Thiết kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân tích độ tin cậy - Chương 8

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

217
lượt xem 44
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo bài giảng Thiết kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân tích độ tin cậy ( Mai Văn Công - Trường ĐH Thủy lợi ) bộ kỹ thuật công trình biển - Chương 8 Ứng dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên đánh giá an toàn hệ thống công trình bảo vệ bờ biển

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân tích độ tin cậy - Chương 8

CHƯƠNG 8 - NG D NG PPTKNN ðÁNH GIÁ AN TOÀN H TH NG CÔNG TRÌNH B O V B M c ñích chương này là gi i thi u t ng quan m t v n ñ k thu t b bi n th c t trong ñi u ki n Vi t Nam và ng d ng phương pháp thi t k ng u nhiên ñ gi i quy t. H th ng công trình b o v b bi n Nam ð nh ñư c l a ch n ñ phân tích trong chương này. Nó ph n ánh ñư c tính ñ i di n cho v n ñ b o v b bi n c a Vi t Nam và tính c p thi t trong vài th p k g n ñây. N i dung c a chương này ch y u ñư c l y t nghiên c u th c hi n g n ñây nh t cho khu v c này trong báo cáo th o lu n t i H i ngh Cơ h c Th y khí toàn Qu c l n th X, 2005 t i H Long, Qu ng Ninh, th c hi n b i nhóm tác gi Mai Cao Trí1, Mai Văn Công2 và Nguy n Văn M o2, 2005. 8.1 Gi i thi u chung vùng d án HA NAM PROVINCE THAI BINH PROVINCE Re dR ive r NAM DINH Ba Lat Estuary er Giao Thuy District r Riv e Riv Co nh So Ni Hai Hau District n io Ha lan estuary t re c Ac Hai Ly NINH BINH PROVINCE r ive yR Hai Trieu Da Hai Thinh n Nghia Hung io os District Er Lach Giang estuary e bl Day estuary a TONKIN GULF St tion cre Ac 5 Km Hình 8.1 Th c tr ng vùng b Nam ð nh Nam ð nh là m t t nh thu c ñ ng b ng sông H ng vùng B c B .V i t ng chi u dài b bi n kho ng 70 km. Ph n l n ñư ng b khu v c này n m trong vùng ch u xói l m nh, h th ng ñê bi n và công trình b o v b , phòng ch ng lũ thư ng ch u các tác ñ ng b t l i t phía bi n và x y ra hư h ng, thi t h i n ng trong nhi u năm qua. Do ñó vùng bi n Nam ð nh ñư c xem như là m t ñi n hình v các s c vùng b và công trình b o v b . Các công trình b o v b khu v c này ch y u g m ñê và kè b o v mái ñê. Nhìn chung, v n ñ xói l ñư ng b và hư h ng các công trình b o v b gây ra các h u qu nghiêm tr ng v kinh t cũng như xã h i t i các khu v c có liên quan (ba huy n Giao Th y, H i H u và Nghĩa Hưng). 1 Trung tâm Th y Công, Vi n Khoa h c Th y L i 2 ð i h c Th y L i HWRU-CE project - TUDelft 87
