Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Ứng dụng mô hình số trị tính toán xói tại công trình cầu Cửa Đại, tỉnh Quảng Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG N CH N NG NG H NH I ẠI C NG NH NH C NH C N ĐẠI NG N Chun ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy ã số : 60 58 02 02 Ắ L ẬN VĂN HẠC Ĩ KỸ H Ậ Đà Nẵng - Năm 2015 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: GS.TS NG YỄN HẾ HÙNG Phản biện 1: ĐẶNG VIỆ ŨNG Phản biện 2: TS TÔ THÚY NGA Luận văn bảo vệ Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ chun ngành kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 15 tháng năm 2015 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng ỞĐ Tên đề tài “ ng d ng mơ hình số tr t nh to n x i t i cơng trình cầu Cửa Đ i tỉnh uảng Nam” T nh cấp thiết đề tài Cơng trình đường du lịch ven biển tỉnh Quảng Nam, có cầu Cửa Đại qua sơng Thu Bồn, nghiên cứu đầu tư xây dựng theo dự kiến quy hoạch phận quan trọng tách rời hệ thống đường ven biển tồn quốc; kết nối vùng ven biển phía Đông tỉnh Quảng Nam, thành phố Đà Nẵng - Khu kinh tế mở Chu Lai - khu Công nghiệp Dung Quất liên kết vùng ven biển khu vực miền Trung Nó khơng có ý nghĩa mặt du lịch, phục vụ kịp thời công tác cứu hộ, cứu nạn, phịng tránh giảm nhẹ thiệt hại có thiên tai mà cịn có tác dụng đảm bảo an ninh quốc phịng vùng ven biển nước nói chung tỉnh Quảng Nam nói riêng Tạo điều kiện thuận lợi để phát triển kinh tế - x hội, văn hóa, du lịch, n định trị, bảo vệ môi trường n định đời sống nhân dân địa phư ng Vài thập niên gần đ xuất nhiều trận lũ lớn hệ thống sông miền Trung, hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn tỉnhQuảng Nam;những trận lũ lịch sử năm 1964, 1999 năm lũ lớn 1978, 1983, 1993,1999, 2007 đ làm cho q trình xói lở bờ sông xảy mạnh mẽ h n, gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới dân sinh, kinh tế khu vực di sản văn hoá, du lịch n i tiếng Việt Nam phố c Hội An Cơng trình cầu Cửa Đại xây dựng qua sơng Thu Bồn gây thu hẹp dịng chảy d n đến xói lở, điều đe dọa nghiêm trọng trụ cầu gây nguy hiểm cho cơng trình Để hạn chế ảnh hưởng xói lở đến cơng trình cầu cần thiết phải đảm bảo xói lở cầu phạm vi cho phép Đồng thời cần có biện pháp để hạn chế khắc phục nguyên nhân gây xói Do vậy, việc nghiên cứu - dự báo vị trí có khả gây xói lở mang ý nghĩa lớn việc chọn lựa giải pháp phòng chống đa năng, hữu hiệu cho cơng trình đoạn sơng Vì việc lựa chọn đề tài “ ng d ng mô hình số tr t nh to n x i t i cơng trình cầu Cửa Đ i tỉnh uảng Nam” quan trọng cần thiết M c đ ch ngh a khoa học thực ti n đề tài Việc tính tốn xói trước nghiên cứu tính tốn theo giả thuyết đ n giản mang tính thực nghiệm, thiếu vững chắc, loại b nhiều yếu tố quan trọng tác động lên dịng chảy q trình mơ hình hóa tốn dịng chảy thực tế H n hầu hết cơng thức tính xói cho cơng trình cầu vượt sơng sử dụng vận tốc dịng chảy tính tốn vận tốc trung bình chiều; điều này, nhìn chung, sai khác nhiều so với phân bố thực vận tốc dịng chảy sơng Vì kết tính tốn xói thường có sai lệch lớn so với thực tế Luận văn tập trung nghiên cứu, phân tích phư ng pháp tính tốn trị số xói trụ cầu dựa vào vận tốc trung bình hai chiều ngang trước trụ cầu b ng cách sử dụng phần mềm IV 2D, xây dựng t mô hình tốn dịng chảy hai chiều ngang giải theo phư ng pháp phần tử hữu hạn dụng giá trị ận tốc trung ình hai chiều ngang v atìm phối hợp với cơng thức tính xói để xác định trị số xói trụ cầu Kết tính xói theo phư