Tính toán đê chắn sóng mái nghiêng

Xác định thông số sóng khởi điểm: - Xác định chiều cao, chu kỳ, chiều dài sóng trung Xác định thông số sóng tại chân công trình: - Xác định chiều cao, chiều dài, độ vượt cao, trạng thái

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MÔN HỌC

Môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Sinh viên: Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh

Ngày giao đề: 10/03/2015

Ngày nộp: 19/05/2015

Đề tài: Tính toán đê chắn sóng mái nghiêng

Mục đích: Xác định kích thước cơ bản của một phân đoạn đê chắn sóng máinghiêng:

- Cao trình đê;

- Kích thước chân khay, kích thước viên đá;

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

- Kiểm tra ổn định trượt cung tròn

I.Số liệu ban đầu

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;

STT Công việc Thời hạn

(tuần thứ) Thực hiện

4

Xác định thông số sóng khởi điểm:

- Xác định chiều cao, chu kỳ, chiều dài sóng trung

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 chân khay:

- Cao trình đỉnh đê;

- Cao trình chân khay;

- Kích thước chân khay

9

Xác định kích thước đê mái nghiêng:

- Xác định kích thước khối phủ bên trong và bên

- Xác định tải trọng lên đê mái nghiêng;

- Kiểm tra ổn định trượt phẳng

- Kiểm tra trượt cung tròn

2.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 làmbằng vi tính) bao gồm các phần theo trình tự sau:

- 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, khối bê tông đỉnh, 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,

3.Thưởng, phạt:

- Áp dụng tin học:

- Nộp sớm:

- Trình bày đẹp, đúng quy cách:

- Lý do khác:

a) Phạt: - Không áp dụng tin học:

- Chậm tiến độ:

- Trình bày xấu, không đúng quy cách:

- Lý do khác:

b) Đánh giá của giáo viên hướng dẫn:

Giáo viên hướng dẫn

Kt : hệ số tính đổi tốc độ gió sang điều kiện mặt nước

Khi xác định sơ bộ các thông số sóng thì giá trị của đà gió đối với vận tốc gió tínhtoán cho trước được xác định theo công thức:

w vis w

v K

(1-3)Trong đó:

1.2.1 Chuyển tốc độ gió sang điều kiện mặt nước

Tốc độ gió trên 10m so với mực nước trên biển:

t t f

1.2.2 Xác định đà gió

Giá trị của đà gió được xác định theo công thức:

w vis w

v K

Mực nước tính toán được lấy không lớn hơn :

1% (1 lần trong 100 năm) đối với công trình cấp I

5% (1 lần trong 20 năm) đối với công trình cấp II, III

10% (1 lần trong 10 năm) đối với công trình cấp IV

Chiều cao nước dâng do gió (∆hsét) được xác định qua quan trắc thực tế Nếu không

có số liệu quan trắc thực tế thì có thể xác định ∆hsét theo phương pháp đúng dần (coi độsâu đáy biển là hằng số)

b w set

w w w

h d

g

L v K

∆+

=

).5,0.(

2

(2-1)Trong đó: nước dâng do bão ∆hb được xác định:

n b

P h

w w w

h d

g

L v K

∆+

=

).5,0.(

2

Trong đó:

∆hb : Nước dâng do bão (chênh lệch áp suất).Do không xét đến ảnh hưởng của bãonên ∆hb = 0

γn = 1,025T/m3 : trọng lượng riêng của nước biển

∆hsét : nước dâng do nước dồn và bão

Lw = 162919 m : đà gió

vw = 30,69 m/s : vận tốc gió tính toán

d : độ sâu trung bình trên đà gió (d=20-25m)

Chọn d = 25 m

Kw : hệ số lấy theo bảng 2-5 với vw = 30,69m/s

Tra bảng kết hợp nội suy ta được:

Kw = 3,06.10-6

αw : Góc hợp của hướng gió với pháp tuyến đường bờ

Từ bình đồ 6 với gió hướng A ta xác định được αw = 330

Giải phương trình ta có:∆h set =1,56 m

2.2.2 Mực nước lan truyền sóng

∇ lan truyền sóng = ∇MNTT + ∆hsét = 0,5 + 1,56 = +2,06m

Chương 3

XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ SÓNG KHỞI ĐIỂM

3.1 Lý thuyết áp dụng

3.1.1 Thông số sóng trong vùng không ảnh hưởng của đường bờ

Chiều cao trung bình h d (m) và chu kỳ trung bình của sóng T(s) ở vùng nước sâuphải xác định theo đường cong bao trên cùng ở đồ thị 2.1 Căn cứ vào các gía trị của cácđại lượng không thứ nguyên

w V

gt

, 2

w V

gL

, 2

w V

gd

để xác định các trị số 2

w

d V

h g

và

w V

T g

, lấy các giátrị bé nhất tìm được để tính ra chiều cao và chu kỳ trung bình của sóng Thời gian gióthổi lấy bằng 21600s khi không có số liệu

Nếu điểm tra nằm ngoài vùng đồ thị thì chỉ tra trên đường cong bao trên và khẳngđịnh được sóng khởi điểm là sóng nước sâu, nếu điểm tra nằm dưới đường cong bao trênthì sóng khởi điểm là sóng nước nông

Khi tốc độ gió thay đổi dọc theo đà gió thì cho phép lấy h d theo kết quả xác địnhliên tiếp chiều cao sóng cho các đoạn có tốc độ gió không đổi

3.1.2 Thông số sóng trong vùng ảnh hưởng đường bờ

Hình dạng đường bờ được coi là phức tạp nếu tỷ số 2

đó các chướng ngại vật với góc mở ≤ 22,50 không cần xét đến

Đối với vùng mà thông số sóng hình thành do có sự ảnh hưởng của đường bờ thìthông số sóng khởi điểm h d , T sẽ được xác định theo cách sau:

- Lấy hướng gió chính

- Lấy thêm về hai bên ba tia (3 phương truyền sóng), góc hợp mỗi tia là 22,50

- Xác định đà gió theo mỗi tia : kéo dài các tia sao cho cắt đường bờ

Đà gió trên mỗi tia min[L1

L

Xác định Lni : hình chiếu của Li trên tia chính

Dựa vào chiều sâu trung bình di, Lni, thời gian gió thổi t xác định h i

4

2 4

2 3

2 3

2 2

2 2

2

25.1,

2

T g T

V

T g V

h g

w w

3.1.3 Chiều dài sóng khởi điểm

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

π

λ

.2

.T2

g

3.1.4 Chiều cao sóng với suất đảm bảo i%

Chiều cao sóng với suất đảm bảo i% trong hệ hd,i (m) phải xác định bằng cách nhânchiều cai trung bình của sóng với hệ số ki lấy từ hình 2.2 ứng với đại lượng không thứnguyên 2

L g

phải xác định theo đại

và đường cong bao trên cùng của hình 2.1

Hình 1.1 Đồ thị xác định chiều cao, chu kỳ sóng.

Các thông số của sóng với suất đảm bảo 1; 2; 4% phải lấy theo các hàm phân bốđược xác định theo các số liệu hiện trường, còn nếu không có hoặc không đủ các số liệu

đó thì lấy theo kết quả xử lý các bản đồ khí tượng Khi sóng khởi điểm là nước nông thìtra theo L, d sau đó lấy giá trị nhỏ nhất

3.1.5 Độ vượt cao của sóng

Độ cao của đỉnh sóng trên mực nước tính toán ηc (m) phải tính toán theo trị số

i

c h

đã cho, trong đó lấy d =0,5

λ với sóng nước sâu,

3.1.6 Phân vùng sóng khởi điểm

Khi đã xác định được tham số sóng khởi điểm có thể là sóng nước sâu, có thể sóngnước nông, ta cần xác định ranh giới của vùng sóng khởi điểm

Vẽ mặt cắt dọc theo phương của gió

- Nếu là sóng nước sâu lấy từ MNTT một đoạn

2

λ.

