Tính toán đê chắn sóng hỗn hợp

Xác định thông số sóng khởi điểm:- Xác định chiều cao, chu kỳ, chiều dài sóng trung bình; - Phân vùng sóng khởi điểm.. Xác định thông số sóng biến dạng:- Xác định chiều cao, chiều dài, đ

Chương 1

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MÔN HỌC

Môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Sinh viên:

Ngày giao đề: / /200

Ngày nộp: ./ /200

Đề tài: Tính toán đê chắn sóng hỗn hợp

Mục đích: xác định kích thước cơ bản của một phân đoạn đê chắn sóng hỗn hợp:

- Cao trình đê;

- Kích thước thềm đá, kích thước viên đá;

- Kích thước khối phủ, lớp lót, đá lõi;

1.2 Yêu cầu về nội dung

(tuần thứ) Thực hiện

1. Hiệu chỉnh bình đồ: dựng và trơn hóa các đường đồng mức, dựng

các đường trung gian

2. Tính toán thông số gió:- Chuyển vận tốc gió sang điều kiện mặt nước;

- Xác định đà gió

3. Xác định mực nước lan truyền sóng- Chiều cao nước dâng do gió;

- Mực nước lan truyền sóng

4. Xác định thông số sóng khởi điểm:- Xác định chiều cao, chu kỳ, chiều dài sóng trung bình;

- Phân vùng sóng khởi điểm

5. Xác định thông số sóng biến dạng:- Xác định chiều cao, chiều dài, độ vượt cao của sóng i%;

- Phân vùng sóng đổ

6. Xác định thông số sóng đổ:- Xác định chiều cao, chiều dài, độ vượt cao của sóng đổ i%;

- Phân vùng sóng đổ lần cuối

STT Công việc Thời hạn

(tuần thứ) Thực hiện

7. Xác định thông số sóng tại chân công trình:- Xác định chiều cao, chiều dài, độ vượt cao, trạng thái của sóng i%;

- Xác định thông số sóng nhiễu xạ

8. Xác định cao trình đỉnh đê, kích thước thềm đá:- Cao trình đỉnh đê;

- Cao trình thềm đá;

- Kích thước thềm đá

9. Xác định tải trọng sóng lên tường đứng (theo goda):- Xác định tải trọng sóng tới;

- Xác định tải trọng sóng nhiễu xạ;

10. Xác định kích thước thùng chìm:- Xác định bề rộng thùng chìm theo điều kiện ổn định trượt;

- Xác định bề rộng thùng chìm theo điều kiện ổn định lật;

- Chọn bề rộng thùng chìm

11. Xác định kích thước đê mái nghiêng:- Xác định kích thước khối phủ bên trong và bên ngoài;

- Xác định kích thước viên đá lớp lót, lõi;

- Xác định chiều dày lớp phủ và lớp lót;

1.3 Quy cách:

1 Nêu ngắn gọn lý thuyết áp dụng trước khi tính

2 Các hình vẽ minh họa, bảng biểu, đồ thị phải có tên, đánh số thứ tự

3 Các công thức phải được đánh số thứ tự

4 Nếu áp dụng tin học trong tính toán, phải đưa vào phụ lục

5 Thuyết minh khổ A4, bìa Nilon, các đồ thị vẽ trên giấy kẻ ly (khuyến khích làm bằng vi tính) bao gồm các phần theo trình tự sau:

- Bìa ngoài;

- Nhiệm vụ TKMH;

- Mục lục;

- Nội dung tính toán;

- Phụ lục tính toán (nếu áp dụng tin học);

- Tài liệu tham khảo

6 Bản vẽ: gồm hai bản: kết cấu và bố trí công trình trên bình đồ, tia khúc xạ

- Kết cấu: mặt bằng, cắt dọc, cắt ngang, mặt cắt ngang gốc đê, kết cấu khối phủ, thùng chìm, thống kê khối lượng vật liệu, thông số sóng dọc theo công trình;

- Bố trí công trình: mặt bằng bố trí công trình, sơ đồ tia khúc xạ,.

