Nghiên cứu áp lực sóng tác dụng lên tƣờng đỉnh đê biển

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 dƣới hình thức nào.Việc tham khảo nguồn tài liệu đƣợc thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2020 Tác giả luận văn Lê Thị Hòa i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Văn Dũng ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn khoa học, bảo tận tình tạo điều kiện tốt giúp suốt q trình nghiên cứu thực luận văn Tơi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn tới thầy mơn Kỹ thuật Cơng trình, thầy khoa Kỹ thuật Cơng nghệ, Phịng Sau Đại học, Trƣờng Đại Hồng Đức trang bị tri thức khoa học tạo điều kiện học tập thuận lợi cho suốt thời gian qua Sau cùng, xin chân thành cảm ơn quan, gia đình bạn bè động viên, tạo điều kiện thời gian cho tơi suốt q trình thực luận văn Thanh Hóa, tháng năm 2020 Tác giả Lê Thị Hòa ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ SÓNG TRÀN QUA ĐÊ BIỂN 1.1 Giới thiệu đê Việt Nam 1.1.1 Đê biển Hà Tĩnh 1.1.2 Đê biển Thanh Hóa 1.1.3 Đê biển Nam Định 1.1.4 Đê biển Hải Phòng 1.2 Các nghiên cứu áp lực sóng giới 1.2.1 Nghiên cứu Oumeraci, H.(2001) 1.2.2 Phương pháp CEM - 2006 10 1.2.3 Nghiên cứu Ramachandran nnk (2012) 12 1.2.4 Nghiên cứu Xuexue Chen nnk (2014) 15 1.2.5 Nghiên cứu Koen Van Doorslaer cộng (2015) 15 1.3 Các nghiên cứu áp lực sóng Việt Nam 16 1.3.1 Nghiên cứu Nguyễn Chiến Hoàng Ngọc Tuấn (2011) 16 1.3.2 Nghiên cứu Nguyễn Văn Thìn (2014) 17 CHƢƠNG 2: THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ÁP LỰC SÓNG LÊN TƢỜNG ĐỈNH 19 2.1 Giới thiệu thiết bị đo áp lực sóng 19 2.1.1 Đầu đo áp lực 19 2.1.2 Máy đo áp lực (máy đa kênh) 20 2.2 Các kịch thí nghiệm trình tự thí nghiệm 20 2.2.1 Các kịch thí nghiệm 20 2.2.2 Công tác chuẩn bị 21 2.2.3 Trình tự thí nghiệm 22 2.3 Phân tích đánh giá kết thí nghiệm 23 2.3.1 Kết thí nghiệm 23 iii 2.3.2 Phân tích áp lực lớn 24 2.4 Xây dựng phƣơng pháp tính tốn áp lực sóng lên tƣờng đỉnh 27 2.4.1 Áp lực sóng vị trí Y = cm 27 2.4.2 Áp lực sóng vị trí đo khác 39 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 44 3.1 Chọn địa điểm áp dụng 44 3.1.1 Sơ lƣợc đê Y Vích 44 3.1.2 Điều kiện biên thiết kế 45 3.1.3 Tham số sóng thiết kế 45 3.1.4 Mặt cắt đê 45 3.2 Kết tính tốn 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 I Kết luận 49 II Kiến nghị 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu Ký hiệu Đơn vị Tên gọi ký hiệu α độ Góc dốc mái đê phía biển αw độ Góc nghiên tƣờng đỉnh β độ Góc mũi hắt sóng ξ - Chỉ số sóng vỡ Iribarren - Hệ số chiết giảm sóng tràn sóng tới xiên góc - Hệ số chiết giảm sóng tràn đê - Hệ số chiết giảm sóng tràn độ nhám - Hệ số chiết giảm sóng tràn bề rộng thềm trƣớc - Hệ số chiết giảm sóng tràn tổng hợp tƣờng đỉnh - Hệ số chiết giảm sóng tràn chiều cao tƣờng - Hệ số chiết