Nghiên cứu xói cục bộ ở trụ cầu dạng phức hợp

PHẦN MỞ ĐẦU 1. Giới thiệu tóm tắt luận án Xói dưới cầu liên quan chặt chẽ đến chế độ dòng chảy trong sông, đến hiện tượng xói lở bờ ở khu vực xây dựng cầu, đến môi trường hai bên bờ sông, đến giá thành xây dựng công trình cầu qua sông Xói ở khu vực tr cầu là t hợp c a xói tự nhiên, xói chung và xói c c bộ; trong đó chiều sâu xói c c bộ là lớn nh t iệc dự tính chiều sâu h xói c c bộ tr cầu sẽ quyết đ nh một phần đến chiều sâu đặt móng tr cầu, đến giá thành công trình cầu iệc nghiên c u xói c c bộ tr cầu đ được người xây dựng công trình giao thông quan tâm t lâu Các nhà nghiên c u đ kiến ngh nhiều phư ng pháp khác nhau đ xác đ nh chiều sâu h xói c c bộ Các nghiên c u ban đầu ch yếu t p trung vào các tr cầu đ n, mặt c t ngang tr không thay đ i theo chiều cao tr Nhưng thực tế tr cầu thường có d ng ph c hợp g m thân tr , bệ c c và nhóm c c, vì v y trong những n m gần đây nhiều nghiên c u tiến hành đ i với tr cầu có các d ng ph c hợp như các tr cầu thực tế đang xây dựng và khai thác Trong lu n án này, tác giả tiến hành nghiên c u xác đ nh chiều sâu h xói c c bộ tr cầu ph c hợp, ngh a là tr cầu có đầy đ cả ba thành phần thân tr , bệ c c và nhóm c c trên đáy c ng và đáy cát Nội dung lu n án g m có 4 chư ng; phần mở đầu; kết lu n và kiến ngh ; ngoài ra còn có phần ph l c: + Phần mở đầu. + Chương I. T ng quan tình hình nghiên c u xói c c bộ tr cầu và tr cầu ph c hợp + Chương II C sở lý lu n và các giả thiết khoa h c trong nghiên c u xói c c bộ tr cầu và tr cầu ph c hợp + Chương III Thí nghiệm mô hình xói c c bộ tr cầu ph c hợp + Chương IV Nghiên c u xây dựng công th c dự tính xói c c bộ tr cầu ph c hợp.

Bộ giáo dục đào tạo Trường Đại học giao thông vận tải NGUYN NG PHểNG NGHIấN CU XểI CC B TR CU DNG PHC HP Luận án tiến sĩ kỹ thuật Hà Nội - 2016 B GIO DC V O TO TRNG I HC GIAO THễNG VN TI NGUYN NG PHểNG NGHIấN CU XểI CC B TR CU DNG PHC HP Ngnh: Mó s: K thut Xõy dng Cụng trỡnh giao thụng 62.58.02.05 LUN N TIN S K THUT NGI HNG DN KHOA HC: PGS.TS.TRN èNH NGHIấN PGS.TS NGUYN NGC LONG H NI - 2016 ii MC LC Trang DANH MC CC Kí HIU CH YU v DANH MC CC HèNH V, TH vii DANH MC CC BNG BIU ix PHN M U 1 Gii thiu túm tt lun ỏn Lý la chn ti Mc ớch i tng Phm vi nghiờn cu í ngha khoa hc v thc tin ca ti CHNG I TNG QUAN TèNH HèNH NGHIấN CU XểI CC B TR CU V TR CU PHC HP 1.1 Phõn loi xúi cc b 1.2 C ch xúi cc b tr cu 1.3 Cỏc thụng s nh hng n xúi cc b tr cu 12 1.3.1 nh hng ca hỡnh dng tr cu 12 1.3.2 nh hng ca sõu 12 1.3.3 nh hng ca cng dũng chy V/Vc hay V/Vox 14 1.3.4 nh hng ca bựn cỏt ỏy 17 1.3.5 nh hng ca hng dũng chy n tr 19 1.3.6 nh hng ca thi gian xúi 19 1.3.7 nh hng ca s Froude 