1.3.1 Thưởng, phạt:

- Áp dụng tin học:

- Nộp sớm:

-Trình bày đẹp, đúng quy cách:

- Lý do khác:

1.3.1.1 Phạt: - Không áp dụng tin học:

- Chậm tiến độ:

-Trình bày xấu, không đúng quy cách:

- Lý do khác:

1.3.1.2 Đánh giá của giáo viên hướng dẫn:

Giáo viên hướng dẫn

Chương 2

XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ SÓNG 2.1 Tính toán thông số gió

2.1.1 Chuyển vận tốc gió sang điều kiện mặt nước

Khi xác định tham số sóng và nước dồn cần chuyển vận tốc gió sang điều kiện mặt nước Tốc độ gió trên 10m so với mực nước trên biển được xác định theo công thức sau:

vW = Kf.Kt.vt

Trong đó:

- vt - Tốc độ gió ở độ cao 10m trên mặt đất, lấy trong khoảng 10’ với suất bảo đảm đã xác định.(vt =15 m/s)

- Kf - Hệ số tính đổi tốc độ gió bằng máy đo, xác định theo công thức:

975 , 0 15

5 , 4 675 , 0 5

, 4 675 ,

- Kt - Hệ số tính đổi tốc độ gió sang điều kiện mặt nước, Kt = 1 khi tốc độ gió Vt đo trên địa hình là bãi cát bằng phẳng và xác định theo bảng 2.3 với các dạng địa hình khác

A: địa hình trống trải (bờ biển, đồng cỏ, rừng thưa, đồng bằng)

B: thành phố rừng rậm hoặc địa hình tương tự có chướng ngại vật phân bố đều, chiều cao hơn 10m so với mặt đất

C: địa hình thành phố với chiều cao hơn 25m

v K

L = . ν

Trong đó:

Kvis - hệ số lấy bằng 5.1011

n - hệ số nhớt động học của không khí lấy bằng 10-5 m2/s

Giá trị đà gió lớn nhất LW (m) cho phép lấy theo bảng đối với vận tốc gió tính toán cho trước

2.2 Xác định mực nước lan truyền sóng

2.2.1 Chiều cao nước dâng do gió

Chiều cao nước dâng do gió (∆hset) được xác định qua quan trắc thực tế Nếu không có số liệu quan trắc thực

tế thì có thể xác định ∆hset theo phương pháp đúng dần (coi độ sâu đáy biển là hằng số)

b w set

W w W

h d

g

L v K

∆ +

=

) 5 , 0 (

.

2

Trong đó:

∆hb - nước dâng do bão (chênh lệch áp suất),

n b

P h

∆hset - nước dâng do nước dồn và bão;

LW - đà gió;

vW - vận tốc gió tính toán;

2.2.2 Xác định mực nước lan truyền sóng

2.2.2.1 Chiều cao nước dâng do gió

Chiều cao nước dâng do gió (∆hset) được xác định qua quan trắc thực tế Nếu không có số liệu quan trắc thực tế ta có thể xác định có thể xác định ∆hset theo phương pháp đúng dần (coi độ sâu đáy biển là hằng số)

b w set

W w W

h d

g

L v K

∆ +

=

) 5 , 0 (

.

2

(2.1)Trong đó:

∆hb - nước dâng do bão (chênh lệch áp suất),

d - độ sâu trung bình trên đà gió được xác định theo công thức:

d = ∇MNCTK - ∇Đáy trên đà gió

set + (9,81.21,8 - 0.0,5) ∆hset – 2,1954.10-6.21,062.2,374.105.0,866 = 0 4,905 ∆h2

set + 210,92.∆hset – 200,183 = 0Giải phương trình ta có: ∆hset =0,629 m

2.2.2.2 Mực nước lan truyền sóng:

∇mực nước lan truyền sóng = ∇MNTT + ∆hset

∇ mực nước lan truyền sóng = 1,8 + 0,629 = +2,43 m

2.3 Xác định thông số sóng khởi điểm

2.3.1 Xác định chiều cao, chu kì, chiều dài sóng trung bình:

Chiều cao trung bình

d

h

(m) và chu kỳ trung bình của sòng T

(s) ở vùng nước sâu phải xác định theo đường cong bao trên cùng ở đồ thị 2.1- giáo trình Công trình bảo vệ bờ biển, căn cứ vào giá trị các đại lượng không thứ

;

ω

V

T g.

,lấy các trị số bé nhất tìm được để tính chiều cao và chu

kỳ trung bình của sóng

Hình 2.3.1.1.1 Đồ thị xác định chiều cao chu kỳ sóng

2.3.2 Phân vúng sóng khởi điểm

Chiều dài trung bình của sóng được xác định theo công thức:

Chương 3

Chương 4 Xác định thông số sóng biến dạng:

4.1 Xác định chiều cao, chiều dài, độ vượt cao của sóng i %

Khi xác định độ ổn định và độ bền của công trình suất bảo đảm tính toán của chiều cao sóng trong hệ sóng được lấy theo bảng 2.1 giáo trình “Bài giảng Công trình bảo vệ bờ biển” Với công trình đê chắn sóng hỗn hợp có mái dốc gia cố bằng đá đổ tra được suất bảo đảm tính toán của chiều cao sóng là i=2%

4.1.1 Chiều cao sóng biến dạng

Căn cứ vào độ sâu và đo khoảng cách trên bình đồ ta tính được độ dốc đáy:

Hình 4.1.1.1.2 Sơ đồ xác đinh K t

kl - hệ số tổn thất xác định theo bảng 2-6 Giáo trình “ Công trình bảo vệ bờ và đê chắn sóng” ứng với các

giá trị đã biết của độ dốc đáy i và đại lượng

Hình 4.1.1.1.3 Đồ thị xác định K i

kr - được xác định theo công thức xác định hệ số khúc xạ

Hệ số khúc xạ được xác định theo công thức:

ad - khoảng cách giữa các tia sóng cạnh nhau vùng nước sâu (m)

a - khoảng cách giữa chính các tia sóng đó nhưng theo đường thẳng vẽ qua một điểm cho trước ở vùng nước nông (m)

Việc xác định các giá trị ad , a được thực hiện như sau :

- Vẽ tia khúc xạ :

+ Trơn hoá đường đồng mức;

+ Vẽ đường trung bình của đường đồng mức;

+ Tại giao của tia sóng với đườg trung bình của đườg đồg mức ta vẽ đườg vuôg góc với tiếp tuýên của đườg đồng mức tại đó

Chọn khoảng cách giữa 2 tia sóng ở vùng sóng nước sâu là a =25m

Vẽ các tia khúc xạ lên bình đồ ta xác định được a là khoảng cách giữa các tia sóng vùng nước nông

Hình 4.1.1.1.4 Sơ đồ khúc xạ sóng

Tiến hành vẽ trên bình đồ và tính toán ta có bảng sau :

Bảng 4.1.1.1.4.1 Tính toán k r cho chùm tia thứ 1

d(m)

d/ d

Sau khi tổng hợp tính toán ta có kết quả sau:

Bảng 4.1.1.1.4.3 Kết quả tính H i=2% chùm tia 1

4.1.1.2 Chiều dài sóng biến dạng

Bước sóng truyền từ vùng nước sâu vào vùng nước nông phải xác định theo đồ thị 2.6 giáo trình “Bài giảng

Công trình bảo vệ bờ” từ các đại lượng

Ta có chiều cao sóng tại các điểm với suất bảo đảm 1% là:

Bảng 4.1.1.2.1.1 Kết quả tính H i=1% chùm tia 1

Hình 4.1.1.2.2 Đồ thị xác định

λ

và λsurBảng 4.1.1.2.2.1 Bảng tính toán chiều dài sóng biến dạng chùm tia 1

11.48

5.552 0.016 0.20 0.925

52 0 1

3

9.05

8.368 0.024 0.16 1.000

56 2 3

4.1.1.3 Xác định độ vượt cao của sóng biến dạng

Độ cao đỉnh sóng trên mực nước tính toán ηc lấy theo đồ thị hình 2.3 giáo trình “Bài giảng Công trình bảo vệ

bờ biển” dựa theo

2

% 2

,

T g

h d

d

λ

Ranh giới vùng sóng biến dạng chính là vị trí sóng đổ lần đầu, được xác định như sau :

Cho tia sóng khúc xạ đến tận đường bờ ( coi như sóng chưa đổ ) Từ các giá trị hi xác định các giá trị dcri

tương ứng theo đồ thị hình 2.2 giáo trình Vị trí sóng đổ lần đầu chính là vị trí mà di = dcri

Hình 4.1.2.1.2 Xác định vị trí sóng đổ lần đầu

Giao cuả hai đồ thị f(hi ;di ) và g( hi;dcri ) là giá trị di = dcri = dcr = 9,51 m

Vậy từ độ sâu dcr = 9,51 m trong phạm vi chùm tia 2 tiến vào gần bờ là vùng sóng đổ, thông số sóng vùng này tính toán theo vùng sóng đổ Các giá trị thông số sóng từ vị trí này trở ra xa giữ nguyên giá trị của vùng sóng biến dạng

Kẻ đường song song với đường mực nước lan truyền sóng, cách một khoảng 9,51 m cằt đường đáy tại vị trí nào thì đó là vị trí sóng đổ lần đầu

Theo như tính toán được thì MNLTS = +2,43

m vậy cao trình sóng đổ lần đầu có cao trình là +2,43 – 9,51 = -7,08 m và có độ sâu so với MNTT là 1,8 – 7,08) = 8,88 m

(-4.2 Xác định thông số sóng đổ

4.2.1 Xác định chiều cao,chiều dài, độ vượt cao của sóng i%

4.2.1.1 Xác định chiều cao song đổ với suất bảo đảm 2%

Chiều cao sóng đổ hsur,i% được tính bằng cách nhân chiều cao sóng đổ hsur,1% với hệ số Ki tra trong bảng 2-11 giáo trình “Bài giảng Công trình bảo vệ bờ” Với i =2% ta tra được Ki = 0,96

+ Chiều cao sóng đổ hsur,1% xác định theo đồ thị 2.5 giáo trình “Bài giảng Công trình bảo vệ bờ” phụ thuộc

cr d

Độ lệch của đỉnh sóng so với MNTT được xác định theo

cr d

h

η =

⇒ηsur = 0,92.2,7=2,48 (m)

4.2.2 Độ sâu sóng đổ lần cuối và phân vùng mép nước

Độ sâu sóng đổ lần cuối khi độ dốc không đổi được xác định theo công thức :

cr

n u

d = − 1×

( 2-5)Với i = 0,045 tra bảng 2.8 ta được ku=0,37

Trong đó :

- n: Số lần sóng đổ thoả mãn lấy từ n=2,3,4 với điều kiện thoả mãn bất phương trình

43 , 0

43 , 01

n u

k k

Chon n=2 

2 2

2 1

0,37 1 0, 43 0,37 0,37 0, 43

Theo như tính toán được thì MNLTS = +2,43 m vậy cao trình sóng đổ lần cuối có cao trình là +2,43 – 3,51 = -1,08 m và có độ sâu so với MNTT là 1,8 – (-1,08) = -2,88 m