giảm sóng tràn thềm trƣớc mũi hắt sóng - Hệ số chiết giảm sóng tràn thềm trƣớc khơng có mũi hắt sóng - Hệ số kể đến ảnh hƣởng mũi hắt sóng - Hệ số gia tăng áp lực có mũi hắt sóng Cp - Hệ số phân bố áp lực sóng D m Độ sâu nƣớc máng sóng F KN Lực sóng tác dụng fđo Hz Tần số đo áp lực sóng hn m Chiều dày mũi hắt sóng Hs m Chiều cao sóng Hm0 m Chiều cao sóng mơ men hn/W - Chiều cao mũi hắt tƣơng đối v p Kpa Áp lực sóng p1/100 Kpa Áp lực sóng lớn trung bình 100 đợt tƣơng tác p1/250 Kpa Áp lực sóng lớn trung bình 250 đợt tƣơng tác p1/500 Kpa Áp lực sóng lớn trung bình 500 đợt tƣơng tác Rc m Độ cao lƣu khơng phía mực nƣớc tính tốn S m Bề rộng thềm trƣớc tƣờng T s Thời gian Tp s Chu kỳ đỉnh phổ Tm s Chu kỳ đỉnh phổ trung bình tr s Thời gian gia tăng áp lực từ đến giá trị lớn W m Chiều cao tƣờng đỉnh đê Y m Khoảng cách từ chân tƣờng đỉnh đến vị trí đo áp lực Danh mục chữ viết tắt TEST_: Kịch thí nghiệm vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Tổng hợp chƣơng trình thí nghiệm 20 Bảng 2.2 Số liệu thí nghiệm kịch Test_196 23 Bảng 3.1 Tổng hợp số liệu tính tốn 46 Bảng 3.2 Áp lực sóng mô men tác dụng lên tƣờng 47 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Đê biển Hội Thống, Nghi Xuân, Hà Tĩnh Hình 1.2 Đê biển Phúc Long Nhƣợng, Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh Hình 1.3 Đê biển Hậu Lộc, Thanh Hóa Hình 1.4 Đê biển Giao Thủy, Nam Định Hình 1.5 Đê biển Quất Lâm, Nam Định Hình 1.6 Đê biển Cát Hải, Hải Phòng Hình 1.7 Sóng tràn gây vỡ đê biển Hậu lộc, Thanh Hóa (bão số 7/2005) Hình 1.8 Sơ đồ xác định áp lực sóng Oumeraci, H (2001) Hình 1.9 Hình minh họa áp lực sóng tác dụng lên tƣờng 10 Hình 1.10 Sơ đồ áp lực sóng tác dụng lên tƣờng đỉnh .11 Hình 1.11 Mặt cắt dọc đê có tƣờng đỉnh máng sóng .13 Hình 1.12Sơ đồ bố trí đầu đo áp lực 13 Hình 1.13 Áp lực sóng đo đƣợc đầu áp lực theo thời gian 13 Hình1.14 Áp lực sóng chu kỳ sóng .14 Hình1.15 Áp lực sóng phân bố theo chiều cao tƣờng 14 Hình 1.16 Phân bố áp lực sóng lên tƣờng xung quanh thời điểm t* .15 Hình 1.17 Đƣờng hồi quy xác định áp lực theo thời gian gia tăng áp lực 16 Hình 1.18 Độ thị quan hệ lực sóng theo Hmo Rc 17 Hình 2.1 Kết nối đầu đo PDB với máy đo áp lực truyền liệu vào máy tính 19 Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo áp lực sóng 21 Hình 2.3 Kiểm tra đầu đo áp lực 22 Hình 2.4 Áp lực sóng lên tƣờng đỉnh đƣợc ghi lại thơng qua đầu đo cảm biến 22 Hình 2.5Tín hiệu áp lực đƣợc ghi lại dạng hiệu điện (mV) .23 Hình 2.6 Áp lực sóng theo đợt sóng 24 Hình 2.7 Áp lực sóng tác dụng lên tƣờng theo thời gian vị trí đo 25 Hình 2.8 Xác định đỉnh áp lực sóng tác dụng lên tƣờng theo thời gian .26 Hình 2.9 Áp lực sóng lớn kịch thí nghiệm Test_196 26 Hình 2.10 Ảnh hƣởng Hmo đến áp lực sóng lên tƣờng (Đƣờng mầu đỏ - mũi tên thể xu quan hệ) 28 Hình 