BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
VŨ QUỐC CÔNG
NGHIÊN CỨU KẾT CẤU ĐẬP HỞ
DẠNG KHUNG ỐNG THÉP TRÒN
CHẮN LŨ BÙN ĐÁ KHU VỰC MIỀN NÚI PHÍA BẮC
Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
Mã số: 9.58.02.02
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2025
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Thủy lợi
Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Vũ Hoàng Hưng
Người hướng dẫn khoa học 2: TS. Nguyễn Chí Thanh
Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Trung Hiếu - Trường Đại học Xây dựng Hà Nội
Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Xuân Huy - Trường Đại học GTVT Hà Nội
Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thắng - Trường Đại học Thủy Lợi
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án Tiến sĩ cấp Trường
họp tại Trường Đại học Thủy lợi.
Địa chỉ: Số 175 phố Tây Sơn, phường Kim Liên, Tp. Hà Nội.
Vào hồi 14 giờ 00 phút, ngày 7 tháng 11 năm 2025
Có thể tìm hiểu Luận án tại:
- Thư viện Quốc Gia
- Thư viện trường Đại học Thủy lợi
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Lũ ở khu vực miền núi đặc biệt là khu vực miền núi phía Bắc kèm theo bùn,
đất, đá, hoặc cây khô, xảy ra trong thời gian rất nhanh, có sức tàn phá lớn, được
gọi là lũ quét, lũ quét bùn đá, lũ bùn, lũ bùn đá; cách gọi tùy thuộc vào thành
phần vật chất của dòng lũ. Lũ bùn đá thường được hình thành do mưa với
cường độ cao, xảy ra trong thời gian ngắn, sinh dòng chảy mặt tập trung cao và
tốc độ nhanh, cuốn theo bùn, đá, thực vật và có sức tàn phá rất mạnh.
Để phòng, chống và giảm nhẹ rủi ro thiên tai lũ bùn đá, các nước trên thế giới
đã không ngừng đầu tư nghiên cứu, phát triển các công nghệ tiên tiến, áp dụng
các giải pháp công trình, phi công trình và đã có những thành công nhất định.
Một trong những giải pháp công trình được sử dụng phổ biến là xây dựng đập
chắn bùn đá hay còn gọi là đập hở. Đây là một dạng đập nhỏ, xây dựng qua
suối hoặc kênh để giảm tốc độ lũ bùn đá. Mục đích chính của các đập này là
làm tiêu hao năng lượng của dòng lũ bùn đá bằng cách làm chậm và lắng đọng
phía trước đập, từ đó sẽ giảm được đáng kể những tác động tới khu vực dân cư
phía hạ lưu.
Giải pháp đập chắn lũ bùn đá bằng khung ống thép tròn đã được sử dụng nhiều
trên thế giới đặc biệt là tại Nhật Bản. Kết cấu khung thường được ngàm chặt
vào nền đá hoặc nền BTCT. Khi chắn lũ bùn đá, theo quán tính các đá khối lớn
trong dòng chảy va chạm vào kết cấu cứng có khả năng gây phá hoại kết cấu.
Để giảm tác động do va chạm có thể đặt các gối đàn hồi tại các vị trí có khả
năng bị va chạm hoặc tăng tính mềm của kết cấu khung tại các nút khung và
chân khung. Nhờ khả năng hấp thụ lực, lực va chạm tác dụng vào khung sẽ
giảm. Tuy nhiên việc bố trí như thế nào và hiệu quả của thiết bị hấp thụ lực đến
ứng xử của kết cấu khung cần phải được nghiên cứu cả lý thuyết và thực
nghiệm. Đây là những vấn đề mới vừa có tính khoa học vừa có tính thực tiễn
cao và là những nội dung chính của luận án “Nghiên cứu kết cấu đập hở dạng
khung ống thép tròn chắn lũ bùn đá khu vực miền núi phía Bắc”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đề xuất được giải pháp kết cấu đập hở dạng khung ống thép tròn có khả
năng hấp thụ lực do tác động của lũ bùn đá.
3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là đập hở dạng khung ống thép tròn.
4. Phạm vi nghiên cứu
Khung ống thép tròn lắp ghép có và không có thiết bị hấp thụ lực dùng làm
đập hở để chắn lũ bùn đá trên các sông, suối khu vực miền núi phía Bắc.
2
5. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu đập hở chắn lũ bùn đá dạng khung ống
thép tròn có thiết bị hấp thụ lực.
- Nghiên cứu thí nghiệm mô hình kết cấu khung ống thép tròn chịu tác dụng
của lực va chạm.
- Nghiên cứu trạng thái ứng suất – biến dạng và dao động của kết cấu khung
ống thép tròn dưới tác dụng lực va chạm dựa trên mô hình phần tử hữu hạn.
- Nghiên cứu thực nghiệm mô hình vật lý khung ống thép tròn chịu tác động
của dòng bùn đá theo điều kiện thực tế.
6. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Luận án tiếp cận cả lý thuyết và thí nghiệm, thực nghiệm mô hình trong đó sử
dụng các phương pháp nghiên cứu phổ biến ở trong nước và trên thế giới như:
- Phương pháp tổng hợp, phân tích và kế thừa những kết quả nghiên cứu đã có.
- Phương pháp thí nghiệm mô hình kết cấu.
- Phương pháp thực nghiệm mô hình vật lý.
- Phương pháp lý thuyết kết hợp mô phỏng trên máy tính.
- Và một số phương pháp đánh giá kết quả đo đạc và tính toán.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Xây dựng được hàm quan hệ mô phỏng quá trình va chạm theo thời gian phụ
thuộc vào giá trị lực va chạm lớn nhất và khoảng thời gian va chạm xác định từ
chuỗi thí nghiệm để làm đầu vào cho mô hình toán.
Xây dựng được chương trình thực nghiệm mô hình vật lý kết cấu khung ống
thép tròn có gắn thiết bị hấp thụ lực chịu tác dụng của dòng chảy bùn đá.
Xây dựng được chương trình tính toán kết cấu khung ống thép tròn không có
và có thiết bị hấp thụ lực có tên KHUNGTHEP_NGAM.MAC và
KHUNGTHEP_LX.MAC có giao diện nhập số liệu đầu vào thuận tiện cho việc
tính toán trạng thái ứng suất – biến dạng của kết cấu chịu tác dụng của lực va
chạm.
Các kết quả nghiên cứu của luận án có thể áp dụng trong thiết kế và chế tạo
khung ống thép tròn trong công trình chắn lũ bùn đá ở khu vực miền núi phía
Bắc.
8. Những đóng góp mới của luận án
(1) Đề xuất được một loại đập hở chắn lũ bùn đá dạng khung ống thép tròn kiểu
tường chống chân khớp có gắn thiết bị hấp thụ lực đặt tại chân chống.
(2) Xây dựng được chương trình thí nghiệm và cung cấp bộ số liệu thí nghiệm
về ứng xử của kết cấu khung ống thép tròn chịu tác dụng của lực va chạm và
dòng bùn đá.
3
9. Cấu trúc của Luận án
Luận án ngoài phần Mở đầu và Kết kuận, 76 tài liệu tham khảo, 03 tài liệu tác
giả đã công bố và 05 Phụ lục, nội dung chính của Luận án được trình bày trong
04 Chương bao gồm 115 trang, 141 hình vẽ và 10 bảng biểu.
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP HỞ CHẮN LŨ BÙN ĐÁ VÀ
NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU ĐẶT RA VỚI LUẬN ÁN
1.1 Tổng quan về lũ bùn đá và giải pháp đập hở chắn lũ bùn đá
1.1.1 Khái quát về lũ bùn đá
Lũ bùn đá là một dạng của lũ quét kèm theo hàm lượng lớn vật rắn gồm đất,
bùn, đá, gỗ. Loại lũ này thường xảy ra phía thượng nguồn nơi sinh lũ, ở các khe
cạn, khe suối, thung lũng, nơi có độ dốc lòng dẫn lớn từ 2o đến 35o. Tại Việt
Nam, các trận lũ bùn đá kèm sạt lở đất nghiêm trọng xảy ra trong các năm
2015, 2016, 2017, 2024 tại một số tỉnh miền núi phía Bắc như Sơn La, Lào Cai,
Lai Châu, Hòa Bình (cũ), Yên Bái (cũ),... Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ, từ
năm 1953 đến năm 2016 trên toàn quốc đã có ít nhất 448 trận lũ với các quy
mô khác nhau. Lũ bùn đá xảy ra có sức tàn phá lớn mang tính huỷ diệt, đi qua
khu vực đông dân cư, có ý nghĩa kinh tế xã hội quan trọng, gây tổn thất lớn về
tính mạng và tài sản của nhân dân, đặc biệt là những hộ dân sống ở các thung
lũng sông khi có lũ bùn đá tràn qua.
1.1.2 Nguyên nhân phát sinh lũ bùn đá tại Việt Nam
Theo tổng kết có 5 nguyên nhân chính phát sinh lũ bùn đá tại Việt Nam:
(1) Điều kiện khí hậu: mưa phân phối không đều, hình thành mưa rào vào
những thời kỳ nhất định trong mùa hè.
(2) Điều kiện địa mạo: kích thước và hình dạng, vị trí độ cao của các lưu vực,
độ dốc của bề mặt địa hình, cấu trúc của các thung lũng sông miền núi và của
các dòng nước tạm thời.
(3) Điều kiện địa chất: sự tích tụ vật liệu mềm rời trong các lưu vực hoặc tại
một bộ phận nào đó của lưu vực; sự phát triển của các quá trình địa chất khác
nhau (phong hóa, trọng lực, v.v…) tham gia vào việc hình thành nên vật liệu
đó, cũng như các chuyển động kiến tạo trẻ và hiện đại.
(4) Hoạt động của con người: làm mất cân bằng tự nhiên trong các lưu vực.
(5) Sạt lở đất làm tăng nguồn trầm tích, từ đó làm tăng tần suất và cường độ lũ
bùn trong các lưu vực núi.