Tính toán chu kỳ dao động chủ yếu của đất nền TP. Hồ Chí Minh và Hà Nội bằng quan trắc vi dao động

Nội dung text: Tính toán chu kỳ dao động chủ yếu của đất nền TP. Hồ Chí Minh và Hà Nội bằng quan trắc vi dao động

1. Tính toán chu kỳ dao động chủ yếu của đất nền TP. Hồ Chí Minh và Hà Nội bằng quan trắc vi dao động Estimation of Ground Predominant Periods of Ho Chi Minh and Hanoi Cities by Microtremor Observations Ngày nhận bài: 08/10/2015 Ngô Việt Dũng Ngày sửa bài: /10/2015 Ngày chấp nhận đăng: /11/2015 TÓM TẮT: Bài báo đã phân tích số liệu thu được từ quan trắc vi dao động 1. Giới thiệu tại đất nền hai thành phố Hà Nội và Hồ Chí Minh với số điểm Động đất đã xảy ra nhiều nơi trên lãnh thổ Việt Nam, một quan trắc tương ứng là hai và năm. Phương pháp Nakamura và số trận đáng chú ý ở Tây bắc và miền Trung từ 1935 - 2006 với phương pháp phân tích dữ liệu hố khoan được sử dụng để cường độ từ 4.9 - 6.8 độ Richter ( Bảng 1 ). Gần đây có 3 trận phân tích số liệu và tính toán chu kỳ dao động chủ yếu của đất động đất đã xảy ra ở miền Nam Việt Nam, phần lớn chúng đều nền hai thành phố này. So sánh kết quả của hai phương pháp, là động đất ngoài khơi. Do vậy, với một số lượng ít các trận có sự tương quan tốt hơn ở số liệu của Thành phố Hồ Chí Minh động đất xảy ra trong quá khứ, Việt Nam được xem là quốc gia so với Hà Nội. Bài báo cũng cho thấy rằng đất nền của cả hai có hoạt động địa chấn thấp (1). Chính phủ Việt Nam đã quan Thành phố đều có nguy cơ cộng hưởng với động đất chu kỳ tâm hơn đến đã quan tâm hơn đến động đất trong xây dựng dài. những năm gần đây (2). Từ khóa: Quan trắc vi dao động, dữ liệu hố khoan, chu kỳ dao Ở Việt Nam, đã có một số nghiên cứu triển khai quan trắc động chủ yếu, động đất chu kỳ dài. vi dao động ở các thành phố như Hà Nội (3), Điện Biên vv, và các địa điểm xây dựng của các dự án quan trọng. Tuy nhiên, do ABSTRACT: sự thiếu thiết bị quan trắc, đã có hạn chế nhất định trong việc xác định các thông tin động lực học của nền đất như: chu kỳ This paper process the data obtained from microtremor dao động chủ yếu, hệ số cộng hưởng, vận tốc sóng cắt vv. observations at Ha Noi and Ho Chi Minh cities with two and five Việc tính toán các thông số này đóng vai trò quan trọng trong sites respectively. Nakamura method and borehole data các nhiên cứu ảnh hưởng của động đất chu kỳ dài đến nhà cao method are used to analyze the data and estimate the ground tầng ở các thành phổ lớn. predominant periods of mentioned cities. The result Do đó, kết quả của việc ứng dụng phương pháp comparison between two methods state better corresponding Nakamura(4) trong xử lý số liệu của quan trắc vi dao động tại in the case of Ho Chi Minh city than Ha Noi city. Moreover, this Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh được giới thiệu ở phần đầu paper show that the ground of the mentioned two cities are của bài báo này. Bằng cách sử dụng phương pháp này, chu kỳ vulnerable to the resonance with long-period ground motion. dao động chủ yếu của đất nến tại hiện trường có thể