19 1.4 Nghiờn cu xúi cc b tr cu phc hp 20 1.5 Nhn xột 30 1.5.1 i vi tr n 30 1.5.2 i vi tr cu phc hp 31 1.6 ỏnh giỏ chung 34 1.6.1 Nhng thnh tu ó t c 34 1.6.2 Cỏc cũn tn ti 35 iii CHNG II C S Lí LUN V CC GI THIT KHOA HC TRONG NGHIấN CU XểI CC B TR CU V TR CU PHC HP 37 2.1 Phng phỏp nghiờn cu c s dng lun ỏn 37 2.2 Phm vi nghiờn cu 37 2.2.1 i vi dũng sụng 37 2.2.2 i vi vt liu ỏy sụng 38 2.2.3 i vi tr cu 38 2.3 Lý thuyt phõn tớch th nguyờn 38 2.4 Lý thuyt tng t 42 2.5 Xúi cc b nhúm cc 44 2.5.1 C ch xúi cc b nhúm cc 46 2.5.2 Xúi cc b nhúm cc 46 2.6 Kt lun chng 47 CHNG III TH NGHIM Mễ HèNH XểI CC B TR CU PHC HP 49 3.1 Gii thiu mụ hỡnh thớ nghim 49 3.2 Thớ nghim tr cu phc hp trờn ỏy cng 52 3.2.1 Trỡnh t thớ nghim 52 3.2.2 Kt qu thớ nghim 56 3.2.3 Nhn xột kt qu thớ nghim 56 3.3 Thớ nghim tr cu phc hp trờn ỏy cỏt 56 3.3.1 Chun b v trỡnh t thớ nghim 56 3.3.2 Kt qu thớ nghim 57 3.3.3 Nhn xột kt qu thớ nghim 58 3.4 Thớ nghim nh hng cỏc thnh phn tr cu phc hp n h xúi 64 3.4.1 Chun b v trỡnh t thớ nghim 64 3.4.2 Kt qu thớ nghim 65 3.4.3 Nhn xột kt qu thớ nghim 65 3.5 Thớ nghim tr cu n dng trũn 66 iv 3.5.1 Trỡnh t v kt qu thớ nghim 66 3.5.2 Nhn xột kt qu thớ nghim 67 3.6 Nhn xột chng 74 CHNG IV: NGHIấN CU XY DNG CễNG THC D TNH XểI CC B TR CU PHC HP 77 4.1 Xúi phỏt trin theo thi gian 76 4.2 nh hng ca cỏc thnh phn tr cu n chiu sõu h xúi 77 4.3 Xõy dng biu thc d tớnh xúi cc b tr cu phc hp 83 4.3.1 Trng hp nhúm cc 83 4.3.2 Trng hp nhúm cc v b cc 92 4.3.3 iu kin v phm vi ỏp dng cụng thc kin ngh 98 4.4 o xúi cc b v ỏp dng cụng thc kin ngh tớnh xúi tr cu Vnh Tuy v Thanh Trỡ 4.4.1 Gii thiu chung v cu Vnh Tuy v Thanh Trỡ 4.4.2 o xúi thc t tr cu Vnh Tuy v Thanh Trỡ 99 98 100 4.4.3.p dng cụng thc kin ngh tớnh xúi tr cu Vnh Tuy v Thanh Trỡ 4.5 Kt lun chng IV 102 103 KT LUN 106 KIN NGH V NHNG NGHIấN CU TIP THEO 108 DANH MC CễNG TRèNH CễNG B CA TC GI 109 TI LIU THAM KHO 110 PHN PH LC 115 Ph lc chng 115 Ph lc chng 132 v DANH MC CC Kí HIU CH YU V T VIT TT bc b rng thõn tr, m; bpc b rng b cc, m; bpg b rng tr bú c theo hng vuụng gúc vi dũng chy, m; D b rng (ng kớnh) mt cc, m; d50 ng kớnh ht cú lng lt sng 50% theo trng lng, m; Fr - s Froude; g gia tc trng trng, m/s2; Hcc hay Hpc chiu cao cc, m; Hcol cao b cc so vi ỏy sụng, m; h sõu ca tr, m; hc chiu sõu xúi cc b tr cu, m; hc-n chiu sõu h xúi cc b chu nh hng ca nhúm cc, m; hc-nb chiu sõu h xúi cc b chu nh hng ca nhúm cc v b cc, m; j dc thy lc; Knb h s xột n nh hng ca cao ỏy sụng so vi nh b cc (Y/h) v b rng b cc (bpc/h); Lc chiu di thõn tr, m; Lf khong cỏch t mộp b cc n mộp thõn tr theo phng ngang tr, m; Lpc chiu di b cc, m; LU khong cỏch t mộp b cc n mộp thõn tr theo phng dc