8.2 Các v n ñ t n t i Nguyên nhân chính gây ra hư h ng ñê kè bi n là do tác ñ ng c a bão và sóng l n thư ng là vư t quá ñi u ki n thi t k . Hơn n a, sóng và xói l b bi n x y ra nghiêm tr ng t i khu v c trư c chân ñê cũng là m t nguyên nhân ñáng k d n ñ n hư h ng thư ng xuyên c a k t c u b o v chân và mái ngoài ñê. Các v n ñ c th ñư c li t kê như sau: Xói l b bi n x y ra m nh dư i c hai hình th c: nh hư ng c a quá trình v n chuy n bùn cát d c b và các ph n ng ph c a các gi i pháp công trình; nh hư ng c a quá trình v n chuy n bùn cát ngang b trong ñi u ki n th i ti t b t l i (gió mùa, bão...). Theo s li u th ng kê và các nghiên c u g n ñây, t c ñ xói bãi vào kho ng 10-20m/năm và h th p ñ sâu bãi trung bình 0,3-0,6m/năm t i các bãi trư c ñê. ði u này s d n ñ n hi n tư ng bi n ti n, m t ñ t vùng b nhanh chóng n u không có các bi n pháp b o v h u hi u và k p th i. Trong 100 năm qua, dư i tác d ng c a ñi u ki n biên phía bi n như sóng l n và bão quá trình xói bãi di n ra liên t c, nhi u l n x y ra v ñê và ph i lùi tuy n b o v làm m t t ng c ng kho ng 3000m bãi. T ng di n tích ñ t b m t kho ng 15000 ha (g n b ng huy n H i H u hi n nay) (Theo[9]). Bão l n v i gió t c p 9 ñ n 12 gây nhi u thi t h i v ngư i và tài s n. Trong kho ng th i gian 20 năm t 1976 ñ n 1995, bão ñã l y ñi 4.028 ngôi nhà, chìm 6 tàu ñánh cá, làm 25 ngư i ch t và 34 ngư i b thương. V ñê d n ñ n nư c bi n tràn vào gây ra lũ l t và nhi m m n trên di n r ng, m t ñ t canh tác nông nghi p. Theo các các s li u th ng kê cho th y có 38.273 ha ñ t canh tác b nhi m m n, m t mùa d n ñ n thi t h i g n 80.000 t n hoa màu. Các ru ng mu i, h nuôi tôm b thi t h i n ng n . Sóng l n ñi ñôi v i thu tri u dâng gây thi t h i hàng năm cho ñê bi n Nam ð nh. T năm 1976 ñ n năm 1995 có kho ng 934.000m3 ñ t và 30.400 m3 ñá c a ñê bi n b cu n ñi. Do ñó chi phí b o trì là r t l n (hàng tri u Euro). Các công trình b o v b b hư h ng và phá h y, ñê, kè lát mái và k t c u chân kè bi n. Có nhi u ki u s c xu t hi n t i nh ng ño n ñê và kè ñã b hư h ng. H th ng ñê bi n Nam ð nh ñư c thi t k và xây d ng v i hai nhi m v chính là phòng ch ng lũ phía bi n và b o v vùng ñ t bên trong không b xói l . Trong m i tình hu ng c n ph i có ñê bi n ñ b o v vùng b trũng n m ngay sau ñê có chi u r ng t 3 ñ n 10 km. B ng ch ng là các ñê bi n này ñã t n t i h ng ngàn năm nay. Tuy nhiên, h u h t h th ng ñê trư c ñây ñ u ñư c xây d ng ch y u d a theo kinh nghi m c a ñ a phương (ch y u d a vào kinh nghi m c a nhân dân trong vùng) và theo các phương pháp thi t k ñã l i th i. Theo th i gian, h th ng ñê này không còn ñáp ng ñư c trư c các ñi u ki n biên th c t . Dư i ñây là m t s hình nh mô t th c tr ng ñư ng b và công trình b o v b bi n t i H i H u trong vài năm g n ñây. Các hình nh ph n ánh rõ tính nghiêm tr ng và gây n tư ng ñ i v i các v n ñ ñang x y ra cho vùng b Nam ð nh. HWRU-CE project - TUDelft 88