2.11 Ảnh hƣởng Tp đến áp lực sóng lên tƣờng 29 Hình 2.12 Ảnh hƣởng Rc đến áp lực sóng lên tƣờng 29 Hình 2.13 Ảnh hƣởng bề rộng thềm trƣớc tƣờng (S) đến áp lực sóng .30 viii Hình 2.14 Ảnh hƣởng độ dốc mái đê phía biển đến áp lực sóng lên tƣờng .30 Hình 2.15 Ảnh hƣởng W đến áp lực sóng lên tƣờng 31 Hình 2.16 Sự phụ thuộc p/(gρHmo) với độ cao lƣu không tƣơng đối .33 Hình 2.17Sự phụ thuộc p/(gρHmo) với bề rộng thềm tƣơng đối .34 Hình 2.18 Sự phụ thuộc p/(gρHmo) với số Iribarren ξm .34 Hình 2.19 Sự phụ thuộc p/(gρHmo) với chiều cao tƣờng tƣơng đối 35 Hình 2.20 Đƣờng hồi quy áp lực sóng Y = 1cm, tƣờng khơng có mũi hắt sóng 36 Hình 2.21 Đƣờng hồi quy áp lực sóng có khơng có mũi hắt sóng 36 Hình 2.22 Sự phụ thuộc áp lực sóng vào góc mũi hắt sóng 37 Hình 2.23 Sự phụ thuộc áp lực vào chiều cao mũi tƣơng đối 38 Hình 2.24 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm xác định áp lực sóng vị trí Y = 1cm xét đến mũi hắt sóng 38 Hình 2.25 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm áp lực sóng vị trí Y = 3cm 39 Hình 2.26 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm áp lực sóng vị trí Y = 4,5cm 40 Hình 2.27 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm lực sóng vị trí Y = 6cm 40 Hình 2.28 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm lực sóng vị trí Y = 6,5 cm 41 Hình 2.29 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm áp lực sóng vị trí Y = 8,5cm 41 Hình 2.30 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm lực sóng vị trí Y = 9,5cm 42 Hình 2.31 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm áp lực sóng vị trí Y = 11,5cmError! Bookmark not Hình 2.32 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm xác định hệ số Cp theo chiều cao tƣơng đối vị trí áp lực chiều cao tƣờng 43 Hình 3.1 Vị trí tuyến đê Y Vích, huyện Hậu Lộc, tỉnh Thanh Hóa 44 Hình 3.2 Kết cấu tƣờng đỉnh đƣợc đề xuất 46 Hình 3.3 Biểu đồ áp lực sóng lên tƣờng đỉnh đê Y Vích 47 Hình 3.4 Biểu đồ phân bố mơ men uốn tƣờng đỉnh đê Y Vích 48 ix MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Việt Nam nằm khu vực ổ bão khu vực tây bắc Thái bình Dƣơng với tần suất bão đổ cao, trung bình khoảng cơn/năm Do hệ thống đê kè biển nƣớc ta đƣợc hình thành từ sớm dài (trên 2,000 km) với mục đích bảo vệ khu vực dân cƣ kinh tế phía sau đê khỏi thiên tai từ phía biển nhƣ ngập lụt, xói lở, dƣới tác động yếu tố thủy động lực học bão nhƣ sóng nƣớc dâng Tuy nhiên hạn chế điều kiện kinh tế, đê biển nƣớc ta trải qua nhiều lần nâng cấp sửa chữa nhƣng cao trình đỉnh đê thấp (phổ biến từ 4,0 đến 5,5 m) [1] sóng tràn qua đê bão lớn, tùy theo vị trí mà lƣu lƣợng sóng tràn lên tới hàng trăm lít giây mét chiều dài đê Thực tế thiên tai bão lũ xảy năm vừa qua cho thấy sóng tràn qua đê bão gây xói mái, ổn định mái phía đồng dẫn đến