BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG VÀ SÓNG TRÀN QUA ĐÊ BIỂN CÓ KẾT CẤU ¼ TRỤ RỖNG TRÊN ĐỈNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 202[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG VÀ SÓNG TRÀN QUA ĐÊ BIỂN CÓ KẾT CẤU ¼ TRỤ RỖNG TRÊN ĐỈNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG VÀ SĨNG TRÀN QUA ĐÊ BIỂN CĨ KẾT CẤU ¼ TRỤ RỖNG TRÊN ĐỈNH Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình biển Mã số: 958 02 03 HÀ NỘI, NĂM 2022 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Chữ ký i LỜI CẢM ƠN Có kết nghiên cứu hơm ngồi cố gắng thân, tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS.TS hướng dẫn tận tình Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS tận tình giúp đỡ mặt trình tác giả thực luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn Ban Giám hiệu nhà trường, phòng Đào tạo, Bộ môn Cơng trình Biển Đường thủy, khoa Cơng trình Thầy, Cơ giúp đỡ tác giả để hồn thành luận án Tác giả xin cảm ơn Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam, Phòng thí nghiệm Trọng điểm Quốc Gia Động lực học sông biển, Viện Thủy cơng, Trung tâm cơng trình đồng bằng ven Biển Đê điều đồng nghiệp tạo điều kiện cho tác giả trình thực luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình ln sát cánh, động viên tác giả vượt qua khó khăn thực luận án ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cấu trúc luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU SĨNG TRÀN VÀ CÁC KẾT CẤU RỖNG TRONG CƠNG TRÌNH BIỂN 1.1 Tổng quan nghiên cứu sóng tràn qua đê biển 1.1.1 Tổng quan nghiên cứu sóng tràn giới 1.1.2 Tổng quan nghiên cứu sóng tràn Việt Nam 13 1.2 Tổng quan kết cấu rỗng cơng trình biển 17 1.2.1 Tổng quan cơng trình sử dụng kết cấu rỗng .17 1.2.2 Tổng quan nghiên cứu kết cấu rỗng 21 1.3 Hiện trạng tồn đê biển khu vực đồng bằng sông Cửu Long 29 1.4 Kết luận chương 31 CHƯƠNG 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ DỮ LIỆU NGHIÊN CỨU .33 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu sóng tràn 33 2.1.1 Các loại tràn 33 2.1.2 Các tham số chi phối sóng tràn 34 2.1.3 Các tham số sóng 35 2.2 Phương pháp tính sóng tràn qua mặt cắt đặc trưng 36 2.2.1 Phương pháp tính sóng tràn mái nghiêng mái nghiêng có tường đỉnh 37 2.2.2 Phương pháp tính sóng tràn qua mặt cắt tường biển 37 2.3 Cơ sở lý thuyết thí nghiệm mơ hình vật lý 37 2.3.1 Lý thuyết tương tự tỷ lệ mơ hình 38 2.3.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích thứ nguyên 40 2.3.3 Phân tích thứ nguyên xác định tham số chi phối để xây dựng phương trình tổng quát xác định lưu lượng tràn 41 iii 2.3.4 Thiết lập phương trình tổng qt sóng tràn qua mặt cắt đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng đỉnh (TSD) .43 2.4 Cơ sở lựa chọn tham số kịch thí nghiệm 46 2.4.1 Lựa chọn loại mặt cắt nghiên cứu .46 2.4.2 Lựa chọn độ sâu nước độ dốc bãi thí nghiệm 47 2.4.3 Lựa chọn thông số sóng thí nghiệm 49 2.5 Thiết kế mơ hình bố trí thí nghiệm .50 2.5.1 Thiết bị thí nghiệm tham số đo đạc 50 2.5.2 Bố trí thí nghiệm .55 2.6 Các phương án thí nghiệm .59 2.7 Kết luận chương 62 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG ĐÊ BIỂN CÓ KẾT CẤU ¼ TRỤ RỖNG TRÊN ĐỈNH VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA KẾT CẤU ĐẾN SĨNG TRÀN BẰNG MƠ HÌNH VẬT LÝ MÁNG SÓNG .64 3.1 Cơ sở đề xuất mặt cắt đê biển có kết cấu rỗng đỉnh 64 3.1.1 Đánh giá sóng tràn qua mặt cắt thí nghiệm 64 3.1.2 Đánh giá sóng phản xạ qua mặt cắt thí nghiệm 69 3.2 Đánh giá xu sóng tràn qua mặt cắt đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng đỉnh (TSD) so với phương pháp tính tốn sóng tràn qua mặt cắt tường biển hỗn hợp .70 3.3 Đánh giá ảnh hưởng tham số chi phối 72 3.3.1 Tương quan độ cao lưu không lưu lượng tràn 75 3.3.2 Tương quan độ sâu nước, độ dốc sóng lưu lượng tràn 76 3.3.3 Tương quan hệ số rỗng bề mặt lưu lượng tràn .77 3.4 Xây dựng công thức thực nghiệm 78 3.5 So sánh kết tính với số liệu đo đạc 80 3.6 Phạm vi ứng dụng công thức thực nghiệm luận án 82 3.7 Kết luận chương 82 CHƯƠNG ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN CHO ĐÊ BIỂN NHÀ MÁT TỈNH BẠC LIÊU 84 4.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu .84 4.1.1 Vị trí địa lý điều kiện địa hình 84 4.1.2 Điều kiện địa chất 84 4.1.3 Điều kiện khí tượng 85 iv 4.1.4 4.2 Điều kiện thủy hải văn 86 Các điều kiện biên thiết kế .90 4.2.1 Cấp cơng trình tần suất thiết kế 90 4.2.2 Điều kiện biên 91 4.3 Thông số kết cấu ¼ trụ rỗng đỉnh tính tốn 94 4.4 Tính tốn cao trình đỉnh mặt cắt đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng đỉnh (TSD) 95 4.4.1 Cơng thức tính tốn sóng tràn qua mặt cắt đê có TSD .95 4.4.2 Kiểm tra tính phù hợp cơng thức so với điều kiện biên 96 4.4.3 Thiết lập bảng tính tốn sóng tràn .96 4.4.4 Phương pháp tính 98 4.5 Tính tốn lưu lượng tràn qua mặt cắt trạng 99 4.5.1 Thông số mặt cắt, điều kiện biên tính tốn .99 4.5.2 Công thức xác định 100 4.6 Phân tích, đánh giá hiệu mặt cắt đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng đỉnh (TSD) so với mặt cắt đê biển trạng 102 4.7 Kết luận chương 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .104 I Kết luận .104 II Tồn hướng phát triển 105 III Kiến nghị 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình : Phối cảnh khơng gian đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng đỉnh Hình 1.1: Dữ liệu sóng tràn ảnh hưởng tham số mặt cắt Hình 1.2: So sánh cơng thức tính cho vùng nước sâu Franco cộng (1994) [12] với Allsop (1995) [13] 10 Hình 1.3: So sánh cơng thức tính cho vùng nước nơng Franco cộng (1994) với Allsop et al (1995) 10 Hình 1.4: Tổng quan chế độ sóng tràn qua cơng trình tường đứng 12 Hình 1.5: Sơ đồ tính tốn lưu lượng tràn qua mặt