ng pháp sử dụng ận tốc trung ình hai chiều ngang xác với thực tế h n so với phư ng pháp tính xói sử dụng ận tốc trung ình m t chiều nâng cao độ xác kết tính chiều sâu hố xói, đảm bảo thoả m n n định cơng trình; tăng độ tin cậy, gi p lựa chọn giải pháp thiết kế hợp lý h n, giảm chi phí xây dựng Đối tư ng ph m i nghiên c u a : ói trụ cầu Cửa Đại b :Do điều kiện tài liệu nghiên cứu hạn chế thời gian nghiên cứu hạn hẹp, luận văn tập trung giải tham số quan trọng xác định trường phân bố vận tốc dòng chảy qua trụ cầu với giả thiết dòng chảy hai chiều ngang ặt khác chưa có điều kiện kiểm chứng thực tế nên việc khẳng định đ ng đắn hoàn toàn phư ng pháp cần tiếp tục nghiên cứu N i dung nguyên c u Kế th a nghiên cứu trước việc lựa chọn phư ng pháp tính xói, luận văn tập trung vào nội dung chủ yếu là: Phân tích, xác định nguyên nhân gây xói lở, c chế kiểu xói lở đoạn sơng ngun cứu Đánh giá chung vấn đề tồn phư ng pháp, cơng thức tính xói áp dụng ác định chiều sâu xói theo phư ng pháp tính vận tốc trung bình chiều cầu xây dựng Áp dụng phần mềm iver 2D thiết lập theo phư ng pháp phần tử hữu hạn để tính tốn vận tốc dòng chảy chiều ngang theo phư ng x phư ng y cho dòng chảy xây dựng cầu Cửa Đại; dựa vào vận tốc đ tìm để xác định chiều sâu xói theo cơng thức đ lựa chọn o sánh kết tính tốn hai phư ng pháp Kết luận kiến nghị Phương ph p nghiên c u Dựa c sở lý thuyết c học chất l ng động lực học sơng ngịi để phân tích, t ng hợp, kết hợp nghiên cứu qui luật vật lý, tài liệu địa hình, thuỷ văn, dịng chảy lũ v.v khu vực cầu Cửa Đại Áp dụng có phân tích phần mềm tính tốn để xác định tham số vận tốc dòng chảy Cấu trúc luận ăn Luận văn phần đầu, Kết luận Kiến nghị, gồm có chư ng tập Phụ lục, sau: CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH ÓI T Ụ CẦU CHƯƠNG - KHÁI NI CHUNG VỀ D NG CH VÀ H NH TÍNH TỐN V N T C D NG CH TH O BÀI TOÁN HAI CHIỀU NGANG CHƯƠNG - ÁP DỤNG H NH IV 2D Đ TÍNH ĨI TẠI T Ụ CẦU C A ĐẠI ỔNG CHƯƠNG N VỀ C C PHƯƠNG PHÁP NH I C 1.1 PHÂN L ẠI I LỞ VÀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA I LỞ 1.1.1 Phân iệt c c lo i x i lở cho cơng trình cầu t sơng Các nghiên cứu có loại xói lở gây nguy hiểm cho cơng trình trụ, mố cầu, đường, kè [5,13] gồm: a.Xó ự nhiên b.Xói chung: ói chung sinh tốc độ dòng chảy cầu tăng lên sông bị thu hẹp Tại khu vực có phân phối lại lưu lượng nước, lưu lượng bùn cát, phân phối lại tốc độ dịng chảy .Xó ụ ói cục xói lở có dạng hố xói sâu, xói xảy cơng trình sơng cản dịng chảy làm cho tốc độ tăng cục bộ, dịng chảy quanh cơng trình biến đ i đột ngột Chiều sâu xói tồn đo cơng trình cầu t ng hợp loại xói 1.1.2 C c ngun nhân hình thành ph t triển x i lở a.Xó ự b Xói chung: ói chung lịng d n tự nhiên, cầu kết gia tăng tốc độ dịng chảy ứng suất tiếp đáy sơng ự thu hẹp dòng chảy đường d n đầu cầu chốn vào b i lịng nguyên nhân chủ yếu xói chung Các yếu tố khác gây xói chung là: thu hẹp dòng chảy tự nhiên; đường d n vào cầu làm thu hẹp dịng chảy v.v… c Xó ụ Trụ cầu xây dựng lòng sơng làm cản trở dịng chảy sơng [5], gây ra: thay đ i dòng chảy vị trí đặt trụ, tạo gradient áp suất ngược phía thượng lưu mũi trụ, tách dòng lớp biên quanh trụ thay đ i phân b ứng suất tiếp quanh trụ hình thành xốy móng ngựa ự thay đ i dịng chảy vị trí đặt trụ hình thành hệ thống dịng chảy quanh trụ bao gồm dòng chảy thẳng đứng dọc theo thân trụ xuống phía đáy sơng, gọi "dịng chảy xuống trước trụ" hay "dòng tia", thành phần nước dềnh trước trụ, gọi "xoáy cuộn bề