Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của kết cấu ngầm REEF BALL tm trên thềm đảo nổi xa bờ. Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của kết cấu ngầm REEF BALL tm trên thềm đảo nổi xa bờ. Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của kết cấu ngầm REEF BALL tm trên thềm đảo nổi xa bờ. Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của kết cấu ngầm REEF BALL tm trên thềm đảo nổi xa bờ. Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của kết cấu ngầm REEF BALL tm trên thềm đảo nổi xa bờ. Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của kết cấu ngầm REEF BALL tm trên thềm đảo nổi xa bờ. Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của kết cấu ngầm REEF BALL tm trên thềm đảo nổi xa bờ. Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của kết cấu ngầm REEF BALL tm trên thềm đảo nổi xa bờ. Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của kết cấu ngầm REEF BALL tm trên thềm đảo nổi xa bờ. Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của kết cấu ngầm REEF BALL tm trên thềm đảo nổi xa bờ. Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của kết cấu ngầm REEF BALL tm trên thềm đảo nổi xa bờ. Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của kết cấu ngầm REEF BALL tm trên thềm đảo nổi xa bờ.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PHẠM THỊ THÚY NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA KẾT CẤU NGẦM REEF BALLTM TRÊN THỀM ĐẢO NỔI XA BỜ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PHẠM THỊ THÚY NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA KẾT CẤU NGẦM REEF BALLTM TRÊN THỀM ĐẢO NỔI XA BỜ Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình biển Mã số: 958 02 03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS LÊ HẢI TRUNG PGS.TS TRẦN THANH TÙNG HÀ NỘI, NĂM 2023 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức nào.Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Chữ ký i LỜI CÁM ƠN Tác giả xin trân trọng biết ơn sâu sắc tới thầy PGS TS Lê Hải Trung, PGS TS Trần Thanh Tùng GS.TS Thiều Quang Tuấn định hướng khoa học tạo điều kiện thuận lợi cho NCS suốt trình thực Luận án Tác giả xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Thủy lợi, phịng Đào tạo, phịng Thí nghiệm thủy lực tổng hợp, Bộ mơn Cơng trình biển đường thủy, khoa Cơng trình hỗ trợ, tạo điều kiện làm việc tốt cho tác giả trình nghiên cứu Tác giả xin trân trọng cảm ơn Bộ mơn Nhiệt Thủy khí, Khoa Cơ khí, Học viện Kỹ thuật Quân sự; Ban chủ nhiệm thành viên đề tài Độc lập cấp Quốc gia ĐLCN.19/15 “Nghiên cứu giải pháp tơn tạo chống xói lở đảo thuộc QĐTS” giúp đỡ NCS để hồn thành nhiệm vụ Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè gia đình giúp đỡ q giá ln đồng hành tác giả trình thực hồn thành Luận án ii MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU .viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ ix MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu .3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn .5 Cấu trúc luận án .5 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẢO NỔI XA BỜ, KẾT CẤU NGẦM REEF BALLTM VÀ HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA KẾT CẤU NGẦM 1.1 Đảo xa bờ 1.1.1 Khái niệm đảo xa bờ 1.1.2 Cấu tạo địa hình đảo .7 1.1.3 Đặc điểm thềm đảo 11 1.1.4 Chế độ thủy hải văn khu vực đảo 12 1.1.5 Chế độ thủy động lực sóng đảo 17 1.2 Kết cấu ngầm Reef BallTM 22 1.2.1 Khái niệm kết cấu ngầm Reef BallTM 22 1.2.2 Chức cấu tạo kết cấu ngầm Reef BallTM 22 1.2.3 Ứng dụng Reef BallTM giới 24 1.3 Hiệu giảm sóng kết cấu ngầm 27 1.3.1 Một số khái niệm .27 1.3.2 Các phương pháp nghiên cứu hiệu giảm sóng 28 1.3.3 Các tham số ảnh hưởng đến hiệu giảm sóng 29 1.3.4 Công thức thực nghiệm hiệu giảm sóng 31 1.4 Kết luận chương 37 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA KẾT CẤU NGẦM REEF BALLTM TRÊN THỀM ĐẢO NỔI XA BỜ 39 2.1 2.2 Độ rỗng kết cấu .39 Q trình truyền sóng qua kết cấu ngầm rỗng .41 iii 2.2.1 Tương tác sóng kết cấu ngầm rỗng 41 2.2.2 Sự cân lượng truyền sóng qua kết cấu rỗng 42 2.2.3 Sự truyền sóng qua kết cấu rỗng .44 2.3 Thiết lập phương trình tổng qt hiệu giảm sóng kết cấu ngầm .46 2.4 Lựa chọn tỉ lệ mơ hình vật lý 49 2.4.1 Cơ sở lý thuyết tương tự .49 2.4.2 Điều kiện nguyên hình lực thí nghiệm 51 2.4.3 Lựa chọn tỉ lệ mơ hình 52 2.5 Bố trí Reef BallTM mơ hình thí nghiệm 56 2.5.1 Chế tạo cấu kiện Reef BallTM 56 2.5.2 Các phương án bố trí khơng gian Reef BallTM 57 2.5.3 Độ rỗng khối phương án bố trí Reef BallTM 58 2.6 Thiết lập thí nghiệm giảm sóng kết cấu ngầm 60 2.6.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 60 2.6.2 Các yếu tố đo đạc, tính tốn 61 2.6.3 Kịch thí nghiệm 63 2.6.4 Trình tự thí nghiệm 64 2.7 Kết luận chương 66 CHƯƠNG HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA KẾT CẤU NGẦM REEF BALL TM TRÊN THỀM ĐẢO NỔI XA BỜ .68 3.1 Đặc tính sóng nước nơng thềm đảo 68 3.1.1 Sự truyền sóng thềm đảo 68 3.1.2 Đặc tính sóng nước nơng 70 3.2 Các tham số ảnh hưởng tới hệ số truyền sóng .74 3.2.1 Bề rộng đỉnh kết cấu ngầm .74 3.2.2 Độ ngập đỉnh kết cấu ngầm .77 3.2.3 Độ dốc sóng 79 3.2.4 Bề rộng đỉnh kết cấu ngầm có xét tới độ thấm mơi trường rỗng 81 3.3 Xây dựng công thức thực nghiệm 88 3.3.1 Lựa chọn dạng công thức 88 3.3.2 Cơng thức khơng tích hợp độ thấm 89 3.3.3 Công thức tích hợp độ thấm 91 3.3.4 Phạm vi ứng dụng công thức 94 iv 3.4 Kiểm định công thức 95 3.4.1 Mơ hình thí nghiệm bể sóng 95 3.4.2 Kiểm định công thức thực nghiệm 97 3.5 Kết luận chương 100 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BỐ TRÍ KHƠNG GIAN KẾT CẤU NGẦM CHO ĐẢO NỔI XA BỜ 102 4.1 Lựa chọn địa điểm áp dụng 102 4.2 Điều kiện biên 104 4.2.1 Cấp cơng trình .104 4.2.2 Điều kiện biên phục vụ thiết kế công 104 4.2.3 Điều kiện biên phục vụ kiểm tra ổn định 105 4.3 Tính tốn tham số bố trí khơng gian 106 4.3.1 Phạm vi bố trí kết cấu ngầm giảm sóng 107 4.3.2 Cao trình đỉnh chiều cao kết cấu ngầm 109 4.3.3 Bề rộng kết cấu ngầm 109 4.3.4 Chiều dài khoảng cách đoạn kết cấu ngầm 111 4.3.5 Tổ hợp phương án chọn 112 4.4 Kiểm tra ổn định kết cấu ngầm .114 4.5 Kết luận chương 118 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 