Luận án Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của kết cấu đê dạng bản nghiêng trên nền cọc trong công trình bảo vệ bờ biển

MỤC LỤC

Lời cam đoan 1

Lời cảm ơn 2

Danh mục hình vẽ 7

Danh mục bảng biểu 12

Danh mục từ viết tăt 13

Danh mục ký hiệu 14

Mở đầu 1

1 Tính cấp thiết của đề tài . 1

2 Mục đích nghiên cứu . 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu . 2

3.1 Đối tượng nghiên cứu 2

3.2 Phạm vi nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn . 2

4.1 Ý nghĩa khoa học 2

4.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

5 Bố cục của luận án . 3

Chương 1. Tổng quan nghiên cứu về kết cấu và tương tác giữa sóng với công

trình đê ngăn cát giảm sóng 4

1.1 Tổng quan các nghiên cứu về các giải pháp bảo vệ bờ biển . 4

1.1.1 Giới thiệu chung 4

1.1.2 Kết cấu công trình bảo vệ bờ biển 5

1.2 Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến hướng nghiên cứu của luận án . 11

1.2.1 Tổng quan các công trình nghiên cứu trên thế giới 11

1.2.2 Tổng quan các công trình nghiên cứu tương tác giữa sóng và công trình

trong nước 19

1.3 Tổng quan các phương pháp nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu đê

ngăn cát giảm sóng . 30

1.4 Những vấn đề tồn tại luận án cần giải quyết . 32

1.5 Mục tiêu và nội dung của đề tài nghiên cứu . 32

1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 32

1.5.2 Nội dung nghiên cứu 33

1.5.3 Dự kiến kết quả mang lại 33

1.6 Phương pháp nghiên cứu . 34

1.7 Kết luận chương 1 . 34

Chương 2. Cơ sở khoa học nghiên cứu tương tác giữa sóng và đê dạng bản

nghiêng trên nền cọc 36

2.1 Cơ sở nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu đê bản nghiêng . 36

2.1.1 Đặt vấn đề 36

2.1.2 Cơ sở về lý thuyết tương tự 36

2.2 Xây dựng, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình vật lý . 39

2.2.1 Lựa chọn tỷ lệ mô hình 39

2.2.2 Chế tạo mẫu đê bản nghiêng 40

2.2.3 Thiết bị đo đạc và bố trí các vị trí đo đạc số liệu trên mô hình thí nghiệm

 41

2.3 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình nghiên cứu . 46

2.3.1 Kiểm định độ chính xác của mẫu thí nghiệm 46

2.3.2 Kiểm định độ chính xác sóng trong máng sóng 46

2.3.3 Hiệu chỉnh và kiểm định đầu đo sóng 47

2.3.4 Hiệu chỉnh và kiểm định đầu đo áp lực 48

2.4 Xây dựng các kịch bản nghiên cứu . 49

2.4.1 Thông số sóng thí nghiệm của các tác giả trước đây 49

2.4.2 Xây dựng các kịch bản nghiêng cứu 50

2.5 Phương pháp đo đạc và xử lý số liệu thí nghiệm . 53

2.5.1 Phương pháp đo đạc sóng phản xạ 53

2.5.2 Phương pháp tính toán sóng truyền 55

2.5.3 Phương pháp tính toán sóng phản xạ 55

2.5.4 Phương pháp tính toán hệ số tiêu tán năng lượng sóng 55

2.5.5 Phương pháp phân tích số liệu sóng thu được 55

2.6 Kết luận chương 2 . 56

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY ĐỘNG LỰC KHI

SÓNG TƯƠNG TÁC VỚI KẾT CẤU ĐÊ BẢN NGHIÊNG 57

3.1 Đặc trưng truyền sóng . 57

3.1.1 Kết quả tính toán hệ số truyền sóng 57

3.1.2 Ảnh hưởng của mực nước đến truyền sóng 58

3.1.3 Ảnh hưởng của mái dốc bản nghiêng tới sóng truyền 60

3.1.4 Ảnh hưởng của chu kỳ sóng 63

3.1.5 Ảnh hưởng của độ dốc sóng 64

3.2 Đặc trưng phản xạ sóng . 69

3.2.1 Tổng hợp kết quả thí nghiệm 69

3.2.2 Ảnh hưởng của mực nước đến phản xạ sóng 70

3.2.3 Ảnh hưởng của mái dốc bản nghiêng đến phản xạ sóng 73

3.2.4 Ảnh hưởng của chu kỳ sóng đến phản xạ sóng 76

3.2.5 Ảnh hưởng của độ dốc sóng đến phản xạ sóng 77

3.3 Đặc trưng tiêu tán năng lượng sóng . 81

3.3.1 Ảnh hưởng của mực nước đến tiêu tán năng lượng sóng 81

3.3.2 Ảnh hưởng của mái dốc bản nghiêng đến tiêu tán năng lượng sóng 84

3.3.3 Ảnh hưởng của chu kỳ sóng đến tiêu tán năng lượng sóng 87

3.3.4 Ảnh hưởng của độ dốc sóng đến tiêu tán năng lượng sóng 88

3.4 Phân bố áp lực sóng trên bản nghiêng . 90

3.4.1 Đặt vấn đề 90

3.4.2 Phân bố áp lực sóng trên đê bản nghiêng trên nền cọc 91

3.5 Phân bố vận tốc cực đại do sóng gây ra tại chân đê bản nghiêng . 94

3.5.1 Đặt vấn đề 94

3.5.2 Phân bố vận tốc lớn nhất do sóng gây ra ở khoảng hở giữa chân đê bản

nghiêng và đáy 94

3.6 Kết luận chương 3 . 95

Chương 4. Ứng dụng kết quả nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu đê bản