- Nếu là sóng nước nông : ranh giới của sóng khởi điểm là vùng độ dốc i < 0,001.(Trong trường hợp giá trị của suất bảo đảm nằm ngoài đường cong trên thì dùngphương pháp nội suy)

3.2 Áp dụng tính toán

3.2.1 Xác định chiều cao, chu kỳ, chiều dài sóng trung bình,chiều dài sóng khởi điểm

* Xác định chiều cao, chu kỳ, chiều dài sóng trung bình

Ta tính toán với trường hợp thông số sóng không nằm trong vùng ảnh hưởng củađường bờ

Do không có số liệu về thời gian gió thổi nên lấy t = 21600s

Chiều dài đà gió Lw = 162919m

g T

w

.0,029

2 2

*Chiều dài sóng khởi điểm

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

Vậy sóng tính toán là sóng nước nông

3.2.2 Phân vùng sóng khởi điểm.

Khi đã xác định được tham số sóng khởi điểm có thể là sóng nước sâu, có thể sóngnước nông, ta cần xác định ranh giới của vùng sóng khởi điểm

Vẽ mặt cắt dọc theo phương của gió

- Nếu là sóng nước sâu lấy từ MNTT một đoạn

2

λ;

- Nếu là sóng nước nông: ranh giới của sóng khởi điểm là vùng độ dốc i<0,001(Trong trường hợp giá trị của suất đảm bảo nằm ngoài đường cong trên cùng thìdùng phương pháp nội suy)

Dựa vào phần đã tính toán ở trên, ta có kết luận sóng khởi điểm là sóng nước nông,rang giới của sóng khởi điểm là vùng có độ dốc i<0,001

Chương 4

XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ SÓNG BIẾN DẠNG

4.1 Lý thuyết áp dụng

4.1.1 Chiều cao sóng biến dạng

Chiều cao sóng có suất đảm bảo i% ở vùng nước nông với độ dốc đáy ≥ 0,001 đượcxác định theo công thức:

d i l r t

ki : được xác định như sóng nước sâu

Hệ số biến hình kt lấy với đồ thị hình 4-1 theo đường cong l và tỷ số

Trong đó:

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 mộtđiểm cho trước ở vùng nươc nông (m)

Trên mặt bằng khúc xạ, các tia sóng ở vùng nước sâu phải lấy theo hướng lantruyền sóng đã được cho trước, còn ở vùng nước nông thì phải kéo dài các tia đó phù hợpvới sơ đồ và các đồ thị trên hình 4-2

chiều sâu khu nước) và độ dốc đáy i, khi i ≥ 0,03 thì kl = 1

4.1.3 Chiều dài sóng biến dạng

Bước sóng truyền từ vùng nước sâu vào vùng nước nông phải xác định theo đồ thịhình 4-3 từ các đại lượng

Hình 1.1 Đồ thị xác định λ và λsur

4.1.4 Độ vượt cao sóng biến dạng

Độ cao đỉnh sóng trên mực nươc tính toán ηc lấy theo đồ thị hình 4-4 dựa theo

4.2 Tính toán

4.2.1 Xác định chiều cao của sóng biến dạng

Vì sóng là sóng nước nông có độ dốc đáy ≥ 0,001 nên chiều cao sóng với suất đảmbảo i% được xác định theo công thức:

d i l r t

- Trơn hoá đường đồng mức

- Vẽ các đường đồng mức trung gian

- Xác định α (góc hợp giữa hướng sóng tới và pháp tuyến đường đồng mức trunggian)

- Xác định tỷ số:

d d

d d

λλ

Suất đảm bảo tính toán của chiều cao sóng trong hệ sóng được lấy theo bảng 2-1 Với

công trình dạng mái nghiêng thì i = 2% Tra đồ thị 2-2 với i = 2% ta có:

d g

ta được k2% theo bảng sau : Chiều cao sóng biến dạng được xác định trong bảng sau:

Bảng 1.2 Bảng xác định chiều cao sóng biến dạng H 2% tia 1,2

d g

k r k t k l k 2%(2) k 2% h d

(m)

h 2% (m)