được tính Keywords: Microtremor observation, borehole data, ground toán từ tỷ sổ giữa thành phần ngang và đứng của phổ gia tốc predominant period, long-period ground motion. vi dao động. Ts Ngô Việt Dũng Bảng 1. Các trận động đất trong lịch sử Việt Nam Bộ môn Kết cấu công trình Stt. Năm Địa đi ểm Vùng Độ lớn Khoa Xây dựng & Cơ học ứng dụng miền thang Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Richter Email: dungnv@hcmute.edu.vn - 0123 511 4036 1 1935 Đi ện Biên Tây B ắc 6.8 2 1983 Tu ần Giáo, Lai Châu Tây B ắc 6.7 3 2001 Nam Uôn, Lào Tây B ắc 5.3 4 2006 Đô Lương, Ngh ệ An Trung 4.9 5 2007 Vũng Tàu Nam 5.1 6 2010 Vũng T àu Nam 4.7 7 2011 Myanmar Biên gi ới 7.0
2. 2. Quan trắc vi dao động gian mỗi lần đo là 3 phút (cho các lần đo vào tháng 3/2011) và 2.1. Địa điểm quan trắc 10 phút (cho các lần đo vào tháng 9/2011). Dữ liệu thu được là Thí nghiệm đo vi dao động được thực hiện 2 lần vào tháng gia tốc vi dao động của nền đất theo 3 kênh: phương thẳng 3 và tháng 9 năm 2011 tại Thành phố Hồ Chí Minh với 5 địa đứng (Channel 1: Up-Down), Bắc-Nam (Channel 2: North- điểm, 1 lần vào tháng 9 năm 2011 tại thành phố Hà Nội với 2 South), Tây- Đông (Channel 3: West-East). địa điểm. Các công viên hoặc khu vực đất trống trải với hoạt Hình 3 thể hiện 1 ví dụ của dữ liệu đo được tại điểm 5: Công động giao thông thấp được chọn làm địa điểm thí nghiệm để viên Hoàng Văn Thụ ở Thành phố Hồ Chí Minh vào tháng giảm tối đa các hiệu ứng tiếng ồn đến kết quả (Bảng 2, 3 và 9/2011. Hình 1, 2 ). Bảng 2. Địa điểm thí nghiệm ở Thành phố Hồ Chí Minh Stt. Địa đi ểm 1 Công viên Lê Văn Tám (LVT) 2 Công viên Tao Đàn (TĐ) 3 Khu du l ịch K ỳ Hòa (KH) 4 Công viên Lê Th ị Riêng (LTR) 5 Công viên Hoàng Văn Th ụ Bảng 3. Địa điểm thí nghiệm ở Thành phố Hà Nội Stt. Địa đi ểm 1 Đại h ọc Xây d ựng (ĐHXD) 2 Công viên Tu ổi tr ẻ (CVTT) Hình 1. Địa điểm thí nghiệm ở Thành phố Hồ Chí Minh Hình 3. Ví dụ dữ liệu đo được 3. Kết quả phân tích dữ liệu 3.1. Phân tích dữ liệu Trong phần này, 1 kỹ thuật được mô tả để phân tích dữ liệu đo của quan trắc vi dao động. Mỗi quan trắc được ghi lại trong 3 phút (18,000 điểm dữ liệu) và 10 phút (60,000 điểm dữ liệu) tương ứng vào tháng 3 và 9 năm 2011. Mỗi dữ liệu quan trắc được chia thành 8 (hoặc 28 cho trường hợp tháng 9) phần, mỗi phần 2048 điểm dao động (dài 20.48 giây) và được xử lý thành 8 (hoặc 28) tệp dữ liệu. Tiếp đến, 8 (hoặc 28) tệp dữ liệ với miền thời gian này sẽ được xử lý bằng biến đổi Fourier để nhận được 8 (hoặc 28) tệp dữ liệu với miền tần số. Sau đó, các tệp này được lấy trung bình để nhận được kết quả mịn hơn. Hình 2. Địa điểm thí nghiệm ở Thành phố Hà Nội Trung bình nhân biên độ phổ Fourier của 2 thành phần (Nguồn: Map data ©2013 Google) nằm ngang (Bắc-Nam và Tây-Đông) được xác định để thu được biên độ phổ phản ứng ngang trung bình S H(f). Cuối cùng, tỷ số 2.2. Mô tả quan trắc phổ phản ứng ngang/đứng của vi dao động S H/V (f) được xác Thí nghiệm vi dao động được tiến hành bởi thiết bị đo vi định bởi S H/V (f) = S H(f) / S V(f). dao động xách tay GPL-6A3P thuộc Lab Kỹ thuật động đất, Đại Trong đó, S V(f) là biên độ phổ phản ứng theo phương đứng. học Kanazawa, Nhật Bản và được công ty Mitsutoyo sản xuất. Vi dao động được máy đo 3 lần cho mỗi địa điểm với thời