nghiêng trên nền cọc trong xây dựng công trình bảo vệ bờ biển ở nước ta 97

4.1 Cơ sở lựa chọn giải pháp mặt cắt ngang đê bản nghiêng trong xây dựng công

trình bảo vệ bờ biển . 97

4.2 Đề xuất các dạng mặt cắt ngang đê bản nghiêng đối với công trình bảo vệ bờ

biển . 98

4.3 Thiết kế đê bản nghiêng trong xây dựng công trình bảo vệ bờ biển cảnh dương,

quảng bình . 101

4.3.1 Giới thiệu chung về bờ biển Cảnh Dương 101

4.3.2 Điều kiện biên thiết kế 102

4.3.3 Xác định các thông số đặc trưng của kết cấu 111

4.4 Kết luận chương 4 . 116

Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo 117

1. Kết quả đạt được của luận án . 117

1.1. Nghiên cứu tổng quan 117

1.2. Nghiên cứu trên mô hình vật lý 117

1.3. Nghiên cứu ứng dụng vào công trình thực tế 117

2. Những đóng góp mới của luận án . 118

3. Hướng nghiên cứu tiếp theo . 118

Danh mục công trình đã công bố 119

Tài liệu tham khảo 120

pdf144 trang | Chia sẻ: vietdoc2 | Ngày: 28/11/2023 | Lượt xem: 133 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của kết cấu đê dạng bản nghiêng trên nền cọc trong công trình bảo vệ bờ biển, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
hởi động máy tạo sóng theo chương trình điều khiển đã được lập trình trước, đo và lưu trữ tín hiệu từ các đầu đo sóng, đầu đo áp lực sóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm, kiểm tra sơ bộ tính hợp lý của các số liệu và lưu trữ số liệu, phân tích kết quả đo đạc từ thí nghiệm, vào sổ nhật ký thí nghiệm. 46 Chương trình thí nghiệm được thực hiện từ ngày 30/3/2017 đến ngày 26/4/2017 tại máng sóng của Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, số 1 Ngõ 165 Chùa Bộc, Đống Đa, Hà Nội. 2.3 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình nghiên cứu Công tác hiệu chỉnh và kiểm định mô hình được thực hiện để các thí nghiệm đạt đến độ chính xác về quá trình truyền sóng như ngoài nguyên hình. Các bước hiệu chỉnh và kiểm định đã bao gồm: 2.3.1 Kiểm định độ chính xác của mẫu thí nghiệm Kiểm định độ chính xác của mẫu thí nghiệm gồm: - Mẫu đê bản nghiêng trên nền cọc; - Hình dạng mặt cắt ngang của đê sau khi lắp đặt trong mô hình; Quá trình hiệu chỉnh và kiểm định được thực hiện bằng đo đạc kích thước hình học, cao độ các điểm cơ bản của mô hình trong máng sóng. 2.3.2 Kiểm định độ chính xác sóng trong máng sóng Từ các số liệu sóng đầu vào gồm Hs, Tp, cần hiệu chỉnh sao cho ở các vị trí trong mô hình có chiều cao sóng tương tự như sóng thực tế. Công tác kiểm định được thực hiện bằng cách đo đạc chiều cao sóng do máy tạo sóng tạo ra tại vị trí cách bản tạo sóng 7,0 m. So sánh 5 giá trị chiều cao sóng đầu HS và giá trị chiều cao sóng đo được thực tế trong thí nghiệm HOBS thể hiện trong Hình 2.10 cho thấy hệ số tương quan đạt R2 = 0,969. Như vậy, có thể kết luận chiều cao sóng tạo ra từ máy tạo sóng tương tự chiều cao sóng thí nghiệm. Do đó, máng sóng đảm bảo độ tin cậy để tiến hành các thí nghiệm. 47 Hình 2.10: So sánh kết quả chiều cao sóng tạo bởi máy tạo sóng và sóng thí nghiệm 2.3.3 Hiệu chỉnh và kiểm định đầu đo sóng Sử dụng phương pháp kiểm định ướt bằng cách dùng một ống nhựa cao 1.2m có đường kính DN = 10cm, đổ nước ngập 1m. Sau đo đưa đầu đo vào kiểm định bằng cách nhấn chìm một nửa đầu đo sóng, sau đo đưa lên lần lượt ở độ sâu H tương ứng 50 mm, 100 mm, 150 mm, và 200mm rồi đo lần lượt điện áp ra V (Votl) của đầu đo, các hằng số hiệu chỉnh Acal và Bcal. Trên cơ sở các thông số này tính toán giá trị độ sâu mà đầu đo sóng đo được Y (mm), sau đó tính toán sai số tuyệt đối giữa độ sâu ban đầu và độ sâu tính toán Erro = (H - Y), để làm căn cứ đánh giá độ chính xác của đầu đo sóng. Với 04 đầu đo sóng được