Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Phân tích và đánh giá an toàn công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi Việt Nam theo lý thuyết độ tin cậy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN LAN HƯƠNG

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI

HỒ CHỨA THỦY LỢI VIỆT NAM THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI

HỒ CHỨA THỦY LỢI VIỆT NAM THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Mã số: 62-58-40-01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS NGUYỄN QUANG HÙNG

2. PGS.TS NGUYỄN HỮU BẢO

HÀ NỘI, NĂM 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả 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 văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một

nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được

thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Chữ ký

Tác giả luận án

Nguyễn Lan Hương

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cố GS.TS. Nguyễn Văn Mạo, PGS.TS.

Nguyễn Hữu Bảo và PGS.TS. Nguyễn Quang Hùng là các thầy hướng dẫn trực tiếp tác

giả thực hiện luận án. Xin cảm ơn các thầy đã dành nhiều công sức, trí tuệ trong thời

gian tác giả thực hiện luận án.

Tác giả xin trân trọng cám ơn các nhà khoa học trong và ngoài trường đã có những

đóng góp quý báu, chân tình và thẳng thắn để tác giả hoàn thiện luận án.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Trường Đại học Thủy lợi. Tác giả trân trọng cám

ơn Vụ Đại học và Sau Đại học - Bộ Giáo dục và Đào tạo, Khoa Công Trình, Bộ môn

Thủy công, Phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học - Trường Đại học Thủy lợi, đã có

những giúp đỡ quý báu cho tác giả trong quá trình thực hiện nghiên cứu của mình.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các đồng nghiệp của tác giả tại Bộ môn Thủy công

đã gánh vác khối lượng công việc để tác giả có thời gian hoàn thành luận án.

Cuối cùng, tác giả xin chân thành cám ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình luôn động

viên, khích lệ để tác giả hoàn thành công trình nghiên cứu.

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ................................................................................... vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................xi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ............ xiii

MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................... 1

2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 2

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .............................................................. 2

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................. 3

6. Cấu trúc của luận án ................................................................................................ 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỒ CHỨA VÀ ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY ĐỂ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI ............................................................................................................... 5

1.1 Đầu mối hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam ............................................................... 5

1.1.1 Hiện trạng các đầu mối hồ chứa thủy lợi Việt Nam .................................. 5

1.1.2 Hư hỏng và sự cố của các công trình đầu mối thủy lợi ở Việt Nam ........ 13

1.1.3 Sự cần thiết đảm bảo an toàn công trình đầu mối .................................... 16

1.2 Các phương pháp đánh giá an toàn của công trình thủy lợi ............................. 16

1.2.1 Phương pháp thiết kế tất định .................................................................. 17

1.2.2 Phương pháp thiết kế theo mô hình ngẫu nhiên ...................................... 20

1.2.3 Nhận xét các phương pháp thiết kế .......................................................... 21

1.3 Các nghiên cứu về lý thuyết độ tin cậy trong lĩnh vực thủy lợi và an toàn đập ... .......................................................................................................................... 22

1.3.1 Các nghiên cứu trên thế giới .................................................................... 22

1.3.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam ..................................................................... 27

1.4 Kết luận Chương 1 ............................................................................................ 32

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI HỒ CHỨA NƯỚC ..................................................................................... 33

2.1 Quan điểm về an toàn công trình thủy lợi ........................................................ 33

2.2 Cấu trúc các công trình trong đầu mối hồ chứa thủy lợi .................................. 33

iii

2.2.1 thống Phân loại các đầu mối hồ chứa thủy lợi theo số lượng công trình trong hệ .................................................................................................................. 34

2.2.2 tế Sự sai khác của mô hình tính toán so với hệ thống đầu mối hồ chứa thực .................................................................................................................. 42

2.3 Cơ sở lý thuyết và thực tiễn khi đánh giá an toàn công trình đầu mối ............. 44

2.3.1 Cơ sở lý thuyết ......................................................................................... 44

2.3.2 Cơ sở thực tiễn ......................................................................................... 44

2.4 Phân tích các yếu tố gây hư hỏng, sự cố các công trình đầu mối hồ chứa ....... 45

2.4.1 Yếu tố tự nhiên ......................................................................................... 45

2.4.2 Yếu tố khảo sát, thiết kế ........................................................................... 46

2.4.3 Yếu tố thi công ......................................................................................... 46

2.4.4 Yếu tố khai thác và quản lý...................................................................... 46

2.4.5 Yếu tố chiến tranh, phá hoại có chủ ý ...................................................... 46

2.5 Đặc điểm làm việc, cơ chế phá hoại và trạng thái giới hạn của các công trình đầu mối hồ chứa ........................................................................................................ 47

2.5.1 Đặc điểm làm việc của các công trình đầu mối hồ chứa ......................... 47

2.5.2 Cơ chế phá hoại, trạng thái giới hạn ........................................................ 49

2.5.3 Các quan điểm về cơ chế phá hoại ........................................................... 52

2.6 Kết luận Chương 2 ............................................................................................ 52

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI HỒ CHỨA THỦY LỢI THEO ĐỘ TIN CẬY ............................................................. 54

3.1 Đặt vấn đề ......................................................................................................... 54

3.2 Phân tích và đánh giá an toàn công trình đầu mối hồ chứa theo lý thuyết độ tin cậy cấp độ II .............................................................................................................. 55

3.2.1 Mô phỏng các sự cố của công trình đầu mối hồ chứa ............................. 55

3.2.2 Thiết lập hàm tin cậy ................................................................................ 58

3.2.3 Tính toán xác suất an toàn cho từng cơ chế sự cố ................................... 65

3.2.4 Đánh giá xác suất an toàn các công trình trong đầu mối hồ chứa ........... 71

3.2.5 Đánh giá xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa ...................................... 72

3.2.6 Phạm vi ứng dụng của bài toán cấp độ II trong luận án .......................... 75

3.3 Tính xác suất an toàn công trình đầu mối hồ chứa theo lý thuyết độ tin cậy cấp độ III .......................................................................................................................... 77

3.3.1 độ III Sự cần thiết xây dựng bài toán tính xác suất an toàn công trình theo cấp .................................................................................................................. 77

3.3.2 Thiết lập hàm tin cậy Z ............................................................................ 80

3.3.3 Tính xác suất an toàn các công trình trong đầu mối hồ chứa theo phương pháp Monte Carlo .................................................................................................. 80

3.3.4 Xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa nước ............................................ 85

3.3.5 Phạm vi ứng dụng của bài toán cấp độ III trong luận án ......................... 85

3.4 Mối quan hệ giữa chỉ số độ tin cậy và hệ số an toàn ........................................ 87

3.5 Xây dựng chương trình tính xác suất an toàn cho đầu mối hồ chứa nước ....... 87

3.5.1 Các căn cứ để xây dựng chương trình ..................................................... 87

Sai lệch về kết quả tính toán khi đánh giá xác suất an toàn của công trình 3.5.2 theo cấp độ II và cấp độ III .................................................................................... 88

3.5.3 Ngôn ngữ lập trình ................................................................................... 90

3.5.4 Giới thiệu cấu trúc phần mềm .................................................................. 90

3.5.5 Kiểm định chương trình ........................................................................... 94

3.5.6 Khả năng ứng dụng và hạn chế của chương trình. ................................... 95

3.6 Kết luận Chương 3 ............................................................................................ 96

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ AN TOÀN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI HỒ CHỨA NƯỚC PHÚ NINH – QUẢNG NAM .............................................................. 98

4.1 Đặt vấn đề ......................................................................................................... 98

4.2 Giới thiệu về hệ thống thủy lợi Phú Ninh – Quảng Nam ................................. 98

4.3 Tính xác suất an toàn của hệ thống Phú Ninh theo cấp độ II ........................... 99

4.3.1 Mô phỏng hệ thống tính toán ................................................................... 99

4.3.2 Nhận biết hệ thống ................................................................................... 99

4.3.3 Số liệu tính toán ..................................................................................... 103

4.3.4 Xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa Phú Ninh .................................. 113

4.3.5 Tính toán đầu mối hồ Phú Ninh theo các phương pháp thiết kế truyền thống ................................................................................................................ 128

4.4 Tính toán kích thước cơ bản của đập chính Phú Ninh theo lý thuyết độ tin cậy .. ........................................................................................................................ 131

4.5 Tính xác suất an toàn của đập chính Phú Ninh theo cấp độ III ...................... 132

4.6 Kết luận Chương 4 .......................................................................................... 133

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 135

I. Kết quả đạt được của luận án ............................................................................... 135

II. Những đóng góp mới của luận án ....................................................................... 136

III. Những khó khăn và hạn chế của các kết quả nghiên cứu trong luận án ........... 137

IV. Hướng phát triển của luận án ............................................................................ 138

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ ........................ 139

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 140

PHỤ LỤC ........................................................................................................... 145

PHỤ LỤC 1. KIỂM ĐỊNH CHƯƠNG TRÌNH SYPRO2016 .................................... 146

Phụ lục 1.1 Tính xác suất an toàn của công trình theo các thuật toán chương 3 .... 146

Phụ lục 1.2 Tính xác suất sự cố bằng phần mềm Vap và SYPRO2016 .................. 150

Phụ lục 1.3 Sử dụng chương trình SYPRO2016 tính độ tin cậy cho một nghiên cứu đã có ......................................................................................................................... 151

PHỤ LỤC 2. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT VÀ MỘT SỐ KẾT QUẢ TÍNH XÁC SUẤT AN TOÀN CỦA HỆ THỐNG PHÚ NINH ..................................................... 153

Phụ lục 2.1 Các thông số kỹ thuật chính của đầu mối hồ Phú Ninh - Quảng Nam 153

Phụ lục 2.2 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính .......................................... 157

Phụ lục 2.3 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập phụ Tứ Yên ................................ 161

Phụ lục 2.4 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập phụ Long Sơn ............................ 165

Phụ lục 2.5 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập phụ Dương Lâm ......................... 169

Phụ lục 2.6 Các kết quả tính độ tin cậy của đầu mối Phú Ninh .............................. 172

PHỤ LỤC 3. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM SYPRO2016 ....................... 185

Phụ lục 3.1 Hướng dẫn sử dụng phần mềm SYPRO2016....................................... 185

Phụ lục 3.2 Các bước tính xác suất an toàn của các công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi bằng phần mềm SYPRO2016 ............................................................................ 187

PHỤ LỤC 4. CODE PHẦN MỀM SYPRO2016 ........................................................ 189

Phụ lục 4.1 Xác suất an toàn của hệ thống theo LTĐTC cấp độ II ......................... 189

Phụ lục 4.2 Xác suất an toàn của công trình theo LTĐTC cấp độ III ..................... 201

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1-1. Phân bố số lượng hồ chứa thuỷ lợi, thuỷ điện ở các tỉnh có nhiều hồ. ........... 5 Hình 1-2. Tỷ lệ các hồ theo dung tích [3]........................................................................ 6 Hình 1-3. Đập Tả Trạch-Thừa Thiên Huế ....................................................................... 9 Hình 1-4. Đập bê tông đầm lăn Sơn La ........................................................................... 9 Hình 1-5. Đập vòm Nậm Chiến ....................................................................................... 9 Hình 1-6. Sơ đồ minh họa vị trí công trình tháo lũ trên mặt và dưới sâu [5] ................ 11 Hình 1-7. Tràn xả lũ hồ Yên Lập - Quảng Ninh. .......................................................... 11 Hình 1-8. Cống ngầm lấy nước ở hồ chứa nước Vực Sự - Nghệ An ............................ 13 Hình 1-9. Một số hình ảnh sự cố đập ở Việt Nam......................................................... 15 Hình 2-1. Bố trí đầu mối hồ chứa có 3 công trình: đập chính, công trình xả lũ và cống lấy nước ......................................................................................................................... 34 Hình 2-2. Sơ đồ ghép nối tiếp 3 công trình đập đất, cống ngầm và tràn xả lũ ............. 35 Hình 2-3. Sơ đồ ghép hỗn hợp 3 công trình đập đất, cống ngầm và tràn xả lũ ............ 36 Hình 2-4. Bố trí đầu mối hồ chứa có 4 công trình ......................................................... 37 Hình 2-5. Sơ đồ ghép nối tiếp của đầu mối hồ chứa nước có 4 công trình .................. 38 Hình 2-6. Sơ đồ ghép hỗn hợp của đầu mối hồ chứa nước có 4 công trình ................. 38 Hình 2-7. Bố trí đầu mối hồ chứa có nhiều hơn 4 công trình ........................................ 40 Hình 2-8. Sơ đồ ghép nối tiêp của đầu mối hồ chứa có nhiều hơn 4 công trình ......... 41 Hình 2-9. Sơ đồ ghép hỗn hợp của đầu mối hồ chứa có nhiều hơn 4 công trình .......... 42 Hình 2-10. Đầu mối hồ chứa có các công trình được bố trí theo hình thức ghép nối tiếp ....................................................................................................................................... 42 Hình 2-11. Đầu mối hồ chứa có các công trình được bố trí theo hình thức ghép hỗn hợp ................................................................................................................................. 42 Hình 3-1. Sơ đồ cây sự cố các công trình trong đầu mối hồ chứa nước ....................... 56 Hình 3-2. Sơ đồ thể hiện cơ chế sự cố nước tràn đỉnh đập ........................................... 59 Hình 3-3. Sơ đồ tính ổn định mái dốc theo phương pháp Bishop [58] ......................... 60 Hình 3-4. Sơ đồ tính toán biến hình thấm đặc biệt ........................................................ 62 Hình 3-5. Hàm mật độ xác suất của hàm tin cậy Z ....................................................... 68 Hình 3-6. Sơ đồ khối tính xác suất an toàn của hệ thống đầu mối hồ chứa theo cấp độ II ..................................................................................................................................... 76 Hình 3-7. Hàm mật độ xác suất của các biến ngẫu nhiên được quan trắc tại hồ thủy điện Hòa Bình [63], [64] ............................................................................................... 78 Hình 3-8. Sơ đồ khối tính xác suất an toàn của hệ thống đầu mối hồ chứa theo cấp độ III ................................................................................................................................... 86 Hình 3-9. Sơ đồ khối xây dựng chương trình SYPRO2016 .......................................... 89 Hình 3-10. Sơ đồ khối các mô đun chính của chương trình SYPRO2016 .................... 90 Hình 3-11. Giao diện chính để mô phỏng, vẽ sơ đồ cây sự cố và tính độ tin cậy hệ thống .............................................................................................................................. 92

vii

Hình 3-12. Giao diện nhập thông tin về hàm tin cậy và tính ĐTC theo cấp độ II ........ 93 Hình 3-13. Giao diện nhập thông tin về hàm tin cậy và tính ĐTC theo cấp độ III ....... 93 Hình 4-1. Sơ đồ bố trí các công trình trong đầu mối hồ chứa nước Phú Ninh – Quảng Nam ............................................................................................................................. 100 Hình 4-2. Cây sự cố đầu mối hồ chứa nước Phú Ninh - Quảng Nam ......................... 102 Hình 4-3. Mặt cắt ngang đập chính Phú Ninh [77] ..................................................... 104 Hình 4-4. Mặt cắt ngang đập phụ Tứ Yên [77] ........................................................... 108 Hình 4-5. Mặt cắt ngang đập phụ Long Sơn [77] ........................................................ 110 Hình 4-6. Mặt cắt ngang đập phụ Dương Lâm [77] .................................................... 110 Hình 4-7. Sơ đồ tính toán ổn định ngưỡng tràn số 2 ................................................... 113 Hình 4-8: Xác suất an toàn của đập chính ................................................................... 115 Hình 4-9: Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến độ tin cậy của đập chính ..... 116 Hình 4-10. Ảnh hưởng của các BNN đến cơ chế nước tràn đỉnh đập chính ............... 117 Hình 4-11. Ảnh hưởng của các BNN .......................................................................... 117 Hình 4-12. Ảnh hưởng của các BNN đến cơ chế hình thành hang thấm trong thân đập ..................................................................................................................................... 117 Hình 4-13. Xác suất an toàn của đập phụ Tứ Yên ....................................................... 118 Hình 4-14. Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến độ tin cậy của đập Tứ Yên 119 Hình 4-15. Mức độ ảnh hưởng của các BNN đến cơ chế nước tràn đỉnh đập Tứ Yên ..................................................................................................................................... 120 Hình 4-16. Mức độ ảnh hưởng của các BNN đến cơ chế trượt mái hạ lưu đập Tứ Yên ..................................................................................................................................... 120 Hình 4-17. Xác suất an toàn của đập phụ Long Sơn ................................................... 121 Hình 4-18. Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến độ tin cậy của đập Long Sơn ..................................................................................................................................... 121 Hình 4-19. Xác suất an toàn của đập phụ Dương Lâm ............................................... 122 Hình 4-20. Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến độ tin cậy của đập phụ Dương Lâm .............................................................................................................................. 123 Hình 4-21. Xác suất sự cố của đập tràn số 1 ............................................................... 124 Hình 4-22. Xác suất sự cố của đập tràn số 2 ............................................................... 124 Hình 4-23. Xác suất sự cố của đập tràn số 3 ............................................................... 124 Hình 4-24. Xác suất an toàn của cống Nam ................................................................ 125 Hình 4-25. Xác suất an toàn của cống Bắc .................................................................. 126 Hình 4-26. Xác suất an toàn của cống Dương Lâm .................................................... 126 Hình 4-27. Xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa Phú Ninh - Quảng Nam ............... 127 Hình 4-28. Ảnh hưởng của từng công trình đến sự cố đầu mối hồ Phú Ninh ............. 127 Hình 4-29. Hệ số an toàn mái hạ lưu đập Kat được chuyển đổi .................................. 129 Hình 4-30. Hệ số an toàn mái hạ lưu đập đất theo phương pháp hệ số an toàn .......... 129 Hình 4-31. Hệ số an toàn chuyển đổi về ổn định trượt và lật của các đập tràn ........... 130 Hình 4-32. Hệ số an toàn về ổn định trượt và lật của các đập tràn ............................. 130

viii

Hình 4-33. Xác suất an toàn của đập chính khi tính theo LTĐTC cấp độ II, cấp độ III ..................................................................................................................................... 133 Hình 1. Kết quả tính xác suất sự cố của cơ chế trượt mái hạ lưu đập đất bằng Vap ... 150 Hình 2. Kết quả xác suất sự cố của cơ chế trượt mái hạ lưu bằng SYPRO2016 ........ 151 Hình 3. Tính xác suất sự cố của đập đất Tenhado - Ethiopia bằng SYPRO2016 ....... 152 Hình 4. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 28,17m ......... 157 Hình 5. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 28,41m ......... 157 Hình 6. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 29,39m ......... 157 Hình 7. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 30,17m ......... 158 Hình 8. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 31,65m ......... 158 Hình 9. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 31,85m ......... 158 Hình 10. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 32m ............ 159 Hình 11. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 32,38m ....... 159 Hình 12. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 32,5m ......... 159 Hình 13. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 33m ............ 160 Hình 14. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 33,68m ....... 160 Hình 15. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 34,44m ....... 160 Hình 16. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 28,17m .... 161 Hình 17. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 28,41m .... 161 Hình 18. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 29,39m .... 161 Hình 19. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 30,17m .... 162 Hình 20. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 31,65m .... 162 Hình 21. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 31,85m .... 162 Hình 22. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 32m ......... 163 Hình 23. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 32,38m .... 163 Hình 24. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 32,5m ...... 163 Hình 25. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 33m ......... 164 Hình 26. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 33,86m .... 164 Hình 27. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 34,34m .... 164 Hình 28. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 28,17m 165 Hình 29. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 28,41m 165 Hình 30. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 29,39m 165 Hình 31. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 30,17m 166 Hình 32. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 31,65m 166 Hình 33. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 31,85m 166 Hình 34. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 32m ..... 167 Hình 35. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 32,38m 167 Hình 36. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 32,5m .. 167 Hình 37. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 33m ..... 168 Hình 38. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 33,86m 168

Hình 39. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 34,44m 168 Hình 40. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 28,17m ..................................................................................................................................... 169 Hình 41. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 28,41m ..................................................................................................................................... 169 Hình 42. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 29,39m ..................................................................................................................................... 169 Hình 43. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 30,17m ..................................................................................................................................... 170 Hình 44. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 31,65m ..................................................................................................................................... 170 Hình 45. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 31,85m ..................................................................................................................................... 170 Hình 46. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 32m .. 171 Hình 47. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 32,38m ..................................................................................................................................... 171 Hình 48. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 32,5m ..................................................................................................................................... 171 Hình 49. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 33m .. 172 Hình 50. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 33,86m ..................................................................................................................................... 172 Hình 51. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 34,44m ..................................................................................................................................... 172 Hình 52. Giao diện nhập thông tin về các biến ngẫu nhiên ......................................... 186 Hình 53. Giao diện mức độ ảnh hưởng của các BNN đến xác suất xảy ra sự cố ........ 186 Hình 54. Giao diện thể hiện giá trị của điểm thiết kế cuối cùng ................................. 186

DANH MỤC BẢNG BIỂU

W 3.10

‚ ‡ Bảng 1-1. Tình hình hư hỏng các công trình đầu mối ở hồ chứa [1], [2] ....................... 7 Bảng 1-2. Hiện trạng quan trắc ở hồ có đập cao 15 50m , dung tích hồ

[2] ..................................................................................................................................... 7 Bảng 2-1. Các yếu tố ngẫu nhiên được xét đến khi tính độ tin cậy của đầu mối hồ chứa ....................................................................................................................................... 47 Bảng 2-2. Một số cơ chế phá hoại và điều kiện an toàn chính của đập đất, đập tràn trọng lực và cống ngầm ................................................................................................. 51 Bảng 3-1. Ma trận xác suất làm việc an toàn của các công trình trong hệ thống .......... 72 Bảng 4-1. Các trường hợp mực nước tính toán Zmn [77] ............................................ 104 Bảng 4-2. Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập và đất nền đập chính [77] .................... 105 Bảng 4-3. Gradien thấm cho phép của đập và nền [54] .............................................. 105 Bảng 4-4. Gradien tại vị trí chân khay và cửa ra chân đập của đập chính .................. 106 Bảng 4-5. Các đặc trưng thống kê về kích thước đập chính, sóng và gió hồ Phú Ninh [77] ............................................................................................................................... 107 Bảng 4-6. Các chỉ tiêu cơ lý của đập phụ Tứ Yên [77] ............................................... 108 Bảng 4-7. Gradien tại vị trí chân khay và cửa ra của đập Tứ Yên .............................. 109 Bảng 4-8. Các đặc trưng thống kê về kích thước đập Tứ Yên, sóng và gió hồ Phú Ninh [77] ............................................................................................................................... 110 Bảng 4-9. Gradien tại vị trí cửa ra chân đập Long Sơn và Dương Lâm ..................... 111 Bảng 4-10. Các đặc trưng thống kê về kích thước đập Long Sơn, Dương Lâm [77] . 112 Bảng 4-11. Các đặc trưng thống kê của các biến ngẫu nhiên (BNN) khi tính ổn định ngưỡng tràn số 1, 2, 3 [77] .......................................................................................... 112 Bảng 4-12. Các đặc trưng thống kê của các biến ngẫu nhiên (BNN) khi tính xác suất an toàn cho cống Nam, cống Bắc và cống Dương Lâm [18], [77] .............................. 114 Bảng 4-13. Độ tin cậy tiêu chuẩn các công trình trong hệ thống đầu mối [34] .......... 115 Bảng 4-14. Kích thước cơ bản của đập chính tính theo độ tin cậy tiêu chuẩn ............ 132 Bảng 1. Các đặc trưng thống kê của các biến ngẫu nhiên trong hàm tin cậy Z .......... 146 Bảng 2. Kết quả tính toán ứng với cung trượt có hệ số an toàn nhỏ nhất ................... 147 Bảng 3. Các tham số trong hàm tin cậy Z ................................................................... 148 Bảng 4. Bảng tính lặp tìm chỉ số độ tin cậy ................................................................ 149 Bảng 5. Các đặc trưng thống kê của các biến ngẫu nhiên [33] ................................... 151 Bảng 6. Các thông số kỹ thuật chính của đầu mối hồ Phú Ninh - Quảng Nam [77] .. 153 Bảng 7. Xác xuất an toàn của đập chính ..................................................................... 173 Bảng 8. Ảnh hưởng (%) của các cơ chế sự cố đến an toàn của đập chính .................. 174 Bảng 9. Ảnh hưởng của từng cơ chế sự cố đến an toàn của đập phụ Tứ Yên ............ 174 Bảng 10. Xác suất an toàn của đập phụ Tứ Yên ......................................................... 175 Bảng 11. Xác suất an toàn của các đập phụ Long Sơn 1, 2, 3..................................... 176 Bảng 12. Ảnh hưởng của từng cơ chế sự cố đến an toàn đập phụ Long Sơn 1, 2, 3 .. 176

Bảng 13. Xác suất an toàn của đập phụ Dương Lâm .................................................. 177 Bảng 14. Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến an toàn đập phụ Dương Lâm177 Bảng 15. Độ tin cậy của đập tràn số 1 ......................................................................... 178 Bảng 16. Độ tin cậy của đập tràn số 2 ......................................................................... 178 Bảng 17. Độ tin cậy của đập tràn số 3 ......................................................................... 179 Bảng 18. Độ tin cậy của cống Nam ............................................................................. 179 Bảng 19. Độ tin cậy của cống Bắc .............................................................................. 180 Bảng 20. Độ tin cậy của cống Dương Lâm ................................................................. 180 Bảng 21. Xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa Phú Ninh - Quảng Nam .................. 181 Bảng 22. Ảnh hưởng của các công trình đến độ tin cậy của đầu mối hồ chứa Phú Ninh - Quảng Nam ............................................................................................................... 182 Bảng 23. Hệ số an toàn mái hạ lưu (Kat ) được chuyển đổi từ LTĐTC và phương pháp hệ số an toàn (HSAT) .................................................................................................. 183 Bảng 24. Hệ số an toàn trượt và lật của các đập tràn được chuyển đổi từ LTĐTC và phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH), .................................................................. 183 Bảng 25. Xác suất an toàn của đập chính (Pat) tính theo LTĐTC cấp độ II và cấp độ III ..................................................................................................................................... 184

xii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

1. Danh mục các từ viết tắt

BNN Biến ngẫu nhiên

CTĐM Công trình đầu mối

ĐTK Điểm thiết kế

HTC Hàm tin cậy

HSAT Hệ số an toàn

LTĐTC Lý thuyết độ tin cậy

MNDBT Mực nước dâng bình thường

PBXS Phân bố xác suất

PHQL Phá hoại có quy luật

PHKQL Phá hoại không quy luật

ƯSCP Ứng suất cho phép

TTGH Trạng thái giới hạn

XSAT Xác suất an toàn

2. Giải thích các thuật ngữ

- Điểm thiết kế (ĐTK): Là điểm nằm trên đường biên giữa vùng an toàn và vùng

không an toàn mà tại đó mật độ phân bố xác suất sự cố của hàm tin cậy Z là lớn nhất.

- Hàm tin cậy: Là hàm thể hiện mối quan hệ giữa tải trọng và sức chịu tải trong một cơ

chế phá hoại tương ứng với một trạng thái giới hạn, trong đó tải trọng và sức chịu tải là

những hàm chứa đựng các biến và các tham số ngẫu nhiên.

xiii

- Giải hàm tin cậy: Sử dụng các thuật toán của lý thuyết độ tin cậy cấp độ II (phương

pháp gần đúng) hoặc cấp độ III (phương pháp Monte Carlo) để tính xác suất an toàn

của từng cơ chế sự cố hoặc công trình.

- Hư hỏng: Là biến cố xảy ra với công trình nhưng nó vẫn đảm bảo được toàn bộ hoặc một phần công năng của công trình.

- Hệ thống kết cấu: Đập bê tông tràn nước và cống ngầm bố trí trên thân đập và đóng

vai trò như một phần của đập dâng.

- Hệ thống vận hành: Đập bê tông tràn nước và cống ngầm bố trí tách rời đập, các

công trình này tạo thành hệ thống thông qua mối quan hệ vận hành hồ.

- Sự cố: Là biến cố ngẫu nhiên phá hoại khả năng chịu tải của công trình hoặc hệ

thống.

- Sự cố vận hành: Trong quá trình vận hành hồ không đủ nước hoặc không hoạt động

bình thường do các phương án vận hành thiếu khả thi, hồ không đảm bảo cung cấp

nước tưới theo thiết kế, khi đó hồ rơi vào tình trạng bị sự cố vận hành. Sự cố này đưa

đến hậu quả thiệt hại về kinh tế cho vùng được cấp nước.

- Sự cố kết cấu: Trong quá trình làm việc, sức chịu tải của đập, công trình tháo lũ hoặc

các công trình có liên quan bị suy giảm, hoặc kết cấu phải làm việc quá tải do thiên tai

bất thường, hoặc kết cấu bị phá hoại làm cho khả năng chịu tải hiện hữu không đảm

bảo, hoặc đập bị vỡ, đây là sự cố kết cấu.

xiv

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là một trong những quốc gia có nền nông nghiệp phát triển do đó hồ chứa

nước nói riêng hay hệ thống đầu mối thuỷ lợi nói chung đóng vai trò quan trọng trong

quá trình phát triển nền nông nghiệp cũng như sự phát triển của toàn xã hội. Hệ thống

lấy nước bằng hồ chứa đa phần là các hệ thống đa mục tiêu, chuyển nước bằng trọng

lực nên hiệu quả kinh tế mang lại rất rõ rệt. Tuy nhiên về mặt an toàn, hồ đập lại là nơi

tiềm ẩn tai họa do vỡ đập gây ra do các yếu tố bất định từ phía tự nhiên tác động vào

hồ đập ngày một phức tạp, đây là một trong những tác động trực tiếp dẫn đến sự cố ở

các hồ đập. Vì vậy, nghiên cứu các giải pháp khoa học công nghệ kiểm soát được an

toàn cũng như nâng cao an toàn cho các hệ thống công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi,

an toàn cộng đồng là một vấn đề luôn mang tính thời sự và cấp thiết.

Hiện nay ở nước ta, các hồ đập được thiết kế theo phương pháp truyền thống, trong đó

các chỉ tiêu an toàn dùng để đánh giá là hệ số an toàn. Mức độ an toàn của các hệ

thống được đánh giá thông qua các bài toán về thủy lực, ổn định và độ bền, trong đó

các chỉ tiêu kỹ thuật của công trình được mô phỏng qua khả năng tháo, khả năng chịu

tải của công trình nhưng sự ảnh hưởng của các thành phần công trình đến hệ thống

chưa được xét đến. Do vậy việc nghiên cứu phương pháp đánh giá hệ thống có xét đến

mối liên hệ giữa các công trình trong hệ thống là cần thiết.

Trong mấy thập kỷ vừa qua Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng

nhiều của hiện tượng biến đổi khí hậu. Các hồ đập được xây dựng trong nhiều thời kỳ

khác nhau với những tiêu chuẩn kỹ thuật khác nhau nên chất lượng của hồ đập hiện

hữu, mô hình thiết kế đang áp dụng, cũng như công tác quản lý còn nhiều bất cập.

Xuất phát từ lý do đó, nghiên cứu phát triển ứng dụng toán xác suất - thống kê kết hợp

với lý thuyết về công trình thủy lợi và lý thuyết về hệ thống vào các phân tích về an

toàn đập nhằm đánh giá chất lượng hiện hữu của các hệ thống đầu mối hiện có là một

đóng góp mới nhằm cải thiện chất lượng các hoạt động thuộc lĩnh vực an toàn đập hiện

nay ở Việt Nam.

Hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về an toàn công trình thủy lợi Việt Nam

được thể hiện dưới nhiều hình thức: các sách về độ tin cậy an toàn đập, các đề tài

nghiên cứu khoa học, các bài báo và trong các luận văn Thạc sĩ, luận án Tiến sĩ. Tuy

nhiên các nghiên cứu trên chủ yếu được ứng dụng trong các công trình phòng lũ và

bảo vệ bờ, đối với đầu mối hồ chứa thì chưa được đề cập đầy đủ, đặc biệt là việc ứng

dụng lý thuyết độ tin cậy để phân tích an toàn cho từng công trình và cả đầu đầu mối

hồ chứa thủy lợi. Vì vậy trong luận án này tác giả đã nghiên cứu đề tài ‘‘Phân tích và

đánh giá an toàn công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi Việt Nam theo lý thuyết độ tin

cậy’’ với mong muốn từng bước tiếp cận với trình độ khoa học và công nghệ trên thế

giới để đề tài sẽ là một đóng góp mới về phát triển khoa học công nghệ trong lĩnh vực

an toàn đập ở Việt Nam.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Xây dựng phương pháp, và công cụ đánh giá an toàn công trình đầu mối hồ chứa thủy

lợi bằng lý thuyết độ tin cậy, làm cơ sở khoa học cho công tác thiết kế cải tạo, nâng

cấp và quản lý an toàn công trình thủy lợi ở nước ta.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng

Nghiên cứu các công trình của đầu mối hồ chứa thủy lợi có đập dâng là đập đất, công

trình tháo lũ là các đập tràn và đường tràn dọc có ngưỡng thuộc dạng đập bê tông tràn

nước, cống lấy nước là cống ngầm đặt trong thân đập đất. Đây là loại đầu mối hồ chứa

thủy lợi phổ biến ở Việt Nam hiện nay.

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Đánh giá mức độ ổn định và độ bền của các công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi chịu

tác động của các yếu tố thường xuyên thay đổi (tải trọng, độ bền, điều kiện làm việc,

…), chưa xét đến các yếu tố gây sự cố khác gồm: động đất, kết quả tính toán thủy văn

và sự cố do vận hành công trình.

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

4.1 Cách tiếp cận

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu tác giả đã tổng hợp, phân tích tài liệu về các công

trình nghiên cứu có liên quan, từ đó lựa chọn hướng tiếp cận vừa mang tính kế thừa

vừa mang tính hiện đại, phù hợp với điều kiện nghiên cứu Việt Nam.

4.2 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng hợp:

+ Tổng hợp dữ liệu từ thực tế, đánh giá hiện trạng các hồ chứa nước Việt Nam để đưa

ra vấn đề cấp thiết đối với an toàn đập hiện nay. Nghiên cứu cấu trúc của các công

trình trong hệ thống đầu mối để phân loại hệ thống theo các sơ đồ toán học.

+ Nghiên cứu tìm hiểu các phương pháp đánh giá chất lượng công trình hiện nay đang

sử dụng để rút ra phương pháp thiết kế sử dụng trong luận án.

+ Nghiên cứu phân tích các công trình khoa học có sử dụng lý thuyết độ tin cậy đã

thực hiện trong lĩnh vực an toàn đập ở Việt Nam và trên thế giới để chỉ ra các vấn đề

mà các công trình đó chưa xét đến và trong luận án sẽ thực hiện.

- Nghiên cứu ứng dụng: Sử dụng các kiến thức về công trình thủy lợi, kiến thức về lý

thuyết độ tin cậy và xác suất - thống kê, các lý thuyết về phân tích hệ thống để xây

dựng các thuật toán và sơ đồ khối để đánh giá độ tin cậy an toàn của công trình (đập

đất, công trình tháo lũ, cống ngầm) và đầu mối hồ chứa thủy lợi. Ứng dụng tin học viết

phần mềm SYPRO2016 để tính độ tin cậy cho công trình đầu mối hồ chứa.

- Thực hiện các tính toán bằng số với chương trình tự lập (SYPRO2016) để khảo sát

kết quả ứng dụng phương pháp luận của luận án.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

5.1 Ý nghĩa khoa học

Luận án đã xây dựng được phương pháp đánh giá và công cụ tính toán (chương trình

SYPRO2016) độ tin cậy để đánh giá an toàn cho các công trình và hệ thống đầu mối

hồ chứa thủy lợi. Đây là sự bổ sung về mặt lý luận cho các nội dung tính toán kiểm tra

an toàn đập và tính toán thiết kế công trình đầu mối hồ chứa theo lý thuyết độ tin cậy.

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của luận án cung cấp bộ công cụ phục vụ cho công tác quản lý an

toàn đập theo Nghị định 72/2007/NĐ-CP của chính phủ và cũng là cơ sở cho việc thiết

kế nâng cấp, sửa chữa, quản lý và vận hành các hồ đập của Việt Nam sát với thực tế

hơn.

6. Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm có 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu hồ chứa và ứng dụng lý thuyết độ tin

cậy để đánh giá an toàn công trình thủy lợi;

Chương 2: Cơ sở lý thuyết để đánh giá an toàn công trình đầu mối hồ chứa nước;

Chương 3: Phân tích và đánh giá an toàn công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi theo độ

tin cậy;

Chương 4: Đánh giá mức độ an toàn công trình đầu mối hồ chứa nước Phú Ninh -

Quảng Nam.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỒ CHỨA VÀ ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY ĐỂ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

1.1 Đầu mối hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam

1.1.1 Hiện trạng các đầu mối hồ chứa thủy lợi Việt Nam

Đầu mối hồ chứa thủy lợi là tập hợp nhiều công trình như: đập dâng, công trình tháo

lũ, công trình lấy nước và các công trình chuyên môn phân bố trên một phạm vi nhất

định để cùng nhau giải quyết các nhiệm vụ đặt ra như: phòng lũ cho hạ du, tưới, phát

điện, cấp nước sinh hoạt và công nghiệp và các lĩnh vực khác: nuôi trồng thủy sản, vệ

sinh sức khỏe, thể thao, giải trí, ….

1.1.1.1 Các hệ thống hồ và liên hồ

Việt Nam có khoảng 2360 con sông lớn nhỏ và 14 lưu vực sông lớn trong đó có nhiều

sông liên quốc gia, trên các hệ thống sông suối rất nhiều hệ thống hồ chứa nước đã

được hình thành. Tính đến tháng 10 năm 2015, Việt Nam đã xây dựng được 6886 hồ

chứa thủy lợi, thủy điện, trong đó chiếm phần lớn (96,5%) là các hồ thủy lợi có dung

tích vừa và nhỏ [1]. Tuy nhiên các hồ phân bố không đều trên cả nước, tập trung nhiều

ở các tỉnh miền núi phía Bắc và Bắc Trung Bộ (chiếm 64% số lượng hồ của cả nước),

một số tỉnh có nhiều hồ như Nghệ An, Thanh Hóa, Đắk Lắc, Hòa Bình, Bắc Giang,

Tuyên Quang, Hà Tĩnh, Lạng Sơn, ... được thể hiện ở đồ thị hình 1-1 [2], [3].

Hình 1-1. Phân bố số lượng hồ chứa thuỷ lợi, thuỷ điện ở các tỉnh có nhiều hồ.

3 m

6 10.10

; (1) Các hồ có

3 m

6 3.10

6 10.10

< m W h

£ (2) Các hồ có

3 m

6 1.10

6 3.10

< m W h

£ (3) Các hồ có

3 m

6 0,2.10

6 1.10

< m W h

0, 2.10

£ (4) Các hồ có

. (5) Các hồ có

Hình 1-2. Tỷ lệ các hồ theo dung tích [3]

Các hồ chứa nước được xây dựng trên cùng một hệ thống sông có liên quan ảnh hưởng

lẫn nhau về mặt an toàn hình thành nên những hệ thống hồ, căn cứ vào sự hình thành

có thể khái quát hệ thống hồ Việt Nam thành hai nhóm hệ thống: hệ thống có xét đến

quan hệ cân bằng nước trên lưu vực sông và hệ thống không xét đến quan hệ cân bằng

nước. Hệ thống có xét đến quan hệ cân bằng nước trên lưu vực sông: là những hệ

thống hồ được xây dựng theo một quy hoạch có đầy đủ cơ sở khoa học như các hệ

thống hồ bậc thang thủy điện, hệ thống liên hồ thủy lợi, liên hồ đa mục tiêu. Hệ thống

không xét đến quan hệ cân bằng nước: là những hệ thống có nhiều hồ được xây dựng

một cách tự phát hơn là các hồ được xây dựng theo quy hoạch. Một cách ngẫu nhiên,

theo các nhánh suối hình thành những hệ thống hồ đập có quan hệ và ràng buộc về

mục đích khai thác hoặc về vận hành tháo lũ.

Các công trình đầu mối hồ chứa hiện hữu ở Việt Nam có chất lượng không đồng đều,

đang bị xuống cấp, tồn tại cả những công trình xuống cấp nghiêm trọng, nhiều công

trình đã đến lúc phải sửa chữa, nâng cấp. Phân tích số liệu điều tra an toàn hồ chứa [1],

[4] (bảng 1-1), thấy rằng mức độ hư hỏng của các công trình đầu mối ở các hồ vừa và

nhỏ nhiều hơn đáng kể so với các hồ lớn. Các đánh giá về thực trạng các hồ chứa nước

năm 2015 [2], cũng có kết quả tương tự, các hồ cần phải nâng cấp sửa chữa là các hồ

có dung tích nhỏ luôn chiếm tỷ lệ lớn hơn. Trong tổng số 1150 hồ chứa cần phải nâng

cấp sửa chữa vì bị hư hỏng và thiếu năng lực xả lũ: các hồ có dung tích lớn

3 m V

< 3 m V

10.10

3.10

10.10

1.10

3.10

1.10

‡ £ £ £ là 20%, là 2,7%, là 11,6%

chiếm một lượng lớn 68,7%. Ngoài ra còn có khoảng 2500 hồ chứa có và

0, 2.10 m nằm phân tán ở nhiều nơi do địa phương quản lý không

dung tích nhỏ hơn

có số liệu để đánh giá.

Bảng 1-1. Tình hình hư hỏng các công trình đầu mối ở hồ chứa [1], [2]

Tỷ lệ các hồ phải sửa chữa %

Số lượng hồ có

Nội dung kiểm tra

£ < 3 m V

3 m

‡

số liệu điều tra

6 0,05.10

6 3.10

3.10

Đập cần sửa chữa về thấm

6648

1,4

7,6

Sửa chữa mái đập bị biến

6648

1,2

dạng

9,2

Sửa chữa vết nứt ở tràn xả lũ

6648

0,2

10,5

Hư hỏng thân tràn hoặc xói lở

6648

2,8

tiêu năng

Hư hỏng thân cống

6648

1,4

11,4

Hư hỏng tháp cống, dàn van

6648

1,0

Một điểm tồn tại nữa của các đầu mối hồ chứa ở Việt Nam hiện nay là chưa được đầu

tư đồng bộ để trở thành một hệ thống hoàn chỉnh, trừ một số các đập cao từ 50m trở

lên đã được lắp đặt và tổ chức quan trắc tương đối đầy đủ theo quy định. Các đập thấp

hơn, nhiều đập không đặt thiết bị quan trắc hoặc chỉ quan trắc một phần. Tình trạng

này ở các hồ thủy lợi phổ biến hơn là ở hồ thủy điện. Công tác quan trắc ở 54 hồ thủy

3.10

‚ , dung tích hồ như ở bảng 1- điện và 551 hồ thủy lợi có đập cao 15 50m

2, mức đầu tư trang thiết bị, cơ sở hạ tầng phục vụ công tác quản lý, phục vụ cứu trợ

khẩn cấp còn thấp, chưa đủ đáp ứng yêu cầu của các quy định về an toàn đập [4].

W 3.10

‚ ‡ , dung tích hồ Bảng 1-2. Hiện trạng quan trắc ở hồ có đập cao 15 50m

[2]

Công tác quan trắc

Tỷ lệ Hồ thủy điện Hồ thủy lợi

Công trình được quan trắc

41,0

9,1

Công trình chưa được quan trắc

59,0

Công trình được quan trắc một phần

30,0

Công trình không lắp thiết bị quan trắc

61,0

1.1.1.2 Các thành phần công trình đầu mối ở Việt Nam

1. Đập dâng

Đập dâng là công trình chắn ngang sông, được xây dựng để dâng cao mực nước hoặc

tích nước tạo thành hồ chứa. Vật liệu tạo thành đập là đất, đá, bê tông, bê tông cốt

thép, gỗ, cao su, tuy nhiên đập ở các hồ chứa nước Việt Nam chủ yếu được xây dựng

theo hai loại vật liệu là vật liệu địa phương và bê tông.

a) Đập vật liệu địa phương

Các đập vật liệu địa phương bao gồm: Đập đất, đập đất đá hỗn hợp, đập đá đổ, đập đá

đầm nén có bản mặt bê tông cốt thép. Cho đến nay, các đập dâng tạo hồ chứa ở Việt

‚ Nam chủ yếu là đập đất. Những đập có chiều cao trong khoảng 25 50m chiếm đa số

như đập Đại Lải, Núi Cốc, Suối Hai, Cấm Sơn, Sông Rác, Phú Ninh, Cà Giây, Ayun

Hạ, …. Đập có kết cấu ba khối đất đá cao nhất Việt Nam hiện nay là đập Tả Trạch ở

Thừa Thiên Huế cao 60m.

Trong số các đập vật liệu địa phương đã được xây dựng ở Việt Nam, đập đá đổ có số

lượng ít hơn nhưng lại có chiều cao lớn hơn đập đất. Một số đập đá đổ có quy mô lớn

ở Việt Nam như đập Thác Bà cao 48m, đập Yaly cao 60m, đập Hòa Bình cao 123m.

Ba đập này có quy mô khác nhau nhưng có cùng dạng kết cấu đập đá đổ có kết cấu

chống thấm là tường tâm bằng đất sét.

Đập đá đầm nén có bản mặt bằng bê tông cốt thép ra đời vào những thập niên cuối của

thế kỷ XX. Ưu điểm chính của loại đập này là đá được đầm chặt, khắc phục được hiện

tượng biến dạng nhiều của đập đá đổ truyền thống và bản mặt bê tông cốt thép có khả

năng chống thấm cao. Việt Nam đã xây dựng các đập loại này như đập Rào Quán cao

78m, đập Tuyên Quang cao 92m, đập Cửa Đạt cao 115,3m, ….

Ưu điểm của đập vật liệu địa phương là sử dụng đất, đá là các vật liệu tại chỗ, có thể

thi công bằng biện pháp thủ công và biện pháp cơ giới. Nó cũng là loại đập được phát

triển sớm nhất trên thế giới nên kĩ thuật xây dựng loại đập này đã tích lũy được nhiều

kinh nghiệm.

Vì phải sử dụng một khối lượng vật liệu đất đá lớn nên khi thi công thường gặp nhiều

khó khăn trong việc kiểm soát chất lượng vật liệu đắp đập theo yêu cầu thiết kế. Mặt

khác vật liệu đất rất nhạy cảm với độ ẩm của môi trường không khí nhất là đất giàu

hàm lượng sét như đất ở Tây Nguyên và ở Nam Trung Bộ. Khí hậu nhiệt đới gió mùa

ở Việt Nam cũng là một trở ngại lớn đối với việc thi công đập vật liệu địa phương. Do

chịu ảnh hưởng của thời tiết cũng như công tác dẫn dòng nên tiến độ thi công loại đập

này thường gặp rủi ro, nhiều đập đã phải kéo dài thời gian thi công. Những hạn chế

này là những nguyên nhân tiềm ẩn, rất khó kiểm soát, có thể dẫn đến sự cố vỡ đập.

Hình 1-3. Đập Tả Trạch-Thừa Thiên Huế

b) Đập bê tông

Hình 1-4. Đập bê tông đầm lăn Sơn La

Hình 1-5. Đập vòm Nậm Chiến

Vật liệu chủ yếu để xây dựng loại đập này là bê tông. Hai kiểu đập bê tông đã được

dùng ở Việt Nam là đập bê tông trọng lực và đập vòm.

Đối với các đập có chiều cao lớn, dạng đập bê tông được sử dụng nhiều. Theo tổng kết

của hội đập lớn thế giới, trong số các đập đã và đang xây dựng có chiều cao từ 100m

trở lên thì đập bê tông chiếm ưu thế (ICOLD - 1986). Đập bê tông trọng lực ngăn sông

tạo thành hồ chứa đầu tiên ở nuớc ta là đập Tân Giang ở tỉnh Ninh Thuận cao 37,5m.

Một trong những cải tiến có giá trị trong lịch sử phát triển đập bê tông trong lực là ứng

dụng công nghệ bê tông đầm lăn vào xây dựng đập. Tuy mãi đến những năm cuối của

thế kỷ XX, công nghệ đập bê tông đầm lăn mới được Việt Nam áp dụng, nhưng cho

đến năm 2013, Việt Nam xây dựng được 24 đập bê tông trọng lực đầm lăn. Việt Nam

được xếp vào hàng thứ bảy của thế giới về tốc độ phát triển đập bê tông đầm lăn.

Trong số các đập bê tông đầm lăn đã xây dựng, có nhiều đập có chiều cao hơn 100m

như: đập thủy điện Sơn La cao 138m, đập Bản Vẽ ở Nghệ An cao 137m [5].

Kiểu đập bê tông thứ hai đang được áp dụng vào Việt Nam là đập vòm. Do có cấu tạo

dạng vòm, mặt cắt ngang đập vòm mảnh hơn, nên sử dụng ít bê tông hơn đập bê tông

trọng lực, do đó có hiệu quả hơn về mặt kinh tế xây dựng. Mặt khác, cấu tạo dạng vòm

có nhiều ưu điểm về khả năng chịu tải nên ở những nơi vị trí lòng sông thích hợp, đập

vòm đã được ưu tiên lựa chọn để xây dựng những đập có chiều cao lớn. Đập vòm đầu

tiên được xây dựng ở Việt Nam là đập vòm Nậm Chiến cao 135m trên suối Nậm

Chiến, một phụ lưu của sông Đà.

Đập bê tông dùng vật liệu bê tông nên dễ kiểm soát chất lượng trong quá trình thi công

hơn so với đập dùng vật liệu đất đá. Mặt khác việc bố trí mặt bằng tổng thể cũng như

công tác dẫn dòng và phòng lũ trong quá trình thi công thuận lợi hơn đập vật liệu địa

phương.

Nhược điểm cơ bản của đập bê tông là có kết cấu bê tông khối tảng dễ bị nứt do tác

động của ứng suất nhiệt. Tuy đập vòm có mỏng hơn nhưng nhiệt của bê tông vẫn là

vấn đề cần phải cẩn trọng trong việc thiết kế các khe nhiệt cũng như xử lý nhiệt trong

quá trình thi công. Yêu cầu chất lượng nền đập bê tông cao, từ đó cũng có những yêu

cầu cao về khảo sát thiết kế. Đập bê tông mới được phát triển ở Việt Nam từ những 10

năm cuối của thế kỷ XX, vì vậy công tác khảo sát, thiết kế, thi công và quản lý loại

đập này còn chưa có nhiều kinh nghiệm. Những yếu kém trong khảo sát, thiết kế cũng

như xử lý nhiệt trong quá trình thi công, đã để lại trong đập những khuyết tật, đặc biệt

là các khe nứt làm suy giảm khả năng chịu tải và tiềm ẩn những nguy cơ dẫn đến vỡ

đập bê tông.

2. Công trình tháo lũ

Công trình tháo lũ là công trình để tháo nước thừa không thể chứa được trong hồ, có

công trình tháo lũ thì hồ mới làm việc bình thường và an toàn. Căn cứ vào cao trình

đặt, có thể phân làm hai loại: Công trình tháo lũ trên mặt và công trình tháo lũ dưới

sâu.

Hình 1-6. Sơ đồ minh họa vị trí công trình tháo lũ trên mặt và dưới sâu [5]

1, 2- Tháo lũ trên mặt; 3- Tháo lũ kết hợp trên mặt và dưới sâu; 4- Xả sâu;

5- Xả đáy; 6- Tháo lũ qua đường hầm; 7- Đường tràn ngoài đập.

Hình 1-7. Tràn xả lũ hồ Yên Lập - Quảng Ninh.

a) Công trình tháo lũ trên mặt

Các công trình có cao trình đặt ngưỡng cao và chỉ dùng để tháo dung tích phòng lũ của

hồ, bao gồm các công trình như: Đập tràn, đường tràn dọc, đường tràn ngang, xi phông

tháo lũ, giếng tháo lũ, đường tràn kiểu gáo, …. [5], [6].

b) Công trình tháo lũ dưới sâu

Là các công trình tháo lũ có ngưỡng tràn đặt thấp, có thể đặt dưới đáy đập, đặt trong

thân đập bê tông hoặc có thể đặt ở bên bờ. Các công trình loại này như: cống ngầm,

đường ống, đường hầm, … có thể tháo được nước trong hồ ở bất kỳ mực nước nào

thậm chí tháo cạn hồ [5], [6].

Hiện nay hai kiểu công trình tháo lũ được dùng phổ biến ở các hồ chứa Việt Nam là

đường tràn dọc và đập tràn, trong đó đường tràn dọc và đập tràn không có cửa van

điều tiết chiếm đa số, với tràn không có cửa van thì không có khả năng hạ thấp mực

nước hồ trước khi lũ về hoặc khi thấy cần thiết. Hầu hết các hồ không có cửa xả sâu, vì

vậy không thực hiện được việc tháo cạn hồ khi đập có nguy cơ bị vỡ.

Các đầu mối hồ chứa có đập dâng là đập vật liệu địa phương thì vị trí đường tràn hoặc

đập tràn thường được đặt ở đầu đập hoặc ở ngoài đập. Ở các đầu mối có đập dâng là

đập bê tông thì công trình tháo lũ là các đập tràn đặt ở khu vực lòng sông, vừa làm

nhiệm vụ tháo lũ, vừa thay thế một phần đập dâng [1], [4], [7].

3. Công trình lấy nước

Các công trình lấy nước từ hồ chứa để đáp ứng các yêu cầu dùng nước khác nhau,

thường dùng là đường hầm (đào qua núi, đồi) hoặc cống ngầm đặt dưới đập. Hiện nay

cống ngầm đặt trong thân đập là hình thức được dùng phổ biến nhất để lấy nước từ hồ

chứa thủy lợi ở Việt Nam. Chế độ thủy lực của các cống có thể là không áp hoặc có

áp. Các cống không áp thường làm bằng bê tông cốt thép có mặt cắt hình chữ nhật,

tròn, vòm hoặc móng ngựa có cửa lấy nước là các tháp van kín hoặc hở đặt ở phía

thượng lưu. Trong tháp van có các van công tác và van sửa chữa. Các cống có áp

thường có mặt cắt ngang hình tròn, vật liệu được dùng là bê tông cốt thép, ống thép

hoặc ống thép bọc bê tông cốt thép. Cửa van điều tiết được dùng một cách phổ biến là

van khóa hoặc van côn đặt ở phía hạ lưu; ở các cống lớn, van sửa chữa được đặt trong

tháp ở phía thượng lưu (van phẳng).

Các cống đặt ở trong đập vật liệu địa phương là các cống có chiều dài lớn nên được

chia thành từng đoạn. Nối các đoạn với nhau là các khớp nối. Kết cấu khớp nối phải

đáp ứng hai điều kiện: an toàn khi các đoạn có chuyển vị tương đối và đảm bảo kín

nước khi có hiện tượng chuyển vị của các đoạn.

Hầu hết các cống ngầm lấy nước từ các hồ chứa ở Việt Nam hiện nay không đặt trong

hành lang mà đặt trực tiếp trên nền và trong thân đập. Xung quanh cống được đắp

bằng một lớp đất ít thấm nước. Nhiều cống cấu tạo chưa hợp lý, đường viền thấm chưa

đủ dài và liên kết với đập không tốt, đập có nguy cơ bị mất ổn định do thấm tiếp xúc

dọc cống. Kích thước mặt cắt ngang của nhiều cống được quyết định chỉ dựa vào kết

quả tính toán khả năng tháo và điều kiện duy trì chế độ thủy lực thiết kế, không theo

điều kiện sửa chữa nên rất khó khăn cho công tác quản lý khi cần kiểm tra cũng như

sửa chữa phía trong cống. Đây là những tồn tại chính của các cống lấy nước ở hồ chứa

Việt Nam hiện nay [3], [8], [9].