vỡ đê chế gây hƣ hỏng đê phổ biến nƣớc ta, đặc biệt khu vực bắc bắc trung Vỡ đê biển gây thiệt hại nghiêm trọng ngƣời sở hạ tầng cho khu vực dân cƣ kinh tế ven biển Lƣợng sóng tràn cho phép qua đê có tính định đến quy mô, giải pháp thiết kế nhƣ quy hoạch bảo vệ hệ thống đê biển Việc nghiên cứu sóng tràn qua đê biển có ý nghĩa đặc biệt quan trọng công tác xây dựng đê biển nói riêng phịng chống thiên tai biển Việt Nam nói chung, đặc biệt bối cảnh biến đổi khí hậu nƣớc biển dâng nhƣ (theo khuyên cáo Ngân hàng giới Việt Nam nằm danh sách 05 nƣớc toàn giới chịu ảnh hƣởng nặng nề nƣớc biển dâng) [11] Nhằm giảm chi phí xây dựng nhƣng hạn chế đƣợc sóng tràn, tƣờng đỉnh chắn sóng nằm đỉnh đê đƣợc dùng nhiều Việt Nam Sự có mặt tƣờng đỉnh đỉnh đê ngăn chặn phần sóng tràn qua đê nhƣng làm có mũi hắt Nếu gọi bβ hệ số gia tăng áp lực có mũi hắt sóng áp lực sóng tƣờng có mũi hắt sóng bβ>0 viết tổng qt nhƣ cơng thức (2-9): bβ>0 = bβ=0.bβ (2-9) với bβ=0 áp lực sóng tƣờng khơng có mũi hắt sóng, đƣợc xác định theo cơng thức (2-8) Nhƣ vậy, tƣờng có mũi hắt sóng, vị trí Y = 1cm áp lực sóng có dạng nhƣ cơng thức (2-10): bβ Với điều kiện: Khi β = 00 bβ = β>0 bβ> (2-10) (2-11) Ảnh hƣởng áp lực sóng tác dụng lên tƣờng đỉnh có mũi hắt sóng gồm thành phần chiều cao mũi hắt tƣơng đối hn/W góc mũi hắt sóng β Mối qua hệ đƣợc thể nhƣ công thức (2-12): bβ = F(hn/W,β) =0 =90 o o 18 16 16 16 14 14 14 12 12 12 10 P/*g*H 10 mo 18 mo 18 P/*g*H mo P/*g*H (3-12)  = 45 o 10 6 4 2 0 0.5 S/Hmo/ mo 0 0.5 S/Hmo/ mo 0 0.5 S/Hmo/ mo Hình 2.22 Sự phụ thuộc áp lực sóng vào góc mũi hắt sóng Từ Hình 2.22 ta thấy góc mũi hắt sóng tăng (β từ 00 đến 900) áp lực sóng tăng lên nhƣng khơng nhiều Sự tăng có dạng nhƣ quy luật hàm lƣợng giác 37 Hn/W = 0.222 Hn/W = 0.167 16 16 16 14 14 14 12 12 12 10 P/*g*H 10 mo 18 mo 18 P/*g*H P/*g*H mo Hn/W = 0.333 18 10 6 4 2 0 0.5 S/Hmo/ mo 0 0.5 S/Hmo/ mo 0.5 S/Hmo/ mo Hình 2.23 Sự phụ thuộc áp lực vào chiều cao mũi tƣơng đối Từ Hình 2.23 ta thấy chiều cao mũi hắt tƣơng đối tăng lên áp lực sóng tăng lên Sự tăng có quy luật nhƣ dạng hàm mũ Từ phân tích trên, để đảm bảo điều kiện (2-11) luận văn đề xuất dạng hàm bβ theo (2-12) là: bβ = exp (2-13) Trong a1 b1 đƣợc xác định phƣơng pháp thử dần theo quy luật ảnh hƣởng để đem lại phù hợp hàm Kết phân tích hồi quy nhiều biến sử dụng Matlab cho kết số a1 = 0.12 b1 = 0.25 Công thức (2-10) đƣợc viết lại nhƣ sau: (2-14) 30 20 R = 0.50 p/ (  g.Hmo ) 10 -10 1.82 p/(.g.Hmo) = 3.70.exp(-0.31.Rc/Hmo).exp(-0.3.W/Hmo).tanh(Hmo/S). m exp(0.12.Hn/W) / cos(0.25) -20 -30 0.5 1.5 2.5 3.5 1.82 exp(-0.31.Rc/Hmo).exp(-0.3.W/Hmo).tanh(Hmo/S). m exp(0.12.Hn/W)/cos(0.25) Hình 2.24 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm xác định áp lực sóng vị trí Y = 1cm xét đến mũi hắt sóng 38 2.4.2 Áp lực sóng vị trí