bố trí trên mô hình thí nghiệm, ta lập được 8 bảng các thông số liên quan và đồ thị quan hệ giữa hiệu điện thế V (votl) và độ sâu đo được Y (mm). Kết quả kiểm định 04 đầu đo sóng thể hiện trên Hình 2.11 và Hình 2.12. Hình 2.11: Biểu đồ kiểm định đầu đo sóng G1 (trái) và G2 (phải) 48 Hình 2.12: Biểu đồ kiểm định đầu đo G3 (trái) và G4 (phải) 2.3.4 Hiệu chỉnh và kiểm định đầu đo áp lực Kiểm định đầu đo áp lực dùng một ống đo hình hộp kích thước (300x10 x10) cm, trên hộp có vạch chia đơn vị mm từ 0 đến 300mm. Tiến hành đo các điểm đánh 0mm, 50mm, 100mm, 150mm 200mm, 250mm, 300mm rồi đo lần lượt áp lực P (mm H2O) của đầu đo, các hằng số hiệu chỉnh Acal và Bcal. Trên cơ sở các thông số này tính toán giá trị độ sâu mà đầu đo áp lực sóng đo được Y (mm H2O), sau đó tính toán sai số tuyệt đối giữa độ sâu ban đầu và độ sâu tính toán Erro = (P - Y), để làm căn cứ đánh giá độ chính xác của đầu đo áp lực sóng. Trong thí nghiệm tiến hành đo đạc áp lực sóng tại 6 vị trí nhưng Phòng thí nghiệm chỉ có 4 đầu đo áp lực sóng nên ta cần kiểm định cho 4 đầu đo này. Kết quả kiểm định thể hiện trên Hình 2.13 và Hình 2.14. Hình 2.13: Biểu đồ kiểm định đầu đo P1 (trái) và P2 (phải) 49 Hình 2.14: Biểu đồ kiểm định đầu đo sóng P4 2.4 Xây dựng các kịch bản nghiên cứu 2.4.1 Thông số sóng thí nghiệm của các tác giả trước đây Bảng 2.2 thể hiện các thông số sóng và tỷ lệ được các nhà khoa học trong và ngoài nước thực hiện trên mô hình vật lý nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu đê. Kết quả cho thấy, đối với tỷ lệ mô hình dao động từ 1:10-1:50 tùy vào sóng thí nghiệm. Sóng thí nghiệm có chiều cao dao động từ 0,04m đến 0,25m tương ứng với sóng thực tế dao động từ 0,4m đến 12,5m. Chu kỳ sóng thí nghiệm dao động từ 2 giây tới 13,6 giây. Bảng 2.2: Các thông số sóng và tỷ lệ nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu đê trên mô hình vật lý TT Tác giả H (m) T (giây) Tỷ lệ mô hình 1 Murakami và et al (1994) [30] 0,15 0,65 1:10 2 Shirlal (2013) [36] 0,08-0,24 0,8-4,0 1:30 3 Acanal et al., (2013) [37] 0,04-0,13 0,8-1,6 1:10 4 Rao et al., (2009) [35] 0,05-0,15 1,0-1,6 1:10 5 Yagci et al (2014) [38] 0,04-0,13 0,8-1,6 1:20 6 Hieu và Vinh (2012) [ 0,10-0,14 1,6 - 7 Tuan et al., (2012) 0,12-0,25 1,5-3,0 1:50 8 Thanh (2017) 0,07-0,16 1,29-1,84 1:15 50 9 Thìn (2014) [16] 0,16 – 0,24 1,5-2,5 1:10 10 Tiến (2015) [15] 0,10-0,25 1,2-2,5 1:20 11 Giang (2015) [6] 0,145-0,214 1,5-2,5 1:50 12 Dũng (2017) [17] 0,124-0,178 1,422- 2,058 1:10 13 Thái và Tuấn (2019) [12] 0,05-0,15 1,8-2,0 1:20 14 Lương (2020) [7] 0,10-0,21 1,1-2,6 1:20 15 Chương (2020) [13] 0,07-0,17 1,2-1,7 - 16 Tuấn và cộng sự [43] 0,05-0,15 1,1-1,7 1:20 Sóng ven biển Việt Nam trong điều kiện bão có chu kỳ lặp 50 năm có chiều cao sóng nước sâu dao động từ 4,86 đến 13,19 m, chu kỳ sóng nước sâu dao động từ 8,0 đến 14,2 giây [23]. Bảng 2.2 cho cho thấy các nghiên cứu của Tuan và cộng sự [43], Lê Thị Hương Giang [6] và Nguyễn Quang Lương [7] được thí nghiệm đối với sóng bão. Các thí nghiệm của các tác giả trong nước còn lại chiều cao sóng thực tế dao động từ 1,0 đến 4,1m, chu kỳ thí nghiệm từ 4,4 giây đến 11,6 giây. 2.4.2 Xây dựng các kịch bản nghiêng cứu Dựa trên phân tích ở trên cho thấy đối với bài toán nghiên cứu tương tác giữa sóng và đê bản nghiên, các yếu tố tác động chính bao gồm: chiều cao sóng, chu kỳ sóng, mái dốc bản nghiêng và mực nước trước đê [33, 35, 36, 37]. Do đó, luận án tiến hành thực hiện tổng cộng có 45 kịch bản như thể hiện trên trên Bảng 2.3 để xác định các đặc trưng thủy động lực khi sóng tương tác với đê bản nghiêng với các điều kiện đầu vào như sau: - Chiều cao sóng thí nghiệm gồm 4 cấp: 0,1; 0,12; 0,14 và 0,16 m; - Chu kỳ sóng sóng thí nghiệm gồm 4 cấp: 1,2; 1,4; 1,8 và 2,2 giây; - Mực nước thí nghiệm gồm 3 cấp: + Mực nước ngang đỉnh đê: MN1 = 0,67 m + Mực nước thấp hơn đỉnh đê 0,6Hs: MN2 = 0,59m + Mực nước thấp hơn đỉnh đê 0,78Hs: MN3 = 0,54m - Mái dốc của bản nghiêng gồm 3 dạng: 1:1; 1:1,33 và 1:1,5. 