mặt" hệ thống xốy dạng móng ngựa đáy, gọi chung "xốy móng ngựa" hệ thống xốy phía sau thân trụ chuyển động t lên phía trên, gọi chung "vệt" 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH XĨI CHUNG DƯỚI C 1.2.1 Công th c E Gôtây 1.2.2.Giả đ nh H Belleliutsky 1.2.3 Phương ph p cân ằng thủy lực Kasin(1944) 1.2.4 Phương ph p F.G ripnưi A.M Latusenkov 1.2.5 Phương ph p L.L List an Kherkheulit 1.2.6 Phương pháp tính x i theo cân ằng giới h n lư ng phù sa Gi o sư V ndree Năm 1955 O.V.Andreevđề nghị phư ng pháp tính xói chung lớn cầu giới hạn xói dựa phân tích chuyển động hạt phù sa dòng chủ lưu phần b i sông cầu [13] h'ch hch ch=Q’ch/Qch 8/9 ch ( Bch / ) Bch' (1-20) hệ số tăng lưu lượng dòng chủ so với l c tự nhiên 1.2.7 Phương ph p t nh x i Kenơđi Laursen( ỹ) 1.2.8 Phương ph p t nh x i Nguy n uân r c Phêđôtov 1.2.9 Nhận x t 1.3 CÁC PHƯƠNG PH P NH I C C BỘ ẠI C 1.3.1 Công th c t nh x i c c TS.Đ ng Việt ng[5] Cơng thức có dạng sau: { ( )} (1-30) Công thức 1-30 công thức bán thực nghiệm, xây dựng c sở phân tích lý thuyết phân bố vận tốc dịng chảy sông, biến đ i thành phần dịng chảy quanh trụ cầu, c cấu gây xói hình thành phát triển hố xói, kết hợp với phân tích số liệu đo xói thực tế .2 Công th c t nh x i c c trường Đ i Học ây ựng Hà N i - Khi v < vox vận tốc khơng xói đất lịng sơng : hcb 0,97K d b 0,83 h 0,17 (v / v0 x )1,04 (1-36) - Khi v vox (đối với trụ cầu dòng chủ hcb= 0,52.kd.b0,88.h0,12.(v/vox)1,16 (1-37) Công th c t nh x i c c Zura le Latưsenkov .4 Công th c t nh x i c c theo I Laratslase 1.3.5 nh x i c c theo tiêu chuẩn BCH 62-69 Liên ô (c ) 1.3.6 Công th c t nh x i c c theo ichardson .7 Công th c t nh x i c c [8] theo David Froehlich .8 Công th c E Laursen .9 Công th c Ấn Đ - Pakistăng .10 Công th c Khuncơ .11 Công th c Nêin .12 Công th c Z Lara 1.4 B NG ỔNG HỢP C C C NG H C NH N 1.5 KẾ L ẬN Có nhiều cơng thức khác để xác định chiều sâu xói cục tai trụ cầu; nhiên hầu hết cơng thức tính xói nêu xây dựng quan điểm t ng tác giả, lý luận khơng thống vững chắc; hồn tồn dựa vào thực nghiệm để xây dựng tham số tính tốn cơng thức tính xói cục bộ, b qua nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chiều sâu xói, thiếu số liệu đo xói thực tế để kiểm tra độ tin cậy công thức H n công thức tính xói cục sữ dụng vận tốc tính tốn vận tốc trung bình, chiều, dịng chảy thực tế sơng dịng chảy chiều, điều làm cho kết tính toán lý thuyết sai khác nhiều so với số liệu đo đạc thực tế Vì cơng thức tính tốn thường cho kết an tồn q mưc cần thiết, gây l ng phí lớn Trong khn kh hạn chế thời gian nội dung, luận văn lựa chọn cơng thức để tính tốn xói sau: Với việc tính xói chung:luận văn chọn cơng thức O.V Andreev để tính xói chung cơng thức dựa vào lý thuyết cân b ng phù sa gần thực tế h n Với việc tính xói cục bộ:cơng thức Trường Đại Học ây Dựng Hà Nội sử dụng ph biến nay, công thức đ n giản, dể sử dụng Vì luận văn chọn cơng thức Trường Đại Học ây Dựng Hà Nội để tính xói cục Với quan niệm vận tốc dịng chảy tính tốn theo mơ hình dịng chảy chiều hai chiều để đối chiếu, so sánh CHƯƠNG KH I NIỆ CH NG VỀ NG CH Y VÀ H NH NH N VẬN C NG CH Y HE BÀI N H I CHIỀ NG NG 2.1 KH I NIỆ VỀ NG CH Y N NG 2.1.1 Phân lo i d ng chảy sông 2.1.2 t số kh i niệm ề d ng chảy rối 2.2 H NH NH N VẬN C NG CH Y N H I CHIỀ NG NG 2.2.1 Phương ph p phần tử h u h n 2.2.2 Chương trình i er HE BÀI KẾ L ẬN Chư ng trình IV 2D sử dụng phư ng trình chủ đạo để tính tốn phư ng trình nước nơng gồm phư ng trình liên