Hình 8.2 M t ño n ñê b hư h ng(H i H u 1998). Hình 8.3 ð c trưng m t c t ngang còn l i c a m t ño n ñê sau khi b v (Văn Lý 1995). Hình 8.4a Làng H i Tri u năm 1995 Hình 8.4b Vi t tích làng H i Tri u năm 2001 8.3 Hi n tr ng ñê kè bi n Nam ð nh HWRU-CE project - TUDelft 89
Theo VCZVA (1996), ñ d c mái ngoài c a ñê Nam ð nh thư ng ñư c thi t k theo t l 1:3 ñ n 1:4; cao trình ñ nh ñê kho ng 5 ñ n 5,5 m so v i cao ñ l c ñ a. Thân ñê ñư c c u t o b ng v t li u ñ a phương s n có, lõi cát và cát pha, mái ngoài b c ñ t sét pha, ñ t th t. Mái ngoài ñê ñư c b o v b ng kè ñá ñ ho c ñã x p trên t ng l c h t. M t s ño n ñê m i xây d ng s d ng kè lát khan b ng các c u ki n bê tông ñúc s n ki u l p phương ho c t chèn, TSC-178. H th ng b o v có hai tuy n b o v chính, tuy n ngoài và tuy n trong. Hình 8.5 & 8.6 mô t m t b ng h th ng và các m t c t ngang ñ i ñi n c a ñê. Hình 8.5 Phác th o h th ng ñê kép-hai tuy n b o v - t i b bi n H i H u Nam ð nh. H th ng ñê bi n Nam ð nh chia thành ba ño n chính riêng bi t, ngăn cách b i các c a sông và theo ba huy n vùng bi n (tính theo chi u dài ñê bi n):Xuân Thu (32 km), H i H u (33 km) và Nghĩa Hưng (26 km). M t c t thi t k : - M c nư c thu tri u thi t k MSL+ 2,29m (t n su t vư t quá 5%); chi u cao nư c dâng do bão +1,0m; M c nư c thi t k MSL + 3,29 m. - Kho ng t an toàn ñ nh ñê : 0,21m; - Cao trình ñ nh ñê + 5,50m (tính toán v i sóng leo trên mái d c 1:4); - ð d c mái ñê phía bi n 1:4, ñ d c mai trong ñê (phía ñ t li n) 1:2; - Chi u r ng ñ nh 4÷5m; Mái ñê ñư c b o v b ng kè theo hai d ng: - Dư i MSL +3,5m chi u dày 45cm (tính theo công th c Hudson ñ i v i kè ñá ñ t do); kích thư c c u ki n thi t k 0,50 x 0,50 x 0,45, tr ng lư ng trung bình x p x 250kg. - Trên MSL +3,5 m chi u dày kè 0,3m - T ng l c: chi u dày l p s i là 25 và l p cát 15 cm, ñ t trên l p sét pha dày 70÷50cm. HWRU-CE project - TUDelft 90
500 +5.5m +3.29(+MSL)-DWL 1 -0.50 m 2 3 Hình 8.6 M t c t ngang ñi n hình ñê kè bi n Nam ð nh. M c ñính yêu c u: ng d ng phương pháp thi t k ng u nhiên ñ ñánh giá ñ an toàn ñê Nam ð nh v i các s li u cho như trên. ðánh giá cho ño n ñê ñi n hình t p trung vào các cơ ch phá ho i ch y u liên quan ñ n: o Các v n ñ liên quan ñ n biên thu ñ ng h c o Các v n ñ liên quan ñ n biên ñ a k thu t o Các v n ñ liên quan ñ n bài toán k t c u công trình Các tính toán phân tích ñ i v i ñê bi n Nam ð nh trong ví d này áp d ng theo phương pháp tính toán c p ñ II. 8.4 Tóm t t lý thuy t Vi c tính toán xác su t phá h ng c a m t thành ph n ñư c d a trên hàm ñ tin c y c a t ng cơ ch phá h ng. Hàm ñ tin c y Z ñ c thi t l p căn c vào tr ng thái gi i h n tương ng v i cơ ch phá h ng ñang xem xét, và là hàm c a nhi u bi n và tham s ng u nhiên. Theo ñó, Z
