Mô phỏng số dòng chảy và dự báo xói cục bộ trụ cầu

1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, chưa được công bố bởi bất kỳ tác giả nào hay ở bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Viết Thanh LỜI CẢM ƠN 2 Luận án Tiến sĩ được thực hiện tại Trường Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Trần Đức Nhiệm và PGS.TS Trần Đình Nghiên. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy về định hướng khoa học, liên tục quan tâm sâu sát, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu, có những lúc nghiên cứu sinh cảm tưởng khó có thể tiếp tục nghiên cứu nhưng nhờ sự động viên, khích lệ của các thầy cộng với sự nỗ lực không ngừng nghỉ của bản thân, đến nay luận án đã được hoàn thành. Nghiên cứu sinh cũng xin được chân thành cảm ơn các nhà khoa học trong và ngoài nước, tác giả của các công trình nghiên cứu đã được nghiên cứu sinh sử dụng trích dẫn trong luận án về nguồn tư liệu quý báu, những kết quả liên quan trong quá trình nghiên cứu hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Nhà trường, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Bộ môn Cầu Hầm, Bộ môn Thủy lực-Thủy Văn, Hội đồng Tiến sỹ Nhà trường vì đã tạo điều kiện để nghiên cứu sinh thực hiện và hoàn thành chương trình nghiên cứu của mình. Nghiên cứu sinh cũng xin gửi lời cảm ơn đến TS. Đặng Hữu Chung-Viện Cơ học Việt Nam, Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về Động lực học sông biển thuộc Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam vì những sự giúp đỡ quý báu về thuật toán mô phỏng, xây dựng các mô hình thí nghiệm vật lý cũng như sự giúp đỡ, hướng dẫn về mặt kỹ thuật. Nghiên cứu sinh cũng xin trân trọng cảm ơn UBND tỉnh Quảng Bình đã đưa vào quy hoạch đào tạo sau đại học giai đoạn 2011-2015, cảm ơn Lãnh đạo Ban Quản lý Khu kinh tế Quảng Bình đã tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh vừa công tác vừa học tập, nghiên cứu. Cuối cùng là sự biết ơn đến ba mẹ, vợ và các con vì đã liên tục động viên để duy trì nghị lực, sự hy sinh thầm lặng, sự cảm thông, chia sẻ về thời gian, sức khỏe và các khía cạnh khác của cuộc sống trong cả quá trình thực hiện luận án. Hà Nội, tháng 10 năm 2014 Nguyễn Viết Thanh MỤC LỤC 3 LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH VẼ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 0.1: Thống kê số lượng cầu hỏng ở Mỹ do xói cục bộ từ năm 1985-1995 Bảng 2.1: Giá trị hệ số nhám n b Bảng 2.2: Giá trị hệ số nhám n 3 Bảng 2.3: Giá trị hệ số nhám tại bề mặt vật liệu Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm thành phần hạt Bảng 3.2: Các thông số mô hình thí nghiệm thứ nhất Bảng 3.3: Các thông số mô hình thí nghiệm thứ hai Bảng 3.4: Các thông số mô hình thí nghiệm thứ ba Bảng 3.5: Kết quả đo xói của thí nghiệm thứ nhất Bảng 3.6: Kết quả đo xói của thí nghiệm thứ hai Bảng 3.7: Kết quả đo xói của thí nghiệm thứ ba 4 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 0.1: Một số hình ảnh về hậu quả do xói cục bộ trụ cầu gây ra Hình 1.1: Phân loại xói Hình 1.2: Minh họa xói tại trụ và mố cầu Hình 1.3: Minh họa cơ chế dòng chảy xung quanh trụ cầu Hình 2.1: Sơ đồ khối tổng quát quá trình tính toán của FSUM Hình 2.2: Thiết lập khu vực nhám cục bộ xung quanh trụ Hình 2.3: Giao diện tính toán của chương trình con Mô-đun1 Hình 2.4: Miền hiệu chỉnh tốc độ lắng phần tử hạt Hình 2.5: Giao diện tính toán của chương trình con Mô-đun2 Hình 2.6: Giao diện tính toán của chương trình con Mô-đun3 Hình 2.7: Sơ đồ khối bài toán mô phỏng tính xói cục bộ trụ cầu Hình 3.1a: Sơ đồ tổng thể mô hình máng thí nghiệm (1) Hình 3.1b: Sơ đồ tổng thể mô hình máng thí nghiệm (2) Hình 3.1c: Sơ đồ tổng thể mô hình máng thí nghiệm (3) Hình 3.2: Tóm tắt sơ đồ thí nghiệm Hình 3.3: Phân phối thành phần hạt Hình 3.4: Bố trí trụ đơn đặt giữa tâm máng Hình 3.5: Bố trí trụ đôi đặt dọc theo hướng dòng chảy Hình 3.6: Bố trí trụ đôi đặt vuông góc với hướng dòng chảy Hình 3.7: Bố trí vị trí các điểm đo chiều sâu xói Hình 3.8: Hình ảnh hố xói xung quanh trụ sau khi kết thúc thí nghiệm Hình 3.9: Đường đồng mức chiều sâu xói xung quanh trụ sau thời gian thí nghiệm T=3 giờ Hình 3.10: Sự phát triển của chiều sâu xói cục bộ lớn nhất theo thời gian Hình 3.11: Bố trí vị trí các điểm đo chiều sâu xói Hình 3.12: Biểu đồ vận tốc tức thời 3 phương u (phương x), v (phương y) và w (phương z) Hình 3.13: Hình ảnh đường dòng xung quanh trụ Hình 3.14: Hình ảnh hố xói sau thời gian thí nghiêm T=5 giờ Hình 3.15: Đồ thị thể hiện chiều sâu xói phát triển theo thời gian Hình 3.16: Sơ đồ vị trí các điểm đo chiều sâu xói Hình 3.17: Hình ảnh thí nghiệm thứ ba Hình 3.18: Hình dạng hố xói sau khi kết thúc thí nghiệm Hình 3.19: Đường đồng mức mặt đáy xung quanh trụ cầu sau 4.5 giờ thí nghiệm Hình 3.20: Đồ thị thể hiện chiều sâu xói phát triển theo thời gian (thí nghiệm 3) Hình 3.21: Mặt thoáng khu vực xung quanh trụ Hình 4.1: Thiết lập hình học mô phỏng Hình 4.2: Lưới mô phỏng tổng thể Hình 4.3: Trường vận tốc dọc theo dòng chảy, trong hố xói và bao quanh trụ 5 Hình 4.4: Mô phỏng đường dòng trước và sau trụ Hình 4.5: Xói cục bộ xung quanh trụ cầu Hình 4.6: So ánh chiều sâu lớn nhất xói cục bộ giữa thí nghiệm và mô phỏng số theo thời gian Hình 4.7: Thiết lập hình học mô phỏng Hình 4.8: Mô phỏng mô hình lưới 3D Hình 4.9: Lưới mô phỏng trên mặt phẳng x-y Hình 4.10: Đường dòng khu vực trụ cầu Hình 4.11: Véc tơ vận tốc khu vực trụ cầu Hình 4.12: Đường dòng khu vực trước giữa và sau trụ cầu Hình 4.13: Véc tơ vận tốc khu vực giữa hai trụ Hình 4.14: Các đặc trưng dòng chảy khu vực trước và giữa hai trụ Hình 4.15: Kết quả mô phỏng xói xung quanh các trụ sau T=5 giờ tính toán Hình 4.16: So sánh chiều sâu xói lớn nhất tính toán và chiều sâu xói lớn nhất đo thí nghiệm tại trụ thứ nhất Hình 4.17: So sánh chiều sâu xói lớn nhất tính toán và chiều sâu xói lớn nhất đo thí nghiệm tại trụ thứ hai Hình 4.18: Kết quả mô phỏng