tr, m; m s hng ca cc; n s ct ca cc; S khong cỏch gia tim cỏc cc theo hng vuụng gúc vi dũng chy, m; vi Sh h s hỡnh dng tr; t thi gian l; V lu tc trc tr, m/s; Vc lu tc gii hn ca vt liu ỏy sụng, m/s; Vo lu tc khụng xúi, m/s; T chiu cao b cc, m; g - h s ng u ca ht cỏt; vii DANH MC CC HèNH V, TH Trang Hỡnh 0.1 Sp cu Bung (xó Phỳ Cn, huyn Krụng Pa, Gia Lai) Hỡnh 0.2 Cu Xúm n (Qung Ngói) b sp tr b phỏ hoi Hỡnh 0.3 Cu en bc qua sụng ni quc l 1A vi xó Gũ Ni, huyn in Bn b l lm sp cu vo ma nm 2010 Hỡnh 0.4 Cu La Oh (huyn Ch Ph, tnh Gia Lai) b sp l ma l lm rng tr gia ca cu Hỡnh 0.5 Mụ hỡnh tr cu phc hp Hỡnh 0.6 Tr cu Vnh Tuy Hỡnh 0.7 Tr cu Thanh Trỡ Hỡnh 0.8 Tr cu Cao Lónh Hỡnh 0.9 Tr cu Vm Cng Hỡnh 1.1 S dũng chy v h thng xoỏy quanh tr trũn 10 Hỡnh 1.2 S tớnh xúi tr cu phc hp theo HEC-18 21 Hỡnh 1.3 S thay i xúi cc b vi cao b cc ca tr cu phc hp 24 Hỡnh 1.4a S tr cu phc hp gm thõn tr, b cc v nhúm cc 27 Hỡnh 1.4b S tớnh ng kớnh tng ng tr cu TH1 27 Hỡnh 1.4c S tớnh ng kớnh tng ng tr cu TH v 27 Hỡnh 1.5 Tr cu phc hp theo C 32 102 95 29 Hỡnh 2.1 Mụ hỡnh thớ nghim tr cu phc hp 39 Hỡnh 2.2 S dũng chy v xoỏy dng múng nga h xúi cc thng hng v cc nm ngang 46 Hỡnh 3.1 S mt bng thớ nghim 50 Hỡnh 3.2 Chun b thớ nghim ti trng H Thy li 50 Hỡnh 3.3 o tc v ỏp sut 50 Hỡnh 3.4 u o lu tc v phn mm iu khin 50 Hỡnh 3.5 Phõn phi thnh phn ht 52 Hỡnh 3.6 S v trớ o lu tc 53 Hỡnh 3.7 Phõn phi lu tc tr cu phc hp trờn ỏy cng 56 Hỡnh 3.7 Phõn phi lu tc tr cu phc hp trờn ỏy cng (tip) 56 Hỡnh 3.8 Kt qu thớ nghim tr cu phc hp trờn ỏy cỏt 60 viii Hỡnh 3.8 Kt qu thớ nghim tr cu phc hp trờn ỏy cỏt (tip) 61 Hỡnh 3.8 Kt qu thớ nghim tr cu phc hp trờn ỏy cỏt (tip) 62 Hỡnh 3.8 Kt qu thớ nghim tr cu phc hp trờn ỏy cỏt (tip) 63 Hỡnh 3.9 Hỡnh nh h xúi 64 Hỡnh 3.10 Liờn kt b phn tr cu thớ nghim vi thnh mỏng kớnh 65 Hỡnh 3.11 S o tc xung quanh mụ hỡnh tr cu 67 Hỡnh 3.12 Thớ nghim xúi cc b tr cu n dng trũn 67 Hỡnh 3.13 nh hng ca sõu xúi tr n vi s Froude tr 70 Hỡnh 3.14 nh hng ca sõu xúi tr n vi s Reynold tr 71 Hỡnh 3.15 Phõn phi lu tc v trc dc h xúi trờn ỏy cỏt ca tr n 72 Hỡnh 3.15 Phõn phi lu tc v trc dc h xúi trờn ỏy cỏt ca tr n (tip) 73 Hỡnh 4.1 Xúi phỏt trin theo thi gian tr cu phc hp 77 Hỡnh 4.2 nh hng ca cỏc thnh phn tr cu n chiu sõu h xúi theo thớ nghim 79 Hỡnh 4.3 So sỏnh nh hng ca cỏc thnh phn tr cu phc hp n chiu sõu h xúi 79 Hỡnh 4.4 Quan h gia s liu TN v s liu tớnh theo cụng thc kin ngh (4.5) 86 Hỡnh 4.5 Quan h gia s liu TN v s liu tớnh theo cụng thc kin ngh (4.11) 95 Hỡnh 4.6 Cu Vnh Tuy 99 Hỡnh 4.7 Cu Thanh Trỡ 99 Hỡnh 4.8 Mt s hỡnh nh chun b o xúi cc b tr cu 100 Hỡnh 4.9 X lý tớn hiu o bng phn mm WinRiver 101 ix DANH MC CC BNG Trang Bng 