Z = 0 biên hư h ng X2 Z < 0 Vùng hư h ng Z > 0 vùng không hư h ng X1 Hình 8.7 ð nh nghĩa biên hư h ng (s c ). Bài báo này trình bày vi c tính toán theo m c ñ II1, trong ñó ñ xác ñ nh xác su t x y ra phá h ng c a ñê bi n Nam ð nh. Hàm tin c y thi t l p theo d ng chung Z=R-S. Trong ñó R và S là hàm c a ñ b n và t i tr ng, c hai hàm này ñư c gi thi t tuân theo lu t phân ph i chu n. Các ñ c trưng th ng kê c a Z ñư c xác ñ nh như sau: µ(Z) = µ(R)- µ(S) Kỳ v ng: (8-1) σ2(Z) = σ2(R) + σ2(S) Phương sai: (8-2) Hàm m t ñ xác su t c a Z ñư c xác ñ nh theo: −( Z − µ ) 2 1 f (Z ) = 2σ 2 e (8-3) 2πσ 2 Hàm phân ph i xác su t c a Z ñư c xác ñ nh theo: a−µ a ∫ FZ ( a) = f z ( X )dX = Φ N ( (8-4) ) σ −∞ Xác su t s y ra s c c a m t thành ph n (cơ ch phá h ng) tương ng v i hàm tin c y Z là FZ(a=0)=P(Z
Φ N (− β ) Giá tr phân ph i chu n c a bi n ng u nhiên β Hình 8.8 ð nh nghĩa xác su t x y ra s c và ch s ñ tin c y. Thông thư ng Z là hàm c a nhi u (n) bi n ng u nhiên, X1, X2,...,Xn, c a c T i S và S c ch u t i R. ð th c hi n tính toán m c ñ II, các bi n X1, X2,...,Xn ñư c gi thi t là bi n ñ c l p, tuân theo lu t phân b chu n và ph i ñ m b o tho mãn ñi u ki n tuy n tính hoá hàm Z trong toàn mi n tính toán. Tuy n tính hoá hàm Z theo khai tri n Taylor b c nh t như sau:  ∂Z  n Z lin = Z ( X 1* , X 2 ,... X n ) + ∑ ( X i − X i* ) *  =0 * *  (8-6)  ∂X  X i = X i* i =1 = Hàm tin c y tuy n tính c a Z trong không gian {Xi*} ZLin  ∂Z  = ð o hàm t ng ph n c a hàm Z theo Xi, t i v trí Xi =Xi*   Xi=Xi*  ∂X  Tr trung bình và ñ l ch chu n c a ZLin :  ∂Z  n µ ( Z lin ) = Z ( X 1* , X 2 ,... X n ) + ∑ ( µ X i − X i* ) *  * *  (8-7)  ∂X  X i = X i* i =1 2  ∂Z  n = ∑σ 2 i *  σ (2Z  (8-8) ... lin )  ∂X  X = X * X i =1 i i Xác su t x y ra s c và ch s ñ tin c y ñư c xác ñ nh theo: 0 ∫ f (ξ )dξ = Φ (− β ) P{Z < 0} = (8-9) z N −∞ HWRU-CE project - TUDelft 93
µ ( Z Lin ) v iβ= là ch s ñ tin c y. σ ( Z Lin ) N u biên s c là phi tuy n, th c hi n tuy n tính hoá hàm ñ tin c y t i ñi m thi t k (Design Point) s cho k t qu ch p nh n ñư c. ði m thi t k ñư c ñ nh nghĩa t i biên s c mà t i ñó m t ñ xác su t là l n nh t. ði m thi t k ñư c xác ñ nh thông qua: X i* = µ X i − α i .β .σ X i (8-10) σ ( Xi ) ∂Z αi = (H s nh hư ng c a bi n ng u nhiên th i) (8-11) * σ ( Z Lin ) ∂X i 8.5 ð t v n ñ - Xây d ng bài toán m u Các cơ ch phá ho i có th x y ra t i ñê kè vùng b bi n Nam ð nh là ña d ng và ph c t p, chi ti t xem thêm [5]. Trong khuôn kh bài báo này, tác gi ñ c p năm cơ ch phá h ng chính, bao g m: Sóng tràn/ch y tràn qua ñ nh ñê; M t n ñ nh trư t c a mái; Xói chân ñê vư t quá gi i h n b o v ; Xói ng m n n ñê/ñ y tr i chân ñê; và m t n ñ nh k t c u b o v mái ñê. Bài toán ñư c xây d ng cho ño n ñê ñ i di n nguy hi m nh t d c b bi n Nam ð nh, t i v trí H i Tri u. S c c a toàn h th ng ñê không x y ra n u t t c các ño n ñê thành