tục phư ng trình chuyển động Các phư ng trình c đ mô tả gần đ ng tượng dịng chảy sơng, đ quan tâm đến hướng gió xuất bề mặt dịng chảy, tốc độ quay trái đất Và đặc biệt phư ng trình đ kể đến tác động tượng chảy rối, tư ng c bản, phức tạp khó mơ tả dịng chảy sông thông qua hệ số nhớt động lực Chư ng trình IV 2D đ sử dụng phư ng pháp tính gần đ ng tiên tiến, phư ng pháp phần tử hữu hạn Theo phư ng pháp ta giải tốn biểu diễn phư ng trình vi phân đạo hàm riêng với độ xác cao Hệ thống phần mềm IV 2D tư ng đối dễ sử dụng xuất kết tính tốn thơng qua Word dạng notepad exel Giao diện có ứng dụng đồ họa mạnh nên dễ dùng thân thiện P NG H NH CHƯƠNG IVE ĐỂ NH C ĐẠI I ẠI C 3.1 ĐIỀ KIỆN NHI N KH V C ÂY NG C 3.1.1 Đ c điểm đ a hình khu ực xây dựng cầu Tại khu vực xây dựng cầu Cửa Đại, bề rộng lịng sơng Thu Bồn khoảng 900m Dịng khơng n m sơng mà n m lệch sát bờ phía bên phải Cao độ đáy sơng vị trí sâu vị trí dịng -9.8m Lịng sơng bên phải có độ dốc lớn, cao độ thay đ i t -9.8m đến +0.9m Lịng sơng bên trái tư ng đối thoải, cao độ thay đ i t -2.5m đến +0.5m 3.1.2 Đ c điểm đ a chất đo n sông cầu Cửa Đ i Trên c sở kết khoan khảo sát, địa chất khu vực xây dựng dự án s đánh giá bao gồm lớp c sau: 10 Bảng 3.2 Mực nước ứng với P% vị trí cầu Cửa Đại [3] Tần suất P % Đặc trưng Hmax (m) Ghi 1% 2% 4% 5% 10% 2.83 2.44 2.05 1.90 1.46 Cao độ quốc gia Kết tính tốn theo báo cáo thủy văn cầu Cửa Đại [3] Qua kết đo đạc, điều tra số liệu vị trí xây dựng cầu, kết hợp với tính tốn thủy văn cho kết sau: Bảng 3.3.Số liệu thủy văn thiết kế cho cầu Cửa Đại [3] Tên cầu Cửa Đại ực nước lũ thiết kế Hmaxp% (m) Qmax1% Hmin95% (m3/s) 1% 2% 4% 5% 10% (m) 13200 2.83 2.44 2.05 1.90 1.46 -1.11 3.2 GIỚI HIỆ VÀI N 3.2.1 Phương n tr §iĨm đầu dự án Km0+0 00 V C C I ph m i thit k Cầu Cửa Đại Lcầu = 1481m Điểm cuối dự án Km18+30 Hỡnh 3.1.Bn vị trí dự án[13] 3.2.2 uy mơ xây dựng - Cầu xây dựng vĩnh cửu b ng BTCT BTCT DƯL - Tần suất lũ thiết kế P=1% với cao độ mực nước H1%=+2.83m 11 3.2 Phương n kết cấu Tồn cầu dài L=1481.0m tính đến mố 3.2.4 nh khơng cầu 3.3 TÍNH TỐN I C C ĐẠI HE PHƯƠNG PH P NG VẬN C NG CH Y NG B NH Ộ CHIỀ .1 c đ nh đ c trưng mực nước tốc đ d ng chảy lưu lư ng ng ới tần suất t nh to n p Cơng trình cầu Cửa Đại có cấp kỹ thuật cơng trình cấp III , theo tiêu chuẩn: TCVN 4054 – 2005, tần xuất tính tốn thủy văn cho cơng trình cầu lớn trung P = 1% Dựa báo cáo tính tốn thủy văn cầu Cửa Đại [3], Lưu lượng, vận tốc mực nước cầu Cửa Đại ứng với tần suất p=1% là: Qmax1% = 13200 m3/s ,Vmax1% = 1.471 m/s, Hmax1%=2.83m - Với mực nước cao ứng với tần suất tính tốn diện tích nước độ thoát nước là: ω = 8970.95 m2, L = 1657.34m - Với cách bố trí kết cấu cầu diện tích nước độ thoát nước thực tế cầu là: ωtt =8450.08 m2, Lo = 1401.5m .2 nh x i chung chiều cao nước dâng trước cầu ng ới tần suất a Xá đị ề ao dâ r ầ Chiều cao nước dâng trước cầu xác định theo công thức O.V.Andreev : ZC B0 L0 x I x (1 x) x ( 1) (**) Trong đó: + B0: Chiều rộng sơng l c tự nhiên, B0 = L = 1657.34m + L0: Chiều rộng dòng chảy sau đ làm cầu, L0 = 1401.5 m + I : Độ dốc dịng sơng l c tự nhiên, I = 0,00028 + : Hệ số thu hẹp chung: Q tb QI Qtb: lưu lượng toàn dòng chảy, Qtb = Qmax = 13200 m3/s 12 QI: Phần lưu lượng chảy qua diện tích ướt cầu Ta có: Vận tốc dịng chảy khu vực bố trí cầu Cửa Đại chưa làm cầu Qtb 13200 Vm 1,471m / s 8970.95 = 1,471x8450.08 =12433.584m3/s => Q1 Vm x => 13200 12433.584 1,062 x L KT L0 LKT : Chiều dài kè t vị trí tính tốn phía