Luận văn Mô phỏng trận động đất M=4.6 xảy ra tại khu vực đập thủy điện sông Tranh 2

Nội dung tài liệu: Luận văn Mô phỏng trận động đất M=4.6 xảy ra tại khu vực đập thủy điện sông Tranh 2

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- Vi Văn Vững MÔ PHỎNG TRẬN ĐỘNG ĐẤT M=4.6 XẢY RA TẠI KHU VỰC ĐẬP THỦY ĐIỆN SÔNG TRANH 2 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội- 2018
2. ĐẠIHỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- Vi Văn Vững MÔ PHỎNG TRẬN ĐỘNG ĐẤT M=4.6 XẢY RA TẠI KHU VỰC ĐẬP THỦY ĐIỆN SÔNG TRANH 2 Chuyên ngành: Vật lý Địa cầu Mã số: 8440130.06 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Trần Thị Mỹ Thành Hà Nội- 2018
3. Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Cô hướng dẫn TS. Trần Thị Mỹ Thành, đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình định hướng, tìm hiểu và học hỏi các kiến thức quan trọng, cần thiết để hoàn thành Luận văn Thạc sĩ Khoa học. Đồng thời, tôi xin cảm ơn tất cả các Thầy Cô trong Bộ môn Địa Vật lý, Khoa Vật lý-Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã đào tạo và tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình tôi học tập ở trường. Tôi cũng xin cảm ơn các đồng nghiệp trong Phòng Nghiên cứu Địa chấn, Viện Vật lý Địa cầu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ, tạo điều kiện và có những ý kiến góp ý quý báu để tôi hoàn thành Luận văn. Học viên Vi Văn Vững
4. MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 Chương 1 - TỔNG QUAN VÀ PHƯƠNG PHÁP .................................................. 2 1.1. Tổng quan ......................................................................................................... 2 1.2. Cơ sở lý thuyết phương pháp ngẫu nhiên ........................................................ 3 1.3. Cơ sở lý thuyết phương pháp hàm Green thực nghiệm ................................... 7 Kết luận chương 1 ................................................................................................. 10 Chương 2 - SỐ LIỆU VÀ CHƯƠNG TRÌNH ...................................................... 12 2.1. Mô phỏng bằng phương pháp SMSIM .......................................................... 12 Số liệu sử dụng trong chương trình SMSIM ........................................... 12 Chương trình SMSIM mô phỏng theo phương pháp ngẫu nhiên ........... 12 Chạy mô hình thử nghiệm ....................................................................... 17 2.2. Mô phỏng bằng phương pháp EGFM ............................................................ 22 Số liệu băng ghi động đất sử dụng trong mô phỏng ............................... 22 Chương trình EGFM mô phỏng theo phương pháp hàm Green thực nghiệm ............................................................................................................... 26 Kết luận chương 2 ................................................................................................. 29 Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 30 3.1. Mô phỏng theo phương pháp hàm ngẫu nhiên ............................................... 30 3.2. Kết quả Mô phỏng theo phương pháp hàm Green thực nghiệm .................... 33
5. Kết luận chương 3 ................................................................................................. 36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO
6. DANH MỤC VIẾT TẮT EGFM: “Empirical Green Function Method”, Phương pháp hàm Green thực nghiệm GM: “Ground motion”, Chuyển động nền, dao động nền M: “Magnitude”, Độ lớn động đất nsim: “Number of simulation”, Số lượng mô phỏng ngẫu nhiên PGA: “Peak Ground Acceleration”, Gia tốc đỉnh PGD: “Peak Ground Displacement”, Dịch chuyển cực đại PGV: “Peak Ground Velocity”, Vận tốc đỉnh PSA: “Pseudo-acceleration spectra”, Phổ đáp ứng gia tốc PSV: “Pseudo-velocity spectra”, Phổ đáp ứng vận tốc RV: “Random vibration”, cách gọi khác mà Boore sử dụng để gọi lý thuyết ngẫu nhiên, mô phỏng bằng phương pháp ngẫu nhiên trong miền tần số SD: “Spectra displacement”, Phổ dịch chuyển SMSIM: “Stochastic Model SIMulation” hoặc “Strong Motion SIMulation”, Mô phỏng sử dụng mô hình ngẫu nhiên, hoặc mô phỏng dao động nền đất TD: “Time domain”, Miền thời gian, mô tả biên độ biến thiên theo thời gian
7. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Danh mục một số trận động đất được lựa chọn trong nghiên cứu .............. 24 Bảng 2: Giá trị U 0 và u 0 ; A0 và a0 ; fc .................................................................... 28
8. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Tỉ lệ phổ nguồn 2 trận động đất M6.5 và M7.5 với mô hình omega bình phương ......................................................................................................................... 5 Hình 2: Phổ dịch chuyển và phổ gia tốc của động đất tuân theo quy luật -2 ............ 9 Hình 3: Sơ đồ khối của chương trình SMSIM .......................................................... 13 Hình 4: Tham số đầu vào cho mô hình thử nghiệm của chương trình SMSIM phiên bản 2.3 bởi Boore (2005) .......................................................................................... 18 Hình 5: So sánh psv tính bằng lý thuyết ngẫu nhiên và mô phỏng trong miền thời gian của động đất M = 4.0, khoảng cách chấn tâm R = 10km với số lượng mô phỏng nsims = 10, 40, 160, 640. ..................................................................................................... 19 Hình 6: So sánh psv tính bằng lý thuyết ngẫu nhiên và mô phỏng trong miền thời gian của động đất M = 7.0, khoảng cách chấn tâm R= 10km với số lượng mô phỏng là nsims = 10, 40, 160, 640. .......................................................................................... 20 Hình 7: Băng sóng mô phỏng trong miền thời gian của động đất M = 7.0 khoảng cách chấn tâm R = 200km. ................................................................................................ 21 Hình 8: Sơ đồ chấn tâm các trận động đất dùng trong nghiên cứu ........................... 22 Hình 9: Băng ghi gia tốc trận động đất M = 4.1 ngày 23/09/2012 ghi được tại các trạm khác nhau .......................................................................................................... 23 Hình 10: Sơ đồ các bước thực hiện mô phỏng băng gia tốc dao động nền của trận động đất mạnh M = 4.6 từ trận động đất nhỏ hơn M = 3.5 tại trạm ST02 ................ 26 Hình 11: Phổ dịch chuyển và phổ gia tốc của trận M = 3.5 thành phần Bắc Nam và Đông Tây ................................................................................................................... 27 Hình 12: Phổ dịch chuyển và phổ gia tốc của trận M = 4.6 thành phần Bắc Nam và Đông Tây ................................................................................................................... 28 Hình 13: Phổ đáp ứng gia tốc(trái) và vận tốc (phải) của động đất M = 4.6 khoảng cách chấn tâm 9 km. .................................................................................................. 30
9. Hình 14: Mô phỏng miền thời gian cho động đất M = 4.6, khoảng cách chấn tâm 9 km, với tham số đầu vào của mô hình thử nghiệm trong Hình 4, so sánh với băng sóng thực tế của động đất M = 4.6 tại sông Tranh được ghi tại trạm ST02 (vai đập) kênh Bắc-Nam ........................................................................................................... 31 Hình 15. Kết quả mô phỏng động đất 4.6 từ động đất 3.5. ....................................... 35
10. MỞ ĐẦU Giản đồ ghi lại dao động nền đất do động đất mạnh gây ra là tài liệu quan trọng dùng trong thiết kế chống động đất, đặc biệt đối với các công trình xây dựng trọng điểm. Trong thực tế, ít có trường hợp ghi được dao động nền ứng với động đất cực đại tại khu vực xây dựng công trình, ngay cả ở những nơi động đất mạnh thường xuyên xảy ra và phương tiện quan trắc đầy đủ như ở Nhật Bản, Mỹ, Đài Loan... Để khắc phục sự thiếu hụt số liệu quan trắc, các nhà địa chấn trên thế giới có nhiều kết quả nghiên cứu mô phỏng băng ghi dao động động đất mạnh. Đây cũng là hướng nghiên cứu được nhiều nước tiên tiến áp dụng trong đánh giá nguy hiểm động đất tại các công trình xây dựng quan trọng như nhà máy thủy điện, nhà máy nhiệt điện hay điện hạt nhân. Cho tới cuối năm 2010, Việt Nam mới có 24 băng ghi gia tốc dao động nền của 21 trận động đất (chủ yếu ghi tại trạm Tuần Giáo và Điện Biên). Trong số đó, có 17 trận là động đất chính và dư chấn của động đất Điện Biên ngày 19/2/2001, M = 5.3. Thủy điện Sông Tranh 2 xây dựng năm 2010 với động đất thiết kế là 5.5. Trên thực tế, với tập hợp số băng ghi dao động kể trên không đủ để chọn băng gia tốc phục vụ công tác thiết kế kháng chấn cho thủy điện Sông Tranh 2. Do đó, trong luận văn này, học viên đã tìm hiểu, trình bày các phương pháp mô phỏng số băng ghi dao động nền để áp ứng nhu cầu thực tiễn trên. Học viên đã áp dụng phương pháp hàm Green thực nghiệm để mô phỏng lại trận động đất M = 4.6. Băng sóng lý thuyết thu được khá trùng hợp với băng sóng quan trắc. Kết quả này góp phần khẳng định hướng mô phỏng động đất mạnh hoàn toàn có thể áp dụng trong đánh giá nguy hiểm động đất ở Việt Nam. Khu vực Sông Tranh 2 sử dụng băng ghi động đất M = 3.5 mô phỏng thành công trận động đất M = 4.6, tương tự ta cũng có thể dùng băng ghi trận động đất M = 4.6 để mô phỏng trận động đất phục vụ cho thiết kế M = 5.5. Ngoài phương pháp hàm Green thực nghiệm, học viên cũng trình bày thêm một phương pháp mô phỏng dựa trên lý thuyết ngẫu nhiên (“phương pháp ngẫu nhiên”) nhằm so sánh ưu điểm, nhược điểm của 2 phương pháp mô phỏng được sử dụng phổ biến trên thế giới và đánh giá khả năng áp dụng của từng phương pháp trong điều kiện thực tế ở Việt Nam. 1