ph n không g p hư h ng. V i m i ño n ñê thành ph n, s c có th x y ra n u m t trong các cơ ch phá h ng xu t hi n. Trong trư ng h p này, sơ ñ s c c a h th ng ñê ñư c trình bày theo hình 8.9. H− háng (sù cè) hÖ thèng ®ª H− háng H− háng H− háng H− háng ®o¹n ®ª 1 ®o¹n ®ª 2 ®o¹n ®ª i ®o¹n ®ª n MÊt æn ®Þnh kÕt Xãi ngÇm, Sliding m¸i Tr−ît Xãi ch©n Sãng tr n of cÊu b¶o vÖ m¸i ®Èy tråi ®ª phÝa ®ª/ch©n kÌ ®Ønh ®ª, ch¶y inner slope ®ª tr n biÓn /®ång v−ît qu¸ ht Hình 8.9 Sơ ñ hư h ng (s c ) ñê kè bi n Nam ð nh) [5] HWRU-CE project - TUDelft 94
8.6 Xác ñ nh xác su t x y ra s c , ñánh giá an toàn ñê kè bi n Nam ð nh 8.6.1 Sóng tràn và ch y tràn ñ nh ñê Sóng tràn và ch y tràn ñ nh ñê x y ra khi m c nư c bi n có k ñ n nh hư ng c a sóng leo (Zmax) cao hơn cao trình ñ nh ñê (Zc). Hàm tin c y trong trư ng h p này như sau: Z = Zc- Zmax (8-12) Trong ñó: Zc là cao trình ñ nh ñê; Zmax: M c nư c l n nh t trư c ñê (bao g m nư c dâng do sóng leo và các y u t khác). Cơ ch này x y ra khi Z
Hình 8.10 Phân ph i MHWL d a theo d li u th ng kê b ng phương pháp BESTFIT. Các bi n ng u nhiên cơ b n khác có liên quan cũng có th xác ñ nh tương t theo phương pháp trên. Bao g m: - Surge: ð d nh cao do gió (wind setup). - MS. Rise: M c nư c dâng cao do hi u ng nhà kính. - Run-up level: Nư c dâng do sóng leo. Chi u cao sóng và sóng leo xác ñ nh theo B ng 1. Trong ñó chi u cao sóng xác ñ nh theo phương pháp ñ sâu gi i h n. Chi u cao sóng leo xác ñ nh theo [8]. B ng 8.1 Danh sách bi n ng u nhiên theo cơ ch sóng tràn/ch y tràn ñ nh ñê. ð c trưng th ng kê Lu t phân ph i X Mô t bi n ng u nhiên ðơnv Kỳ v ng ð l ch MHWL MNBTB m Nor 2,29 0,071 Surge D nh cao do gió bão m Nor 1,0 0,2 S.L rise Dâng nư c do hi u ng nhà m Nor 0,1 0,05 kính Zbed Cao trình bãi t i chân ñê m Nor nom 0,2 a H s kinh nghi m - Nor 0,5 0,05 d Chi u sâu nư c trư c ñê m = DWL-Zbed =(MHWL+Surge+S.L.Rise)-Zbed HWRU-CE project - TUDelft 96
Hs Chi u cao sóng thi t k m = a*d = a*{(MHWL+Surge+S.L.Rise)-Zbed} nh hư ng do nhám c a mái ñê m Nor Nom- 0,05 K∆ Kw nh hư ng c a gió - der 1 - Kp H s quy ñ i t n su t m der 1,65 - m Mái d c ñê phía bi n - Nor 4 0,15 Tm Chu kỳ sóng trung bình s Deter nom (8,5) (Nom: Giá tr theo thi t k t t ñ nh; Nor: bi n ng u nhiên theo lu t phân ph i chu n) Hàm tin c y tr thành: Zovetopping.=Zc-Zmax=Zc-(MHWL+Surge+S.L.Rise+Z2%) Khi lu t phân ph i c a các bi n ng u nhiên thành ph n ñã ñư c xác ñ nh, vi c tính toán xác su t x y ra s c d a vào hàm tin c y s th c hi n ñư c. S d ng mô hình VAP v i phương pháp FORM (First Order Reliability Method) và thu t gi i Monte – Carlo, k t qu tính toán thu ñư c trình bày t i B ng 2. B ng 8.2 K t qu tính toán xác su t s c và ñ tin c y. ðơn Trư ng h p Thông s ðê hi n ðê thi t k m