cắt tường biển 13 Hình 1.6: Cơng trình đê chắn sóng cảng Miyazaki 17 Hình 1.7: Đê tiêu sóng dạng bán nguyệt Thiên Tân Trung Quốc [22] 18 Hình 1.8: Đê tiêu sóng dạng bán nguyệt Dương Tử Trung Quốc 19 Hình 1.9: Đê trụ rỗng giảm sóng xa bờ bảo đê biển Nhà Mát 19 Hình 1.10: ĐGS dạng trụ rỗng bảo vệ bờ biển xã Khánh Bình Tây huyện Trần Văn Thời sau tu bổ, chỉnh sửa 20 Hình 1.11: Cấu kiện rỗng bê tơng cốt phi kim đúc sẵn hình thang cân 20 Hình 1.12: Cấu kiện rỗng bê tơng cốt phi kim đúc sẵn hình hộp chữ nhật 20 Hình 1.13: Kết cấu lỗ rỗng nghiên cứu Dhinakaran, 2011 .21 Hình 1.14: Hiệu giảm sóng phản xạ kiểu lỗ rỗng, Nguyễn Trung Anh [23] 22 Hình 1.15: Cấu kiện có bố trí lỗ tiêu sóng hình lăng thể tam giác tứ giác bằng bê tông cốt thép đúc sẵn Viện KHTL miền Nam 23 Hình 1.16: Biểu đồ lượng sóng qua kết cấu, Lê Thanh Chương [24] 23 Hình 1.17: Kết cấu hình thang khơng có cọc (trái), có cọc (phải) [26] 24 Hình 1.18: Sơ đồ lực Yuan Dekui Tao Jianhua mặt cắt đặc trưng tính tốn [31]25 Hình 1.19: Tường biển mặt lỗ Caen, Pháp 26 Hình 1.20: Tường biển dạng rãnh Cardiff Barrage, Anh 26 Hình 1.21: Sơ đồ thí nghiệm kết cấu rỗng ¼ đường tròn [36] 27 Hình 1.22: Quan hệ độ cao lưu khơng tương đối hệ số chiết giảm sóng tràn [36] 28 Hình 1.23: Đê mái nghiêng Phú Tân – Cà Mau 29 Hình 1.24: Mặt cắt đê biển mái nghiêng kết hợp tường đỉnh có mũi hắt ĐBSCL .30 Hình 1.25: Triều cường kết hợp với sóng to, gió lớn làm nước biển tràn qua đê biển Tây tỉnh Cà Mau vào ngày 03/8/2019 30 Hình 1.26: Đê biển hư hại, ổn định yếu ĐBSCL 31 Hình 1.27: Sóng tương tác tường đỉnh tạo sóng đứng Gành Hào, Bạc Liêu 31 Hình 2.1: Chảy tràn qua tường biển Howth, UK .33 Hình 2.2: Sóng bắn qua tương chắn sóng Margate, UK 34 Hình 2.3: Các dạng sóng vỡ: nhảy vỡ dâng vỡ .36 Hình 2.4: Các tham số chi phối thông số đánh giá sóng tràn qua mặt cắt đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng đỉnh 42 vi Hình 2.5: Máy tạo sóng 51 Hình 2.6: Máng thí nghiệm 51 Hình 2.7: Phòng điều khiển 51 Hình 2.8: Giao diện điều kiện đầu vào cho máy tạo sóng .51 Hình 2.9: Phần mềm thu thập phân tích số liệu 52 Hình 2.10: Giao diện phân tích số liệu sóng 52 Hình 2.11: Kết đo đạc số liệu chiều cao sóng qua ba lần tạo sóng ngẫu nhiên 52 Hình 2.12: Phổ sóng qua lần kiềm tra 53 Hình 2.13: Giá trị Hs với thời gian tạo sóng khác 53 Hình 2.14: Thiết bị thu số liệu PicoLog 1000 Series .55 Hình 2.15: Bố trí đầu đo hệ thống thu liệu 56 Hình 2.16: Kiểm tra cao độ cốt nền, bãi bằng máy tồn đạc .57 Hình 2.17: Tạo cơng trình .58 Hình 2.18: Lắp đặt cấu kiện TSD 58 Hình 2.19: Kiểm tra thang đo mực nước .58 Hình 2.20: Kiểm tra kết đo phân tích sóng máy tính 58 Hình 2.21: Lắp đặt kiểm tra thiết bị đo lưu lượng tràn 58 Hình 2.22: NCS trao đổi với thầy hướng dẫn thầy ngành cơng trình biển .59 Hình 2.23: Sơ họa mặt cắt thí nghiệm 61 Hình 2.24: Cắt ngang diện mặt tiếp