Hình 1-8. Cống ngầm lấy nước ở hồ chứa nước Vực Sự - Nghệ An

1.1.2 Hư hỏng và sự cố của các công trình đầu mối thủy lợi ở Việt Nam

Hư hỏng và sự cố các công trình xây dựng luôn là chủ đề mang tính thời sự được các

nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu. Hư hỏng và sự cố là hai khái

niệm có mức độ trầm trọng khác nhau đối với công trình, mặc dù đây là những thuật

ngữ mang tính quy ước nhưng lại rất cần thiết cho các nghiên cứu về sự cố công trình.

Hư hỏng là biến cố xảy ra đối với công trình nhưng nó vẫn đảm bảo được toàn bộ hoặc

một phần lớn công năng. Sự cố là biến cố ngẫu nhiên phá hoại khả năng chịu tải của

công trình hoặc hệ thống.

Kết quả tổng kết về sự cố đập đất ở Việt Nam trong các nghiên cứu cho thấy thấm là

một trong những nguyên nhân chính dẫn đến các hư hỏng và sự cố đập đất ở Việt Nam

[9], [10]. Theo số liệu điều tra năm 2015 của bộ Nông nghệp và Phát triển Nông thôn

tình trạng hư hỏng về thấm ở đập đất cần phải xử lý chiếm tỷ lệ khá cao. Quy mô đập

càng nhỏ thì tình trạng hư hỏng do dòng thấm càng trầm trọng. Theo tài liệu này, kết

1.10

5.10

‚ quả thống kê ở 543 hồ có dung tích từ có 24% số đập có vấn đề về

1.10 m thì có tới 46% số đập phải xử lý

thấm, nhưng ở 485 hồ có dung tích dưới

thấm [1], [4], [9], [10], [11]. Trong các sự cố xảy ra ở hồ chứa, sự cố vỡ đập là sự cố

lớn nhất. Việt Nam chưa xảy ra vỡ đập ở hồ có dung tích lớn gây thành thảm họa,

nhưng cũng đã xảy ra vỡ đập ở các hồ có quy mô nhỏ.

Sự cố vỡ đập xảy ra đối với hồ đang vận hành như: vỡ đập Suối Hành tỉnh Khánh Hòa

(1986), đập Am Chúa - Khánh Hòa (1992), đập Khe Mơ - Hà Tĩnh (2010), đập phụ

Đầm Hà Động - Quảng Ninh (2014). Sự cố vỡ đập xảy ra trong thời kỳ thi công hay

mới hoàn thành như: đập Đồn Háng - Nghệ An (1978), Cửa Đạt - Thanh Hóa, đập

Z20 - Hà Tĩnh (2009), đập Phước Trung - Ninh Thuận (2011), đập Lanh Ra - Ninh

Thuận (2011), …. Một số đập xảy ra hư hỏng lớn nhưng chưa bị vỡ như: sự cố tràn

nước đập bê tông trọng lực Hố Hô - Hà Tĩnh, hiện tượng thấm bất thường ở đập đất

Kim Sơn - Hà Tĩnh, đập Sông Quao - Bình Thuận, …, hiện tượng đập đất bị nứt ngang

xảy ra ở đập Cà Giây, bị nứt dọc xảy ra ở đập Easoup, …. [9], [10], [11].

Nguyên nhân xảy ra sự cố về đập ở Việt Nam có thể khái quát thành hai nhóm là

nguyên nhân chủ quan và khách quan. Nhóm các nguyên nhân chủ quan là do sự yếu

kém trong công tác khảo sát, thiết kế, thi công, quản lý xây dựng, gọi chung là chất

lượng xây dựng và quản lý vận hành. Nhóm các nguyên nhân khách quan là do tính

bất thường của thiên nhiên như bão, lũ, động đất, …. [12]

Phân tích theo đặc tính làm việc và cơ chế phá hoại của các công trình tạo thành hồ

chứa dẫn đến sự cố vỡ đập cũng có thể khái quát thành hai nhóm nguyên nhân. Nhóm

nguyên nhân thứ nhất là do đập không đủ khả năng chịu tải biểu hiện ở các hiện tượng:

nước tràn đỉnh đập, đập đất bị trượt mái, dòng thấm mạnh không kiểm soát được, đập

bị nứt dọc, nứt ngang, …. Nhóm nguyên nhân thứ hai là do sự cố xảy ra ở các công

trình tháo lũ, cống lấy nước dẫn đến sự cố ở đập. Các nguyên nhân dẫn đến sự cố vỡ

đập có quan hệ với nhau tác động đến nhau theo logíc hệ thống.

a) Sự cố đập Am Chúa - Khánh Hòa b) Sự cố vỡ đập phụ Đầm Hà Động -

Quảng Ninh

d) Sự cố vỡ đập Z20 - Hà Tĩnh c) Sự cố vỡ đập Lanh Ra - Ninh Thuận

e) Nước trong lòng hồ dâng cao tràn qua f) Sự cố vỡ nứt dọc đỉnh đập Easoup

đỉnh đập Hố Hô - Hà Tĩnh thượng - Đắk Lắc

Hình 1-9. Một số hình ảnh sự cố đập ở Việt Nam

1.1.3 Sự cần thiết đảm bảo an toàn công trình đầu mối

Hệ thống hồ đập được xây dựng để đáp ứng các yêu cầu dùng nước và phòng chống

thiên tai, do đó các công trình phải đảm bảo an toàn. Công trình đầu mối chịu ảnh

hưởng trực tiếp của các điều kiện khí tượng thủy văn, điều kiện địa chất của lưu vực

sông suối, của động đất tự nhiên, động đất kích thích do hồ tích nước, .… Hầu hết các

yếu tố bất định trong các hiện tượng này biến đổi theo không gian và thời gian. Sự

xuất hiện những hình thái thời tiết bất thường do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và

hiện tượng không kiểm soát được ở thượng nguồn những dòng sông liên quốc gia cũng

như những vi phạm có tính hệ thống của con người như chặt phá rừng, xây hồ không

theo quy hoạch, … đang làm cho các yếu tố bất định ảnh hưởng xấu đến an toàn đập ở

Việt Nam đang tăng lên.

Hiện nay trên thế giới, mô hình thiết kế ngẫu nhiên ở cấp độ hai và sử dụng độ tin cậy

làm chỉ tiêu đánh giá an toàn công trình đang được ứng dụng phổ biến. Việt Nam trong

lĩnh vực xây dựng nói chung và công trình thủy lợi, thủy điện nói riêng đang sử dụng

mô hình thiết kế ngẫu nhiên ở cấp độ một và chỉ tiêu đánh giá an toàn công trình là hệ

số an toàn. Đây là một khoảng cách khá xa về mô hình thiết kế của Việt Nam so với

thế giới. Để giảm bớt khoảng cách so với thế giới về lĩnh vực này, có thể thực hiện

một số biện pháp sau:

- Xây dựng đồng bộ hệ thống tiêu chuẩn thiết kế theo lý thuyết độ tin cậy công trình.

- Cập nhật và nghiên cứu phát triển các mô hình phân tích ngẫu nhiên vào trong các

hoạt động xây dựng, hoạt động quản lý hồ đập và được xem như là ứng dụng tiến bộ

khoa học công nghệ vào điều kiện Việt Nam.

1.2 Các phương pháp đánh giá an toàn của công trình thủy lợi

Trước khi đưa ra các phương pháp lý thuyết để xây dựng công trình, người thiết kế

phải dựa vào những kinh nghiệm tích lũy trong quá khứ có cả thành công và thất bại.

Trên cơ sở những lý thuyết đầu tiên để tính toán kết cấu xây dựng được hình thành vào

giữa thế kỷ 19, kỹ thuật thiết kế các công trình thủy lợi đã trải qua quá trình phát triển

không ngừng và đến nay đã hình thành hai hệ phương pháp tính toán là phương pháp

thiết kế tất định và phương pháp thiết kế ngẫu nhiên, như được trình bày dưới đây.

1.2.1 Phương pháp thiết kế tất định

Hiện nay phương pháp ứng suất cho phép, phương pháp các hệ số an toàn và phương

pháp các trạng thái giới hạn là các phương pháp thiết kế tất định được dùng phổ biến

trong mô hình thiết kế truyền thống ở Việt Nam.

1.2.1.1 Phương pháp ứng suất cho phép

Phương pháp ứng suất cho phép (ƯSCP) là một trong những phương pháp được ứng

dụng ngay từ những ngày hình thành lý thuyết kết cấu. Khi thực hiện các tính toán

theo phương pháp này vật liệu chỉ được xem xét làm việc trong giai đoạn đàn hồi với

các hệ số dự trữ rất cao. Do vậy, một cấu kiện đảm bảo điều kiện bền khi giá trị ứng

suất trong mặt cắt tính toán không vượt quá ứng suất cho phép của vật liệu tạo thành

[ s£

] =

cấu kiện [5], [13]:

axm

R K

(1-1)

Trong đó:

s max: Ứng suất tính toán lớn nhất tại một điểm nào đó trong mặt cắt tính toán, xác định

từ tổ hợp tải trọng bất lợi nhất;

[s ]: Ứng suất cho phép, lấy theo tài liệu tiêu chuẩn đối với vật liệu, loại kết cấu và

dạng của trạng thái ứng suất (kéo, nén, xoắn, ...);

R: Cường độ của vật liệu; K: Hệ số an toàn của vật liệu.

Ưu điểm: Phương pháp ƯSCP mang tính kinh điển, rất tiện dụng khi thiết kế các bộ

phận kết cấu cùng kiểu, vì vậy nó được chú ý nghiên cứu phát triển.

Nhược điểm: Phương pháp ƯSCP chỉ xem xét sự làm việc của vật liệu trong điều kiện

tác động cực đại, không xét đến tác động thường xuyên.

Ứng dụng: Hiện nay phương pháp ƯSCP vẫn được áp dụng khi thiết kế cửa van, và

thiết kế sơ bộ các đập bê tông, bê tông cốt thép.

Trên cơ sở xem xét đến sự làm việc dẻo của vật liệu và một số cải tiến về quan niệm

hệ số dự trữ, tiến tới phát triển phương pháp ‘‘tải trọng phá hoại’’ hoàn thiện hơn. So 17

với các kết quả thử nghiệm, các kết quả tính theo phương pháp tải trọng phá hoại phù

hợp hơn khi tính toán theo phương pháp ƯSCP.

1.2.1.2 Phương pháp tính theo các hệ số an toàn

Thay cho các ƯSCP, trong tính toán sử dụng các giá trị trung bình về tải trọng và sức

chịu tải nên mức độ an toàn của công trình được được đảm bảo bằng một hệ số an toàn

chung Kat [5], [13].

 

 

F g F t

‡ (1-2)

Trong đó:

Kat: Hệ số an toàn, là tỷ lệ giữa yếu tố giữ Fg (lực hay mômen) và yếu tố gây mất ổn

định Ft; [Kcp]: Hệ số an toàn cho phép.

Ưu điểm: Trong tính toán thiết kế, hệ số ổn định Kat đã được thiết lập cho từng loại

công trình và cho từng sơ đồ tính cụ thể. Hệ số an toàn cho phép [Kcp] được xác định

theo tiêu chuẩn kỹ thuật được chọn làm tiêu chuẩn thiết kế.

Nhược điểm: Mặc dù có tiến bộ đáng kể hơn so với phương pháp ứng suất cho phép

nhưng phương pháp hệ số an toàn có một nhược điểm cơ bản là các dạng phá hoại

khác nhau của kết cấu được đảm bảo chỉ bởi một hệ số an toàn duy nhất. Trong khi

việc tích lũy tài liệu thí nghiệm đã chỉ ra rằng các tải trọng và sức bền của vật liệu có

tính biến đổi, phân tán, điều đó làm giảm mức độ đảm bảo không phá hoại kết cấu.

Vậy nên các kết cấu như nhau sẽ có các hệ số dự trữ khác nhau khi khai thác trong các

điều kiện khác nhau [14].

1.2.1.3 Phương pháp trạng thái giới hạn

Trong phương pháp này một hệ số an toàn duy nhất được thay bằng nhiều hệ số an toàn

mang đặc trưng thống kê: Hệ số tổ hợp tải trọng nc, hệ số điều kiện làm việc m, hệ số

tin cậy Kn, hệ số lệch tải n, hệ số an toàn về vật liệu KVL. Do vậy, đã có sự thay đổi các

tiêu chí đánh giá độ bền và các tính chất khác của kết cấu công trình. Việc thiết kế, xây

dựng và khai thác công trình phải được thực hiện sao cho không xảy ra các trạng thái

giới hạn của nó [5], [13], [15].

Trạng thái giới hạn (TTGH): Công trình và nền của nó được gọi là đạt đến trạng thái

giới hạn khi chúng mất khả năng chống lại các tải trọng và tác động từ bên ngoài, hoặc

khi chúng bị hư hỏng hay biến dạng quá mức cho phép, không còn thoả mãn được các

yêu cầu khai thác bình thường.

Nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất: Công trình, kết cấu và nền của chúng làm việc

trong điều kiện khai thác bất lợi nhất, gồm: các tính toán về độ bền và ổn định chung

của hệ công trình - nền; độ bền thấm chung của nền và công trình đất; độ bền của các

bộ phận mà sự hư hỏng của chúng sẽ làm cho việc khai thác công trình bị ngừng trệ;

các tính toán về ứng suất, chuyển vị của kết cấu bộ phận mà độ bền hoặc độ ổn định

công trình chung phụ thuộc vào chúng, ... [5], [13], [15].

Nhóm trạng thái giới hạn thứ hai: Công trình, kết cấu và nền của chúng làm việc bất

lợi trong điều kiện khai thác bình thường, gồm: các tính toán độ bền cục bộ của nền;

các tính toán về hạn chế chuyển vị và biến dạng, về sự tạo thành hoặc mở rộng vết nứt

và mối nối thi công; về sự phá hoại độ bền thấm cục bộ hoặc độ bền của kết cấu bộ

phận mà chúng chưa được xem xét ở trạng thái giới hạn thứ nhất [5], [13], [15].

Tải trọng được dùng trong hai nhóm trạng thái giới hạn là khác nhau: Nhóm THGH 1

sử dụng tải trọng tính toán, còn nhóm THGH 2 sử dụng tải trọng tiêu chuẩn. Tải trọng

tính toán bằng tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số lệch tải, tải trọng tiêu chuẩn có trong

các tiêu chuẩn thiết kế quy định riêng cho mỗi loại công trình và nền của chúng.

Biểu thức tính toán và cách xác định các hệ số trong công thức như sau: Việc đánh giá

sự xuất hiện các trạng thái giới hạn được thực hiện bằng cách so sánh các trị số tính

toán của ứng lực, ứng suất, biến dạng, chuyển vị, sự mở rộng khe nứt, ... với khả năng

chịu tải tương ứng của công trình, độ bền của vật liệu, trị số cho phép của bề rộng khe

nứt, biến dạng, .... Các trị số này được quy định trong các tiêu chuẩn kỹ thuật. Điều

kiện đảm bảo ổn định hay độ bền của công trình là [15]:

n .N c

m.R K

£ (1-3)

Trong đó: Ntt- Trị số tính toán của tải trọng tổng hợp;

R: Trị số tính toán của sức chịu tổng hợp của công trình hay nền;

nc, m, kn: Lần lượt là các hệ số tổ hợp tải trọng, hệ số điều kiện làm việc và hệ số độ

tin cậy.

Phương pháp trạng thái giới hạn có xét đến đặc trưng xác suất của độ bền hoặc khả

năng chịu tải và tải trọng chỉ ở phần phân tích và xử lý các số liệu đầu vào, còn thuật

toán vẫn là tất định. Hơn nữa các hệ số về vật liệu và tải trọng (hệ số lệch tải và hệ số

tổ hợp tải trọng) được sử dụng trong phương pháp có đặc tính thống kê nhưng lại có

giá trị không đổi, các hệ số điều kiện làm việc và hệ số tính chất quan trọng của kết

cấu là các giá trị được định trước và lấy theo kinh nghiệm nhiều năm thiết kế và khai

thác công trình tương tự. Do đó phương pháp này còn mang tính tiền định. Ngoài ra

phương pháp còn có nhược điểm cơ bản: không xét đến yếu tố thời gian và các đặc

trưng ngẫu nhiên của các tham số sử dụng trong tính toán, hay phương pháp TTGH

không đánh giá được độ tin cậy của công trình trong tương lai và không xét được đầy

đủ mức độ ảnh hưởng của tính chất biến đổi ngẫu nhiên liên tục của tính chất các vật

liệu xây dựng và đất nền cũng như của tải trọng đến trạng thái làm việc của công trình

[5], [14].

Như vậy, công trình khi tính theo phương pháp TTGH phụ thuộc vào nhiều tham số có

bản chất ngẫu nhiên nhưng lại không thể biểu diễn thích hợp trong mối quan hệ hàm

số mà mang tính đơn trị và tiền định.

Với rất nhiều lý do trên, trong vòng mấy chục năm gần đây trên thế giới hình thành

phương pháp tính công trình và kết cấu xây dựng theo phương pháp thiết kế ngẫu

nhiên.

1.2.2 Phương pháp thiết kế theo mô hình ngẫu nhiên

Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên là phương pháp thiết kế theo xu hướng hiện đại.

Theo thiết kế này trạng thái giới hạn cũng như cơ chế phá hoại được mô phỏng bằng

các mô hình toán hoặc mô hình tương ứng. Xác suất phá hoại của một bộ phận công

trình hoặc công trình được tính từ hàm tin cậy. Hàm này được thành lập trên cơ sở

quan hệ giữa tải trọng và sức chịu tải trong một cơ chế phá hoại tương ứng với một

trạng thái giới hạn, trong đó tải trọng và sức chịu tải là những hàm chứa đựng các biến

và các tham số ngẫu nhiên. Thiết kế ngẫu nhiên là phương pháp thiết kế tiến bộ nhưng

do tính phức tạp cũng như khó khăn trong việc áp dụng toán xác suất - thống kê vào

trong thiết kế nên mức độ tiếp cận với xác suất ở từng trường hợp khác nhau và được

chia thành 3 cấp độ tính toán [5], [16], [17].

1.2.2.1 Thiết kế ngẫu nhiên cấp độ I

Các biến đầu vào là các biến ngẫu nhiên được xác định theo phương pháp xác suất -

thống kê, nhưng hàm tin cậy thể hiện mối quan hệ giữa độ bền của công trình và tải

trọng tác dụng lên công trình là các giá trị trung bình có kèm theo hệ số an toàn thích

hợp cho từng loại công trình là một số cụ thể. Do vậy, kết quả tính toán không phải là

xác suất an toàn mà là hệ số an toàn Kat. Đây được coi là phương pháp bán ngẫu nhiên

và được xếp vào thiết kế ngẫu nhiên cấp độ I.

1.2.2.2 Thiết kế ngẫu nhiên cấp độ II

Thực hiện các tính toán độ tin cậy của công trình trong đó: Hàm tin cậy là hàm tuyến

tính hoặc sử dụng một số phương pháp gần đúng biến đổi về hàm tuyến tính tại điểm

thiết kế; các biến ngẫu nhiên trong hàm được xác định theo phương pháp xác suất -

thống kê và có luật phân bố chuẩn. Kết quả độ tin cậy của công trình được thể hiện là

xác suất an toàn hoặc chỉ số độ tin cậy. Đây được gọi là thiết kế ngẫu nhiên cấp độ II.

1.2.2.3 Thiết kế ngẫu nhiên cấp độ III

Trường hợp các tính toán vẫn giữ nguyên quy luật phân bố xác suất của các biến ngẫu

nhiên và tính phi tuyến của hàm tin cậy. Khi sử dụng mô hình xác suất một cách đầy

đủ trong thiết kế thì được gọi là thiết kế theo mô hình ngẫu nhiên cấp độ III. Để tìm

được xác suất an toàn của công trình có thể sử dụng phương pháp Monte Carlo hoặc

các phương pháp giải tích.

1.2.3 Nhận xét các phương pháp thiết kế

Phương pháp thiết kế theo mô hình ngẫu nhiên và tính độ tin cậy tiến bộ hơn phương

pháp thiết kế tất định và tính hệ số an toàn, tuy nhiên ở đây có sự kế thừa, không có sự

phủ nhận. Các tính toán độ tin cậy vẫn dựa trên các điều kiện làm việc, các sơ đồ tính,

các thuật toán cũng như các tiêu chuẩn hiện hành của phương pháp thiết kế tất định.

Tuy nhiên các bài toán tiếp cận được với thực tế hơn bởi phương pháp này xét được

đầy đủ mức độ ảnh hưởng của tính biến đổi ngẫu nhiên của tính chất các vật liệu xây

dựng và đất nền cũng như của tải trọng đến trạng thái kết cấu. Phương pháp này ngoài

việc tính được độ tin cậy an toàn cho cả hệ thống còn là tiền đề cho quá trình phân tích

rủi ro sau này. Đây là một xu thế phát triển mô hình thiết kế ngẫu nhiên trên thế giới

hiện nay, do vậy đây là phương pháp được lựa chọn để tính toán an toàn đập trong

nghiên cứu này. Trên thực tế việc thiết kế các công trình chỉ dừng ở cấp độ II, và cấp

độ III chỉ dùng cho các công trình đặc biệt có yêu cầu cao về mức an toàn.

Khi thực hiện các tính toán theo phương pháp thiết kế ngẫu nhiên trong nghiên cứu

này gặp phải một số khó khăn sau:

- Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên và tính độ tin cậy phụ thuộc rất lớn vào độ dài và

chất lượng của các số liệu đầu vào: số liệu quan trắc, khảo sát, thí nghiệm, …, do đó

trong tính toán đòi hỏi một lượng lớn các tài liệu liên quan. Trong điều kiện Việt Nam

hiện nay, số lượng các hồ thủy lợi được quan trắc đầy đủ là không nhiều (bảng 1-2)

nên sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả tính độ tin cậy hệ thống đầu mối.

- Việt Nam chưa có các tiêu chuẩn tính toán độ tin cậy cho các công trình đầu mối hồ

chứa nên khi tính công trình theo lý thuyết độ tin cậy phải mượn các tiêu chuẩn của

nước ngoài để so sánh và kết luận, mặc dù các tiêu chuẩn này chưa thực sự tương đồng

trong một số điều kiện làm việc của công trình.

1.3 Các nghiên cứu về lý thuyết độ tin cậy trong lĩnh vực thủy lợi và an toàn đập

1.3.1 Các nghiên cứu trên thế giới

Những vấn đề đầu tiên của lý thuyết độ tin cậy được thiết lập chính ở trong ngành cơ

học xây dựng. Cuối những năm 1920 hai nhà khoa học M.Maier và N.Ph.Khôshialốp đã nêu ra ý tưởng tính toán kết cấu xây dựng theo lý thuyết xác suất - thống kê, nhưng nghiên cứu còn nhiều nhiều hạn chế về phương pháp tính toán và chưa định dạng được

rõ ràng khả năng ứng dụng của lý thuyết này nên không nhận được nhiều sự ủng hộ

của các nhà khoa học thời bấy giờ. Ban đầu lý thuyết độ tin cậy của các kết cấu xây

dựng được phát triển độc lập với lý thuyết độ tin cậy trong ngành chế tạo máy và các

hệ thống điện. Tuy nhiên cho đến những năm 1970 giữa hai lĩnh vực này đã có sự trao

đổi mạnh mẽ các kết quả nghiên cứu bởi các nhà khoa học đã nhận thấy giữa chúng có

sự liên quan chặt chẽ với nhau [18].

Các nhà khoa học Liên Xô cũ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển lý thuyết độ

tin cậy để tính các kết cấu xây dựng, có thể kể đến các nhà khoa học tiên phong trong

lĩnh vực này: N. X. Streletsky, A. R. Rgianitsưn, V. V. Bôlôtin, A. Ia.Đriving, Iu. A.

Pavlốv, .... N. X. Streletsky (1947) đã vận dụng các phương pháp thống kê vào trong

cơ học xây dựng và ông được coi là người đặt nền móng cho quan điểm thống kê để

tính kết cấu công trình. A. R. Rgianitsưn (1952) đã đưa vào khái niệm ‘‘hàm phá

hoại’’ và xét đến yếu tố về thời gian khi tính độ tin cậy của kết cấu công trình [18].

Tuy nhiên cả hai nhà khoa học N. X. Streletsky và A. R. Rgianitsưn đều chưa chưa đề

cập đầy đủ sự ảnh hưởng của các cấu kiện đến độ tin cậy chung của công trình. V. V.

Bôlôtin (1960-1965) [19] đã có nhiều nghiên cứu chuyên sâu về lý thuyết độ tin cậy

trong cơ học xây dựng: lý thuyết thống kê của sự phá hoại; xây dựng thuật toán để giải

các bài toán về ổn định dao động của các kết cấu và đặc biệt là nghiên cứu giải các bài

toán theo lý thuyết độ tin cậy có xét đến yếu tố thời gian cũng như việc cần thiết phải

thể hiện thông tin ở dạng quá trình thời gian; áp dụng lý thuyết xác suất - thống kê và lý thuyết độ tin cậy để phân tích các kết cấu xây dựng.

Ở các nước Anh, Pháp cũng nhận được nhiều kết quả tích cực trong việc nghiên cứu

và phát triển lý thuyết độ tin cậy để tính toán các kết cấu xây dựng. Các trường đại học

và các viện nghiên cứu ở Anh cũng đóng vai trò quan trọng thúc đẩy sự phát triển của

lý thuyết độ tin cậy khi công bố nhiều công trình khoa học có liên quan đến hư hỏng

vật liệu. Hammond (1959) đã ứng dụng lý thuyết xác suất - thống kê để đánh giá mức

độ hư hỏng của kết cấu bê tông cốt thép và đây là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo

về khả năng ứng dụng của lý thuyết này trong kết cấu xây dựng của các nhà khoa học

Chana P. S và Clark L. A [20]. Vào đầu những năm 1950 các nghiên cứu về hư hỏng

và khuyết tật trong kết cấu bê tông cốt thép luôn nhận được sự quan tâm mạnh mẽ của

các nhà khoa học Pháp, theo các nghiên cứu thu thập được trong giai đoạn này có thể

thấy nguyên nhân chính gây hư hỏng công trình xây dựng được phân tích thống kê

thành bốn nhóm chính: chất lượng vật liệu, các tác động cơ học, môi trường xung

quanh và thời tiết. Tuy nhiên các nghiên cứu này được ứng dụng chủ yếu cho các công

trình xây dựng bằng bê tông và mới xét đến hai yếu tố quan trọng là chất lượng vật

liệu xây dựng và các tác động cơ học đến độ tin cậy của công trình bê tông mà chưa

xét đến một số yếu tố ngẫu nhiên khác.

Từ năm 1970 đến 1990 ở Liên Xô cũ và các nước phương Tây đã có rất nhiều các

nghiên cứu về các quá trình ngẫu nhiên để mô tả các tác động thực và phản ứng của

kết cấu xây dựng, các nghiên cứu nhằm ứng dụng lý thuyết độ tin cậy để thiết kế công

trình theo độ tin cậy tối ưu và đánh giá mức độ tin cậy của công trình theo xác suất.

Những phương pháp này thường vận dụng các lý thuyết về cơ học công trình, lý thuyết

xác suất - thống kê và lý thuyết về hệ thống nên có thể phản ánh được đúng đắn sự

tương tác của của công trình với các môi trường xung quanh. Rất nhiều kết quả nghiên

cứu có ảnh hưởng đáng kể đến việc phát triển và ứng dụng lý thuyết độ tin cậy hiện

nay như: Palle Thoft (1982) [21] đã ứng dụng lý thuyết xác suất - thống kê để tính toán

độ tin cậy cho các kết cấu công trình xây dựng; O. Ditlevsen (1982) và các cộng sự đã

phân tích sự cần thiết của các mô hình ngẫu nhiên, giới thiệu các phương pháp phân

tích độ tin cậy kết cấu công trình và đưa ra cách xác định các biên sự cố rộng, biên sự

cố hẹp và sự cố chính xác [22], [23], [24]. Tuy vậy các nghiên cứu của Palle Thoft và

O. Ditlevsen chưa đề cập đầy đủ sự ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên khi thực hiện

các ứng dụng tính toán về độ tin cậy cho công trình.

Như vậy có thể nói lý thuyết độ tin cậy đã ra đời và ứng dụng từ những năm 1970

trong nhiều lĩnh vực khác nhau, tuy nhiên mãi đến những năm 1990 lý thuyết này mới

được quan tâm và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực công trình thuỷ lợi. Những năm

gần đây các bài báo, các sách tham khảo, các luận văn Thạc sĩ, Tiến sĩ, các đề tài

nghiên cứu khoa học và các tiêu chuẩn về độ tin cậy công trình ngày càng phát triển

mạnh mẽ.

Có rất nhiều bài báo được đăng trên các tạp chí có uy tín, trong đó phần lớn tập trung

nhiều vào lĩnh vực đánh giá an toàn và phân tích rủi ro công trình phòng lũ bờ biển và

sông. M.K.Yegian và cộng sự (1991) [25] đã công bố các nghiên cứu xác định các

mức độ rủi ro cho đập đất khi xảy ra động đất và đề nghị mức đảm bảo an toàn cho

phép đối với đập đất trong các điều kiện làm việc bất thường. Chen Zhaohe và các

cộng sự (1996) [26] đã nghiên cứu việc áp dụng kỹ thuật phân tích rủi ro khi đập đất bị 24

tràn nước để đánh giá mức độ an toàn chống tràn của đập phục vụ công tác kiểm soát

lũ của hồ chứa nước. Các nghiên cứu của M.K.Yegian và Chen Zhaohe tính độ tin cậy

của đập đất trong trường hợp xảy ra động đất, nước tràn đỉnh và coi đây là sự cố của

đập đất mà chưa đề cập đến các sự cố khác có thể xảy ra như: biến hình thấm, trượt

mái thượng lưu, ..., chưa xét đến tính hệ thống của các công trình trong đầu mối hồ

chứa. J.K. Hengel và các cộng sự (1998) [27] sử dụng lý thuyết xác suất - thống kê và

các quan điểm về các cấp độ chấp nhận rủi ro để xây dựng phương pháp thiết kế và

kiến nghị các hình thức công trình bảo vệ bờ tương ứng. J.K.Vrijling (2010) và các

cộng sự [28] đã giới thiệu các bước xác định tiêu chuẩn an toàn phòng lũ cho cho các

tuyến đê và chứng minh sự phù hợp của các tiêu chuẩn chuẩn này đối với các hệ thống

phòng lũ lớn dựa trên lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro. Các nghiên cứu của J.K.

Hengel và J.K.Vrijling đã tính được độ tin cậy, phân tích rủi ro và mức đảm bảo tương

ứng cho đê biển theo thời gian nhưng lại chưa đề cập đầy đủ sự tác động của các yếu

tố ngẫu nhiên đến độ tin cậy chung của toàn hệ thống đê.

Các sách tham khảo về độ tin cậy trong lĩnh vực công trình thủy cũng phổ biến là đánh

giá an toàn và phân tích rủi ro cho các công trình phòng lũ bảo vệ bờ biển. M. Hauer

(1996) và các cộng sự [29] đã đưa ra các quan điểm về thiết kế theo xác suất và đánh

giá rủi ro cho các đập lớn của các nước Đức, Hà Lan và Úc, trong đó đề cập chủ yếu

đến quá trình phân tích các sự cố xảy ra với đập đất cũng như các hậu quả của sự cố vỡ

đập, trên cơ sở đó đưa ra mức độ chấp nhận rủi ro cho hạ du, các tiêu chí đánh giá và

đền bù thiệt hại. Tuy nhiên các nghiên cứu của M. Hauer mới tính độ tin cậy cho các

cơ chế sự cố của đập đất mà chưa xét đến sự cố của các công trình khác trong hệ thống

đầu mối. Pieter Van Gelder và các cộng sự (2002) [30] đã giới thiệu các quan điểm về

thiết kế ngẫu nhiên trong kỹ thuật xây dựng công trình, trong đó tác giả sử dụng lý

thuyết độ tin cậy tiếp cận ở các cấp độ khác nhau và lý thuyết phân tích rủi ro để phân

tích độ tin cậy của hệ thống trong đó các hệ thống phòng lũ được đưa ra làm ví dụ có

thể được mô phỏng theo các hệ thống cơ bản. Tác giả đã đánh giá được vai trò quan

trọng của lý thuyết độ tin cậy trong thiết kế công trình và khả năng ứng dụng lý thuyết

xác suất - thống kê để xử lý các biến ngẫu nhiên khi thiết kế các công trình bảo vệ bờ

biển nhưng chưa đề cập một cách đầy đủ đến sự tác động của các yếu tố ngẫu nhiên có

ảnh hưởng đến độ tin cậy của tuyến đê.

Lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro đã từng bước được hoàn thiện trong các công

trình nghiên cứu. W.Kanning (2005) [31] đã sử dụng phương pháp phân tích xác suất -

thống kê để xác định các hệ số an toàn của các chỉ tiêu cơ lý của đất thân và nền đê từ

hệ số an toàn chung khi tính toán ổn định mái trong của một hệ thống đê sông, nghiên

cứu đã chỉ rõ có sự khác biệt khá lớn giữa các hệ số an toàn thành phần trong tiêu

chuẩn thiết kế và kiến nghị nâng cao hệ số an toàn của lực dính đơn vị và góc ma sát

trong. Các tính toán của W.Kanning mới tính cho cơ chế trượt mái trong của đê theo lý

thuyết độ tin cậy cấp độ I và kết quả đánh giá là hệ số an toàn mà chưa đánh giá được

độ tin cậy của cả hệ thống đê theo thời gian.

Marie Westberg (2007) [32] ứng dụng lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro tính độ

tin cậy cho đập bê tông trọng lực và có các định hướng phân tích rủi ro khi đập xảy ra

sự cố. Nghiên cứu chỉ rõ ưu nhược điểm của nhiều phương pháp đánh giá rủi ro và

phân tích xác suất rồi chứng minh một phương pháp phù hợp có thể áp dụng tính cho

đập bê tông. Sau khi phân tích một số nguyên nhân gây ra sự cố đập bê tông, thấy rằng

nguyên nhân mất ổn định của đập bê tông phụ thuộc nhiều vào hai sự cố chính là đập

bị trượt và đập bị lật, nghiên cứu tập trung xây dựng phương pháp tính cho các hàm tin

cậy trong các trường hợp mất ổn định như: mặt trượt đi qua thân đập, đi qua mặt tiếp

giáp giữa đập và nền, đi qua phần đá xen kẹp yếu trong nền. Các biến ngẫu nhiên trong

các hàm tin cậy được xác định bằng các thí nghiệm hiện trường tại thời điểm tính toán

và các quan trắc về công trình. Nghiên cứu đã coi đập bê tông là một hệ thống mà

chưa xét đến tính hệ thống của các công trình có bố trí liền khối với đập dâng như: đập

tràn, các cửa xả sâu và các cửa lấy nước, bên cạnh đó Marie Westberg mới tập trung

vào xây dựng phương pháp tính độ tin cậy cho hai cơ chế sự cố trượt và lật của tràn

mà không ứng dụng để đánh giá độ tin cậy cho một đập bê tông hiện hữu.

Negede Abate Kassa (2009) [33] đã coi đập đất là một hệ thống và xây dựng phương

pháp phân tích độ tin cậy an toàn của đập đất theo lý thuyết độ tin cậy cấp độ II và cấp

độ III. Với cấp độ II, dùng các phương pháp gần đúng (phương pháp xấp xỉ mô men)

phân tích độ tin cậy của đập, với cấp độ III tác giả phân tích mối tương quan của các

biến ngẫu nhiên để xây dựng hàm của các đại lượng ngẫu nhiên rồi sử dụng các

phương pháp giải tích để tìm được độ tin cậy của đập. Nghiên cứu đã ứng dụng cho

đập đất Tendaho ở Ethiopia với các số liệu đầu vào được phân tích thống kê từ các dữ

liệu quan sát khá đầy đủ về công trình đập, trong tính toán mới xét tới ba cơ chế mất

ổn định: trượt mái hạ lưu, nước tràn đỉnh đập và mất ổn định do thấm quá mức cho

phép. Khi tính theo cấp độ III, để giảm bớt mức độ phức tạp khi tìm luật phân bố xác

suất của các hàm chứa nhiều biến ngẫu nhiên, tác giả đã chứng minh tính phụ thuộc

yếu của chúng với nhau và coi các biến ngẫu nhiên không phụ thuộc vào nhau, do vậy

các tính toán ứng dụng trong nghiên cứu chưa phải là cấp độ III hoàn toàn. Tuy rằng

nghiên cứu đã xây dựng được phương pháp tính độ tin cậy an toàn đập đất theo cấp độ

II, cấp độ III nhưng chưa có công cụ tính toán nên việc giải các bài toán đặc biệt với

cấp độ III mất khá nhiều thời gian do phải thực hiện nhiều thuật toán phức tạp và nhiều

phần mềm hỗ trợ, hơn nữa trong hệ thống còn nhiều thành phần công trình mà nghiên

cứu chưa đề cập đến (cống lấy nước, tràn xả lũ) nên kết quả tính toán chưa phản ánh

đầy đủ mức độ an toàn của hệ thống.

Để theo kịp với sự phát triển nhanh chóng của lý thuyết độ tin cậy, trong lĩnh vực xây

dựng một số nước tiên tiến trên thế giới đã cho ra đời các tiêu chuẩn về độ tin cậy: liên

bang Nga (1986) có tiêu chuẩn tính toán các công trình bến cảng về độ tin cậy

PД31.31.3585 [34]; Trung Quốc (1992) đã công bố tiêu chuẩn thống nhất để thiết kế

công trình theo độ tin cậy JB 50153-92 [35], các nước Châu Âu (1998) có tiêu chuẩn

ISO2394 về tính toán công trình theo độ tin cậy [36]. Một điểm đáng lưu ý là các tiêu

chuẩn hướng dẫn rất chi tiết, trong hầu hết các tiêu chuẩn này đều có các phụ lục

hướng dẫn, các sơ đồ tính toán cụ thể, các bảng biểu để tra cứu, thậm chí cả các công

thức tính toán cho từng trường hợp sự cố.

Các nghiên cứu trên chứng tỏ rằng lý thuyết độ tin cậy đã và đang được ứng dụng rộng

rãi trên thế giới, do đó đây sẽ là tiền đề cho sự phát triển và ứng dụng lý thuyết này ở

Việt Nam.

1.3.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam

Từ những năm 1960 lý thuyết độ tin cậy đã được biết đến và nghiên cứu tại Việt Nam,

tuy nhiên phải đến đầu những năm 2000 lý thuyết này mới được quan tâm ứng dụng

vào trong các nghiên cứu thực tế.

Đã có các sách viết về độ tin cậy và phân tích rủi ro trong lĩnh vực công trình thủy,

nhiều tài liệu đã được sử dụng làm giáo trình giảng dạy, tài liệu tham khảo cho hệ đại

học và sau đại học. Nguyễn Văn Mạo (2000) [37] đã giới thiệu cách ứng dụng lý

thuyết ngẫu nhiên để đánh giá an toàn các công trình thủy công như đập bê tông và kè

đê biển: tác giả đã xác định độ tin cậy cho đập bê tông khi xảy ra sự cố trượt trên mặt

tiếp giáp giữa đập và nền và kè đê biển khi xảy ra sự cố trượt phần kè và 1 phần mái

đê; xác định được sự ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến sự cố từng công trình.

Tuy nhiên nghiên cứu chưa đề cập đến các cơ chế sự cố khác có khả năng xảy ra với

đập bê tông và kè mái đê, chưa đưa ra giải pháp tính độ tin cậy của hệ thống. Nguyễn

Văn Mạo (2014) [38] đã cung cấp các kiến thức cơ bản về tính công trình theo lý

thuyết độ tin cậy đồng thời hướng dẫn cách vận dụng phương pháp độ tin cậy để đánh

giá mức độ làm việc an toàn của một số công trình ở đầu mối hồ chứa nước: đập đất,

đập tràn và cống lộ thiên. Tác giả đã đánh giá được độ tin cậy của các công trình này

thông qua các cơ chế sự cố có thể xảy ra đối với từng công trình nhưng lại chưa xây

dựng được đầy đủ sơ đồ cây sự cố và chưa lập được các hàm tin cậy tương ứng cho

các cơ chế sự cố của công trình đầu mối, chưa xét đến sự tương quan giữa các công

trình.

Nguyễn Vi (2009) [14] đã sử dụng phương pháp Monte Carlo mô phỏng các biến ngẫu

nhiên có phân bố chuẩn để xây dựng phương pháp mô hình hóa thống kê từng bước để

tính toán xác suất an toàn cho các kết cấu xây dựng trong đó có các công trình cảng và

đường thủy, tác giả đã xác định các đặc trưng thống kê của độ bền và nội lực trong các

cấu kiện, trên cơ sở đó tính được độ tin cậy của các cấu kiện và của cả công trình.

Trong một nghiên cứu tiếp theo, Nguyễn Vi [18] đã áp dụng lý thuyết độ tin cậy cấp

độ III tính độ tin cậy cho công trình bến cảng, tác giả đã giới thiệu các kết quả thí

nghiệm từ nhiều nguồn khác nhau để làm rõ các quy luật phân bố của các biến ngẫu

nhiên được sử dụng trong tính toán các công trình đặc biệt là công trình bến cảng.

Nghiên cứu cũng chỉ rõ nguyên tắc và phương pháp tính toán độ tin cậy của từng cấu

kiện của kết cấu và của cả công trình sau khi phân tích mối tương quan giữa các cấu

kiện. Các nghiên cứu của Nguyễn Vi mới đề cập đến các biến ngẫu nhiên có phân bố

chuẩn mà chưa xét đến các biến có luật phân bố khác, tác giả cũng chưa xét đầy đủ sự

tương quan giữa các biến ngẫu nhiên và giữa các cấu kiện trong công trình.

Các bài báo khoa học về lý thuyết độ tin cậy trong lĩnh vực công trình thủy lợi được

công bố thường xuyên trên các tạp chí và hội nghị khoa học có uy tín trong nước.

Phùng Vĩnh An (2004) [39] đưa ra cơ sở khoa học về việc áp dụng lý thuyết độ tin cậy

đánh giá mức độ an toàn cho các kết cấu công trình để ứng dụng xây dựng một hệ

thống tiêu chí, phương pháp đánh giá an toàn và xây dựng lý thuyết dự báo tuổi thọ

cống dưới đê, tuy nhiên tác giả chưa đề cập đầy đủ đến tính hệ thống của các công

trình được xây dựng trên hệ thống đê. Với nhu cầu phải nâng cấp tuyến đê Bắc sông

Dinh đảm bảo phòng lũ ở mức độ cao hơn, Đỗ Xuân Tình (2013) [40] đã giới thiệu các

nghiên cứu về tối ưu tiêu chuẩn an toàn cho đê Bắc sông Dinh theo cách tiếp cận của

lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro để phục vụ cho công tác quy hoạch phòng lũ và

thiết kế, nâng cấp đê Bắc sông Dinh, tỉnh Ninh Thuận. Nguyễn Quang Đức Anh

(2013) [41] trình bày cách đánh giá an toàn hệ thống đê biển Giao Thủy - Nam Định

thông qua việc tính toán xác suất xảy ra sự cố của của từng thành phần trong hệ thống

và cả hệ thống để chỉ ra rằng cả hệ thống đê và tiêu chuẩn an toàn hiện tại áp dụng cần

được nâng cấp đảm bảo phù hợp hơn với tình hình phát triển kinh tế, xã hội hiện tại

của vùng nghiên cứu. Các nghiên cứu của Đỗ Xuân Tình và Nguyễn Quang Đức Anh

chưa xây dựng được mô hình tính và các thuật toán chi tiết tính độ tin cậy cho đê và

các cống qua đê. Nguyễn Quang Hùng (2014) [42] đã giới thiệu phương pháp tính độ

tin cậy an toàn của kết cấu kè bảo vệ mái dốc lắp ghép bằng các cấu kiện bê tông đúc

sẵn theo hướng tiếp cận với phương pháp phân tích hệ thống, để sử dụng độ tin cậy

làm tiêu chí đánh giá an toàn cho cấu kiện liên kết ma sát, khắc phục các hạn chế của

phương pháp thiết kế truyền thống và phù hợp với sự phát triển của mô hình thiết kế

loại kết cấu này, nhưng nghiên cứu chưa xét được đầy đủ sự cảnh hưởng của các biến

ngẫu nhiên đến độ tin cậy của hệ thống kè.

Đầu những năm 2000 là thời điểm LTĐTC được ứng dụng rộng rãi trong các luận văn

Thạc sĩ, luận án Tiến sĩ ở Việt Nam, đã có nhiều luận án Tiến sĩ tiêu biểu trong lĩnh

vực công trình thủy lợi được nghiên cứu. Số lượng các luận án Tiến sĩ trong thời gian

qua tuy không nhiều nhưng được nghiên cứu rất chuyên sâu và có chất lượng tốt.

Phạm Hồng Cường (2009) [20] đã khái quát được dạng cấu trúc điển hình của hệ

thống thủy nông cho việc áp dụng lý thuyết độ tin cậy vào phân tích hệ thống. Tác giả

đã xây dựng được phương pháp đánh giá chất lượng hệ thống công trình thủy nông 29

thông qua khả năng chịu tải theo lý thuyết độ tin cậy, trên cơ sở đó thiết lập các bài

toán đánh giá chất lượng kỹ thuật của hệ thống bằng các chỉ số tin cậy của kết cấu ở

từng công trình và của cả hệ thống theo lý thuyết độ tin cậy cấp độ II, từ đó xây dựng

chương trình DTC2007 là công cụ để đánh giá chất lượng kỹ thuật hệ thống công trình

thủy nông bằng định lượng và ứng dụng tính độ tin cậy cho hệ thống thủy nông Sông

Cầu. Trong nghiên cứu này tác giả mới xây dựng phương pháp tính độ tin cậy cho hệ

thống kênh và công trình trên kênh làm việc theo sơ đồ nối tiếp mà chưa tính đến độ

tin cậy của các công trình đầu mối, chưa xét đến các hệ thống kênh làm việc theo sơ đồ

song song hoặc hỗn hợp.

Mai Văn Công (2010) [43] đã ứng dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên và phân tích

rủi ro để đánh giá đánh giá độ tin cậy cho hệ thống phòng lũ bờ biển của Việt Nam,

luận án Tiến sĩ được nghiên cứu ở Hà Lan. Tác giả sử dụng lý thuyết độ tin cậy cấp độ

II với công cụ là phương pháp FORM và SOSM, cấp độ III với công cụ là phương

pháp Monte Carlo để xây dựng các bài toán và đánh giá độ tin cậy an toàn cho hệ

thống đê biển. Nghiên cứu đã phân tích rủi ro và đánh giá thiệt hại của vùng bảo vệ để

xác định độ tin cậy cho phép của hệ thống, trên cơ sở đó thiết kế tối ưu hệ thống phòng

lũ và ứng dụng tính cho hệ thống đê biển Nam Định. Phạm Quang Tú (2014) [44] đã

xây dựng phương pháp và diễn giải chi tiết các thuật toán để phân tích độ tin cậy cho

hệ thống đê sông theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro. Tác giả đã sử dụng lý

thuyết xác suất thống kê để giới thiệu các phân tích chuyên sâu về các đặc trưng thống

kê, các luật phân bố xác suất và mức độ ảnh hưởng của các chỉ tiêu cơ lý của đất nền

và đất thân đê đến các cơ chế mất ổn định của hệ thống đê, nghiên cứu đã vận dụng

tính độ tin cậy cho hệ thống đê Sông Hồng. Mặc dù đã thực hiện các nghiên cứu

chuyên sâu về độ tin cậy và rủi ro của các công trình phòng lũ nhưng cả Mai Văn

Công và Phạm Quang Tú đều chưa đề cập đầy đủ đến các yếu tố ngẫu nhiên tác động

đến độ tin cậy chung của của hệ thống đê.

Các nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy đã được đưa vào trong các đề tài nghiên

cứu khoa học và các tiêu chuẩn thiết kế công trình. Phạm Hồng Cường (2007) [45] đã

ứng dụng lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro đưa ra các cơ sở khoa học để xây

dựng các tiêu chí và phương pháp đánh giá trạng thái kỹ thuật của hệ thống công trình

thủy lợi, tuy nhiên các ứng dụng mới thực hiện cho hệ thống kênh và các cống lộ

thiên. Nguyễn Văn Mạo (2009) [11] giới thiệu các cơ sở khoa học và các giải pháp kỹ

thuật đảm bảo an toàn cho các công trình xây dựng trong điều kiện thiên tai bất thường

Miền Trung trên cơ sở các lý thuyết về độ tin cậy và phân tích rủi ro, nhưng tác giả

vẫn chưa đề cập đầy đủ việc áp dụng lý thuyết này và sự ảnh hưởng của các điều kiện

tự nhiên đến độ tin cậy của công trình thủy lợi. Nguyễn Lan Hương (2014) [46] đã xây

dựng các bộ số liệu mẫu từ 3 hồ thủy điện có nhiều dữ liệu quan trắc như Hòa Bình,

Trị An, Vĩnh Sơn để thực hiện các đánh giá và phân tích độ tin cậy của một số hồ đập

Việt Nam, nghiên cứu mới đánh giá độ tin cậy cho đập đất mà chưa tính đến sự ảnh

hưởng của các cồng trình khác trong hệ thống: đập tràn và cống ngầm. Huỳnh Bá Kỹ

Thuật (2016) [47] đã dựa trên các tiêu chí xác định mức độ rủi ro cho các hồ đập của

Việt Nam đã đưa ra các hướng dẫn để kiểm định đánh giá mức độ an toàn cho các đập

hiện hữu, nhưng trong nghiên cứu này tác giả chưa đề cập đến việc xây dựng phương

pháp đánh giá độ tin cậy của hồ chứa theo lý thuyết độ tin cậy.

Hiện nay hầu hết các tiêu chuẩn tính công trình theo độ tin cậy đều dựa trên các tiêu

chuẩn của nước ngoài. Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9905:2014 (2014) về Công trình

thủy lợi - Yêu cầu thiết kế kết cấu theo độ tin cậy [48] được chính thức đưa vào sử

dụng, tuy vậy tiêu chuẩn này chủ yếu dựa trên tiêu chuẩn về tính độ tin cậy công trình

JB 50153-92 [35] của Trung Quốc nên cần có các nghiên cứu cụ thể trước khi áp dụng

đặc biệt là việc sử dụng độ tin cậy tiêu chuẩn ứng với từng cấp công trình.

Để định lượng độ tin cậy cho công trình và hệ thống công trình thủy lợi, trên thế giới

có nhiều phần mềm như Bestfit, Vap, Prob2b, Open FTA, ..., tuy nhiên mỗi phần mềm

là một modul độc lập với các nhiệm vụ khác nhau nên để đánh giá được độ tin cậy cho

cả hệ thống thì phải dùng liên tiếp các phần mềm. Những năm gần đây ở Việt Nam, trong lĩnh vực công trình thủy cũng đã có một số phần mềm như: DCT2007 [20] sử

dụng để đánh giá chất lượng hệ thống công trình thủy nông theo lý thuyết độ tin cậy

cấp độ II; hai phần mềm: DTCBCC và ODTCU [18] đánh giá ổn định bệ cọc cao và

đánh giá ổn định tường cừ của công trình bến cảng theo phương pháp mô hình hóa

thống kê từng bước, các tính toán được thực hiện theo lý thuyết độ tin cậy cấp độ III

nhưng mới thực hiện cho các biến ngẫu nhiên có phân bố chuẩn.

Hiện nay, ở Việt Nam chưa có các nghiên cứu để đánh giá định lượng độ tin cậy cho

công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi trong điều kiện Việt Nam theo lý thuyết độ tin

cậy, chưa có phần mềm đánh giá độ tin cậy cho hệ thống công trình đầu mối hồ chứa

thủy lợi, do vậy vấn đề nghiên cứu xây dựng phương pháp tính và phần mềm để tính

toán xác suất an toàn cho cả hệ thống hồ thủy lợi là thực sự cần thiết.

1.4 Kết luận Chương 1

- Việt Nam là một trong những quốc gia có nhiều hồ đập. Các đầu mối hồ chứa có cấu

trúc tương đối đa dạng phong phú được xây dựng trong các thời kỳ khác nhau nên chất

lượng các công trình không giống nhau, nên trong quá trình làm việc đã có nhiều sự cố

xảy ra đe dọa an toàn của công trình và gây thiệt hại cho vùng hạ du, do đó cần phải có

các giải pháp đảm bảo an toàn cho các đầu mối hồ chứa này.

- Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên và các tiêu chuẩn về độ tin cậy đã được đưa vào

trong tiêu chuẩn thiết kế của các nước tiên tiến trên thế giới: Nga, Trung Quốc, một số

nước Châu Âu, nhưng hiện nay các công trình xây dựng ở Việt Nam vẫn đang sử dụng

các phương pháp thiết kế truyền thống. Qua phân tích cho thấy, các phương pháp thiết

kế truyền thống đã bộc lộ một số nhược điểm mà phương pháp thiết kế ngẫu nhiên có

thể khắc phục được nên trong luận án đã sử dụng để xây dựng phương pháp đánh giá

độ tin cậy cho đầu mối hồ chứa nước thủy lợi.

- Thông qua việc phân tích các nghiên cứu về lý thuyết độ tin cậy trong lĩnh vực thủy

lợi và an toàn đập ở Việt Nam và trên thế giới, thấy rằng các nghiên cứu này rất phổ

biến trên thế giới nhưng tập trung ứng dụng nhiều cho các công trình phòng lũ như đê

sông, đê biển và các công trình bảo vệ bờ. Việt Nam cũng có nhiều nghiên cứu ứng

dụng lý thuyết độ tin cậy trong lĩnh vực thủy lợi như: công trình phòng lũ, cống lộ

thiên, hệ thống kênh và công trình trên kênh, tuy nhiên các nghiên cứu đánh giá độ tin

cậy cho các công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi là chưa có. Bởi vậy, cần thực hiện các

nghiên cứu để có thể định lượng được độ tin cậy của công trình và hệ thống đầu mối

hồ chứa làm cơ sở cho việc xác định mức độ an toàn của hệ thống hồ chứa theo độ tin

cậy.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CÔNG

CHƯƠNG 2 TRÌNH ĐẦU MỐI HỒ CHỨA NƯỚC

2.1 Quan điểm về an toàn công trình thủy lợi

Theo các tiêu chuẩn tính toán của các nước trên thế giới, hồ đập được đảm bảo an toàn

khi không xảy ra ít nhất một trong hai loại sự cố: sự cố vận hành và sự cố kết cấu [38].

Sự cố vận hành: Trong quá trình vận hành hồ không đủ nước hoặc không hoạt động

bình thường do các phương án vận hành thiếu khả thi, hồ không đảm bảo cung cấp

nước tưới theo thiết kế, khi đó hồ rơi vào tình trạng bị sự cố vận hành. Sự cố này đưa

đến hậu quả thiệt hại về kinh tế cho vùng được cấp nước.

Sự cố kết cấu: Trong quá trình làm việc, sức chịu tải của đập, công trình tháo lũ hoặc

các công trình có liên quan bị suy giảm, hoặc kết cấu phải làm việc quá tải do thiên tai

bất thường, hoặc kết cấu bị phá hoại làm cho khả năng chịu tải hiện hữu không đảm

bảo, hoặc đập bị vỡ, đây là sự cố kết cấu. Sự cố vỡ đập xảy ra không chỉ gây thiệt hại

cho đập mà còn gây ra các thiệt hại về kinh tế và con người ở vùng hạ lưu.