thượng lưu = 5000m : Lấy b ng Thay giá trị vào ** ta : ZC 1657.34 1401.5 5000 x0,00028x x 1.0622 1401.5 0.061m Vậy: Chiều cao nước dâng trước cầu là: 0.061m b Tính xói chung - Chiều sâu dịng chảy sau xói xác định theo công thức ' ch (1-20 sau: h Q hch Q1 8/ B ch ' Bch 2/3 (*) Trong đó: + Q1=Qch, Q2=Q'ch: Lưu lượng nước chảy trước sau làm cầu dòng chủ Bch = L0 = 1657.34m; B'ch = L = 1401.5 m Kết tính tốn chiều sâu xói chung theo bảng 3.4 Bảng 3.4 Bảng kết uả tính chiều u xói chung trụ n m tr n dịng chủ th o hư ng há tính vận tốc trung bình chiều Trụ ▼đáy (m) ▼mặt (m) hch (m) h'ch (m) Nước dâng (m) h xói chung (m) ▼đáy sau xc (m) T3 T4 -0.500 -1.250 2.830 2.830 3.330 4.080 3.504 4.293 0.061 0.061 0.235 0.274 -0.735 -1.524 13 T5 -1.240 T6 -1.210 T7 -0.960 T8 -1.420 T9 -1.720 T10 -1.900 T11 -2.050 T12 -2.540 T13 -2.630 T14 -3.400 T15 -8.150 T16 -11.600 T17 1.260 T18 0.000 T19 -0.050 T20 0.040 T21 -0.040 2.830 2.830 2.830 2.830 2.830 2.830 2.830 2.830 2.830 2.830 2.830 2.830 2.830 2.830 2.830 2.830 2.830 4.070 4.283 4.040 4.251 3.790 3.988 4.250 4.472 4.550 4.788 4.730 4.977 4.880 5.135 5.370 5.651 5.460 5.745 6.230 6.556 10.980 11.554 14.430 15.184 1.570 1.652 2.830 2.978 2.880 3.031 2.790 2.936 2.870 3.020 0.061 0.061 0.061 0.061 0.061 0.061 0.061 0.061 0.061 0.061 0.061 0.061 0.061 0.061 0.061 0.061 0.061 0.274 0.272 0.259 0.283 0.299 0.308 0.316 0.342 0.346 0.387 0.635 0.815 0.143 0.209 0.212 0.207 0.211 -1.514 -1.482 -1.219 -1.703 -2.019 -2.208 -2.366 -2.882 -2.976 -3.787 -8.785 -12.415 1.117 -0.209 -0.262 -0.167 -0.251 nh x i c c (p ) a Xác đị ậ sa k xó Diện tích mặt cắt ngang dòng chảy sau xây cầu: ' = 8450.08 m au xói chung, mặt cắt mở rộng h n với: sauxóichung = '+∆ 8895 426m Vận tốc sau xói chung: V b Cá í oá 13200 8895 426 1.484 m / s = 14 b) a) ình Tên trụ T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 ình dạng trụ cầu Bảng Bảng cao độ móng trụ cầu Chiều sâu ▼mặt ▼đáy dịng chảy nước m sau xc (m) h (m) 2.830 -0.735 3.565 2.830 -1.524 4.354 2.830 -1.514 4.344 2.830 -1.482 4.312 2.830 -1.219 4.049 2.830 -1.703 4.533 2.830 -2.019 4.849 2.830 -2.208 5.038 2.830 -2.366 5.196 2.830 -2.882 5.712 2.830 -2.976 5.806 2.830 -3.787 6.617 2.830 -8.785 11.615 ▼Đỉnh móng m -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 -4 15 T16 T17 T18 T19 T20 T21 2.830 2.830 2.830 2.830 2.830 2.830 -12.415 1.117 -0.209 -0.262 -0.167 -0.251 15.245 1.713 3.039 3.092 2.997 3.081 -4 -1.5 -1 -1 -1 -1 Các trụ cầu có dạng hình 4.4a gồm: trụ T13, T14, T15, T16 Chiều rộng tính tốn trụ xác định theo phụ lục trụ loại : b = 2B + (Bm – 2B) Các trụ cầu có dạng hình 4.4b gồm: trụ t T3 đên T12 trụ t T17 đến T 23 Chiều rộng tính tốn trụ xác định theo phụ lục trụ loại : b = B + (Bm – B) Trong : + b: chiều rộng tính toán trụ cầu, m + B : chiều rộng trụ cầu, m + Bm : chiều rộng móng trụ cầu, m + C: khoảng nhơ lên móng trụ cầu so với đáy sông, m + h: chiều sâu nước chảy trụ cầu trước xói cục bộ, m Bảng 3.6 Bảng kết uả tính chiều rộng tính toán trụ cầu Tên trụ h (m) T3 T4 T5 T6 T7 T8 3.565 4.354 4.344 4.312 4.049 4.533 ▼đáy sau xc (m) -0.735 -1.524 -1.514 -1.482 -1.219 -1.703 ▼Đỉnh móng (m) -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 C(m) C/h 0.024 0.014 0 0.203 0.006 0.003 0 0.045 B(m) Bm(m) b(m) 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 6.6 6.6 6.6 6.6 6.6 6.6 1.8 1.827 1.815 1.8 1.8 2.015 16 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 T16 T17 T18 T19 T20 