51 Cơ sở lựa chọn điều kiện đầu vào: - Phổ sóng thí nghiệm được lựa chọn phụ thuộc vào điều kiện thiết bị Phòng thí nghiệm là phổ JONSWAP trong đó máy tạo sóng có khả năng tạo sóng có chiều cao sóng lớn nhất là 0,4m và chu kỳ sóng là 0,5 – 3s. Đồng thời, việc lựa chọn sóng phổ sóng thí nghiệm được lựa chọn trên cơ sở sóng gió mùa và điều kiện thí nghiệm của các tác giả trước đây (Sóng thí nghiệm có chiều cao dao động từ 0,04m đến 0,25m tương ứng với sóng thực tế dao động từ 0,4m đến 12,5m. Chu kỳ sóng thí nghiệm dao động từ 2 giây tới 13,6 giây). - Mực nước thí nghiệm được lựa chọn với các trường hợp mực nước ngang đỉnh đê MN1, mực nước thấp hơn đỉnh đê một đoạn 0,6Hs (MN2) và mực nước thấp hơn đỉnh đê một đoạn 0,78Hs (MN3) ứng với không cho phép sóng tràn. - Mái dốc của bản nghiêng: Trên cơ sở nghiên cứu của các tác giả trước đây, mái dốc có hiệu quả giảm sóng lớn nhất là từ 45-600. Do vậy, trong thí nghiệm lựa chọn các mái dốc 1:1, 1:1,33 và 1:1,5. - Khoảng hở bên dưới mặt bản: Do chiều dài bản không đổi, do vậy với từng trường hợp của mái dốc bản nghiêng (1:1, 1:1,33 và 1:1,5), khoảng hở bên dưới mặt bản có thay đổi. Kết quả thu nhận được đối với từng trường hợp mái dốc khác nhau đã có ảnh hưởng của việc thay đổi chiều cao khoảng hở giữa bên dưới mặt bản. - Các điều kiện thí nghiệm không xét đến trong phạm vi luận án: Ảnh hưởng của nền cọc đến bản nghiêng; chiều dày của bản nghiêng; ảnh hưởng của dòng chảy, sóng chiều ngược lại lên đáy bản; Do điều kiện và năng lực của phòng thí nghiệm, luận án mới chỉ nghiên cứu tương tác của sóng với bản nghiêng với hướng sóng đến theo một phương. Có thể thấy điều kiện thí nghiệm đã tổng quát hóa được các dải chiều cao sóng và chu kỳ sóng đặc trưng ven biển nước ta. Trong 45 thí nghiệm có 6 thí nghiệm xác định áp lực sóng tác dụng lên đê bản nghiêng và 9 thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của chu kỳ sóng tới các đặc trưng thủy động lực. Bảng 2.3: Các thông số đầu vào của các kịch bản nghiên cứu thí nghiệm 52 PA Hs Tp Chiều cao đê, h Mực nước thí nghiệm Mái dốc của bản nghiêng MN1 MN2 MN3 m=1 m=1,33 m=1,5 (m) (s) (m) (m) (m) (m) PA1 0,1 1,2 0,67 0,67 X PA2 0,12 1,4 0,67 0,67 X PA3* 0,14 1,8 0,67 0,67 X PA4* 0,16 2,2 0,67 0,67 X PA5 0,1 1,2 0,67 0,59 X PA6 0,12 1,4 0,67 0,59 X PA7 0,14 1,8 0,67 0,59 X PA8 0,16 2,2 0,67 0,59 X PA9 0,1 1,2 0,67 0,54 X PA10 0,12 1,4 0,67 0,54 X PA11 0,14 1,8 0,67 0,54 X PA12 0,16 2,2 0,67 0,54 X PA13 0,1 1,2 0,67 0,67 X PA14 0,12 1,4 0,67 0,67 X PA15 * 0,14 1,8 0,67 0,67 X PA16 * 0,16 2,2 0,67 0,67 X PA17 0,1 1,2 0,67 0,59 X PA18 0,12 1,4 0,67 0,59 X PA19 0,14 1,8 0,67 0,59 X PA20 0,16 2,2 0,67 0,59 X PA21 0,1 1,2 0,67 0,54 X PA22 0,12 1,4 0,67 0,54 X PA23 0,14 1,8 0,67 0,54 X PA24 0,16 2,2 0,67 0,54 X PA25 0,1 1,2 0,67 0,67 X PA26 0,12 1,4 0,67 0,67 X PA27 * 0,14 1,8 0,67 0,67 X 53 PA Hs Tp Chiều cao đê, h Mực nước thí nghiệm Mái dốc của bản nghiêng MN1 MN2 MN3 m=1 m=1,33 m=1,5 (m) (s) (m) (m) (m) (m) PA28 * 0,16 2,2 0,67 0,67 X PA29 0,1 1,2 0,67 0,59 X PA30 0,12 1,4 0,67 0,59 X PA31 0,14 1,8 0,67 0,59 X PA32 0,16 2,2 0,67 0,59 X PA33 0,1 1,2 0,67 0,54 X PA34 0,12 1,4 0,67 0,54 X PA35 0,14 1,8 0,67 0,54 X PA36 0,16 2,2 0,67 0,54 X PA37 0,14 1,2 0,67 0,67 X PA38 0,14 1,4 0,67 0,67 X PA39 0,14 2,2 0,67 0,67 X PA40 0,14 1,2 0,67 0,59 X PA41 0,14 1,4 0,67 0,59 X PA42 0,14 