Do vậy trong công tác đảm bảo an toàn đập phải có biện pháp giảm thiểu nguy cơ vỡ

đập và biện pháp giảm thiểu thiệt hại ở hạ lưu khi sự cố vỡ đập xảy ra. Các yếu tố tự

nhiên ảnh hưởng đến an toàn hồ đập chủ yếu là các yếu tố bất định. Chỉ tiêu đánh giá

an toàn hồ đập là xác suất an toàn đập hay độ tin cậy an toàn đập. Chỉ tiêu này được

xác định từ các phân tích ngẫu nhiên an toàn hệ thống công trình đập. Cho nên cùng

một đập nếu phân tích hệ thống theo logic vận hành thì có được độ tin cậy theo sự cố

vận hành, nếu phân tích theo logic kết cấu thì có độ tin cậy theo sự cố kết cấu. Trong

nghiên cứu này xét đến các sự cố liên quan đến kết cấu công trình.

2.2 Cấu trúc các công trình trong đầu mối hồ chứa thủy lợi

Khi xây dựng các hồ chứa nước căn cứ vào các điều kiện xây dựng cụ thể như điều

kiện địa lý, khí tượng thủy văn, địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng, điều kiện thi

công, kinh phí đầu tư, … để quyết định lựa chọn thể loại công trình đầu mối sao cho

phù hợp. Sau đó bố trí các công trình chính vừa lựa chọn được bao gồm: Đập dâng,

công trình tháo lũ, cống lấy nước thành cụm công trình để tạo thành hồ chứa theo một

sơ đồ và được gọi là sơ đồ bố trí tổng thể công trình đầu mối. Các công trình này liên 33

kết với nhau theo mối liên hệ kết cấu hoặc mối liên hệ vận hành để hình thành hệ

thống công trình đầu mối hồ chứa nước thủy lợi. Khái niệm “hệ thống” ở đây là để mô

tả quan hệ giữa các công trình trong một đầu mối, không phải là hệ thống thủy lợi nói

chung bao gồm đầu mối và các kênh cùng công trình trên kênh như mô tả trong [13],

[49].

Hình thức liên kết đập dâng, công trình tháo lũ và cống lấy nước tạo thành một hệ

thống kết cấu hoặc hệ thống vận hành phụ thuộc vào kiểu bố trí sơ đồ tổng thể. Hệ

thống kết cấu: Đập bê tông tràn nước và cống ngầm bố trí trên thân đập và đóng vai trò

như một phần của đập dâng. Hệ thống vận hành: Đập bê tông tràn nước và cống ngầm

bố trí tách rời đập, các công trình này tạo thành hệ thống thông qua mối quan hệ vận

hành hồ. Dù liên kết với nhau theo hình thức là hệ thống kết cấu hay hệ thống vận

hành thì các các công trình này đều tạo thành một hệ thống. Các sơ đồ bố trí tổng thể

các công trình đầu mối ở hồ chứa Việt Nam hiện nay có thể khái quát thành ba kiểu

chính: đầu mối hồ chứa có 3 công trình, đầu mối hồ chứa có 4 công trình và đầu mối

hồ chứa có nhiều hơn 4 công trình.

2.2.1 Phân loại các đầu mối hồ chứa thủy lợi theo số lượng công trình trong hệ

thống

2.2.1.1 Đầu mối hồ chứa có 3 công trình

a. Tràn và cống bố trí liền với đập chính b. Cống bố trí liền với đập, tràn tách

rời

Hình 2-1. Bố trí đầu mối hồ chứa có 3 công trình: đập chính, công trình xả lũ và

cống lấy nước

1. Đập chính; 2. Tràn xả lũ; 3. Cống ngầm; 4 Hồ chứa nước.

Công trình đầu mối gồm: đập chính, tràn xả lũ và cống ngầm, các công trình này có

thể liên kết với nhau để tạo thành hệ thống kết cấu (hình 2-1). Đây là hình thức khá

phổ biến ở các hồ chứa nước thủy lợi Việt Nam.

Có nhiều cách để phân tích mối liên kết của các công trình và thành phần công trình

trong hệ thống theo các sơ đồ toán học, trong nghiên cứu này căn cứ vào hình thức của

công trình tháo lũ: Có cửa van và không có cửa van để phân loại.

a) Công trình tháo lũ không cửa van

- Công trình tháo lũ và cống ngầm bố trí liền với đập (hình 2-1a) sẽ được coi là một

phần của đập dâng, khi đập tràn hoặc cống ngầm bị vỡ tức là đập bị vỡ, như vậy các

công trình này hình thành một hệ thống kết cấu và được liên kết theo hình thức ghép

nối tiếp như sơ đồ hình 2-2.

- Cống lấy nước bố trí liền với đập và được coi như một phần của đập dâng (hình 2-

1b), công trình tháo lũ tách rời khỏi thân đập. Khi xảy ra sự cố của đập tràn nước sẽ

tạo ra một lỗ vỡ không kiểm soát được làm cho mực nước hồ rút nhanh gây trượt mái

thượng lưu đập, gây sạt lở bờ hồ tạo ra sóng xung kích gây vỡ đập, như vậy mặc dù

công trình tháo lũ không bố trí liền với đập dâng và cống ngầm để tạo thành một hệ

thống kết cấu nhưng cũng vẫn tạo thành một hệ thống thông qua quá trình vận hành và

được ghép nối với nhau theo sơ đồ hệ thống nối tiếp như sơ đồ hình 2-2.

Hình 2-2. Sơ đồ ghép nối tiếp 3 công trình đập đất, cống ngầm và tràn xả lũ

b) Công trình tháo lũ có cửa van

Trường hợp 1: Chỉ cần 1 cửa van bị sự cố (kẹt cửa), tràn không đủ khả năng tháo lũ

làm nước hồ dâng cao tràn qua đỉnh đập gây ra vỡ đập. Khi phân tích mối liên kết theo

các sơ đồ toán học, các công trình như trong hình 2-1a và 2-1b được liên kết với nhau

theo hình thức ghép nối tiếp như hình sơ đồ hình 2-2.

Trường hợp 2: Khi tất cả các cửa van của công trình tháo lũ đều bị sự cố mới gây ra sự

cố vỡ đập. Khi đó mỗi cửa van sẽ là được coi là một cấu kiện (một thành phần của

công trình tràn) và công trình tháo lũ có nhiều cửa van sẽ gồm nhiều cấu kiện có liên

kết kết cấu với nhau. So sánh với các sơ đồ hệ thống trong toán học thì các công trình

đập và cống được ghép nối tiếp, các cấu kiện của tràn làm việc theo hình thức ghép

song song và sơ đồ đầu mối như hình 2-1a và 2-1b được liên kết theo hình thức ghép

hỗn hợp như sơ đồ hình 2-3.

Hình 2-3. Sơ đồ ghép hỗn hợp 3 công trình đập đất, cống ngầm và tràn xả lũ

2.2.1.2 Đầu mối hồ chứa có 4 công trình

Công trình đầu mối gồm: 1 đập chính, 2 tràn xả lũ, 1 cống ngầm (hình 2-4a, b) hoặc 1

đập chính, 1 tràn xả lũ, 1 cống ngầm và 1 đập phụ (hình 2-4c, d, e). Các đầu mối hồ

chứa nước tiêu biểu thuộc kiểu thứ hai như: hồ Trà Co - Ninh Thuận, hồ Pa Khoang -

Điện Biên, Cấm Sơn - Bắc Giang, Sông Mực - Thanh Hóa, Kẻ Gỗ - Hà Tĩnh, ….

Cũng tương tự như mục 2.2.1.1 sử dụng trường hợp công trình tháo lũ có cửa van và

không có cửa van để phân tích mối liên kết giữa các công trình và thành phần công

trình trong đầu mối hồ chứa.

a) Công trình tháo lũ không có cửa van

Trường hợp 1: Đầu mối gồm hai tràn xả lũ bố trí liền hoặc tách rời đập chính, cống

ngầm bố trí trên thân đập chính và là một phần của đập chính (hình 2-4a, b). Khi đập

tràn bố trí liền với đập hoặc cống ngầm bị vỡ tức là đập chính bị vỡ, hệ thống hồ bị sự

cố; khi tràn bố trí tách rời đập bị sự cố sẽ tạo ra một lỗ vỡ không kiểm soát được làm

cho mực nước hồ rút nhanh gây trượt mái thượng lưu đập, gây sạt lở bờ hồ tạo ra sóng

xung kích gây vỡ đập. Các công trình trong đầu mối không hình thành một hệ kết cấu

nhưng hình thành hệ thống thông qua mối quan hệ vận hành hồ. Chỉ cần một công

trình của đầu mối bị sự cố dẫn đến sự cố hệ thống, với các phân tích như vậy các sơ đồ

đầu mối hình 2-4a, b được bố trí theo sơ đồ ghép nối tiếp như hình 2-5a.

a. Tràn và cống bố trí liền với đập dâng, b. Cống bố trí liền với đập dâng, hai tràn

một tràn phụ bố trí tách rời. tách rời nhau và tách rời đập dâng

c. Tràn, cống bố trí liền với đập chính, d. Tràn bố trí liền với đập chính, cống bố

có thêm một đập phụ trí ở đập phụ

e. Tràn bố trí tách rời đập, cống bố trí ở đập phụ

Hình 2-4. Bố trí đầu mối hồ chứa có 4 công trình

1. Đập chính; 2. Tràn xả lũ; 3. Cống ngầm; 4. Hồ chứa nước; 5. Đập phụ.

Trường hợp 2: Các đầu mối hồ chứa như hình 2-4c, d, e cũng được phân tích tương tự

như hình 2-4a, b. Các công trình trong hệ thống không hình thành hệ thống kết cấu

nhưng vẫn được liên kết với nhau bằng sơ đồ ghép nối tiếp như hình 2-5b thông qua

phân tích mối liên hệ vận hành các công trình trong đầu mối hồ chứa.

b) Công trình tháo lũ có cửa van

a. Sơ đồ ghép nối tiếp trường hợp gồm đập b. Sơ đồ ghép nối tiếp trường hợp gồm

chính, cống ngầm và hai tràn xả lũ đập chính, cống ngầm, tràn xả lũ và

đập phụ

Hình 2-5. Sơ đồ ghép nối tiếp của đầu mối hồ chứa nước có 4 công trình

a. Trường hợp đầu mối có 2 tràn và tất cả b. Trường hợp đầu mối có 1 tràn và tất

cửa van của 1 tràn bị sự cố cả cửa van của tràn bị sự cố

c. Trường hợp đầu mối có 2 tràn cả hai tràn bị sự cố

Hình 2-6. Sơ đồ ghép hỗn hợp của đầu mối hồ chứa nước có 4 công trình

Trường hợp 1: Chỉ cần 1 cửa van bị sự cố, tràn không đủ khả năng tháo lũ làm nước hồ

dâng cao tràn qua đỉnh đập gây ra vỡ đập. Các đầu mối hồ chứa hình 2-4a, b được liên

kết với nhau theo hình thức ghép nối tiếp như hình 2-5a, các đầu mối hồ chứa hình 2-4

c, d, e được liên kết với nhau theo hình thức ghép nối tiếp như hình 2-5b.

Trường hợp 2: Khi tất cả cửa van của một tràn bị sự cố sẽ gây ra sự cố hồ chứa, các

cửa van của tràn làm việc theo sơ đồ ghép song song. Do vậy các đầu mối hồ chứa

hình 2-4a, b được liên kết với nhau theo hình thức ghép hỗn hợp như hình 2-6a, các

đầu mối hồ chứa hình 2-4c, d, e được liên kết với nhau theo hình thức ghép hỗn hợp

như hình 2-6b.

Trường hợp 3: Khi tất cả các cửa van của cả hai công trình tháo lũ đều bị sự cố hay cả

hai tràn bị sự cố mới gây ra sự cố vỡ đập, do vậy đầu mối hồ chứa 2-4a, b được liên

kết theo hình thức ghép hỗn hợp như hình 2-6c.

2.2.1.3 Đầu mối hồ chứa có nhiều hơn 4 công trình

Công trình đầu mối gồm: Đập chính, các tràn xả lũ và các cống ngầm và các đập phụ,

được bố trí như các sơ đồ hình 2-7a, 2-7b và 2-7c. Các đầu mối hồ chứa tiêu biểu cho

kiểu bố trí này như: Yên Lập - Quảng Ninh, Phú Ninh - Quảng Nam, Dầu Tiếng - Tây

Ninh, …. Với các đầu mối hồ chứa gồm nhiều công trình xả lũ như các sơ đồ trên hình

2-7, các hồ chứa thường kết hợp tràn có cửa van và không cửa van hoặc toàn bộ các

tràn đều có cửa van để tăng khả năng xả nước khi trong hồ có lũ, và đây là hai trường

hợp để phân tích mối liên kết giữa các công trình trong đầu mối theo các sơ đồ hệ

thống trong toán học.

Hình 2-7a, một tràn xả lũ và cống ngầm được bố trí liền với đập chính và được coi là

một phần của đập chính, 3 công trình này hình thành một hệ kết cấu; các tràn còn lại

bố trí tách rời, mỗi tràn được coi là một hệ kết cấu; các cống ngầm được bố trí trên

thân đập phụ nên cũng được coi là một phần của đập phụ, mỗi đập phụ và cống cũng

hình thành một hệ kết cấu. Các hệ kết cấu này bố trí tách rời nhau và hình thành nên hệ

thống thông qua mối quan hệ vận hành hồ.

Hình 2-7b, các tràn bố trí tách rời và mỗi tràn là một hệ kết cấu gồm nhiều cấu kiện

(cửa van); các cống ngầm được bố trí trên thân đập chính và các đập phụ nên chúng

được coi như một phần của các đập này, cũng giống như phân tích ở hình 2-7a mỗi

đập và cống hình cũng thành một hệ kết cấu. Các hệ kết cấu này bố trí tách rời nhau và

hình thành nên hệ thống thông qua mối quan hệ vận hành hồ.

a. Các tràn bố trí tách rời, một tràn bố trí liền với đập chính, các cống ngầm bố trí ở

cả đập chính và các đập phụ

b. Các tràn bố trí tách rời nhau và tách rời đập chính, các cống ngầm bố trí ở cả đập

chính và các đập phụ

c. Các tràn bố trí tách rời đập chính, các cống ngầm bố trí ở các đập phụ

Hình 2-7. Bố trí đầu mối hồ chứa có nhiều hơn 4 công trình

1. Đập chính; 2. Tràn xả lũ; 3. Cống ngầm; 4. Hồ chứa nước; 5. Đập phụ.

Hình 2-7c, các tràn bố trí tách rời và mỗi tràn là một hệ kết cấu gồm nhiều cấu kiện

(cửa van); các cống ngầm được bố trí trên thân đập phụ và coi như là một phần của

đập phụ, mỗi đập phụ và cống cũng hình thành một hệ kết cấu. Các hệ kết cấu này bố

trí tách rời nhau và hình thành nên hệ thống thông qua mối quan hệ vận hành hồ.

a) Đầu mối gồm công trình tháo lũ có cửa van và không cửa van

Trường hợp 1: Khi đập tràn không cửa van hoặc cống ngầm bố trí liền với thân đập

chính bị vỡ tức là đập chính bị vỡ, hoặc cống ngầm bố trí trên thân đập phụ bị vỡ tức

là đập phụ bị vỡ, hoặc các tràn có cửa van được bố trí tách rời có 1 cửa van bị sự cố

nên không đủ khả năng tháo lũ (hình 2-7a). Do chỉ cần một công trình trong đầu mối

gặp sự cố làm cho cả hệ thống bị sự cố, nên đầu mối hồ chứa (hình 2-7a) phù hợp với

sơ đồ ghép nối tiếp như hình 2-8.

Hình 2-8. Sơ đồ ghép nối tiêp của đầu mối hồ chứa có nhiều hơn 4 công trình

Trường hợp 2: Khi một trong các tràn tách rời xảy ra sự cố hoặc vỡ cống ngầm tạo ra

một lỗ vỡ không kiểm soát được làm cho mực nước hồ rút nhanh gây trượt mái thượng

lưu đập, gây sạt lở bờ hồ tạo ra sóng xung kích gây vỡ đập dâng, trong trường hợp này

các công trình trong đầu mối (hình 2-7b, c) được liên kết với nhau theo hình thức ghép

nối tiếp như hình 2-8.

Trường hợp 3: Khi tất cả các tràn có cửa van bị sự cố cửa van, mực nước hồ dâng cao

sẽ gây vỡ đập, các tràn làm việc theo sơ đồ ghép song song (hình 2-7a, b, c). Các công

trình còn lại trong đầu mối cũng giống như phân tích ở trường hợp 1 và trường hợp 2

làm việc theo sơ đồ ghép nối tiếp, như vậy hệ thống sẽ được ghép nối theo sơ đồ hỗn

hợp như hình 2-9.

b) Đầu mối chỉ gồm các công trình tháo lũ có cửa van

Trường hợp 1: Khi tất cả các cửa van của một công trình xả lũ bị sự cố sẽ gây ra sự cố

vỡ đập, hoặc chỉ cần một công trình (đập chính, đập phụ, cống ngầm) trong số các

công trình đầu mối bị vỡ là dẫn đến sự cố hồ chứa. Các tràn làm việc theo sơ đồ ghép

song song, các công trình còn lại làm việc theo sơ đồ ghép nối tiếp, nên đầu mối hồ

chứa hình 2-7a, b, c được liên kết theo sơ đồ ghép hỗn hợp như hình 2-9.

Trường hợp 2: Khi tất cả các tràn bị sự cố sẽ gây ra sự cố vỡ đập, hoặc chỉ cần một

công trình (đập chính, đập phụ, cống ngầm) trong số các công trình đầu mối bị vỡ là

dẫn đến sự cố hồ chứa. Các tràn làm việc theo sơ đồ ghép song song, các công trình

còn lại làm việc theo sơ đồ ghép nối tiếp, nên các đầu mối hồ chứa hình 2-7a, b, c

được liên kết theo sơ đồ ghép hỗn hợp như hình 2-9.

Hình 2-9. Sơ đồ ghép hỗn hợp của đầu mối hồ chứa có nhiều hơn 4 công trình

2.2.2 Sự sai khác của mô hình tính toán so với hệ thống đầu mối hồ chứa thực tế

Theo các phân tích mối quan hệ kết cấu và vận hành của các công trình trong các đầu

mối hồ chứa thủy lợi như mục 2.2.1, các đầu mối hồ chứa ở Việt Nam có thể được mô

hình hóa thành hai loại hệ thống (mô hình lý thuyết): hệ thống ghép nối tiếp (hình 2-

10) và hệ thống ghép hỗn hợp (hình 2-11).

Hình 2-10. Đầu mối hồ chứa có các công trình được bố trí theo hình thức ghép nối tiếp

Hình 2-11. Đầu mối hồ chứa có các công trình được bố trí theo hình thức ghép hỗn hợp

Tuy nhiên trong tính toán sẽ có sự sai lệch về mức độ an toàn giữa các mô hình tính và

hệ thống thực tế trong một số trường hợp mực nước hồ thay đổi theo thời gian trong

năm, do đó sự cố hệ thống có thể xảy ra ở mô hình lý thuyết nhưng chưa chắc đã xảy

MNDBT

ra ở hệ thống đầu mối hồ chứa thực tế.

Trường hợp 1: Khi mực nước hồ lớn hơn mực nước dâng bình thường mnZ

nếu công trình tháo lũ bị sự cố do mất ổn định tổng thể hoặc sự cố cửa van sẽ làm cho

hệ thống bị sự cố, trường hợp này sự cố hệ thống xảy ra ở cả hệ thống đầu mối thực tế

và mô hình lý thuyết. Hệ thống làm việc theo sơ đồ ghép như hình 2-10 hoặc 2-11 còn

tùy thuộc vào kết cấu của công trình tháo lũ.

Trường hợp 2: Khi mực nước hồ dao động từ mực nước chết (MNC) đến MNDBT

MNC Z

MNDBT

£ £ , nếu công trình tháo lũ bị sự cố thì sự cố hệ thống có thể không

xảy ra ở đầu mối hồ chứa thực tế nhưng được giả thiết sẽ xảy ra ở mô hình lý thuyết:

- Đập tràn bị sự cố cửa van nhưng mực nước hồ thấp hơn cao trình ngưỡng tràn, có thể

tiến hành sửa chữa cửa van mà không ảnh hưởng đến các công trình khác trong hệ

thống. Trường hợp này sự cố xảy ra ở đập tràn nhưng hệ thống thực tế vẫn làm việc

bình thường (cấp nước, phát điện, …), nhưng trong tính toán với mô hình lý thuyết:

nếu phân tích hệ thống đầu mối làm việc theo mô hình ghép nối tiếp (hình 2-10) thì hệ

thống đã bị sự cố. Như vậy đã có sự sai khác về mức độ an toàn giữa hệ thống thực tế

với với mô hình lý thuyết, tức là thực tế không xảy ra sự cố hệ thống nhưng mô hình lý

thuyết lại tính toán là có xảy ra.

- Đập tràn bị mất ổn định tổng thể (bị trượt, bị lật) do có áp lực tăng thêm (động đất

hoặc nổ mìn), đập tràn được bố trí cách xa đập chính, mực nước trong hồ rút qua đập

tràn nhưng do mực nước hồ thấp nên không ảnh hưởng nhiều đến đập chính và các

công trình khác, do đó đập tràn bị sự cố nhưng các công trình khác vẫn làm việc an

toàn. Trường hợp này khi tính theo mô hình lý thuyết: nếu coi hệ thống làm việc theo

sơ đồ ghép nối tiếp (hình 2-10) tức là đập tràn bị mất ổn định tổng thể sẽ dẫn tới sự cố

ở đập chính và sự cố hệ thống, tuy nhiên với hệ thống thực tế thì đập tràn bị sự cố lại

không ảnh hưởng nhiều đến an toàn của đập chính; nếu coi hệ thống được ghép nối

theo sơ đồ hỗn hợp (hình 2-11), với mực nước hồ thấp (vào mùa kiệt) các tràn bị sự cố

nhưng vẫn chưa ảnh hưởng nhiều đến hệ thống, với mô hình lý thuyết là đã xảy ra sự

cố hệ thống. Do vậy trong tính toán sẽ có sự sai khác về mức độ an toàn giữa mô hình

lý thuyết và hệ thống thực tế.

Mối liên hệ giữa xác suất an toàn của hệ thống thực tế và mô hình lý thuyết có thể xác

định được bằng cách thống kê các số liệu quan trắc về sự cố xảy với các công trình và

hệ thống thực tế, đánh giá xác suất sự cố của mô hình tính toán thông qua các số liệu

quan trắc về công trình. Trên cơ sở đó xây dựng mối quan hệ giữa xác suất an toàn của

hệ thống thực tế và mô hình tính toán trong các trường hợp mực nước hồ thay đổi, từ

đó sẽ tìm được một hệ số hoặc một hàm số (phụ thuộc vào các biến ngẫu nhiên) thể

hiện mối quan hệ về mức độ an toàn giữa hệ thống thực tế và mô hình lý thuyết. Việc

thống kê và đánh giá xác suất sự cố cho các hệ thống thực tế trong điều kiện Việt Nam

còn gặp nhiều khó khăn nên trong nghiên cứu này giả thiết hàm số phụ thuộc giữa hệ

thống thực tế và mô hình lý thuyết là một hằng số và có giá trị bằng 1, và cũng giả

thiết rằng các sự cố xảy ra với hệ thống thực tế và mô hình lý thuyết là giống nhau

trong các trường hợp mực nước hồ thay đổi.

2.3 Cơ sở lý thuyết và thực tiễn khi đánh giá an toàn công trình đầu mối

2.3.1 Cơ sở lý thuyết

An toàn của các công trình trong đầu mối hồ chứa nước cũng như của các công trình

thủy lợi nói chung, được đánh giá thông qua các bài toán tính ổn định và độ bền công

trình. Chỉ tiêu đánh giá an toàn là xác suất an toàn và chỉ số độ tin cậy nên cách thiết

lập cũng như cách giải các bài toán sẽ được thực hiện theo lý thuyết xác suất - thống

kê và lý thuyết độ tin cậy. Mỗi công trình thuộc đầu mối cũng như đầu mối là một hệ

thống kết cấu được ghép nối với nhau theo một sơ đồ nào đó nên trong quá trình thiết

lập các bài toán sẽ tiếp cận với phương pháp phân tích hệ thống. Như vậy, các lý

thuyết chính được sử dụng để toán tính xác suất an toàn công trình đầu mối hồ chứa

nước thủy lợi gồm: lý thuyết công trình thủy lợi [5], [13] [50]; lý thuyết độ tin cậy và

lý thuyết xác suất - thống kê [17], [51], [52] và lý thuyết phân tích hệ thống [53].

2.3.2 Cơ sở thực tiễn

Các tài liệu quan trắc công trình cũng như các tài liệu thống kê có liên quan tới tính an

toàn công trình theo lý thuyết xác suất - thống kê nói chung và lý thuyết độ tin cậy ở

Việt Nam hiện nay đang ở trong tình trạng không đầy đủ. Để khắc phục hạn chế này,

mức độ xác suất sẽ được xem xét cho từng bài toán cụ thể để có thể vận dụng được

vào tính toán an toàn hồ, đập. Hiện nay ở Việt Nam, các tiêu chuẩn thiết kế công trình

thủy lợi theo độ tin cậy đang trong thời kỳ nghiên cứu xây dựng. Trong quá trình xây

dựng các bài toán này, các nội dung có liên quan tới tiêu chuẩn thiết kế theo độ tin cậy

sẽ được tham khảo theo tiêu chuẩn nước ngoài [34], [35], [36].

Trong thực tế có rất nhiều sự cố xảy ra đối với công trình đầu mối được xác định bằng

các phương pháp quan trắc (quan trắc bằng mắt, quan trắc bằng các thiết bị cố định đặt

trên công trình; quan trắc bằng các thiết bị đặt bên trong thân công trình; quan trắc 44

bằng các thiết bị di động đặt trên và ngoài công trình, quan trắc bằng cách lấy mẫu đưa

về phòng thí nghiệm [3], [5]), không cần thông qua tính toán cũng có thể khẳng định

công trình đó xảy ra sự cố như:

- Hiện tượng nước đục thấm ra ở mái và vai hạ lưu đập đất;

- Mạch đùn, mạch sủi ở hạ lưu đập;

- Xói lở hạ lưu tràn;

- Nứt, vỡ, gãy đổ các tường tràn;

- Rò nước mạnh ở cửa ra mang cống ngầm;

- Hỏng khớp nối hay bục thành cống làm nước rò vào trong cống;

- Các hư hỏng do hiện tượng khí thực ngay sau cửa van cống ngầm.

Tuy nhiên trong nghiên cứu này mới tính và lập các hàm tin cậy cho một số cơ chế sự

cố xảy ra đối với công trình đầu mối khi mắt thường không thể quan sát thấy, bên cạnh

đó còn chưa xét tới một số cơ chế sự cố do hiện tượng thủy lực gây ra ở công trình

tháo lũ và cống ngầm.

2.4 Phân tích các yếu tố gây hư hỏng, sự cố các công trình đầu mối hồ chứa

Rất nhiều công trình bị sự cố trong thời gian vận hành do nhiều nguyên nhân khác

nhau, phân loại các yếu tố ngẫu nhiên tác động lên kết cấu công trình về mặt kỹ thuật,

gồm 5 nhóm yếu tố chính [3], [47]. Trong tính toán thực tế các công trình thủy lợi, tùy

thuộc vào khả năng đo đạc, thu thập số liệu, loại công trình và mục đích tính toán mà

lựa chọn các yếu tố ngẫu nhiên nói trên.

2.4.1 Yếu tố tự nhiên

Công trình chịu những tác dụng phá hoại không thể lường được của thiên nhiên như

gặp lũ bất thường, dòng chảy đặc biệt lớn, bão, động đất, lở núi, sạt lở mái dốc và một

số tác dụng địa chất ngầm khác. Đối với các đập thì sức phá hoại của tự nhiên là một

yếu tố thường xuyên tồn tại và luôn gây ra hậu quả nghiêm trọng nhất. Các yếu tố tự

nhiên thường uy hiếp an toàn cho đập hay các yếu tố ngẫu nhiên của điều kiện tự nhiên

tác động lên kết cấu công trình bao gồm yếu tố về thủy văn (mưa lũ, gió bão, …), thủy

lực (mặt ngoài công trình bị khí thực, bị mài mòn do nước chảy qua, kết cấu bị chấn

động, bị cộng hưởng, kết cấu tiêu năng và nền ở hạ lưu bị xói, …), địa chất, địa mạo.

2.4.2 Yếu tố khảo sát, thiết kế

Do công tác điều tra nghiên cứu điều kiện thiên nhiên nơi xây dựng công trình không

toàn diện hoặc xử lý không chính xác hay các số liệu thí nghiệm, khảo sát địa chất

không chính xác hoặc người thiết kế sử dụng không đúng các tài liệu này là các

nguyên nhân gây ra nhiều vụ hư hỏng công trình.

Thiết kế không chính xác do dự đoán sai đối với điều kiện làm việc của công trình

trong tương lai và sự phiến diện về tư tưởng chỉ đạo thiết kế (dùng giả định chủ quan

thay thế các quy luật khách quan), … cũng là các nguyên nhân dẫn đến các hư hỏng,

sự cố ở công trình.

2.4.3 Yếu tố thi công

Nguyên nhân do yếu tố thi công thường là do làm sai yêu cầu của thiết kế, vật liệu xây

dựng dùng khi thi công và phương pháp thi công không thỏa đáng, trình tự thi công và

tiến độ thi công không phù hợp với điều kiện thiên nhiên và yêu cầu công trình, chất

lượng không đúng quy định và thiếu chế độ kiểm tra có hiệu quả, ….

2.4.4 Yếu tố khai thác và quản lý

Thiếu quan trắc và kiểm tra trong quá trình vận hành công trình, chưa kịp thời bảo vệ

và tu sửa những chỗ hư hỏng, nhân viên quản lý thao tác sai, …. Công tác bảo dưỡng

không theo chuẩn mực, không thực hiện chế độ kiểm tra hoặc kiểm định theo định kỳ.

2.4.5 Yếu tố chiến tranh, phá hoại có chủ ý

Hoạt động quân sự trên mặt đất, ném bom, bộc phá nổ, ….

Các yếu tố ngẫu nhiên được xét trong nghiên cứu này: Trong bài toán đánh giá độ

tin cậy của các công trình đầu mối hồ chứa, mới xét đến một số yếu tố ngẫu nhiên có

ảnh hưởng nhiều đến độ tin cậy của hệ thống như trên bảng 2.1. Một số yếu tố khác

còn để mở và có thể được xét đến khi sử dụng các phương pháp tính toán khác như

“Lý thuyết tập mờ”, ….

Bảng 2-1. Các yếu tố ngẫu nhiên được xét đến khi tính độ tin cậy của đầu mối hồ chứa

Nhóm

Tên

Nội dung

Ứng dụng

Địa chất

Tính không đồng đều của địa chất nền công trình.

Chương 2, 3, 4

Địa hình

Vị trí xây dựng công trình

Nhóm 1: Yếu tố tự nhiên

Thủy lực

Tác động của nước lên công trình

Chương 3, 4

Nhóm 3: Yếu tố thi công

Kết cấu và vật liệu xây dựng kết cấu

Sai lệch kích thước do thi công công trình, tính chất cơ lý không đồng đều.

Chương 2

Nhóm 4: Quản lý khai thác

Vận hành cửa van của đập tràn

Tác động của cửa van đến độ tin cậy hệ thống

2.5 Đặc điểm làm việc, cơ chế phá hoại và trạng thái giới hạn của các công trình

đầu mối hồ chứa

2.5.1 Đặc điểm làm việc của các công trình đầu mối hồ chứa

2.5.1.1 Đập dâng

Đập dâng được xét đến trong nghiên cứu này là các đập đất có một khối đất hoặc nhiều

khối đất, đập có thiết bị chống thấm hoặc không có thiết bị chống thấm. Đập đất là loại

đập không cho nước tràn qua, nó duy trì ổn định nhờ độ dốc của mái đập. Trong quá

trình thi công và mới thi công xong hồ chưa dâng nước, mái dốc ổn định của đập phụ

thuộc vào góc nội ma sát, lực dính của đất, tải trọng thi công và các tải trọng khác đặt

lên đập. Khi hồ có nước, có dòng thấm qua đập, trong thân đập hình thành miền thấm

bão hòa. Các chỉ tiêu cơ lý trong miền thấm bão hòa giảm nhỏ, thêm vào đó chịu ảnh

hưởng của áp lực nước lỗ rỗng, ứng suất hiệu quả của đất đắp bị giảm đi ảnh hưởng

đến khả năng duy trì ổn định của đập. Trong quá trình làm việc khi các tải trọng và tác

động vượt quá giới hạn chịu tải của đất đắp đập hình thành một cơ chế phá hoại dẫn

đến đập bị mất ổn định. Theo quy định của tiêu chuẩn thiết kế đập đất hiện hành [54],

đập đất phải được tính toán để đảm bảo an toàn trong các cơ chế phá hoại sau:

- Nước không tràn qua đỉnh đập;

- Mái dốc của đập không bị phá hoại trượt trong quá trình thi công cũng như trong các

trường hợp làm việc;

- Đập không bị phá hoại do hiện tượng thấm thông thường và thấm đặc biệt.

2.5.1.2 Công trình tháo lũ

Công trình tháo lũ được nghiên cứu ở đây là đập tràn và đường tràn có ngưỡng dạng

đập tràn bê tông trọng lực xây trên nền đá hoặc nền đất. Đập tràn và ngưỡng tràn là bộ

phận chủ yếu của công trình tràn duy trì ổn định nhờ trọng lượng bản thân và mức độ

liên kết với nền. Dưới tác động của áp lực nước từ hồ chứa và các tác động khác, đập

và ngưỡng tràn có thể bị mất ổn định. Theo tiêu chuẩn thiết kế đập bê tông trọng lực

hiện hành [55], các tính toán thiết kế phải đảm bảo đập không bị mất ổn định trong các

cơ chế phá hoại sau:

- Đập không bị mất ổn định do phá hoại trượt;

- Đập không bị mất ổn định do phá hoại lật hoặc do cường độ nền;

- Đập không bị mất ổn định do lún không đều giữa các đơn nguyên;

- Đập không bị các hư hỏng do thủy lực gây ra như: thấm mang tràn, gãy đổ các tường

tràn, xói hạ lưu, ….

2.5.1.3 Cống lấy nước

Cống lấy nước được xem xét là cống có thân bằng bê tông cốt thép hoặc ống thép bọc

bê tông đặt trong thân đập đất. Thân cống được chia ra thành từng đoạn, các đoạn nối

với nhau bằng các khớp nối kín nước. Do tác dụng của cột đất đắp cũng như các tác

dụng và ảnh hưởng khác, bị lún không đều dẫn đến cống bị gãy hoặc khớp nối bị phá

hoại, độ bền của kết cấu cống không đảm bảo có thể bị nứt, bị vỡ, bị gãy, .... Mặt tiếp

giáp giữa đất đắp của đập và cống hình thành dòng thấm tiếp xúc, khi đường viền thấm

không đủ dài hoặc khối đất ít thấm nước bao bọc xung quanh cống không đủ độ chặt,

hiện tượng mất ổn định thấm có thể xảy ra. Đối với đập có thể được xem đây là hiện

tượng mất ổn định thấm đặc biệt, nguyên nhân do chiều dài đường viền thấm dọc cống

và liên kết giữa khối đất đắp và cống không đảm bảo. Hiện nay trong các bản thiết kế,

các tính toán có liên quan tới độ bền kết cấu cống bao gồm:

- Độ bền thân cống và khớp nối khi các đoạn lún không đều;

- Độ bền kết cấu theo phương ngang và phương dọc cống;

- Đường viền thấm dọc thân cống phải đủ dài để không xảy ra hiện tượng mất ổn định

thấm;

- Đảm bảo không xảy ra khí thực sau cửa van hoặc có xảy ra nhưng vẫn nằm trong

điều kiện an toàn cho phép.

2.5.2 Cơ chế phá hoại, trạng thái giới hạn

Theo lý thuyết công trình và các quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật cũng như tiêu chuẩn

thiết kế độ tin cậy kết cấu công trình, an toàn về ổn định của một bộ phận hoặc của

công trình liên quan tới trạng thái giới hạn của một cơ chế phá hoại. Sự phá hoại công

trình được phân thành hai loại, phá hoại cục bộ và phá hoại tổng thể. Các cơ chế phá

hoại đã được lý thuyết cơ học, lý thuyết công trình xác định có quy luật được mô

phỏng theo các bài toán phân tích ổn định như: ổn định trượt, ổn định lật, độ bền, ....

Các tính toán, trong đó toàn bộ công trình hoặc một bộ phận kết cấu vượt quá trạng

thái xác định nào đó dẫn đến không đáp ứng được yêu cầu công năng thiết kế, trạng

thái giới hạn xác định đó gọi là trạng thái giới hạn của công năng tương ứng.

Trong quá trình thiết lập bài toán tính xác suất an toàn công trình đầu mối hồ chứa, các

(

)

bài toán công trình được thực hiện theo nguyên tắc thiết kế trạng thái giới hạn. Trạng

Z X . Công trình

thái làm việc của công trình được mô tả bằng tham số công năng

(

) X ‡

,...,

thỏa mãn điều kiện ổn định theo một trạng thái giới hạn nào đó khi:

Z X X 1

)

1,2,3,...,

(2-1)

( iX i

- Các biến số cơ bản. Trong đó:

(

) iR x và tải

(

)

Các bài toán trong luận án chỉ xét đến hai biến tổng hợp là sức chịu tải

iN y , nên hàm trạng thái giới hạn cho một cơ chế sự cố được thể hiện theo

trọng

công thức (2-2) và điều kiện đảm bảo ổn định theo một trạng thái giới hạn nào đó của

công trình như công thức (2-3).

)

( Z R N ,

( R x i

( N y i

(

) Z R N ‡ ,

- (2-2)

(

)

(2-3)

Z R N - Hàm biểu thị trạng thái giới hạn khả năng chịu lực;

)

Trong đó:

( iR x

)

(

iN y - Hàm biểu thị các tải trọng tác dụng;

( ) iR x

x y - Các biến số cơ bản của hàm ,i

- Hàm biểu thị khả năng chịu tải;

( ) iN y .

và

Khi tính xác suất hay phân tích độ tin cậy an toàn của công trình, các tác động vào

công trình, tính năng của vật liệu đất, đá, vật liệu xây dựng và tính bất định của mô

hình thiết kế là những biến cơ bản. Biến cơ bản và các biến tổng hợp là những biến

ngẫu nhiên.

Các tác động vào công trình bao gồm các lực tập trung và lực phân bố và các ảnh

hưởng khác như: nhiệt, thấm, .... Trong các bài toán, các tác động cũng được phân theo

tính chất của các tác động. Theo sự biến đổi trong thời gian có: tác động vĩnh cửu, tác

động tạm thời và tác động ngẫu nhiên. Theo sự biến đổi về không gian có: tác động cố

định và tác động tự do. Theo đặc điểm, phản ứng của công trình có trạng thái tĩnh và

(

)

(

)

Z R N biểu thị quan hệ giữa

trạng thái động.

) iR x và

iN y , mỗi cơ chế phá hoại ở công (

)

Hàm

Z R N . Khi hàm

)

(

Z R N không thỏa mãn điều kiện (2-3) thì công trình bị sự cố hoặc hư hỏng.

trình hoặc bộ phận công trình có thể thiết lập được một hàm

Một số cơ chế phá hoại, điều kiện an toàn của các công trình trong đầu mối hồ chứa

nước được được khái quát ở bảng 2-2.

Bảng 2-2. Một số cơ chế phá hoại và điều kiện an toàn chính của đập đất, đập tràn trọng lực và cống ngầm

Ghi chú

Điều kiện an toàn

Công trình

Thứ tự

Cơ chế phá hoại

ddZ : Cao trình đỉnh đập

lnZ : Mực nước cao nhất trong hồ được tính từ mực nước

ddZ

I.1

Nước tràn đỉnh đập

tĩnh tính toán cộng với chiều cao sóng leo và độ dềnh do

M>∑

∑

I.2 Trượt mái

gió. ctM∑ : Tổng lực hoặc mô men chống trượt. gtM∑ : Tổng lực hoặc mô men gây trượt.

I. Đập đất

ttJ : Độ dốc dòng thấm tính toán tại vị trí kiểm tra.

I.3

<  J

 

Ổn định thấm thông thường

]

[ L>∑ L tt

I.4

Ổn định thấm đặc biệt

ghJ   : Độ dốc dòng thấm giới hạn cho phép.  ttL∑ : Tổng chiều dài đường viền thấm tính toán. [

]

gtF∑ : Tổng lực gây

>∑ F ct

∑ F gt

II.1 Ổn định trượt

M>∑

∑

II.2 Ổn định lật

II. Tràn xả lũ

: Chênh lệch lún tính toán giữa hai đơn nguyên đập;

[

]

< D dtt

: Chênh lệch lún cho phép giữa các đơn nguyên

thL : Chiều dài đường viền thấm cho phép. ctF∑ : Tổng lực chống trượt; trượt. clM∑ : Tổng mô men chống lật; glM∑ : Tổng mô men gây lật. dttZD ] [ ZD

II.3

Lún không đều giữa các đơn nguyên

: Chênh lệch lún tính toán giữa hai đoạn cống.

[

]

< D ctt

III.1

: Chênh lệch lún cho phép giữa các đoạn cống.

đập. cttZD ] [ ZD

Lún không đều giữa các đoạn cống

ttT : Nội lực lớn nhất do tổ hợp tải trọng tính toán gây ra tại

T£

tiết diện đang xét.

T tt

III.2

III. Cống ngầm

Độ bền kết cấu theo phương ngang và phương dọc cống

ctt

∑

III.3

>  L

 

Thấm tiếp xúc dọc cống

]

ghT : Khả năng chịu lực nhỏ nhất của tiết diện đó. cttL∑ : Chiều dài đường viền thấm tính toán dọc theo cống; [

thL : Chiều dài đường viền thấm giới hạn cho phép.

2.5.3 Các quan điểm về cơ chế phá hoại

Trong một hệ thống hoặc ở một công trình, mỗi cơ chế phá hoại có thể thiết lập được

một hàm tin cậy. Cơ chế phá hoại ở các công trình đầu mối có thể diễn ra theo quy luật

(PHQL) hoặc không quy luật (PHKQL). PHQL là các phá hoại xảy ra ở kết cấu hoặc

công trình mà việc mô phỏng các cơ chế phá hoại đã được định dạng thành những quy

luật ứng với từng loại công trình. PHKQL là các phá hoại xảy ra ở một hệ kết cấu có

sự suy thoái: công trình có khuyết tật trong quá trình thi công hoặc những công trình

hiện hữu đang có hư hỏng về kết cấu, … nên các cơ chế phá hoại thường không còn

tuân theo các quy luật thông thường [38].

Khi thiết lập hàm tin cậy cho cơ chế PHQL có thể sử dụng các điều kiện cân bằng, các

công thức có sẵn trong lý thuyết cơ học, lý thuyết công trình, hoặc các điều kiện an

toàn theo các tiêu chuẩn kỹ thuật. Khi lập các hàm tin cậy cho các cơ chế phá hoại

thuộc loại PHKQL sẽ tiến hành các phân tích lý thuyết và thực nghiệm để thiết lập

hàm tin cậy theo (2-2) dưới dạng hàm thực nghiệm hoặc bán thực nghiệm. Hàm thực

]

nghiệm trong bảng 2-2 là các hàm được thành lập từ các điều kiện an toàn cho một số

thL , các hàm tải trọng biểu kiến bằng

gtM∑ ,

ctM∑ ,

ctF∑ ,

 , [ 

s 

bằng cơ chế phá hoại chính của công trình đầu mối. Trong đó các hàm sức chịu tải biểu kiến gtF∑ ,

ttL∑ , .... Với mỗi sơ đồ tính cho một cơ chế cụ thể thì các hàm này là những

quan hệ hàm xác định của các biến số cơ bản.

2.6 Kết luận Chương 2

Chương 2 đã giới thiệu các cơ sở lý thuyết về công trình thủy lợi làm căn cứ xây dựng

các thuật toán, các sơ đồ khối cho các bài toán tính xác suất an toàn theo cấp độ II và

cấp độ III cho công trình đầu mối hồ chứa trong chương 3:

- Các công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi được được bố trí đa dạng, căn cứ vào số

lượng công trình các đầu mối hồ chứa được phân thành 3 loại, trong mỗi loại các công

trình có nhiều cách bố trí khác nhau và được liên kết với nhau trong cùng một hệ thống

để tạo thành hệ thống kết cấu hoặc hệ thống vận hành. Các công trình đầu mối được

liên kết chủ yếu theo hai hình thức là ghép nối tiếp và ghép hỗn hợp khi phân tích theo

các sơ đồ hệ thống trong toán học.

- Giữa hệ thống đầu mối hồ chứa thực tế và mô hình tính toán có sự sai khác về mức

độ an toàn khi mực nước hồ thay đổi theo thời gian, trong một số trường hợp

MNC Z

MNDBT

£ £ hệ thống thực tế không xảy sự cố nhưng với mô hình tính lại giả

thiết có xảy ra sự cố hệ thống. Để tính được mối liên hệ về mức độ an toàn giữa hệ

thống thực tế và mô hình tính toán cần thông qua các quan trắc về sự cố công trình và

đánh giá mức an toàn của mô hình, tuy nhiên trong thực tế các số liệu quan trắc về

công trình thật còn nhiều hạn chế nên trong nghiên cứu này gần đúng cho rằng sự cố

sẽ đồng thời xảy ra ở cả hệ thống thực tế và mô hình tính toán trong tất cả các trường

hợp làm việc của hệ thống đầu mối hồ chứa.

- Trong quá trình làm việc công trình đầu mối thường xuyên chịu tác động của 5 nhóm

yếu tố ngẫu nhiên ảnh hưởng đến độ tin cậy công trình, tuy nhiên trong luận án mới

xét đến một số yếu tố ngẫu nhiên cơ bản nhất tác động lên công trình như: tính không

đồng đều của địa chất nền công trình, vị trí xây dựng công trình, tác động của nước lên

công trình, sai lệch kích thước do thi công công trình, tính chất cơ lý không đồng đều

của vật liệu xây dựng công trình và tác động của cửa van đến độ tin cậy hệ thống.

- Các công trình trong hệ thống đầu mối phải thỏa mãn các điều kiện an toàn theo các

tiêu chuẩn tính toán với từng loại công trình. Nghiên cứu đã giới thiệu một số cơ chế

phá hoại và điều kiện an toàn chính của đập đất, đập tràn trọng lực và cống ngầm làm

cơ sở cho việc xây dựng các hàm tin cậy trong chương 3.

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CÔNG TRÌNH

CHƯƠNG 3 ĐẦU MỐI HỒ CHỨA THỦY LỢI THEO ĐỘ TIN CẬY

3.1 Đặt vấn đề

Mỗi công trình thủy lợi là một hệ thống kết cấu trên nền, do đó về mặt cơ học các công trình đầu mối chịu ảnh hưởng trực tiếp của các môi trường xung quanh, trong đó môi trường nước và môi trường nền có ảnh hưởng mạnh mẽ đến ổn định của công trình. Trong phân tích ổn định, đặc điểm này được mô tả trong hệ kết cấu nước - công trình - nền. Các bài toán ổn định công trình hướng tới sự chính xác là các bài toán cơ học xét đến sự tương tác ba môi trường nước - công trình - đất [37], [38]. Đặc điểm chung này sẽ được xét đến trong quá trình xác định hàm tải trọng và hàm chịu tải khi thiết lập bài toán tính độ tin cậy an toàn cho các công trình trong đầu mối hồ chứa nước.

Như đã phân tích ở chương 2, các hình thức công trình đầu mối hồ chứa nói chung cũng như hồ chứa thủy lợi nói riêng ở Việt Nam tương đối đa dạng, tuy vậy trong nghiên cứu này chỉ trình bày cách tính xác suất an toàn các công trình trong đầu mối hồ chứa nước thủy lợi có đập dâng là đập đất, công trình tháo lũ là các đập tràn và ngưỡng đường tràn thuộc dạng đập bê tông tràn nước, cống lấy nước là cống ngầm đặt trong đập đất, đây là loại đầu mối phổ biến ở Việt Nam hiện nay [38]. Tùy thuộc vào vị trí, hình thức liên kết, cơ chế phá hoại của các công trình trong đầu mối, trong tính toán các đầu mối hồ chứa được mô phỏng thành các hệ thống ghép nối tiếp hoặc hệ thống ghép hỗn hợp. Để tính xác suất an toàn cho tất cả các loại sơ đồ đầu mối là một khối lượng nghiên cứu lớn, bởi vậy đối tượng nghiên cứu trong phạm vi của luận án là đầu mối hồ chứa được mô phỏng theo hệ thống có liên kết nối tiếp. Các nội dung tính toán, các cơ chế phá hoại, các tải trọng tác động, ... trong các bài toán kiểm tra an toàn công trình thực hiện theo hệ thống quy chuẩn và tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành [15], [54], [55], [56].

Lý thuyết độ tin cậy kết cấu công trình được xây dựng trên cơ sở lý thuyết xác suất - thống kê và lý thuyết các quá trình ngẫu nhiên, cho phép mô tả sát thực tế hơn các yếu tố ngẫu nhiên tác động lên kết cấu công trình và đưa ra các phương pháp tính theo mô hình xác suất để đánh giá độ tin cậy của công trình theo xác suất an toàn rồi so sánh với xác suất an toàn cho phép trong các tiêu chuẩn thiết kế theo độ tin cậy [34], [35]. Bên cạnh đó, căn cứ vào độ tin cậy tính toán của kết cấu công trình, cho phép điều chỉnh các thông số tác động lên hệ thống để thay đổi độ tin cậy nhằm đạt được độ tin cậy của hệ thống như mong muốn, đây là bài toán ngược của lý thuyết độ tin cậy.

Trong chương này nghiên cứu cách thiết lập các thuật toán và sơ đồ khối cho các bài toán đánh giá xác suất an toàn của hệ thống đầu mối hồ chứa theo lý thuyết độ tin cậy, trên cơ sở đó xây dựng công cụ là chương trình SYPRO2016 để ứng dụng tính toán trong chương 4, do đó xác suất an toàn của hệ thống được thể trong bài toán theo cách tiếp cận như sau:

- Xác suất an toàn của các cơ chế sự cố được đánh giá bằng cách giải hàm tin cậy theo lý thuyết độ tin cậy cấp II (dùng phương pháp gần đúng), cấp III (dùng phương pháp Monte Carlo).

- Xác suất an toàn của công trình được đánh giá dựa trên mối quan hệ “ hoặc’’ (chỉ cần một sự cố xảy ra là công trình sẽ bị sự cố), “và’’(các sự cố đồng thời xảy ra, công trình mới bị sự cố) trên sơ đồ cây sự cố của từng công trình. Lập các bảng ma trận xác suất làm việc an toàn của công trình, vận dụng các định lý cộng hoặc nhân xác suất để tìm xác suất an toàn của công trình.

- Xác suất an toàn của hệ thống đầu mối hồ chứa được xác định căn cứ vào xác suất an toàn của từng công trình theo sơ đồ ghép nối thành hệ thống.

3.2 Phân tích và đánh giá an toàn công trình đầu mối hồ chứa theo lý thuyết độ

tin cậy cấp độ II

3.2.1 Mô phỏng các sự cố của công trình đầu mối hồ chứa

3.2.1.1 Sơ đồ cây sự cố

Tích tụ các hư hỏng ở một công trình hay trong một hệ thống công trình dẫn đến sự cố

công trình hay sự cố hệ thống. Trong nghiên cứu này, với quan điểm coi các hư hỏng

là nguyên nhân dẫn đến sự cố công trình hay sự cố hệ thống công trình, nên hệ thống

bị sự cố là do nhiều nguyên nhân gây ra và cần phải thống kê được các nguyên nhân

này, bởi vậy cần thiết phải mô phỏng sự cố hệ thống đầu mối hồ chứa theo một sơ đồ

dạng cây, gọi là cây sự cố. Hình 3-1 là một ví dụ về cây sự cố công trình đầu mối ở hồ

chứa, trong đó mỗi hư hỏng có thể được mô phỏng theo một cơ chế phá hoại có nguy

cơ dẫn đến sự cố công trình hoặc sự cố hệ thống. Ứng với từng công trình, tại các điểm

nối có chữ ‘‘hoặc’’, chữ ‘‘và’’ trong sơ đồ thể hiện sự liên kết của các sự cố trong

cùng một công trình. Khi xem xét các công trình làm việc trong hệ thống ghép nối theo

các sơ đồ toán học thì chữ ‘‘hoặc’’ biểu thị sự liên kết nối tiếp, chữ ‘‘và’’ biểu thị sự

liên kết song song.

Sù cè hÖ thèng

hoÆc

Sù cè c«ng tr×nh th¸o lò

Sù cè vì ®Ëp

Sù cè cèng ngÇm

Sù cè c«ng tr×nh kh¸c

hoÆc

Ph¸ ho¹i côc bé

Ph¸ ho¹i kh¸c

Ph¸ ho¹i côc bé

Ph¸ ho¹i kh¸c

Ph¸ ho¹i côc bé

Ph¸ ho¹i tæng thÓ

Ph¸ ho¹i kh¸c

hoÆc

vµ

hoÆc

vµ

Lón Tr−ît LËt

G·y cèng

Vì cèng

Tæ mèi

èng thÊm

Xãi tiªu n¨ng

Trµn ®Ønh ®Ëp

ThÊm tiÕp xóc

Háng liªn kÕt

ThÊm tiÕp xóc

hoÆc

Tr−ît m¸i h¹ l−u

Tr−ît m¸i th−îng l−u

Nøt ngang, nøt däc ®Ëp

H− háng vËt liÖu

ThiÕt bÞ chèng sãng bÞ lón sôt

H− háng cöa van

H− háng cöa vµo

H− háng cöa van

H− háng khíp nèi

VÊn ®Ò thñy lùc

BiÕn h×nh thÊm cöa ra

ThÊm qua bª t«ng th©n cèng

Lón nÒn

Th©n cèng khuyÕt tËt

KÕt cÊu th©n cèng kh«ng ®ñ søc chÞu t¶i

KÕt cÊu cèng cã khuyÕt tËt

Hình 3-1. Sơ đồ cây sự cố các công trình trong đầu mối hồ chứa nước

Khi đánh giá an toàn các công trong đầu mối hồ chứa, để kết quả tính độ tin cậy sát

với thực tiễn hơn cần phải phân chia bản thân các công trình (đập đất, đập tràn và cống

ngầm) thành nhiều cấu kiện, căn cứ vào một số đặc điểm chính về: điều kiện địa chất

nền công trình, đặc điểm từng công trình, loại vật liệu xây dựng, .... Các kết quả

nghiên cứu [24] đã chứng minh rằng: xác suất sự cố gia tăng khi số phần tử công trình

tăng lên và chia càng nhiều phần tử kết quả tính toán càng chính xác hơn. Tuy vậy

trong tính toán sẽ gặp một số vấn đề khi xác định xác suất sự cố: các phần tử khác

nhau của cùng một công trình có khả năng xảy ra các sự cố khác nhau do vậy khối

lượng tính toán sẽ lớn và khó khăn khi xác định mối tương quan giữa các sự cố đó.