i theo phương pháp thi t v ti k t t ñ nh T.C Vi t Nam T.C Hà Lan Kè ñá x p Cao trình ñ nh ñê m 5,50 6,60 7,60 Xác su t hư h ng - 0,414 0,0474 0,0501 Ch s tin c y - 0,0646 1,67 1,64 C u ki n B.T Cao trình ñ nh ñê m 5,50 7,60 8,75 ñúc s n Xác su t hư h ng - 0,632 0,0464 0,0201 Ch s tin c y - -0,338 1,68 2,05 Phân tích nh hư ng c a các bi n ng u nhiên ñ n xác su t x y ra s c (bi u th b ng h s nh hư ng αi ) cho k t qu như Hình 8.11. Qua phân tích, (MHWL + Surge) có nh hư ng nhi u nh t ñ n hi n tư ng sóng tràn/ch y tràn (40%). M t khác, các thông s mô hình cũng có nh hư ng m t lư ng ñáng k ñ n k t qu tính toán. HWRU-CE project - TUDelft 97
MHWL Zc 4.53% 13.98% m 6.97% Surge 36.10% Krough 21.80% Zbed S.L rise a 2.28% 2.25% 12.10% Hình 8.11 nh hư ng c a các bi n ñ n cơ ch sóng tràn/ ch y tràn ñ nh ñê. 8.6.2 M t n ñ nh k t c u b o v mái Z= (Hs/∆D) R - (Hs/∆D) S Hàm ñ tin c y chung: (8-13) Trong ñó: (Hs/∆D) R (1): ð c trưng không th nguyên c a s c ch u t i; (Hs/∆D) S (2): ð c trưng không th nguyên c a t i; ∆ là t tr ng c a v t li u k t c u b o v mái; D là ñư ng kính trung bình c a viên ñá (c u ki n). Báo cáo này trình bày vi c áp d ng phương pháp ki m tra n ñ nh c u ki n b o v mái c a (1) Pilarczyk; (2) Jan Van der Meer; [7]. Xác ñ nh các bi n ng u nhiên liên quan theo B ng 3. K t qu tính toán theo B ng 4. K t qu nh hư ng c a các bi n ng u nhiên ñ n Py theo b ng 5. B ng 8.3 Danh sách các bi n ng u nhiên theo cơ ch m t n ñ nh k t c u b o v mái. Xi Mô t bi n ng u nhiên ðơn Lu t ð c trưng th ng kê v P.Ph i Kỳ v ng ð l ch Hàm tin c y theo Pilarczyk, áp d ng cho k t c u b o v mái bêtông Z = {φ*∆*D}-Hs*(tanα/SQRT(S0))b/cosα Hs Chi u cao sóng thi t k m LogNor B ng 2 B ng 2 0,018 (error 1o) tanα Tg(Mái d c ñê phía bi n) - Nor 0,25 S0 ð c trưng sóng - Deter 0,02 0,05 (error 1o) cosα Cosin (mái d c ñê) - Nor 0,97 ∆ T tr ng c a bêtông - Nor 1,4 0,05 φ H s kinh nghi m - Nor 5 0,5 b Ch s mũ (kinh nghi m) - Nor 0,65 0,15 HWRU-CE project - TUDelft 98
D Kích thư c ñá yêu c u m Deter nom Hàm tin c y theo Van der Meer áp d ng cho kè ñá x p Z={8.7*P0.18*(S/N0.5)0.2*(tanα/SQRT(S0)) -0.5 }-{Hs/∆/D} N S cơn bão - Deter 7000 P Hs nh hư ng tính th m - Nor 0,2 0,05 S Tr s hư h ng ban ñ u - Deter 2 ∆ T tr ng c a ñá - Nor 1,6 0,1 8,7 Thông s mô hình - nor 8,7 0,065*8,7=0,5655 B ng 8.4 K t qu tính toán xác xu t phá h ng v i các trư ng h p k t c u mái kè. Trư ng h p Thông s ðơn v ðê hi n ðê thi t k m i theo T.K t t ñ nh ti T.C Vi t Nam T.C Hà Lan Kè ñá x p ðư ng kính ñá m 0,45 0,89 0,86 Xác su t hư h ng - 0,413 0,0157 0,0274 Ch s tin c y - 0,0671 2,15 1,92 C u ki n B.T ðư ng kính ñá m 0,5 0,75 0,7 ñúc s n Xác su t hư h ng - 0,132 0,0123 0,0288 Ch s tin c y - 1,11 2,25 1,9 K t qu phân tích