3. 3.2. Kết quả nhận được Từ kết quả thu được, Thành phố Hồ Chí Minh có chu kỳ dao Quan trắc vi dao động được thực hiện 3 lần cho mỗi điểm động chủ yếu có thể đạt 1.11 - 2.28 giây, các khu vực ở Hà Nội thí nghiệm và kết quả được lấy trung bình. Hình 4 thể hiện tỷ chu kỳ có thể đạt 0.82 - 0.93 giây. số phổ phản ứng của Thành phố Hồ Chí Minh và chu kỳ dao động chủ yếu của nền đất ở 5 địa điểm (site 1 đến site 5) có thể 4. So sánh kết quả phân tích bằng phương pháp vi dao được ước tính và liệt kê trong Bảng 4 . Tỷ số phổ phản ứng của động với phương pháp dữ liệu hố khoan 2 địa điểm (site 1 đến site 2) ở Hà Nội được trình bày trong Hình 4.1. Phương pháp dữ liệu hố khoan 5 sau đó chu kỳ dao động chủ yếu được tính toán và thể hiện Trong phần này, kết quả chu kỳ dao động chủ yếu của nền trong Bảng 5 . đất được tính toán trong phần 3. được so sánh với chu kỳ được Bảng 4. Chu kỳ nền chủ yếu ở Thành phố Hồ Chí Minh ước tính bằng phương pháp dữ liệu hố khoan. Phương pháp Địa đi ểm Chu k ỳ dao này sử dụng dữ liệu hố khoan tại hiện trường các công trình động chủ yếu (s) xây dựng thực tế với lý thuyết truyền sóng đẳng hướng đề xuất 1. Công viên Lê Văn Tám (Site 1) 1.46 bởi Bowles, 1979 (5). Theo phương pháp này, chu kỳ dao động 2. Công viên Tao Đàn (Site 2) 1.14 nền được ước tính: 3. Khu du l ịch K ỳ Hòa (Site 3) 1.71 T = 4 Σ(H i / βi) (1) 4. Công viên Lê Th ị Riêng (Site 4) 1.71 Trong đó: 5. Công viên Hoàng Văn Th ụ (Site 5) 2.28 Hi là chiều dày lớp đất thứ i (m) βi là vận tốc sóng cắt trong lớp đất thứ I (m/s) Bảng 5. Chu kỳ nền chủ yếu ở Thành phố Hà Nội Một số dữ liệu hố khoan đã được thu thập từ các dự án xây Địa đi ểm Chu k ỳ dao đ ộng dựng lớn thuộc 8 công trình ở Thành phố Hồ Chí Minh và 4 chủ yếu (giây) công trình ở Thành phố Hà Nội. Hình 6 thể hiện 1 ví dụ về dữ liệu hố khoan: Dữ liệu hố khoan 1 của Căn hộ chung cư Phú 1. Đ ại h ọc Xây d ựng (Site 1) 0.93 Hoàng Anh (Dự án 2). Tất cả các dữ liệu hố khoan đều có chỉ số 2. Công viên Tu ổi tr ẻ (Site 2) 0.82 SPT, tuy nhiên 1 số lại không đủ thông tin về vận tốc sóng cắt, mô đun cắt vv. Do đó, vận tốc sóng cắt được ước tính từ chỉ số SPT co các lớp đất theo công thức (6): β = 80 x N 1/3 cho đ ất cát (2) β = 100 x N 1/3 cho đ ất sét (3) Sau đó, chu kỳ dao động nền của 2 thành phố sẽ được tính toán sử dụng phương trình (1). Hình 4. Tỷ số phổ phản ứng ở Thành phố Hồ Chí Minh Hình 5. Tỷ số phổ phản ứng ở Thành phố Hà Nội Hình 6. Ví dụ về dữ liệu hố khoan