Xuất phát từ các lý do đó trong nghiên cứu này đã coi mỗi công trình là một phần tử

đồng nhất khi thực hiện các tính toán về độ tin cậy cho từng công trình.

3.2.1.2 Các hư hỏng chính và sự cố của công trình đầu mối

a) Các hư hỏng chính và sự cố ở đập đất [38]

- Nước tràn qua đỉnh đập do đỉnh đập bị thấp hoặc xảy ra lũ vượt các tần suất thiết kế;

- Trong đập, nền đập hình thành dòng thấm mạnh đến mức không kiểm soát được kéo

theo đất dẫn đến vỡ đập; Đập bị nứt dọc hoặc nứt ngang;

- Trong thân đập đang có các hang cầy cáo hoặc tổ mối có quy mô lớn chưa được xử

lý; Mái dốc hạ lưu, thượng lưu có hiện tượng sạt trượt;

- Đường bão hòa của dòng thấm bị dâng cao;

- Thiết bị chống thấm trong thân đập biểu hiện hư hỏng; Nguy cơ biến hình thấm ở cửa

ra; Thiết bị chống sóng ở mái thượng lưu bị xói hoặc lún sụt;

- Và những hư hỏng khác.

b) Các hư hỏng chính và sự cố ở công trình tháo lũ [38]

- Lực dính và ma sát mặt tiếp xúc giữa đập và nền bị giảm hoặc hình thành mặt trượt

sâu dưới nền, chuyển vị về hạ lưu tăng lên;

- Bộ phận tiêu năng (mũi phun) bị xói đổ cột gẫy mũi phun;

- Nền bị biến dạng, đập bị nứt, khe vĩnh cửu bị hư hỏng;

- Bê tông bị nứt do nhiệt, khuyết tật do thi công để lại hoặc bị mục ruỗng do tuổi

thọ; Bề mặt tràn, bộ phận tiêu năng bị xâm thực do dòng chảy lưu tốc cao;

- Tường cánh cửa vào hư hỏng, mái dốc cửa vào bị sạt lở, hạn chế khả năng tháo qua

tràn; Cửa van bị kẹt;

- Và những hư hỏng khác.

c) Các hư hỏng chính và sự cố ở cống ngầm [38]

- Nền bị lún không đều, cống bị gẫy;

- Kết cấu cống không đủ sức chịu tải do thiết kế, cống lâu ngày nên bê tông mục

ruỗng, cống bị vỡ; Khớp nối bị hỏng;

- Khối đất đắp xung quanh cống bị mất ổn định thấm do dòng thấm dọc thân cống;

- Cửa van bị kẹt;

- Phát sinh những vấn đề thủy lực bất lợi không kiểm soát được;

- Và những hư hỏng khác.

3.2.2 Thiết lập hàm tin cậy

Hàm số biểu thị mối quan hệ giữa sức chịu tải và tải trọng tác dụng vào công trình

được gọi là hàm trạng thái hay hàm tin cậy. Với mỗi cơ chế phá hoại sẽ thiết lập được

một hàm tin cậy (HTC) tương ứng như công thức (3-1).

)

( N y

( = Z R x i

- (3-1)

)jN y (

)

,...,

- Hàm tải trọng được xác định theo công thức (3-1a); Trong đó:

( N y i

( N y y 1 2

(3-1a)

(

)

iR x - Hàm sức chịu tải được xác định theo (3-1b); )

)

,...,

x n

( R x i

( R x x 2, 1

(3-1b)

iy : Là các biến số cơ bản bao gồm: các lực, các tác động phát sinh từ môi

Trong đó:

trường nước, các lực và các ảnh hưởng của môi trường nền thông qua tính chất của đất

đá cũng như các tải trọng phát sinh từ môi trường công trình thông qua tính chất của

ix : Là các biến số cơ bản gồm các lực, các ảnh hưởng phát sinh từ môi trường nước,

)

vật liệu xây dựng.

( iN y

x y ,i

đều là các biến và các hàm cũng như các hàm Các biến cơ bản và môi trường đất đá, môi trường công trình tạo nên sự chống lại sự phá hoại công trình. ( iR x

ngẫu nhiên.

3.2.2.1 Một số hàm tin cậy của đập đất

(1) Nước tràn đỉnh đập

Hình 3-2. Sơ đồ thể hiện cơ chế sự cố nước tràn đỉnh đập

1Z biểu diễn quan hệ giữa

Hàm tin cậy của cơ chế phá hoại do nước tràn qua đỉnh đập

cao trình đỉnh đập và mực nước trong hồ có kể đến chiều cao do sóng và gió gây ra

[5], [13], [57]:

(

)

+ Z mn

+ h d

h sl

Z 1

= Z ln

- - (3-2)

ddZ : Cao độ đỉnh đập; mnZ : Cao độ mực nước hồ;

Trong đó:

hd: Chiều cao nước dềnh do gió [5], [13]:

6 2.10 .

.cosα

2 V .D Z

)

g .(

- (3-2a) -

hsl: Chiều cao sóng leo lên mái đập [5], [13]:

h s l

K K K K . 2

h . s 1%

.= K h s 1%

(3-2b)

Trong đó: V- Vận tốc gió; D - Chiều dài đà sóng; K- Là hệ số phụ thuộc vào độ nhám

tương đối, đặc trưng vật liệu gia cố mái đập, tốc độ gió và hệ số mái nghiêng thượng

1%sh

- Chiều cao sóng ứng với xác suất 1%. lưu m1;

(2) Mái đập hạ lưu bị trượt.

Theo tiêu chuẩn thiết kế đập đất hiện hành, tính toán ổn định mái dốc đập được thực

hiện theo phương pháp mặt trượt trụ tròn. Các tính toán thực hiện theo cách thử dần để

tìm ra mặt trượt có khả năng chống trượt nhỏ nhất. Mức độ an toàn của đập được đánh

giá từ kết quả tính toán với mặt trượt này. Sử dụng phần mềm Geoslope 2007

(Canada) tính toán thấm và ổn định tìm được hệ số an toàn nhỏ nhất. Sử dụng các kết

quả này để tính cho hàm tin cậy. Hiện nay có nhiều phương pháp tính ổn định mái đập,

trong nghiên cứu này sử dụng kết quả tính theo phần mềm Geoslope, công thức

Bishop để thiết lập hàm tin cậy. Như vậy tổng các mô men chống trượt được xem là

hàm sức chịu tải, còn tổng mô men gây trượt được xem là hàm tải trọng.

Hình 3-3. Sơ đồ tính ổn định mái dốc theo phương pháp Bishop [58]

Có thể viết hàm tin cậy cho cơ chế trượt mái hạ lưu Z2 như công thức (3-3) [58].

)

(

.tan

) .

a .sin

( c b W u b . . n n

W n

∑

1 ma

  

  

= 1

  

  

tan

j .tan

.cos

m a

- - (3-3)

n K

 + 1 

  

ja ,

Trong đó: (3-3a)

K W u c , n

b n

: Lần lượt là hệ số an toàn mái dốc, trọng lượng thỏi đất, áp lực

nước lỗ rỗng, lực dính đơn vị, góc nội ma sát, góc theo phương ngang và phương cung

trượt, bề rộng của thỏi đất.

Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đất, nước và kích thước của công trình được lấy từ kết

quả phân tích xác suất - thống kê của các số liệu thu thập và khảo sát tại công trình phù

hợp với trạng thái và thời điểm tính toán.

(3) Biến hình thấm thông thường

Tại các vị trí đặc biệt trong thân đập như chân khay, cửa ra của dòng thấm, ... có thể

xảy ra xói do gradien thấm tại các vị trí đó vượt quá gradien thấm cho phép. Hàm tin

cậy xói cục bộ như biểu thức (3-4), (3-5) [5], [13].

chânkhay

Hàm tin cậy xói chân khay:

[

]

max chânkhay

- (3-4)

Hàm tin cậy xói cửa ra:

[

]

max ra

- (3-5)

chankhay

, max J - Gradien thấm lớn nhất tại vị trí cửa ra và ở chân khay, xác Trong đó: max raJ

định được nhờ các tính toán thấm. Cột nước là biến ngẫu nhiên sơ cấp, thông qua tính

toán thấm bằng phần mềm Seep/w (Geoslope 2007) sẽ tìm được luật phân bố xác suất

chankhay

[

]chankhay

]raJ

, max J . và các đặc trưng thống kế của các biến ngẫu nhiên thứ cấp: max raJ

, [ : Gradien thấm cho phép tại vị trí cửa ra và ở chân khay, xác định từ

các số liệu thí nghiệm đất đắp đập ở vị trí cửa ra và đất làm chân khay.

Zdd

Zmn

m 1

(4) Biến hình thấm đặc biệt.

Hình 3-4. Sơ đồ tính toán biến hình thấm đặc biệt

Trong quá trình đắp đập, việc đầm chặt có thể đã không thực hiện được đồng đều trên

toàn mặt cắt đập hoặc chất lượng đất có chỗ đã không đúng như dự định, hoặc xử lý

nền đập không triệt để, đập và nền tiềm ẩn những ‘‘hang thấm”. Để đảm bảo an toàn

cho đập ngoài yêu cầu về độ dốc thấm cục bộ, còn phải xét đến độ dốc thấm trung bình

ở đập và nền [5], [13]. Từ điều kiện đảm bảo không xảy ra biến hình thấm đặc biệt ở

đập và nền xây dựng được hàm tin cậy như công thức (3-6), (3-7).

(

)

kcp

 

 

)

( L m Z .

+ Z o

a h o 2 ( m Z . 1 ( 2.

Z ) + 1

mn m 1

   

   

- - - - - (3-6) - -

–

(3-7)

kcp

=  

 

( (L

) h 2 0,88.T)

- -

kcp

 

 

 

  : Độ dốc thủy lực cho phép của vật liệu làm đập và nền, phụ thuộc vào

Trong đó:

cấp công trình và chất đất đắp đập và nền đập. Độ dốc thủy lực cho phép được xem

như sức chịu tải của công trình. Các giá trị cho phép này được xác định thông qua việc

phân tích số liệu quan trắc các công trình đã bị sự cố cho đến thời điểm đánh giá ổn

định.

h2: Cột nước ở thượng lưu và hạ lưu đập; ao: Độ cao hút nước; T: Chiều dày tầng thấm;

m1: Hệ số mái thượng lưu; m2: Hệ số mái hạ lưu;

Ld: Chiều dài đáy đập; Zmn: Cao độ mực nước thượng lưu; Zo: Cao độ đáy hồ.

3.2.2.2 Một số hàm tin cậy của đập tràn

(1) Ngưỡng tràn bị trượt phẳng

Đập tràn được xây dựng trên nền đá, hàm tin cậy trượt của đập tràn được xây dựng từ

công thức tính ổn định trượt tại mặt tiếp xúc giữa đập bê tông trọng lực và nền. Sử

dụng công thức tính ổn định có xét đến lực dính và lực ma sát trên mặt phá hoại thành

lập hàm tin cậy như công thức (3-8) [5], [13].

(

+ f C A

) W . t

∑

∑ P

- - (3-8)

)W .

-∑ G

Trong đó: Thành phần lực ma sát ( và lực dính C.A trên mặt phá hoại

P∑ được xem là biến tải

được xem là hàm sức chịu tải, thành phần lực gây trượt

trọng trong hàm tin cậy.

Tương tự như tính ổn định mái đập đất, các chỉ tiêu để tính trọng lượng công trình )G∑ , tính lực thấm ( Wt ), tính hệ số ma sát (f), tính lực dính đơn vị (C) phải là các (

giá trị xác định từ các tài liệu quan trắc khảo sát hiện trường tại thời điểm tính toán.

(2) Ngưỡng tràn bị lật

M∑ nhỏ hơn tổng mô men gây lật

lật Đập tràn có khả năng bị lật quanh một trục ở chân hạ lưu đập khi tổng mô men chống glM∑ [5], [13]. Hàm tin cậy của cơ chế sự cố

đập tràn bị lật được thành lập theo công thức (3-9).

Z 8

-∑ ∑

(3-9)

M∑ được xem như hàm sức chịu tải, tổng mô

Trong đó: Tổng mô men chống lật

men gây lật là biến tải trọng. Các các biến ngẫu nhiên để tính các giá trị mô men như:

mực nước hồ, dung trọng của bê tông, kích thước của đập tràn, các chỉ tiêu cơ lý của

nền, ... được xác định từ các tài liệu quan trắc về công trình trong nhiều năm, tài liệu

khảo sát và tài liệu đánh giá hiện trạng công trình ở thời điểm tính toán.

3.2.2.3 Một số hàm tin cậy của cống ngầm

(1) Thấm dọc theo mang cống ngầm

Trong quá trình làm việc của cống ngầm có thể hình thành dòng thấm dọc theo mang

cống. Hàm tin cậy của cơ chế sự cố thấm dọc theo mang cống như công thức (3-10)

[5], [50], [49].

[

]

mn L c

]

- - (3-10)

Trong đó: [ : Gradient thấm cho phép của đất sét đắp xung quanh thân cống, được

xem như hàm sức chịu tải, xác định từ việc khoan lấy mẫu về thí nghiệm tại thời điểm

2Z : Cao độ mực nước ngầm ở đỉnh cuối cống;

đánh giá ổn định thấm;

cL : Chiều dài thân cống ngầm.

Zmn: Cao độ mực nước thượng lưu cống;

(2) Độ bền của kết cấu thân cống ngầm

Kết cấu thân cống là kết cấu không gian đã suy biến, cơ chế phá hoại xảy ra thuộc loại

PHKQL. Hàm tải trọng là hàm thực nghiệm được thiết lập từ các kết quả phân tích nội

lực của các đoạn thân cống đã được chọn để kiểm tra. Hàm sức chịu tải cũng là một

hàm thực nghiệm được thiết lập từ các giá trị nội lực hiện hữu của cống thống kê được

từ các số liệu quan trắc và khảo sát bằng phương pháp lấy mẫu không phá hoại ở các

trong một trạng thái làm việc là cột nước trong hồ thông qua cột nước thấm tác dụng vào cống (

) th .

đoạn cống được chọn để kiểm tra. Tham số chung của hàm tải trọng và hàm sức chịu tải

Trong trường hợp mực nước ngầm trên đỉnh cống thay đổi, tiến hành xác định các

ngoại lực tác dụng lên thân cống ngầm rồi xác định mô men uốn lên các bộ phận của

thân cống (trường hợp xét bài toán phẳng thì Mtt là mô men uốn tại các thanh ngang:

đáy và trần cống và thanh đứng: hai thành bên cống). Hàm tải trọng (Mtt) là hàm của

các giá trị mô men thân cống thay đổi theo cột nước thấm tác dụng vào cống. Luật

)

( M m s ,

phân bố xác suất của mô men uốn được xác định theo các phương pháp trong thống kê

M = ∑ n

= 1

Kỳ vọng của mô men uốn: (3-11)

(

)

∑

= 1

(

) 1

(3-12) - Độ lệch chuẩn của mô men uốn:

Trong đó: Mi là mô men uốn lớn nhất tại một vị trí của cống tính trong trường hợp cột

nước trên đỉnh cống là hi; n là số trường hợp tính toán.

Hàm độ bền (Mgh) là hàm mô men chịu uốn giới hạn của thân cống, Mgh phụ thuộc cốt

thép (cường độ chịu kéo, diện tích cốt thép), bê tông (cường độ chịu nén), chiều dày

thành cống và kích thước mặt cắt cống. Giá trị Mgh thay đổi theo các đại lượng phụ

thuộc nêu trên, các đại lượng này được xác định bằng thí nghiệm hiện trường tại thời

điểm đánh giá, từ đó xác định được các đặc trưng thống kê và luật phân bố xác suất

)

( M m

s ,

của được xác định giống như của Mtt theo hai công thức (3-11) và (3-

12).

Hàm tin cậy kiểm tra độ bền của cống Z10 được viết theo công thức (3-13).

Z M M tt 10

- (3-13)

3.2.3 Tính toán xác suất an toàn cho từng cơ chế sự cố

3.2.3.1 Các số liệu đầu vào để tính xác suất an toàn cho từng cơ chế sự cố

Liệt số của các biến cơ bản gồm: các mực nước; kích thước công trình; các chỉ tiêu cơ

lý lực học của đất đá, vật liệu xây dựng; các lực phân bố, các lực tập trung, các dạng

hàm tải trọng, các dạng hàm sức chịu tải và hàm tin cậy.

)2c

3.2.3.2 Kiểm định luật phân bố xác suất của các biến ngẫu nhiên

Có nhiều cách để kiểm định luật phân bố xác suất của một liệt số liệu, trong nghiên cứu này sử dụng tiêu chuẩn khi - bình - phương ( để kiểm định [17], [51].

+ Giả thiết (Ho) luật phân bố xác suất F(X) của biến ngẫu nhiên.

+ Xác định các tham số trong hàm mật độ xác suất bằng phương pháp mô men hoặc

phương pháp ước lượng hợp lý cực đại, số lượng tham số là s.

)

K£

£ + Phân chia số khoảng: k ( , chiều rộng của mỗi khoảng d.

(

)

mX ax

min

- (3-14)

Trong đó: Xmax - Giá trị lớn nhất của chuỗi n số liệu quan sát về biến ngẫu nhiên;

Xmin - Giá trị nhỏ nhất của chuỗi n số liệu quan sát về biến ngẫu nhiên.

)

+ Đếm số quan sát rơi vào từng khoảng H.

a- 1, )

= ﬁ 1j ( = F x

a - j

k )1

- + Tính xác suất pj trong khoảng j là ( ( F x (3-15)

(

H np

= ∑

= 1

)2c

(3-16) + Tính giá trị của U:

2 ,f q

+ Tra bảng của phân bố khi - bình - phương ( xác định được giá trị:

f q

= - k = - 1

Trong đó: (3-17)

với a : Xác suất nhầm, q: Mức đảm bảo.

U c

2 ,f q

‡ + Kiểm tra điều kiện: (3-18)

Nếu điều kiện (3-18) được thỏa mãn: Giả thiết Ho bị từ chối tức là biến ngẫu nhiên đó

không thỏa mãn luật phân bố xác suất lựa chọn ban đầu.

hay mức đảm bảo q. Nếu điều kiện (3-18) không thỏa mãn: Biến ngẫu nhiên có luật phân bố xác suất lý thuyết là F(X) với xác suất nhầm a

3.2.3.3 Xác suất an toàn của các cơ chế sự cố

Khi tính toán độ tin cậy theo cấp độ II, luật phân bố xác suất của các biến ngẫu nhiên

trong hàm tin cậy là phân bố chuẩn hoặc đã được biến đổi về dạng phân bố chuẩn, hàm

tin cậy là hàm tuyến tính hoặc được biến đổi gần đúng về hàm tuyến tính. Với hàm tin

cậy như công thức 3-1, trong đó: hàm tải trọng N và hàm sức chịu tải R có phân bố

phù hợp với quy luật phân bố chuẩn thì hàm mật độ xác suất của chúng có dạng (3-19)

và (3-20) [16], [59].

¥ <

< ¥ N

f N (

)

.exp

1 2

1 p . 2

  

  

 -  

   

- - (3-19)

¥ <

< ¥

f R (

)

.exp

1 2

1 p . 2

  

  

   

   

)

- - - (3-20)

m m ,R

Kỳ vọng của hàm Z ( được tính theo kỳ vọng toán học của N và R ( cũng

có dạng phân bố chuẩn, được tính theo công thức (3-21).

m= m R

)

- (3-21)

s s ,R

Độ lệch chuẩn của hàm Z ( được tính theo độ lệch chuẩn của N và R ( như

công thức (3-22).

s 2 N

2 R

(3-22)

Xác suất an toàn của cơ chế sự cố tính theo công thức (3-23) [16], [59].

)

( P Z

exp

P at

∫

1 2

1 p 2

  

  

 - 

  

¥ - (3-23)

Chỉ số độ tin cậy ( được xác định theo công thức (3-24).

m s

s +

2 R

2 N

- (3-24)

Khi hàm tin cậy Z có dạng phân bố chuẩn, xác suất an toàn hay độ tin cậy của từng cơ

chế sự cố (Pat) và chỉ số độ tin cậy b quan hệ với nhau theo công thức (3-25).

)

( f b

)

( P Z

atP

( f b

)

(3-25)

Trong đó: là hàm phân bố tiêu chuẩn được lập dưới dạng các bảng tra trong các

sổ tay toán học.

Xác suất sự cố của từng cơ chế sự cố (Psc) được xác định theo công thức (3-26).

)

P sc

P at

- (3-26)

f Z

b.s

Z < 0 Vïng kh«ng an toµn

Z > 0 Vïng an toµn

Quan hệ giữa xác suất an toàn Pat và chỉ số độ tin cậy b được thể hiện trên hình 3-5.

Hình 3-5. Hàm mật độ xác suất của hàm tin cậy Z

Các tính toán xác suất an toàn cho từng cơ chế sự cố theo lý thuyết độ tin cậy cấp độ II

đã sử dụng định lý giới hạn trung tâm của lý thuyết xác suất, trong đó điều kiện để ứng

dụng định lý này là: hàm phá hoại phải là hàm tuyến tính, các biến ngẫu nhiên của

hàm tuy rằng không nhất thiết phải như nhau và độc lập nhưng mỗi biến này không

giữ vai trò quá lớn trong tổng. Trong nghiên cứu này coi các biến ngẫu nhiên có cùng

luật bố chuẩn, nhưng trong thực tế các tính toán an toàn đập có nhiều trường hợp

không phù hợp với giả định này, do vậy trong tính toán có thể xảy ra một số trường

hợp dưới đây:

a) Trường hợp 1: Nếu hàm tin cậy Z là tuyến tính, các biến ngẫu nhiên tuân theo luật

= Z a X

+ + ...

phân bố chuẩn [59], [60]

a X .n

. 1

a X . 2

a X . 3

(3-27)

m a . i

= ∑

= 1

Kỳ vọng của hàm Z: (3-28)

Trong đó: - Kỳ vọng của biến ngẫu nhiên Xi được tính theo công thức (3-28a).

1 n = ∑ n

= 1

(

(3-28a)

s a i

= ∑

= 1

Độ lệch chuẩn của hàm Z: (3-29)

Trong đó: - Độ lệch chuẩn của biến ngẫu nhiên Xi được tính theo công thức (3-

29a).

(

1 - ∑ . 1

= 1

- (3-29a)

)0ZP >

)0ZP <

được xác Chỉ số độ tin cậy ( b ), xác suất làm việc an toàn ( và xác suất sự cố (

định theo các công thức (3-24), (3-25), (3-26).

b) Trường hợp 2: Nếu hàm tin cậy Z là phi tuyến, các biến ngẫu nhiên tuân theo luật

phân bố chuẩn.

Khai triển Taylor đối với hàm Z và sử dụng 2 số hạng đầu của đa thức này. Hàm Z

được tuyến tính hóa tại điểm thiết kế (ĐTK) ban đầu [59], [60].

)

(

)

( Z X

¶∑

( Z X X

= 1

(

¶ - (3-30)

) X

,...,

o n

o X X X X , 1

o 2

o 3

Trong đó: Tọa độ điểm thiết kế ban đầu : (3-30a)

o i

Trong đó: (3-30b)

)Xi

được xác định theo công thức Các giá trị về kỳ vọng của các biến ngẫu nhiên Xi (

(3-28a). Kỳ vọng ban đầu của hàm Z tính theo (3-30c):

)

( Z X

( m .

¶∑

( Z X X

= 1

¶ - (3-30c)

Độ lệch chuẩn ban đầu của hàm Z tính theo (3-30d).

) s

)

¶∑ (

( Z X X

= 1

¶ (3-30d)

)0ZP > và xác suất sự cố (

)0ZP < (

Chỉ số độ tin cậy ( b ), xác suất làm việc an toàn tính theo

)

các công thức (3-24), (3-25) và (3-26).

( XZ X

(3-31)

(

,...,

Xác định tọa độ ĐTK mới:

(3-32)

) X n

X X X X , 1

a bs +

Trong đó:

(3-32a)

Tính lặp để tìm điểm thiết kế và các đặc trưng thống kê của hàm Z. Quá trình lặp được

mô tả trên sơ đồ khối hình 3-6, bước lặp chỉ dừng lại khi điểm thiết kế hội tụ. Sử dụng

kết quả điểm thiết kế cuối cùng (đã hội tụ) để tính các đặc trưng thống kê của hàm Z

và từ đó xác định được xác suất an toàn

)0ZP > (

c) Trường hợp 3: Với các biến ngẫu nhiên có luật phân bố xác suất bất kỳ.

Sử dụng phép đổi biến để biến đổi các biến ngẫu nhiên có luật phân bố xác suất bất kỳ

về luật phân bố chuẩn sao cho các giá trị của hàm mật độ fXi và hàm phân bố xác suất

FXi ban đầu khác phân bố chuẩn bằng các giá trị tương ứng của một biến ngẫu nhiên có

phân bố chuẩn tại điểm thiết kế [59], [60].

¶ s ¶ a Tính hệ số ảnh hưởng: s

* i

, Xi

(

)

* i

(3-33)

X s

   

   

1 , Xi

, Xi

* i

, Xi

(

)

* i

(3-34)

 =  f  

   

, Xi

(

)

theo công thức (3-35) và (3-36) [59],

Tính các đặc trưng thống kê mới:

s ; Xi

' Xi

[60].

-1 (

(

s ))

(3-35)

F i X

* i

i X X =

)

(

))

-1 (

* i

j =

(3-36)

' Xi

F (

)

( * i

: Là hàm ngược của hàm phân bố chuẩn tiêu chuẩn.

Trong đó:

- Nếu hàm tin cậy Z là hàm tuyến tính: Sau khi biến đổi luật phân bố xác suất của các

biến ngẫu nhiên về luật phân bố chuẩn, để tìm được độ tin cậy của hàm Z thực hiện

theo các bước như trong trường hợp 1.

- Nếu hàm tin cậy Z là hàm phi tuyến: Tính lặp như trong trường hợp 2 để tìm độ tin

cậy của hàm Z, nhưng với mỗi bước lặp cần phải tính các đặc trưng thống kê mới:

(

)

theo công thức (3-35) và (3-36).

s ; Xi

' Xi

Lập ma trận xác suất làm việc an toàn của các công trình trong đầu mối hồ chứa thủy

lợi như bảng 3-1, với giả thiết có n công trình trong hệ thống và m cơ chế sự cố xảy ra

với từng công trình đó.

Nếu các sự cố liên kết với nhau theo cổng “hoặc”, xác suất an toàn của công trình thứ

i: CTi

atP xác định theo công thức (3-37) [18].

)

= - 1

(3-37)

CTi P at

P ij

( -∑ 1

= 1

Nếu các sự cố liên kết với nhau theo cổng “và”, xác suất an toàn của công trình thứ i:

CTi

xác định theo công thức (3-38) [18].

atP

3.2.4 Đánh giá xác suất an toàn các công trình trong đầu mối hồ chứa

)

= - 1

( 1

(3-38)

CTi P at

P ij

= 1

Trong đó: Pij - Xác suất an toàn của từng cơ chế sự cố tính như mục 3.2.3.3.

- (cid:213)

Sự cố

Công trình 1

Công trình 2

Công trình 3 ….

Công trình n

….

P11

P21

P31

Pn1

….

P12

P22

P32

Pn2

….

P13

P23

P33

Pn3

….

P14

P24

P34

Pn4

….

CTn

2CT

1CT

3CT

….

atP

Xác suất an toàn của công trình

Bảng 3-1. Ma trận xác suất làm việc an toàn của các công trình trong hệ thống

Xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa là xác suất tổng hợp của các công trình trong

3.2.5 Đánh giá xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa

giữa các công trình, trong đó: đập đất, tràn xả lũ và cống lấy nước là những hệ kết cấu

con. Xác suất an toàn của các hệ kết cấu con đã tính được theo cách trình bày ở mục

3.2.3 và 3.2.4, xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa hay xác suất an toàn của hệ thống

đầu mối, nó phụ thuộc vào xác suất an toàn của các công trình và tác dụng tương hỗ

được xác định từ các định lý cộng và nhân xác suất.

Hệ thống gồm n công trình được liên kết nối tiếp với nhau như hình (2-10), phần tử

)

1,...,

thứ i (

của hệ thống có độ tin cậy

atP ứng với trạng thái an toàn Ri, xác suất

sự cố

scP

ứng với trạng thái sự cố Fi. Hệ thống làm việc an toàn khi tất cả các công trình trong hệ thống đều an toàn. Theo tính chất giao của các sự kiện trong lý thuyết

xác suất, xác suất an toàn của hệ ghép nối tiếp trong trường hợp tổng quát được tính

theo công thức (3-39) [51].

(3-39)

HT P at

P at

R i

∩

  

  

= 1

Giả thiết tất cả các phần tử của hệ là độc lập với nhau, xác suất an toàn hay độ tin cậy

của hệ thống

atP được xác định theo định lý nhân xác suất [18], [61], [62].

3.2.5.1 Xác suất an toàn của hệ thống làm việc theo sơ đồ ghép nối tiếp

)

(3-40)

HT P at

( P R at i

i P at

= 1

Xác suất sự cố của hệ ghép nối tiếp

scP có các phần tử độc lập.

(cid:213) (cid:213)

= - 1

)

(3-41)

HT P sc

= - i P 1 at

i P sc

= 1

P P - Xác suất an toàn và xác suất sự cố của công trình thứ i trong hệ ,i a t

i s c

Trong đó: thống gồm n phần tử công trình.

Trong trường hợp kể đến sự tương quan giữa các phần tử, thì tuỳ tính chất và mức độ

tương quan giữa chúng, xác suất an toàn của hệ nối tiếp có giá trị trong khoảng 2 biên,

biên dưới chính là giá trị tính theo công thức (3-40) và biên trên là m in

a tP (i = 1, n)

[23], [24].

- (cid:213) (cid:213)

(3-42)

HT P P i at

i P at

n min = n i 1,

= 1

Như vậy khi hệ thống có các công trình được liên kết nối tiếp thì xác suất an toàn của

hệ thống luôn nhỏ hơn xác suất an toàn của từng công trình trong hệ thống.

£ £ (cid:213)

Hệ thống ghép hỗn hợp gồm n công trình liên kết nối tiếp rồi ghép với m công trình

liên kết song song như hình 2-11.

Xét nhánh của hệ thống gồm m công trình được liên kết song song với nhau (hình 2-

)

1,...,

11), phần tử thứ i (

của hệ có xác suất an toàn

atP ứng với trạng thái an toàn

Ri, xác suất sự cố

scP ứng với trạng thái sự cố Fi. Với liên kết như vậy sự cố của nhánh song song có m công trình xảy ra khi tất cả m công trình bị sự cố. Do vậy xác suất sự

nhanhm

3.2.5.2 Xác suất an toàn của hệ thống làm việc theo sơ đồ ghép hỗn hợp

cố của nhánh ghép song song trong trường hợp tổng quát

scP

thức (3-43).

(3-43)

nhanhm P sc

P sc

F i

  

 ∩  

= 1

được tính theo công

Giả thiết tất cả các phần tử của hệ là độc lập với nhau, xác suất sự cố của nhánh ghép

song song được tính theo công thức (3-44) [18].

)

(3-44)

nhanhm P sc

( P F sc i

i P sc

= 1

nhanhm

Xác suất an toàn của nhánh gồm m công trình ghép song song

tính theo công

atP

thức (3-45) [18].

(cid:213) (cid:213)

)

(3-45)

= - 1

( 1

nhanhm P at

nhanhm P sc

= - i P sc

i P at

= 1

Nếu kể đến mối tương quan giữa các công trình trong nhánh thì xác suất sự cố của

nhánh gồm m công trình ghép song song có giá trị trong phạm vi 2 biên như dưới đây

[23], [24]:

- (cid:213) (cid:213)

(3-46)

i P sc

nhanhm P sc

i P sc

m min = i m 1,

= 1

Như vậy xác suất an toàn của nhánh luôn cao hơn xác suất an toàn của từng phần tử

trong nhánh, bởi vậy công trình được ghép song song là một trong nhiều phương pháp

nâng cao độ tin cậy của hệ thống.

Nếu coi các công trình là độc lập với nhau, sử dụng cách tính với hệ song song ta xác

£ £ (cid:213)

3.2.5.2, sau đó sử dụng cách tính với hệ nối tiếp gồm (n+1) công trình theo công thức

trong mục 3.5.2.1, từ đó xác định được xác suất an toàn hay độ tin cậy của cả hệ thống.

định được xác suất an toàn của m công trình ghép song song theo công thức trong mục

3.2.5.3 Xác suất an toàn của hệ thống đầu mối hồ chứa thủy lợi làm việc theo sơ đồ

Trong nghiên cứu này luôn coi các công trong hệ thống làm việc độc lập với nhau hay

chưa xét đến sự tương quan giữa các công trong hệ thống. Khi xét đến các mối quan hệ

này, mô hình tính toán của hệ thống sẽ đi vào trạng thái giới hạn ngay sau khi xảy ra

sự cố dù chỉ của một công trình. Trong trường hợp này xác suất an toàn của hệ thống

ghép nối tiếp

được thể hiện bằng công thức (3-47) [18]:

)

( + - 1

(3-47)

HT P at

CTi r P . S at

r S

CTi P at

min

= 1

Trong đó: Sr - hệ số tương quan tổng quát, có giá trị từ 0 đến 1;

CTi

- xác suất an toàn nhỏ nhất trong các xác suất an toàn của các công trình.

atP

min

Từ (3-47) thấy rằng, nếu hệ số tương quan tổng quát tiến đến 1 thì xác suất an toàn của

hệ thống sẽ tăng lên do xét đến đại lượng được gọi là dự trữ tương quan của kết cấu

[18]. Trong tính toán xác suất an toàn hiện nay thường lấy

Sr = vì vấn đề xét tương

quan trong sơ đồ tính của một kết cấu bất kỳ là đối tượng riêng để nghiên cứu, do vậy

trong nghiên cứu này xác suất an toàn của hệ thống đầu mối hồ chứa gồm n công trình

(cid:213)

theo cấp độ II được thực hiện theo các bước tính trên sơ đồ khối hình 3-6.

(3-48)

= (cid:213)

HT P at

CTi P at

= 1

được xác định như công thức (3-48). Các thuật toán tính độ tin cậy đầu mối hồ chứa

Bài toán tính xác suất an toàn đầu mối hồ chứa ở cấp độ II sử dụng vào trong các tính

toán kiểm tra ổn định và độ bền của công trình đầu mối khi thiết kế công trình, đánh

giá chất lượng trong thi công, kiểm định chất lượng các công trình hiện hữu theo định

kỳ hoặc khi xảy ra sự cố. Trong các tính toán có thể vận dụng các cơ chế phá hoại

chính theo các quy định tính toán hiện nay và một số hàm tin cậy của các cơ chế phá

hoại này như trong bảng 2-2 và mục 3.2.2. Bài toán sẽ được luận án xây dựng thành

phần mềm tính toán.

Bài toán còn được sử dụng vào một số nghiên cứu trong lĩnh vực xây dựng và quản lý

an toàn hồ đập như: nghiên cứu lựa chọn phương án vận hành hồ chứa; bài toán phân

tích an toàn hệ thống; bài toán phân tích rủi ro của sự cố đập. Một phần của các nghiên

cứu này sẽ được trình bày ở chương 4 là chương ứng dụng của luận án.

3.2.6 Phạm vi ứng dụng của bài toán cấp độ II trong luận án

Hình 3-6. Sơ đồ khối tính xác suất an toàn của hệ thống đầu mối hồ chứa theo cấp độ II 76

3.3 Tính xác suất an toàn công trình đầu mối hồ chứa theo lý thuyết độ tin cậy

cấp độ III

3.3.1 Sự cần thiết xây dựng bài toán tính xác suất an toàn công trình theo cấp độ

Các bài toán tính độ tin cậy của các công trình và hệ thống công trình đầu mối trình

bày ở trên là các bài toán tính theo lý thuyết độ tin cậy cấp độ II, trong đó đã sử dụng

III

là: hàm phá hoại phải là hàm tuyến tính, các biến ngẫu nhiên tuy rằng không nhất thiết

phải như nhau và độc lập nhưng mỗi biến này không giữ vai trò quá lớn trong hàm

(trong nghiên cứu này coi các biến ngẫu nhiên có cùng luật phân bố chuẩn). Các tính

toán xác suất an toàn đập có nhiều trường hợp không phù hợp với giả định này. Trong

các hàm mô tả cơ chế phá hoại (Z) ở bảng 2-2 và mục 3.2.2 có những biến ngẫu nhiên

không thể coi là các biến độc lập và phân bố không phải là phân bố chuẩn, hơn nữa

một số hàm Z lại là hàm phi tuyến nên rất khó để tìm được luật phân bố xác suất của

hàm Z và cũng không thể coi Z là hàm của nhiều biến ngẫu nhiên có phân bố chuẩn.

Hiện trạng quan trắc cũng như tài liệu thống kê của các hồ chứa lưu trữ vẫn còn nhiều

bất cập, nhiều hồ không có thiết bị quan trắc hoặc có nhưng thực hiện các đo đạc

không liên tục. Phân tích số liệu quan trắc của một số hồ có nhiều số liệu quan trắc

như Hòa Bình, Vĩnh Sơn, Phú Ninh, Trị An và Yên Lập cho thấy phần lớn các liệt

quan sát của các số liệu chưa đủ dài để đáp ứng độ chính xác theo bài toán thống kê.

Thêm vào đó kết quả phân tích thống kê các số liệu về quan trắc mực nước, cột nước

thấm và chuyển vị theo 2 phương (đứng và ngang) ở 5 hồ kể trên cho thấy các biến

này hầu như không tuân theo luật phân bố chuẩn. Một số kết quả phân bố xác suất của

các biến ngẫu nhiên của các hồ được thể hiện trên hình 3-7. Như vậy việc áp dụng lý

thuyết độ tin cậy để thực hiện các bài toán xác suất ở cấp độ II cho các tính toán an

toàn đập trong điều kiện Việt Nam vẫn còn nhiều hạn chế, cần tiếp tục nghiên cứu.

Các tính toán theo cấp độ III là để tìm ra độ tin cậy của công trình trong những trường

hợp này, và để giải bài toán có thể dùng phương pháp giải tích hoặc phương pháp

Monte Carlo.

định lý giới hạn trung tâm của lý thuyết xác suất. Điều kiện để ứng dụng định lý này

a) Mực nước hồ tháng 1 có phân bố b) Chuyển vị lún tại cơ +123 có phân bố

Weibull gamma

d) Chuyển vị về hạ lưu theo phương vuông c) Cột nước thấm tại điểm đo 8 có

góc tim đập có phân bố loga chuẩn. phân bố chuẩn

Hình 3-7. Hàm mật độ xác suất của các biến ngẫu nhiên được quan trắc tại hồ thủy

điện Hòa Bình [63], [64]

Hàm mật độ xác suất kết hợp fR,N(R, N) của độ bền R với tải trọng N đã biết thì xác

suất an toàn Pat được tính theo công thức 3-49.

(3-49)

(R, N).dR .d N

R, N

∫ ∫ > Z 0

Thông thường, hàm sức chịu tải và hàm tải trọng là các hàm của một hoặc nhiều biến

ngẫu nhiên như công thức 3-1a, 3-1b, xác suất an toàn Pat được tính theo công thức 3-

50.

(

… ,

) d

… d

(3-50)

…

P = at

X X , 1

X ,X , 2

∫ ∫

…

∫

> Z 0

3.3.1.1 Phương pháp giải tích [16]

Nếu các biến ngẫu nhiên X1, X2, ..., Xn độc lập thì xác suất an toàn tính theo công thức

3-51.

…

(

).f

(

) .d

… . d

P = at

(3-51)

X 1

∫ ∫

…

∫

> Z 0

(

Trong đó:

)X là hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên Xi.

Về nguyên tắc có thể tính được xác suất an toàn bằng phương pháp giải tích, nhưng rất

hạn chế bởi phương pháp này có nhiều khó khăn trong việc xác định hàm mật độ xác

suất kết hợp của các biến ngẫu nhiên. Do vậy trong tính toán theo cấp độ III thường sử

dụng phương pháp Monte Carlo để xác định xác suất an toàn.

3.3.1.2 Phương pháp Monte Carlo [65], [66], [67]

Hàm tin cậy của cơ chế sự cố có dạng như công thức 3-1, trong đó hàm sức chịu tải R

và hàm tải trọng N được coi là các biến ngẫu nhiên có các đặc trưng thống kê

m m ,R

và có luật phân bố đã biết. Sử dụng phương pháp Monte Carlo tạo N lần các

s s ,R

biến ngẫu nhiên của hàm tin cậy Z theo đúng luật phân bố xác suất của các biến ngẫu

nhiên trong hàm, từ đó tìm được N giá trị của hàm Z. Xác suất sự cố hoặc xác suất làm

việc an toàn của công trình có thể được đánh giá theo hai cách [68].

Cách thứ nhất: Vì Z>0 ứng với vùng làm việc an toàn của công trình, xác suất làm

việc an toàn của công trình (Pat) được tính như sau:

( P Z

(3-52)

P at

n lim mﬁ m

Trong đó: m là tổng số phép thử; n là số phép thử mà

0Z > .

là một đại lượng thống kê nên luật phân bố và đặc biệt là độ lệch của nó sẽ

Tỷ số

n m

phụ thuộc vào số lượng phép thử. Đối với trường hợp xác suất an toàn lớn và số phép

thử m là nhỏ thì việc đánh giá Pat bằng công thức (3-52) có thể sẽ có tính bất định.

Cách thứ hai: Từ các giá trị thể hiện

, xác định hàm phân bố xác suất phù hợp của

Z bằng các phép kiểm định luật phân bố. Khi đó xác suất làm việc an toàn của công

trình được tính gần đúng theo công thức (3-53), áp dụng trong trường hợp số lượng

phép thử nhỏ.

(

)

(3-53)

P at

= ∫

(

)

là hàm mật độ xác suất của hàm tin cậy Z.

Trong đó:

Hướng nghiên cứu phát triển của luận án là sử dụng phương pháp Monte Carlo để tính

xác suất làm việc an toàn của công trình.

Nguyên lý và các bước thiết lập hàm tin cậy ứng với từng cơ chế phá hoại cho bài toán

cấp độ III giống như bài toán cấp độ II, hàm tin cậy tổng quát như công thức 3-1. Từ

sơ đồ cây sự cố của hệ thống, lập các hàm tin cậy cho từng cơ chế sự cố như trong mục

3.2.2. Hàm Z được tạo nên bằng cách tạo n lần các biến ngẫu nhiên của hàm Z theo

3.3.2 Thiết lập hàm tin cậy Z

dụng công thức trong thống kê để tìm xác suất sự cố hoặc xác suất làm việc an toàn.

đúng luật phân bố xác suất của chúng, từ đó tìm được n giá trị của hàm Z, sau đó sử

3.3.3 Tính xác suất an toàn các công trình trong đầu mối hồ chứa theo phương

Các số liệu đầu vào để tính xác suất an toàn các cơ chế sự cố và kiểm định luật phân

bố xác suất của các biến ngẫu nhiên được làm tương tự như tính với bài toán cấp độ II.

3.3.3.1 Thể hiện các biến ngẫu nhiên theo đúng luật phân bố xác suất

Sử dụng phương pháp Monte Carlo để tạo lập rất nhiều biến ngẫu nhiên (ký hiệu là x )

trong hàm tin cậy Z theo đúng luật phân bố xác suất của các biến đó. Biến ngẫu nhiên

(

)

) ( 1F R-

x được tạo ra từ hàm ngược

của hàm phân bố xác suất F(x) [65], [69], [70],

[71].

)

( 1F R

(3-54)

Trong đó: R là số ngẫu nhiên có phân bố đều trong khoảng (0,1). Có nhiều phương

pháp để tạo R, một số ngôn ngữ lập trình của máy tính (C, Pascal, ...) đã xây dựng các

pháp Monte Carlo

hàm tạo các số ngẫu nhiên R, khi tính toán trong excel dùng hàm R(x) tạo số ngẫu

nhiên.

Các bước thực hiện:

Bước 1: Tạo các số ngẫu nhiên R (0,1).

Bước 2: Thể hiện các biến ngẫu nhiên theo đúng luật phân bố xác suất

Khi biết luật phân bố xác suất và các đặc trưng thống kê của biến ngẫu nhiên là có thể

kéo dài các số liệu quan sát về biến ngẫu nhiên đó, trong nghiên cứu này mới đề cập

lợi Việt Nam: luật phân bố chuẩn, loga chuẩn, mũ, Rayleigh, Weibull và gamma.

(

)

,...,

a) Biến ngẫu nhiên:

X tuân theo luật phân bố chuẩn

với

X X X X , 1

( N m s ,X

DX s=

kỳ vọng EX

, phương sai

2 X

)

,...,

Trong đó: (

X là n quan sát về biến ngẫu nhiên X

X X X 2

Hàm mật độ phân bố chuẩn có dạng [70]:

đến việc kéo dài một số luật phân bố xác suất thường gặp ở các đầu mối hồ chứa thủy

(

)

s 2

X 2 X

f x ( )

(3-55)

1 p . 2

Thể hiện biến ngẫu X nhiên theo công thức (3-56) [14], [72].

x s =

(

+ + ...

) m - + 6

(3-56)

+ R R 1 2

R 12

Trong đó: Kỳ vọng của biến ngẫu nhiên X tính theo công thức (3-57).

(3-57)

= ∑ X

1 n n

= 1

- -

Độ lệch chuẩn của biến ngẫu nhiên X tính theo công thức (3-58).

(

(3-58)

1 - ∑ . 1

= 1

(

)

,...,

b) Biến ngẫu nhiên

X X X X , 1

X tuân theo luật phân bố loga chuẩn [65], [69],

[70].

(ln

)

2 X

f x ( )

Hàm mật độ có dạng [70]:

(3-59)

1 p . 2

s x .

- Chuyển đổi n quan sát về biến ngẫu nhiên X thành n quan sát của biến ngẫu nhiên Y:

LnX

(3-60)

(3-61)

- Tính kỳ vọng của biến Y:

1 n = = ∑ Y Y i n

= 1

- -

(

(3-62)

- Tính độ lệch chuẩn biến Y:

Y Y i i

1 - ∑ 1

= 1

Thể hiện biến ngẫu nhiên Y theo công thức (3-56), sau đó tính lại giá trị thực của biến

X theo công thức (3-60).

(

)

,...,

c) Biến ngẫu nhiên

X tuân theo luật phân bố Weibull

X X X X , 1

Hàm mật độ xác suất của phân bố Weibull có dạng [70]:

> b c ; ,

với

(3-63)

( ) f x

.exp

c b

x a b

  

  

  

  

 -  

   

Trong đó, các thông số: a - Thông số vị trí; b - Thông số tỷ lệ; c - Thông số hình dạng,

- - - £ £ ¥

c= 0;

Trường hợp:

= hàm Weibull trở thành hàm phân bố mũ

Hàm mật độ xác suất của phân bố mũ có dạng [71]:

được xác định theo phương pháp hồi quy tuyến tính.

( ) f x

e l .

l> 0,

(

) > 0

(3-64)

l =

Trong đó: Tham số của hàm là l :

(3-65)

1 X

X được xác định như công thức (3-57).

Thể hiện biến ngẫu nhiên X theo công thức (3-66) [65], [69].

= R X

. ln

1 l

(3-66)

c= 0;

Trường hợp

= hàm phân bố Weibull trở thành hàm phân bố Rayleigh.

Hàm mật độ có dạng [71]:

(

)

c x , ,

(3-67)

( ) f x

c x . .

e l .

Thể hiện biến ngẫu nhiên theo công thức (3-68) [65], [69].

1 2

1 = - c

= - (

R .ln )

.ln

- -

1 l

X 0,88622

  

  

   

   

Trường hợp

2c > , hàm phân bố Weibull có dạng công thức (3-63)

Thể hiện các biến ngẫu nhiên theo công thức (3-69) [69].

(

x ﬁ = + - a

.lnc

(3-68)

d) Biến ngẫu nhiên tuân theo luật phân bố gamma

Hàm mật độ xác suất f(x) có dạng [69]:

(3-69)

)

(

)

> b c ; ,

với

(3-70)

( f x

x a

( b x a

.exp

 

 

b ( ) c

Trong đó, các thông số: a - Thông số vị trí ; b - Thông số tỷ lệ; c - Thông số hình dạng:

- £ £ ¥ - - - G

được xác định theo phương pháp mô men.

( ( ) = - c

)1 !

Hàm gamma [65]:

(3-71)

Thể hiện biến ngẫu nhiên theo công thức (3-72) [65], [69], [73].

(3-72)

= + a

q r .

[ ] k ∑

[ ] c ∑

1 r b

= 1

   

 = + a   

   

   

Trong đó:

[ ]c - Phần nguyên của c;

R - Số ngẫu nhiên có phân bố đều trong khoảng (0, 1);

r - Số ngẫu nhiên được tìm bằng thuật toán sau:

- -

Thuật toán tìm r [69], [70], [74]:

Bước 1: Cho m = 1.

Bước 2: Lấy ngẫu nhiên

(lần 1: R1, R2, R3).

R 3

Bước 3: Tính

; trong đó: d - Phần thập phân của c.

e +

- -

Nếu

thì

và

d m

r R 3 . m

2mR

mR d

- £ - -

= -

1 ln

Nếu

và

- > thì n

mR e r 3 .

2mR

- -

> r

Bước 4: Nếu

thì tăng m lên và tính lại từ bước1 đến bước 4.

m e r 1.

- -

Nếu

thì

m e r 1.

3.3.3.2 Xác suất an toàn của các cơ chế sự cố theo phương pháp Monte Carlo

Các giá trị của hàm tin cậy được tính theo công thức:

- - £

)

( N y

(3-73)

( R x i

Để kết quả ổn định và hội tụ thì số lần mô phỏng (N) về hàm tin cậy [14]:

(3-74)

2,14.10

Xác suất an toàn và xác suất sự cố được xác định theo công thức của toán thống kê:

Xác suất an toàn:

(3-75)

P at

m N

= - 1

(3-76)

Xác suất sự cố:

P sc

m N

0Z > ; N - Tổng số lần mô phỏng về hàm tin cậy Z.

Trong đó: m - Số lần hàm

‡

3.3.3.3 Xác suất an toàn của các công trình

Tương tự như tính xác suất an toàn của công trình với bài toán cấp độ II, lập bảng ma

trận xác suất sự cố (bảng 3-1) với từng công trình và tính xác suất an toàn của từng

công trình căn cứ vào mối liên kết “ hoặc”, “và” giữa các cơ chế sự cố của công trình.

Do đó, xác suất an toàn của công trình được tính theo các công thức 3-37 hoặc 3-38.

Khi các công trình trong đầu mối hồ chứa làm việc theo sơ đồ ghép nối tiếp, với giả

thiết các công trình làm việc độc lập, xác suất làm việc an toàn của hệ thống được tính

như công thức (3-48). Các thuật toán tính toán độ tin cậy cho đầu mối hồ chứa theo

phương pháp Monte Carlo được thực hiện theo sơ đồ khối hình 3-8.

3.3.4 Xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa nước

Bài toán tính xác suất an toàn của công trình đầu mối hồ chứa theo phương pháp

Monte Carlo có thể áp dụng vào các tính toán ổn định và độ bền của các công trình

3.3.5 Phạm vi ứng dụng của bài toán cấp độ III trong luận án

biến ngẫu nhiên phụ thuộc vào nhau, hàm tin cậy Z có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến.

Về nguyên lý, bài toán cấp độ III được lập là áp dụng được cho các bài toán tính ổn

đầu mối trong trường hợp các biến và các hàm ngẫu nhiên có luật phân bố bất kỳ, các

thiết lập được hàm tin cậy Z. Tuy nhiên trong phạm vi của luận án mới chỉ kiểm

nghiệm bằng số liệu cụ thể cho bài toán tràn nước qua đỉnh đập, căn cứ vào luật phân

bố xác suất của các biến ngẫu nhiên trong hàm tin cậy này mà luận án mới đề cập đến

các biến ngẫu nhiên có luật phân bố chuẩn, loga chuẩn, phân bố mũ, Rayleigh,

Weillbul và phân bố gamma, và đây cũng là các phân bố xác suất thường gặp ở các

định và độ bền công trình đầu mối cũng như các nghiên cứu như bài toán cấp II khi

đầu mối hồ chứa thủy lợi Việt Nam.

Hình 3-8. Sơ đồ khối tính xác suất an toàn của hệ thống đầu mối hồ chứa theo cấp độ III

3.4 Mối quan hệ giữa chỉ số độ tin cậy và hệ số an toàn

và hệ số dự trữ. Khi tính toán công trình theo hệ số an toàn, hệ số dự trữ K được tính

theo công thức (3-77) [7], [17].

(3-77)

m m

là kỳ

m Trong đó: R

là kỳ vọng hay giá trị trung bình của sức chịu tải của công trình, N

vọng hay giá trị trung bình của tải trọng tác động lên công trình.

Thay K vào công thức (3-24), được công thức (3-78).

Để tìm xác suất an toàn của công trình có thể phân tích quan hệ giữa chỉ số độ tin cậy

(3-78)

)

s m

( m

)N N

= a

, thay vào công thức (3-78) được công thức (3-79).

s m

; m

Đặt

(3-79)

a +

a 2 . R

2 N

( f b

)

Chỉ số độ tin cậy(

thay đổi từ 0

trong các công thức trên thoả mãn điều kiện

0,5

đến

tương ứng với xác suất an toàn Pat thay đổi từ

atP =

atP = . 1

đến ¥

3.5 Xây dựng chương trình tính xác suất an toàn cho đầu mối hồ chứa nước

Chương trình SYPRO2016 được viết theo sơ đồ khối hình 3-9 với các thuật toán chi

tiết được thể hiện trong mục 3.2 và 3.3. Tuy nhiên chương trình SYPRO2016 chưa thể

hiện được hết các thuật toán như trong như hai sơ đồ khối hình 3-6 và hình 3-8: khi

tính theo độ tin cậy cấp độ II chưa chuyển đổi các biến ngẫu nhiên có luật phân bố bất

kỳ về luật phân bố chuẩn mà coi các biến ngẫu nhiên có luật phân bố chuẩn; với cấp

3.5.1 Các căn cứ để xây dựng chương trình

độ III, mới tính được độ tin cậy cho từng công trình. Khi tính độ tin cậy cho hệ thống

công trình, phần mềm SYPRO2016 đã sử dụng một phần code và giao diện của phần

mềm OPEN FTA [75] để tính cho một số trường hợp riêng.

Mục tiêu của chương trình: tính được xác suất an toàn của các công trình trong đầu

mối hồ chứa nước theo cấp độ II và cấp độ III, định lượng được xác suất an toàn của

hệ thống theo cấp độ II từ các điều kiện biên hiện tại của hồ chứa và đây là cơ sở cho

việc nâng cấp, sửa chữa và thiết kế mới hệ thống.

Phạm vi ứng dụng: chương trình SYPRO2016 tính xác suất an toàn cho đầu mối hồ

chứa có đập dâng là đập đất, đập tràn có ngưỡng bê tông và cống ngầm đặt trong thân

đập đất, các công trình trong hệ thống được liên kết theo hình thức ghép nối tiếp.