đo khác Từ cơng thức xác định áp lực sóng vị trí Y = 1cm (cơng thức 2-14) viết cơng thức tổng qt vị trí tƣờng nhƣ sau: (2-15) Với Cp hệ số phân bố áp lực sóng theo chiều cao tƣờng Tại Y = 1cm, theo công thức (2-14) ta có hệ số C1 = 3.70 Phân tích tƣơng tự cho vị trí Y = 3cm, Y = 4.5cm, Y = 6cm, Y = 6.5cm, Y = 8.5cm, Y = 9.5cm, Y = 11.5cm 2.4.2.1 Tại vị trí Y = cm, C2 = 4.54 30 R2 = 0.47 20 p/ (  g.Hmo ) 10 -10 p/(.g.H ) = 4.54.exp(-0.31.R /H ).exp(-0.3.W/H mo -20 -30 0.5 c mo mo 1.5 mo mo exp(-0.31.R /H ).exp(-0.3.W/H c ).tanh(H /S). mo 1.82 exp(0.12.h /W) / cos(0.25) m n 2.5 3.5 ).tanh(H /S). 1.82.exp(0.12.h /W)/cos(0.25) mo m n Hình 2.25 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm áp lực sóng vị trí Y = 3cm 39 2.4.2.2 Tại vị trí Y = 4,5 cm, C3 = 3.43 30 20 R2 = 0.52 p/ (  g.Hm o ) 10 -10 p/(.g.H )=3.43.exp(-0.31.R /H ).exp(-0.3.W/H ).tanh(H /S). 1.82.exp(0.12.h /W) / cos(0.25) mo -20 -30 0.5 c mo mo 1.5 mo m 2.5 n 3.5 1.82 exp(-0.31.Rc/Hmo).exp(-0.3.W/Hmo).tanh(Hmo/S). m exp(0.12.hn/W)/cos(0.25) Hình 2.26 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm áp lực sóng vị trí Y = 4,5cm 2.4.2.3 Tại vị trí Y = cm, C4 = 6.03 30 20 R2 = 0.49 p/ (  g.Hm o ) 10 -10 1.82 p/(.g.Hmo)=6.03.exp(-0.31.Rc/Hmo).exp(-0.3.W/Hmo).tanh(Hmo/S). m exp(0.12.hn/W)/cos(0.25) -20 -30 0.5 1.5 2.5 3.5 1.82 exp(-0.31.Rc/Hmo).exp(-0.3.W/Hmo).tanh(Hmo/S). m exp(0.12.hn/W)/cos(0.25) Hình 2.27 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm lực sóng vị trí Y = 6cm 40 2.4.2.4 Tại vị trí Y = 6,5 cm, C5 = 2.49 30 20 R2 = 0.46 p/ (  g.Hm o ) 10 -10 p/(.g.H )= 2.49 exp(-0.31.R /H ).exp(-0.3.W/H ).tanh(H /S). -20 -30 mo 0.5 c mo mo 1.5 mo 1.82 exp(0.12.h /W) / cos(0.25) m n 2.5 3.5 1.82 exp(-0.31.Rc/Hmo).exp(-0.3.W/Hmo).tanh(Hmo/S). m exp(0.12.hn/W)/cos(0.25) Hình 2.28 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm lực sóng vị trí Y = 6,5 cm 2.4.2.5 Tại vị trí Y = 8,5 cm, C6 = 1.57 20 15 R2 = 0.51 10 p/ (  g.Hm o ) -5 1.82 p/(.g.Hmo)= 1.57 exp(-0.31.Rc/Hmo).exp(-0.3.W/Hmo).tanh(Hmo/S). m exp(0.12.hn/W) / cos(0.25) -10 -15 -20 0.5 1.5 2.5 3.5 1.82 exp(-0.31.Rc/Hmo).exp(-0.3.W/Hmo).tanh(Hmo/S). m exp(0.12.hn/W)/cos(0.25) Hình 2.29 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm áp lực sóng vị trí Y = 8,5cm 41 2.4.2.6 Tại vị trí Y = 9,5 cm, C7 = 3.19 30 20 R = 0.48 p/ (  g.Hm o ) 10 -10 p/(.g.H )= 3.19 exp(-0.31.R /H ).exp(-0.3.W/H ).tanh(H /S). -20 -30 mo c 0.5 mo mo 1.5 mo 1.82 exp(0.12.h /W) / cos(0.25) m n 2.5 3.5 exp(-0.31.R /H ).exp(-0.3.W/H ).tanh(H /S). 1.82.exp(0.12.h /W)/cos(0.25) c mo mo mo m n Hình 2.30 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm lực sóng vị trí Y = 9,5cm 2.4.2.7 Tại vị trí Y = 11,5 cm, C8 = 2.21 15 R = 0.47 10 p/ (  g.Hm o ) -5 p/(.g.H )= 2.21 exp(-0.31.R /H ).exp(-0.3.W/H ).tanh(H /S). -10 -15 mo 0.5 c mo 1.5 mo mo 2.5 1.82 exp(0.12.h /W) / cos(0.25) m n 3.5 exp(-0.31.R /H ).exp(-0.3.W/H ).tanh(H /S). 