119 I Kết đạt luận án .119 II Những đóng góp luận án .121 III Tồn hướng phát triển .121 IV Kiến nghị 121 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 122 PHỤ LỤC 123 Phụ lục Cơ sở toán học cho hồi quy phi tuyến 123 Phụ lục 2a Tổng hợp 200 kịch thí nghiệm với độ rỗng khối n = 0.88 .126 Phụ lục 2b Tổng hợp 200 kịch thí nghiệm với độ rỗng khối n = 0.91 130 Phụ lục 2c Tổng hợp 200 kịch thí nghiệm với độ rỗng khối n = 0.94 .134 Phụ lục Giấy xác nhận thực đề tài 138 Phụ lục Các kịch thí nghiệm bể sóng .141 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 0.1 Bờ đảo trước sau xây dựng kè .1 Hình 1.1 Các rạn san hơ biển [1] Hình 1.2 Địa hình đặc trưng đảo (nguồn google earth) Hình 1.3 Mặt cắt ngang số đảo 10 Hình 1.4 Trích đoạn mặt cắt ngang gần mặt nước số đảo xa bờ .10 Hình 1.5 Hoa sóng 12 tháng năm trạm Trường Sa (2004-2015) [4] 14 Hình 1.6 Liên hệ chiều cao chu kì sóng đỉnh phổ [4] .15 Hình 1.7 Vị trí điểm số liệu sóng biển Đơng[5] 16 Hình 1.8 Tên, hình dạng khối RB tiêu chuẩn [40] 23 Hình 1.9 Reef Ball nơi trú ngụ phát triển san hơ 24 Hình 1.10 Bản đồ nước khu vực giới sử dụng rạn ngầm RB [41] 25 Hình 1.11 Bản đồ nước khu vực Châu Á sử dụng rạn ngầm RB [41] 25 Hình 1.12 Kết cấu Reef Ball lắp đặt quần đảo Seychelles [11] 26 Hình 1.13 Sơ đồ tính hiệu giảm sóng kết cấu ngầm 27 Hình 1.14 Hệ số truyền sóng qua đê đỉnh hẹp theo Van de Meer (1991) [62] 32 Hình 1.15 Sơ đồ bố trí đê theo Van der Meer (2005) [35] 33 Hình 1.16 Sơ đồ bố trí đê ngầm theo Armono Hall [62] .33 Hình 2.1 Cấu kiện Reef BallTM độ rỗng bề mặt cấu kiện RB 39 Hình 2.2 Một số cách xếp khối Reef BallTM 40 Hình 2.3 Cơ chế suy giảm sóng qua KCN Reef BallTM 41 Hình 2.4 Sơ họa mặt cắt ngang mơ hình thí nghiệm máng sóng 52 Hình 2.5 Mặt cắt ngang bãi biển tham số đặc trưng [35] 54 Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm lựa chọn tỉ lệ mơ hình .55 Hình 2.7 Kết cấu ngầm từ khối Reef Ball tham số khối 57 Hình 2.8 Mặt số phương án xếp kết cấu ngầm RB .58 Hình 2.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 61 Hình 2.10 Một số hình ảnh q trình làm thí nghiệm 66 Hình 3.1 Sóng vỡ đỉnh vách dốc đứng 69 Hình 3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo sóng truyền thềm đảo 69 Hình 3.3 Hệ số truyền sóng thềm theo khoảng cách thềm với kịch .70 Hình 3.4 Đồ thị chiều cao Hmo chu kỳ sóng nước nơng Tm-1,0 trước cơng trình .71 Hình 3.5 Phổ lượng sóng đo đạc ứng với kịch dH10T170 72 Hình 3.6 Phổ lượng sóng nước nông thềm đảo xa bờ 73 Hình 3.7 Các phương án bề rộng đỉnh KCN sử dụng thí nghiệm 75 Hình 3.8 Tương quan bề rộng kết cấu ngầm hệ số truyền sóng Kt 76 Hình 3.9 Các phương án độ ngập đỉnh kết cấu ngầm 78 Hình 3.10 Tương quan độ ngập tương đối hệ số truyền sóng Kt 78 Hình 3.11 Tương quan độ dốc sóng tượng trưng Som hệ số truyền sóng Kt với bề rộng đỉnh B khác .80 vi Hình 3.12 Ảnh hưởng bề rộng khơng có tích hợp độ thấm (Rc=0cm) .83 Hình 3.13 Ảnh hưởng bề rộng khơng có tích hợp độ thấm (Rc=2.5cm) 84 Hình 3.14 Ảnh hưởng bề rộng khơng có tích hợp độ thấm (Rc=5.0cm) 85 Hình 3.15 Ảnh hưởng bề rộng