đường mặt đáy kênh xung quanh trụ theo thời gian phát triển xói sau 10 phút và 300 phút Hình 4.19: Mô hình hình học cho bài toán trụ đôi đặt vuông góc với hướng dòng chảy Hình 4.20: Lưới mô phỏng hình học 3D Hình 4.21: Lưới mô phỏng hình học 2D Hình 4.22: Đường dòng khu vực xung quanh các trụ Hình 4.23: Trường véc tơ vận tốc xung quanh các trụ Hình 4.24: Đường đồng mức đáy xung quanh các trụ sau 4.5 giờ mô phỏng Hình 4.25: Mô tả xói cục bộ xung quanh các trụ sau 4.5 giờ tính toán Hình 4.26: So sánh chiều sâu xói lớn nhất theo thời gian giữa mô phỏng và đo thí nghiệm MỞ ĐẦU 0.1. Lý do để chọn đề tài Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội toàn cầu, số lượng công trình hạ tầng kỹ thuật đặc biệt là các công trình cầu đường bộ được xây dựng ngày càng tăng nhằm đáp ứng nhu cầu giao thông vận tải phục vụ phát triển kinh tế - xã hội của các nước trên thế giới và của Việt Nam. Ở nước ta, với hơn 3000km bờ biển cùng hệ thống sông ngòi chằng chịt tại đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long cùng với đa số các sông suối ở Miền Trung đều chảy dọc theo hướng Tây Bắc - Đông Nam đổ ra biển đã chia cắt mạng lưới đường bộ Bắc Nam cũng như hệ thống mạng lưới đường bộ 6 liên tỉnh điều này dẫn đến nhu cầu xây dựng cầu vượt sông suối ở nước ta rất lớn, hàng năm có hàng chục cây cầu được xây dựng trên phạm vi toàn lãnh thổ Việt Nam. Tuy nhiên, đi kèm với việc ngày càng nhiều cây cầu mới được xây dựng thì càng xuất hiện vấn đề hư hỏng cầu, thậm chí là sập cầu mỗi khi bão lũ xãy ra mà theo kết quả điều tra nguyên nhân chính là do xói cục bộ tại chân trụ cầu và mố cầu. Do vậy, nghiên cứu xói cục bộ trụ cầu là một lĩnh vực gần như là kinh điển của khoa học động lực học dòng sông ở cả trên thế giới và tại Việt Nam, đây là một vấn đề mang tính chất thời sự mà các kết quả nghiên cứu đến nay vẫn chưa hoàn thiện. Có rất nhiều nghiên cứu về xói cục bộ trụ cầu trên thế giới và trong nước đã được công bố; ở nước ta có một số nhà khoa học như GS.TSKH. Nguyễn Xuân Trục, PGS.TS. Trần Đình Nghiên đã và đang quan tâm nghiên cứu về xói cục bộ trụ cầu, mố cầu, cơ chế xói cục bộ, đã đề xuất các công thức tính chiều sâu xói cục bộ trụ cầu lớn nhất và đã được các kỹ sư thiết kế cầu áp dụng để tính cao trình đặt đáy móng mố, trụ cầu; tuy nhiên, phần lớn các công thức tính xói cục bộ trụ cầu hiện nay được xây dựng vào phương pháp nghiên cứu nửa lý thuyết nửa thực nghiệm sử dụng các mô hình xói trong điều kiện thí nghiệm ở trong phòng trên các máng thủy lực có hiệu chỉnh tham số tính toán theo các tài liệu đo xói trụ cầu hiện đang sử dụng khai thác ngoài thực tế. Có thể nói hiện nay chưa có phương pháp tính xói cục bộ trụ cầu theo các phương trình lý thuyết được các Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường và các nhà khoa học cầu đường chấp nhận. Tiếp cận hướng nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng số để dự đoán xói cục bộ trụ cầu, nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài "Mô phỏng số dòng chảy và dự báo xói cục bộ trụ cầu". 