1.82.exp(0.12.h /W)/cos(0.25) c mo mo mo m n Hình 2.31 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm áp lực sóng vị trí Y = 11,5cm Từ kết phân tích hồi quy ta tìm đƣợc hệ số phân bố áp lực sóng Cp theo vị trí tƣơng đối nhƣ sau: 42 (2-16) R2 = 0.63 C p Cp = - 8.85.(Y/W)2 + 7.04.(Y/W) + 3.07 -2 -4 0.2 0.4 0.6 Y/W 0.8 1.2 Hình 2.32 Đƣờng hồi quy hàm số thực nghiệm xác định hệ số Cp theo chiều cao tƣơng đối vị trí áp lực chiều cao tƣờng Nhƣ vậy, kết phân tích hồi quy nhiều biến matlap xây dựng đƣợc công thức thực nghiệm xác định áp lực sóng lớn (p 1/250) lên tƣờng đỉnh theo chiều cao tƣờng (công thức (2-15) (2-16)) 43 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Chọn địa điểm áp dụng Trên sở phạm vi nghiên cứu luận án đê biển Bắc Bắc trung Việt Nam theo kịch thí nghiệm, độ cao lƣu không đƣợc nghiên cứu khoảng 1.6m ÷ 2.7m, chiều cao tƣờng khoảng 0.6m ÷ 1.2m, hệ số mái đê phía biển m = 3; Luận án lựa chọn địa điểm áp dụng tuyến đê biển Y Vích, huyện Hậu Lộc, Thanh Hóa (gọi tắt đê biển Y Vích) phù hợp với điều kiện 3.1.1 Sơ lược đê Y Vích Tuyến đê, kè Y Vích [5] cơng trình trọng điểm tỉnh Thanh Hóa với chiều dài khoảng 5.5 km, có nhiệm vụ bảo vệ an toàn cho khoảng 54,276 ngƣời dân sinh sống ven biển thuộc địa bàn xã ven biển tỉnh Thanh Hóa (từ xã Minh Lộc đến Hải Lộc) Khu vực nghiên cứu Hình 3.1 Vị trí tuyến đê Y Vích, huyện Hậu Lộc, tỉnh Thanh Hóa Tháng năm 2005, ảnh hƣởng bão số tuyến đê bị hƣ hỏng nghiêm trọng đe dọa đến dân sinh kinh tế khu vực Sau ảnh hƣởng 44 bão số 7, Thủ tƣớng phủ có Quyết định số 1053/QĐ-TTg ngày 04/10/2005 việc hộ trợ kinh phí cho địa phƣơng để khắc phục hậu bão, lũ, có tỉnh Thanh Hóa Sở Nơng nghiệp PTNT tỉnh Thanh Hóa lập phƣơng án sửa chữa khắc phục đƣợc UBND tỉnh Thanh Hóa phê duyệt, đảm bảo tuyến đê biển quan trọng với cao trình đảm bảo đê chịu đƣợc bão cấp 10, kết cấu bảo vệ mái đảm bảo chống gió bão cấp 12, cấp cơng trình cấp IV, mực nƣớc thiết kế +3.126, với thông số đƣợc thiết kế thi công thực tế nhƣ sau: - Cao trình đỉnh đê (bao gồm tƣờng đỉnh đê): Zđ = 5.5, tƣờng đỉnh cao 1.0m, đỉnh đê đƣợc gia cố Bê tông M250; - Mái đê phía biển: Hệ số mái m = 4, mái đê đƣợc bảo vệ cấu kiện bê tông đúc sẵn; - Mái đê phía đồng: Hệ số mái m = 3, mái đê phía đồng đƣợc bảo vệ mái cỏ 3.1.2 Điều kiện biên thiết kế - Theo phân cấp đê biển Y Vích cơng trình: cấp IV; - Hệ số an toàn cho phép : [K] = 1.15; - Mực nƣớc thiết kế : 3.126m 3.1.3 Tham số sóng thiết kế Tham số sóng thiết kế đƣợc khảo sát vị trí chân cơng trình [5]: - Chiều cao sóng : Hs = 1.875m; - Chu kỳ sóng : Tp = 5.3s; - Mực nƣớc thiết kế : MNTK = 3.126 m 3.1.4 Mặt cắt đê 45 Để tính tốn áp lực sóng lên tƣờng đỉnh theo