2,2 0,67 0,59 X PA43 0,14 1,2 0,67 0,54 X PA44 0,14 1,4 0,67 0,54 X PA45 0,14 2,2 0,67 0,54 X Ghi chú: h – chiều cao đê (m); d- độ sâu nước (m), m1, m2, m3 – là các mái dốc bản nghiêng * Các phương án thí nghiệm áp lực sóng 2.5 Phương pháp đo đạc và xử lý số liệu thí nghiệm 2.5.1 Phương pháp đo đạc sóng phản xạ Để có thể đo đạc chính xác sóng phản xạ từ mô hình cần phải tách riêng các sóng bất thường và thành phần sóng phản xạ vì vậy mẫu phản xạ từ mô hình trong thành phần sóng tới. Các phương pháp phân tích đã phát triển và giải quyết vấn đề này bao gồm: 54 (1) Phương pháp di chuyển một đầu đo sóng của Hughes Steven (1993): Một đầu sóng thăm dò dần dần di chuyển theo hướng truyền sóng để đo giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của đường bao sóng tới và chiều cao sóng phản xạ [48]. (2) Phương pháp hai đầu đo sóng Goda và Suzuki (1976): Hai sóng đầu đo sóng được đặt cố định ở vị trí khác nhau đo hai chiều cao sóng và một góc pha [49]. (3) Phương pháp ba đầu đo sóng: Mansard và Funke (1980) đã chỉ ra rằng phương pháp ba đầu đo sóng tốt hơn phương pháp hai đầu đo sóng bởi vì phạm vi tần số rộng hơn, giảm nhiễu do thiết bị đo đạc [50]. Bằng phân tích độ chính xác được chỉ ra bởi Isaacson (1991) rằng phương pháp đo sóng phản xạ bằng ba đầu đo là chính xác nhất [51]. Vì vậy, phương pháp đo sóng phản xạ bằng ba đầu đo sóng được sử dụng để đo lường sóng phản xạ trong nghiên cứu. Phương pháp đo sóng phản xạ bằng ba đầu đo sóng của Mansard và Funke, (1980) ước lượng sóng tới và sóng phản xạ dựa trên kỹ thuật bình phương nhỏ nhất áp dụng để phải đo ba sóng tại ba địa điểm khác nhau. Sóng phản xạ thông thường của sóng đều, đánh giá bề mặt tự do: η = 𝑎𝑖cos(𝑘𝑥−𝜎𝑡)+𝑎𝑟(−𝑘𝑥−𝜎𝑡+𝛽) (2-14) Trong đó: ai : biên độ của sóng tới ar : biên độ của sóng phản xạ k : số con sóng=2π/L ϭ : tần số góc=2/πT t : thời gian β : góc pha giữa sóng tới và sóng phản xạ 𝑎𝑖 = |(𝑆2𝑆3−3𝑆4)/𝑆5| (2-15) 𝑎r = | 𝑆1𝑆4−3𝑆3)𝑆5| (2-16) Với: 𝑆1 = Σ𝑒𝑖2Δ𝑛 = 1 với n = 1-3 (2-17) 𝑆2 = Σ𝑒−𝑖Δ𝑛 = 1 với n = 1-3 (2-18) 𝑆3 = Σ𝐴𝑛𝑒𝑖(𝜎𝑛+Δ𝑛) =1 với n = 1-3 (2-19) 𝑆4 = Σ𝐴𝑛 𝑒𝑖(𝜎𝑛−Δ𝑛)=1 với n = 1-3 (2-20) 𝑆5 = 𝑆1𝑆2−9 (2-21) 55 Δ𝑛=𝑘(𝑥𝑛−𝑥1) (2-22) Δn trong phương trình (2-26) có liên hệ với vị trí đo sóng (xn – x1) trong khoảng cách giữa lần đo sóng thứ n và lần đo sóng thứ nhất; σn là đo pha sóng lần thứ n và sóng thứ nhất; và An là biên độ sóng. Sóng điều hòa: 𝑋12 = 𝐿/10 𝐿/6 < 𝑋13 < 𝐿/3 𝑋13 # 𝐿/5 𝑣à 𝑋13 # 3𝐿/10 Sóng ngẫu nhiên: 𝑋12 # 𝑛𝐿𝑝/2 𝑘ℎ𝑖 𝑛=1,2; 𝑋13 # 𝑛𝑋12 𝑘ℎ𝑖 𝑛=1,2; Khi X12 là khoảng cách giữa đầu đo sóng số 1 và đầu đo sóng số 2, X13 là khoảng cách giữa đầu đo sóng số 1 và đầu đo sóng số 3, L là bước sóng tương ứng với chu kì sóng trong sóng điều hòa, Lp bước sóng tương ứng với chu kỳ đỉnh phổ của sóng ngẫu nhiên. 2.5.2 Phương pháp tính toán sóng truyền Đặc trưng truyền sóng qua thân đê bản nghiêng được tính toán dựa vào hệ số truyền sóng Kt được xác định theo Bayram [33] và Shih và cộng sự [52] như sau: Kt = Hi/Hs (2-23) Trong đó: - Hi là chiều cao sóng sau đê trong mô hình (m); - Hs là chiều cao sóng thí nghiệm (m). 2.5.3 Phương pháp tính toán sóng phản xạ Hệ số phản xạ sóng Kr bằng tỷ lệ chiều cao sóng phản xạ trước đê (Hr) chia cho sóng thí nghiệm (Hs) [52]: Kr = Hr/Hs (2-24) Trên cơ sở thí nghiệm với 3 đầu đo sóng trước đê, lấy giá trị lớn nhất của 3 đầu đo để tính toán hệ số phản xạ sóng. 2.5.4 Phương pháp tính toán hệ số tiêu tán năng lượng sóng Sự tiêu tán năng lượng sóng được tính toán thông qua hệ số tiêu tán năng lượng sóng KL được xác định theo Shih và cộng sự [52], cũng như của Murakami và cộng sự [30] như sau: 56 𝐾௅ = 1 − 𝐾௥ଶ − 𝐾௧ଶ (2-25) Trong đó: - Kr là hệ số phản xạ sóng - Kt là hệ số