0.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án 0.2.1. Ý nghĩa khoa học Như chúng ta đã biết, nguyên nhân gây hư hỏng công trình cầu phổ biến nhất là do tác động của dòng chảy lũ, mà trực tiếp là do xói cục bộ đáy 7 sông xung quanh móng mố, trụ cầu. Đánh giá xói lở tại chân trụ, mố cầu tương ứng với lưu lượng và mực nước lũ thiết kế trong lớp đất đáy sông dễ xảy ra xói rất cần thiết đối với hệ thống công trình cầu bởi vì vị trí cầu cố định, dòng chảy luôn di động gây xói sâu và mở rộng lòng vào bãi sông trong vùng dòng chảy bị ảnh hưởng của cầu, đe dọa đến an toàn công trình cầu. Trước những năm 60 của thế kỷ trước, việc đánh giá xói và tác động của xói đến công trình còn rất hạn chế. Sau những năm 60 đã có một số đáng kể các phương trình dự đoán xói và mô hình vận chuyển bùn cát, song chưa hiểu đầy đủ về cơ chế gây xói cũng như chưa có khả năng đưa ra mô hình đánh giá chính xác sự thay đổi hình thái đoạn sông ở vùng cầu trong thời gian lũ không dài. Các phương trình dự đoán xói hầu hết dựa vào mô hình vật lý rút ra từ phòng thí nghiệm, còn bị hạn chế về các yếu tố thủy lực, địa chất, kích thước trụ, chưa phản ánh đúng tính chất phức tạp của dòng chảy và bùn cát tương tác với trụ cầu, do vậy nhiều công trình cầu bị hư hỏng do lũ. Về mặt khoa học, các đặc trưng thủy động lực học tại đáy móng trụ cầu vô cùng phức tạp, nhất là cơ chế dòng chảy xung quanh trụ, xác định chiều sâu lớn nhất có thể đạt được trong hố xói cục bộ còn nhiều điểm hấp dẫn các nhà khoa học trong và ngoài nước, ở hiện tại và tương lai. Ngày nay, cùng với sự phát triển của phần mềm máy tính và hiệu quả kinh tế mà nó mang lại, các nhà nghiên cứu đã tiếp cận hướng nghiên cứu về động lực học chất lỏng tính toán (CFD). Phương pháp mô hình mô phỏng số đã đem lại những hiểu biết nhiều hơn về các đặc trưng thủy động lực học của dòng chảy một cách toàn diện và chi tiết trong lĩnh vực thủy lực sông biển và các công trình thủy lợi. Tuy nhiên, trong thủy lực công trình cầu đường thì hướng nghiên cứu này còn ít được quan tâm. Hiện nay, trên thế giới đã xuất hiện một số phần mềm thương mại mô phỏng 3 chiều (3D) được dùng trong động lực học chất lỏng tính toán, mô phỏng dòng chảy trong sông, suối, đường ống dẫn dầu, dòng trong 8 píttông, như FLUENT-3D, FLOW-3D, Flo-3D, SSIIM-3D, một số ít phần mềm đã được áp dụng để mô phỏng dòng chảy bao quanh trụ cầu, mô phỏng trường vận tốc và hố xói xung quanh trụ cầu. Mặc dù đã đạt được một số kết quả đáng khích lệ, tuy nhiên vẫn đang dừng lại ở bước thử nghiệm, chưa có một công bố chính thức nào về khả năng áp dụng các phần mềm thương mại này vào lĩnh vực nghiên cứu xói cục bộ trụ cầu. Mặt khác, một rào cản lớn của việc áp dụng các phần mềm thương mại này trên thế giới và tại Việt Nam đó là đa số các phần mềm này đòi hỏi phải được chạy trên những máy tính có cấu hình