3.5.2 Sai lệch về kết quả tính toán khi đánh giá xác suất an toàn của công trình

Do thiếu các thông tin về các biến ngẫu nhiên nên các tính toán xác suất an toàn của

công trình được tính theo cấp độ II đã đưa vào nhiều giả thiết gần đúng như: hàm tin

cậy là hàm tuyến tính hoặc hàm phi tuyến nhưng được biến đổi gần đúng về tuyến

tính; các biến ngẫu nhiên của hàm tin cậy không phụ thuộc nhau (độc lập) và tuân theo

luật phân bố chuẩn. Việc đưa các giả thiết gần đúng làm cho kết quả tính toán là xác

suất an toàn và chỉ số độ tin cậy cũng là các giá trị gần đúng và chưa sát với thực tế.

Trường hợp có đầy đủ thông tin về các biến ngẫu nhiên các tính toán xác suất an toàn

của công trình có thể thực hiện theo cấp độ III: hàm tin cậy là phi tuyến hoặc tuyến

tính, các biến ngẫu nhiên độc lập hoặc phụ thuộc và có luật phân bố bất kỳ. Xác suất

an toàn tính được theo cấp độ này là kết quả tính toán sát với thực tế hơn so với cấp độ

II.

Phần lớn các hệ thống đầu mối hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam chưa có các quan trắc đầy

theo cấp độ II và cấp độ III

đủ về các biến ngẫu nhiên nên việc tính toán xác suất an toàn của công trình theo cấp

thông thường sẽ được thực hiện ở cấp độ II, còn cấp độ III sẽ tính cho các công trình

quan trọng có yêu cầu cao về mức độ an toàn. Mức độ sai số giữa cấp độ II và cấp độ

III sẽ được xác định cụ thể trong chương 4 là chương ứng dụng của luận án.

độ III sẽ gặp nhiều khó khăn. Vì vậy các tính toán xác suất an toàn của công trình

Hình 3-9. Sơ đồ khối xây dựng chương trình SYPRO2016

Chương trình SYPRO2016 sử dụng ngôn ngữ lập trình C++ để thực hiện các thuật toán

trong sơ đồ khối hình 3-9, sử dụng ngôn ngữ Java để xây dựng các giao diện tính toán.

Chương trình sử dụng C++ để lập trình các thuật toán, làm thư viện cung cấp các

phương thức xử lý và tính toán hệ thống, bởi vì C++ có khả năng truy xuất bộ nhớ

nhanh, thư viện tính toán mạnh, hơn nữa mã viết lại đơn giản và dễ đọc nên đây là một

trong 2 ngôn ngữ được lựa chọn để viết chương trình này. Tuy rằng C++ có nhiều ưu

3.5.3 Ngôn ngữ lập trình

cho chương trình nên cần thiết phải sử dụng thêm một ngôn ngữ khác để bổ sung cho

việc này và Java là một trong những lựa chọn tốt.

Ngôn ngữ Java sử dụng mã nguồn mở có thể chạy trên nhiều hệ điều hành khác nhau

điểm trong việc tính toán nhưng lại ít hiệu quả hơn trong việc xây dựng các giao diện

trúc thiết kế rất tốt nên phù hợp với việc xây dựng giao diện.

đặc biệt là Windows, mặc dù tốc độ hơi chậm hơn một số ngôn ngữ khác nhưng kiến

Chương trình SYPRO2016 làm việc theo sơ đồ khối như hình (3-10), gồm 3 khối là

khối nhập dữ liệu, khối tính toán và khối báo cáo kết quả.

Hình 3-10. Sơ đồ khối các mô đun chính của chương trình SYPRO2016

3.5.4 Giới thiệu cấu trúc phần mềm

3.5.4.1 Khối nhập dữ liệu

Khối nhập dữ liệu làm nhiệm vụ điều khiển toàn bộ việc đưa các thông tin cần thiết

vào hệ thống phần mềm, là cơ sở để thực hiện việc phân tích tính toán độ tin cậy của

công trình và hệ thống công trình. Khối nhập dữ liệu có nhiệm vụ:

- Mô phỏng hệ thống và các cơ chế sự cố xảy ra với hệ thống: các thông tin nhập vào

bao gồm: tên hệ thống, các thành phần công trình, mối liên kết kết cấu của các công

trình với hệ thống, các cơ chế sự cố xảy ra với từng công trình và mối quan hệ cũng

như mối liên kết giữa các cơ chế này.

- Nhập hàm tin cậy và các thông tin về các biến ngẫu nhiên trong hàm: các thông tin

nhập vào bao gồm: hàm tin cậy dạng giải tích, các số liệu quan sát về các biến ngẫu

nhiên hoặc luật phân bố xác suất của các biến ngẫu nhiên và các tham số của hàm phân

bố xác suất, các giá trị kỳ vọng của biến tất định. Các biến ngẫu nhiên nhập vào dưới

dạng các liệt số quan trắc hoặc các đặc trưng thống kê là kỳ vọng và độ lệch chuẩn

3.5.4.2 Khối phân tích tính toán

Khối phân tích tính toán bao gồm các mô đun nhỏ để phân tích chuyên sâu cho hệ

thống công trình đã được nhập vào theo yêu cầu. Khối này có hai nhóm chính là nhóm

tính xác suất an toàn của công trình và nhóm tính xác suất an toàn của hệ thống.

Tính xác suất an toàn của công trình: Chương trình sẽ căn cứ vào yêu cầu về cấp độ

tính toán để tính độ tin cậy theo cấp độ II hay cấp độ III. Với cấp độ II tính được cho

nhiều cơ chế sự cố của một công trình, với cấp độ III tạm thời mới tính cho cơ chế sự

cố nước tràn đỉnh đập đất và coi xác suất an toàn của cơ chế này là xác suất an toàn

của công trình.

Tính xác suất an toàn của hệ thống: Dựa vào mối liên kết giữa các công trình trong hệ

thống, phân tích được độ tin cậy của từng công trình và mức độ ảnh hưởng của từng

công trình đến sự cố hệ thống.

((cid:2), (cid:4)).

Hình 3-11. Giao diện chính để mô phỏng, vẽ sơ đồ cây sự cố và tính độ tin cậy hệ thống

Hình 3-12. Giao diện nhập thông tin về hàm tin cậy và tính ĐTC theo cấp độ II

Hình 3-13. Giao diện nhập thông tin về hàm tin cậy và tính ĐTC theo cấp độ III

3.5.4.3 Khối xuất kết quả

Khối này gồm hai nhóm: Nhóm kết quả cho từng công trình, nhóm kết quả cho hệ

thống công trình.

Nhóm kết quả phân tích của từng công trình: Kết quả xác suất an toàn cho các cơ chế

sự cố và xác suất an toàn của công trình theo từng cấp độ và chỉ số độ tin cậy tương

ứng. Ngoài kết quả về xác suất an toàn, khi tính toán ở cấp độ II sẽ xác định được mức

các biến ngẫu nhiên đến độ tin cậy của công trình.

Nhóm kết quả cho hệ thống công trình: Sau khi phân tích tổng hợp mối liên kết của

các công trình trong hệ thống đầu mối hồ chứa nước và mỗi công trình có một độ tin

cậy nhất định, một giá trị đại diện cho mức độ làm việc an toàn của hệ thống được đưa

ra. Đây chính là giá trị quan trọng mà người quản lý hay người làm nhiệm vụ tính toán

kỹ thuật sẽ cần để có các biện pháp cũng như giải pháp kỹ thuật được đưa ra một cách

phù hợp nhằm nâng cao mức độ làm việc an toàn của hệ thống.

3.5.4.4 Giao diện chính của chương trình SYPRO2016

Một số giao diện chính của chương trình SYPRO2016 để tính xác suất an toàn cho các

công trình đầu mối hồ chứa theo cấp độ II và cấp độ III được thể hiện trên các hình từ

hình 3-11 đến hình 3-13.

độ ảnh hưởng của từng công trình đến sự cố hệ thống công trình và sự ảnh hưởng của

3.5.5 Kiểm định chương trình

năng vận dụng chương trình SYPRO2016 để thực hiện các tính toán độ tin cậy cho hệ

thống, trong nghiên cứu này đã tiến hành kiểm định chương trình theo 3 cách dưới đây

(các tính toán chi tiết được thực hiện trong phụ lục 1):

- Thực hiện các tính toán độ tin cậy cho công trình theo các thuật toán như trong sơ đồ

khối hình 3-9, sau đó so sánh với các kết quả thu được từ chương trình SYPRO2016,

thấy rằng kết quả về độ tin cậy là giống nhau mặc dù có sai số rất nhỏ trong quá trình

tính toán. Như vậy có thể khẳng định, chương trình SYPRO2016 đã thực hiện theo

Để kiểm tra độ tin cậy của các thuật toán được sử dụng trong chương trình và khả

- Sử dụng Vap [76] tính xác suất an toàn cho cơ chế sự cố rồi so sánh với kết quả thu

đúng thuật toán được trình bày trên sơ đồ khối 3-9.

phần mềm là giống nhau. Kết quả tính được từ SYPRO2016 cũng tương tự như kết

quả tính được từ Vap.

- Sử dụng phần mềm SYPRO2016 tính xác suất an toàn cho cơ chế trượt mái hạ lưu

được từ phần mềm SYPRO2016: có sai số nhỏ, kết quả về xác suất an toàn của hai

tính toán của tác giả Abate, Kassa Negede [33].

đập đất Tendaho - Ethiopia cho kết quả Pat = 0,976, kết quả này cũng phù hợp với các

3.5.6.1 Khả năng ứng dụng

Chương trình SYPRO2016 đã được kiểm định và đảm bảo độ chính xác cần thiết để

3.5.6 Khả năng ứng dụng và hạn chế của chương trình.

suất an toàn của công trình theo cấp độ III. Do đó có thể ứng dụng chương trình này để

định lượng được xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa theo cấp độ II, và tính được xác

cho các công trình thủy lợi và đầu mối hồ chứa nước làm việc theo sơ đồ nối tiếp. Khi

thực hiện các đánh giá an toàn cho các công trình đầu mối hồ chứa, phần mềm

SYPRO2016 đã thể hiện được một số ưu điểm như sau:

- Trong phạm vi nghiên cứu của luận án các kết quả tính toán độ tin cậy từ phần mềm

SYPRO2016 và các phần mềm đã có: Bestfit, Vap, Open FTA, ... là tương đương

đánh giá an toàn, kiểm định chất lượng để có thể quyết định về sửa chữa và nâng cấp

- Các phần mềm: Bestfit, Vap, Open FTA được dùng để phân tích độ tin cậy của nhiều

loại hệ thống, trong khi phần mềm SYPRO2016 được viết riêng để tính cho đầu mối

hồ chứa thủy lợi. Do vậy phần mềm SYPRO2016 có khả năng nhận biết và xử lý tốt

một số biến đặc trưng của hồ chứa mà phần mềm Bestfit chưa xử lý hiệu quả được.

- Chỉ cần sử dụng phần mềm SYPRO2016 có thể tính được xác suất an toàn của hệ

thống: xử lý số liệu đầu vào, tính xác suất an toàn các cơ chế sự cố, tính xác suất an

toàn của công trình và hệ thống công trình. Nếu sử dụng các phần mềm: Bestfit, Vap,

Open FTA thì phải tính liên tiếp 3 phần mềm này mới tìm được kết quả cuối cùng, hơn

nữa một số kết quả của phần mềm trước (Bestfit) lại chưa phải là đầu vào của phần

mềm sau (Vap) mà cần thông qua việc hiệu chỉnh tính toán, vấn đề này sẽ gây khó

khăn cho người sử dụng.

- Các giao diện của phần mềm SYPRO2016 đơn giản, tiện dụng và hiệu quả với các

đương nhau.

3.5.6.2 Hạn chế của chương trình

Chương trình mới tính được xác suất an toàn theo cấp độ II cho đầu mối hồ chứa làm

đối tượng sử dụng: người thiết kế, người quản lý và khai thác vận hành, ….

việc theo sơ đồ nối tiếp gồm các công trình: đập đất, đập tràn ngưỡng bê tông và cống

ngầm khi coi các công trình làm việc độc lập hay chưa xét đến tính tương quan khi các

công trình cùng làm việc trong một hệ thống. Coi các biến ngẫu nhiên là phân bố

chuẩn mà chưa thực hiện các bước chuyển đổi về phân bố chuẩn, do đó sẽ ảnh hưởng

mặc dù chúng có ảnh hưởng và tương tác lẫn nhau ở mức độ nhất định.

Với cấp độ III, chương trình mới dừng lại ở xác suất an toàn của công trình mà chưa

tính được xác suất an toàn của hệ thống. Các biến ngẫu nhiên được giới hạn trong một

số luật phân bố xác suất phổ biến tại các đầu mối hồ chứa: luật phân bố chuẩn, loga

chuẩn, Weibulll, mũ, Rayleigh và gamma.

đến mức độ chính xác của kết quả tính toán. Các sự cố được giả thiết xảy ra độc lập

Chương 3 đã thực hiện được những nội dung chính như sau:

- Từ việc phân tích các hư hỏng và sự cố có thể xảy ra với hệ thống đầu mối hồ chứa

3.6 Kết luận Chương 3

Phân tích các sự cố có khả năng xảy ra với từng công trình: đập đất, đập tràn và cống

ngầm để thiết lập các hàm tin cậy cho các cơ chế sự cố đó.

- Xây dựng được thuật toán và sơ đồ khối theo lý thuyết độ tin cậy cấp độ II và cấp độ

III (phương pháp Monte Carlo) để tính toán: xác suất an toàn của các cơ chế sự cố và

mức độ ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên; xác suất an toàn của các công trình (đập

đã mô phỏng được các nguyên nhân dẫn đến sự cố hệ thống thông qua sơ đồ cây sự cố.

chung của hệ thống; xác suất an toàn của hệ thống đầu mối hồ chứa làm việc theo sơ

đất, đập tràn và cống ngầm) và mức độ ảnh hưởng của từng công trình đến an toàn

số liệu nghiên cứu thực tế. Đối tượng áp dụng của tính toán theo cấp độ III được mở

rộng hơn với hàm tin cậy phi tuyến và các biến ngẫu nhiên có luật phân bố xác suất

không chuẩn, bên cạnh đó bài toán cấp độ III còn có yêu cầu cao hơn về chất lượng

các biến ngẫu nhiên được sử dụng trong hàm tin cậy. Do đó với các công trình thông

thường sẽ thực hiện các tính toán xác suất an toàn theo cấp độ II, còn với các công

trình quan trọng có yêu cầu cao về mức độ an toàn sẽ tính theo cấp độ III

đồ nối tiếp; việc xét đến mối tương quan giữa các công trình trong hệ thống cần có các

- Thiết lập quan hệ giữa hệ số an toàn K và chỉ số độ tin cậy b làm cơ sở cho việc so

sánh mức độ an toàn khi tính theo phương pháp thiết kế truyền thống và phương pháp

thiết kế ngẫu nhiên trong điều kiện Việt Nam chưa có các tiêu chuẩn chính thức về độ

tin cậy.

- Xây dựng được chương trình tính độ tin cậy SYPRO2016 trên cơ sở các thuật toán và

sơ đồ khối tính xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa theo cấp độ II và cấp độ III.

Chương trình đã thực hiện kiểm định theo 3 cách và đạt được độ chính xác cần thiết để

tính độ tin cậy cho hệ thống công trình đầu mối hồ chứa. Chương trình có các hướng

dẫn chi tiết trong việc sử dụng giao diện chính và các giao diện phụ, đồng thời cũng

nêu rõ khả năng vận dụng cũng như các hạn chế của chương trình khi tính độ tin cậy

cho hệ thống.

Sử dụng phần mềm SYPRO2016 đã xây dựng trong chương 3, chương 4 sẽ ứng dụng

Việt Nam. Các bài toán được thực hiện trong chương 4 nhằm minh họa ý nghĩa của

phương pháp luận của luận án dùng để đánh giá độ tin cậy an toàn cho hệ thống công

trình đầu mối hồ chứa thủy lợi.

để tính toán bằng số cho một đầu mối hồ chứa thủy lợi được xây dựng trong điều kiện

ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ AN TOÀN CÔNG TRÌNH ĐẦU

CHƯƠNG 4 MỐI HỒ CHỨA NƯỚC PHÚ NINH – QUẢNG NAM

Chương 4 sẽ ứng dụng phương pháp luận đã xây dựng trong chương 3 kết hợp với

công cụ là phần mềm SYPRO2016 để tính xác suất an toàn cho đầu mối hồ chứa nước

Phú Ninh - Quảng Nam. Các tính toán về ổn định và độ bền của công trình và hệ thống

công trình đầu mối hồ chứa Phú Ninh với mục đích là đảm bảo an toàn cho chức năng

của hồ chứa và an toàn cho vùng hạ du. Quan điểm an toàn trong nghiên cứu này là:

chỉ cần một công trình trong hệ thống bị sự cố thì hệ thống sẽ bị sự cố nên hồ chứa bị

mất chức năng làm việc, do đó hệ thống hồ đập đảm bảo chức năng khi tất cả các công

trình làm việc an toàn và ổn định. Khi đánh giá an toàn vùng hạ du thường gắn với các

tính toán rủi ro và thống kê mức thiệt hại ở vùng bị ảnh hưởng khi hệ thống xảy ra sự

cố, ứng với nhiều phương án đánh giá rủi ro sẽ tìm được mức đảm bảo an toàn cho hạ

du và tương ứng với nó là mức đảm bảo an toàn cho hệ thống. Nếu cùng lúc để hệ

thống Phú Ninh thỏa mãn hai mục đích như trên thì khối lượng tính toán sẽ rất lớn và

vượt ra ngoài phạm vi nghiên cứu của luận án, nên trong phần ứng dụng này sẽ tập

trung đánh giá an toàn cho hệ thống đầu mối để đảm bảo an toàn chức năng của hồ

chứa.

Nội dung tính toán là: xác định xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa nước Phú Ninh

theo cấp mực nước hồ trong quá trình vận hành và tính toán lại các thông số cơ bản

của đập đất theo lý thuyết độ tin cậy để đảm bảo chức năng làm việc của hồ chứa là:

cấp nước, phát điện, nuôi trồng thủy sản, du lịch sinh thái và cắt lũ cho hạ du thành

phố Tam Kỳ.

4.1 Đặt vấn đề

Hồ chứa Phú Ninh là công trình cấp I [15] được xây dựng trên sông Tam Kỳ, thuộc địa

bàn thành phố Tam Kỳ tỉnh Quảng Nam. Hồ được đưa vào vận hành năm 1986 và là

công trình thủy lợi lớn nhất của tỉnh Quảng Nam, hệ thống công trình đầu mối bao

gồm 1 đập chính, 5 đập phụ (Tứ Yên, Long Sơn 1, Long Sơn 2, Long Sơn 3 và đập

Dương Lâm), 3 tràn xả lũ, 3 cống lấy nước (cống Nam, cống Bắc và cống Dương

4.2 Giới thiệu về hệ thống thủy lợi Phú Ninh – Quảng Nam

Lâm) và 1 nhà máy thủy điện; hệ thống kênh gồm có 2 tuyến kênh chính: Kênh chính

Nam, kênh chính Bắc và trên 800 km kênh cấp 1 và cấp 2. Với sức chứa gần

500.10 m , dung tích hữu ích khoảng

334.10 m , nhiệm vụ chính của công trình là cấp

nước cho sản xuất nông nghiệp, với diện tích tưới khoảng 23000ha đất nông nghiệp

thuộc thành phố Tam Kỳ, huyện Thăng Bình, Quế Sơn, Duy Xuyên và Núi Thành của

tỉnh Quảng Nam. Ngoài ra, công trình còn một số nhiệm vụ cũng hết sức quan trọng đó là cấp nước cho công nghiệp và dân sinh với lưu lượng khoảng 1,6m3/s; cấp nước

phát điện với công suất lắp máy gần 2000kW; cấp nước nuôi trồng thủy sản và kinh

doanh du lịch sinh thái, .... Đặc biệt, trong mùa mưa lũ, hồ còn tham gia cắt lũ khoảng

34,5% tổng lượng lũ thiết kế với tần suất 0,1%, giảm được mức ngập lụt đáng kể cho

thành phố Tam Kỳ và các địa phương vùng hạ du [77].

4.3 Tính xác suất an toàn của hệ thống Phú Ninh theo cấp độ II

Hệ thống tính độ tin cậy như sơ đồ hình 4-1 gồm: 1 đập chính, 5 đập phụ, 3 cống lấy

nước và 3 tràn xả lũ. Các đập phụ Long Sơn 1, 2, 3 tương đối giống nhau về: kích

thước mặt cắt đập, vật liệu xây đập, địa chất nền đập, các số liệu quan trắc về đập, …

nên trong nghiên cứu này coi các đập Long Sơn là một thành phần công trình để tính

toán độ tin cậy. Các thông số kỹ thuật về các công trình trong đầu mối hồ Phú Ninh

4.3.1 Mô phỏng hệ thống tính toán

4-1 tạo thành một hệ thống nối tiếp, thuộc kiểu bố trí như hình 2-7b chương 2. Như

vậy, chỉ cần một công trình trong hệ thống bị sự cố, hệ thống sẽ bị sự cố và hồ Phú

Ninh sẽ bị mất chức năng làm việc.

được thể hiện trong bảng 6, phụ lục 2.1. Các công trình được bố trí như như sơ đồ hình

4.3.2.1 Phân tích các hồ sơ lưu trữ và các tài liệu quan trắc về công trình đầu mối

Sau khi thực hiện các quan sát, khảo sát hiện trường đồng thời tiến hành các nghiên

cứu và phân tích các tài liệu lưu trữ bao gồm: hồ sơ thiết kế, hồ sơ thi công, hồ sơ hoàn

công, tài liệu quan trắc và hồ sơ quản lý, có các kết luận sơ bộ về hiện trạng hồ và các

công trình đầu mối hồ chứa nước Phú Ninh - Quảng Nam như sau:

4.3.2 Nhận biết hệ thống

- Phương án vận hành chống lũ đang thực hiện phù hợp với hệ thống đầu mối hồ chứa.

g L©m Cèng D−¬n

§ Ëp D −¬ng L© m

Lßng hå Phó Ninh

§ Ëp Long S ¬n 3

è 1

n s

p tr µ

§ Ëp Long S¬n 2

n 1

g S

p L

§Ëp chÝnh

§Ëp Tø Yªn

§Ëp trµn sè 2

C è n g B ¾ c

Cèng Nam

è 3 n s p trµ

Ë §

Hình 4-1. Sơ đồ bố trí các công trình trong đầu mối hồ chứa nước Phú Ninh – Quảng Nam

100

- Quan sát phía ngoài và kết quả quan trắc thấm của mặt cắt đập tại vị trí các cống Bắc,

cống Nam và cống Dương Lâm thấy không có biểu hiện hư hỏng. Van và tháp van

hoạt động bình thường. Tuy chưa có các khảo sát vật liệu bê tông thân cống nhưng

quan sát thấy vật liệu thân cống có nhiều chỗ đã bị suy thoái nghiêm trọng, nhất là ở

các đơn nguyên giữa của thân cống.

trí hư hỏng ở các công trình bằng phương pháp kết hợp lấy mẫu phá hoại và không phá

hoại phục vụ cho phân tích nguyên nhân hư hỏng và tính xác suất an toàn đập.

- Khảo sát hiện trường và nghiên cứu tài liệu quan trắc thấy mái hạ lưu đập đất ở đoạn

gần lòng sông đường bão hòa dâng cao, có khả năng ảnh hưởng xấu đến ổn định mái

- Các công trình của đầu mối đều có hư hỏng, cần tiến hành các khảo sát chi tiết các vị

có biểu hiện hư hỏng nào khác.

- Các khối xây và cửa van của đập bê tông tràn nước cũng như ở nơi nối tiếp với đập

đập. Mái thượng lưu phần giữa lòng sông có một vài chỗ sạt lở cục bộ. Ngoài ra không

nền đập tràn tăng lên một cách bất thường, chuyển vị về phía hạ lưu của đơn nguyên

giữa đập tràn tăng hơn so với hai đơn nguyên nối với đập và bờ.

Các kết quả điều tra, khảo sát và thực hiện các phân tích tài liệu lưu trữ của các công

trình đã đưa ra kết luận định tính về các hư hỏng chính của công trình và cần tính toán

đất và bờ không có biểu hiện hư hỏng. Từ tài liệu quan trắc thấy lưu lượng thấm qua

4.3.2.2 Các tính toán kiểm tra về công trình đầu mối

Các tính toán kiểm tra với đập đất bao gồm:

+ Kiểm tra hiện tượng nước tràn đỉnh đập đất theo cấp mực nước hồ trong quá trình

vận hành điều tiết lũ;

+ Kiểm tra ổn định mái dốc hạ lưu đập đất cho mặt cắt có đường bão hòa dâng cao;

+ Kiểm tra các biến hình thấm thông thường: xói tại cửa ra trên mái hạ lưu, xói tại vị

trí chân khay;

+ Kiểm tra các biến hình thấm đặc biệt: hình thành hang thấm trong thân đập và nền

để đánh giá tổng quát về xác suất an toàn hay độ tin cậy của công trình.

101

đập.

Sù cè ®Çu mèi hå chøa n−íc Phó Ninh

hoÆc

§Ëp phô Long S¬n1

§Ëp phô Long S¬n 2

§Ëp phô Long S¬n 3

§Ëp phô D−¬ng L©m

§Ëp chÝnh §Ëp phô Tø Yªn

§Ëp trµn sè 1

§Ëp trµn sè 2

§Ëp trµn sè 3

Cèng Nam

Cèng D−¬ng L©m

Cèng B¾c

hoÆc

Tr−ît m¸i h¹ l−u ®Ëp

Ng−ìng trµn bÞ lËt

N−íc trµn ®Ønh ®Ëp

BiÕn h×nh thÊm ®Æc biÖt

BiÕn h×nh thÊm th«ng th−êng

Xãi däc theo mang cèng

Ng−ìng trµn bÞ tr−ît ph¼ng

Th©n cèng kh«ng ®ñ kh¶ n¨ng chÞu lùc

hoÆc

Xãi vÞ trÝ ch©n khay

Xãi vÞ trÝ cöa ra cña dßng thÊm

Hang thÊm tËp trung trong th©n ®Ëp

Hang thÊm tËp trung trong nÒn ®Ëp

Hình 4-2. Cây sự cố đầu mối hồ chứa nước Phú Ninh - Quảng Nam

102

Các tính toán kiểm tra với đập tràn bao gồm:

+ Kiểm tra ổn định của ngưỡng tràn: trượt, lật đơn nguyên giữa của đập tràn.

Các tính toán kiểm tra với cống ngầm bao gồm:

+ Kiểm tra hiện tượng thấm dọc theo mang cống ngầm;

+ Kiểm tra độ bền của kết cấu thân cống ngầm.

Với việc kiểm tra các sự cố có thể xảy ra với hệ thống đầu mối Phú Ninh, tiến hành

xây dựng sơ đồ cây sự cố như hình 4-2.

4.3.3.1 Tổng quát

Trong quá trình tính toán do không thu thập được đầy đủ các số liệu (quan trắc, đo đạc

và thí nghiệm), nhiều biến đầu vào chỉ có giá trị thiết kế (giá trị trung bình) nên trong

)

g j ,

một số trường hợp các giá trị về độ lệch chuẩn và luật phân bố xác suất của các biến ngẫu nhiên là các chỉ tiêu cơ lý về vật liệu của đập đất và nền (

được lấy

theo các nghiên cứu đã được công bố [18], [44]. Do không thu thập được các số liệu

thống kê đo đạc trong quá trình hoàn công về kích thước các công trình: đập tràn và

cống ngầm nên độ lệch chuẩn của những kích thước đó cũng được lấy theo kinh

nghiệm thiết kế [18].

Trong các biến ngẫu nhiên thì mực nước hồ là đặc trưng quan trọng ảnh hưởng đến

xác suất an toàn đập. Sự thay đổi và thời gian duy trì mực nước hồ phụ thuộc vào

tương tác giữa lượng nước vào hồ và lượng nước ra khỏi hồ. Lượng nước vào hồ là

4.3.3 Số liệu tính toán

ngẫu nhiên khác nhau theo mùa và tháng: các tháng mùa lũ tính ngẫu nhiên của lưu

lượng vào hồ phụ thuộc chính vào quy luật mưa gây lũ trên lưu vực; các tháng mùa

kiệt chủ yếu phụ thuộc vào ảnh hưởng điều tiết của lưu vực và yếu tố bốc hơi. Tương

tự vậy, quy luật ngẫu nhiên của lượng nước ra khỏi hồ cũng thay đổi theo tháng và

mùa phụ thuộc vào yêu cầu cấp nước (vốn cũng có tính ngẫu nhiên) và chế độ vận

hành xả lũ (về mùa lũ). Quy luật thay đổi ngẫu nhiên của mực nước hồ là sự tổ hợp

103

đặc trưng ngẫu nhiên phụ thuộc vào chế độ dòng chảy sông ngòi có quy luật phân bố

của quy luật phân bố ngẫu nhiên của hai đặc trưng trên. Bởi vậy, quy luật phân bố xác

suất của mực nước hồ của từng tháng khác nhau có thể có sự khác biệt (chuẩn,

weibull, loaga chuẩn, ...). Trong giai đoạn quản lý khai thác các hồ chứa, các đập có

thể có mức an toàn khác nhau tùy thuộc vào mức độ xuống cấp của đập. Do đó, trong

một số trường hợp không cho phép đập tích nước ở mức cao, tùy thuộc mức an toàn

của đập ở mức nước đó. Từ những phân tích trên thấy rằng đặc trưng mực nước tháng

của hồ chứa là cần thiết khi phân tích độ tin cậy an toàn đập. Đối với các đập đã xuống

cấp, đánh giá độ tin cậy theo tháng là cơ sở để khuyến cáo người quản lý về mức độ an

toàn đập theo thời gian trong năm. Bảng 4-1 được tổng hợp từ số liệu quan trắc mực

nước hồ Phú Ninh trong 30 năm, sử dụng giá trị cực trị mực nước theo tháng.

Bảng 4-1. Các trường hợp mực nước tính toán Zmn [77]

TT Kỳ vọng Độ lệch chuẩn 1 2

28,17 28,41

1,929 2,056

29,39

1,838

30,17

1,617

5 6

31,65 31,85

1,631 1,287

32,00

1,119

32,38

1,173

9 10

32,50 33,00

1,899 1,145

33,86

1,318

Luật PBXS Phân bố Weibull Phân bố chuẩn Phân bố loga chuẩn Phân bố loga chuẩn Phân bố Weibull Phân bố chuẩn Phân bố chuẩn Phân bố chuẩn Phân bố chuẩn Phân bố Weibull Phân bố Weibull Phân bố Weibull

34,44

1,086

4.3.3.2 Các số liệu tính xác suất an toàn đập chính

a) Hình dạng đập chính và các chỉ tiêu cơ lý của đập chính

- Mặt cắt ngang của đập chính tại vị trí lòng sông như hình 4-3.

Líp 2

Líp1

Líp 3

NÒn ®Ëp

Hình 4-3. Mặt cắt ngang đập chính Phú Ninh [77]

104

- Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập và nền đập được lấy trong bảng 4-2.

Bảng 4-2. Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập và đất nền đập chính [77]

Tên BNN

Kỳ vọng Độ lệch chuẩn

Luật PBXS

19,78

1,978

Phân bố chuẩn

Ký hiệu BNN g 1 (KN/m3)

18,515

1,8515

Phân bố chuẩn

g 2 (KN/m3)

Dung trọng của đập chính và nền

18,63

1,863

Phân bố chuẩn

g 3 (KN/m3)

Phân bố chuẩn

19,205 20

1,9205 6

Phân bố chuẩn

4,5

Góc ma sát trong của đập chính và nền

3,6

Phân bố chuẩn

22 23

Phân bố chuẩn

6,6 6,9

g n (KN/m3) j 1 (độ) j 2 (độ) j 3 (độ) j n (độ) C1 (KN/m2)

Phân bố chuẩn

6,6

C2 (KN/m2)

Lực dính đơn vị của đập chính và nền

Phân bố chuẩn

6,6

C3 (KN/m2)

Giá trị tất định

Cn (KN/m2)

2,1

Phân bố chuẩn

g đ (KN/m3)

Phân bố chuẩn

8,5

j đ (độ)

Dung trọng, góc ma sát trong và lực dính đơn vị của lăng trụ thoát nước

Giá trị tất định

0 1.10-6

Giá trị tất định

Cđ (KN/m2) K1(m/s)

Hệ số thấm của đập chính, nền và lăng trụ

- - -

1,4.10-6 4.10-6 2.10-5 1.10-2

Giá trị tất định Giá trị tất định Giá trị tất định Giá trị tất định

K2(m/s) K3(m/s) Kn(m/s) Klt(m/s)

- Gradien thấm cho phép của đập và nền phục vụ cho các tính toán về độ bền thấm

Bảng 4-3. Gradien thấm cho phép của đập và nền [54]

được lấy theo bảng 4-3.

TT

Tên

Ký hiệu

Giá trị

1,25

J 

  kcp dap

0,28

J 

  kcp nen ]

[

0,85

[

]

0,6

chânkhay

Gradien thấm cho phép để kiểm tra độ bền thấm đặc biệt của thân đập Gradien thấm cho phép để kiểm tra độ bền thấm đặc biệt của nền đập Gradien thấm cho phép để kiểm tra độ bền thấm thông thường của thân đập Gradien thấm cho phép để kiểm tra độ bền thấm thông thường của nền đập

105

b) Các kết quả tính thấm và tính ổn định bằng phần mềm Geoslope 2007 [78]

Bảng 4-4. Gradien tại vị trí chân khay và cửa ra chân đập của đập chính

Kỳ vọng

Độ lệch chuẩn

Luật PBXS

Zmn

TT

0,0345

Phân bố chuẩn

0,23

28,17

max

0,0615

Phân bố chuẩn

0,41

0,0353

Phân bố chuẩn

0,24

28,41

max

0,0623

Phân bố chuẩn

0,42

0,0360

Phân bố chuẩn

0,24

29,39

max

0,0630

Phân bố chuẩn

0,42

0,0375

Phân bố chuẩn

0,25

30,17

max

0,0645

Phân bố chuẩn

0,43

0,0383

Phân bố chuẩn

0,26

31,65

max

0,0660

Phân bố chuẩn

0,44

0,0390

Phân bố chuẩn

0,26

31,85

max

0,0675

Phân bố chuẩn

0,45

0,0398

Phân bố chuẩn

0,27

32,00

max

0,0686

Phân bố chuẩn

0,46

0,0420

Phân bố chuẩn

0,28

32,38

max

0,0690

Phân bố chuẩn

0,46

0,0435

Phân bố chuẩn

0,29

32,50

max

0,0702

Phân bố chuẩn

0,47

0,0450

Phân bố chuẩn

0,30

33,00

max

0,0705

Phân bố chuẩn

0,47

0,0480

Phân bố chuẩn

0,32

33,86

max

0,0717

Phân bố chuẩn

0,48

0,0525

0,35

Phân bố chuẩn

34,44

max

0,0750

Phân bố chuẩn

0,50

Biến ngẫu nhiên max chânkhay raJ max chânkhay raJ max chânkhay raJ max chânkhay raJ max chânkhay raJ max chânkhay raJ max chânkhay raJ max chânkhay raJ max chânkhay raJ max chânkhay raJ max chânkhay raJ max chânkhay raJ

Trên cơ sở các điều kiện biên: Mặt cắt hình 4-3, các chỉ tiêu cơ lý như bảng 4-3, các

trường hợp mực nước tính toán như bảng 4-1, tính thấm và tính ổn định mái đập hạ lưu

toàn nhỏ nhất ứng với các trường hợp mực nước tính toán. Các kết quả về gradien như

bảng 4-4 được sử dụng để kiểm tra các biến hình thấm (thông thường và đặc biệt)

trong thân đập và nền.

106

đập bằng phần mềm Geoslope 2007, được các kết quả về gradien thấm và các hệ số an

Sử dụng các kết quả tính hệ số an toàn nhỏ nhất (phụ lục 2.2) để phân tích các ngoại

lực tác dụng vào từng dải đất, xác định được hàm tải trọng và hàm độ bền phụ thuộc

vào các biến ngẫu nhiên là các chỉ tiêu cơ lý của đất.

c) Các thông số về kích thước đập chính, sóng và gió trong hồ Phú Ninh, bảng 4-5

Chiều cao sóng leo được xác định bằng công thức 3-2b, với nhiều giá trị tính toán

trong cùng điều kiện biên sẽ xác định được các đặc trưng thống kê và luật phân bố xác

suất của hsl. Các biến ngẫu nhiên còn lại được xác định theo các tài liệu quan trắc về

hồ Phú Ninh.

Bảng 4-5. Các đặc trưng thống kê về kích thước đập chính, sóng và gió hồ Phú Ninh [77]

TT

Tên BNN

Ký hiệu BNN Kỳ vọng Độ lệch chuẩn

Luật PBXS

1 Cao độ đỉnh đập

37,5

0,2

Phân bố chuẩn

Zdd (m)

2 Vận tốc gió

V (m/s)

13,86

1,36

Phân bố loga chuẩn

3,53

Tất định

Hệ số trung bình mái thượng lưu

của đá xây

(m)

0,05

Tất định

Độ nhám D bảo vệ mái thượng lưu

5 Đà sóng trung bình

D (m)

3120

Phân bố chuẩn

(độ)

Tất định

Góc của hướng gió so với phương vuông góc với tuyến công trình

7 Cao độ đáy đập

0,2

0,02

Phân bố chuẩn

Zo (m)

8 Chiều cao sóng leo

0,95

0,15

Phân bố mũ

slh (m)

4.3.3.3 Các số liệu tính xác suất an toàn đập phụ Tứ Yên

a) Hình dạng mặt cắt đập Tứ Yên, các chỉ tiêu cơ lý của đập và nền

không thấm, có sơ đồ mặt cắt ngang như hình 4-4. Các chỉ tiêu cơ lý của đập Tứ Yên

Đập phụ Tứ Yên là đập đồng chất trên nền thấm nước, chân răng cắm xuống tận tầng

107

được thống kê trong bảng 4-6.

+37,5

m2 = 3

m 1 = 3

+23,2

+21,5

+15,4

Hình 4-4. Mặt cắt ngang đập phụ Tứ Yên [77]

Bảng 4-6. Các chỉ tiêu cơ lý của đập phụ Tứ Yên [77]

Tên BNN

Ký hiệu BNN Kỳ vọng toán Độ lệch chuẩn

Luật PBXS

19,78

1,978

Phân bố chuẩn

g đ (KN/m3)

Dung trọng của đập chính và nền

19,205

1,9205

Phân bố chuẩn

g nền (KN/m3)

6,3

Phân bố chuẩn

j đ (độ)

Góc ma sát trong của đập chính và nền

6,6

Phân bố chuẩn

j nền (độ)

6,9

Phân bố chuẩn

Cđ (KN/m2)

Lực dính đơn vị của đập chính và nền

Tất định

Cnền (KN/m2)

2,1

Phân bố chuẩn

lt (KN/m3)

8,5

Phân bố chuẩn

lt (độ)

Dung trọng, góc ma sát trong và lực dính đơn vị của lăng trụ thoát nước

Tất định

Clt (KN/m2)

Tất định

1.10-6

Kđ(m/s)

Tất định

2.10-5

Knền(m/s)

Hệ số thấm của đập, nền và lăng trụ thoát nước

Tất định

1.10-2

Klt(m/s)

b) Các kết quả tính thấm và tính ổn định bằng phần mềm Geoslope 2007 [78]

Từ các điều kiện biên: mặt cắt hình 4-4, các chỉ tiêu cơ lý như bảng 4-6, các trường

hợp mực nước tính toán như bảng 4-1, tính thấm và tính ổn định mái đập hạ lưu đập

phụ Tứ Yên, được các kết quả về gradien thấm và các hệ số an toàn nhỏ nhất ứng với

các trường hợp mực nước tính toán. Các kết quả về gradien thấm tại chân khay và cửa

ra chân đập như bảng 4-7, các kết quả về ổn định mái đập hạ lưu được trình bày trong

phụ lục 2.3.

108

Bảng 4-7. Gradien tại vị trí chân khay và cửa ra của đập Tứ Yên

Biến ngẫu nhiên

Kỳ vọng Độ lệch chuẩn

Luật PBXS

Zmn

TT

0,0398

Phân bố chuẩn

max chânkhay

0,265

28,17

max

0,371

0,0557

Phân bố chuẩn

raJ

0,0429

Phân bố chuẩn

max chânkhay

0,286

28,41

max

0,0572

Phân bố chuẩn

raJ

0,381

0,328

0,0492

Phân bố chuẩn

max chânkhay

29,39

max

0,0597

Phân bố chuẩn

raJ

0,398

0,37

0,0555

Phân bố chuẩn

max chânkhay

30,17

max

0,0636

Phân bố chuẩn

raJ

0,424

0,0585

Phân bố chuẩn

max chânkhay

0,39

31,65

max

0,435

0,0653

Phân bố chuẩn

raJ

0.0615

Phân bố chuẩn

max chânkhay

0,41

31,85

max

0,0668

Phân bố chuẩn

raJ

0,445

0,43

0,0645

Phân bố chuẩn

max chânkhay

max

0,0684

Phân bố chuẩn

0,456

0,0660

Phân bố chuẩn

raJ max chânkhay

0,44

32,38

max

0,477

0,0716

Phân bố chuẩn

0,449

0,0674

Phân bố chuẩn

raJ max chânkhay

32,5

max

0,0734

Phân bố chuẩn

0,489

0,459

0,0689

Phân bố chuẩn

raJ max chânkhay

max

0,0758

Phân bố chuẩn

0,505

0,0702

Phân bố chuẩn

raJ max chânkhay

0,468

33,86

max

0,0782

Phân bố chuẩn

0,521

0,0773

Phân bố chuẩn

raJ max chânkhay

0,515

34,44

max

0,0788

Phân bố chuẩn

raJ

0,525

c) Các thông số về kích thước đập Tứ Yên, sóng và gió trong hồ Phú Ninh, bảng 4-8

109

Bảng 4-8. Các đặc trưng thống kê về kích thước đập Tứ Yên, sóng và gió hồ Phú Ninh [77]

TT

Tên BNN

Ký hiệu BNN Kỳ vọng Độ lệch chuẩn

Luật PBXS

1 Cao độ đỉnh đập

37,5

0,2

Phân bố chuẩn

Zdd (m)

2 Vận tốc gió

V (m/s)

13,86

1,36

Phân bố loga chuẩn

3,0

Tất định

của đá xây

(m)

0,06

Tất định

Hệ số trung bình mái thượng lưu, hạ lưu Độ nhám D bảo vệ mái thượng lưu

3120

5 Đà sóng trung bình

D (m)

Phân bố chuẩn

(độ)

Tất định

Góc của hướng gió so với phương vuông góc với tuyến công trình

7 Cao độ đáy đập

21,5

0,1

Phân bố chuẩn

Zo (m)

8 Chiều cao sóng leo

0,77

0,1

Phân bố mũ

slh (m)

4.3.3.4 Các số liệu tính xác suất an toàn các đập phụ: Long Sơn 1, Long Sơn 2, Long

Sơn 3 và đập Dương Lâm

a) Hình dạng mặt cắt đập Long Sơn và Dương Lâm, các chỉ tiêu cơ lý của đập và nền

+36,9

m2 = 2.5

m 1 = 2 . 5

+22,9

+20

Hình 4-5. Mặt cắt ngang đập phụ Long Sơn [77]

+36,65

m2 = 2.5

m 1 = 2 . 5

+25,15

+23

Hình 4-6. Mặt cắt ngang đập phụ Dương Lâm [77]

Các đập Long Sơn 1, 2, 3 được bố trí liền nhau, các điều kiện về địa chất và vật liệu

xây dựng và cấu tạo đập là tương tự nhau, nên khi tính toán sử dụng một mặt cắt

110

ngang đại diện cho toàn bộ đập phụ Long Sơn. Đập phụ Long Sơn và đập Dương Lâm

là các đập đất đồng chất trên nền thấm nước có mặt cắt ngang như hình 4-5 và 4-6.

Các chỉ tiêu cơ lý của đập và nền của đập Long Sơn và Dương Lâm tương tự như đập

phụ Tứ Yên nên sử dụng các chỉ tiêu như bảng 4-6.

b) Các kết quả tính thấm và tính ổn định bằng phần mềm Geoslope 2007 [78]

Bảng 4-9. Gradien tại vị trí cửa ra chân đập Long Sơn và Dương Lâm

TT

Kỳ vọng

Luật PBXS

Zmn

Độ lệch chuẩn 0,0315

Phân bố chuẩn

Biến ngẫu nhiên max LongSon

0,210

28,17

0,18

0,0270

Phân bố chuẩn

max DuongLam

0,0330

Phân bố chuẩn

max LongSon

0,220

28,41

0,185

0,0278

Phân bố chuẩn

max DuongLam

0,0345

Phân bố chuẩn

max LongSon

0,230

29,39

0,19

0,0285

Phân bố chuẩn

max DuongLam

0,0353

Phân bố chuẩn

max LongSon

0,235

30,17

0,197

0,0296

Phân bố chuẩn

max DuongLam

0,0375

Phân bố chuẩn

max LongSon

0,250

31,65

0,22

0,0330

Phân bố chuẩn

max DuongLam

0,0386

Phân bố chuẩn

max LongSon

0,257

31,85

0,226

0,0339

Phân bố chuẩn

max DuongLam

0,0390

Phân bố chuẩn

max LongSon

0,260

0,23

0,0345

Phân bố chuẩn

max DuongLam

0,0398

Phân bố chuẩn

max LongSon

0,265

32,38

0,234

0,0351

Phân bố chuẩn

max DuongLam

0,0405

Phân bố chuẩn

max LongSon

0,270

32,5

0,24

0,0360

Phân bố chuẩn

max DuongLam

0,0413

Phân bố chuẩn

max LongSon

0,275

0,25

0,0375

Phân bố chuẩn

max DuongLam

0,0420

Phân bố chuẩn

max LongSon

0,280

33,86

0,26

0,0390

Phân bố chuẩn

max DuongLam

0,0435

Phân bố chuẩn

max LongSon

0,290

34,44

0,28

0,0420

Phân bố chuẩn

max DuongLam

111

Từ các điều kiện biên: mặt cắt hình 4-5, 4-6, các chỉ tiêu cơ lý như bảng 4-6, các

trường hợp mực nước tính toán như bảng 4-1, tính thấm và tính ổn định mái đập hạ lưu

toàn nhỏ nhất ứng với các trường hợp mực nước tính toán. Các kết quả về gradien

thấm tại cửa ra chân đập như bảng 4-9; các kết quả về ổn định mái đập hạ lưu được

trình bày trong phụ lục 2.4 và 2.5.

c) Các thông số về kích thước đập phụ Long Sơn và Dương Lâm, sóng và gió trong hồ

Phú Ninh lấy như bảng 4-8, các thông số về kích thước công trình lấy như bảng 4-10.

Bảng 4-10. Các đặc trưng thống kê về kích thước đập Long Sơn, Dương Lâm [77]

đập phụ Long Sơn và Dương Lâm, được các kết quả về gradien thấm và các hệ số an

TT

Tên BNN

Luật PBXS

Ký hiệu BNN

Kỳ vọng

Độ lệch chuẩn

1 Cao độ đỉnh đập Long Sơn

36,9

0,2

Phân bố chuẩn

LSZ (m)

36,65

0,2

Phân bố chuẩn

DLZ (m)

Cao độ đỉnh đập Dương Lâm

3 Cao độ đáy đập Long Sơn

22,9

0,1

Phân bố chuẩn

oZ (m)

25,15

0,1

Phân bố chuẩn

oZ (m)

2,5

Tất định

Cao độ đáy đập Dương Lâm Hệ số trung bình mái thượng lưu, hạ lưu

4.3.3.5 Các số liệu tính xác suất an toàn ngưỡng tràn số 1, 2, 3

Bảng 4-11. Các đặc trưng thống kê của các biến ngẫu nhiên (BNN) khi tính ổn định ngưỡng tràn số 1, 2, 3 [77]

TT

Tên biến ngẫu nhiên

Ký hiệu BNN Kỳ vọng Độ lệch chuẩn Luật PBXS

(KN/m3)

1,2

1 Dung trọng của bê tông

Phân bố chuẩn

2 Chiều dài ngưỡng tràn số 1

0,1

Phân bố chuẩn

L1 (m)

2 Chiều dài ngưỡng tràn số 2

L2 (m)

0,05

Phân bố chuẩn

3 Chiều dài ngưỡng tràn số 3

L3 (m)

0,05

Phân bố chuẩn

4 Hệ số ma sát giữa đập tràn và nền

0,65

0,065

Phân bố chuẩn

5 Lực dính đơn vị của nền đá

c (KN/m2)

166,7

25,14

Phân bố chuẩn

112

17m

Hình 4-7. Sơ đồ tính toán ổn định ngưỡng tràn số 2

Các biến ngẫu nhiên khi tính độ tin cậy của 3 công trình xả lũ được thể hiện trong

bảng 4-11. Các đập tràn đều là tràn thực dụng có dạng như hình 4-7, trong đó đập tràn

số 1 không có cửa van, đập tràn số 2 và 3 có cửa van.

4.3.3.6 Các số liệu tính xác suất an toàn cho các cống ngầm

Các số liệu thống kê về kích thước cống ngầm và vật liệu thân cống được trình bày

trong bảng 4-12.

Sử dụng phần mềm SYPRO2016 tính xác suất an toàn cho các cơ chế sự cố, các công

trình và cả đầu mối hồ chứa. Một số bảng kết quả tính toán độ tin cậy của hệ thống

4.3.4 Xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa Phú Ninh

được trình bày trong phụ lục 2.6.

thủy lợi với việc sử dụng các phương pháp của lý thuyết độ tin cậy và các tiêu chí kinh

tế. Với tính chất định hướng, trong nghiên cứu này lấy độ tin cậy tiêu chuẩn của các

công trình đầu mối theo nguyên tắc độ tin cậy như nhau của các công trình. Bảng 4-13

là độ tin cậy tiêu chuẩn của từng công trình và hệ thống được lấy theo tiêu chuẩn của

Nga [34].

113

Độ tin cậy tiêu chuẩn được thiết lập trên cơ sở các kinh nghiệm thiết kế các công trình

Bảng 4-12. Các đặc trưng thống kê của các biến ngẫu nhiên (BNN) khi tính xác suất an toàn cho cống Nam, cống Bắc và cống Dương Lâm [18], [77]

TT

Tên biến ngẫu nhiên

Ký hiệu BNN Kỳ vọng toán Độ lệch chuẩn Luật PBXS

Gradien thấm cho phép của đất sét quanh

[

]

Tất định

thân cống

2 Chiều dài thân cống Nam

Ln (m)

0,5

Phân bố chuẩn

173

3 Cao độ cửa vào cống Nam

n cvZ

0,01

Phân bố chuẩn

(m)

4 Cao độ cửa ra cống Nam

n crZ

14,68

0,01

Phân bố chuẩn

(m)

5 Chiều dày thành cống Nam

t (m)

Tất định

0,5

6 Chiều cao cống Nam

h (m)

Tất định

1,6

7 Chiều rộng cống Nam

b (m)

Tất định

1,2

8 Chiều dài thân cống Bắc

Lb (m)

0,1

Phân bố chuẩn

9 Cao độ cửa vào cống Bắc

0,02

Phân bố chuẩn

b cvZ

10 Cao độ cửa ra cống Bắc

12,67

0,02

Phân bố chuẩn

b crZ

11 Chiều dày thành cống Bắc

t (m)

Tất định

0,5

12 Chiều cao cống Bắc

h (m)

Tất định

13 Chiều rộng cống Bắc

b (m)

Tất định

14 Chiều dài thân cống Dương Lâm

LDL (m)

0,1

Phân bố chuẩn

15 Cao độ cửa vào cống Dương Lâm

0,02

Phân bố chuẩn

DL cvZ

16 Cao độ cửa ra cống Dương Lâm

25,7

0,02

Phân bố chuẩn

DL crZ

17 Chiều dày thành cống Dương Lâm

t (m)

Tất định

0,5

18 Chiều cao cống Dương Lâm

h (m)

Tất định

19 Chiều rộng cống Dương Lâm

b (m)

Tất định

(KN/m3)

20 Dung trọng bê tông làm thân cống

1,2

Phân bố chuẩn

9 Diện tích cốt thép chịu kéo

Fa (cm2)

0,10735

5,65

Phân bố chuẩn

10 Diện tích cốt thép chịu nén

0,07467

3,93

Phân bố chuẩn

aF (cm2)

11 Cường độ tính toán chịu kéo của cốt thép Ra (daN/cm2)

224,1

2700

Phân bố chuẩn

12 Cường độ tính toán chịu nén của cốt thép

184

2700

Phân bố chuẩn

13 Cường độ tính toán chịu nén của bê tông

aR (daN/cm2) Rn (daN/cm2)

11,25

114

Bảng 4-13. Độ tin cậy tiêu chuẩn các công trình trong hệ thống đầu mối [34]

Công trình

[b ]

[Pat]

Đập chính

Đập phụ Tứ Yên

Đập phụ Long Sơn

Đập phụ Dương Lâm

Đập tràn số 1

Đập tràn số 2

Đập tràn số 3

Cống Nam

9,8E-01 9,8E-01 9,8E-01 9,8E-01 9,8E-01 9,8E-01 9,8E-01 9,8E-01 9,8E-01 9,8E-01 9,5E-01

2,06 2,06 2,06 2,06 2,06 2,06 2,06 2,06 2,06 2,06 1,65

Cống Bắc 9 Cống Dương Lâm 10 11 Hệ thống đầu mối 4.3.4.1 Xác suất an toàn của đập chính

a) Xác suất an toàn của đập chính

Hình 4-8: Xác suất an toàn của đập chính

- Kết quả tính xác suất an toàn của đập chính thể hiện trên đồ thị hình 4-8: khi mực

nước hồ dâng cao, xác suất an toàn của đập chính giảm nhanh từ Pat = 0,99882 ứng với

33,30

Zmn = +28,17 xuống Pat = 0,94411 ứng với Zmn = +34,44. Các trường hợp

mnZ £ +

đập chính làm việc an toàn theo các tiêu chuẩn về độ tin cậy, do xác suất an toàn của

115

[ P>

] 0, 98 =

. Tuy nhiên khi

thì

33,30

atP

mnZ > +

[ P<

] 0, 98 =

, do đó đập chính có khả năng xảy ra sự cố do một trong các nguyên

atP

nhân chính sau: nước tràn đỉnh đập, trượt mái hạ lưu đập, hình thành hang thấm trong

thân đập.

- Mực nước hồ là biến ngẫu nhiên có ảnh hưởng nhiều nhất đến sự cố đập chính, do

> +

33,30

vậy trong các trường hợp

cần có các biện pháp công trình để giảm mực

mnZ

nước hồ đảm bảo an toàn cho đập chính như mở hợp lý các cửa van đập tràn để thoát

lũ nhanh, trong các trường hợp khẩn cấp có thể sử dụng tràn sự cố Long Sơn.

b) Ảnh hưởng của các cơ chế sự cố và các biến ngẫu nhiên đến xác suất an toàn của

đập chính luôn được đảm bảo là

- Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến xác suất an toàn của đập chính được thể

hiện trên hình 4-9:

Hình 4-9: Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến độ tin cậy của đập chính

+ Cơ chế nước tràn đỉnh đập và trượt mái hạ lưu có ảnh hưởng lớn nhất đến sự cố xảy

ra ở đập chính và sự ảnh hưởng này là gần như nhau khi mực nước dao động từ Zmn =

+28,17 đến Zmn = +33,30. Khi Zmn > +33,00 cơ chế nước tràn đỉnh đập là nguyên nhân

chính gây ra sự cố ở đập chính (81,23%), lúc này xác suất an toàn của cơ chế nước

116

đập chính

tràn đỉnh giảm rất nhanh và nhỏ hơn nhiều so với xác suất an toàn của cơ chế trượt mái

hạ lưu.