4.3 Xác định thông số sóng tại chân công trình

Do công trình chạy dài trên mặt bằng, đi qua các vùng sóng biến dạng, sóng đổ và sóng leo nên tải trọng sóng tác dụng lên các đoạn đê này khác nhau Mặt khác, địa hình đáy biển có độ dốc thay đổi, ta chia chiều dài đê thành 3 vùng tính toán là đầu đê (đoạn thẳng AB), đoạn thân đê ( BC) và đoạn gốc đê (CD) Trong mỗi đoạn thì lại được chia ra các phân đoạn nhỏ để tránh hiện tượng lún không đều, mỗi phân đoạn có độ dài từ 25 - 45m

4.3.1 Xác định chiều cao,chiều dài, độ vượt cao và trạng thái sóng i%

4.3.1.1 Xác định chiều cao, chiều dài, độ vượt cao trạng thái của sóng i%:

Ta tính với hai điểm :

Điểm phần đầu công trình có d = 5,19+2,43=7.62 m nằm trong vùng sóng biến dạng được phân vùng bởi chùm tia thứ nhất

Điểm giữa công trình có d = 4,09+2,43=6,52 m nằm trong vùng sóng đổ được phân vùng bởi chùm tia thứ hai

Tính thông số sóng biến dạng với d = 7,62 m và i = 0,045

0,135

d

d

λ =Chiều cao sóng biến dạng được xác định theo công thức:

d i l r t

Chiều cao sóng đổ được xác định bằng cách tra đồ thị 2-.5 theo các hệ số: d

cr

d

λ

và 2

sur

h

(m)

Chiều cao sóng đổ với suất bảo đảm 2%: hsur2%= hsur,1%.K2% =2,75.0,96 = 2,6 m

Chiều dài sóng đổ được xác định bằng cách tra đồ thị 2.6 theo d

d

λ

và đường cong bao trên.

h

η

→ ηc,sur = 0,78.3,7 = 2,89 (m) 4.3.1.2 Chiều cao sóng leo i=2%

- Chiều cao sóng leo hrun1% :

krun - hệ số lấy theo đồ thị 2.8 giáo trình “Bài giảng Công trình bảo vệ bờ”, với

1%

56, 23

23,62 2,38

d d

h

, tra đồ thị ta được: krun = 1,56

Bảng 4.3.1.2.1.1 Thông số sóng tại chân công trình

Phân đoạn công

trinh Độ sâu điểm chọn tính toán Chịu ảnh hưởng vùng sóng

Thông số sóng

(m)

η(m)

hi : chiều cao sóng tới với suất bảo đảm i%, hi phải lấy ở ngay vị trí bắt đầu nhiễu xạ

Chiều dài tính toán của sóng được lấy bằng chiều dài sóng khởi điểm ở cửa vào của khu nước Chiều dài sóng được lấy tại đầu đê = 40,48 (m)

Do hướng sóng chính tác dụng vào 1 đê nên ta tính toán nhiễu xạ qua 1 đê:

Hình 4.3.2.1.1 Nhiễu xạ qua 1 đê

if ,

1 1

d s

K

a

= +Trong đó:

5 3

ϕ - Góc hợp giữa biên khuất sóng và đập ϕ =1100=1,92 (radian)

β - góc hợp bởi BKS và tia tới điểm tính Nếu điểm tính nằm phía trong biên khuất sóng thì lấy dấu dương, nằm ngoài lấy dấu âm

BNX được xác định bằng khoảng cách từ BKS tương ứng theo công thức:

r l

ϕ

λ λ

λ

li - khoảng cách từ điểm cần vẽ thuộc BKS tới BNX

ri - Bán kính từ đầu đê tương ứng tới điểm tính

λ λ

- Chiều dài sóng được lấy tại đầu đê lấy bằng = 40,48 (m)

Để vẽ được BNX ta cần xác định ít nhất 2 điểm,kết hợp với 1 điểm đầu đê tương ứng, ta có kết quả tính toán như sau

Với điểm tính thứ 1 cách đầu đê r1=34,61 m:

3 3

l2=

86,2m

BNX

BKS

Tia t?i

R34

Hình 4.3.2.1.2 Sơ đồ sóng nhiễu xạ qua đê 1

Kết quả tính toán lập thành bảng sau:

Bảng 4.3.2.1.2.1 Xác định chiều cao song nhiễu xạ

Đầu đê(AB) 34.61 40.8 110 110 3.006 0.250 3.5 0.87

λ

Thân đê(BC) 144.5 40.8 110 82 7.472 0.118 3.5 0.41

Gốc đê(CD) 273 40.8 110 62 6.778 0.129 3.5 0.45

∇HWL : Mực nước trung bình của tháng cao nhất lấy = MNTT = 1,8

Với mỗi đoạn đê ta có được chiều cao sóng khác nhau, theo kết quả tính toán phần trên ta được:

run

h

Suy ra ∇đỉnh đê CD = 2,379 m

Để thuận tiện cho giao thông đi lại trên đê ta lấy cao trình đỉnh đê các đoạn bằng nhau, do đó

∇đỉnh đê = max(∇đỉnh đê AB, ∇đỉnh đê BC, ∇đỉnh đê CD) = 3,2 m

Cao trình thềm đá các đoạn đê lấy như sau:

+ Đoạn AB : ∇đệmAB = 2,43 - 1,25.3,5 = -1,945 m Chọn ∇đệmAB = -2 m

Được xác định theo công thức:

b = max(2HTK; 0,4dS)

Trong đó: HTK: chiều cao sóng thiết kế HTK (=h2% ; hsur2%; hrun2%)

dS: chiều sâu ngang trước thềm đá dS = MNTT- CTthềm đá

5.2 Xác định tải trọng lên tường đứng (theo Goda)

5.2.1 Xác định tải trọng sóng tới ( trị số áp lực p( kPa)).

Tải trọng sóng tới tới cho sóng đứng và sóng đổ theo Goda tính như sau:

Hình 5.2.1.1.1 Sơ đồ xác định tải trọng sóng tới tác dụng lên công trình.

Các giá trị trong hình được tính như sau:

* 2

- góc tới của sóng ( là góc giữa đỉnh sóng và mặt trước tường)

Hdesign - chiều cao sóng thiết kế tại chân công trình xác định ở trạng thái biển thiết kế Theo Goda nếu công trình nằm ngoài vùng xáo trộn (ngoài vùng sóng vỡ) thì chiều cao sóng tính toán lấy bằng 1,8Hs Nếu nằm bên trong vùng xáo trộn thì lấy chiều cao sóng lớn nhất tại khoảng cách 5Hs trước công trình ( có thể lấy bằng 2Hs)

hs - độ sâu nứơc tại chân công trình

h L

sh h L

π α

2

3

design b

L - chiều dài sóng tại độ sâu hb

hb - độ sâu nước cách tường khoảng 5Hs

design s

H h

H h

hC = CTDinh-MNTT=3,2-1,8=1,4 m

hW = CTDinh-CTthemdaAB= 3,2-(-2) = 5,2 m

Hình 5.2.1.2.1 Tải trọng sóng tới tai chân công trình đoạn đầu đê AB

5.2.1.3 Tải trọng sóng tới tại BC

Hình 5.2.1.3.1 Trọng sóng tới tại thân đê đoạn BC

5.2.2 Xác định tải trọng sóng nhiễu xạ ( trị số áp lực p (kPa)).

Tải trọng nằm ngang do sóng nhiễu xạ từ phía khu nước được che chắn phải xác định khi chiều dài tương đối của phân đoạn công trình

λ

≤ 0 , 8 l

Khi đó giá trị p(kPa) của biều đồ áp lực sóng tính toán có thể dựng cho 3 điểm cho 2 trường hợp

Hình 5.2.2.1.1 Tải trọng sóng nhiễu xạ.

a) Khi đỉnh sóng tới công trình – b) Khi chân sóng tới công trình.

5.2.2.2 Khi đỉnh sóng trùng với điểm giữa phân đoạn công trình.