mạnh, thời gian tính toán rất lâu có khi phải mất hàng tuần, hàng tháng; các phần mềm này thường có mã nguồn đóng, khó tiếp cận và sử dụng; đặc biệt là giá thành các phần mềm thương mại đó rất cao lên đến hàng chục nghìn, hàng trăm nghìn đô la Mỹ. Như vậy, việc ứng dụng và phát triển một mô hình số trị mã nguồn mở để mô phỏng 3 chiều để phân tích các đặc trưng thủy động lực học tại vị trí đáy móng công trình thủy lực nói chung và tại chân trụ cầu nói riêng cả về không gian và thời gian là một vấn đề có ý nghĩa khoa học cao. Mô phỏng số giúp có thêm công cụ để phân tích thủy động lực học dòng chảy. "Với sự linh hoạt của mô hình số trị, sẽ có điều kiện nghiên cứu các đặc trưng thủy động lực học một cách hoàn chỉnh hơn theo các phương diện về miền tính toán và các trường hợp tính toán. Nó sẽ mang lại những nhìn nhận một cách tổng thể hơn và chi tiết hơn so với các phương pháp nghiên cứu truyền thống'' (Lê Văn Nghị, 2005, Viện KHTL Việt Nam) [6]. 0.2.2. Ý nghĩa thực tiễn Ở nước ngoài, theo các tài liệu nghiên cứu trong 30 năm trở lại đây tại Mỹ trong khoảng 6000 cầu được theo dõi, trong đó có hơn 1000 cầu bị phá hỏng, nguyên nhân do xói chiếm đến 60%, Cục đường bộ Liên bang Mỹ (FHWA) cho biết trận lũ năm 1973 đã làm sập 338 cầu, trong đó khoảng 25% là do xói cục bộ trụ, 75% là do xói mố [80],[95]. Hoffmans và Verheiij (1997) 9 [57] tổng kết rằng xói cục bộ xảy ra xung quanh móng mố, trụ cầu do dòng chảy lũ là nguyên nhân chính gây ra sự phá hoại cầu; số liệu thống kê tại Mỹ năm 1995 về số lượng cầu bị phá hỏng do xói cục bộ tại bảng 0.1: Bảng 0.1: Thống kê số lượng cầu hỏng ở Mỹ do xói cục bộ từ năm 1985-1995 Địa điểm và thời gian Số lượng cầu bị phá hỏng Pennsylvania, West Virginia, Virginia, 1985 73 New York and New England, 1987 17 Midwestern United States, 1993 >2500 Georgia, 1994 >1000 Virginia, 1995 74 California, 1995 45 Năm 2003, 51 cầu bắc qua sông Hatchie tại Tennessee (Mỹ) bị phá hỏng làm 8 người chết [63],[80],[95]. Tại New Zealand, theo nghiên cứu của Melville và cộng sự năm 2002 ít nhất có 1 cây cầu bị phá hủy mỗi năm do xói [63]. Ở Việt Nam, theo tài liệu thống kê “ Phòng chống bão lũ cho công trình giao thông, Hà Nội 4/1992 “ cho thấy với trên 9930 cây cầu đang khai thác thì có tới 448 cầu bị phá hỏng do bão lũ. Điều này cho thấy rõ tác hại nghiêm trọng của bão lũ và xói đến sự ổn định của các công trình giao thông đặc biệt là công trình cầu. Vì vậy xói lở là một tiêu chuẩn rất quan trọng và cần thiết khi phân tích hệ thống cầu vượt sông. Theo Ban chỉ đạo phòng chống lụt bão Trung ương. “Báo cáo tổng hợp thiệt hại do lũ lụt tại miền Trung gây ra tháng 12/1999”, chỉ tính riêng trận lũ tháng 12/1999 đối với các tỉnh Thừa Thiên Huế, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa đã có số công trình như cầu cống sập trôi 43 cái, cầu cống hư hỏng 1060 cái. Thiên tai gây ra trong năm 2000 ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long rất nghiêm