kết nghiên cứu, luận văn giữ nguyên điều kiện hình học mặt cắt đê đê biển I Vích (chiều cao mặt đê, mái đê phía biển phía đồng) nhƣ Hình 3.2: chiều cao tƣờng W = 1.0m, thềm trƣớc tƣờng S = 0m; góc mũi hắt sóng β = 00 ; 60o Hình 3.2 Mặt cắt đê tƣờng đỉnh tính tốn Bảng 3.1 Tổng hợp thơng số tính tốn Đơn vị β = 600 β = + Độ cao lƣu khơng (Rc) m 1.046 1.585 + Chiều cao sóng (Hmo) m 1.875 1.875 + Chỉ số sóng vỡ Iribarren (ξm) - 1.85 1.58 + Góc nghiêng mũi hắt (β) rad + Bề dầy mũi hắt (hn) m 0.2 0.2 + Chiều cao tƣờng đỉnh (W) m 1 + Trọng lƣợng riêng cửa nƣớc biển (g*ρ) Kpa 10.3 10.3 Thơng số tính tốn 3.2 Kết tính tốn Kết tính tốn áp lực sóng (p) mơ men (M) áp lực sóng đƣợc thể nhƣ Bảng 3.2: 46 Bảng 3.2 Áp lực sóng mô men tác dụng lên tƣờng Y (m) Cp β = 600 β = 00 β = 600 β = 00 p (Kpa) p (Kpa) M (KN.m) M (KN.m) 3.07 139.27 134.53 0 0.1 3.69 167.19 161.50 0.3967 0.3831 0.2 4.12 187.09 180.71 1.7883 1.7274 0.3 4.39 198.95 192.17 4.538 4.3834 0.4 4.47 202.78 195.87 8.9288 8.6245 0.5 4.38 198.59 191.82 15.163 14.646 0.6 4.11 186.36 180.01 23.363 22.567 0.7 3.66 166.10 160.44 33.571 32.427 0.8 3.04 137.82 133.12 45.748 44.189 0.9 2.24 101.50 98.05 59.776 57.739 1.26 57.16 55.21 75.456 72.885 Từ Bảng 3.2 ta vẽ đƣợc biểu đồ áp lực sóng tác dụng lên tƣờng trƣờng hợp khơng có mũi hắt sóng có mũi hắt sóng Hình 3.3 mơ men áp lực sóng tác dụng lên tƣờng nhƣ Hình 3.4: Hình 3.3 Biểu đồ áp lực sóng lên tƣờng đỉnh đê Y Vích 47 Hình 3.4 Biểu đồ mơ men áp lực sóng lên tƣờng đỉnh đê Y Vích Từ kết Hình 3.3 Hình 3.4 ta thấy: tƣờng đỉnh có mũi hắt sóng (góc mũi hắt sóng β = 600) áp lực sóng mơmen sóng tác dụng lên tƣờng tăng lên khơng nhiều (3.53%) so với trƣờng hợp tƣờng đỉnh khơng có mũi hắt sóng (β = 00) Nhƣ vậy, việc áp dụng kết nghiên cứu tính tốn áp lực sóng theo phƣơng pháp xác định đƣợc biểu đồ áp lực mơ men sóng tác dụng lên tƣờng đỉnh, sở quan trọng cho việc tính tốn bố trí cốt thép ổn định tƣờng đỉnh đê Kết cho thấy tƣờng đỉnh có mũi hắt sóng (với góc mũi hắt sóng có khả giảm lƣu lƣợng sóng tràn tốt 600) áp lực sóng mơ men sóng tác dụng lên tƣờng tăng không đáng kể (3.53%) so với trƣờng hợp tƣờng đỉnh khơng có mũi hắt sóng Điều đồng nghĩa với việc kết cấu tƣờng, khối lƣợng bê tông, cốt thép tăng không nhiều so với trƣờng hợp tƣờng đỉnh khơng có mũi hắt sóng Đây ƣu điểm kết cấu tƣờng đỉnh có mũi hắt sóng 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận - Luận văn nêu đƣợc tổng quan tình hình nghiên cứu áp lực sóng lên tƣờng đỉnh đê biển tìm vấn đề mà nghiên cứu trƣớc chƣa đề cập có đề cập nhƣng chƣa đầy đủ - Luận văn xây dựng đƣợc công thức thực nghiệm xác định áp lực sóng lớn (p1/250) tác dụng lên tƣờng đỉnh đê (công thức 2-15 216); - Luận văn lựa chọn cơng trình nghiên cứu mang tính đại diện cho đê biển Bắc Bắc trung Thơng qua kết