cho th y kh năng x y ra hi n tư ng m t n ñ nh k t c u b o v mái d c là tương ñ i cao, m c 50% ñ i v i ñê ñã xây d ng. Phân tích tính nh y c m và tính nh hư ng c a các ñ i lư ng ng u nhiên cho th y chi u cao sóng thi t k gây nh hư ng chính ñ n cơ ch phá h ng này. Bên c nh ñó các tham s mô hình và h s kinh nghi m cũng có s nh hư ng ñáng k . B ng 8.5 nh hư ng c a các bi n ng u nhiên ñ n cơ ch m t n ñ nh k t c u b o v mái. Theo tiêu chu n Pilarczyk Theo tiêu chu n Van der Meer αi (αi)2 αi (αi)2 Xi % nh hư ng No. Xi % nh hư ng No. 1 Delta -0,181 0,033 3,28 1 Delta -0,2 0,040 4,00 HWRU-CE project - TUDelft 99
Hs 2 0,646 0,417 41,73 2 Hs 0,824 0,679 67,90 Φ P 3 -0,535 0,286 28,62 3 -0,231 0,053 5,34 b 4 0,445 0,198 19,80 4 model -0,418 0,175 17,47 5 Slope 0,257 0,066 6,60 5 Slope 0,23 0,053 5,29 8.6.3 Hi n tư ng xói ng m n n ñê và ñ y tr i phía chân h lưu ñê (Piping) Hi n tư ng này x y ra khi ñ ng th i tho mãn hai ñi u ki n [2]: (1) L p sét n n ñê b ch c th ng. (2) Xu t hi n dòng ch y v n chuy n cát ng m dư i ñê. - Hàm tin c y cho ñi u ki n 1: Z1= ρc*g*d - ρw*g*∆H (8-14) - Hàm tin c y cho ñi u ki n 2: Z2= m*Lt/c - ∆H (8-15) ρc : Kh i lư ng riêng c a l p sét. Trong ñó: ρw : Kh i lư ng riêng c a nư c. ∆H : Chênh l ch m c nư c. Lt : Chi u dài tính toán ñư ng vi n th m, xác ñ nh theo Bligh. C : H s Bligh. Xác ñ nh các bi n ng u nhiên theo B ng 6. B ng 8.6 Mô t bi n ng u nhiên Kí hi u ðơnv Lu t P.P Kỳ v ng ð l ch kG/m3 ρc Kh i lư ng riêng ñ t n n Deter 1800 kG/m3 ρw Kh i lư ng riêng c a nư c Deter 1031 d Chi u dày l p sét n n ñê m Nor 3,5 0,2 (sai s = 5% chi u dày) - m Thông s mô hình Nor 1,67 0,33 Lk Chi u dài ñư ng vi n th m m Nor 48 5 cB H s Bligh - Deter 15 ∆H C t nư c th m m =DWL-Zinland={MHWL+Surge}-Zinland M c nư c tri u cư ng MHWL m Nor 2,29 0,071 HWRU-CE project - TUDelft 100
D nh nư c do gió bão Surge m Nor 1,0 0,2 Zinland M c nư c phía ñ ng m Nor 0 0,5 Xác su t x y ra xói ng m và ñ y tr i ñư c tính toán b ng mô hình VAP. K t qu tính toán ghi t i B ng 7. Hình 8.12 trình bày nh hư ng c a các ñ i lư ng ng u nhiên ñ n xác su t x y ra hi n tư ng piping. B ng 8.7 Hàm tin c y Z1 Hàm tin c y Z2 β1=6,72 β2=3,21 P(Z1
áp d ng cho trư ng h p này ta có ρ=0,408 và β *1=5,93 ; β*2=0,51 Xác su t x y ra s c : max{ΦN(-6,72) * ΦN(-0,51); ΦN(-3,21) * ΦN(-5,93)} ≤ P{Z2
B T i tr ng t i ñ nh ñê (giao thông) kN Nor 100 10 K t qu tính toán cho th y, xác su t x y ra m t n ñ nh trư t mái ñê bi n Nam ð nh là 0,6% ñ i v i mái ñê phía bi n và 0,003% v i mái ñê phía ñ ng, ch s ñ tin c y là 2,5 và 4 tương ng. Probability Density Function for Outer Slope Probability Density Function for Inner Slope 15 15 10 10 Frequency (%) 5 5 0 0 1.06 1.10 1.14 1.18 1.22 1.26 1.30 1.34 1.38 1.42 0.96 