đất và trở lại tình trạng tự nhiên ban đầu (vẫn thẳng). Và cũng theo thuyết này, giữa các vật liệu dẻo thì sự tích luỹ năng lượng càng lớn, còn giữa các vật liệu có tính giòn có tính tích luỹ nhỏ nên dễ giải phóng năng lượng hơn. a) Tình trạng tự nhiên ban đầu b) Tình trạng biến dạng trước khi động đất c) Sau khi động đất Hình 1.3 Mô phỏng thuyết bật đàn hồi của đứt gãy gây ra động đất [7] - Động đất có nguồn gốc từ hoạt động kiến tạo mảng Vào cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20, nhiều nhà khoa học đã đưa ra thuyết kiến tạo mảng (plate tectonics) hay còn gọi là thuyết lục địa trôi (continental driff) để giải thích cho nguồn gốc của các trận động đất trên thế giới [5]( Antonio Snider- Pellegrini, 1858; F.B Taylor, 1908; Alfred Wegener, 1915). Thuyết kiến tạo mảng cho rằng lớp vỏ của quả đất không là một khối mà gồm 6 mảng lớn (Châu Phi, Châu Mỹ, Châu Nam cực, Úc-Ấn, Á- Âu, Thái Bình Dương) và 14 mảng nhỏ hơn. Các mảng lớn lại bị đứt gãy thành các mảng con. Sự chuyển động tương đối giữa các mảng xảy ra kèm theo tích lũy biến dạng trên dải hẹp dọc theo biên các mảng. Sự giải phóng năng lượng biến dạng gây ra động đất. Như vậy vị trí các trận động đất chủ yếu tập trung gần biên các mảng. Các trạm đo đạc địa chấn của thế giới đã khẳng định điều này. Năm 1962, nhà địa chất học người Mỹ H.H.Hess [5] công bố bài báo “ Lịch sử các lưu vực đại dương” cho rằng các mảng khi chuyển động xa nhau còn có
5 thành phần chuyển động xuống dưới. Có ba cơ chế chủ yếu gây ra sự chuyển động tương đối giữa các mảng (hình 1.4): 1) Do nham thạch phía dưới trồi lên làm cho biên giữa các mảng mở rộng đẩy các mảng ra xa nhau; 2) đồng thời tại nơi khác, dokích thước của quả đất giữ nguyên không đổi, mà việc mở rộng các mảng tại một số bờ biên phải được bù lại bằng việc thu hẹp các mảng tại một số bờ biên khác thông qua các mảng chuyển động trồi trụt tương đối so với nhau; 3) chuyển động không tạo lớp vỏ mới và không làm mất lớp vỏ cũ tại các lớp đứt gãy tức là mảng này chuyển động tương đối so với mảng khác theo phương ngang. Kết hợp cơ chế chuyển động mảng nêu trên cùng với sự hiểu biết trước đó về dòng đối lưu trong lớp vỏ quả đất, H.H.Hess đã giải thích đầy đủ lý thuyết lục địa trôi. Chuyển động trôi của lớp litho (trên lớp astheno) mang theo chuyển động của vỏ quả đất. Kiến tạo mảng và thuyết lục địa trôi là thành tựu khoa học nổi bật của ngành địa chất thế kỷ 20. Hình 1.4 Quan hệ giữa gờ mở rộng, vùng hút chìm và chuyển động trượt ngang tại các bờ mảng [6] - Động đất phát sinh từ các nguồn gốc khác. Do sự dãn nở trong lớp vỏ đá cứng của quả đất; do các vụ nổ; do hoạt động của núi lửa; do sụp đổ nền đất; do tích nước vào các hồ chứa nước lớn [4].
6 1.2.3 Sóng động đất Sóng phát ra từ tâm động đất theo mọi hướng và giảm dần khi càng xa tâm động đất. Sóng động đất bao gồm sóng vật thể và sóng bề mặt. Sóng vật thể được phân ra làm hai loại: sóng dọc P và sóng cắt S (hình 1.5). Sóng dọc P gây ra co dãn môi trường, các hạt dao động theo phương truyền sóng và có khả năng truyền qua nền đá cứng như granit lẫn chất lỏng như dung nham núi lửa hoặc nước biển. Sóng cắt S gây ra chuyển động và không làm thay đổi thể tích môi trường, các hạt dao động trong mặt phẳng thẳng góc với phương truyền sóng. Sóng cắt còn phân biệt sóng cắt thẳng đứng SV và sóng cắt nằm ngang SH. Sóng cắt không thể lan truyền trong môi trường lỏng hoặc khí vì các môi trường này không có khả năng chịu ứng suất cắt. Mỗi loại sóng có vận tốc đặc trưng riêng. Vận tốc của sóng dọc lớn hơn vận tốc của sóng cắt. Chính nhờ hiệu ứng này và dựa trên đo đạc dao động mặt đất ở trạm đo địa chấn khác nhau có thể đánh giá được vị trí chấn tâm (focus) và chấn tiêu (epicenter) của trận động đất. Sóng khi lên tới bề mặt, do ảnh hưởng của bề mặt và cấu tạo phân lớp của lớp vỏ trái đất sẽ xuất hiện sóng bề mặt bao gồm sóng Rayleigh (sóng dọc) và sóng Love (sóng cắt). Hình 1.5 Biến dạng nền đất do sóng vật thể gây ra [6]