T21 4.849 5.038 5.196 5.712 5.806 6.617 11.615 15.245 1.713 3.039 3.092 2.997 3.081 -2.019 -2.208 -2.366 -2.882 -2.976 -3.787 -8.785 -12.415 1.117 -0.209 -0.262 -0.167 -0.251 -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 -4.0 -4.0 -1.5 -1 -1 -1 -1 0.519 0.708 0.866 1.382 1.476 2.287 4.785 8.415 0 0 0.107 0.141 0.167 0.242 0.254 0.346 0.412 0.552 0 0 1.8 1.8 2.0 4.0 2.5 2.5 2.5 2.5 4.0 2.0 1.8 1.8 1.8 6.6 6.6 7.0 8.0 9.0 9.0 9.0 9.0 8.0 7.0 6.6 6.6 6.6 2.314 2.475 2.833 4.968 6.017 6.382 6.648 7.208 4.0 2.0 1.8 1.8 1.8 Chiều sâu xói cục xác định theo công thức 1-31 trường đại học D Hà Nội : hcb= 0,52.kd.b0,88.h0,12.(V/Vox)1,16 Kết tính xói cục lấy theo bảng 3.7 Bảng Bảng kết uả tính chiều u xói cục trụ n m tr n dịng chủ th o hư ng há tính vận tốc trung bình chiều Tên trụ C/h Kd b (m) h (m) V (m/s) Vox (m/s) V/Vox h cucbo (m) T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 0.006 0.003 0 0.045 0.107 0.141 0.167 0.242 0.85 0.854 0.852 0.85 0.85 0.882 0.925 0.949 0.967 1.024 1.8 1.827 1.815 1.8 1.8 2.015 2.314 2.475 2.833 4.968 3.565 4.354 4.344 4.312 4.049 4.533 4.849 5.038 5.196 5.712 0.720 0.790 0.780 0.770 0.740 0.805 0.815 0.820 0.825 0.835 2.061 1.878 1.903 1.927 2.005 1.843 1.821 1.810 1.799 1.777 1.998 1.871 1.883 1.891 1.966 2.070 2.437 2.646 3.027 5.239 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 17 T13 T14 T15 T16 T17 T18 T19 T20 T21 0.254 0.346 0.412 0.552 0 0 1.033 1.107 1.21 1.21 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 6.017 6.382 6.648 7.208 4.0 2.0 1.8 1.8 1.8 5.806 6.617 11.615 15.245 1.713 3.039 3.092 2.997 3.081 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 0.840 0.860 0.910 0.950 0.650 0.705 0.705 0.690 0.700 1.767 1.726 1.631 1.562 2.283 2.105 2.105 2.151 2.120 6.229 6.947 7.887 8.324 4.161 2.204 2.013 2.056 2.029 Kết tính xói t ng hợp sử dụng vận tốc trung bình chiều lấy theo bảng 3.8 Bảng Bảng tổng h kết uả tính chiều u xói chung v xói cục th o hư ng há tính vận tốc trung bình chiều ói l Trụ T3 (m) Trụ T4 (m) Trụ T5 (m) Trụ T6 (m) Trụ T7 (m) Trụ T8 (m) ói chung ói cục T ng 0.235 1.998 2.233 0.274 1.871 2.146 0.274 1.883 2.157 0.272 1.891 2.164 0.259 1.966 2.225 0.283 2.070 2.353 ói l ói chung ói cục T ng ói l ói chung ói cục T ng Trụ T9 (m) 0.299 2.437 2.736 Trụ T10 (m) 0.308 2.646 2.954 Trụ T11 (m) 0.316 3.027 3.344 Trụ T15 (m) 0.635 7.887 8.522 Trụ T16 (m) 0.815 8.324 9.140 Trụ T17 (m) 0.143 4.161 4.304 Trụ T12 (m) Trụ T13 (m) Trụ T14 (m) 0.342 5.239 5.581 0.346 6.229 6.575 0.387 6.947 7.333 Trụ T20 (m) Trụ T21 (m) 0.207 2.056 2.263 0.211 2.029 2.240 Trụ T18 (m) 0.209 2.204 2.413 Trụ T19 (m) 0.212 2.013 2.225 18 3.4 P NG H NH IVE ĐỂ NH I ẠI C C ĐẠI – NH NG N 3.4.1 ố liệu đ a hình: dụng ile số liệu địa hình AUTOCAD 3.4.2 nh to n trường ận tốc t i khu ực xây dựng cầu Áp dụng chư ng trình IV 2D để tính toán trường vận tốc khu vực cầu Cửa Đại: a đầ o rì T ile số liệu địa hình dạng vẽ Autocad, thông qua công cụ xử lý Gis, cho đồ số có tọa độ điểm x,y, dạng ile *.txt b ề k b Biên thượng lưu cho lưu lượng: Q = 13200m3/h Biên hạ lưu cho mực nước: Z = 2.83m c Hệ số nhám lịng sơng: n = 0.025 tra theo phụ lục Kết tính tốn vận tốc sau chạy chư ng trình iver2D cho mặt cắt trước trụ cầu nêu Bảng 3.9 ÷ Bảng 3.27 phụ lục 8) au t ng hợp bảng vận tốc lấy t chư ng trình iver 2D ta bảng vận tốc trung bình trụ cầu sử dụng để tính xói cục bảng 3.28 Bảng 28 Bảng vận tốc trung bình mặt c t cách thư ng lưu trụ khoảng b