trọng, gần 5.000 cầu, cống các loại bị ngập, hư hỏng nặng, có một số bị sập. 10 Ngày 5/11/2007, trụ cầu số 8 của cầu Bung (phía xã Chư Đrăng, huyện Chư Prông, tỉnh Gia Lai) bị đổ xuống sông, làm rơi 4 dầm cầu của nhịp 8 và nhịp 9. Ngay sau khi bị đổ, trụ số 8 đã bị nước lũ cuốn trôi. Gần đây, tại huyện Bảo Yên, tỉnh Lào Cai mưa lớn kèm theo gió lốc vào rạng sáng ngày 11/5/2013 làm 3 cầu bị sập. Số liệu thống kê nêu trên cho thấy xói cục bộ trụ cầu thực sự là nguyên nhân chính gây sự cố hư hỏng cầu, là mối hiểm họa cho ngành giao thông, đòi hỏi có thêm nhiều nghiên cứu sâu ở nhiều góc độ khác nhau sao cho dự đoán ngày càng tiếp cận gần hơn đến độ chính xác của việc xác định chiều sâu xói cục bộ trụ cầu trong đất dễ bị xói. a) Cầu Đen bắc qua sông nối quốc lộ 1A b) Xói trụ cầu Long Biên (Hà Nội, 2008) với 3 xã Gò Nổi, huyện Điện Bàn bị lũ làm sập cầu vào mùa mưa năm 2010 c) Hố xói trụ cầu Schoharie Creek (Mỹ, 2001) d) Hố xói trụ cầu Burke&Wills (Úc, 2010) Hình 0-1: Một số hình ảnh về xói cục bộ trụ cầu [...]... chảy bị thu hẹp dưới cầu, làm tăng khả năng tải bùn cát, hạ thấp cao độ đáy sông và là cơ sở ban đầu xác định chiều sâu để tính xói cục bộ trụ cầu [10],[11],[80] Hình 1.2: Minh họa xói tại trụ và mố cầu 1.1.2 Khái niệm, cơ chế xói cục bộ trụ cầu 1.1.2.1 Khái niệm xói cục bộ trụ cầu Xói cục bộ trụ cầu là sự hạ thấp cao độ đáy sông sâu và hẹp ngay tại chân trụ do dòng chảy tác dụng vào trụ, làm thay đổi... thuyết của FSUM và các thiết lập mô hình bài toán xói cục bộ trụ cầu Chương III: Thí nghiệm về xói cục bộ trụ cầu Chương IV: Phân tích, đánh giá và so sánh kết quả mô phỏng số với kết quả nghiên cứu thực nghiệm Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo 12 Phụ lục 13 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ XÓI, TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÓI CỤC BỘ TẠI TRỤ CẦU 1.1 Khái niệm, phân loại xói và cơ chế xói cục bộ trụ cầu 1.1.1 Khái... ứng dụng mô phỏng số để dự đoán xói cục bộ trụ cầu sẽ mang lại lợi ích to lớn đảm bảo an toàn các cầu khi thiết kế xây dựng và trong quá trình khai thác 0.2 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu khả năng ứng dụng phần mềm mô phỏng số dòng chảy 3 chiều để mô tả các đặc trưng dòng chảy khu vực xung quanh trụ cầu, bằng kết quả mô phỏng chỉ rõ nguyên nhân gây xói trụ cầu, quá trình phát triển chiều sâu xói theo... do mô hình tỷ lệ lớn không thỏa mãn nguyên lý tương tự số Reynolds và do đó khó có thể áp dụng để dự đoán xói cục bộ trụ cầu - Phương pháp sử dụng mô hình dòng chảy 3 chiều: Trường dòng chảy xung quanh trụ cầu là dòng chảy 3 chiều, do đó cần thiết để khảo sát chi tiết 30 hố xói xung quanh trụ cầu Ushijima và cộng sự (1992) [93] bổ sung một mô hình rối 2 phương trình để tính xói cục bộ trong dòng chảy. .. công thức dự đoán chiều sâu hố xói cục bộ ở trụ cầu và mố cấu [67] Nguyễn Xuân Trục và Nguyễn Hữu Khải (1982) [1],[11] (Trường Đại học Xây dựng Hà Nội) đã giới thiệu