1 14,56 0,21 224 2,04 0,152 0,945 0,925 0,923 2,05 2,04 2,78 4,58

2 9,56 0,13 275 2,04 0,1 0,853 0,92 0,878 2,00 2,00 2,78 3,83

3 5,56 0,08 332 2,04 0,06 0,776 0,95 0,84 1,98 1,98 2,78 3,41

4 3,31 0,05 335 2,04 0,03 0,773 1,025 0,795 1,93 1,93 2,78 3,38

4.2.2 Xác định chiều dài sóng biến dạng

Bước sóng truyền từ vùng nước sâu vào vùng nước nông tra theo đồ thị hình 2-6 với

Vậy để tính được chiều dài sóng tại các vị trí cần tính chiều cao sóng với suất bảo

đảm tại các vị trí theo công thức tính cho chiều cao sóng với suất bảo đảm 2% và các hệ

số Kti, Kri, Kli không đổi, chỉ thay K2% bằng K1% Tra đồ hình 2-2 với gL/Vw2 = 1697 ta

được K1% = 2,2

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

Bảng 1.1 Bảng xác định chiều cao sóng biến dạng H 1% tia 1,2

d g

k r k t k l k 1%(2) k 1% h d

(m)

h 1% (m)

4.2.3 Xác định độ vượt cao sóng biến dạng

Độ cao đỉnh sóng trên mực nước tính toán được lấy theo đồ thị 2-3 dựa trên các tỷ

Kết quả được tính toán như bảng sau:

Bảng 1.1 Bảng tính toán độ vượt cao của sóng tia 1,2

4.2.4 Phân vùng sóng biến dạng, vị trí sóng đổ lần đầu

Độ sâu tại vị trí sóng đổ lần đầu chính là vị trí mà di = dcri Ta tính toán như trong

bảng sau:

Để xác định chính xác độ sâu sóng đổ lần đầu, ta tiến hành vẽ các đường cong căn

cứ vào các số liệu tính toán của di và dcr Hai đường cong này cắt nhau ở đâu thì đó là giátrị dcr cần tìm

Hình 1.2 Vị trí sóng đổ lần đầu chùm tia 1

Kết quả tính toán cho vị trí sóng đổ lần đầu là tại vị trí có độ sâu d = 4,37m

1 1.89 2.78 3.67 4.56 5.45 6.34 7.23 8.12 9.01 9.9 1

3.9 6.8 9.7 12.6 15.5 18.4 21.3 24.2 27.1 30

Gia tri do sau song do lan dau theo huong 1

4.5 Độ vượt cao của sóng đổ

Độ lệch của đỉnh sóng so với MNTT được xác định theo đường cong bao trên cùngcủa đồ thị Hình 2-3/SGT

m h

η

η

Khi độ dốc đáy i > 0,05 thì lấy dcr = dcr,u.

Kẻ đường thẳng song song với mực nước lan truyền sóng, cách một khoảng dcr,u cắtđường đáy tại vị trí nào thì đó là vị trí sóng đổ lần cuối

Chương 5

XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ SÓNG TẠI CHÂN CÔNG TRÌNH

Để tính toán ta chia công trình thành 3 phần:

5.2 Xác định thông số sóng tại thân đê

Tính toán đối với phần thân đê nằm trong vùng sóng đổ

Độ sâu nước tại thân đê là d = 3,31m

Bảng 1.1 Chiều cao sóng đổ tại thân đê d

c s i h

η

=

H 2% ηc s, ur

5.3 Xác định thông số sóng tại gốc đê

Tính toán đối với phần gốc đê nằm trong vùng sóng đổ

Độ sâu nước tại gốc đê là d =2,06m

Bảng 1.1 Chiều cao sóng đổ tại gốc đê d

Cần xác định giá trị sóng nhiễ xạ dọc theo chiều dài đê Các thông số sóng tới tạichân công trình dừng để xác định vật liệu gia cố mặt ngoài còn các thông số sóng nhiễu

xạ dùng để xác định việc gia cố mặt trong Ngoài ra khi tính toán ổn định trượt, lật chocông trình thì cần thiết phải tiến hành xác định tổ hợp nguy hiểm nhất của sóng tới vàsóng nhiễu xạ

Nhiệm vụ chính trong quá trình tính sóng nhiễu xạ là xác định được hệ số nhiễu xạ