truyền sóng 2.5.5 Phương pháp phân tích số liệu sóng thu được Công cụ phân tích sóng WS Wave Analysis Tools (WSWAT) bao gồm một số mô đun tiên tiến phân tích chi tiết dữ liệu sóng theo thời gian từ các thí nghiệm trên mô hình vật lý, kết quả mô phỏng số hoặc số liệu thực đo. Công cụ này được tích hợp trong bộ phần mềm Mike Zero của DHI. Bộ công cụ này gồm các mô đun sau: - WS Linear Spectral Analysis / Phân tích phổ tuyến tính - WS Reflection Analysis / Phân tích phản xạ - WS Directional Wave Analysis / Phân tích phổ góc - WS Crossing Analysis / Phân tích chéo 2.6 Kết luận chương 2 Các nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu đê bản nghiêng đã cho thấy các yếu tố tác động chính trong quá trình thí nghiệm gồm: chiều cao sóng, chu kỳ sóng, mái dốc bản nghiêng và mực nước trước đê. Để nghiên cứu các đặc trưng thủy động lực khi sóng tương tác với đê bản nghiêng trên nền cọc các nghiên cứu trước đây cũng cho thấy cần thảo luận các hệ số truyền sóng, phản xạ sóng và tiêu tán năng lượng sóng. Luận án đã được xây dựng, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình vật lý với các hệ tương tự phù hợp. Điều này cho thấy mô hình mô phỏng tốt sóng trong thực tế. Để xác định tốt sóng phản xạ, cần bố trí các đầu đo sóng theo phương pháp 3 đầu đo của Mansard và Funke (1980). Đã xây dựng 45 kịch bản nghiên cứu đánh giá tác động của sóng lên đê bản nghiêng trong đó có xét đến sự thay đổi của chiều cao sóng, chu kỳ sóng, mực nước trước đê và mái dốc của bản nghiêng. 57 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY ĐỘNG LỰC KHI SÓNG TƯƠNG TÁC VỚI KẾT CẤU ĐÊ BẢN NGHIÊNG 3.1 Đặc trưng truyền sóng 3.1.1 Kết quả tính toán hệ số truyền sóng Kết quả thí nghiệm từ chương 2 được sử dụng để phân tích và tính toán hệ số truyền sóng Kt ứng với các chiều cao sóng khác nhau thể hiện trong Bảng 3.1. Dưới đây sẽ phân tích ảnh hưởng của chiều cao sóng tới, mái dốc bản nghiêng, mực nước đến quá trình truyền sóng của đê bản nghiêng trên nền cọc. Bảng 3.1: Hệ số truyền sóng Kt của đê bản nghiêng với các mái dốc khác nhau Kt Hs (m) Mái dốc bản nghiêng m = 1,0 m = 1,33 m = 1,5 Mực nước ngang đỉnh đê MN1 0,67m 0,1 0,378 0,813 0,571 0,12 0,444 0,766 0,710 0,14 0,518 0,563 0,673 0,16 0,661 0,771 0,757 Mực nước thấp hơn đỉnh đê MN2 0,59m 0,1 0,646 0,658 0,653 0,12 0,558 0,563 0,595 0,14 0,584 0,572 0,584 0,16 0,607 0,620 0,744 Mực nước thấp hơn đỉnh đê MN3 0,54m 0,1 0,555 0,576 0,573 0,12 0,453 0,503 0,531 0,14 0,528 0,577 0,602 0,16 0,572 0,648 0,785 58 Kết quả thí nghiệm ứng với mái dốc m = 1 (tức góc nghiêng 45 độ) cho thấy giá trị hệ số truyền sóng Kt dao động từ 0,378 đến 0,661, các giá trị này cho thấy kết cấu đê bản nghiêng trên nền cọc có vấu kết hợp khuyết lõm tiêu sóng có khả năng giảm sóng truyền tốt hơn so với kết cấu đê bản nghiêng tương tự với góc nghiêng 60 độ theo phương thẳng đứng của Shirlal (2013) [36] với Kt dao động từ 0,5 đến 0,73. 3.1.2 Ảnh hưởng của mực nước đến truyền sóng 3.1.2.1 Ứng với mực nước ngang đỉnh đê MN1 Kết quả thí nghiệm thể hiện trên Hình 3.1 cho thấy: - Với mái nghiêng m=1 chiều cao sóng từ 0,1 lên 0,16m hệ số truyền sóng Kt tăng 0,378 lên 0,661 (74,87%), trong khi đó chiều cao sóng Hs tăng 60%. - Với mái nghiêng m=1,33, chiều cao sóng Hs tăng từ 0,1 lên 0,14 (40%) còn hệ số truyền sóng Kt giảm từ 0,813 xuống 0,563 (44,4%). Nhưng khi chều cao sóng tăng từ 0,14 lên 0,16, hệ số truyền sóng Kt tăng lên 0,771 (36,95%). Hình 3.1: Quan hệ giữa hệ số truyền sóng Kt và chiều cao sóng Hs ứng với các mái dốc bản nghiêng khác nhau ứng với MN1 - Với mái nghiêng m=1,5, chiều cao sóng Hs tăng từ 0,1 lên 0,12, hệ số truyền sóng Kt tăng 24,4%; chiều cao sóng tăng lên 0,14, hệ số truyền sóng Kt giảm 5,2%; chiều cao sóng tăng lên 0,16, hệ số truyền sóng tăng 12,4%. 