1.00 1.04 1.08 1.12 1.16 1.20 1.24 1.28 1.32 Factor of Safety Factor of Safety Probability Distribution Function for Outer Slope Probability Distribution Function for Inner Slope 100 100 80 80 Probability (%) 60 60 40 40 20 20 0 0 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 Factor of Safety Factor of Safety Outer slope Inner slope Hình 8.13 Xác su t và hàm m t ñ xác su t c a thông s trư t an toàn mái ñê. HWRU-CE project - TUDelft 103
B ng 8.9 Tóm t t k t qu phân tích n ñ nh mái ñê. Mái ñê phía bi n Mái ñê phía ñ ng Thông s H s an toàn trung 1,1538 1,2485 bình (Mean of SF) Ch s tin c y 2,528 4 ð l ch chu n 0,061 0,062 P (Failure) (%) 0,00570860 0,00003130 8.6.5 Xói trư c chân ñê và chân kè (Sumer and Fredsoe,2001) Cơ ch phá ho i này x y ra khi chi u sâu h xói trư c chân ñê/kè l n hơn chi u sâu b o v c a k t c u chân ñê/kè. Hàm DWL+3.29m m=4 tin c y cho cơ ch này ñư c vi t như sau: h -0.5m original sea bed 14° m beach slope Z = ht - hx S scour width cyclinrical concrete D=150 cm rock filled , Trong ñó: ht là chi u sâu b o v c a k t c u chân kè; hx chi u xâu h xói d ki n trư c chân kè. Theo giá tr thi t k hi n t i c a chân kè bi n Nam ð nh, chân kè ñư c b o v t i cao trình -2,0, tương ng v i chi u sâu ht=1,5m. Khi k ñ n các ñi u ki n sai s trong thi công và do lún ban ñ u, có th l y ht = Nor (1,5; 0,15 m). Chi u sâu h xói d ki n trư c chân kè có th xác ñ nh ñư c theo Sumer and Fredsoe,2001: f (α ) α hx − f (α) = 0,3 − 1,77e = 15 vi 1.35 Hs   2π h   sinh     L   Trong ñó, các thông s h (chi u sâu nư c trư c chân ñê); Hs (chi u cao sóng trư c chân ñê) ñư c coi là các bi n ng u nhiên tuân theo lu t phân ph i chu n như trình bày trong các bài toán ph n trên. Gi i hàm tin c y theo FORM thu ñư c: β = 1,49 Ch s ñ tin c y Pfailure = 6,8 % Xác su t phá h ng Phân tích tính nh y c m c a các bi n ng u nhiên ñưa ra k t qu nh hư ng các bi n ng u nhiên ñ n cơ ch phá ho i này như trên ñ th hình 6. HWRU-CE project - TUDelft 104
tham so Tm 2.78% 9.60% h 19.80% Hs 42.22% Apha 25.61% Base on Sumer & Fredsoe, 2001 Hình 8.14 nh hư ng c a các ñ i lư ng ng u nhiên ñ n s xu t hi n cơ ch phá h ng do xói chân ñê. 8.6.6 T ng h p xác su t phá h ng ñê bi n Nam ð nh Phân tích bài toán m u cho m t ño n ñê bi n ñ i di n t i v trí H i Tri u k ñ n năm cơ ch hư h ng chính như ñã nêu trên. T ng h p xác su t x y ra hư h ng c a ño n ñê ñ i di n ñư c th c hi n theo sơ ñ s c c a h th ng như Hình 3. Xác su t t ng h p x y ra s c ñư c xác ñ nh như sau: Pdike failure = P (Z1
ðê hi n t i 0,414 0,413 3,0E-12 0,00003 0,0057 0,068 0,414 0,950 ðê thi t k m i 0,047 0,015 3,0E-12 0,00003 0,0057 0,068 0,0414 0,137 theo TCVN b. ðo n ñê ñư c b o v b ng c u ki n bêtông ñúc s n Biên Biên Trư ng h p P(Z1