khơng có tích hợp độ thấm (Rc=7.5cm) 86 Hình 3.16 Ảnh hưởng bề rộng khơng có tích hợp độ thấm (Rc=10cm) .87 Hình 3.17 Đồ thị mức độ tin cậy công thức Kt,1 89 Hình 3.18 Đồ thị mức độ tin cậy công thức Kt,2 90 Hình 3.19 Đồ thị kết độ tin cậy công thức Kt,3 92 Hình 3.20 Đồ thị kết độ tin cậy công thức Kt,4 93 Hình 3.21 Địa hình mơ hình bể sóng Phịng thí nghiệm 95 Hình 3.22 Các phương án mực nước thí nghiệm mơ hình bể sóng 96 Hình 3.23 Sơ đồ bố trí khơng gian KCN bể sóng [90] 96 Hình 3.24 Đồ thị kết kiểm định độ tin cậy công thức (3-10) 98 Hình 3.25 Đồ thị kết kiểm định độ tin cậy công thức giới hạn bề rộng 99 Hình 3.26 Đồ thị kết kiểm định độ tin cậy công thức giới hạn độ ngập đỉnh .99 Hình 4.1 Các bãi cát hình thành đảo lựa chọn .103 Hình 4.2 Tổng hợp số mặt cắt ngang bãi đảo mặt Đông Bắc .108 Hình 4.3 Chiều rộng đỉnh kết cấu ngầm B theo độ ngập Rc 110 Hình 4.4 Sơ đồ bố trí mặt giải pháp kết cấu ngầm giảm sóng 113 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Hệ số mái sườn đảo số đảo biển Đông Bảng 1.2 Bề rộng thềm đảo số đảo QĐTS .11 Bảng 1.3 Tính tốn đặc trưng sóng khí hậu theo hướng Trường Sa [4] 15 Bảng 1.4 Các thông số sóng thiết kế Vietso Petro [5] 16 Bảng 1.5 Tính tốn đặc trưng sóng cực trị theo tháng Trường Sa [4] 17 Bảng 1.6 Loại Reef Ball kích thước tiêu chuẩn Reef Ball [41] .23 Bảng 1.7 Bảng tổng hợp công thức thực nghiệm, tham số ảnh hưởng phạm vi ứng dụng 36 Bảng 2.1 Ma trận thứ nguyên 47 Bảng 2.2 Bảng phân tích thứ nguyên tham số 47 Bảng 2.3 Bảng tính tốn chiều cao sóng tối đa thềm đảo theo công thức (2-27) 53 Bảng 2.4 Phân loại độ sâu bờ biển theo tỉ số độ sâu mực nước chiều cao sóng [35] .54 Bảng 2.5 So sánh tham số để lựa chọn tỉ lệ mơ hình 56 Bảng 2.6 Bảng tính độ rỗng cơng trình xếp thẳng hàng 59 Bảng 2.7 Bảng tính độ rỗng cơng trình xếp so le 60 Bảng 2.8 Bảng tính độ rỗng độ đặc KCN theo phương án thí nghiệm 60 Bảng 2.9 Chương trình thí nghiệm 64 Bảng 2.10 Kế hoạch trình tự thí nghiệm 64 Bảng 3.1 Kết đo đạc tính tốn tham số mơ hình bể sóng 97 Bảng 4.1 Đặc trưng mực nước, sóng phục vụ bố trí khơng gian giải pháp [4] 105 Bảng 4.2 Đặc trưng mực nước, sóng phục vụ kiểm tra ổn định kết cấu [4] .106 Bảng 4.3 Bảng tính toán bề rộng kết cấu ngầm 110 Bảng 4.4 Tổng hợp tham số thiết phục vụ bố trí khơng gian giải pháp 111 Bảng 4.5 Tổng hợp tham số bố trí mặt cơng trình 112 Bảng 4.6 Bảng tính tốn kiểm tra ổn định cho khối Reef BallTM 116 vii ... đảo xa bờ, kết cấu ngầm Reef BallTM hiệu giảm sóng kết cấu ngầm Chương Cơ sở khoa học phương pháp nghiên cứu hiệu giảm sóng kết cấu ngầm Reef BallTM thềm đảo xa bờ Chương Hiệu giảm sóng kết cấu. .. cấu ngầm Reef BallTM thềm đảo xa bờ Chương Nghiên cứu giải pháp bố trí khơng gian kết cấu ngầm cho đảo xa bờ CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẢO NỔI XA BỜ, KẾT CẤU NGẦM REEF BALLTM VÀ HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA... PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA KẾT CẤU NGẦM REEF BALLTM TRÊN THỀM ĐẢO NỔI XA BỜ 39 2.1 2.2 Độ rỗng kết cấu .39 Quá trình truyền sóng qua kết cấu ngầm rỗng