công thức xác định trị số xói cục bộ lớn nhất tại trụ cầu dựa vào kết quả nghiên cứu xói cục bộ trên các mô hình vật lý, áp dụng lý thuyết thứ nguyên và lý thuyết bình phương nhỏ nhất để điều chỉnh các hệ số theo các tài liệu đo xói thực... của dòng chảy, làm tăng cục bộ ứng suất tiếp và tốc độ dòng chảy, vượt qua sức 15 cản của hạt đất bao quanh chân trụ, xói đất lên và đẩy chúng khỏi chân trụ tạo thành hố xói cục bộ ở trụ Xói tại chân trụ sẽ nguy hiểm nhất khi cả 3 loại xói trên đồng thời xảy ra khi lũ thiết kế thông qua dưới cầu [8],[9],[10],[11], [18], [23],[45],[65],[67],[80],[83] Xói cục bộ tại chân trụ cầu có thể được chia thành xói. .. dụng vào đất quanh trụ cầu, xói ngừng khi hạt không tách ra khỏi hố xói hoặc do cân bằng động của lưu lượng bùn cát vào và ra khỏi hố xói Sử dụng sơ đồ dòng chảy bao quanh trụ khi hố xói ổn định để viết phương trình cân bằng động, đồng thời đặt quan hệ giữa lưu tốc không xói trong hố xói ổn định với lưu tốc dòng đến trụ, với độ sâu dòng chảy, độ sâu xói, chiều rộng trụ và chiều rộng hố xói dựa vào giả... theo thời gian, và chiều sâu xói lớn nhất tại trụ cầu, kiểm chứng kết quả mô phỏng số bằng kết quả thí nghiệm vật lý trong phòng và của các công thức bán thực nghiệm, từ đó đề ra khả năng ứng dụng mô phỏng số để dự đoán xói cục bộ trụ cầu ở Việt Nam trong tương lai 0.3 Cấu trúc của luận án Luận án gồm các phần sau: Mở đầu Chương I: Tổng quan về xói, tình hình nghiên cứu xói cục bộ tại trụ cầu Chương II:... Meyer-Peter và Muller sửa đổi cho phép mô phỏng hoàn toàn xói cân bằng xung quanh trụ cầu Yen và cộng sự (2001) [101] đã kết hợp mô hình xoáy lớn (LES) với mô hình rối Smagorinsky để mô phỏng trường dọc chảy 3D và ứng suất tiếp xung quanh trụ cầu Chang và cộng sự (1999) [30] sử dụng một mô hình xoáy lớn (LES) để giải các phương trình dòng chảy xung quanh một trụ cầu với đáy cố định và không có xói Sau... số liệu đo xói cục bộ trụ cầu được sử dụng để đánh giá các phương trình dự đoán xói cục bộ trụ cầu Inglis và cộng sự (1949) đã xây dựng một công thức tính chiều sâu xói lớn nhất dưới cao độ lũ lớn nhất sử dụng số liệu đo đạc tại 17 cầu trên các sông tại Ấn Độ [75] Froehlich và cộng sự (1988) xây dựng một phương trình dự đoán chiều sâu xói trụ tròn trong bùn cát đồng nhất trong điều kiện xói nước đục . Khái niệm, cơ chế xói cục bộ trụ cầu 1.1.2.1. Khái niệm xói cục bộ trụ cầu Xói cục bộ trụ cầu là sự hạ thấp cao độ đáy sông sâu và hẹp ngay tại chân trụ do dòng chảy tác dụng vào trụ, làm thay đổi. 4.2: Lưới mô phỏng tổng thể Hình 4.3: Trường vận tốc dọc theo dòng chảy, trong hố xói và bao quanh trụ 5 Hình 4.4: Mô phỏng đường dòng trước và sau trụ Hình 4.5: Xói cục bộ xung quanh trụ cầu Hình. cầu đường và các nhà khoa học cầu đường chấp nhận. Tiếp cận hướng nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng số để dự đoán xói cục bộ trụ cầu, nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài " ;Mô phỏng số dòng chảy