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,1 0,12 0,14 0,16 K t Hs (m) m=1.0 m=1.33 m=1.5 59 3.1.2.2 Ứng với mực nước thấp hơn đỉnh đê MN2 Hình 3.2 thể hiện quan hệ giữa hệ số truyền sóng Kt với chiều cao sóng ứng với mực nước thấp hơn đỉnh đê MN2 kết quả cho thấy: - Với mái nghiêng m=1: Chiều cao sóng tăng từ 0,1 lên 0,12 (20%), hệ số truyền giảm 15,77%; chiều cao sóng tăng lên 0,16, hệ số truyền sóng tăng 8,78%. - Với mái nghiêng m=1,33: Chiều cao sóng tăng từ 0,1 lên 0,12 (20%), hệ số truyền giảm 16,87%; chiều cao sóng tăng lên 0,16, hệ số truyền sóng tăng 10,12%. - Với mái nghiêng m=1,5: Chiều cao sóng tăng từ 0,1 lên 0,14 (40%), hệ số truyền giảm 11,82%; chiều cao sóng tăng lên 0,16, hệ số truyền sóng tăng 27,40%. Hình 3.2: Quan hệ giữa hệ số truyền sóng Kt và chiều cao sóng Hs ứng với các độ dốc khác nhau ứng với mực nước MN2 Kết quả trên Hình 3.2 cho thấy với mực nước thấp hơn đỉnh đê MN2 trường hợp m=1 và m=1,33 cho hiệu quả giảm sóng truyền tương đương nhau. Với m = 1,5 sóng truyền có xu thế cao hơn so với 2 trường hợp còn lại. 3.1.2.3 Ứng với mực nước thấp hơn đỉnh đê MN3 Hình 3.3 thể hiện quan hệ giữa hệ số truyền sóng Kt với chiều cao sóng ứng với mực nước thấp hơn đỉnh đê MN3 kết quả cho thấy: 0,45 0,48 0,51 0,54 0,57 0,60 0,63 0,66 0,69 0,72 0,75 0,78 0,1 0,12 0,14 0,16 K t Hs (m) m=1.0 m=1.33 m=1.5 60 - Với mái nghiêng m=1, chiều cao sóng tăng từ 0,1 lên 0,12 (20%), hệ số truyền giảm 22,52%; chiều cao sóng tăng lên 0,16, hệ số truyền sóng tăng 26,27%. - Với mái nghiêng m=1,33 chiều cao sóng tăng từ 0,1 lên 0,12 (20%), hệ số truyền giảm 14,51%; chiều cao sóng tăng lên 0,16, hệ số truyền sóng tăng 28,83%. - Với mái nghiêng m=1,5 chiều cao sóng tăng từ 0,1 lên 0,12 (20%), hệ số truyền giảm 7,91%; nhưng với chiều cao sóng tăng từ 0,12 lên 0,16 thì hệ số truyền sóng có xu hướng tăng cao gần gấp đôi (47,83%). Với trường hợp mực nước MN3 hệ số truyền sóng tăng khi mái dốc bản nghiêng thoải tăng lên (thoải hơn). Hình 3.3: Quan hệ giữa hệ số truyền sóng Kt và chiều cao sóng Hs ứng với các độ dốc khác nhau ứng với mực nước MN3 3.1.3 Ảnh hưởng của mái dốc bản nghiêng tới sóng truyền 3.1.3.1 Với mái dốc m = 1 Với mái dốc m=1, ảnh hưởng của mực nước hay tỷ lệ chiều cao đê trên độ sâu nước d/h đến quá trình truyền sóng thể hiện trên Hình 3.4 có kết quả như sau: - Ứng với mực nước ngang đỉnh đê MN1 hệ số truyền sóng có xu hướng tăng đồng biến với chiều cao sóng. Sóng càng lớn thì hệ số truyền sóng càng cao. Đây là điều hiển nhiên do chiều cao sóng càng cao sẽ tạo ra sóng tràn vượt qua đỉnh đê càng lớn. 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,1 0,12 0,14 0,16 K t Hs (m) m=1.0 m=1.33 m=1.5 61 - Ứng với mực nước thấp hơn đỉnh đê MN2 hệ số truyền sóng chiều cao sóng tăng 20% từ 0,1 lên 0,12 nhưng hệ số truyền sóng giảm 15,77%; chiều cao sóng tăng từ 0,14 đế 0,16, hệ số truyền sóng có xu hướng tăng theo với mức tăng là 8,78%. - Ứng với mực nước thấp hơn đỉnh đê MN3 chiều cao sóng tăng từ 0,1 lên 0,12 (20%), hệ số truyền sóng giảm 22,52%; chiều cao sóng tăng lên 0,16, hệ số truyền sóng tăng 26,27%. - Với mái dốc m=1, trường hợp mực nước MN3 hiệu quả giảm sóng truyền là tốt nhất so với 2 trường hợp mái dốc còn lại. Hình 3.4: Quan hệ giữa chiều cao sóng và hệ số truyền sóng ứng với sự thay đổi mực nước Với mái dốc m=1,33, ảnh hưởng của mực nước hay tỷ lệ chiều cao đê trên độ sâu nước d/h đến quá trình truyền sóng thể hiện trên Hình 3.5 có kết quả như sau: - Ứng với mực nước ngang đỉnh đê MN1 chiều cao sóng tăng từ 0,1 lên 0,14 (40%), hệ số truyền sóng giảm 44,40%; chiều cao sóng tăng lên 0,16, hệ số truyền sóng tăng 36,94%. - Ứng với mực nước thấp hơn đỉnh đê MN2 chiều cao sóng tăng từ 0,1 lên 0,12 (20%), hệ số truyền sóng giảm 16,87%; chiều cao sóng tăng lên 0,16, hệ số truyền sóng tăng 10,12%. 