4. 4.2. Dữ liệu hố khoan tại Thành phố Hồ Chí Minh Table 11. Trung tâm Sài Gòn PullMan (Dự án 6) Dữ liệu hố khoan của 8 địa điểm xây dựng trên địa bàn Hố khoan Chu k ỳ (s) Độ sâu (m) Thành phố Hồ Chí Minh được thu thập với các thông tin về chỉ 3 1.26 80.00 số SPT, loại đất và chiều dày các lớp đất. Chu kỳ nền đất được 4 1.35 80.00 ước tính và thể hiện trong các Bảng 6 - Bảng 13 . Hình 7 minh họa vị trí các địa điểm xây dựng công trình có Table 12. Khách sạn Continental mở rộng (Dự án 7) dữ liệu hố khoan được thu thập và vị trí các thí nghiệm vi dao Hố khoan Chu k ỳ (s) Độ sâu (m) động ở Thành phố Hồ Chí Mih. Theo hình ảnh này thì các quan 1 0.99 60.00 trắc vi dao động ở địa điểm 1 và 2 là gần với các địa điểm xây 2 1.00 60.00 dựng công trình 4, 6, 7, 8. Chu kỳ dao động nền các dự án xây 3 1.03 60.00 dựng 4. 6. 7. 8 dao động từ 0.99 - 1.43 giây, trong khi đó chu kỳ dao động nền được tính toán bằng vi dao động tại địa điểm 1, Table 13. Tháp đôi Savico (Dự án 8) 2 dao đọng từ 1.14 - 1.46 giây. Do đó kết quả tính toán của 2 Hố khoan Chu k ỳ (s) Độ sâu (m) phương pháp là khá tương thích với nhau. Ngoài ra, giả thiết rằng nền của Thành phố Hồ Chí Minh có khả năng cộng hưởng 1 1.02 60.00 với các động đất chu kỳ dài (T>1s) là hợp lý. 2 1.12 60.00 3 1.01 60.00 Bảng 6. Căn hộ chung cư Phước Bình (Dự án 1) 4 1.00 60.00 Hố khoan Chu k ỳ (s) Độ sâu (m) 5 1.11 60.00 1 0.88 66.00 2 0.92 66.00 3 0.83 66.00 Table 7. Căn hộ chung cư Phú Hoàng Anh (Dự án 2) Hố khoan Chu k ỳ (s) Độ sâu (m) 1 0.91 70.00 2 0.92 70.00 3 0.97 70.00 4 0.89 70.00 5 1.25 70.00 6 1.16 70.00 7 0.92 70.00 8 0.96 70.00 9 0.76 70.00 10 0.92 70.00 Hình 7. Vị trí hố khoan (hình vuông vàng) và địa điểm đo vi 11 0.92 70.00 dao động (vòng tròn xanh) tại Thành phố Hồ Chí Minh 12 0.89 70.00 13 0.90 70.00 4.3. Dữ liệu hố khoan tại Thành phố Hà Nội Bảng 14 - 17 thể hiện các hố khoan từ 4 địa điểm xây dựng Table 8. Căn hộ chung cư 18 tầng (Dự án 3) ở Thành phố Hà Nội. Trình tự tính toán xử lý dữ liệu hố khoan Hố khoan Chu k ỳ (s) Độ sâu (m) được thực hiện và chu kỳ dao động nền chủ yếu được ước tính. 1 1.01 90.00 Hình 8 minh họa các địa điểm đã thu thập được dữ liệu hố 2 0.87 70.00 khoan và các khu vực làm thí nghiệm vi dao động. Theo hình 3 0.93 90.00 này thì các điểm thí nghiệm vi dao động 1 và 2 là gần với các 4 0.85 70.00 dự án công trình xây dựng 3 và 4. Chu kỳ dao động nền của các dự án 3 và 4 khoảng từ 0.81 - 0.95 giây, trong khi chu kỳ nền Table 9. Chung cư cao tầng cho thuê (Dự án 4) ước tính bằng vi dao động từ các địa điểm 1 và 2 khoảng từ Hố khoan Chu k ỳ (s) Độ sâu (m) 0.82 - 0.93 giây. Do dó, kết quả của 2 phương pháp là tương thích với nhau. 1 1.43 80.00 2 1.15 70.00 Bảng 14. Mandarin Garden Residential (Dự án 1) 3 1.16 70.00 Borehole Period (s) Depth (m) 4 1.13 80.00 4 0.90 69.80 5 0.91 70.15 Table 10. Căn hộ Hoàng Anh Gia Lai (Dự án 5) 13 0.93 69.50 Hố khoan Chu k ỳ (s) Độ sâu (m) 14 0.92 70.05 1 0.98 70.00 2 0.95 70.00 Bảng 15. Golden Palace (Dự án 2) 3 1.01 70.00 Borehole Period (s) Depth (m) 4 0.99 70.00 1 0.70 55.00 5 0.92 70.00 2 0.70 55.00 6 0.92 70.00 3 0.71 70.00 7 0.85 70.00 4 0.69 55.00 8 0.89 70.00 5 0.69 55.00
