Nghiên cứu ổn định thủy lực của khối phủ rakuna iv trong trường hợp xếp rối và sóng không tràn

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN 978 604 82 2548 3 24 NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH THỦY LỰC CỦA KHỐI PHỦ RAKUNA IV TRONG TRƯỜNG HỢP XẾP RỐI VÀ SÓNG KHÔNG TRÀN Nguyễn Quang Lương1, Nguyễn Vă[.]

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH THỦY LỰC CỦA KHỐI PHỦ RAKUNA-IV TRONG TRƯỜNG HỢP XẾP RỐI VÀ SĨNG KHƠNG TRÀN Nguyễn Quang Lương1 , Nguyễn Văn Thìn2 Khoa Kỹ thuật Biển, Trường Đại học Thủy lợi, email: luong.n.q@tlu.edu.vn Phòng Đào tạo Đại học & Sau đại học, email: nvthin@tlu.edu.vn đề thực tiễn mang tính cấp bách mà hầu hết trường hợp (đặc biệt khu vực Trong năm gần đây, cấu kiện nước sâu) khối phủ cho đê chắn sóng dạng khối phủ lớn sử dụng cho nhiều đá đổ thường thi công theo phương pháp công trình bảo vệ bờ biển đặc biệt đê chắn xếp rối (xem Hình 1) sóng dạng đá đổ mái nghiêng khu vực nước sâu RAKUNA-IV dạng cấu kiện tiêu sóng Nhật Bản phát minh vào năm 2007 công ty Nikken Kogaku RAKUNA-IV có cấu tạo bốn chân Tetrapod góc cạnh đặc biệt có thêm 04 hốc lõm chân tên gọi (a) (b) (xem Hình 1) Dưới tác động sóng, khối phủ bị Hình Mơ hình cấu kiện RAKUNA-IV (a) dịch chuyển theo hình thức trượt, công tác thi công lắp đặt khối phủ (b) quay, bị nâng lớp phủ Cơ chế ổn định tượng cấu kiện bê NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH THỦY LỰC tông khối phủ bị “xoay lắc” tác động CỦA KHỐI PHỦ RAKUNA-IV TRONG sóng (cơ chế rocking) chế TRƯỜNG HỢP XẾP RỐI VÀ SÓNG thường gặp dạng khối phủ liên kết hai lớp KHƠNG TRÀN có hình dạng mảnh xếp rối 2.1 Thiết kế mơ hình bố trí thí nghiệm mái đê đá đổ Để nghiên cứu ổn định khối phủ mái Mơ hình đê thí nghiệm gồm có 03 lớp: lớp dốc phải xem xét đầy đủ yếu tố trọng ngồi, lớp lớp lõi (xem Hình 2) Kích lượng, chiều cao sóng, mật độ nước, mật độ thước lớp lớp thứ hai thu nhỏ xếp khối, mái dốc, độ thấm lõi đê, chu kỳ theo tỉ lệ mơ hình thơng thường (theo tiêu sóng, thời gian bão, độ cao tương đối đỉnh chuẩn Froude) Dựa vào kích thước khối phủ đê Đây sở khoa học để nhà nghiên sử dụng thực tế, số liệu sóng vùng cứu đưa nhiều cơng thức tính tốn ổn định biển Việt Nam khả đáp ứng hệ khối phủ khác nhiều năm qua thống thiết bị Phịng thí nghiệm thủy lực Đã có số nghiên cứu tiến hành tổng hợp, đề tài lựa chọn tỉ lệ mơ hình 1/20 trước ổn định cấu kiện RAKUNA- (xem Hình 3) IV tập trung vào ổn định thủy Các kịch thí nghiệm thực lực trường hợp khối phủ xếp Tuy máng sóng Hà Lan (Holland Wave nhiên chưa có nghiên cứu ổn định thủy Flume) phịng thí nghiệm thủy lực tổng hợp lực trường hợp xếp rối Đây vấn trường Đại học Thủy lợi Máng có chiều GIỚI THIỆU CHUNG 24 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 dài 45m, chiều cao 1,2m chiều rộng 1m, trang bị với máy tạo sóng dạng piston tiên tiến hệ thống hấp thụ sóng