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,1 0,12 0,14 0,16 K t Hs (m) MN1 MN2 MN3 62 - Ứng với mực nước thấp hơn đỉnh đê MN3 chiều cao sóng tăng từ 0,1 lên 0,12 (20%), hệ số truyền sóng giảm 14,51%; chiều cao sóng tăng lên 0,16, hệ số truyền sóng tăng 28,83%. - Với mái dốc m=1,33 trường hợp MN3 hiệu quả giảm sóng truyền là tốt nhất so với 2 trường hợp mái dốc còn lại. Hình 3.5: Quan hệ giữa Kt với các mực nước khác nhau khi độ dốc mái m=1.33 Với mái dốc m = 1,5 ảnh hưởng của mực nước hay tỷ lệ chiều cao đê trên độ sâu nước d/h đến quá trình truyền sóng thể hiện trên Hình 3.6 có kết quả như sau: - Với mực nước MN1 chiều cao sóng tăng từ 0,1 lên 0,12 (20%), hệ số truyền sóng tăng 24,34%; chiều cao sóng tăng lên 0,14, hệ số truyền sóng giảm 1,88%; chiều cao sóng tăng lên 0,16, hệ số truyền sóng giảm 12,48%. - Với mực nước MN2 chiều cao sóng tăng từ 0,1 lên 0,14 (40%), hệ số truyền sóng giảm 11,82%; chiều cao sóng tăng lên 0,16, hệ số truyền sóng tăng 27,40%. - Với mực nước MN3 chiều cao sóng tăng từ 0,1 lên 0,12 (20%), hệ số truyền sóng giảm 7,91%; chiều cao sóng tăng lên 0,16, hệ số truyền sóng tăng 30,40%. 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,1 0,12 0,14 0,16 K t Hs (m) MN1 MN2 MN3 63 - Với mái dốc m=1,5 trường hợp mực nước MN3 cũng cho thấy hiệu quả giảm sóng truyền là tốt nhất so với 2 trường hợp mái dốc còn lại. Hình 3.6: Quan hệ giữa Kt với các mực nước khác nhau khi độ dốc mái m=1,5 3.1.4 Ảnh hưởng của chu kỳ sóng Để nghiên cứu ảnh hưởng của chu kỳ sóng, tiến hành thực hiện 09 thí nghiệm với chiều cao sóng không đổi là Hs = 0,14m với 3 mực nước khác nhau và chu kỳ sóng dao động là 1,2; 1,4 và 2,2 giây. Hình 3.7 thể hiện mối quan hệ giữa chu kỳ sóng và hệ số truyền sóng kết quả cho thấy: - Với đê bản nghiêng mái dốc m=1, khi chu kỳ sóng tăng từ 1,2 đến 2,2 giây thì hệ số truyền sóng tăng tương ứng từ 0,639 lên 0,692. Điều này cho thấy khi chu kỳ sóng tăng thì hệ số truyền sóng giảm. - Với đê bản nghiêng mái dốc m=1,33 có mực nước thấp hơn đỉnh đê MN2, với chu kỳ sóng 1,2 giây cho hệ số truyền sóng 0,663; khi tăng chu kỳ sóng lên 1,4 giây hệ số truyền sóng giảm 0,533 và khi tăng chu kỳ lên 2,2 giây thì hệ số Kt tăng 0,621. Kết quả này cho thấy chu kỳ sóng T=1,4 giây thì hệ số truyền sóng lại đạt bé nhất. Kết quả này khác với trường hợp m=1. - Với đê bản nghiêng mái dốc m=1,5 có mực nước thấp hơn đỉnh đê MN3, cho hệ số truyền sóng tăng khi chu kỳ sóng tăng tương tự mái dốc m=1 với mức dao động từ 0,484 lên 0,797. Kết quả này cho thấy khi chu kỳ càng tăng hệ số truyền sóng tăng mạnh hơn so với 2 trường hợp mái dốc còn lại. 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,1 0,12 0,14 0,16 K t Hs (m) MN1 MN2 MN3 64 Hình 3.7: Tương quan giữa hệ số truyền sóng Kt và chu kỳ sóng 3.1.5 Ảnh hưởng của độ dốc sóng 3.1.5.1 Chỉ dẫn chung Độ dốc sóng (tỷ lệ H0/gT2 hoặc H/L) là thông số quan trọng trong việc xác định hiệu quả của các đê ngầm khi các sóng dốc hơn buộc phải vỡ khi tiếp cận với đê ngầm [35, 36, 52]. Điều này cũng đúng trong trường hợp của các đê chắn sóng dạng bản nghiêng t

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_hieu_qua_giam_song_cua_ket_cau_de_dang_ba.pdf
  • pdf2. Tóm tắt luận án tiếng Việt.pdf
  • pdf3. Tóm tắt luận án tiếng Anh.pdf
  • docx4. Thông tin luận án tiếng Việt.docx
  • docx5 Thông tin luận án tiếng Anh.docx
Tài liệu liên quan