+ Cơ chế hình thành hang thấm trong thân đập (5,35%) và xói chân khay đập (0,68%)

có ảnh hưởng nhỏ hơn nhiều so với các cơ chế nước tràn đỉnh và trượt mái hạ lưu; hai

loại sự cố còn lại là hình thành hang thấm trong nền và xói tại cửa ra đập có xác suất

xảy ra rất nhỏ nên có ảnh hưởng ít nhất đến độ tin cậy của đập chính.

Hình 4-11. Ảnh hưởng của các BNN

Hình 4-10. Ảnh hưởng của các BNN

Hình 4-12. Ảnh hưởng của các BNN đến cơ chế hình thành hang thấm trong thân đập

- Mức độ ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến độ tin cậy theo từng cơ chế sự cố

đến cơ chế nước tràn đỉnh đập chính đến cơ chế trượt mái hạ lưu đập

được thể hiện trên các hình từ 4-10 đến 4-12, đây là các thông tin quan trọng thu nhận

của đập chính.

117

được từ các tính toán thực tế làm cơ sở nghiên cứu các biện pháp cải thiện độ tin cậy

+ Mực nước hồ Zmn và cao độ đỉnh đập Zdd là hai biến ngẫu nhiên có ảnh hưởng lớn nhất đến cơ chế nước tràn đỉnh đập (hình 4-10) lần lượt là 88,92% và 11,02%, các biến

còn lại: D, V, hsl có ảnh hưởng không đáng kể. Cần lưu ý khi quan trắc đo đạc các biến mực nước và chuyển vị theo phương đứng của đỉnh đập, vì đây là hai biến ảnh hưởng

chính đến an toàn của đập chính.

) (chiếm 79%), và lực dính đơn vị (C3) (chiếm 16,56%) của lớp

j + Góc ma sát trong ( 3

lưu đập (hình 4-11), các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất còn lại có ảnh hưởng không

đất thứ 3 (lớp sát nền) sẽ là những nhân tố chính quyết định đến cơ chế trượt mái hạ

đáng kể. Như vậy, khi đánh giá chất lượng mái đập chính thì cần quan tâm nhiều nhất

+ Mực nước và chiều dài đáy đập là hai biến ngẫu nhiên có ảnh hưởng quan trọng nhất

đến các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất sát nền.

(hình 4-12).

4.3.4.2 Xác suất an toàn của đập phụ Tứ Yên

a) Xác suất an toàn của đập phụ Tứ Yên

Hình 4-13. Xác suất an toàn của đập phụ Tứ Yên

- Xác suất an toàn của đập phụ Tứ Yên được thể hiện trên đồ thị hình 4-13: khi mực

nước hồ dâng cao, xác suất an toàn của đập Tứ Yên giảm từ Pat = 0,99882 ứng với Zmn

118

đến cơ chế hình thành hang thấm trong thân đập, các biến còn lại có ảnh hưởng nhỏ

xác

33,30

= +28,17 xuống Pat = 0,95275 ứng với Zmn = +34,44. Các trường hợp

mnZ £ +

[ P‡

] 0, 98 =

suất an toàn của đập Tứ Yên luôn là

, đập làm việc an toàn theo tiêu

atP

chuẩn về độ tin cậy cho phép. Khi

đập Tứ Yên có khả năng xảy ra sự cố

33,30

mnZ > +

[ P<

] 0, 98 =

với

, do một trong hai nguyên nhân chính sau: nước tràn đỉnh đập, trượt

atP

mái hạ lưu đập. Cũng giống như đập chính, mực nước là yếu tố có ảnh hưởng nhiều

> +

33,30

nhất đến an toàn đập Tứ Yên, do vậy khi

cần có các biện pháp công trình

mnZ

thoát lũ nhanh, hoặc trong các trường hợp khẩn cấp có thể sử dụng tràn sự cố Long

Sơn để tháo lũ.

b) Ảnh hưởng của các cơ chế sự cố và các biến ngẫu nhiên đến độ tin cậy đập phụ Tứ

Yên

- Mức độ ảnh hưởng của các sự cố đến độ tin cậy của đập phụ Tứ Yên được thể hiện

trên hình 4-14:

Hình 4-14. Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến độ tin cậy của đập Tứ Yên

+ Trong tất cả các trường hợp tính toán, cơ chế nước tràn đỉnh đập có ảnh hưởng lớn

nhất đến sự cố xảy ra ở đập chính (chiếm 80%) và đây cũng là nguyên nhân chính dẫn

để giảm mực nước hồ đảm bảo an toàn cho đập như mở hợp lý các cửa van đập tràn để

119

đến sự cố ở đập phụ Tứ Yên.

+ Cơ chế trượt mái hạ lưu và xói chân khay đập có ảnh hưởng nhỏ hơn nhiều so với

cơ chế nước tràn đỉnh đập; ba cơ chế sự cố còn lại là hình thành hang thấm trong thân

đập và nền đập, xói tại cửa ra đập có xác suất sự cố rất nhỏ nên có ảnh hưởng ít nhất

- Mức độ ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến độ tin cậy của các cơ chế sự cố có

đến sự cố đập phụ Tứ Yên.

16. Việc xác định rõ ràng mức ảnh hưởng sẽ là các cơ sở thực tiễn quan trọng để tìm ra

các biện pháp cải thiện độ tin cậy của đập Tứ Yên.

Hình 4-16. Mức độ ảnh hưởng của các BNN

Hình 4-15. Mức độ ảnh hưởng của các

ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy của đập Tứ Yên được thể hiện trên hai hình 4-15 đến 4-

BNN đến cơ chế nước tràn đỉnh đập Tứ Yên

+ Tương tự như đập chính, mực nước hồ Zmn và cao độ đỉnh đập Zdd là hai biến ngẫu

nhiên có ảnh hưởng lớn nhất đến cơ chế nước tràn đỉnh đập (hình 4-15), lần lượt là

80,28% và 19,54%, các biến còn lại: D, V, hsl có ảnh hưởng không đáng kể. Bởi vậy

cần có các quan trắc đo đạc thỏa đáng cho các biến mực nước và chuyển vị theo

phương đứng của đỉnh đập, vì đây là hai biến ảnh hưởng chính đến an toàn của đập Tứ

Yên.

)

+ Góc ma sát trong của nền (

nC là hai biến ngẫu

và lực dính đơn vị của đất nền (

nhiên có ảnh hưởng nhiều nhất đến cơ chế trượt mái hạ lưu đập Tứ Yên (hình 4-16).

Như vậy, khi đánh giá ổn định mái đập phụ Tứ Yên cần quan tâm nhiều đến các chỉ

tiêu cơ lý của lớp đất nền đập.

120

đến cơ chế trượt mái hạ lưu đập Tứ Yên

4.3.4.3 Xác suất an toàn của các đập phụ Long Sơn

Xác suất an toàn của đập phụ Long Sơn được thể hiện như trên đồ thị hình 4-17:

Hình 4-17. Xác suất an toàn của đập phụ Long Sơn

Hình 4-18. Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến độ tin cậy của đập Long Sơn

- Xác suất an toàn của đập Long Sơn giảm dần từ Pat = 0,99979 xuống Pat = 0,99868

khi mực nước hồ dâng cao. Trong các trường hợp tính toán kể cả khi hồ có lũ và

[ b>

] 2,06 =

nên đập phụ Long Sơn làm việc an toàn theo các tiêu

không có lũ thì

121

chuẩn về độ tin cậy cho phép. Các cơ chế sự cố có ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy của

nói đập phụ Long Sơn được thiết kế với các tiêu chuẩn cao hơn so với các tiêu chuẩn

về độ tin cậy trong một trường hợp so sánh với tiêu chuẩn của Nga.

Cơ chế nước tràn đỉnh đập có mức ảnh hưởng đến 80% an toàn ở đập phụ Long Sơn,

cơ chế trượt mái hạ lưu có mức ảnh hưởng thấp hơn nhiều 20%. Các cơ chế còn lại có

sự ảnh hưởng không đáng kể đến độ tin cậy của đập phụ Long Sơn. Do vậy, nếu xảy ra

sự cố ở đập phụ Long Sơn cần lưu ý nhiều nhất đến cơ chế nước tràn đỉnh đập.

4.3.4.4 Xác suất an toàn của đập phụ Dương Lâm

Xác suất an toàn của đập phụ Dương Lâm được thể hiện như trên đồ thị hình 4-19.

Hình 4-19. Xác suất an toàn của đập phụ Dương Lâm

- Trong các trường hợp hồ Phú Ninh có lũ và không có lũ, đập Dương Lâm đều đảm

[ b>

] 2,06 =

bảo an toàn theo các tiêu chuẩn về độ tin cậy

[34]. Do vậy có thể nói

đập phụ Long Sơn là cơ chế nước tràn đỉnh đập và trượt mái hạ lưu đập. Do vậy có thể

tin cậy trong một trường hợp so sánh với tiêu chuẩn của Nga.

- Độ tin cậy của đập Dương Lâm bị ảnh hưởng chính bởi hai nguyên nhân: nước tràn

đập Dương Lâm được thiết kế với các tiêu chuẩn cao hơn so với các tiêu chuẩn về độ

hơn.

122

đỉnh đập và trượt mái hạ lưu đập, tuy nhiên cơ chế nước tràn đỉnh ảnh hưởng rõ rệt

- Cơ chế nước tràn đỉnh là nguyên chủ yếu gây ra sự cố đập phụ Dương Lâm, trong

hình 4-20 cơ chế này có mức ảnh hưởng 90% đến an toàn ở đập phụ, cơ chế trượt mái

hạ lưu có mức ảnh hưởng thấp hơn nhiều 18%. Các cơ chế sự cố còn lại có ảnh hưởng

không đáng kể (2%) đến độ tin cậy của đập Dương Lâm.

Hình 4-20. Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến độ tin cậy của đập phụ Dương Lâm

4.3.4.5 Xác suất sự cố của đập tràn số 1, đập tràn số 2 và đập tràn số 3

Kết quả tính xác suất sự cố của các đập tràn được thể hiện trong các đồ thị hình 4-21,

4-22 và 4-23.

- Trong các trường hợp tính toán, mặc dù độ tin cậy có giảm đáng kể khi mực nước hồ

dâng cao nhưng các đập tràn đều có độ tin cậy lớn (

), do vậy các đập tràn làm

atP »

việc an toàn theo các tiêu chuẩn về độ tin cậy [34]. Có thể thấy các tràn của hệ thống

đầu mối Phú Ninh được xây dựng với mức đảm bảo lớn và cao hơn nhiều khi so sánh

Các đập tràn là các phần tử đáng tin cậy trong hệ thống đầu mối.

- Độ tin cậy của các đập tràn bị ảnh hưởng chính bởi cơ chế đập tràn bị trượt trên mặt

tiếp giáp giữa đập và nền. Còn cơ chế đập tràn bị lật quanh một trục ở chân đập có xác

suất xảy ra rất nhỏ và nhỏ hơn nhiều lần xác suất xảy ra trượt của đập tràn nên cơ chế

này ít ảnh hưởng đến độ tin cậy chung của các đập tràn.

123

độ tin cậy tiêu chuẩn của Nga trong một trường hợp lựa chọn về độ tin cậy tiêu chuẩn.

Hình 4-21. Xác suất sự cố của đập tràn số 1

Hình 4-22. Xác suất sự cố của đập tràn số 2

Hình 4-23. Xác suất sự cố của đập tràn số 3

124

4.3.4.6 Xác suất an toàn của cống Nam, cống Bắc và cống Dương Lâm

Kết quả tính xác suất an toàn của các cống ngầm được thể hiện trên các đồ thị hình 4-

24, 4-25 và 4-26.

- Xác suất an toàn của các cống giảm dần khi mực nước hồ dâng cao, từ Pat = 0,99999

xuống đến Pat = 0,99921 nhưng luôn lớn hơn nhiều so với độ tin cậy tiêu chuẩn [

] 0,98 P =

, nên các cống làm việc an toàn theo các tiêu chuẩn về độ tin cậy cho phép.

Có thể thấy các cống ngầm của hệ thống đầu mối Phú Ninh được xây dựng với mức

trường hợp lựa chọn về độ tin cậy tiêu chuẩn. Các cống là các phần tử có độ tin cậy

cao trong hệ thống đầu mối.

- Độ tin cậy của các cống ngầm bị ảnh hưởng chủ yếu bởi nguyên nhân thân cống

không đủ khả năng chịu lực, cơ chế sự cố thấm dọc theo mang cống ngầm có xác suất

nhỏ hơn nhiều so với xác suất sự cố về khả năng chịu lực của thân cống nên sự cố

thấm ảnh hưởng rất nhỏ đến độ tin cậy của các cống.

Hình 4-24. Xác suất an toàn của cống Nam

125

đảm bảo lớn và cao hơn nhiều khi so sánh độ tin cậy tiêu chuẩn của Nga trong một

Hình 4-25. Xác suất an toàn của cống Bắc

Hình 4-26. Xác suất an toàn của cống Dương Lâm

4.3.4.7 Xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa nước Phú Ninh - Quảng Nam

Xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa Phú Ninh làm việc theo hệ thống nối tiếp được

thể hiện trên đồ thị hình 4-27, hình 4-28 biểu diễn mức độ ảnh hưởng của từng công

trình đến sự an toàn của đầu mối hồ chứa.

126

Hình 4-27. Xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa Phú Ninh - Quảng Nam

Hình 4-28. Ảnh hưởng của từng công trình đến sự cố đầu mối hồ Phú Ninh

0, 99714

0,89581

xuống

atP

- Khi mực nước hồ tăng dần từ Zmn = +28,17 đến Zmn= +34,44 thì xác suất an toàn của hay chỉ số độ tin

2,8

1, 26

cậy của hệ thống giảm nhanh từ

xuống

đầu mối Phú Ninh giảm nhanh từ

33,30

mnZ £ + - Khi ] 0,95 [ = P P‡

, nên hệ thống làm việc an toàn theo tiêu chuẩn về độ tin cậy cho phép.

127

độ tin cậy của hệ thống luôn lớn hơn độ tin cậy tiêu chuẩn

- Khi

hệ thống đầu mối có độ tin cậy khá nhỏ và nhỏ hơn độ tin cậy tiêu

mnZ > + [ P P<

33,30 ] 0,95 =

chuẩn

, do vậy theo các tiêu chuẩn về độ tin cậy thì hệ thống Phú Ninh

có khả năng bị sự cố, và nguyên nhân dẫn đến sự cố do một trong những công trình

trong hệ thống có độ tin cậy không cao bị sự cố như: đập chính, đập phụ Tứ Yên, đập

phụ Long Sơn 1, 2, 3 và đập phụ Dương Lâm. Các cống ngầm và các đập tràn là

những thành phần công trình có độ tin cậy lớn nên có ảnh hưởng rất nhỏ đến sự mất an

toàn của hệ thống đầu mối.

- Phân tích trên đồ thị hình 4-28 thấy rằng: An toàn của hệ thống Phú Ninh có thể chia

làm 3 mức:

+ Bị ảnh hưởng lớn (81,87%) từ đập chính và đập phụ Tứ Yên;

+ Ảnh hưởng nhỏ (16,13%) từ đập phụ Long Sơn 1, 2, 3 và đập phụ Dương Lâm;

+ Ít bị ảnh hưởng (2%) từ các cống (cống Bắc, cống Nam và cống Dương Lâm) và các

Từ việc phân tích độ tin cậy của đầu mối chỉ ra rằng các đập đất (đập chính và đập Tứ

Yên) là các phần tử có độ tin cậy thấp hơn các phần tử khác trong hệ thống do đó đây

là những phần tử yếu nhất trong hệ thống. Khi hệ thống vận hành thì những phần tử

này có nguy cơ bị sự cố đầu tiên, bởi vậy cần phải phân bổ độ tin cậy và trọng số thích

hợp cho những công trình này khi thiết kế mới hoặc cần nâng cấp, sửa chữa hệ thống

đập tràn (đập tràn số 1, đập tràn số 2 và đập tràn số 3).

đầu mối.

Hệ thống Phú Ninh là công trình cấp I, do vậy các mái hạ lưu đập đất có hệ số an toàn

cho phép [K]cp = 1,35 (tổ hợp cơ bản), các trường hợp tính ổn định đập tràn có hệ số

an toàn cho phép (phương pháp trạng thái giới hạn) [K]tràn =1,263 [54].

- Sử dụng phương pháp hệ số an toàn, tính hệ số an toàn nhỏ nhất cho mái hạ lưu các

4.3.5 Tính toán đầu mối hồ Phú Ninh theo các phương pháp thiết kế truyền thống

quả như đồ thị hình 4-29. Dùng công thức (2-19) chuyển đổi từ chỉ số độ tin cậy (b ) về

hệ số an toàn Kat, được các kết quả về hệ số an toàn Kat chuyển đổi từ phương pháp

LTĐTC sang phương pháp hệ số an toàn, kết quả như đồ thị hình 4-30.

128

đập đất: đập chính, đập phụ Tứ Yên, đập phụ Long Sơn và đập phụ Dương Lâm, kết

- Sử dụng phương pháp trạng thái giới hạn tính hệ số an toàn trượt và lật các ngưỡng tràn của: đập tràn số 1, đập tràn số 2 và đập tràn số 3, kết quả tính toán như hình 4-31. Dùng công thức (2-19) chuyển đổi từ chỉ số độ tin cậy (b ) về hệ số an toàn Kat, được các kết quả về hệ số an toàn Kat chuyển đổi từ phương pháp LTĐTC sang phương pháp trạng thái giới hạn, kết quả như đồ thị hình 4-32.

4.3.5.1 Hệ số an toàn của mái hạ lưu đập chính và các đập phụ hồ Phú Ninh

- So sánh các giá trị Kat trên hai đồ thị 4-29 và 4-30 thấy rằng: khi mực nước hồ dao động từ Zmn = +28,17 đến Zmn = +34,44 thì hệ số an toàn ổn định của mái hạ lưu các đập đất hồ Phú Ninh được tính chuyển đổi từ phương pháp LTĐTC về phương pháp hệ số an toàn luôn nhỏ hơn đáng kể so với khi tính theo phương pháp hệ số an toàn.

Hình 4-29. Hệ số an toàn mái hạ lưu đập Kat được chuyển đổi

Hình 4-30. Hệ số an toàn mái hạ lưu đập đất theo phương pháp hệ số an toàn

129

- Kết quả hệ số an toàn theo cả hai phương pháp, mặc dù trong một số trường hợp các

]

chính giá trị Kat giảm dần khi mực nước dâng cao, nhưng hệ số an toàn của các đập đất [ K>

1,35

luôn lớn hơn hệ số an toàn cho phép

. Do đó có thể kết luận các đập

đập Tứ Yên, Dương Lâm, Long Sơn hệ số an toàn ổn định mái giảm khá nhanh, ở đập

4.3.5.2 Hệ số an toàn của các đập tràn hồ Phú Ninh

Hình 4-31. Hệ số an toàn chuyển đổi về ổn định trượt và lật của các đập tràn

Hình 4-32. Hệ số an toàn về ổn định trượt và lật của các đập tràn

130

đất làm việc an toàn theo các tiêu chuẩn về thiết kế đập đất hiện tại [54].

Các kết quả tính hệ số an toàn về trượt và lật trên đồ thị hình 4-31 và 4-32 theo cả hai

phương pháp cho thấy: hệ số an toàn về ổn định trượt và ổn định lật của các đập tràn

[ K>

1,263

. Do đó, các đập tràn làm việc an

toàn cho phép để thiết kế tràn

K K , t l

tran

toàn [15].

4.3.5.3 Nhận xét chung về các hệ số an toàn tính theo hai phương pháp

Khi tính theo phương pháp thiết kế truyền thống (phương pháp hệ số an toàn và

phương pháp trạng thái giới hạn) hàm tải trọng và hàm sức chịu tải là hàm của nhiều

biến ngẫu nhiên nhưng lại được tính là các giá trị trung bình, hơn nữa khi tính đưa vào

nhiều hệ số an toàn mặc dù là mang đặc trưng thống kê nhưng lại làm tăng tính tất

đều giảm nhẹ khi mực nước hồ dâng cao, nhưng luôn lớn hơn nhiều so với hệ số an ]

cho hệ số an toàn theo phương pháp thiết kế truyền thống lớn hơn so với hệ số an toàn

định cho bài toán tính ổn định. Những yếu tố gần đúng trên là nguyên nhân chính làm

được chuyển đổi từ phương pháp LTĐTC sang phương pháp thiết kế truyền thống.

4.4 Tính toán kích thước cơ bản của đập chính Phú Ninh theo lý thuyết độ tin

cậy

Để thiết kế mới một hệ thống đầu mối hồ chứa theo lý thuyết độ tin cậy, cần biết trước

các công trình trong hệ thống và các sự cố của từng công trình. Sau đó thực hiện tất cả

các bước tính toán giống như khi đánh giá độ tin cậy của hệ thống. Bởi vì khối lượng

tính toán khá lớn và các bước tính toán là lặp lại của phần đánh giá độ tin cậy của hệ

thống đầu mối, cho nên trong nghiên cứu này mới dừng lại ở việc xác định kích thước

cơ bản của đập chính để mô phỏng cho việc thiết kế hệ thống theo lý thuyết độ tin cậy.

] 0,98 P =

độ tin cậy cho phép của hệ thống rồi phân bổ độ tin cậy và các trọng số phù hợp cho

[34], phân chia [

cho các cơ chế sự cố của đập chính theo nguyên tắc độ tin cậy như nhau theo công

thức (4-1) [18].

[

]

(4-1)

 

Trong đó:

 =    - Độ tin cậy của từng cơ chế sự cố của đập chính.

jP 

Tính toán độ tin cậy cho 4 cơ chế sự cố sau đây để xác định kích thước sơ bộ của đập

chính:

131

Đập chính được thiết kế với độ tin cậy cho phép [

1. Nước tràn đỉnh đập: Xác định cao trình đỉnh đập thiết kế Zdd

2. Trượt mái thượng lưu: Xác định hệ số mái thượng lưu m1

3. Trượt mái hạ lưu: Xác định hệ số mái hạ lưu m2.

4. Hình thành hang thấm trong nền đập: Xác định chiều dài đáy đập Lđ.

Xây dựng các hàm tin cậy cho 4 cơ chế sự cố như ở chương 3. Sử dụng phần mềm

SYPRO2016, tính lặp xác định được kích thước của đập chính như bảng 4-14.

Bảng 4-14. Kích thước cơ bản của đập chính tính theo độ tin cậy tiêu chuẩn

Hình thành hang

Nước tràn

Trượt mái

Cơ chế sự cố

đỉnh đập

thượng lưu

hạ lưu

thấm trong nền đập

Độ tin cậy tiêu chuẩn

0,99496

Kích thước của đập

0,99496 Lđ (m)

Zdd (m)

0,99496 m1

0,99496 m2

Giá trị thiết kế

38,5

4,5

4,0

318,6

] 0,98 P =

Nhận xét kết quả tính toán: Kích thước mặt cắt cơ bản của đập chính Phú Ninh khi thiết kế theo lý thuyết độ tin cậy với mức đảm bảo về độ tin cậy là [

cho kết

quả lớn hơn so với kích thước của mặt cắt ban đầu của đập chính như hình 4-3. Do vậy

có thể thấy mặt cắt đập chính Phú Ninh hiện tại được thiết kế với mức đảm bảo thấp

hơn so với các tiêu chuẩn về độ tin cậy của Nga [34].

Các tính toán về độ tin cậy của đập chính theo cấp độ II đã xác định được cơ chế sự cố

có khả năng ảnh hưởng lớn nhất đến sự cố đập là nước tràn đỉnh đập, do đó sẽ tính độ

tin cậy đập chính theo cấp độ III khi coi đập bị sự cố với nguyên nhân chính là nước

tràn đỉnh đập và không kể đến các sự cố khác để chứng minh khả năng thực hiện được

của phương pháp luận đã đề xuất trong chương 3.

Hàm tin cậy mô phỏng sự cố nước tràn đỉnh đập như công thức 3-4, các thông tin về

các đặc trưng thống kê và luật phân bố xác suất của các biến ngẫu nhiên trong hàm

4.5 Tính xác suất an toàn của đập chính Phú Ninh theo cấp độ III

của cơ chế sự cố nước tràn đỉnh đập theo phương pháp Monte Carlo, xác định được

132

được thể hiện trong bảng 4-2 và 4-6. Sử dụng phần mềm SYPRO2016, tính độ tin cậy

xác suất an toàn của đập chính (Pat) khi mực nước hồ thay đổi từ Zmn = +24,17 đến Zmn

= +34,44 như đồ thị hình 4-33.

Hình 4-33. Xác suất an toàn của đập chính khi tính theo LTĐTC cấp độ II, cấp độ III

- Xác suất an toàn của đập chính khi tính theo cấp độ II có lớn hơn so với khi tính theo

cấp độ III nhưng không nhiều, khi mực nước mực nước hồ thay đổi từ Zmn = +32,00

Nhận xét kết quả:

so với độ tin cậy tính với cấp độ III.

- Kết quả tính toán xác suất an toàn của đập theo cấp độ III sát với thực tế hơn bởi cấp

đến Zmn = +34,00 xác suất an toàn của đập chính theo cấp độ II lớn hơn từ 1% đến 2%

các đặc điểm thống kê của các biến ngẫu nhiên nên hàm tin cậy phản ánh đúng bản

chất vật lý của cơ chế sự cố xảy ra. Tuy nhiên việc cung cấp đủ các số liệu quan trắc

độ này không chỉ thể hiện đúng quy luật của các hàm tin cậy, mà còn phản ánh đúng

Nam trong điều kiện hiện nay. Với lý do trên nên chỉ thực hiện các tính toán cấp độ III

cho các công trình quan trọng.

để phục vụ các tính toán theo cấp độ III sẽ là vấn đề khó đối với các hồ chứa nước Việt

Toàn bộ nội dung của các chương 1, 2, 3 của luận án đã được cụ thể hóa để áp dụng

tính toán xác suất an toàn cho đầu mối hồ chứa nước Phú Ninh - Quảng Nam, các kết

quả đạt được trong chương 4 như sau:

133

4.6 Kết luận Chương 4

- Sử dụng hiệu quả phần mềm SYPRO2016 để đánh giá được độ tin cậy của hệ thống

sơ đồ nối tiếp. Trên cơ sở so sánh với độ tin cậy tiêu chuẩn của Nga đã có các kết luận

về mức độ tin cậy của từng công trình và hệ thống, và có các gợi ý về biện pháp xử lý

trong trường hợp hệ thống hoặc từng công trình có nguy cơ sự cố.

- Đánh giá được ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên, các sự cố và các công trình đến

đầu mối hồ chứa gồm nhiều công trình: đập đất, đập tràn và cống ngầm làm việc theo

xác hơn về chất lượng của từng công trình và hệ thống công trình từ đó lựa chọn được

cách thức cũng như ưu tiên thứ tự việc sửa chữa nâng cấp các công trình trong hệ

thống nhằm đảm bảo chức năng của hệ thống hồ chứa nước.

- Có các nhận xét định hướng về khả năng làm việc an toàn của công trình khi tính

toán hệ số an toàn theo phương pháp thiết kế truyền thống và so sánh với các hệ số an

toàn sau khi được chuyển đổi từ phương pháp thiết kế ngẫu nhiên: Các hệ số an toàn

tính theo phương phương pháp thiết kế truyền thống thường lớn hơn so với các hệ số

an toàn được chuyển đổi từ phương pháp thiết kế ngẫu nhiên. Nhiều yếu tố ngẫu nhiên

nhưng được coi là tất định được đưa vào trong phương pháp thiết kế truyền thống là

nguyên nhân chính dẫn đến kết quả như trên.

- Sử dụng SYPRO2016 để tính toán kích thước cơ bản của đập chính Phú Ninh theo độ

tin cậy tiêu chuẩn phân bố cho từng cơ chế sự cố của đập. Kết quả tính toán cho thấy,

khi thiết kế với mức đảm bảo lớn hơn thì cho kết quả về mặt cắt cơ bản là lớn hơn so

với thiết kế cũ.

- Khi thực hiện tính toán độ tin cậy cho cơ chế sự cố nước tràn đỉnh đập theo phương

pháp Monte Carlo và so sánh với các tính toán ở cấp độ II thấy rằng: các kết quả độ tin

cậy tính theo cấp độ II có lớn hơn so với cấp độ III, nhưng không nhiều. Trong tính

toán thường sử dụng cấp độ II, nhưng cũng cần phải xem xét tầm quan trọng của công

trình để xác định cấp độ tính toán phù hợp.

134

độ tin cậy của công trình đầu mối sẽ giúp các nhà quản lý có cái nhìn tổng quát, chính

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Luận án đã đánh giá được các ưu, nhược điểm và khả năng ứng dụng của các

phương pháp thiết kế đang được ứng dụng cho các công trình thủy lợi ở Việt Nam và

trên thế giới, từ đó chỉ ra rằng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên có kế thừa và tiến bộ

hơn các phương pháp thiết kế truyền thống. Phân tích được các quan điểm nghiên cứu

theo lý thuyết độ tin cậy của các công trình thủy lợi ở trong nước và nước ngoài, từ đó

rút ra được các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu cho đầu mối hồ chứa nước thủy lợi ở

Việt Nam.

2. Trên cơ sở khái quát được dạng cấu trúc điển hình cho việc áp dụng lý thuyết độ tin

cậy vào việc tính xác suất an toàn của hệ thống, luận án đã áp dụng các lý thuyết về

công trình thủy lợi, lý thuyết về hệ thống và lý thuyết về độ tin cậy để xây dựng được

phương pháp đánh giá độ tin cậy cho công trình đầu mối hồ chứa nước theo cấp độ II

và cấp độ III, phục vụ cho việc đánh giá định lượng độ tin cậy của các công trình thủy

lợi trong điều kiện Việt Nam.

3. Xây dựng được các thuật toán và các sơ đồ khối tương ứng để tính xác suất an toàn

của công trình và độ tin cậy của hệ thống theo lý thuyết độ tin cậy cấp độ II và cấp độ

III, xây dựng được các hàm tin cậy cho các cơ chế sự cố có thể xảy ra với các công

trình trong đầu mối: đập đất, đập tràn và cống ngầm. Từ đó xây dựng được phần mềm

tính độ tin cậy đầu mối hồ chứa SYPRO2016, phần mềm đã được kiểm định và có đủ

I. Kết quả đạt được của luận án

sơ đồ nối tiếp gồm các công trình: đập đất, đập bê tông tràn nước và cống ngầm.

4. Sử dụng phần mềm SYPRO2016 đã tính được xác suất an toàn cho từng công trình

và toàn hệ thống đầu mối hồ chứa nước Phú Ninh - Quảng Nam. Sau khi so sánh với

độ tin cậy để tính xác suất an toàn cho các công trình đầu mối hồ chứa làm việc theo

trình và hệ thống, trên cơ sở đó có các gợi ý về biện pháp công trình trong trường hợp

hệ thống hoặc từng công trình có nguy cơ sự cố.

135

độ tin cậy tiêu chuẩn của Nga đã đưa ra các kết luận về mức độ tin cậy của từng công

a) Xác định được bằng định lượng các biến ngẫu nhiên (mực nước, chỉ tiêu cơ lý của

của công trình là trượt mái hạ lưu, nước tràn đỉnh đập. Đây là căn cứ đưa ra các kiến

nghị về mức độ quan trắc, đo đạc các biến ngẫu nhiên để kết quả tính toán đảm bảo độ

tin cậy yêu cầu.

b) Luận án xác định được mức độ quan trọng của từng công trình trong đầu mối để có

thứ tự ưu tiên hợp lý khi duy tu bảo dưỡng cũng như khi thiết kế nâng cấp công trình,

trong nghiên cứu này: các đập đất đặc biệt là đập chính và đập phụ Tứ Yên có ảnh

hưởng lớn nhất đến an toàn của hệ thống, trong khi các cống ngầm và các đập tràn có

đất, kích thước công trình), các cơ chế sự cố có ảnh hưởng lớn đến sự làm việc an toàn

c) Luận án đã so sánh các kết quả tính toán về ổn định mái hạ lưu các đập đất và ổn

ảnh hưởng nhỏ hơn nhiều.

ngẫu nhiên và phương pháp thiết kế truyền thống để rút ra nhận xét định hướng: hệ số

an toàn tính theo phương pháp thiết kế truyền thống thường lớn hơn so với phương

pháp thiết kế ngẫu nhiên. Khi sử dụng tiêu chuẩn về độ tin cậy của Nga để thiết kế mới

định tổng thể của các ngưỡng tràn của hệ thống Phú Ninh theo phương pháp thiết kế

chứng tỏ đập Phú Ninh hiện tại đã được thiết kế với các tiêu chuẩn thấp hơn so với tiêu

chuẩn về độ tin cậy của Nga. Việc tính toán lại kích thước của đập chính cũng là một

bước để mô phỏng thiết kế mới cho cả hệ thống đầu mối theo phương pháp độ tin cậy.

d) Luận án đã tính độ tin cậy của đập chính theo cấp độ III, sau khi so sánh với cấp độ

II thấy rằng: độ tin cậy tính được theo cấp độ II có lớn hơn so với cấp độ III nhưng

không nhiều. Do vậy trong tính toán thường với công trình quan trọng mới thực hiện

các tính toán độ tin cậy theo cấp độ III.

đập chính Phú Ninh thấy rằng: mặt cắt đập chính lớn hơn so với mặt cắt ban đầu,

II. Những đóng góp mới của luận án

1. Xây dựng được cây sự cố và thiết lập được phương pháp tính toán, thuật toán xác

phân tích đầy đủ các yếu tố gây sự cố cho đầu mối hồ chứa thủy lợi có đập dâng là đập

định độ an toàn của công trình đầu mối hồ chứa theo cấp độ II và cấp độ III trên cơ sở

đất.

và an toàn của công trình đầu mối hồ chứa có đập đất.

136

2. Xây dựng được phần mềm SYPRO2016 làm công cụ tính toán xác định độ tin cậy

III. Những khó khăn và hạn chế của các kết quả nghiên cứu trong luận án

- Nhiều hồ thủy lợi không có dữ liệu quan trắc hoặc chỉ có quan trắc một phần nên khi

tính theo phương pháp LTĐTC gặp nhiều khó khăn và trong nhiều trường hợp phải

mượn số liệu từ các tài liệu đã được nghiên cứu trước đó hoặc đưa vào các số liệu kinh

nghiệm để tính toán, vấn đề này ảnh hưởng đến độ tin cậy của công trình.

- Việt Nam chưa xây dựng các tiêu chuẩn về độ tin cậy cho các hạng mục công trình

trong đầu mối thủy lợi giống như các tiêu chuẩn về hệ số an toàn theo phương pháp

thiết kế truyền thống, nên trong quá trình tính phải mượn các tiêu chuẩn của nước

ngoài để so sánh. Sự so sánh theo các tiêu chuẩn nước ngoài chỉ là có tính tham khảo

bởi các công trình đang được tính độ tin cậy trong điều kiện Việt Nam.

- Các công trình trong đầu mối hồ chứa làm việc theo sơ đồ nối tiếp có sự ảnh hưởng

lẫn nhau, sự cố của công trình này có thể dẫn đến sự cố của công trình khác. Tuy nhiên

quá trình tính toán định lượng mối tương quan giữa các cơ chế sự cố và mối tương

quan giữa các phần tử công trình trong hệ thống vấp phải nhiều khó khăn khi phải

thông qua nhiều nghiên cứu về lý thuyết cũng như thực nghiệm để xác định.

1. Khó khăn

- Độ tin cậy thực tế của hệ thống chưa được phản ánh đầy đủ trong các tính toán do

chưa đưa được vào trong nghiên cứu một số sự cố như các sự cố về thủy lực của tràn

và cống ngầm: xói lở hạ lưu tràn, nứt vỡ tường tràn, thấm qua mang tràn, hỏng thân

cống ngầm do xảy ra hiện tượng khí thực sau cửa van, đáy cống bị xói, …. Bên cạnh

2. Hạn chế của những kết quả nghiên cứu trong luận án

mối mà chưa đưa vào tính toán các sự cố có thể quan trắc được như: sự cố nước đục

thoát ra ở mái hạ lưu đập; mạch đùn, mạch sủi ở hạ lưu đập, kẹt cửa van tràn, rò nước

mạnh ở mang cửa ra cống ngầm, hỏng khớp nối cống, bục thành cống, kẹt và gãy cửa

van, gãy cống, tháp cống nghiêng, ….

- Nghiên cứu mới xây dựng phương pháp và tính độ tin cậy cho các đầu mối làm việc

theo sơ đồ nối tiếp mà chưa xét đến các sơ đồ có liên kết khác (song song, hỗn hợp).

137

đó, luận án mới nghiên cứu các cơ chế sự cố không nhìn thấy được của công trình đầu

Việc chưa xét đến mối tương quan của các biến ngẫu nhiên, giữa các sự cố và giữa các

công trình trong đầu mối khiến cho kết quả tính toán chưa phản ánh đầy đủ thực tế về

- Đã xây dựng được phương pháp tính độ tin cậy cấp độ III cho công trình theo

phương pháp Monte Carlo, nhưng khi xây dựng phần mềm chỉ mới tính được độ tin

cậy cho cơ chế nước tràn đỉnh đập và các biến ngẫu nhiên trong hàm tin cậy còn bị

giới hạn trong một số luật phân bố xác suất.

độ tin cậy công trình.

Luận án mở ra các hướng cho nghiên cứu phát triển tiếp theo như sau:

1. Tiếp tục mở rộng nghiên cứu phát triển các kết quả của luận án để xét đến mối

tương quan giữa các biến ngẫu nhiên, giữa các sự cố, mối tương quan giữa các công

trình trong hệ thống khi hệ thống bị sự cố.

2. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các hệ thống công trình thủy điện, thủy lợi khi hệ

thống làm việc trên các bậc thang của cùng 1 lưu vực sông.

3. Nghiên cứu rủi ro của vùng bị ảnh hưởng ở hạ lưu nhằm xác định độ tin cậy tiêu

chuẩn cho hệ thống, trên cơ sở đó phân bổ độ tin cậy tiêu chuẩn cho từng thành phần

công trình trong hệ thống.

4. Hoàn thiện phần mềm SYPRO2016 để thành chương trình có tính năng mạnh và

tiện dụng phục vụ nghiên cứu, giảng dạy và tính toán trong thực tế.

138

IV. Hướng phát triển của luận án

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ

toàn của đập đất”, - “Tạp chí khoa học kỹ thuật Thủy lợi và môi trường” - ISSN 1859-

3941, số 39, tháng 12/2012.

1. Nguyễn Lan Hương, Nguyễn Văn Mạo, Mai Văn Công “Phân tích độ tin cậy an

theory and risk analysis to assess the safety system of irrigation works taken water reservoirs in conditions or Vietnam’’, Proceedings of the 4th International Conference

on Estuaries and Coasts 8-11 October 2012, Water Resources University, Vietnam.

2. Nguyễn Lan Hương, Nguyễn Văn Mạo, Mai Văn Công “Application of reliability

chứa”, - “Tạp chí khoa học kỹ thuật Thủy lợi và môi trường” - ISSN 1859-3941, số

44, tháng 3/2014.

3. Nguyễn Lan Hương, “Tính độ tin cậy an toàn hệ thống công trình đầu mối ở hồ

IAHR-ADP 2014. Congress Ha Noi 21-24 September.

4. Nguyễn Lan Hương, Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Hữu Bảo, “Development research into probabilistic design dam safety analysis in Vietnam”, Proceedings of the 19th

trình đầu mối hồ chứa nước thủy lợi Việt Nam’’ - “Tuyển tập hội nghị khoa học

thường niên - ĐHTL” – ISBN:978-604-82-0066-4, tháng 11/2014.

5. Nguyễn Lan Hương, “Nghiên cứu xây dựng công nghệ tính độ tin cậy an toàn công

an toàn đập’’, sách tham khảo, NXB Xây Dựng, Hà Nội, năm 2014.

6. Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Lan Hương, Nguyễn Hữu Bảo, “Cơ sở tính độ tin cậy

an toàn cho các công trình đầu mối hồ chứa nước thủy lợi", Báo cáo đề tài nghiên cứu

khoa học và phát triển công nghệ cấp trường, ĐHTL năm 2014.

7. Nguyễn Lan Hương, "Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy đánh giá mức độ

“Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy tính toán độ tin cậy an toàn cho công trình đầu mối hồ

chứa nước thủy lợi’’, - “Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn - Bộ

NN&PTNT” - ISBN:1859-4581, 23/2016, trang 77-83.

139

8. Nguyễn Lan Hương, Nguyễn Quang Hùng, Nguyễn Hữu Bảo, Nguyễn Xuân Hùng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] "Chương trình đảm bảo an toàn hồ chứa năm 2015" Bộ Nông nghiệp và Phát triển

nông thôn, Hà Nội, năm 2015.

[2] "Báo cáo công tác quản lý an toàn các hồ chứa nước" Tổng cục Thủy Lợi - Bộ

Nông nghiệp và Phát triển Nông Thôn, 10/2015.

[3] Phạm Ngọc Quý và nnk, Tiêu chí đánh giá an toàn đập đất. Nhà xuất bản Xây

Dựng, Hà Nội, năm 2016.

[4] "Báo cáo an toàn hồ chứa năm 2013" Cục giám định các công trình xây dựng - Bộ

Xây Dựng, Hà Nội, năm 2013.

[5] Nguyễn Văn Mạo (Chủ biên), Nguyễn Cảnh Thái, Nguyễn Quang Hùng, Phạm Ngọc Quý, Nguyễn Lan Hương, Giới thiệu và cơ sở thiết kế công trình thủy lợi. Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội, năm 2013.

[6] Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xuân Đặng, Ngô Trí Viềng, Công trình tháo lũ trong

[7] Л. Н. Рассказов и др, Гидротехнические сооружения. М. Стройиздат. ISBN

5-274-01622-7, 1996.

[8] "Sổ tay an toàn đập" Ban quản lý trung ương các dự án thủy lợi - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Dự án hỗ trợ thủy lợi Việt Nam (VWRAP), Hà Nội, tháng 12 năm 2012.

[9] Nguyễn Văn Mạo và nnk, "Nghiên cứu các giải pháp khoa học công nghệ đảm bảo an toàn hồ chứa thủy lợi loại vừa và lớn ở các tỉnh Miền Bắc và Miền Trung Việt Nam" Đề tài NCKH cấp Bộ, Hà Nội, năm 2003.

[10] Phan Sĩ Kì, Sự cố một số công trình thủy lợi ở Việt Nam và các biện pháp phòng

tránh. Nhà xuất bản nông nghiệp, Hà Nội, năm 2000.

[11] Nguyễn Văn Mạo và nnk, "Nghiên cứu cơ sở khoa học và giải pháp kĩ thuật nhằm đảm bảo an toàn các công trình xây dựng trong điều kiện thiên tai bất thường Miền Trung" Đề tài độc lập cấp Nhà Nước ĐTĐL.2009.G/01, Hà Nội, năm 2009.

[12] Lưu Di Trụ, Nhũ Hiệu Vũ, Những hư hỏng của công trình thủy công và phân tích

các nguyên nhân. Nhà xuất bản nông nghiệp, Hà Nội, năm 1977.

[13] Ngô Trí Viềng, Nguyễn Chiến, Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn

Cảnh Thái, Thủy công tập 1. Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội, năm 2004.

[14] Nguyễn Vi, Phương pháp mô hình hóa thống kê từng bước trong tính toán độ tin cậy của các công trình bến cảng. Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội, năm 2009.

[15] "Công trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu về thiết kế" Quy chuẩn kỹ thuật quốc

gia công trình thủy lợi QCVN 04-05:2012/BNNPTNT, Hà Nội, năm 2012.

140

đầu mối hệ thống thủy lợi. Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội, năm 2015.

[16] Mai Văn Công, Thiết kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân tích độ tin

cậy. Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội, năm 2005.

[17] Phan Văn Khôi, Cơ sở đánh giá độ tin cậy. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà

Nội, năm 2001.

[18] Nguyễn Vi, Độ tin cậy của các công trình bến cảng. Nhà xuất bản Giao thông vận

tải, Hà Nội, năm 2009.

[19] Болотин В. В, Применение методов теории вероятностей и теории

[20] Phạm Hồng Cường, "Nghiên cứu xây dựng phương pháp đánh giá chất lượng hệ thống công trình thủy nông theo lý thuyết độ tin cậy trong điều kiện Việt Nam" Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội, năm 2009.

[21] Palle Thoft Christensen and Michael J. Baker, Structural Reliability theory and its

Applications. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg New York, 1982.

[22] O. Ditlevsen, Model Uncertainly in Structural Reliability, Structural Safety,

Vol.1. McGraw-Hill, New York, 1982.

[23] O. Ditlevsen and Madsen H.O, Structural reliability methods. John Wiley &

Sons, Chochester, 1996.

[24] O. Ditlevsen, "Narrow Reliability Bounds for Structural Systems" Journal of

Structural Mechanics, vol. Vol.7, pp. No.0, pp. 453-472, 1979.

[25] M.K.Yegian and E.A. Marciano et al, "Seismic risk analysis for earth dam" This paper is part of the Journal of Geotechnical Engineering, vol. 117, ISSN 0733- 9410/91/0001-0018, January 1991.

[26] Chen Zhaohe, Li Qijun, and et.la Sun Ying, "Applications of overtopping risk analysis for the earth dam of flood control reservoir" Beijing Postgraduates School, North China Inst. of Water Resources & Hydropower, China, no. (86)-10- 68420960, December 1996.

[27] J.K., Hengel, W.van & Houben, R.J Vrijling, "Acceptable risk as a basic for

design" Journal of Reliability Engineering and System Safety, 1998.

[28] J.K. Vrijling, T. Schweckendiek, and W. Kanning, "Safety Standards of Flood

Defenses" Delft University of Technology, Delft, The Netherlands, 2010.

[29] J.K Virijling, M. Hauer, and R.E.Jorissen, "Probabilistic design and risk

assessment of large dams" 1996.

in hydraulic

[30] J.K Virijling and Pieter Van Gelder, Probabilistic design

engineering, 2002.

[31] W. Kanning, "Safety format and calculation methodology slope stability of dikes- A probabilistic analysis on geotechnics to determine partial safety factors" Delft University of Technology, Thesis master 2005.

141

надежности в расчетах сооружений. М. Стройиздат, 1971.

[32] Marie Westberg, "Reliability – base assessment of concrete dam stability" Lund

University - Sweden, Doctoral thesis, ISSN 0349-4969, 2007.

[33] Kassa Negede Abate, "Probabilistic safety analysis of dams, method and application" Faculty of Civil Engineering of Technische Universität Dresden - Germany, Dresden, Doctor of Engineering, August 2009.

[34] "Основные положения расчета причальных сооружений на надежность," М.

[35] "Tiêu chuẩn thống nhất để thiết kế độ tin cậy kết cấu công trình" Bộ Xây Dựng nước Cộng Hòa Nhân Dân Trung Hoa, Tiêu chuẩn nhà nước cộng hòa nhân dân Trung Hoa, JB 50153 – 92, 1992.

[36] " General Principles on Reliability for Structures" Published by Ethiopian

standards Agency, International standrard ISO 2394, 1998.

[37] Nguyễn Văn Mạo, "Lý thuyết độ tin cậy trong thiết kế công trình thuỷ công" Đại

Học Thủy Lợi, Bài giảng, năm 2000.

[38] Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Hữu Bảo, Nguyễn Lan Hương, Cơ sở tính độ tin cậy

an toàn đập. Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội, năm 2014.

[39] Phùng Vĩnh An, Nguyễn Văn Huân, "Nghiên cứu ứng dụng ly thuyết độ tin cậy để đánh giá mức độ an toàn và dự báo tuổi thọ cho cống dưới đê" Hội nghị khoa học toàn quốc về sự cố và hư hỏng công trình xây dựng, Hà Nội, năm 2004.

[40] Đỗ Xuân Tình, "Tối ưu tiêu chuẩn an toàn đê bắc sông Dinh, tỉnh Ninh Thuận theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro" Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi trường, Số đặc biệt 11/2013, ISSN 1859-3941, năm 2012.

[41] Nguyễn Quang Đức Anh, Mai Văn Công, "Phân tích rủi ro hệ thống phòng chống lũ vùng bờ Giao Thủy - Nam Định" Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi trường, Số đặc biệt 11/2013, ISSN 1859-3941, năm 2013.

[42] Nguyễn Quang Hùng, Nguyễn Văn Mạo, "Tính độ tin cậy an toàn của kè bảo vệ mái dốc lắp ghép bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn" Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi trường, Số 44, ISSN 1859-3941, tháng 3/2014.

[43] Mai Van Cong, "Probabilistic design of coastal flood defences in Vietnam" PhD

thesis, Technical University of Delft, ISBN 978-90-9025648-1, 2010.

[44] Pham Quang Tu, "Reliability analysis of the red river dike system in Vietnam" PhD thesis, Technische Universiteit of Delft, ISBN 97890-6562-3578, 2014.

[45] Phạm Hồng Cường, "Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng tiêu chí và phương pháp đánh giá trạng thái kỹ thuật của hệ thống công trình thủy lợi theo lý thuyết độ tin cậy" Báo cáo tổng hợp đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở, Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt Nam, Hà Nội, năm 2007.

[46] Nguyễn Lan Hương, "Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy đánh giá mức độ an toàn cho các công trình đầu mối hồ chứa nước thủy lợi" Báo cáo đề tài nghiên

142

В/О “Мортехинформреклама”, РД 31-31-35-85, 1986.

cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp trường, Đại Học Thủy Lợi, năm 2014.

[47] Huỳnh Bá Kỹ Thuật, "Nghiên cứu thiết lập quy định chung về kiểm định đánh giá an toàn đập ở Việt Nam" Báo cáo tổng kết dự án khoa học công nghệ cấp Bộ, Trường Đại Học Xây Dựng, HĐ số: 01/2014/HĐ-ĐA1511, Hà Nội, 4/2016.

[48] "Công trình thủy lợi – Yêu cầu thiết kế theo độ tin cậy" Tiêu chuẩn quốc gia,

TCVN 9905:2014.

[49] Ngô Trí Viềng, Phạm Ngọc Quý, Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Chiến, Nguyễn Phương Mậu, Phạm Văn Quốc, Thủy công tập 2. Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội, năm 2005.

[50] Nguyễn Chiến (chủ biên), Nguyễn Văn Mạo, Phạm Ngọc Quý, Bài giảng: Công trình trên hệ thống thủy lợi. Nhà xuất bản khoa học tự nhiên và xã hội, Hà Nội, năm 2013.

[51] Nguyễn Hữu Bảo, Xác suất thống kê. Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội, năm 2004.

[52] Đặng Hùng Thắng, Thống kê và ứng dụng. Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội, năm

2009.

[53] Phó Đức Anh, Đặng Hữu Đạo, Phân tích và tối ưu hóa hệ thống. Nhà xuất bản

nông nghiệp, Hà Nội, năm 2007.

[54] " Thiết kế đập đất đầm nén" Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8216-2009.

[55] "Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép" Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9137-

2012.

[56] "Công trình thủy lợi - Quy trình tính toán thủy lực cống dưới sâu," Tiêu chuẩn

quốc gia TCVN 9151:2012.

[57] D.L Vicher & W.H. Hager, Thủy lực đập. Người dịch: Nguyễn Văn Mạo; Nguyễn Lan Hương, Nhà xuất bản khoa học tự nhiên và công nghệ, Hà Nội, năm 2011.

[58] Alan W. Bishop, M.A, PhD, and A.M.I.C.E, "The use of the slip circle in the stability analysis of slopes" First Technical Session: General Theory of Stability of Slopes Tuesday morning, 21 September, 1954.

[59] L. Tvedt, "Two second-order approximations to the failure probability" Veritas

Report RDIV/20-004-83, Det norske Veritas, Oslo, Norway. 1983.

[60] Der Kiureghian A., H-Z Lin, and S-J Hwang, "Second-order reliability approximations" J. Engrg. Mech. Div, ASCE, 113(8), pp. 1208-1225., 1987.

[61] R.E Melchers, Structural reliability analysis and predication. 2nd, Chichester

Ellis Horwood, 1999.

[62] H.O Madsen, S. Krenk, and N.C Lind, Methods of structural safety. Prentice-Hall,

Eaglewood Cliffs, NJ, 1986.

[63] "Báo cáo quan trắc thủy điện Hòa Bình" Tổng công ty điện lực Việt Nam, Nhà

máy thủy điện Hòa Bình, năm 2003.

143

[64] Phần mềm Bestfit (Version 1.01a) và hướng dẫn sử dụng, năm 1994, Copyright

1993-94 palisade corporationall rights reserved.

[65] Nguyễn Quí Hỷ, Phương pháp mô phỏng số Monte Carlo. Nhà xuất bản Đại học

quốc gia Hà Nội, năm 2002.

[66] I. M’, Sobol’, "Sensitivity analysis for non-linear mathematical models" Mathematical Modeling & Computational Experiment (Engl. Transl), pp. 01, pp. 407-414, 1993.

[67] I. M Sobol’, "Global sensitivity indices for nonlinear mathematical models and their Monte Carlo estimates" Mathematics and Computers in Simulation, no. 55), pp. 271-280, 2001.

[68] I. M. Sobol’ and S.S Kucherenko, "On global sensitivity analysis of quasi Monte Carlo algorithms" Monte Carlo Method and appl, Vol.11, No1, pp 1-9, 2005.

[69] X.M.Ermakov, Phương pháp Monte Carlo và các vấn đề liên quan. Người dịch: Nguyễn Trần Dũng, Phạm Thế Ngọc. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1977.

[70] I. M. Sobol’, Primer for the Monte Carlo Method. Press, Inc, 2000 Corporate

Blvd, N. W, Boca Raton, Florida 33431, 1994.

[71] I. M. Sobol’, "Primer for the Monte Carlo Method" no. ISBN 0-8493-8673, 2000.

[72] R. G Christian P. Casella, Monte Carlo Statistical Methods. Springer, 2000.

[73] R. G. Casella, "Monte Carlo Statistical Methods" University of Florida, January

2008.

[74] N Motropolis and Ulam. S, "The Monte Carlo method" J. Am Stat Sssoc, (44), pp.

341, 1949.

[76] Phần mềm VAP (Version 1.6) và hướng dẫn sử dụng, Institute of Structural

Engineering, Swiss Federal Institute of Technology, Zurich.

[77] "Thuyết minh chung hệ thống thủy lợi Phú Ninh – Quảng Nam" Công ty tư vấn xây dựng Thủy Lợi 1, Dự án đầu tư cải tạo nâng cấp đảm bảo an toàn công trình hồ chứa nước Phú Ninh, năm 2001.

144

PHỤ LỤC

145

PHỤ LỤC 1. KIỂM ĐỊNH CHƯƠNG TRÌNH SYPRO2016

Phụ lục 1.1 Tính xác suất an toàn của công trình theo các thuật toán chương 3

Bài toán: Tính xác suất an toàn cho cơ chế trượt mái hạ lưu đập chính hồ Phú Ninh.

Số liệu tính toán: Các biến ngẫu nhiên có các đặc trưng thống kê như bảng 1, kích

thước mặt cắt cắt ngang đập chính như hình 4-3.