nghiên cứu, luận văn tính tốn đƣợc áp lực sóng lên tƣờng đỉnh đê biển, sở khoa học cho tính tốn bố trí cốt thép cho tƣờng đỉnh nói riêng thiết kế đê biển nói chung II Kiến nghị - Tiếp tục đầu tƣ nghiên cứu hồn thiện đóng góp luận án để sớm đƣợc áp dụng vào đào tạo, nghiên cứu thiết kế đê biển nay; - Tiếp tục đầu tƣ cho nghiên cứu bổ sung thêm thí nghiệm cho dạng tƣờng đỉnh khác nhƣ tƣờng cong, mũi hắt cong, 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Vũ Minh Cát cộng (2008), “Nghiên cứu đề xuất mặt cắt ngang đê biển hợp lý với loại đê phù hợp với điều kiện vùng từ Quảng Ninh đến Quảng Nam”, Báo cáo tổng hợp đề tài NCKH cấp Bộ, Hà Nội [2] Hydraulics & Coastal Engineering Laboratory, Aalborg University (1996), “Wave forces and Overtopping on Crown Walls of Rubble Mound Breakwaters”, ISSN 0909-4296 [3] Chi cục đê điều phòng chống lụt bão tỉnh Hà Tĩnh (2012), “Báo cáo trạng đê điều Hà Tĩnh” [4] Chi cục đê điều phòng chống lụt bão tỉnh Thanh Hóa (2014), “Báo cáo trạng đê điều Thanh Hóa” [5] Chi cục đê điều phòng chống lụt bão tỉnh Nam Định (2013), “Báo cáo kết thực kế hoạch thực chương trình cố, nâng cấp đê biển 2014” [6] Nguyễn Chiến, Hoàng Ngọc Tuấn (2011), “Nghiên cứu áp lực sóng dội lên mái đê biển có thềm giảm sóng”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi Môi trƣờng số 34 (9/2011) [7] Nguyễn Bá Quỳ cộng (2007), “Nghiên cứu xây dựng yêu cầu xác định tuyến đê biển vùng chưa có đê điều chỉnh cục tuyến đê có từ Quảng Ninh đến Quảng Nam”, Báo cáo chuyên đề đề tài cấp bộ, Hà Nội [8] Nguyễn Văn Thìn (2014), “Luận án tiến sĩ kỹ thuật”, Hà Nội [9] Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9901:2014, “Cơng trình thủy lợi - u cầu thiết kế đê biển”, Hà Nội [10] Thiều Quang Tuấn (2016), “Giáo trình cơng trình bảo vệ bờ”, Nhà xuất Bách khoa Hà Nội [11] UNDP, “Báo cáo phát triển người 2007-2008: chiến chống biến đổi khí hậu: Đồn kết nhân loại giới phân cách”, 2007 50 Tiếng Anh: [12] CEM-US, 2006 Coastal Engineering Manual, U.S Army Corps of Engineers, Engineering Manual 1110-2-1100, Washington D.C., USA [13] Chen, X., Hofland, B., Altomare, C., Uijttewaal, W., (2014), “Overtopping flow impact on a vertical wall on a dike crest”, Coastal Engineering 2014 [14] Oumeraci, H (2001), “Wave Load on Breakwaters, Sea-walls anh other Marine Structures”, University Hannover and Technical University Braunschweig, Hannover [15] Ramachandran, K., Roldan Genzalez, R., Oumeraci, H., Schimmels, S., Van Doorslaer, K., (2012), “Loading of vertical walls by overtopping bores using pressure and force sensors – A Large scale model sudy”, “Coastal Engineering 2012” [16]Van Doorslaer K et al , (2015), “Force measurements on storm walls due to evertopping waves:a middle-scale model experiment”, Conference paper, September 2015 51