sóng có lỗ rỗng kết cấu ¼ trụ rỗng (TSD) .61 Hình 3.1: Sóng tràn qua mặt cắt mái nghiêng .64 Hình 3.2: Sóng tràn qua mặt cắt mái nghiêng có tường đỉnh 65 Hình 3.3: Sóng tràn qua mặt cắt có kết cấu ¼ trụ rỗng = 10% 65 Hình 3.4: Sóng tràn qua mặt cắt có kết cấu ¼ trụ rỗng = 15% 65 Hình 3.5: Sóng tràn qua mặt cắt có kết cấu ¼ trụ rỗng = 20% 66 Hình 3.6: Lưu lượng tràn qua mặt cắt đê có kết cấu ¼ trụ rỗng với đê mái nghiêng 67 Hình 3.7: Lưu lượng tràn qua mặt cắt đê có kết cấu ¼ trụ rỗng với đê mái nghiêng có tường đỉnh 67 Hình 3.8: Sóng tràn qua mặt cắt với cùng điều kiện biên thí nghiệm (Hm0,Tp, Rc) 68 Hình 3.9: Tương quan hệ số phản xạ kr độ cao lưu không tương đối Rc/Hm0 70 Hình 3.10: Sơ đồ mặt cắt tường biển hỗn hợp .71 Hình 3.11: Sóng tràn qua mặt cắt đê có kết cấu ¼ trụ rỗng theo tường biển hỗn hợp 72 Hình 3.12: Tương quan độ cao lưu khơng tương đối Rc/Hmo đến lưu lượng tràn 75 Hình 3.13: Tương quan độ sâu nước tương đối d/h đến lưu lượng tràn 76 Hình 3.14: Tương quan độ dốc sóng Hm0/h đến lưu lượng tràn 77 Hình 3.15: Kết hồi quy matlab 79 Hình 3.16: Biểu đồ số dư đường hồi quy matlab 79 Hình 3.17: Đường hồi quy hàm số thực nghiệm xác định lưu lượng tràn trung bình qua mặt cắt để biển có kết cấu ¼ trụ rỗng 80 vii Hình 3.18: So sánh kết tính tốn số liệu đo đạc thí nghiệm 82 Hình 4.1: Minh họa chế độ triều khu vực dự án 86 Hình 4.2: Hoa gió theo hướng trạm Gành Hào 89 Hình 4.3: Tác động sóng đến vùng biển ĐBSCL – Nguồn Viện KHTLMN 90 Hình 4.4: Đường tần suất mực nước theo phụ lục B - TCVN 9901 – 2014 91 Hình 4.5: Khu vực tính tham số sóng ngồi khơi, phụ lục B – TCKT 2012 92 Hình 4.6 Vị trí 12 điểm thuộc khu vực Nhà Mát [37] 93 Hình 4.7: Cắt ngang kết cấu ¼ trụ rỗng 94 Hình 4.8: Mặt trước (trái), mặt sau (phải) kết cấu ¼ trụ rỗng .94 Hình 4.9: Mặt bằng kết cấu ¼ trụ rỗng 95 Hình 4.10: Mặt đáy kết cấu ¼ trụ rỗng 95 Hình 4.11: Mặt cắt đê biển trạng Nhà Mát, tỉnh Bạc Liêu .100 Hình 4.12: Khai báo thơng số đầu vào tính tốn 101 Hình 4.13: Kết tính tốn .102 Hình 4.14: Mặt cắt ngang đê có kết cấu ¼ trụ rỗng đỉnh thử nghiệm 103 Hình 4.15: Mặt bằng đê có kết cấu ¼ trụ rỗng đỉnh thử nghiệm 103 viii ... cứu: Mặt cắt ngang sóng tràn qua đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng đỉnh - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu đề xuất mặt cắt ngang sóng tràn qua đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng đỉnh với điều kiện tự nhiên... nghiên cứu - Tổng quan nghiên cứu sóng tràn qua đê biển kết cấu rỗng cơng trình biển - Cơ sở lý thuyết liệu nghiên cứu sóng tràn qua mặt cắt nghiên cứu - Nghiên cứu sở đề xuất mặt cắt ngang đê. .. Tổng quan nghiên cứu sóng tràn qua đê biển kết cáu rỗng cơng trình biển Chương 2: Cơ sở lý thuyết liệu nghiên cứu Chương 3: Nghiên cứu sở đề xuất mặt cắt ngang đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng đỉnh