Bảng 1. Các đặc trưng thống kê của các biến ngẫu nhiên trong hàm tin cậy Z

1. Tính xác suất an toàn cho cơ chế trượt mái hạ lưu đập chính của hồ Phú Ninh

Luật PBXS

Tên BNN

Ký hiệu BNN Kỳ vọng toán Độ lệch chuẩn

Phân bố chuẩn

0,335

0,0949

Góc ma sát trong của đất

0,256 0,206

0,0662 0,0609

Phân bố chuẩn Phân bố chuẩn Phân bố chuẩn

19,78

1,798

18,515

1,8515

Dung trọng của đất

Phân bố chuẩn Phân bố chuẩn

18,63

1,863

Phân bố chuẩn

6,9

Lực dính đơn vị của đất

Phân bố chuẩn Phân bố chuẩn

22 22

6,6 6,6

tgj 1 tgj 2 tgj 3 g 1 (KN/m3) g 2 (KN/m3) g 3 (KN/m3) C1 (KN/m2) C2 (KN/m2) C3 (KN/m2)

a) Sử dụng phần mềm Geoslope 2007, tính hệ số an toàn nhỏ nhất, kết quả như bảng 1.

b) Xác định các tham số trong hàm tin cậy Z, kết quả như bảng 2

)

(

j N W tg

= Z R .[

]

+ i

T i

C l i i

∑

= 1

+ g

+ j

- -

(

)

(

)

= i 1 j g

g tg

g A .

j t

B .

= i 1 C .

i g g t

( g D .

E .

G .

I tg .

.t 1

g . 2

g 1

j 2

g 3

j 1

Trong đó:

;

S c a . os i

= ∑

S c a . os i

= ∑

= 1,30,31

2,3,4

;

l i

= ∑ ;

S c a . os i

= ∑ ; W i

= ∑

= 11

1,30,31

2,3,4

;

a .sin i

S 1

= ∑

a .sin i

S 1

= ∑

= ∑ ; l i

2,3,4

= 1,30,31

;

a .sin i

S 1

= ∑

= 11

146

Bảng 2. Kết quả tính toán ứng với cung trượt có hệ số an toàn nhỏ nhất

G

N

T

R

W

tangj

C.L

Dải

(KN)

KN)

(độ)

độ

49,247

64,559

42,165

48,887

0,000

0,335

82,720

96,862

46,131

397,920

275,880

286,758

0,000

0,256 131,640

202,225

43,292

306,140

222,910

209,840

0,000

0,256

60,453

117,485

41,123

576,580

434,475

379,046

60,738

0,256

86,261

181,883

38,385

868,470

680,939

539,039

170,560

0,206

98,897

204,203

35,515

1047,200

852,574

608,067

257,420

0,206

95,238

218,035

32,713

1204,600

1013,725

650,710

337,500

0,206

94,335

233,859

29,964

1287,500

1115,582

642,754

397,290

0,206

91,618

239,822

27,289

1355,100

1204,434

620,994

445,770

0,206

89,312

245,846

24,677

10 1408,500

1279,998

587,773

481,310

0,206

87,349

252,141

22,156

11 1404,700

1301,081

529,499

487,620

0,206

83,146

250,986

19,718

12 1430,400

1346,612

482,369

498,220

0,206

81,802

256,849

17,316

13 1445,200

1379,766

429,940

497,450

0,206

80,661

262,708

15,449

827,650

797,775

220,361

280,180

0,206

45,650

152,445

13,711

15 1311,500

1274,165

310,703

430,830

0,206

71,914

245,918

11,593

16 1302,900

1276,347

261,698

406,940

0,206

71,320

250,703

9,492

17 1287,200

1269,596

212,154

382,040

0,206

70,834

253,962

7,403

18 1264,300

1253,773

162,815

354,060

0,206

70,452

256,088

5,069

19 1532,200

1526,213

135,320

402,210

0,206

87,381

319,295

2,490

20 1471,300

1469,913

63,878

360,700

0,206

87,122

315,984

-0,085

21 1397,400

1397,398

-2,075

326,010

0,206

87,040

308,098

-2,016

678,570

678,150

-23,863

148,610

0,206

43,588

152,847

-3,785

23 1148,200

1145,698

-75,763

232,300

0,206

76,071

264,531

-6,220

24 1237,000

1229,725

-133,963

220,730

0,206

88,640

296,824

-8,849

25 1118,200

1104,903

-171,931

159,820

0,206

89,179

284,176

-11,461

962,250

943,082

-191,104

88,169

0,206

87,468

263,861

-14,060

826,860

802,114

-200,776

12,429

0,206

88,372

251,306

-16,690

677,750

649,227

-194,549

0,000

0,206

89,494

223,448

-19,356

514,390

485,345

-170,405

0,000

0,206

90,860

191,000

-22,118

339,290

314,347

-127,686

0,000

0,335 100,300

205,729

-24,986

118,010

-49,823

0,000

138,389

6040,666

7137,508

106,977 S S =

0,335 102,510 S R =

Tổng cộng

147

Bảng 3. Các tham số trong hàm tin cậy Z

Dải

1 2 3

S1 = bZ1 S2=bZ2 S3=b*Z3 m2 0,000 6,029 7,988

m2 3,264 14,511 8,000

m2 0,000 0,000 0,000

độ 49,247 46,131 43,292

S1*cosa m2 2,132 10,061 5,825

S2*cosa m2 0,000 4,180 5,816

S3*cosa m2 0,000 0,000 0,000

S1*sina m2 2,472 10,457 5,484

S2*sina m2 0,000 4,345 5,475

S3*sina m2 0,000 0,000 0,000

13,290

16,953

0,000

41,123

10,015

12,774

0,000

8,737

11,145

0,000

19,378

21,140

5,045

38,385

15,194

16,575

3,956

12,028

13,121

3,132

22,901

17,617 14,379

35,515

18,645

14,342

11,706

13,298

10,229

8,349

7 8 9 10 11 12

6,821 4,502 2,480 0,753 0,000 0,000

27,056 27,056 27,056 27,056 26,250 28,000

12,626 23,474 31,475 9,019 38,658 5,411 45,083 1,804 47,506 0,000 47,124 0,000

32,713 29,964 27,289 24,677 22,156 19,718

22,769 23,443 24,048 24,588 24,314 26,360

10,626 7,814 4,810 1,639 0,000 0,000

19,754 27,273 34,360 40,970 44,001 44,364

14,615 13,507 12,399 11,291 9,895 9,442

12,680 15,713 17,716 18,813 17,907 15,891

0,000

26,250

0,000

49,658

17,316

25,061

0,000

47,410

7,809

14,773

0,000

15,000

0,000

28,502

15,449

14,459

0,000

27,473

3,994

7,589

15 16 17 18 19

0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

22,229 22,229 22,229 23,816 27,692

0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

46,753 46,286 45,432 42,609 52,745

13,711 11,593 9,492 7,403 5,069

21,596 21,775 21,925 23,618 27,584

0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

45,422 45,343 44,811 42,254 52,539

5,266 4,465 3,664 3,067 2,446

11,076 9,297 7,488 5,487 4,658

20 21 22

0,000 0,000 0,000

29,670 29,670 14,850

0,000 0,000 0,000

47,496 43,520 20,626

2,490 -0,085 -2,016

29,642 29,670 14,841

0,000 0,000 0,000

47,451 43,520 20,613

1,288 -0,044 -0,522

2,062 -0,065 -0,725

0,000

27,600

0,000

32,302

-3,785

27,540

0,000

32,232

-1,821

-2,131

24 25 26 27 28 29 30 31

0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

30,038 26,033 23,377 23,377 23,377 23,377 17,153 5,966

0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

34,467 32,340 26,810 19,578 11,613 2,882 0,000 0,000

-6,220 -8,849 -11,461 -14,060 -16,690 -19,356 -22,118 -24,986

29,861 25,723 22,912 22,678 22,393 22,057 15,892 5,409

0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

34,264 31,956 26,276 18,992 11,124 2,719 0,000 0,000

-3,253 -4,003 -4,643 -5,676 -6,710 -7,744 -6,455 -2,519

-3,733 -4,973 -5,324 -4,754 -3,333 -0,955 0,000 0,000

23,433

454,007 O=

-6,503

16,919

25,900

662,763

24,678

70,236

22,771

7378,168 Q=

20,965

O+P+R+U=

112,231

128,687

12,414 R=

77,138

Q+S=

58,870

55,806

12,653

37,906

T+V=

146,639

138,019

93,079

76,403

148

c) Tuyến tính hoá hàm Z : Hàm Z là hàm phi tuyến có các biến ngẫu nhiên tuân theo luật phân bố chuẩn

)

j tg

C C C

o 2

o 3

o 1

j g g g o o tg , 3 1

j (

)

0,335;0,256;0,206;19,78;18,515;18,63;23;22;22

Điểm thiết kế ban đầu có toạ độ:

( + 1111,294 22,48.

- - - - -

) +

)

( oX tg oXﬁ Thay các giá trị Xo vào hàm tin cậy Z được: ( ) ( + g Z 18,515 18,6. 18,63 463,495. ) ( ( + + 23 12,653. 933,91.

( ) + g 19,78 41,53. 2 ( ) + 0,206 12,414.

( 0,256 20099,35.

t 1 ( 22 93,079.

) 0,335 ) 22

) + C 2

t 2

t 3

C 3

) Z o

C 1 1111, 2945 =

474,7682

) Z o

Kỳ vọng ban đầu của hàm Z: ( s Độ lệch chuẩn ban đầu của hàm Z: ( d) Tính xác suất an toàn của cơ chế sự cố trượt mái hạ lưu đập đất

Bảng 4. Bảng tính lặp tìm chỉ số độ tin cậy

- - - - -

Lần lặp

Các biến

Giá trị ban đầu

464,5809

478,1974

478,0835

478,1621

474,7682 478,1944 1111,2945 1091,5579 1123,2394 1123,0559 1123,3234 1123,3163

2,3407 -0,0937 0,1620 -0,0729 -0,0601 -0,0586 -0,4313 -0,0006 -0,0503 -0,8735

2,3496 0,0093 0,1752 0,0609 -0,0615 -0,0599 -0,4408 -0,0006 -0,0517 -0,8719

2,3491 0,0092 0,1702 0,0595 -0,0597 -0,0582 -0,4283 -0,0006 -0,0510 -0,8794

2,3491 0,0101 0,1703 0,0606 -0,0597 -0,0582 -0,4283 -0,0006 -0,0509 -0,8793

2,3491 0,0101 0,1703 0,0606 -0,0597 -0,0582 -0,4282 -0,0006 -0,0509 -0,8794

2,3491 0,0101 0,1703 0,0606 -0,0597 -0,0582 -0,4282 -0,0006 -0,0509 -0,8793

19,780

19,3464

19,8231

19,8228

19,8268

19,8267

19,8268

0,335

0,3353

z z g 1 g 2 g 3 a C1 a C2 a C3 tgj 1 tgj 2 tgj 3 g * 1 tgj

* 1

23,000

22,6762

22,6679

22,6774

22,6773

22,6774

19,2556

18,515

19,2169

19,2770

19,2553

19,2558

19,2556

* 2

0,256

0,2528

0,2527

0,2528

1C g tgj

* 2

22,000

21,6981

21,6903

21,6991

21,6992

18,3120

18,8967

18,8902

18,8951

18,8950

* 3

0,1641

0,1637

* 3

19,7789

19,7216

19,7868

19,7864

19,7870

2C g 18,630 tgj 0,206 3C

22,000

149

Tính lặp theo bảng 4, kết quả được chấp nhận khi điểm thiết kế hội tụ với sai số

2,3491

e < (

0, 0001)

. Chỉ số độ tin cậy

b = Z

là giá trị cần tìm, do đó xác suất an toàn

truotmai

0,9906

của cơ chế trượt mái đập:

. Điểm thiết kế cuối cùng có tọa độ:

atP

)

( * 0, 3353; 0, 2528; 0,1637;19, 8268;19, 2556;18, 8950; 22, 6774; 21, 6992;19, 7870

Bài toán: Cho hàm tin cậy Z:

Phụ lục 1.2 Tính xác suất sự cố bằng phần mềm Vap và SYPRO2016

(

)

( g

)

(

1111, 294 22, 48.

0, 335

t 1

Z +

) +

- - - - -

19, 78 (

+ 18, 515 (

+ 18, 63 (

463, 495. )

(

) )

) +

(

933,91.

20099,35.

12,653.

93,079.

0,256

41,53. ) + 0,206

g 18, 6. ) + 23

t 2

C 2

C 3

C 1

t 3

12, 414. Tính xác suất sự cố của hàm Z bằng phần mềm Vap và SYPRO2016 rồi so sánh kết

quả tính toán.

Số liệu tính toán: Các biến ngẫu nhiên có các đặc trưng thống kê như bảng 1.

a) Tính xác suất sự cố của hàm Z bằng phần mềm Vap

Hình 1. Kết quả tính xác suất sự cố của cơ chế trượt mái hạ lưu đập đất bằng Vap

b) Tính xác suất sự cố của hàm Z bằng phần mềm SYPRO2016

150

- - - - -

Hình 2. Kết quả xác suất sự cố của cơ chế trượt mái hạ lưu bằng SYPRO2016

Nhận xét kết quả tính toán: cả hai phần mềm Vap và SYPRO2016 đều cho kết quả giống nhau: chỉ số độ tin cậy b

= 2,31 và Psc = 0,0104. Như vậy việc tính toán xác suất

sự cố bằng hai phần mềm đã khẳng định phần mềm SYPRO2016 có thể tính được xác

suất sự cố của công trình và cho kết quả đáng tin cậy.

Phụ lục 1.3 Sử dụng chương trình SYPRO2016 tính độ tin cậy cho một nghiên

Bài toán: Hàm tin cậy Z của cơ chế sự cố trượt mái hạ lưu đập Tenhado - Ethiopia có

dạng: Z=3,28.c+t1.(724,037-3,28.U+55,695.gamma)-(6,0.gamma+78,03) [33].

Các biến ngẫu nhiên có các đặc trưng thống kê như bảng 5. Xác suất sự cố đối với cơ

chế trượt mái hạ lưu đập Tenhado - Ethiopia là Psc = 0,024 [33].

Tính xác suất sự cố của cơ chế trượt mái hạ lưu đập đất bằng phần mềm SYPRO2016.

Bảng 5. Các đặc trưng thống kê của các biến ngẫu nhiên [33]

Độ lệch chuẩn

Kỳ vong 5,4

Tên BNN C T U gamma

Đơn vị KN/m2 - m KN/m3

1,13 359,39 17,8

Luật PBXS Phân bố chuẩn Phân bố chuẩn Phân bố chuẩn Phân bố chuẩn

7,61249 0,397873 31,96608 2,660827

a) Tính xác suất sự cố của hàm Z bằng phần mềm SYPRO2016

151

cứu đã có

Hình 3. Tính xác suất sự cố của đập đất Tenhado - Ethiopia bằng SYPRO2016

b) Nhận xét kết quả tính toán: độ tin cậy của cơ chế trượt mái hạ lưu đập Tenhado được tính bằng phần mềm SYPRO2016 cho kết quả b

= 1,97 và Psc = 0,0241 trùng với

với các kết quả đã được nghiên cứu trước đó [33].

152

PHỤ LỤC 2. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT VÀ MỘT SỐ KẾT QUẢ TÍNH XÁC SUẤT AN TOÀN CỦA HỆ THỐNG PHÚ NINH

Bảng 6. Các thông số kỹ thuật chính của đầu mối hồ Phú Ninh - Quảng Nam [77]

Phụ lục 2.1 Các thông số kỹ thuật chính của đầu mối hồ Phú Ninh - Quảng Nam

Stt

Thông số

Đơn vị

Giá trị

I

Địa điểm xây dựng

Thị xã Tam Kỳ - tỉnh Quảng Nam

II

Nhiệm vụ của công trình

Cấp nước tưới, sinh hoạt, giảm nhẹ thiên tai kết hợp phát điện và du lịch

III Các chỉ tiêu thiết kế chủ yếu

Cấp công trình [15]

Tần suất đảm bảo tưới

0,5

Tần suất lũ thiết kế

0,1

Tần suất lũ kiểm tra

PMF

Lũ vượt tần suất

IV Các thông số kỹ thuật chủ yếu

Diện tích lưu vực

km2

235

2 MNDBT

32,00

3 MNLTK

35,38

3 MNLKT (0,1%)

36,00

MNLKT (PMF)

36,80

4 Mực nước chết

20,44

344

Dung tích hữu ích (Wh)

70,30

Dung tích chết (Wchết)

m 106 m³ 106 m³ 106 m³

116,80

Dung tích siêu cao (Wsc)

III Công trình đầu mối

A

Đập

A.1 Đập chính

Hình thức đập

Đập đất đồng chất

Chiều dài đỉnh đập (tổng)

620

Chiều cao đập, H max

40,1

Cao trình đỉnh đập

37,5

153

Chiều rộng đỉnh đập

Chiều cao tường chắn sóng

1,27

Cao trình đỉnh tường chăn sóng

38,77

A.2 Đập phụ Tứ Yên

Hình thức đập

Đập đất đồng chất

Chiều dài đỉnh đập (tổng)

132

Chiều cao đập, H max

Cao trình đỉnh đập

37,50

Chiều rộng đỉnh đập

Chiều cao tường chắn sóng

0,8

Cao trình đỉnh tường chăn sóng

38,20

A.3 Đập phụ Dương Lâm

Hình thức đập

Đập đất đồng chất

Chiều dài đỉnh đập (tổng)

1.220

Chiều cao đập, Hmax

11,5

Cao trình đỉnh đập

36,65

Chiều rộng đỉnh đập

Chiều cao tường chắn sóng

0,7

Cao trình đỉnh tường chăn sóng

37,35

A.4 Đập phụ Long Sơn 1

Hình thức đập

Đập đất đồng chất

Chiều dài đỉnh đập

309

Chiều cao đập, Hmax

Cao trình đỉnh đập

36,50

Chiều rộng đỉnh đập

Chiều cao tường chắn sóng

0,9

Cao trình đỉnh tường chăn sóng

37,40

A.5 Đập phụ Long Sơn 2

Hình thức đập

Đập đất đồng chất

Chiều dài đỉnh đập

980

Chiều cao đập, Hmax

Cao trình đỉnh đập

36,90

Chiều rộng đỉnh đập

Chiều cao tường chắn sóng

0,5

154

Cao trình đỉnh tường chăn sóng

37,40

A.6 Đập phụ Long Sơn 3

Hình thức đập

Đập đất đồng chất

Chiều dài đỉnh đập

350

Chiều cao đập, Hmax

Cao trình đỉnh đập

37,40

Chiều rộng đỉnh đập

Chiều cao tường chắn sóng

B

Tràn

B.1 Tràn chính số 1

Hình thức tràn

Tràn thực dụng

Hình thức điều tiết

Tự do

Kết cấu

BTCT

m³/s

401

Lưu lượng xả lũ thiết kế Q0,5%

m³/s

484,4

Lưu lượng xả lũ kiểm tra Q0,1%

Lưu lượng xả lũ kiểm tra PMF

m³/s

663

Bề rộng tràn

Cao trình ngưỡng tràn

Tiêu năng

Dốc nước + mũi phun

B.2 Tràn chính số 2

Hình thức tràn

Tràn thực dụng

Hình thức điều tiết

Cửa van

Kết cấu

BTCT

m³/s

1053

Lưu lượng xả lũ thiết kế Q0,5%

m³/s

1124,7

Lưu lượng xả lũ kiểm tra Q0,1%

Lưu lượng xả lũ kiểm tra PMF

m³/s

1191,9

Kích thước tràn nxBxH

2x10x6

Cao trình ngưỡng tràn

Tiêu năng

Dốc nước + mũi phun

B.3 Tràn chính số 3

Hình thức tràn

Tràn thực dụng

Hình thức điều tiết

Cửa van

Kết cấu

BTCT

853

m³/s

Lưu lượng xả lũ thiết kế Q0,5%

155

m³/s

961,9

Lưu lượng xả lũ kiểm tra Q0,1%

Lưu lượng xả lũ kiểm tra PMF

m³/s

1012

Kích thước tràn nxBxH

2x6x8

Cao trình ngưỡng tràn

Tiêu năng

Dốc nước + mũi phun

C

Cống lấy nước (cống ngầm)

C.1 Cống Bắc

Vị trí

Đập Tứ Yên

Loại cống

Có áp

Kết cấu

Bê tông cốt thép

Điều tiết

Van thượng lưu

Kích thước nxBxH

1x3x3

Lưu lượng thiết kế

m³/s

25,00

Cao trình cửa vào

13,0&16,8

C.2 Cống Nam

Vị trí

Đầu kênh Nam

Loại cống

Không áp

Kết cấu

Bê tông cốt thép

Điều tiết

Van thượng lưu

Kích thước nxBxH

1x1,6x1,2

Lưu lượng thiết kế

m³/s

5,80

Cao trình cửa vào

C.3 Cống Dương Lâm

Vị trí

Đập Dương Lâm

Loại cống

Không áp

Kết cấu

Bê tông cốt thép

Điều tiết

Van thượng lưu

Kích thước nxBxH

1x1,25x1,0

Lưu lượng thiết kế

m³/s

1,2

Cao trình cửa vào

156

Hình 4. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 28,17m

Hình 5. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 28,41m

Hình 6. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 29,39m

157

Phụ lục 2.2 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính

Hình 7. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 30,17m

Hình 8. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 31,65m

Hình 9. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 31,85m

158

Hình 10. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 32m

Hình 11. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 32,38m

Hình 12. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 32,5m

159

Hình 13. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 33m

Hình 14. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 33,68m

Hình 15. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 34,44m

160

Hình 16. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 28,17m

Hình 17. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 28,41m

Hình 18. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 29,39m

161

Phụ lục 2.3 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập phụ Tứ Yên

Hình 19. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 30,17m

Hình 20. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 31,65m

Hình 21. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 31,85m

162

Hình 22. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 32m

Hình 23. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 32,38m

Hình 24. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 32,5m

163

Hình 25. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 33m

Hình 26. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 33,86m

Hình 27. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 34,34m

164

Hình 28. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 28,17m

Hình 29. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 28,41m

Hình 30. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 29,39m

165

Phụ lục 2.4 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập phụ Long Sơn

Hình 31. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 30,17m

Hình 32. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 31,65m

Hình 33. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 31,85m

166

Hình 34. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 32m

Hình 35. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 32,38m

Hình 36. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 32,5m

167

Hình 37. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 33m

Hình 38. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 33,86m

Hình 39. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 34,44m

168

Hình 40. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 28,17m

Hình 41. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 28,41m

Hình 42. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 29,39m

169

Phụ lục 2.5 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập phụ Dương Lâm

Hình 43. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 30,17m

Hình 44. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 31,65m

Hình 45. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 31,85m

170

Hình 46. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 32m

Hình 47. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 32,38m

Hình 48. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 32,5m

171

Hình 49. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 33m

Hình 50. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 33,86m

Hình 51. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 34,44m

172

Phụ lục 2.6 Các kết quả tính độ tin cậy của đầu mối Phú Ninh

Bảng 7. Xác xuất an toàn của đập chính

Xác suất an toàn của các cơ chế sự cố đập chính

Biến hình thấm thông thường

Biến hình thấm đặc biệt

TT

Z

Nước tràn đỉnh

Trượt mái hạ lưu

)

(

Xác suất an toàn của đập chính dapchinh atP

Xói chân khay

Hình thành hang thấm trong nền đập

Xói cửa ra chân đập

Hình hành hang thấm trong thân đập

28,17

9,9944E-01

9,9950E-01

9,9988E-01

9,999999999E-01

9,9999996E-01

9,9999997E-01 9,9882E-01

28,41

9,9877E-01

9,9948E-01

9,9986E-01

9,999999994E-01

9,999997E-01

9,9999994E-01 9,9811E-01

29,39

9,9848E-01

9,9890E-01

9,9982E-01

9,999999971E-01

9,9999E-01

9,9999983E-01 9,9720E-01

30,17

9,9799E-01

9,9810E-01

9,9976E-01

9,99999993E-01

9,9998E-01

9,9999917E-01 9,9584E-01

31,65

9,9762E-01

9,9709E-01

9,9974E-01

9,9999999E-01

9,9997E-01

9,9999844E-01 9,9443E-01

31,85

9,9735E-01

9,9705E-01

9,9970E-01

9,9999996E-01

9,9997E-01

9,9999712E-01 9,9407E-01

32,00

9,9731E-01

9,9675E-01

9,9966E-01

9,9999994E-01

9,9996E-01

9,9999E-01

9,9368E-01

32,38

9,9684E-01

9,9650E-01

9,9962E-01

9,9999914E-01

9,9995E-01

9,9998E-01

9,9291E-01

32,50

9,9673E-01

9,9618E-01

9,9959E-01

9,9999649E-01

9,9994E-01

9,9993E-01

9,9238E-01

33,00

9,9514E-01

9,9542E-01

9,9955E-01

9,9999E-01

9,9993E-01

9,8999E-01

33,86

9,6790E-01

9,9299E-01

9,9951E-01

9,9998E-01

9,9992E-01

9,9986E-01

9,6042E-01

34,44

9,5420E-01

9,9030E-01

9,9947E-01

9,9990E-01

9,9991E-01

9,9983E-01

9,4411E-01

173

Bảng 8. Ảnh hưởng (%) của các cơ chế sự cố đến an toàn của đập chính

Biến hình thấm đặc biệt

Biến hình thấm thông thường

TT

Z

Nước tràn đỉnh %

Trượt mái hạ lưu %

Xói chân khay %

Xói cửa ra chân đập %

Hình thành hang thấm trong thân đập %

Hình thành hang thấm trong nền đập %

28,17 28,41 29,39 30,17 31,65 31,85 32,00 32,38 32,50 33,00 33,86 34,44

4,7156E+01 4,2407E+01 1,0432E+01 6,4965E+01 2,7465E+01 7,5529E+00 5,4157E+01 3,9193E+01 6,3314E+00 4,8266E+01 4,5625E+01 5,6743E+00 4,2644E+01 5,2141E+01 4,7249E+00 4,4625E+01 4,9677E+01 5,0705E+00 4,2519E+01 5,1370E+01 5,3520E+00 4,4481E+01 4,9267E+01 5,2927E+00 4,2823E+01 5,0025E+01 5,4151E+00 4,8430E+01 4,5639E+01 4,4932E+00 8,0592E+01 1,7600E+01 1,2262E+00 8,1234E+01 1,7205E+01 9,3277E-01

1,9846E-06 2,9472E-05 1,0333E-04 1,7650E-04 1,4621E-04 6,7359E-04 1,0037E-03 1,2077E-02 4,5966E-02 6,6466E-02 3,8162E-02 1,7914E-01

3,0787E-03 1,3944E-02 3,1247E-01 4,1494E-01 4,6192E-01 5,7744E-01 6,7635E-01 7,2211E-01 7,8325E-01 6,8071E-01 1,9287E-01 1,5133E-01

2,2645E-03 2,9208E-03 5,9858E-03 2,0003E-02 2,7952E-02 4,8499E-02 8,2034E-02 2,2522E-01 9,0753E-01 6,9057E-01 3,5149E-01 2,9798E-01

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Bảng 9. Ảnh hưởng của từng cơ chế sự cố đến an toàn của đập phụ Tứ Yên

Biến hình thấm đặc biệt

Biến hình thấm thông thường

TT

Z

Nước tràn đỉnh %

Trượt mái hạ lưu %

Xói chân khay %

Xói cửa ra chân đập %

28,17

6,7797E+01

3,2203E+01

Hình thành hang thấm trong thân đập % 3,1102E-13

Hình thành hang thấm trong nền đập % 8,2881E-22

4,7627E-04

3,6780E-04

28,41

7,1942E+01

2,8058E+01

1,7338E-11

2,5755E-21

2,8993E-03

6,1295E-04

29,39

7,9381E+01

2,0464E+01

6,0309E-11

2,7629E-19

7,4227E-02

1,2732E-03

30,17

8,2114E+01

1,6667E+01

7,4797E-10

1,0569E-17

1,2886E+00 5,2033E-03

31,65

8,1293E+01

1,4286E+01

1,6463E-09

8,8776E-15

4,2517E+00 8,5374E-03

31,85

8,1459E+01

1,3070E+01

2,3830E-09

1,9392E-14

5,3587E+00 1,3769E-02

32,00

7,9706E+01

1,3235E+01

2,7647E-09

3,6471E-14

7,0029E+00 2,5324E-02

32,38

7,3418E+01

1,1899E+01

2,9620E-09

1,6304E-13

7,5899E+00 7,0380E-02

32,50

8,0275E+01

1,1239E+01

4,2431E-09

2,4771E-13

8,2936E+00 1,2706E-01

33,00

8,1857E+01

1,0799E+01

2,1814E-08

1,9244E-12

9,1447E+00 2,7430E-01

33,86

9,6765E+01

1,7076E+00

4,9131E-08

8,7178E-12

1,4536E+00 8,3883E-02

34,44

9,7463E+01

1,3108E+00

5,5391E-07

5,8351E-11

1,1564E+00 7,1670E-02

174

Bảng 10. Xác suất an toàn của đập phụ Tứ Yên

Xác suất an toàn của các cơ chế sự cố đập phụ Tứ Yên

Biến hình thấm đặc biệt

Biến hình thấm thông thường

TT

Z

Xác suất an toàn của đập Tứ Yên

Nước tràn đỉnh

Trượt mái hạ lưu

(

)

TuYen atP

Xói chân khay

Xói cửa ra chân đập

Hình thành hang thấm trong nền đập

Hình thành hang thấm trong thân đập

28,17

9,9920E-01

9,9962E-01

1,0000E+00

9,9882E-01

28,41

9,9900E-01

9,9961E-01

1,0000E+00

9,9861E-01

29,39

9,9846E-01

9,9960E-01

1,0000E+00

9,9806E-01

30,17

9,9798E-01

9,9959E-01

1,0000E+00

9,9997E-01

1,0000E+00

9,9754E-01

31,65

9,9761E-01

9,9958E-01

1,0000E+00

9,9988E-01

1,0000E+00

9,9707E-01

31,85

9,9732E-01

9,9957E-01

1,0000E+00

9,9982E-01

1,0000E+00

9,9671E-01

32,00

9,9729E-01

9,9955E-01

1,0000E+00

9,9976E-01

1,0000E+00

9,9660E-01

32,38

9,9710E-01

9,9953E-01

1,0000E+00

9,9970E-01

1,0000E+00

9,9633E-01

32,50

9,9650E-01

9,9951E-01

1,0000E+00

9,9964E-01

9,9999E-01

9,9565E-01

33,00

9,9200E-01

9,9950E-01

1,0000E+00

9,9958E-01

9,9999E-01

9,9107E-01

33,86

9,6770E-01

9,9943E-01

1,0000E+00

9,9951E-01

9,9997E-01

9,6665E-01

34,44

9,5390E-01

9,9938E-01

1,0000E+00

9,9945E-01

9,9997E-01

9,5275E-01

175

Bảng 11. Xác suất an toàn của các đập phụ Long Sơn 1, 2, 3

Biến hình thấm đặc biệt

TT

Z

Trượt mái hạ lưu

Nước tràn đỉnh

(

)

Xác suất an toàn của các cơ chế sự cố đập phụ Long Sơn 1, 2, 3 Xác suất an toàn của đập Long Sơn 1, 2, 3 on L ongS atP

Hình thành hang thấm trong thân đập 1,0000E+00

Hình thành hang thấm trong nền đập 1,0000E+00

9,9987E-01

9,9992E-01

9,9979E-01

28,17

9,9978E-01

9,9991E-01

1,0000E+00

9,9969E-01

28,41

9,9969E-01

9,9990E-01

1,0000E+00

9,9959E-01

29,39

9,9960E-01

9,9989E-01

1,0000E+00

9,9949E-01

30,17

9,9945E-01

9,9987E-01

1,0000E+00

9,9932E-01

31,65

9,9942E-01

9,9986E-01

1,0000E+00

9,9928E-01

31,85

9,9939E-01

9,9985E-01

1,0000E+00

9,9924E-01

32,00

9,9924E-01

9,9984E-01

1,0000E+00

9,9908E-01

32,38

9,9920E-01

9,9983E-01

1,0000E+00

9,9903E-01

32,50

9,9906E-01

9,9982E-01

1,0000E+00

9,9888E-01

33,00

9,9897E-01

9,9981E-01

1,0000E+00

9,9878E-01

33,86

9,9888E-01

9,9980E-01

1,0000E+00

9,9868E-01

34,44

Bảng 12. Ảnh hưởng của từng cơ chế sự cố đến an toàn đập phụ Long Sơn 1, 2, 3

Biến hình thấm đặc biệt

TT

Z

Nước tràn đỉnh %

Trượt mái hạ lưu %

28,17 6,1905E+01 3,9048E+01

Hình thành hang thấm trong thân đập % 1,9857E-12

Hình thành hang thấm trong nền đập % 3,7048E-16

28,41 7,0968E+01 3,0000E+01

4,5484E-10

8,3226E-16

29,39 7,5610E+01 2,5366E+01

6,7805E-11

1,0688E-13

8,1373E-11

1,2125E-15

30,17 7,8431E+01 2,2549E+01

8,9032E-11

1,2881E-15

31,65 7,9032E+01 2,0323E+01

31,85 8,0556E+01 1,9028E+01

9,5556E-11

1,3594E-15

32,00 8,1707E+01 1,8049E+01

1,0061E-10

1,4134E-15

32,38 8,2609E+01 1,7283E+01

1,0457E-10

1,4554E-15

32,50 8,3333E+01 1,6667E+01

1,0784E-10

1,4892E-15

33,00 8,3929E+01 1,6161E+01

1,1071E-10

1,5179E-15

33,86 8,4426E+01 1,5738E+01

1,1230E-10

1,5410E-15

34,44 8,4848E+01 1,5379E+01

1,1439E-10

1,5606E-15

176

Bảng 13. Xác suất an toàn của đập phụ Dương Lâm

Xác suất sự cố của các cơ chế sự cố đập phụ Dương Lâm

Biến hình thấm đặc biệt

TT

Z

Nước tràn đỉnh

Trượt mái hạ lưu

)

1 2 3 4 5 6

1,300E-04 2,442E-04 3,584E-04 4,726E-04 5,868E-04 7,010E-04

1,200E-05 2,100E-05 3,000E-05 3,900E-05 4,800E-05 5,700E-05

Hình thành hang thấm trong thân đập 4,170E-15 1,410E-13 2,778E-13 4,147E-13 5,515E-13 6,883E-13

Hình thành hang thấm trong nền đập 5,580E-19 2,680E-18 4,802E-18 6,924E-18 9,046E-17 1,117E-16

Xác suất an toàn của đập Dương Lâm ( DuongLam atP 0,99986 0,99973 0,99961 0,99949 0,99937 0,99924

28,17 28,41 29,39 30,17 31,65 31,85 32,00

8,152E-04

6,600E-05

8,252E-13

2,575E-16

0,99912

9,294E-04 1,044E-03

7,500E-05 8,400E-05

9,620E-13 1,099E-12

3,411E-16 4,246E-16

0,99900 0,99887

1,158E-03

9,300E-05

1,236E-12

5,081E-16

0,99875

32,38 8 32,50 9 10 33,00 11 33,86

1,272E-03

1,020E-04

1,372E-12

5,917E-16

0,99863

12 34,44

1,386E-03

1,110E-04

1,509E-11

6,752E-16

0,99850

Bảng 14. Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến an toàn đập phụ Dương Lâm

Biến hình thấm đặc biệt

TT

Z

Nước tràn đỉnh %

Trượt mái hạ lưu %

Hình thành hang thấm trong thân đập %

Hình thành hang thấm trong nền đập %

1,9857E-12

3,7048E-16

28,17 6,1905E+01 3,9048E+01

28,41 7,0968E+01 3,0000E+01

4,5484E-10

8,3226E-16

29,39 7,5610E+01 2,5366E+01

6,7805E-11

1,0688E-13

8,1373E-11

1,2125E-15

30,17 7,8431E+01 2,2549E+01

31,65 7,9032E+01 2,0323E+01

8,9032E-11

1,2881E-15

31,85 8,0556E+01 1,9028E+01

9,5556E-11

1,3594E-15

32,00 8,1707E+01 1,8049E+01

1,0061E-10

1,4134E-15

32,38 8,2609E+01 1,7283E+01

1,0457E-10

1,4554E-15

32,50 8,3333E+01 1,6667E+01

1,0784E-10

1,4892E-15

33,00 8,3929E+01 1,6161E+01

1,1071E-10

1,5179E-15

33,86 8,4426E+01 1,5738E+01

1,1230E-10

1,5410E-15

34,44 9,2400E+01 7,4000E+00

1,0060E-06

4,5013E-11

177

Bảng 15. Độ tin cậy của đập tràn số 1

Xác suất của các sự cố phá hoại đập tràn số 1

TT

H

(

Xác suất sự cố của đập tràn số 1 tran 1 scP )

ĐTC của đập tràn số 1 tran 1 atP ) (

Tràn bị trượt

Tràn bị lật

1,0000E+00

4,2100E-10

3,35E-23

28,17

4,21E-10

1,0000E+00

4,3000E-10

5,34E-23

28,41

4,30E-10

1,0000E+00

4,3900E-10

7,33E-23

29,39

4,39E-10

1,0000E+00

4,4800E-10

9,32E-23

30,17

4,48E-10

1,0000E+00

4,5700E-10

1,13E-22

31,65

4,57E-10

1,0000E+00

4,6600E-10

1,33E-22

31,85

4,66E-10

1,0000E+00

4,7500E-10

1,53E-22

32,00

4,75E-10

1,0000E+00

4,8400E-10

1,73E-22

32,38

4,84E-10

1,0000E+00

4,9300E-10

1,93E-22

32,50

4,93E-10

1,0000E+00

5,0200E-10

2,13E-22

33,00

5,02E-10

1,0000E+00

5,1100E-10

2,33E-22

33,86

5,11E-10

1,0000E+00

5,2000E-10

3,09E-22

34,44

5,20E-10

Bảng 16. Độ tin cậy của đập tràn số 2

Xác suất của các sự cố phá hoại đập tràn số 2

TT

H

(

ĐTC của đập tràn số 2 tran ) (

)

Xác suất sự cố của đập tràn số 2 tran scP

atP

Tràn bị trượt

Tràn bị lật

1,0000E+00

3,51996E-12

3,52E-12

3,35E-23

28,17

1,0000E+00

3,53995E-12

3,54E-12

5,34E-23

28,41

1,0000E+00

3,59002E-12

3,59E-12

7,33E-23

29,39

1,0000E+00

3,62999E-12

3,63E-12

9,32E-23

30,17

1,0000E+00

3,71003E-12

3,71E-12

1,13E-22

31,65

1,0000E+00

3,72002E-12

3,72E-12

1,33E-22

31,85

1,0000E+00

3,73002E-12

3,73E-12

1,53E-22

32,00

1,0000E+00

3,75000E-12

3,75E-12

1,73E-22

32,38

1,0000E+00

3,75999E-12

3,76E-12

1,93E-22

32,50

1,0000E+00

3,78997E-12

3,79E-12

2,13E-22

33,00

1,0000E+00

3,80995E-12

3,81E-12

2,33E-22

33,86

1,0000E+00

3,86002E-12

3,86E-12

3,09E-22

34,44

178

Bảng 17. Độ tin cậy của đập tràn số 3

Xác suất của các sự cố phá hoại đập tràn số 3

TT

H

(

Xác suất sự cố của đập tràn số 3 tran 3 scP )

ĐTC của đập tràn số 3 tran 3 atP ) (

Tràn bị trượt

Tràn bị lật

1,0000E+00

1,2500E-12

28,17

1,25E-12

3,61E-23

1,0000E+00

1,3400E-12

28,41

1,34E-12

4,51E-23

1,0000E+00

1,4300E-12

29,39

1,43E-12

5,41E-23

1,0000E+00

1,5200E-12

30,17

1,52E-12

6,31E-23

1,0000E+00

1,6100E-12

31,65

1,61E-12

7,21E-23

1,0000E+00

1,6500E-12

31,85

1,65E-12

8,11E-23

1,0000E+00

1,7200E-12

32,00

1,72E-12

9,01E-23

1,0000E+00

1,8801E-12

32,38

1,88E-12

9,91E-23

1,0000E+00

1,9100E-12

32,50

1,91E-12

1,08E-22

1,0000E+00

2,0600E-12

33,00

2,06E-12

1,17E-22

1,0000E+00

3,1500E-12

33,86

3,15E-12

1,26E-22

1,0000E+00

3,4600E-12

34,44

3,46E-12

3,09E-22

Bảng 18. Độ tin cậy của cống Nam

Xác suất của các sự cố phá hoại cống Nam

TT

H

)

(

ĐTC của cống Nam congNam atP

Thấm dọc theo mang cống ngầm

Thân cống không đủ khả năng chịu lực

9,99991E-01

28,17

2,93E-22

9,12E-06

9,99921E-01

28,41

8,32E-20

7,89E-05

9,99851E-01

29,39

1,66E-19

1,49E-04

9,99782E-01

30,17

2,49E-18

2,18E-04

9,99712E-01

31,65

3,32E-16

2,88E-04

9,99642E-01

31,85

4,15E-15

3,58E-04

9,99572E-01

32,00

4,98E-13

4,28E-04

9,99502E-01

32,38

5,81E-12

4,98E-04

9,99433E-01

32,50

6,64E-11

5,67E-04

9,99363E-01

33,00

7,46E-10

6,37E-04

9,99293E-01

33,86

8,29E-08

7,07E-04

9,99214E-01

34,44

9,12E-06

7,77E-04

179

Bảng 19. Độ tin cậy của cống Bắc

Xác suất của các sự cố phá hoại cống Bắc

TT

H

ĐTC của cống Bắc congBac

)

(

atP

Thấm dọc theo mang cống ngầm

Thân cống không đủ khả năng chịu lực

9,9991E-01

28,17

2,49E-20

9,12E-05

9,9990E-01

28,41

5,12E-18

9,89E-05

9,9989E-01

29,39

9,99E-16

1,07E-04

9,9989E-01

30,17

1,49E-15

1,14E-04

9,9988E-01

31,65

1,97E-14

1,22E-04

9,9987E-01

31,85

2,46E-13

1,30E-04

9,9986E-01

32,00

2,95E-12

1,37E-04

9,9985E-01

32,38

3,43E-11

1,45E-04

9,9985E-01

32,50

3,92E-09

1,53E-04

9,9984E-01

33,00

4,41E-08

1,60E-04

9,9983E-01

33,86

4,90E-07

1,68E-04

9,9982E-01

34,44

5,38E-06

1,76E-04

Bảng 20. Độ tin cậy của cống Dương Lâm

Xác suất của các sự cố phá hoại cống Dương Lâm

TT

H

ĐTC của cống Dương Lâm ) ( congduonglam atP

Thấm dọc theo mang cống ngầm

Không đủ khả năng chịu lực

28,17

9,9994E-01

3,25E-15

6,42E-05

28,41

9,9990E-01

8,32E-14

9,89E-05

29,39

9,9987E-01

1,63E-11

1,34E-04

30,17

9,9983E-01

2,43E-10

1,68E-04

31,65

9,9980E-01

3,23E-09

2,03E-04

31,85

9,9976E-01

6,22E-09

2,38E-04

32,00

9,9973E-01

9,21E-09

2,72E-04

32,38

9,9969E-01

1,22E-08

3,07E-04

32,50

9,9966E-01

6,43E-07

3,42E-04

33,00

9,9962E-01

1,27E-06

3,76E-04

33,86

9,9959E-01

1,90E-06

4,11E-04

34,44

9,9955E-01

2,53E-06

4,46E-04

180

DuongLam

tran

congnam

congduonglam

dapchinh

Bảng 21. Xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa Phú Ninh - Quảng Nam

TT

Z

;

atP

tran 1 atP

atP

tran 3 atP

atP

congbac atP

atP

HT atP

atP

TuYen atP

LongSon 1 P ; at LongSon P at LongSon 3 P at

9,9882E-01

9,9979E-01

9,9986E-01

1,00E+00

1,0000E+00 9,9991E-01

9,9994E-01

9,9672E-01

28,17 9,9882E-01

9,9861E-01

9,9969E-01

9,9973E-01

1,00E+00

9,9999E-01

9,9990E-01

9,9532E-01

28,41 9,9811E-01

9,9806E-01

9,9959E-01

9,9961E-01

1,00E+00

9,9998E-01

9,9989E-01

9,9987E-01

9,9339E-01

29,39 9,9719E-01

9,9754E-01

9,9949E-01

1,00E+00

9,9998E-01

9,9989E-01

9,9983E-01

9,9106E-01

30,17 9,9584E-01

9,9706E-01

9,9938E-01

9,9937E-01

1,00E+00

9,9997E-01

9,9988E-01

9,9980E-01

9,8868E-01

31,65 9,9442E-01

9,9671E-01

9,9928E-01

9,9924E-01

1,00E+00

9,9996E-01

9,9987E-01

9,9976E-01

9,8750E-01

31,85 9,9406E-01

9,9660E-01

9,9918E-01

9,9912E-01

1,00E+00

9,9995E-01

9,9986E-01

9,9973E-01

9,8654E-01

32,00 9,9367E-01

9,9605E-01

9,9908E-01

9,9900E-01

1,00E+00

9,9995E-01

9,9985E-01

9,9969E-01

9,8477E-01

32,38 9,9290E-01

9,9564E-01

9,9898E-01

9,9887E-01

1,00E+00

9,9994E-01

9,9985E-01

9,9966E-01

9,8336E-01

32,50 9,9236E-01

9,9537E-01

9,9888E-01

9,9875E-01

1,00E+00

9,9993E-01

9,9984E-01

9,9962E-01

9,7204E-01

10 33,00 9,8996E-01

9,6662E-01

9,9878E-01

9,9863E-01

1,00E+00

9,9992E-01

9,9983E-01

9,9959E-01

9,2285E-01

11 33,86 9,6017E-01

9,5270E-01

9,9868E-01

9,9850E-01

1,00E+00

9,9991E-01

9,9982E-01

9,9955E-01

8,9344E-01

12 34,44 9,4362E-01

181

Đập chính %

Cống Bắc %

Đập phụ Tứ Yên %

Cống Nam %

Đập tràn số 1 %

Đập tràn số 2 %

Đập tràn số 3 %

Đập phụ Long Sơn 1, 2, 3 %

Đập phụ Dương Lâm %

Cống Dương Lâm %

28,17

3,5941E+01

3,5970E+01 6,4014E+00 4,2676E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0000E+00 2,7800E+00 1,9570E+00

28,41

4,0429E+01

2,9681E+01 6,6196E+00 5,7654E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00

2,1354E-01

2,1119E+00 2,1119E+00

29,39

4,2449E+01

2,9341E+01 6,2010E+00 5,8985E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00

3,0249E-01

1,6183E+00 2,0267E+00

30,17

4,6590E+01

2,7521E+01 5,7057E+00 5,7057E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00

2,2375E-01

1,2754E+00 1,8795E+00

31,65

4,9293E+01

2,5967E+01 5,4760E+00 5,5643E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00

2,6497E-01

1,0775E+00 1,7930E+00

31,85

4,7500E+01

2,6316E+01 5,7592E+00 6,0792E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00

3,1996E-01

1,0399E+00 1,9038E+00

32,00

4,6998E+01

2,5257E+01 6,0914E+00 6,5371E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00

3,7143E-01

1,0177E+00 2,0206E+00

32,38

4,6634E+01

2,5929E+01 6,0391E+00 6,5643E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00

3,2821E-01

9,5182E-01

2,0153E+00

32,50

4,5882E+01

2,6197E+01 6,1288E+00 6,7897E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00

3,6052E-01

9,1934E-01

2,0588E+00

33,00

4,6499E+01

3,5769E+01 4,0061E+00 4,4711E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00

2,5038E-01

5,7246E-01

1,3494E+00

33,86

5,1626E+01

4,3266E+01 1,5813E+00 1,7757E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00

1,0369E-01

2,1839E-01

5,3518E-01

34,44

5,2912E+01

4,4390E+01 1,2388E+00 1,4077E+00 0,0E+00 0,0E+00 0,0E+00

8,4463E-02

1,7022E-01

4,2093E-01

Bảng 22. Ảnh hưởng của các công trình đến độ tin cậy của đầu mối hồ chứa Phú Ninh - Quảng Nam

182

Bảng 23. Hệ số an toàn mái hạ lưu (Kat ) được chuyển đổi từ LTĐTC và phương pháp hệ số an toàn (HSAT)

Đập chính

Đập Tứ Yên

Đập Long Sơn

Đập Dương Lâm

TT

Z

LTĐTC HSAT LTĐTC HSAT LTĐTC HSAT LTĐTC HSAT

28,17

1,384

1,452

1,485

1,375

1,569

1,382

1,582

1,509

28,41

1,382

1,450

1,482

1,372

1,565

1,38

1,578

1,498

29,39

1,381

1,444

1,462

1,37

1,547

1,378

1,563

1,485

30,17

1,378

1,432

1,441

1,366

1,532

1,375

1,549

1,460

31,65

1,377

1,413

1,42

1,365

1,497

1,372

1,415

1,429

31,85

1,375

1,411

1,395

1,363

1,493

1,371

1,510

1,403

32,00

1,370

1,407

1,382

1,390

1,362

1,488

1,368

1,505

32,38

1,367

1,402

1,364

1,361

1,478

1,365

1,494

1,378

32,5

1,364

1,400

1,357

1,358

1,475

1,363

1,490

1,366

33,00

1,36

1,396

1,355

1,356

1,460

1,36

1,474

1,359

33,86

1,357

1,383

1,352

1,354

1,432

1,357

1,442

1,356

34,44

1,354

1,376

1,351

1,354

1,351

1,412

1,355

1,417

Bảng 24. Hệ số an toàn trượt và lật của các đập tràn được chuyển đổi từ LTĐTC và phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH),

Đập tràn số 1

Đập tràn số 2

Đập tràn số 3

TT

Z

Ngưỡng tràn bị trượt

Ngưỡng tràn bị lật

Ngưỡng tràn bị trượt

Ngưỡng tràn bị lật

Ngưỡng tràn bị trượt

Ngưỡng tràn bị lật

LTĐTC TTGH LTĐTC TTGH LTĐTC TTGH LTĐTC TTGH LTĐTC TTGH LTĐTC TTGH

28,17

3,49

5,34

4,95

6,95

3,5

6,25

5,25

9,85

3,65

7,57

5,233

10,19

28,41

3,45

5,18

4,88

6,77

3,47

6,05

5,23

9,84

3,64

7,5

5,197

10,09

29,39

3,42

5,02

4,81

6,59

3,45

5,87

5,21

9,83

3,62

7,22

5,161

9,72

30,17

3,35

4,86

4,73

6,41

3,43

5,64

5,2

9,82

3,61

7,01

5,125

9,45

31,65

3,33

4,7

3,6

6,63

5,09

8,96

4,67

6,23

3,41

5,41

5,18

9,81

31,85

3,28

4,54

4,61

6,05

3,39

5,27

5,16

9,8

3,59

6,58

5,056

8,9

32,00

3,24

4,38

4,53

5,87

3,36

5,13

5,14

9,79

3,58

6,55

5,022

8,85

32,38

3,2

4,22

4,46

5,69

3,35

4,76

5,13

9,78

3,57

6,46

4,988

8,74

32,50

3,16

4,06

4,39

5,51

3,33

4,65

5,11

9,77

3,56

6,43

4,955

8,7

10 33,00

3,12

3,9

4,32

5,33

3,31

4,52

5,09

9,76

3,55

6,32

4,922

8,55

11 33,86

3,08

3,74

4,25

5,15

3,29

4,25

5,07

9,75

3,53

6,14

4,89

8,31

12 34,44

3,01

3,58

4,18

4,97

3,27

4,05

4,87

9,63

3,52

6,02

4,858

8,15

183

Bảng 25. Xác suất an toàn của đập chính (Pat) tính theo LTĐTC cấp độ II và cấp độ

III

Pat cấp độ II

Pat cấp độ III

28,17

9,9944E-01

9,9935E-01

28,41

9,9877E-01

9,9875E-01

29,39

9,9848E-01

9,9817E-01

30,17

9,9799E-01

9,9777E-01

31,65

9,9762E-01

9,9346E-01

31,85

9,9735E-01

9,9235E-01

32,00

9,9731E-01

9,9002E-01

32,38

9,9184E-01

9,8020E-01

32,50

9,8930E-01

9,7880E-01

33,00

9,7740E-01

9,6340E-01

33,86

9,5790E-01

9,3830E-01

34,44

9,5420E-01

9,3380E-01

184

PHỤ LỤC 3. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM SYPRO2016

A) Hướng dẫn tính xác suất an toàn của hệ thống đầu mối hồ chứa theo cấp độ II

a) Vẽ sơ đồ cây sự cố của hệ thống đầu mối (giao diện hình 3-11).

Nhập các thông tin như tên (ID) và mô tả về: hệ thống, từng công trình, các cơ chế sự

cố có thể xảy ra với các công trình. Lựa chọn các liên kết theo cổng “hoặc”, cổng “và”.

b) Tính xác suất an toàn cho từng cơ chế sự cố của công trình

- Nhập hàm tin cậy: Các hàm tin cậy được copy rồi dán vào hộp giao diện hoặc được

viết trực tiếp vào trong giao diện hình 3-12, đây cũng là giao diện tính độ tin cậy cho

từng sự cố của công trình.

- Khai báo thông tin về các biến ngẫu nhiên trong hàm tin cậy. Nếu các biến đã biết

)

trước luật phân bố xác suất và các đặc trưng thống kê (

thì nhập vào giao diện hình

,ms

52a. Nếu các biến ngẫu nhiên được thể hiện dưới dạng các liệt số liệu thì được nhập

vào giao diện hình 52b.

- Nhấn nút Calculate trên giao diện hình 3-12: Kết quả hiển thị là xác suất sự cố và chỉ số độ tin cậy (

của cơ chế sự cố đó, mức độ ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên

(hình 53) và giá trị điểm thiết kế cuối cùng (hình 54). Kết quả tính toán được lưu lại

dưới dạng file: *.fun.

- Kết quả xác suất sự cố trên giao diện hình 3-12 sẽ được hiển thị trên giao diện chính

là hình 3-11 và được lưu dưới dạng file *.evt.

c) Tính xác suất an toàn của hệ thống

Dùng công cụ: Analysis trên giao diện chính (hình 3-11) để phân tích các thông tin về

cây sự cố. Công cụ Report thể hiện các báo cáo kết quả về độ tin cậy của hệ thống và

mức độ ảnh hưởng của từng công trình đến sự cố hệ thống.

185

Phụ lục 3.1 Hướng dẫn sử dụng phần mềm SYPRO2016

)

a) Giao diện nhập thông tin (

,ms

b) Giao diện nhập liệt số liệu về các BNN

về các BNN

Hình 52. Giao diện nhập thông tin về các biến ngẫu nhiên

Hình 53. Giao diện mức độ ảnh hưởng

Hình 54. Giao diện thể hiện giá trị của

của các BNN đến xác suất xảy ra sự cố

B) Hướng dẫn tính xác suất an toàn của công trình theo cấp độ III

- Nhập hàm tin cậy vào giao diện như hình 3-13.

- Khai báo thông tin về các biến ngẫu nhiên của hàm dưới dạng các liệt số quan sát

như giao diện hình 52b.

- Chọn nút Testing and Calculate trên giao diện hình 3-13 sẽ cho kết quả tính xác suất

sự cố của công trình.

186

điểm thiết kế cuối cùng

Phụ lục 3.2 Các bước tính xác suất an toàn của các công trình đầu mối hồ chứa

1) Đặt bài toán

Cho một đầu mối hồ chứa nước gồm các hạng mục công trình như: đập đất, tràn xả lũ,

cống ngầm, …, được liên kết nối tiếp với nhau trong cùng một hệ thống. Yêu cầu:

Tính độ tin cậy an toàn của đầu mối hồ chứa nước.