chiều rộng trụ tính tốn l y t chư ng trình riv r 2d dụng để tính tốn độ u xói cục Tên trụ Vận tốc Vtb(m/s) T3 1.546 T4 1.172 T5 1.574 T6 1.391 T7 1.321 T8 1.461 T9 1.434 19 T10 T11 T12 T13 T14 T15 T16 T17 T18 T19 T20 T21 1.568 1.235 1.033 1.419 1.187 1.745 1.550 1.450 0.655 1.389 0.942 0.872 3.4 p d ng ận tốc lấy t chương trình i er để t nh x i cho tr cầu Cửa Đ i tỉnh uảng Nam a Tính xói chung - Chiều sâu xói chung đ tính phần b Xá đị ề sâ xó ụ rụ ầ -Căn kết tính tốn trường vận tốc dịng chảy trung bình mặt cắt trước trụ trích xuất t mơ hình iver 2D sau làm cầu Kết tính tốn sau : Chiều sâu xói cho t ng trụ xác định theo cơng thức 1-31): hcb= 0,52.kd.b0,88.h0,12.(V/Vox)1,16cho trụ dịng chủ Kết tính xói cục cho trụ nêu bảng 3.29 Bảng 3.29 Kết uả tính xói cục với trường vận tốc t Riv r2D Tên trụ Kd b (m) h (m) T3 T4 T5 T6 0.850 0.854 0.852 0.850 1.8 1.827 1.815 1.8 3.565 4.354 4.344 4.312 Vtb (m/s) Vox (m/s) h cucbo (m) 1.546 1.172 1.574 1.391 0.720 0.790 0.780 0.770 2.095 1.424 2.016 1.755 20 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 T16 T17 T18 T19 T20 T21 0.850 0.882 0.925 0.949 0.967 1.024 1.033 1.107 1.210 1.210 0.850 0.850 0.850 0.850 0.850 1.8 2.015 2.314 2.475 2.833 4.968 6.017 6.382 6.648 7.208 1.8 1.8 1.8 4.049 4.533 4.849 5.038 5.196 5.712 5.806 6.617 11.615 15.245 1.713 3.039 3.092 2.997 3.081 1.321 1.461 1.434 1.568 1.235 1.033 1.419 1.187 1.745 1.550 1.450 0.655 1.389 0.942 0.872 0.740 0.805 0.815 0.820 0.825 0.835 0.840 0.860 0.910 0.950 0.650 0.705 0.705 0.690 0.700 1.717 2.033 2.342 2.819 2.447 3.441 5.912 5.362 9.518 8.756 4.049 0.853 1.865 1.214 1.095 Kết tính xói t ng hợp với trường vận tốc lấy t chư ng trình iver 2D theo bảng 3.30 Bảng 30 Tổng h kết uả tính xói với trường vận tốc t Riv r2D ói l Trụ T3 (m) Trụ T4 (m) Trụ T5 (m) Trụ T6 (m) Trụ T7 (m) Trụ T8 (m) ói chung ói cục T ng 0.235 2.095 2.330 0.274 1.424 1.698 0.274 2.016 2.290 0.272 1.755 2.027 0.259 1.717 1.976 0.283 2.033 2.316 Trụ T11 (m) 0.316 2.447 2.763 Trụ T12 (m) 0.342 3.441 3.783 ói l ói chung ói cục T ng Trụ T9 (m) 0.299 2.342 2.641 Trụ T10 (m) 0.308 2.819 3.128 Trụ T13 (m) 0.346 5.912 6.259 Trụ T14 (m) 0.387 5.362 5.749 21 ói l ói chung ói cục T ng Trụ T15 (m) 0.635 9.518 10.153 Trụ T16 (m) 0.815 8.756 9.571 Trụ T17 (m) 0.143 4.049 4.192 Trụ T18 (m) 0.209 0.853 1.062 Trụ T19 (m) 0.212 1.865 2.076 Trụ T20 (m) 0.207 1.214 1.421 Trụ T21 (m) 0.211 1.095 1.306 3.4.4 Đ nh gi kết uả a o sá a kế q ả í ố Kết tính tốn xói t ng hợp xác định theo cơng thức(1-31 trường đại học D Hà Nội : hcb= 0,52.kd.b0,88.h0,12.(V/Vox)1,16 Cho trường hợp sử dụng vận tốc trung bình chiều trường hợp sử dụng vận tốc lấy t chư ng trình iver 2D lập theo bảng 3.31 Bảng 3.31 Bảng o ánh kết uả tính tốn th o hai hư ng pháp Tên trụ T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 T16 Vận Tốc dòng chảy m/s PP TB 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 River 2D 1.546 1.172 1.574 1.391 1.321 1.461 1.434 1.568 1.235 1.033 1.419 1.187 1.745 1.550 Chiều sâu xói t ng hợp m PP TB 2.233 2.146 2.157 2.164 2.225 2.353 2.736 2.954 3.344 5.581 6.575 7.333 8.522 9.140 River 2D 2.330 1.698 2.290 2.027 1.976 2.316 2.641 3.128 2.763 3.783 6.259 5.749 10.153 9.571 22 T17 T18 T19 T20 T21 1.484 1.484 1.484 1.484 1.484 1.450 0.655 1.389 0.942 0.872 4.304 2.413 2.225 2.263 2.240 4.192 1.062 2.076 1.421 1.306 b N ậ xé đá Qua kết tính tốn chiều sâu xói chung chiều sâu xói cục b ng việc quan niệm vận tốc gây