0.1 Thng kờ cu b hng xúi ti M (1985ữ1995) Bng 2.1 Cỏc yu t thy lc ca lũng dn thớ nghim mụ hỡnh 45 Bng 2.2 Cỏc thụng s thớ nghim mụ hỡnh tr cu phc hp 45 Bng 3.1 Kt qu thớ nghim thnh phn ht 51 Bng 3.2 Cỏc trng hp thớ nghim tr cu phc hp trờn ỏy cng 53 Bng 3.3 Cỏc trng hp v kt qu thớ nghim xúi cc b tr cu phc hp trờn ỏy cỏt 59 Bng 3.4 Cỏc trng hp v kt qu thớ nghim xúi cc b cỏc thnh phn tr cu phc hp 66 Bng 3.5 Tng hp kt qu thớ nghim xúi tr cu n 68 Bng 4.1 nh hng ca cỏc thnh phn tr cu phc hp n chiu sõu h xúi 78 Bng 4.2 sõu h xúi theo kt qu thớ nghim v kt qu tớnh ca cỏc tỏc gi 80 Bng 4.3 So sỏnh nh hng ca cỏc thnh phn tr cu phc hp n chiu sõu h xúi theo kt qu thớ nghim v kt qu tớnh ca cỏc tỏc gi 81 Bng 4.3 So sỏnh nh hng ca cỏc thnh phn tr cu phc hp n chiu sõu h xúi theo kt qu thớ nghim v kt qu tớnh ca cỏc tỏc gi 82 Bng 4.4 S liu thớ nghim ca lun ỏn v ca Ata Amini v ccs (Hcc/h25%) 87 Bng 4.4 S liu TN ca lun ỏn v ca Ata Amini v ccs (Hcc/h 25%) (tip) 88 Bng 4.5 ỏnh giỏ cụng thc kin ngh (4.5) vi s liu thớ nghim (Hcc/h25%) 90 Bng 4.5 ỏnh giỏ cụng thc kin ngh (4.5) vi s liu thớ nghim (Hcc/h25%) (tip) 91 Bng 4.6 S liu thớ nghim ca lun ỏn v ca Ataie-Ashtiani (I) (Hcc/h[...]... ở các cầu đang khai thác Xu t phát t thực tế trên tác giả ch n đề tài nghiên c u: "Nghiên cứu xói cục bộ ở trụ cầu dạng phức hợp" với mong mu n làm sáng tỏ một phần các yếu t ảnh hưởng đến xói c c bộ tr cầu ph c hợp 5 A MAT BANG Dong chay C A C A-A Lf C-C bc LU Lf h Lc LU h bpg T L pg Hcol S D Hpc (coc) D Hình 0.5 Mô hình trụ cầu phức hợp Mục tiêu nghiên cứu 3 - Phân tích các yếu t ảnh hưởng đến xói. .. hưởng đến xói c c bộ ở tr cầu - Nghiên c u về thay đ i lưu t c xung quanh tr cầu ph c hợp - Phân tích ảnh hưởng c a thân tr , bệ c c và nhóm c c đến xói c c bộ tr cầu ph c hợp - Kiến ngh công th c dự tính chiều sâu h xói c c bộ tr cầu ph c hợp 6 (Tû lÖ : 1/200) Hình 0.6 Trụ cầu Vĩnh Tuy Hình 0.7 Trụ cầu Thanh Tr Hình 0.8 Trụ cầu Cao Lãnh Hình 0.9 Trụ cầu Vàm Cống Đối tượng nghiên cứu 4 - Nghiên c u tác... ph l c: + Phần mở đầu + Chương I T ng quan tình hình nghiên c u xói c c bộ tr cầu và tr cầu ph c hợp + Chương II C sở lý lu n và các giả thiết khoa h c trong nghiên c u xói c c bộ tr cầu và tr cầu ph c hợp + Chương III Thí nghiệm mô hình xói c c bộ tr cầu ph c hợp + Chương IV Nghiên c u xây dựng công th c dự tính xói c c bộ tr cầu ph c hợp 2 + Kết luận + Kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo + Phần... xác chiều sâu h xói c c bộ tr cầu có ý ngh a thực tiễn trong công tác xây dựng cầu 8 CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÓI CỤC BỘ TRỤ CẦU VÀ TRỤ CẦU PHỨC HỢP Xói c c bộ t i tr cầu theo các nhà nghiên c