2) Chuẩn bị các số liệu đầu vào

Các số liệu tại thời điểm tính toán về công trình có thể là các biến ngẫu nhiên hoặc giá

trị tất định gồm: kích thước công trình, các mực nước, các chỉ tiêu cơ lý lực học của

thủy lợi bằng phần mềm SYPRO2016

Các biến ngẫu nhiên có thể được chuẩn bị dưới dạng các chuỗi số liệu hoặc tiến hành

xử lý thống kê tìm luật phân bố xác suất và các đặc trưng thống kê. Nếu là các giá trị

tất định thể hiện là các giá trị trung bình của biến.

3) Lập các hàm tin cậy

Hàm tin cậy được lập căn cứ vào các cơ chế sự cố có thể xảy ra với công trình. Các

hàm tin cậy có thể tham khảo trong mục 3.2.2.

4) Tính độ tin cậy của hệ thống theo cấp độ II

Bước 1: Mô phỏng hệ thống bằng giao diện hình 3-11.

Xác định mối liên kết (hoặc, và) giữa các cơ chế sự cố với các phần tử công trình trong

hệ thống. Vẽ sơ đồ cây sự cố.

Bước 2: Tính độ tin cậy của từng công trình:

Nhập hàm tin cậy tương ứng với từng cơ chế sự cố, giao diện hình 3-12.

Khai báo các biến ngẫu nhiên trong hàm tin cậy trên giao diện hình 52a hoặc hình 52b.

Tính độ tin cậy công trình: kết quả thể hiện là xác suất sự cố và chỉ số tin cậy trên giao

diện hình 3-12.

Bước 3: Tính độ tin cậy hệ thống công trình

187

đất đá và vật liệu xây dựng, các lực phân bố, các lực tập trung.

Tính xác suất sự cố hệ thống, tính mức độ ảnh hưởng của các sự cố công trình thành

phần đến sự cố hệ thống.

5) Tính độ tin cậy công trình theo cấp độ III

Bước 1: Nhập hàm tin cậy vào giao diện hình 3-13.

Bước 2: Khai báo các biến ngẫu nhiên trong hàm tin cậy trên giao diện hình 52b.

Bước 3: Tính độ tin cậy của công trình: kết quả thể hiện là xác suất sự cố của công

trình trên giao diện hình 3-13.

6) Phân tích kết quả

So sánh độ tin cậy của hệ thống với các tiêu chuẩn về độ tin cậy cho phép của nước

ngoài và đưa ra các kết luận về mức độ an toàn của hệ thống. Xây dựng mối liên hệ

giữa hệ số an toàn và chỉ số tin cậy để kết luận theo các tiêu chuẩn Việt Nam.

Phân tích độ tin cậy của các công trình và mối liên hệ của các công trình trong hệ

thống để biết mức độ ảnh hưởng của chúng đến độ tin cậy hệ thống trên cơ sở đó đề ra

các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho toàn hệ thống.

Phân tích sự ảnh hưởng của các biến đầu vào đến độ tin cậy của công trình, nhấn mạnh

tầm quan trọng của các biến có mức ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy công trình.

188

PHỤ LỤC 4. CODE PHẦN MỀM SYPRO2016

a) Độ tin cậy cho từng cơ chế sự cố

public class TaylorExpansion { static double Miu; static double Xechma; static double Beta; static String[][] Alpha; static String[][] X; static String[][] dX; static String[][] BNN; public static void Calculate(Items item) {ArrayList arrVar = (ArrayList)item,var; int count = 0; boolean isNormal; int[] index = new int[arrVar,size()]; for (int i = 0; i < arrVar,size(); i++) {FTAVariables tmpVar = (FTAVariables)arrVar,get(i); isNormal = tmpVar,isIsNormal(); if (isNormal) {index[count] = i; count++; }} X = new String[count][2]; int j = 0; for (int i = 0; i < count; i++ { FTAVariables tmpVar = (FTAVariables)arrVar,get(index[i]); X[i][0] = tmpVar,getVar(); X[i][1] = String,valueOf(tmpVar,getMiu());} dX = new String[count][2]; j = 0; BinaryTreeNode treeNode = new BinaryTreeNode(); ExpNode exp = treeNode,expressionTree(item); for (int i = 0; i < count; i++) { ExpNode tmp = exp; FTAVariables tmpVar = (FTAVariables)arrVar,get(index[i]); dX[i][0] = tmpVar,getVar(); dX[i][1] = Derivative,Calculate(tmp, tmpVar,getVar()); } Alpha = new String[count][2]; CommonCalculator cal = new CommonCalculator(); boolean check; int dem = 0; String[][] tmpX = new String[count][2]; do { double Z = 0; double dZ = 0; Miu = 0; Xechma = 0; Beta = 0; check = false; for (int i = 0; i < count; i++) { tmpX[i][0] = X[i][0]; tmpX[i][1] = X[i][1]; } Z = cal,calPostfixValue(item,Postfix, X); double sumdX = 0; for (int i = 0; i < count; i++) { String var = dX[i][0]; String postfix = dX[i][1];

189

Phụ lục 4.1 Xác suất an toàn của hệ thống theo LTĐTC cấp độ II

double a = cal,calPostfixValue(postfix, X); FTAVariables tmpVar = (FTAVariables)arrVar,get(index[i]); sumdX += Math,pow(a * tmpVar,getXechMa(), 2); double b = (tmpVar,getMiu() - Double,parseDouble(X[i][1])); dZ = dZ + (a * b); } Miu = Z + dZ; Xechma = Math,sqrt(sumdX); Beta = Miu / Xechma; for (int i = 0; i < count; i++) { String postfix = dX[i][1]; double a = cal,calPostfixValue(postfix, X); FTAVariables tmpVar = (FTAVariables)arrVar,get(index[i]); Alpha[i][0] = tmpVar,getVar(); double b = -(a * tmpVar,getXechMa() / Xechma); Alpha[i][1] = String,valueOf(b);} for (int i = 0; i < count; i++) { FTAVariables tmpVar = (FTAVariables)arrVar,get(index[i]); double tmp = tmpVar,getMiu() + Double,parseDouble(Alpha[i][1]) * Beta * tmpVar,getXechMa(); X[i][1] = String,valueOf(tmp);} for (int i = 0; i < count; i++) { double a = Double,parseDouble(X[i][1]); double b = Double,parseDouble(tmpX[i][1]); if (Math,abs(a - b) > 0,000001) { check = true; break; } } dem++; if (dem > 100000) break; } while (check);

BNN = new String[Alpha,length][2]; for (int i = 0; i < BNN,length; i++) { BNN[i][0] = Alpha[i][0]; double value = Double,parseDouble(Alpha[i][1]); BNN[i][1] = String,valueOf(Math,pow(value, 2) * 100);} item,XechMa = Xechma; item,Miu = Miu; item,Beta = Beta; item,Alpha = Alpha; item,X = X; item,BNN = BNN; item,XacSuat = CalculateIntegral(); } public static double CalculateIntegral() { int a = 0; int b = 100; int n = 500; double h; double S = 0; double oldS = 0; double x; double tmpValue = Double,MAX_VALUE; double fx = 0; double fxh = 0; double fx2h = 0; int count = 0; DecimalFormat myFormatter = new DecimalFormat("###,####"); while (true) { S = 0; h = (b - a) * 1,0 / (2 * n); for (int i = 0; i < n; i++) { x = a + 2 * i * h;

190

fx = Xechma != 0 ? 1 / (Xechma * Math,sqrt(2 * Math,PI)) * Math,pow(Math,E, -1,0 / 2 * Math,pow(((x - Miu) / Xechma), 2)) : 0; fxh = Xechma != 0 ? 1 / (Xechma * Math,sqrt(2 * Math,PI)) * Math,pow(Math,E, -1,0 / 2 * Math,pow(((x + h - Miu) / Xechma), 2)) : 0; fx2h = Xechma != 0 ? 1 / (Xechma * Math,sqrt(2 * Math,PI)) * Math,pow(Math,E, -1,0 / 2 * Math,pow(((x + 2 * h - Miu) / Xechma), 2)) : 0; S = S + fx + 4 * fxh + fx2h;} S = h * S / 3; oldS += S; if (Math,abs(tmpValue - oldS) <= 0,000001) {break;} else { a = b; b = b + 100; tmpValue = oldS;} count++; if (count > 1000) break;} return oldS;} public class ParamFrame extends JFrame { ImageIcon windowIcon; JTextArea txtFunction; JTextArea txtID; JTextArea txtVariables; JButton btnApply; JButton btnModifyVariables; JRadioButton radInputSerial; JRadioButton radInputStatistic; JLabel lblResult, lblBeta; JButton btnModifyStatistic; JButton btnCalculate; JButton btnFinish; double Proba; String equation; private ArrayList Vars; Stack _operator, _operand; InfixToPostfix _utility; String _infix, _postfix; private Items item; String _ID; FTAVariables newVar; private ArrayList arrVar; CommonCalculator comCal; TableModel mytable; PEDFrame ped; JMenuBar menuBar; JMenu menu, submenu, menuReport; JMenuItem menuItem; int LEVEL = 2; boolean checkCalculate = false; public void InitComponent() { _operator = new Stack(); _operand = new Stack(); _utility = new InfixToPostfix(); _infix = ""; _postfix = ""; newVar = new FTAVariables(); arrVar = new ArrayList(); comCal = new CommonCalculator(); setItem(new Items());} public ParamFrame(PEDFrame _ped) {try

191

{ UIManager,setLookAndFeel(UIManager,getSystemLookAndFeelClassName());} catch (Exception ex) ped = _ped; _ID = ped,getID(); setSize(697, 360); setLocation(50, 50); setWindowTitle(_ID); setResizable(false); setLocationRelativeTo(null); menuBar = new JMenuBar(); menu = new JMenu("File"); menuBar,add(menu); menuItem = new JMenuItem("Save", KeyEvent,VK_S); menuItem,addActionListener(new ActionListener() {public void actionPerformed(ActionEvent actionEvent)

{MenuItemSave_Clicked(); }});

menu,add(menuItem); menuItem = new JMenuItem("Open", KeyEvent,VK_O); menuItem,addActionListener(new ActionListener() { public void actionPerformed(ActionEvent actionEvent) { MenuItemOpen_Clicked();} }); menu,add(menuItem); menuReport = new JMenu("Report"); menuBar,add(menuReport); menuItem = new JMenuItem("Assess variables", KeyEvent,VK_O); menuItem,addActionListener(new ActionListener() {public void actionPerformed(ActionEvent actionEvent) {MenuItemAssessVariable_Clicked();} }); menuItem = new JMenuItem("The statistic features", KeyEvent,VK_O); menuItem,addActionListener(new ActionListener() {public void actionPerformed(ActionEvent actionEvent) {MenuItemStatisticFeature_Clicked();} }); menuReport,add(menuItem); menuItem = new JMenuItem("The effective factors", KeyEvent,VK_O); menuItem,addActionListener(new ActionListener() {public void actionPerformed(ActionEvent actionEvent) { MenuItemEffectFactor_Clicked();} }); menuReport,add(menuItem); menuItem = new JMenuItem("The diagram of factors", KeyEvent,VK_O); menuItem,addActionListener(new ActionListener() {public void actionPerformed(ActionEvent actionEvent) {MenuItemEffectDiagram_Clicked();} }); menuReport,add(menuItem); menuItem = new JMenuItem("The points of design", KeyEvent,VK_O); menuItem,addActionListener(new ActionListener() {public void actionPerformed(ActionEvent actionEvent) {MenuItemDesignPoint_Clicked();} }); menuReport,add(menuItem); menuItem = new JMenuItem("The result of Z function", KeyEvent,VK_O); menuItem,addActionListener(new ActionListener() {public void actionPerformed(ActionEvent actionEvent) {MenuItemResultFunction_Clicked();} }); menuReport,add(menuItem); menu = new JMenu("Testing"); menuItem = new JMenuItem("Variable testing", KeyEvent,VK_O); menuItem,addActionListener(new ActionListener() {public void actionPerformed(ActionEvent actionEvent) {MenuItemTesting_Clicked();} }); menu,add(menuItem); this,setJMenuBar(menuBar); windowIcon = FTAUtilities,loadImageIcon("PEDsmall,gif"); setIconImage(windowIcon,getImage());

192

inforPanel,setBorder(BorderFactory,createTitledBorder(""));

inputVarPanel,setBorder(BorderFactory,createTitledBorder("The value of the

this,addWindowListener(new WindowAdapter() {public void windowClosing(WindowEvent e) this,getContentPane(),setLayout(null); Container c = getContentPane(); Border thickBorder = new LineBorder(Color,WHITE, 12); JPanel inforPanel = new JPanel(); inforPanel,setLayout(null); inforPanel,setBounds(0, 4, 680, 185); JLabel lblID = new JLabel(); lblID,setText("ID of component"); lblID,setBounds(13, 11, 113, 16); txtID = new JTextArea(); txtID,setBounds(132,11, 103, 20); txtID,setEditable(false); txtID,setText(_ID); JLabel lblFunction = new JLabel("Function of component"); lblFunction,setBounds(7, 43, 113, 16); txtFunction = new JTextArea(); txtFunction,setBounds(132, 35, 355, 113); txtFunction,setLineWrap(true); txtFunction,setWrapStyleWord(true); JLabel lblVariables = new JLabel("Information of variables"); lblVariables,setBounds(496, 11, 116, 16); txtVariables = new JTextArea(); txtVariables,setBounds(499, 35, 173, 113); txtVariables,setLineWrap(true); txtVariables,setWrapStyleWord(true); txtVariables,setEditable(false); btnApply = new JButton("Apply"); btnApply,setBounds(228, 151, 86, 23); btnApply,setBorder(BorderFactory,createLineBorder(Color,black)); btnApply,addActionListener(new ActionListener() {public void actionPerformed(ActionEvent e) {btnApply_Clicked();} }); JScrollPane scroll = new JScrollPane(txtVariables, JScrollPane,VERTICAL_SCROLLBAR_ALWAYS, JScrollPane,HORIZONTAL_SCROLLBAR_ALWAYS); scroll,setBounds(499, 35, 100, 50); btnModifyVariables = new JButton("Modify type of variables"); btnModifyVariables,setBounds(521, 151, 137, 23); btnModifyVariables,setBorder(BorderFactory,createLineBorder(Color,black)); btnModifyVariables,addActionListener(new ActionListener() {public void actionPerformed(ActionEvent e) {btnModifyVariables_Clicked();} }); inforPanel,add(lblID); inforPanel,add(txtID); inforPanel,add(lblFunction); inforPanel,add(txtFunction); inforPanel,add(lblVariables); inforPanel,add(txtVariables); inforPanel,add(btnApply); inforPanel,add(btnModifyVariables); inforPanel,add(scroll); JPanel inputVarPanel = new JPanel(); inputVarPanel,setLayout(null); serial variables")); inputVarPanel,setBounds(0, 190, 263, 60); radInputSerial = new JRadioButton("Enter the value of every variables"); radInputSerial,setBounds(13,20,200,17); radInputSerial,setSelected(true);

193

resultPanel,setBorder(BorderFactory,createTitledBorder("Result report"));

radInputSerial,addActionListener(new ActionListener() {public void actionPerformed(ActionEvent e) {radInputSerialValueOfVarible();}}); radInputStatistic = new JRadioButton("Enter the statistic speciality of every variables"); radInputStatistic,setBounds(13,38,245,17); radInputStatistic,setSelected(true); radInputStatistic,addActionListener(new ActionListener() {public void actionPerformed(ActionEvent e) {radInputStatistic_Checked();}}); ButtonGroup group = new ButtonGroup(); group,add(radInputSerial); group,add(radInputStatistic); inputVarPanel,add(radInputSerial); inputVarPanel,add(radInputStatistic); JPanel resultPanel = new JPanel(); resultPanel,setLayout(null); resultPanel,setBounds(263, 190, 415, 60); lblResult = new JLabel("Probability of the failure: "); lblResult,setFont(new Font("Serif", Font,BOLD, 14)); lblResult,setBounds(26,15,250,16); lblBeta = new JLabel("The value of Beta: "); lblBeta,setFont(new Font("Serif", Font,BOLD, 14)); lblBeta,setBounds(26,30,250,16); resultPanel,add(lblResult); resultPanel,add(lblBeta); btnModifyStatistic = new JButton("Modify the value of the statictic speciality"); btnModifyStatistic,setBounds(18, 261, 223, 23); btnModifyStatistic,setBorder(BorderFactory,createLineBorder(Color,black)); btnModifyStatistic,addActionListener(new ActionListener() {public void actionPerformed(ActionEvent e) {radInputStatistic_Checked();}}); btnCalculate = new JButton("Calculate"); btnCalculate,setBounds(321, 261, 119, 23); btnCalculate,setBorder(BorderFactory,createLineBorder(Color,black)); btnCalculate,addActionListener(new ActionListener() {public void actionPerformed(ActionEvent e) {calculateProbability();} }); btnFinish = new JButton("Finish"); btnFinish,setBounds(545, 261, 119, 23); btnFinish,setBorder(BorderFactory,createLineBorder(Color,black)); btnFinish,addActionListener(new ActionListener() {public void actionPerformed(ActionEvent e) {finishCalculate();}}); c,add(inforPanel); c,add(inputVarPanel); c,add(resultPanel); c,add(btnCalculate); c,add(btnFinish); InitComponent();} private void MenuItemTesting_Clicked() {JDialogSerialOfVariable dialog = new JDialogSerialOfVariable(item); dialog,setLEVEL(3); dialog,setVisible(true);} private void MenuItemSave_Clicked() {JFileChooser fileChooser = new JFileChooser(); FTAFileFilter filter = new FTAFileFilter("fun", "Function of Event"); fileChooser,setFileFilter(filter); fileChooser,setCurrentDirectory(new File(System,getProperty("user,dir"))); int result;

194

result = fileChooser,showSaveDialog((Component)this,getContentPane()); if (result == JFileChooser,APPROVE_OPTION) {File selectedFile = fileChooser,getSelectedFile(); try {outputStream file = new FileOutputStream(selectedFile + ",fun"); OutputStream buffer = new BufferedOutputStream(file); ObjectOutput output = new ObjectOutputStream(buffer); try {output,writeObject(item);} finally {output,close();}} catch (IOException ex) private void MenuItemOpen_Clicked()

{JFileChooser fileChooser = new JFileChooser();

FTAFileFilter filter = new FTAFileFilter("fun", "Function of Event"); fileChooser,setFileFilter(filter); fileChooser,setCurrentDirectory(new File(System,getProperty("user,dir"))); int result; result = fileChooser,showOpenDialog((Component)this,getContentPane()); if (result == JFileChooser,APPROVE_OPTION) {File selectedFile = fileChooser,getSelectedFile(); try {InputStream file = new FileInputStream(selectedFile); InputStream buffer = new BufferedInputStream(file); ObjectInput input = new ObjectInputStream(buffer); try {item = (Items)input,readObject(); setReturnData(item);} catch (ClassNotFoundException ex) input,close(); file,close();} catch (IOException e) public void setReturnData(Items item) {txtFunction,setText(item,Infix); arrVar = item,var; DecimalFormat myFormatter = new DecimalFormat("###,####"); lblResult,setText("Probability of the failure: " + myFormatter,format(1 - getItem(),XacSuat)); lblBeta,setText("The value of Beta: " + myFormatter,format(item,Beta)); setComboVariable(); setModel_tblDesingPoint(); setModel_tblEffectFactor(); setModel_tblEffectFactorPercentage(); setModel_tblResult();} private void MenuItemAssessVariable_Clicked() {JDialogAssessVariables dialog = new JDialogAssessVariables(item); dialog,setVisible(true);} private void MenuItemStatisticFeature_Clicked() { if(checkCalculate) {JDialogStatisticOfFeatures dialog = new JDialogStatisticOfFeatures(item); dialog,setVisible(true);} else JOptionPane,showMessageDialog(null, "There is no result, Calculate the function, please", "Message", JOptionPane,INFORMATION_MESSAGE);} private void MenuItemEffectFactor_Clicked() {if(checkCalculate) {JDialogFactorsOfEffect dialog = new JDialogFactorsOfEffect(item); dialog,setVisible(true);} else JOptionPane,showMessageDialog(null, "There is no result, Calculate the function, please", "Message", JOptionPane,INFORMATION_MESSAGE);} private void MenuItemEffectDiagram_Clicked()

195

{if (checkCalculate) {JDialogDiagramofEffect dialog = new JDialogDiagramofEffect(item); dialog,setVisible(true);} else JOptionPane,showMessageDialog(null, "There is no result, Calculate the function, please", "Message", JOptionPane,INFORMATION_MESSAGE);} private void MenuItemDesignPoint_Clicked() {if (checkCalculate) {JDialogDesignPoint dialog = new JDialogDesignPoint(item); dialog,setVisible(true);} else JOptionPane,showMessageDialog(null, "There is no result, Calculate the function, please", "Message", JOptionPane,INFORMATION_MESSAGE);} private void MenuItemResultFunction_Clicked() {if (checkCalculate) {JDialogResultOfFunction dialog = new JDialogResultOfFunction(item); dialog,setVisible(true);} else JOptionPane,showMessageDialog(null, "There is no result, Calculate the function, please", "Message", JOptionPane,INFORMATION_MESSAGE);} private void radInputSerialValueOfVarible() { JDialogSerialOfVariable dialog = new JDialogSerialOfVariable(item); dialog,setVisible(true);} public void btnApply_Clicked() {if(txtFunction,getText(),equals("")) {JOptionPane,showMessageDialog(null, "Please enter the function of the component", "Message", JOptionPane,INFORMATION_MESSAGE); txtFunction,setFocusable(true); return; } _infix = txtFunction,getText(); _infix = _utility,processToCorrectExpression(_infix); arrVar = new ArrayList(); _postfix = _utility,ConvertInfix2Posfix(_infix, arrVar); if (!_postfix,equals("")) {btnCalculate,setEnabled(true); item,Infix = _infix; item,Postfix = _postfix; item,var = arrVar; FTADefineVariables frame = new FTADefineVariables(this); frame,setLEVEL(LEVEL); frame,setModal(true); frame,setLocationRelativeTo(this); frame,setVisible(true);} else {btnCalculate,setEnabled(false);} checkCalculate = false;} private void btnModifyVariables_Clicked() {if(txtVariables,getText(),equals("")) {JOptionPane,showMessageDialog(null, "Please enter the function of the component then click 'Appliy' button", "Message", JOptionPane,INFORMATION_MESSAGE); txtFunction,setFocusable(true); return;} FTADefineVariables frame = new FTADefineVariables(this); frame,setLEVEL(LEVEL); frame,setModal(true); frame,setLocationRelativeTo(this); frame,setVisible(true);} private void radInputStatistic_Checked() {if (radInputStatistic,isSelected()) {radInputSerial,setSelected(false); if (!txtVariables,getText(),equals("")) {JDialogStatisticSpecific dialog = new JDialogStatisticSpecific(this, true, arrVar);

196

dialog,setLocationRelativeTo(null); dialog,setVisible(true);} else {JOptionPane,showMessageDialog(null, "Please enter the function Z", "Message", JOptionPane,INFORMATION_MESSAGE); radInputSerial,setSelected(true);}} else {radInputSerial,setSelected(true); }} private void calculateProbability() {item,ID = txtID,getText(); if (checkData()) { if (LEVEL == 3) {comCal,calStandardDeviation(arrVar); calculateLEVEL3(arrVar);} else {if (radInputSerial,isSelected()) comCal,calStandardDeviation(arrVar); else item,var = arrVar; DecimalFormat myFormatter = new DecimalFormat("###,######"); setModel_tblResult(); TaylorExpansion,Calculate(getItem()); setModel_tblEffectFactor(); setModel_tblDesingPoint(); setModel_tblEffectFactorPercentage(); lblResult,setText("Probability of the failure: " + myFormatter,format(1 - getItem(),XacSuat)); lblBeta,setText("The value of Beta: " + myFormatter,format(item,Beta)); System,err,println(getItem(),XacSuat); if (Double,isNaN(getItem(),Beta) || Double,isNaN(getItem(),XacSuat)) {JOptionPane,showMessageDialog(null, "Calculation has finished, but the value has not been true,\r\n Please check the value of variables"); } checkCalculate = true; }}} private boolean checkData() {if (txtFunction,getText(),trim(),equals("")) { JOptionPane,showMessageDialog(null, "Please enter the function for this event", "Information", JOptionPane,INFORMATION_MESSAGE); txtFunction,requestFocus(); return false; } if (txtVariables,getText(),trim(),equals("")) {JOptionPane,showMessageDialog(null, "Please choose the type of variables, Click 'Apply'", "Information", JOptionPane,INFORMATION_MESSAGE); btnApply,requestFocus(); return false;} if (arrVar != null) {int index = -1; for (int i = 0; i < arrVar,size(); i++) {FTAVariables tmpVar = (FTAVariables)arrVar,get(i); int length = tmpVar,getLength(); System,err,println("Bien " + ((FTAVariables)arrVar,get(i)),getVar() + " la: " + length); if (length == 0) {index = i; break;}} if (index != -1 && radInputSerial,isSelected()) {JOptionPane,showMessageDialog(null, "Please enter the value of variable: " + ((FTAVariables)arrVar,get(index)),getVar() + ", \r\nclick 'Enter the value of every variable' \r\n OR 'Please enter the statistic speciality of every variable'", "Warning", JOptionPane,WARNING_MESSAGE); radInputSerial,requestFocus(); return false;} else if (index != -1 && radInputStatistic,isSelected())

197

{index = -1; for (int i = 0; i < arrVar,size(); i++) {FTAVariables tmpVar = (FTAVariables)arrVar,get(i); double miu = tmpVar,getMiu(); double xechma = tmpVar,getXechMa(); System,err,println("Bien " + ((FTAVariables)arrVar,get(i)),getVar() + " miu: " + miu + " \r\n xechma: " + xechma); if (miu == 0 && xechma == 0) {index = i; break;}} if (index != -1) {int dialogResult; dialogResult = JOptionPane,showConfirmDialog(null, "There are some statistic speciality which has value equals 0, \r\n Do you want to check again?", "Warning", JOptionPane,YES_NO_OPTION, JOptionPane,QUESTION_MESSAGE); if (dialogResult == JOptionPane,YES_OPTION) {radInputStatistic_Checked(); return false;}}}} return true;} private void finishCalculate() {ArrayList tmpItems = (ArrayList)FTAGlobalVars,ListItems; int index = -1; for (int i = 0; i < tmpItems,size(); i++) {Items tmp = (Items)tmpItems,get(i); String tmpID = tmp,ID; if (_ID,equals(tmpID)) {index = i; break; }} if (index > -1) {int dialogButton = JOptionPane,OK_CANCEL_OPTION; int dialogResult = JOptionPane,showConfirmDialog(null, "This component has existed, do you update?", "Message", dialogButton, JOptionPane,WARNING_MESSAGE); if (dialogResult == JOptionPane,OK_OPTION) {FTAGlobalVars,ListItems,set(index, getItem());}} else FTAGlobalVars,ListItems,add(getItem()); DecimalFormat myFormatter = new DecimalFormat("###,######"); ped,setProbability(myFormatter,format(1 - getItem(),XacSuat)); this,dispose();} public void setModel_tblResult() {DecimalFormat myFormatter = new DecimalFormat("###,####"); String[] columnNames = { "Kết quả", CommonFunction,getTitleTable("Kỳ vọng µ"), CommonFunction,getTitleTable("Độ lệch chuẩn σ")}; Object[][] data = new Object[arrVar,size()][3]; int j = 0; for (int i = 0; i < arrVar,size(); i++) { FTAVariables var = (FTAVariables)arrVar,get(i); if (var,isIsNormal()) {data[i][0] = var,getVar(); data[i][1] = myFormatter,format(var,getMiu()); data[i][2] = myFormatter,format(var,getXechMa()); }} mytable = new MyTableModel(columnNames, data);} public void setModel_tblEffectFactor() {DecimalFormat myFormatter = new DecimalFormat("###,####"); String[] columnNames = { CommonFunction,getTitleTable("Giá trị hệ số α"), "Giá trị"}; int length = 0; String[][] alpha = getItem(),Alpha; if (alpha != null) length = alpha,length; Object[][] data = new Object[length][2];

198

int j = 0; for (int i = 0; i < length; i++) {data[i][0] = "α" + alpha[i][0]; data[i][1] = myFormatter,format(Double,parseDouble(alpha[i][1]));} mytable = new MyTableModel(columnNames, data);} public void setModel_tblEffectFactorPercentage() {DecimalFormat myFormatter = new DecimalFormat("###,####"); String[] columnNames = { "Giá trị của BNN", "Giá trị"}; String[][] BNN = getItem(),BNN; int length = 0; if (BNN != null) length = BNN,length; Object[][] data = new Object[length][2]; int j = 0; for (int i = 0; i < length; i++) {data[i][0] = "%" + BNN[i][0]; data[i][1] = myFormatter,format(Double,parseDouble(BNN[i][1]));} mytable = new MyTableModel(columnNames, data);} public void setModel_tblDesingPoint() {DecimalFormat myFormatter = new DecimalFormat("###,####"); String[] columnNames = { "Tọa độ", "Giá trị"}; String[][] X = getItem(),X; int length = 0; if (X != null) length = X,length; Object[][] data = new Object[length][2]; int j = 0; for (int i = 0; i < length; i++) {data[i][0] = X[i][0]; data[i][1] = myFormatter,format(Double,parseDouble(X[i][1]));} mytable = new MyTableModel(columnNames, data);} public void setWindowTitle(String id) {setTitle("Calculate probability of the component with id: " + id);} public void setComboVariable() {FTAVariables _tmpVar; boolean check; if (arrVar != null) {txtVariables,setText(""); String value; boolean isNormal; String nameType; for (int i = 0; i < arrVar,size(); i++) {tmpVar = (FTAVariables)arrVar,get(i); value = _tmpVar,getVar(); isNormal = _tmpVar,isIsNormal(); if (isNormal) {if (LEVEL == 2) nameType = "Normal"; else {if (_tmpVar,getRule() == null) nameType = "Unknown"; else nameType = _tmpVar,getRule(),toUpperCase(); }} else {nameType = "Constant"; double[] val = _tmpVar,getValue(); String tmp = item,Postfix; item,Postfix = tmp,replaceAll(value, String,valueOf(val[0])); } txtVariables,append(value + "\t" + nameType + "\n");} }} public Items getItem() {return item;} public void setItem(Items item)

199

{this,item = item; setComboVariable();} private String[] _tmpVar; public String[] getTmpVar() {return _tmpVar;} public void setTmpVar(String[] tmpVar) {this,_tmpVar = tmpVar;}

b) Tính độ tin cậy của hệ thống theo cấp độ II

size_t len; str = text; found = strchr(str,'=');

found=""; len = strlen (found) + 1; tmpStr = (char*) malloc (len); strcpy (tmpStr, found); strcpy(tmpStr,tmpStr+1); tmp = atof(tmpStr);

size_t len; str = text; found = strchr(str,';');

found=""; len = strlen (found) + 1; tmpStr = (char*) malloc (len); strcpy (tmpStr, found);

currentItem->text = "0,0";

multi = multi * getProbability(currentItem->text);

sub = sub*(1-getProbability(currentItem->text)); }

double getProbability(char* text) {char str, found, tmpStr=""; double tmp; if(found == NULL) return tmp;} char cutText(char text) {char str, found, tmpStr=""; if(found == NULL) return tmpStr;} void calculateProbability(ITEM item) {ITEM currentItem, tmpItem; char str="hello", strResult[100]; double sum=0, multi=1, sub=1; if(item->num_children > 0) {if(is_gate(item->child)) {if(item->child->num_children > 0) {for(currentItem = item->child->child, tmpItem = item->child->child; currentItem != NULL; currentItem = currentItem->right_sib, tmpItem=tmpItem->right_sib) {if(currentItem->type == INTERMEDIATE) {calculateProbability(currentItem); if(currentItem->text == NULL) if(item->child->type == OR) else if(item->child->type == AND) else if(currentItem->type == BASIC {if(currentItem->text == NULL) currentItem->text = "0,0"; sum = sum + (1-getProbability(currentItem->text));}} if(item->child->type == OR && item->child->child->type == BASIC) {sum = 1 - sum; if(item->text == NULL) item->text = ""; sprintf(strResult,"%s P=%f", item->text, sum); sprintf(item->text,"%s",strResult);} else if(item->child->type == OR && item->child->child->type == INTERMEDIATE)

200

}

{if(item->text == NULL) item->text = ""; sprintf(strResult,"%s P= %f",item->text,multi); sprintf(item->text,"%s",strResult); else if(item->child->type == AND && item->child->child->type == INTERMEDIATE) {if(item->text == NULL) item->text = ""; sub = 1 - sub; sprintf(strResult,"%s P su co= %f",item->text,sub); sprintf(item->text,"%s",strResult); else if(item->child->type == AND && item->child->child->type == BASIC) {if(item->text == NULL) item->text = ""; sub = 1 - sub; sprintf(strResult,"%s P su co= %f",item->text,sub); sprintf(item->text,"%s",strResult);}}}}}

public void calculateLEVEL3(ArrayList arrVar) { String RULES = ""; //1, Kiểm định các luật phân phối ProbabilityDistributionTest testDis = new ProbabilityDistributionTest(); FTAVariables var; for (int i = 0; i < arrVar,size(); i++) {var = (FTAVariables)arrVar,get(i); String nameVar = var,getVar(); if (nameVar,equals("HD")) ((FTAVariables)arrVar,get(i)),setRule("STANDARD"); else if (nameVar,equals("HMN")) ((FTAVariables)arrVar,get(i)),setRule("WEIBULL"); else if (nameVar,equals("HS")) ((FTAVariables)arrVar,get(i)),setRule("LOGA"); else if (nameVar,equals("HG")) ((FTAVariables)arrVar,get(i)),setRule("EXPONENT"); else ((FTAVariables)arrVar,get(i)),setRule("REYLEICH");} setComboVariable(); double[] tmpVal; for (int i = 0; i < arrVar,size(); i++) {var = (FTAVariables)arrVar,get(i); RULES = var,getRule(); if (RULES,equals("STANDARD")) {tmpVal = testDis,shrinkRandomVariableByStandard(var); ((FTAVariables)arrVar,get(i)),setValue(tmpVal);} else if (RULES,equals("LOGA")) ((FTAVariables)arrVar,get(i)),setValue(testDis,shrinkRandomVariableByLoga(var)); else if (RULES,equals("EXPONENT")) ((FTAVariables)arrVar,get(i)),setValue(testDis,shrinkRandomVariableByExponent(var)); else if (RULES,equals("REYLEICH")) ((FTAVariables)arrVar,get(i)),setValue(testDis,shrinkRandomVariableByReyLeich(var)); else if (RULES,equals("WEIBULL")) ((FTAVariables)arrVar,get(i)),setValue(testDis,shrinkRandomVariableByWeibull(var)); } double p = testDis,calculateSafeProbabilityLEVEL3(arrVar); DecimalFormat myFormatter = new DecimalFormat("###,####"); lblResult,setText("Probability of the failure: " + myFormatter,format(1 - p));} public class ProbabilityDistributionTest { public static final int AMOUNT = 65000; public static final int K = 10; public void StandardDistributionTest(ArrayList arrVar) { boolean check = true; double[] X;

201

Phụ lục 4.2 Xác suất an toàn của công trình theo LTĐTC cấp độ III

double Miu, XechMa, KHI; FTAVariables var; for (int k = 0; k < arrVar,size(); k++) {var = (FTAVariables)arrVar,get(k); if (var,isIsNormal() && var,getRule() == null) {X = var,getValue(); Miu = var,getMiu(); XechMa = var,getXechMa(); double tmpMin, tmpMax; tmpMin = findMin(X); tmpMax = findMax(X); double d = (tmpMax - tmpMin) / K; double sumP = 0; int[] H = new int[K]; int countH; double[] P = new double[K]; double dj1, dj; double Beta, BetaB, BetaA; double tmpT, tmpS; tmpT = tmpMin; tmpS = tmpT + d; for (int i = 0; i < K; i++) {countH = 0; if (i == K - 1) tmpS = tmpMax; dj1 = tmpT; dj = tmpS; for (int j = 0; j < X,length; j++) if (dj1 <= X[j] && X[j] < dj) countH++; H[i] = countH; BetaB = (dj1 - Miu) / XechMa; BetaA = (dj - Miu) / XechMa; Beta = BetaA - BetaB; P[i] = lookForProbability(Beta); sumP += Math,pow(H[i] - X,length * P[i], 2) / (X,length * P[i]); tmpT = tmpS; tmpS = tmpT + d;} KHI = lookForKHI(2); if (sumP >= KHI) ((FTAVariables)arrVar,get(k)),setRule("STANDARD");} } } public void StandardLogaDistributionTest(ArrayList arrVar) { boolean check = true; double[] X; double Miu, XechMa, KHI, Miu1, XechMa1; FTAVariables var; for (int k = 0; k < arrVar,size(); k++) {var = (FTAVariables)arrVar,get(k); if (var,isIsNormal() && var,getRule(),equals("")) { X = var,getValue(); Miu = var,getMiu(); XechMa = var,getXechMa(); XechMa1 = Math,log(1 + XechMa / Miu); Miu1 = Math,log(Miu) - XechMa1 / 2; double tmpMin, tmpMax; tmpMin = findMin(X); tmpMax = findMax(X); double d = (tmpMax - tmpMin) / K; double sumP = 0; int[] H = new int[K]; int countH; double[] P = new double[K];

202

double dj1, dj; double Beta, BetaB, BetaA; double tmpT, tmpS; tmpT = tmpMin; tmpS = tmpT + d; for (int i = 0; i < K; i++) {countH = 0; if (i == K - 1) tmpS = tmpMax; dj1 = tmpT; dj = tmpS; for (int j = 0; j < X,length; j++) if (dj1 <= X[j] && X[j] < dj) countH++; H[i] = countH; BetaB = (Math,log(dj1) - Miu1) / XechMa1; BetaA = (Math,log(dj) - Miu1) / XechMa1; Beta = BetaA - BetaB; P[i] = lookForProbability(Beta); sumP += Math,pow(H[i] - X,length * P[i], 2) / (X,length * P[i]); tmpT = tmpS; tmpS = tmpT + d; } KHI = lookForKHI(2); if (sumP >= KHI) ((FTAVariables)arrVar,get(k)),setRule("LOGA");}}} public void ExponentDistributionTest(ArrayList arrVar) { boolean check = true; double[] X; double Miu, XechMa, KHI, Alpha; FTAVariables var; for (int k = 0; k < arrVar,size(); k++) {var = (FTAVariables)arrVar,get(k); if (var,isIsNormal() && var,getRule(),equals("")) { X = var,getValue(); Miu = var,getMiu(); XechMa = var,getXechMa(); Alpha = 1 / Miu; double tmpMin, tmpMax; tmpMin = findMin(X); tmpMax = findMax(X); double d = (tmpMax - tmpMin) / K; double sumP = 0; int[] H = new int[K]; int countH; double[] P = new double[K]; double dj1, dj; double Beta, BetaB, BetaA; double tmpT, tmpS; tmpT = tmpMin; tmpS = tmpT + d; for (int i = 0; i < K; i++) { countH = 0; dj1 = X[i]; dj = X[i] * d; for (int j = 0; j < X,length; j++) if (dj1 <= X[j] && X[j] < dj) countH++; H[i] = countH; BetaB = (1 - Math,pow(Math,E, -Alpha * dj1)); BetaA = (1 - Math,pow(Math,E, -Alpha * dj)); Beta = BetaA - BetaB; P[i] = lookForProbability(Beta);

203

sumP += Math,pow(H[i] - X,length * P[i], 2) / (X,length * P[i]); tmpT = tmpS; tmpS = tmpT + d; } KHI = lookForKHI(1); if (sumP >= KHI)

{((FTAVariables)arrVar,get(k)),setGaMa(String,valueOf(Alpha));

((FTAVariables)arrVar,get(k)),setRule("EXPONENT"); } } } } public void ReyLeichDistributionTest(ArrayList arrVar) { boolean check = true; double[] X; double Miu, XechMa, KHI, Alpha; FTAVariables var; for (int k = 0; k < arrVar,size(); k++) {var = (FTAVariables)arrVar,get(k); if (var,isIsNormal() && var,getRule(),equals("")) { X = var,getValue(); Miu = var,getMiu(); XechMa = var,getXechMa(); Alpha = Math,pow(0,88622 / Miu, 2); double tmpMin, tmpMax; tmpMin = findMin(X); tmpMax = findMax(X); double sumP = 0; int[] H = new int[K]; int countH; double[] P = new double[K]; double dj1, dj; double Beta, BetaB, BetaA; double tmpT, tmpS; tmpT = tmpMin; tmpS = tmpT + d; for (int i = 0; i < K; i++) { countH = 0; dj1 = X[i]; dj = X[i] * d; for (int j = 0; j < X,length; j++) if (dj1 <= X[j] && X[j] < dj) ountH++; H[i] = countH; BetaB = (1 - Math,pow(Math,E, -Alpha * Math,pow(dj1, 2))); BetaA = (1 - Math,pow(Math,E, -Alpha * Math,pow(dj, 2))); Beta = BetaA - BetaB; P[i] = lookForProbability(Beta); sumP += Math,pow(H[i] - X,length * P[i], 2) / (X,length * P[i]); tmpT = tmpS; tmpS = tmpT + d; } KHI = lookForKHI(1); if (sumP >= KHI) ((FTAVariables)arrVar,get(k)),setRule("REYLEICH");}}} public void WeibullDistributionTest(ArrayList arrVar) { boolean check = true; double[] X, Xi, Yi; double Miu, XechMa, KHI, Alpha, a = 0, b = 0, c = 0, Xtb, Ytb; FTAVariables var; for (int k = 0; k < arrVar,size(); k++) {var = (FTAVariables)arrVar,get(k); if (var,isIsNormal() && var,getRule() == null) { a = 0; X = var,getValue(); Miu = var,getMiu(); XechMa = var,getXechMa(); double[] Pi = new double[X,length];

204

Xi = new double[X,length]; Yi = new double[X,length]; double Sxy, Rxy = 0, XechmaX, XechmaY; double oldRxy = 0, currentRxy = 0; //Tính Pi int count = 0; do { oldRxy = Rxy; for (int i = 1; i <= X,length; i++) {Pi[i - 1] = i * 1,0 / (X,length + 1);} double sumXi = 0, sumYi = 0; for (int i = 0; i < Xi,length; i++) {Xi[i] = Math,log(-Math,log(Pi[i])); sumXi += Xi[i]; } Xtb = sumXi / Xi,length; for (int i = 0; i < Yi,length; i++) {Yi[i] = Math,log(Xi[i] - a); sumYi += Yi[i];} Ytb = sumYi / Yi,length; double sumSxy = 0, sumXtb = 0, sumYtb = 0; for (int i = 0; i < Xi,length; i++) {sumSxy += (Xi[i] - Xtb) * (Yi[i] - Ytb);} Sxy = sumSxy / (X,length - 1); for (int i = 0; i < Xi,length; i++) {sumXtb += (Xi[i] - Xtb); sumYtb += (Yi[i] - Ytb);} XechmaX = Math,sqrt(sumXtb / (Xi,length - 1)); XechmaY = Math,sqrt(sumYtb / (Xi,length - 1)); Rxy = Sxy / (XechmaX * XechmaY); a = a + 0,01; if (count >= 1000) break; count++; } while (Rxy - oldRxy <= 0,00001); double sumX2i = 0, sumXYi = 0; for (int i = 0; i < Xi,length; i++) {sumX2i = Math,pow(Xi[i] - Xtb, 2);} for (int i = 0; i < Xi,length; i++) {sumXYi = (Xi[i] - Xtb) * (Yi[i] - Ytb); } c = sumX2i / sumXYi; b = Math,exp(Ytb - Xtb / c); double tmpMin, tmpMax; tmpMin = findMin(X); tmpMax = findMax(X); double d = (tmpMax - tmpMin) / K; double sumP = 0; int[] H = new int[K]; int countH; double[] P = new double[K];

double dj1, dj; double Beta, BetaB, BetaA; double tmpT, tmpS; tmpT = tmpMin; tmpS = tmpT + d; for (int i = 0; i < K; i++) { countH = 0; dj1 = X[i]; dj = X[i] * d; for (int j = 0; j < X,length; j++) if (dj1 <= X[j] && X[j] < dj) countH++; H[i] = countH;

205

BetaB = 1 - Math,exp(-Math,pow((dj1 - a) / b, c)); BetaA = 1 - Math,exp(-Math,pow((dj - a) / b, c)); Beta = BetaA - BetaB; P[i] = lookForProbability(Beta); sumP += Math,pow(H[i] - X,length * P[i], 2) / (X,length * P[i]); tmpT = tmpS; tmpS = tmpT + d; } KHI = lookForKHI(3); if (sumP >= KHI) {((FTAVariables)arrVar,get(k)),setRule("WEIBULL"); ((FTAVariables)arrVar,get(k)),setA(String,valueOf(a)); ((FTAVariables)arrVar,get(k)),setB(String,valueOf(b)); ((FTAVariables)arrVar,get(k)),setC(String,valueOf(c));} } } } public double lookForKHI(double s) { double P = 0,995; double f = K - s - 1; String input; input = "KHI,txt"; double KHI = 0; double[][] Proba = new double[31][9]; try {BufferedReader read = new BufferedReader(new FileReader(input)); String line = read,readLine(); int index = 0; while (line != null) {String[] tmp = line,split("\t"); for (int i = 0; i < tmp,length; i++) {Proba[index][i] = Double,parseDouble(tmp[i]);} index++; line = read,readLine(); } for (int i = 1; i < Proba,length; i++) if (i == f) for (int j = 1; j < Proba[0],length - 1; j++) if (P >= Proba[0][j] && P < Proba[0][j + 1]) {KHI = Proba[i][j]; break; } else if (P >= Proba[0][8]) {KHI = Proba[i][8]; break;} } catch (IOException e) {e,printStackTrace();} return KHI;} public double lookForProbability(double beta) { double Proba = -1; String input; double[][] PosProba = new double[41][11]; double[][] NegProba = new double[41][11]; try { if (beta < 0) input = "NBeta,txt"; else if (beta > 0) input = "PBeta,txt"; else return 0,5; BufferedReader read = new BufferedReader(new FileReader(input)); String line = read,readLine(); int index = 0; while (line != null) {String[] tmp = line,split("\t"); for (int i = 0; i < tmp,length; i++) {NegProba[index][i] = Double,parseDouble(tmp[i]);}

206

index++; line = read,readLine();} int row = 0, col = 0; boolean check = false; if (beta < 0) {if (beta <= NegProba[1][0]) {for (int j = 1; j < NegProba[0],length - 1; j++) {double SecA = NegProba[1][0] + NegProba[0][j]; double SecB = NegProba[1][0] + NegProba[0][j + 1]; if (beta >= SecA && beta < SecB) { row = 1; col = j; check = true; break; } else if (beta >= NegProba[1][0] + NegProba[0][10]) { row = 1; col = 10; check = true; break; }} if (!check) return 0; } else {for (int i = 1; i < NegProba,length - 1; i++) {if (beta > NegProba[i][0] && beta <= NegProba[i + 1][0]) {for (int j = 1; j < NegProba[0],length - 1; j++) {double SecA = NegProba[i + 1][0] + NegProba[0][j]; double SecB = NegProba[i + 1][0] + NegProba[0][j + 1]; if (beta >= SecA && beta < SecB) { row = i + 1; col = j; check = true; break; } else if (beta >= NegProba[i + 1][0] + NegProba[0][10]) { row = i + 1; col = 10; check = true; break;}} if (check) break; }}} if (check) Proba = NegProba[row][col]; } else if (beta > 0) {if (beta < NegProba[40][0]) {for (int i = 1; i < NegProba,length - 1; i++) {if (beta >= NegProba[i][0] && beta < NegProba[i + 1][0]) {for (int j = 1; j < NegProba[0],length - 1; j++) { double SecA = NegProba[i][0] + NegProba[0][j]; double SecB = NegProba[i][0] + NegProba[0][j + 1]; if (beta >= SecA && beta < SecB) { row = i; col = j; check = true; break; } else if (beta >= NegProba[i][0] + NegProba[0][10]) { row = i; col = 10; check = true; break;} } if (check) break; } } } else {for (int j = 1; j < NegProba[0],length - 1; j++)

207

{ double SecA = NegProba[40][0] + NegProba[0][j]; double SecB = NegProba[40][0] + NegProba[0][j + 1]; if (beta >= SecA && beta < SecB) { row = 40; col = j; check = true; break; } else if (beta >= NegProba[40][0] + NegProba[0][10]) { row = 40; col = 10; check = true; break; }}} if (check) Proba = NegProba[row][col];} catch (IOException e) {e,printStackTrace();} return Proba;} public double[] shrinkRandomVariableByStandard(FTAVariables var) {double Miu, Xechma; Miu = var,getMiu(); Xechma = var,getXechMa(); double[] tmpX = var,getValue(); double[] X = new double[tmpX,length + AMOUNT]; System,arraycopy(tmpX, 0, X, 0, tmpX,length); double sumR = 0; for (int i = tmpX,length; i < X,length; i++) {try {sumR = getSum12RandomNumber(); X[i] = Xechma * (sumR - 6) + Miu; Thread,sleep(1);} catch (InterruptedException ex) {ex,printStackTrace(); } } var,setValue(X); return X;} public double[] shrinkRandomVariableByExponent(FTAVariables var) {double Miu, Xechma; Miu = var,getMiu(); Xechma = var,getXechMa(); double[] tmpX = var,getValue(); double[] X = new double[tmpX,length + AMOUNT]; System,arraycopy(tmpX, 0, X, 0, tmpX,length); Random ran = new Random(); for (int i = tmpX,length; i < X,length; i++) {try {X[i] = Miu * Math,abs(Math,log(ran,nextDouble())); Thread,sleep(1);} catch (InterruptedException ex) {ex,printStackTrace(); } } var,setValue(X); return X;} public double[] shrinkRandomVariableByReyLeich(FTAVariables var) {double Miu, Xechma; Miu = var,getMiu(); Xechma = var,getXechMa(); double[] tmpX = var,getValue(); double[] X = new double[tmpX,length + AMOUNT]; System,arraycopy(tmpX, 0, X, 0, tmpX,length); Random ran = new Random(); for (int i = tmpX,length; i < X,length; i++) {try {X[i] = Math,pow(-Math,pow(Miu / 0,88622, 2)* Math,log(ran,nextDouble()), 1 / 2);

208

Thread,sleep(1);} catch (InterruptedException ex) {ex,printStackTrace();}} var,setValue(X); return X;} public double[] shrinkRandomVariableByWeibull(FTAVariables var) { double[] X, Xi, Yi; double Miu, XechMa, KHI, Alpha, a, b = 0, c = 0, Xtb, Ytb; a = 0; X = var,getValue(); Miu = var,getMiu(); XechMa = var,getXechMa(); double[] Pi = new double[X,length]; Xi = new double[X,length]; Yi = new double[X,length]; double Sxy, Rxy = 0, XechmaX, XechmaY; double oldRxy = 0, currentRxy = 0; do {oldRxy = Rxy; for (int i = 1; i <= X,length; i++) {Pi[i - 1] = i * 1,0 / (X,length + 1); } double sumXi = 0, sumYi = 0; for (int i = 0; i < Xi,length; i++) { Xi[i] = Math,log(-Math,log(Pi[i])); sumXi += Xi[i]; } Xtb = sumXi / Xi,length; for (int i = 0; i < Yi,length; i++) { Yi[i] = Math,log(X[i] - a); sumYi += Yi[i]; } Ytb = sumYi / Yi,length; double sumSxy = 0, sumXtb = 0, sumYtb = 0; for (int i = 0; i < Xi,length; i++) {sumSxy += (Xi[i] - Xtb) * (Yi[i] - Ytb); } Sxy = sumSxy / (X,length - 1); for (int i = 0; i < Xi,length; i++) { sumXtb += Math,pow((Xi[i] - Xtb), 2); sumYtb += Math,pow((Yi[i] - Ytb), 2); } XechmaX = Math,sqrt(sumXtb / (Xi,length - 1)); XechmaY = Math,sqrt(sumYtb / (Xi,length - 1)); Rxy = Sxy / (XechmaX * XechmaY); a = a + 1; } while (1 - Rxy >= 0,001 && Rxy - oldRxy >= 0,0001); a = a - 1; double sumX2i = 0, sumXYi = 0; for (int i = 0; i < Xi,length; i++) {sumX2i += Math,pow(Xi[i] - Xtb, 2);} for (int i = 0; i < Xi,length; i++) {sumXYi += (Xi[i] - Xtb) * (Yi[i] - Ytb);} c = sumX2i / sumXYi; b = Math,exp(Ytb - Xtb / c); double[] Xk = new double[X,length + AMOUNT]; System,arraycopy(X, 0, Xk, 0, X,length); Random ran = new Random(); for (int i = X,length; i < Xk,length; i++) {try {Xk[i] = a + Math,pow(-Math,pow(b, c) * Math,log(ran,nextDouble()), 1 / c); Thread,sleep(1); } catch (InterruptedException ex) {ex,printStackTrace();}} var,setValue(Xk); var,setA(String,valueOf(a)); var,setB(String,valueOf(b));

209

var,setC(String,valueOf(c)); return Xk; } public double[] shrinkRandomVariableByLoga(FTAVariables var) { double[] X = var,getValue(); double Miu, XechMa; double sumX = 0, sumX2 = 0; //Chuyển Xi về Yi for (int i = 0; i < X,length; i++) { X[i] = Math,log(X[i]); sumX += X[i];} Miu = sumX / X,length; for (int i = 0; i < X,length - 1; i++) {sumX2 += Math,pow(X[i] - Miu, 2);} XechMa = Math,sqrt(sumX2 / (X,length - 1)); double[] Y = new double[X,length + AMOUNT]; System,arraycopy(X, 0, Y, 0, X,length); double sumR = 0; for (int i = X,length; i < Y,length; i++) {try {sumR = getSum12RandomNumber(); Y[i] = XechMa * (sumR - 6) + Miu; Thread,sleep(1); } catch (InterruptedException ex) {ex,printStackTrace();} } var,setValue(Y); return Y;} public double calculateSafeProbabilityLEVEL3(ArrayList arrVar) { double p; int m = 0; double[] Hd, Hm, Hs, Hg, Z; Hd = new double[AMOUNT]; Hm = new double[AMOUNT]; Hs = new double[AMOUNT]; Hg = new double[AMOUNT]; Z = new double[AMOUNT]; Hd = ((FTAVariables)arrVar,get(0)),getValue(); Hm = ((FTAVariables)arrVar,get(1)),getValue(); Hs = ((FTAVariables)arrVar,get(2)),getValue(); Hg = ((FTAVariables)arrVar,get(3)),getValue(); for (int i = 0; i < AMOUNT; i++) {Z[i] = Hd[i] - Hm[i] - Hs[i] - Hg[i]; if (Z[i] > 0) m++;} p = m * 1,0 / AMOUNT; return p; } public double getSum12RandomNumber() { Random ran = new Random(); double sum = 0; for (int i = 0; i < 12; i++) {sum += ran,nextDouble(); } return sum;} public double findMin(double[] a) { double min = a[0]; for (int i = 1; i < a,length; i++) if (min > a[i]) min = a[i]; return min; } public double findMax(double[] a) { double max = a[0]; for (int i = 1; i < a,length; i++) if (max < a[i]) max = a[i]; return max;} }

210