phản xạ chủ động ARC cho phép tạo sóng với độ xác cao Máng tạo sóng sóng ngẫu nhiên theo số dạng phổ sóng phổ biến biến phổ JONSWAP (Joint North Sea Wave Project) hay Peirsion-Moskowitz (PM) Chiều cao sóng ngẫu nhiên tối đa tạo máng 0.3m chu kỳ 3s 2.2 Kết thí nghiệm Ổn định thủy lực khối phủ RAKUNAIV xếp rối điều kiện sóng không tràn đánh giá thông qua tham số sau: - Hệ số ổn định KD ; hệ số xác định dựa theo công thức Hudson tiêu chuẩn SPM (1984); - Công thức xác định hệ số ổn định Ns ; công thức xác định dựa nghiên cứu có trước áp dụng cho dạng khối phủ Tetrapod RAKUNA-IV xếp 2.2.1 Xác định hệ số ổn định KD Số cấu kiện dịch chuyển tương đối Nod thông số sử dụng để đánh giá ổn định thủy lực khối phủ mái đê chắn sóng, tính tốn thơng Hình Bố trí mơ hình thí nghiệm qua việc xác định số khối bị dịch chuyển sau máng sóng thí nghiệm Số khối dịch chuyển tương 04 đầu đo sóng bố trí phía trước đê đối phụ thuộc vào bề rộng mơ hình (trong khoảng cách 0.25-0.20-0.35m nhằm phân trường hợp thí nghiệm B = 1m) đường tách sóng phản xạ với sóng tới theo phương kính danh nghĩa Dn khối phủ pháp Zelt & Skjelbreia (1992) Với giá trị chiều cao sóng gây hư hỏng nghiêm trọng cho mơ hình đê chắn sóng xác định Hs,D = 0.16m (xem Hình 4), giá trị hệ số ổn định KD tương ứng xác định từ cơng thức Hudson theo tiêu chuẩn SPM 1984 sau: Hình Các cấu kiện vị trí khác mái có màu sơn khác nhau: vàng-trắngđỏ (theo chiều từ đỉnh xuống chân mái) Với mục đích nghiên cứu ổn định khối phủ thí nghiệm coi hồn chỉnh đạt tới 3000 sóng lớp lõi bị lộ hẳn với diện tích bị lộ lớn lần đường kính danh nghĩa Dn Trong q trình thí nghiệm, số trường hợp chạy nhắc lại để kiểm tra độ tin cậy xác kết chạy trước Các bước hiệu chỉnh đầu đo, thu nhận xử lý số liệu sóng tiến hành phần mềm HR-DAQ (Data Acquisition and Analysis Software) HR Wallingford Các kết phân tích ổn định thực công cụ Excel phần mềm MatLab 25  1.27Hs, D  KD    m  D n  (1) m,  hệ số mái (m = 1,5)  tỉ trọng tương đối vật liệu chế tạo khối phủ ( = 1,24) Từ công thức (1) xác định hệ số ổn định khối phủ RAKUNA-IV trường hợp xếp rối sóng khơng tràn KD = 9,7 Hình Phân tích số liệu thí nghiệm ổn định thủy lực để xác định tham số KD Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 2.2.2 Xác định công thức ổn định thủy lực trường hợp xếp rối sóng khơng tràn có xét đến chế xoay lắc (rocking) Dựa vào kết nghiên cứu Van der Meer (1991) áp dụng cho dạng khối phủ Tetrapod Tuấn & cộng (2012) áp dụng cho khối phủ RAKUNA-IV điều kiện xếp chịu sóng tràn, dạng tổng quát công thức ổn định thủy lực khối phủ RAKUNA-IV trường hợp xếp rối, sóng khơng tràn có xét đến chế xoay lắc (rocking) có dạng sau:   Hs N   a  od D n   N z     0.5   b  s0mc  0.5   (2) Nz số sóng tính tốn, s 0m độ dốc sóng ứng với chu kỳ trung bình T m, Nod số cấu kiện dịch chuyển tương đối dải bề rộng Dn có xét đến chế xoay lắc (rocking) Nikken Kogaku vào năm 2007 nghiên cứu ứng dụng cho nhiều cơng trình đê chắn sóng bảo vệ bể cảng bờ biển Bài báo giới thiệu nghiên cứu ổn định thủy lực dạng khối phủ này, bao gồm vấn đề công tác chuẩn bị xây dựng mơ hình, vận hành thí nghiệm, đo đạc xử lý số liệu thí nghiệm thu Các kết nghiên cứu bao gồm hệ số ổn định thủy lực KD công thức xác định số ổn định Ns Các kết nghiên cứu dự kiến áp dụng để tính tốn thiết kế cơng trình đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng thực tế nhằm nâng cao hiệu kinh tế, kỹ thuật Đây tài liệu tham khảo tốt cho cán kỹ thuật làm công tác tư vấn thiết kế thi cơng cơng trình biển, đặc biệt đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng thực tế nhằm nâng cao hiệu kinh tế, kỹ thuật, giảm chi phí khắc phục hay sửa chữa đê chắn sóng thời gian làm việc TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình Kết phân tích hồi quy xác định cơng thức tính tốn số ổn định Ns Với số liệu thí nghiệm thu thập xử lý với trường hợp số sóng tình tốn Nz = 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000 theo kết phân tích hồi quy cơng cụ Curve Fitting Tool phần mềm MatLab (xem Hình 5), hệ số a, b c công thức (2) xác định sau:  N Hs   4.47  od  N D n  z      0.5  0.2  0,85  s 0m  0.5 (3)   Với hệ số tương quan tương ứng R = 0,78 KẾT LUẬN Trong xu phát triển chung giới, khối phủ RAKUNA-IV dạng kết cấu Nhật Bản phát minh công ty 26 [1] Steven A Hughes (1993) Physical Models and Laboratory Techniques in Coastal Engineering [2] Thieu Quang Tuan, Hiroshi Mats ushita, Yasuomi Taki, Nguyen Quang Luong (2012) Stability of newly-improved wave dissipating blocks for rubble mound breakwaters Proceedings of the 4th International Conference on Estuaries and Coasts (ICEC-2012), Hanoi, Vietnam, 8-11 October 2012 pp 361-369 [3] Keulegan, G G (1973) Wave Transmission Through Rock Structures Research Report H-73-1, US Army Engineer Waterways Experiment Station, Vickburg, Miss issippi [4] Van der Meer, J.W., and G Heydra 1991 Rocking armour units : Number, location and impact velocity, Coastal Engineering, 15, 21-39 [5] Lê Thị Hương Giang (2015) Nghiên cứu đánh giá ổn định khối phủ RAKUNAIV cho đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng Luận án tiến sĩ  ... & cộng (2012) áp dụng cho khối phủ RAKUNA- IV điều kiện xếp chịu sóng tràn, dạng tổng quát công thức ổn định thủy lực khối phủ RAKUNA- IV trường hợp xếp rối, sóng khơng tràn có xét đến chế xoay... Từ công thức (1) xác định hệ số ổn định khối phủ RAKUNA- IV trường hợp xếp rối sóng khơng tràn KD = 9,7 Hình Phân tích số liệu thí nghiệm ổn định thủy lực để xác định tham số KD Tuyển tập Hội nghị... 978-604-82-2548-3 2.2.2 Xác định công thức ổn định thủy lực trường hợp xếp rối sóng khơng tràn có xét đến chế xoay lắc (rocking) Dựa vào kết nghiên cứu Van der Meer (1991) áp dụng cho dạng khối phủ Tetrapod