5. 6 0.75 55.00 Observations, 13th World Conference on Earthquake 7 0.71 70.00 Engineering, Vancouver, B.C., Canada, No. 2539, DVD-ROM, 8 0.66 55.00 2004. 9 0.70 55.00 4. Y. Nakamura, A method for dynamic characteristic estimation of subsurface using microtremor of the ground Bảng 16. VinhTuy Complex (Dự án 3) surface, Quarterly Report of Railway Techn, Res. Inst. (RTRI), 30/I, Borehole Period (s) Depth (m) 1989. 2 0.95 55.00 5. J. E. Bowles, Physical and geotechnical properties of Soils, 3 0.88 55.00 McGraw-Hill, 1979. 4 0.81 55.00 6. Specification for Highway Bridges in Japan - Part V Seismic 5 0.86 55.00 design (section 3.6), Japan Road Association, 1996. Bảng 17. Crystal Tower (Dự án 4) Borehole Period (s) Depth (m) 1 0.84 60.00 2 0.84 60.00 3 0.83 60.00 Hình 8. Vị trí hố khoan (hình vuông vàng) và địa điểm đo vi dao động (vòng tròn xanh) tại Thành phố Hà Nội 5. Kết luận Trong bài báo này, chu kỳ dao động chủ yếu của đất nền 2 Thành phố Hà Nội và Hồ Chí Minh đã được ước tính sử dụng phương pháp quan trắc vi dao động và được kiểm chứng so sánh với phương pháp phân tích dữ liệu hố khoan. So sánh kết quả của 2 phương pháp cho thấy sự phù hợp giữa các giá trị tính toán cho cả 2 Thành phố. Kết quả chu kỳ nền cho thấy nền đất Thành phố Hồ Chí Minh có khả năng cộng hưởng với động đất chu kỳ dài (T>1s) và nền đất Thành phố Hà Nội có khả năng cộng hưởng với động đất chu kỳ tương đối dài (0.1s<T<1s). Do vậy các công trình cao tầng ( có chu kỳ T≥0.9s) ở các Thành phố này cũng có khả năng cộng hưởng với động đất chu kỳ dài và cần được quan tâm trong các nghiên cứu tương lai. Nhiều quan trắc vi dao động và phân tích dữ liệu hố khoan ở các Thành phố khác của Việt Nam cần được thực hiện trong các nghiên cứu tiếp theo để có thể đánh giá đầy đủ về ảnh hưởng của động đất chu kỳ dài đến nhà cao tầng ở Việt Nam. Trong nghiên cứu tiếp theo, mô phỏng của động đất chu kỳ dài ở các nguồn xa lan truyền và ảnh hưởng đến nền đất Thành phố Hà Nội và Hồ Chí Minh sẽ được thực hiện, ngoài ra sự làm việc của các công trình cao tầng thực tế dưới các ảnh hướng nói trên cũng được xem xét. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Seismic hazard map of Asia depicting peak ground acceleration (PGA), given in units of m/s2, with a 10% chance of exceedance in 50 years. The site classification is rock. (Source: Global Seismic Hazard Assessment Program (GSHAP) in Continental Asia; 2. Seismic report of Department for the quality of construction work to the Minister of Construction, Vietnam, 2011. 3. R. Tuladhar, N. H. C. Nguyen, and F. Yamazaki, Seismic Microzonation of Hanoi, Vietnam Using Microtremor
6. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn B n ti ng Vi t ©, T NG I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH và TÁC GI Bản quếy n táệc ph mRƯ ãỜ cĐ bẠ o hỌ b Ưi Lu tẠ xu t Ỹb n vàẬ Lu t S hỒ u trí tu Vi t Nam. NgẢhiêm c m m i hình th c xu t b n, sao ch p, phát tán n i dung khi c a có s ng ý c a tác gi và ả ng ề i h ẩ pđh đưm ợK thuả tộ TP.ở H ậChí Mấinh.ả ậ ở ữ ệ ệ ấ ọ ứ ấ ả ụ ộ hư ự đồ ủ ả Trườ Đạ ọCcÓ Sư BÀI BạÁO KHỹ OA ậH C T ồT, C N CHUNG TAY B O V TÁC QUY N! ĐỂ Ọ Ố Ầ Ả Ệ Ề Th c hi n theo MTCL & KHTHMTCL h c 2017-2018 c a T vi n ng i h c S ph m K thu t Tp. H Chí Minh. ự ệ Năm ọ ủ hư ệ Trườ Đạ ọ ư ạ ỹ ậ ồ