u là sự h th p c c bộ cao độ đáy sông quanh tr tính t đường xói chung Chiều sâu xói c c bộ ở tr là tr s quan tr ng không th thiếu đ đưa vào công th c xác đ nh chiều sâu đặt móng tr cầu qua sông... án Xói dưới cầu liên quan chặt chẽ đến chế độ dòng chảy trong sông, đến hiện tượng xói lở bờ ở khu vực xây dựng cầu, đến môi trường hai bên bờ sông, đến giá thành xây dựng công trình cầu qua sông Xói ở khu vực tr cầu là t hợp c a xói tự nhiên, xói chung và xói c c bộ; trong đó chiều sâu xói c c bộ là lớn nh t iệc dự tính chiều sâu h xói c c bộ tr cầu sẽ quyết đ nh một phần đến chiều sâu đặt móng tr cầu, ... (hoặc các bộ ph n c a tr cầu ph c hợp) là một tr 9 cầu đ n tư ng đư ng đ tính toán ì v y trong chư ng này, trước hết lu n án trình bày tóm t t về nghiên c u tr cầu đ n trên thế giới c ng như ở iệt Nam, sau đó lu n án đi sâu vào phân tích các nghiên c u về xói c c bộ tr cầu ph c hợp Phân loại ói cục b Khi tính xói c c bộ tr cầu cần phân biệt c chế xói nước trong và xói nước đ c vì cả hai lo i xói này... yếu t ảnh hưởng đến chiều sâu h xói dẫn đến kết quả có sự sai khác nhau và sai khác với thực tế ì v y việc nghiên c u xói c c bộ tr cầu và tr cầu ph c hợp vẫn là v n đề cần được tiếp t c nghiên c u sâu h n đ có một cái nhìn rõ h n về xói c c bộ tr cầu - Chiều sâu h xói c c bộ tr cầu quyết đ nh đến một phần nhiều đến chiều sâu đặt móng c a tr cầu, do v y sẽ quyết đ nh đến giá thành công trình cầu Như v... hiện cho tr cầu: - Hình d ng, kích thước tr ; - Điều kiện bề mặt tr và hình th c cản xói bảo vệ tr phòng ng a xói Như v y các yếu t ảnh hưởng đến xói c c bộ khá nhiều, nhiều yếu t không dễ đ nh lượng Do v y đ nghiên c u xói c c bộ các tác giả đ phải sử d ng nhiều giả thiết khác nhau nh h ởng c h nh dạng trụ cầu Hình d ng tr cầu có nhiều ảnh hưởng đến dòng chảy, tr cầu d ng m i vuông sẽ gây xói lớn, tr... K2 - hệ s điều chỉnh đ i với góc nghiêng α () c a dòng chảy K3 - hệ s điều chỉnh đ i với tình tr ng đáy sông K4 - hệ s điều chỉnh đ giảm bớt chiều sâu h xói c c bộ đ i với trường hợp đáy sông có bùn cát thô đường kính d50  2 và d9520mm làm thô hoá đáy h xói 1.4 Nghiên cứu ói cục b trụ cầu phức hợp Đ dự đoán chiều sâu xói c c bộ tr cầu ph c hợp, hiện nay có một s nghiên c u c a các tác giả như Parola... ng kê về sự c s p cầu trên thế giới c ng như ở iệt Nam, nguyên nhân s p cầu do xói dưới cầu chiếm một t lệ tư ng đ i lớn H n 85000 cầu b xói c c bộ nghiêm tr ng (Lagasse và ccs, 1995) 30 n m qua trong s khoảng 6000 cầu ở Mỹ được theo dõi đ có h n 1000 cầu b hư hỏng, 60% trong s đó là do xói c c bộ (Briaud và ccs, 1999) 86% trong s 577000 cầu là cầu vượt sông, trong đó trên 26000 cầu b hư h i có nguyên