Hệ số nhiễu xạ được xác định tuỳ thuộc vào tính chất của sóng nhiễu xạ là nhiễu xạ qua 1

đê hay 2 đê chắn, điều này tuỳ thuộc vào hướng sóng và bình đồ tuyến đê Từ bình đồtuyến đê và hướng sóng đã tính toán, ta thấy sóng nhiễ xạ qua 1 đê (đê 2)

Chiều cao sóng nhiễu xạ hdif (m) trong khu nước được che chắn xác định theo côngthức: hdif = kdif.hi

Trong đó :

Kdif : hệ số nhiễu xạ

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

xạ

Công trình có hai đê nên ta tính toán cho trường hợp sóng nhiễu xạ qua hai đê

Sơ đồ tính toán sóng nhiễu xạ qua hai đê như sau :

Hình 1.1 Nhiễu xạ qua 2 đê.

l1 l2: Khoảng cách từ BKS đến BNX của các đê trên mặt cắt tính toán (mặt cắt tính

toán là đường tạo lên bởi các cung tròn bán kính r1, r2) và xác định theo công thức

r

λλ

- Vẽ tia sóng chính (chiều cao tia sóng trên tia chính là lớn nhất) Tia chính xác định bằngkhoảng cách từ BKS của đê có góc ϕ nhỏ theo công thức:

2

2 2

3

1

2 1

5

2

1 3

2 1

2 2 1 3

1

2 1

1

1,1

=

ϕ

ϕϕ

ϕ

ϕ

ϕϕ

ϕϕ

th

th th

r th

r

th

th th

th r r th

r b

x

- Xác định giao điểm của tia chính và đường mặt sóng (điểm B)

- Hệ số ϕc được xác định theo công thức:

Trong đó: k dif s, - hệ số nhiễu xạ tính cho điểm A, giống như trường hợp 1 đê, lấy

đê mà điểm A nằm trong vùng khuất sóng, nếu A nằm ngoài BKS của cả hai đậpthì có thể lấy 1 đập bất kỳ để tính Giá trị của nó được xác định theo công thức: ,

11

dif s k

a

=+

r th

r th a

ϕ - góc hợp giữa BKS và đập

β - góc hợp giữa BKS và tia tới điểm tính (ϕ, β - radian)

Khi a≤0 thì lấy k dif =1

Các đại lượng trong công thức được thể hiện trong hình vẽ sau:

Kết quả tính toán lập thành bảng sau:

Bảng 1.1 Chiều cao sóng nhiễu xạ

Theo quy phạm Nhật Bản, cao trình đỉnh đê được xác định theo công thức:

∇đỉnh đê = 0,6 H1/3 + ∇HWL

Trong đó:

∇HWL: mực nước trung bình của tháng cao nhất (+0.5m)

H1/3 : chiều cao sóng có ý nghĩa được xác định theo công thức: H2% = 1,68.H1/3

Bảng 1.1 Cao trình các vị trí của đê.

Vị trí công trình h 2% MNTK

Vậy chọn cao trình đỉnh đê là : ∇đỉnh đê = 1.71m

6.2 Xác định kích thước khối phủ bên trong và bên ngoài

Trọng lượng khối phủ Tentrapode theo công thức Hudson là:

3 3

1

b d

H W

γγγ

+W: Trọng lượng khối phủ.

+ γb = 2,4 T/m3: Trọng lượng riêng của khối phủ

+ γ = 1,025 T/m3: Trọng lượng riêng của nước

Dựa vào các thông số ở trên ta có bảng sau

Bảng 1.1 Tính toán trọng lượng khối phủ.

W K n r

Trong đó:

+ n = 2: Số lớp

+ KΔ: hệ số, tra bảng 4-20/SGT, ta có KΔ = 1,04

+ W: trọng lượng khối phủ

+ Wa = 2,4 T/m3: Trọng lượng riêng của khối phủ

Bảng 1.1 Chiều dày khối phủ.

Trọng lượng của viên đá lớp lót có thể lấy bằng 1/10 trọng lượng khối phủ

Kích thước của một viên đá lớp lót phải đảm bảo sao cho không bị trôi ra ngoài lớpphủ bởi sóng hoặc dòng chảy