xói trụ cầu trung bình chiều vận tốc hai chiều ngang nhận t áp dụng chư ng trình IV 2D cho thấy: - Vận tốc dòng chảy chiều ngang lấy t chư ng trình iver 2D có giá trị khác điểm bề mặt dòng chảy, vận tốc trung bình chiều cho giá trị vận tốc b ng điểm toàn mặt cắt Chiều sâu xói trụ cầu áp dụng vận tốc hai chiều n m ngang phần lớn cho kết nh h n chiều sâu xói áp dụng vận tốc trung bình chiều - Chư ng trình IV 2D sử dụng phư ng trình chủ đạo để tính tốn phư ng trình nước nơng gồm phư ng trình liên tục phư ng trình chuyển động; có quan tâm đến hướng gió xuất bề mặt dòng chảy, tốc độ quay trái đất; nên dễ dàng đưa thêm tác động đến vận tốc dòng chảy trụ cầu - Về mặt lý thuyết, kết tính tốn tin cậy phản ánh tư ng đối rõ trình thay đ i vận tốc bề mặt dòng chảy sơng; mà vận tốc dịng chảy tham số quan trọng cơng thức tính xói cục trụ cầu Tuy nhiên chư ng trình IV 2D có số hạn chế như: - Chư ngtrình IV 2D xác định vận tốc chiều ngang bề mặt, dịng chảy sơng thường chiều Đặc biệt dòng chảy theo chiều đứng hình thành gặp vật cản trụ cầu hướng dòng chảy nguy hiểm Đây ngun nhân 23 gây xói cục trụ cầu Hướng dịng chảy khơng kể đến chư ng trình tính tốn IV 2D - Việc chia lưới phần tử hữu hạn phụ thuộc vào kinh nghiệm người tính nên hạn chế khả mơ tả xác đặc trưng dịng chảy b ng mơ hình tính KẾ L ẬN VÀ KIẾN NGH Kết luận T kết đ tính toán luận văn đến số kết luận sau: ự phân bố vận tốc dòng chảy sông phân bố vận tốc theo không gian chiều, vận tốc trung bình chiều xem điểm toàn mặt cắt ngang dịng chảy có giá trị vận tốc nhau, điều khác xa với phân bố vận tốc thực dịng chảy sơng Chư ng trình iver 2D tính vận tốc trung bình theo độ sâu dịng chảy, cho phép nhận tư ng đối hợp lý với phân bố vận tốc dịng chảy sơng Về mặt lý thuyết, kết tính tốn xói theo phư ng pháp sử dụng vận tốc trung bình hai chiều ngang lấy t chư ng trình iver 2D hợp lý h n so với kết tính tốn xói theo phư ng pháp sử dụng vận tốc trung bình chiều Tuy kết tính tốn mặt lý thuyết chấp nhận được, dịng chảy sông phức tạp, chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố, đặc biệt vị trí cục quanh trụ cầu, nên cần số liệu đo đạc thực tế để kiểm chứng, hiệu chỉnh lại hệ số cơng thức tính xói cục trụ cầu Cho đến số liệu đo đạc thực tế xói trụ cầu Cửa Đại v n chưa có; nên việc kiểm chứng kết tính toán luận văn chưa thực Kiến ngh Do hạn chế mặt thời gian, luận văn chưa có điều kiện nghiên cứu sử dụng phần mềm khác để so sánh Tuy nhiên kết tính 24 tốn với chư ng trình IV 2D đ gợi mở thêm số vấn đề cần nghiên cứu : Như đ phân tích trên, thực chất dịng chảy sơng dịng chiều Vận tốc dịng chảy hình thành theo qui luật định Có thể tiếp tục nghiên cứu thêm chư ng trình khác để phối hợp giải hệ phư ng trình eynolds ba chiều cho dịng chảy rối Q trình hình thành phát triển xói trụ cầu có liên quan chặt chẽ với biến đ i vận tốc dòng chảy ự thay đ i vận tốc dịng chảy gây xói, xói làm cho chiều sâu dòng nước thay đ i d n đến thay đ i mặt cắt dịng sơng Với lưu lượng khơng đ i thời điểm tính tốn vận tốc dịng chảy tiếp tục thay đ i Quá trình tiếp tục vận tốc dịng chảy khơng gây xói q trình kết th c Vì cần nghiên cứu hình thành phát triển hố xói theo thời gian để xác định chiều sâu xói lớn T đó, c sở số liệu tính tốn kết hợp với số liệu đo thực tế để kiểm chứng, tiến hành hiệu chỉnh thay số hệ số công thức kinh nghiệm sử dụng ph biến Do nồng độ bùn cát có ảnh hưởng đến chiều sâu hố xói, nên cần thiết phải xây dựng quan hệ kết thực nghiệm