Bài viết này cung cấp một cái nhìn tổng quan về các phương pháp tính toán chiều cao của sóng leo trên mái dốc khi mặt cắt mái dốc có dạng phức hợp. Phương pháp này được phát triển dựa trên nghiên cứu thực nghiệm và so sánh với các phương pháp khác của các nhà nghiên cứu trước đây.
CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TS Nguyễn Viết Trung, ThS Nguyễn Thị Bạch Dương (1009), Phân tích kết cấu hầm tường cừ phần mềm Plaxis, Nhà xuất GTVT, Hà Nội [2] Plaxis bv P.O Box 572, 2600 AN DELFT (2008), Plaxis 2D Manual, Netherlands [3] Plaxis bv P.O Box 572, 2600 AN DELFT (2013), Plaxis 3D Manual, Netherlands Người phản biện: PGS.TS Đào Văn Tuấn PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH CHIỀU CAO SĨNG LEO LÊN CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ DẠNG MÁI DỐC ANALYSIS OF METHODS FOR CALCULATING THE HEIGHT WAVE-RUN ON CONSTRUCTION SHORE PROTECTION SLOPE TYPE TS TRẦN LONG GIANG Khoa Cơng trình, Trường ĐHHH Việt Nam Tóm tắt Các cơng trình bảo vệ bờ dạng mái dốc ứng dụng phổ biến việc xây dựng kè bảo vệ bờ biển Chúng sử dụng để chắn sóng, bảo vệ bờ biển thường xây dựng bờ biển vùng nước mở Các nghiên cứu tác động tải trọng sóng lên cơng trình đầy đủ Các phương pháp tính tốn lựa chọn kết cấu cơng trình xây dựng rộng rãi Tuy nhiên vấn đề tính tốn cần xác định cách xác chiều cao sóng leo mái dốc mặt cắt mái dốc có dạng phức hợp chưa xem xét đầy đủ Bài viết cung cấp nhìn tổng quan phương pháp tính tốn chiều cao sóng leo mái dốc mặt cắt mái dốc có dạng phức hợp Phương pháp phát triển dựa nghiên cứu thực nghiệm so sánh với phương pháp khác nhà nghiên cứu trước Abstract Hydraulic structures sloping type are common in the practice of construction They are used as fencing, as shore protection and are usually located on the shores of open water areas The study of the interaction of these structures with external loads is long enough The methods of calculating developed these structures The main question in the calculation of these structures can be called high definition wave-run on a slope construction This article provides a brief survey of methods for calculating the height of the wave-run on slope structures for various purposes These methods were developed based on experimental studies The author examines the various solutions of this problem, obtained previously by various researchers Keywords: wave length, wave height, the construction of sloping type, height wave-run, construction shore protection Đặt vấn đề Cơng trình bảo vệ bờ xây dựng từ thời cổ đại Trong kỷ thứ trước công nguyên người La Mã xây dựng đập Caesarea , Israel để tạo bến cảng nhân 64 Hình Mặt cơng trình bảo vệ bờ Đồ Sơn - Hải Phòng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 tạo, coi cơng trình bảo vệ bờ Trong thời gian 2000 năm phát triển, giới xây dựng số lượng lớn cơng trình bảo vệ bờ, phổ biến kiểu cơng trình bảo vệ bờ mái nghiêng Trong năm gần đây, giải vấn đề xói lở bờ biển Việt Nam vấn đề quan trọng Một số khu vực bờ biển hàng năm có xói mòn dội khu vực Hà Tĩnh (đê biển dài khoảng 60 km), Nghệ An (đê biển dài 45 km), Hải Phòng (đê biển dài 18 km) Các kết cấu bảo vệ bờ Việt Nam chịu bão cấp 12 với chiều cao sóng vượt 5m trực tiếp tác động vào cơng trình bảo vệ bờ, dạng hỗn hợp kết cấu bảo vệ bờ gồm: bãi biển rộng 150 m, khu vực rừng ngập mặn rộng 500m, xây dựng kè bảo vệ bờ có mái dốc tỷ lệ 3,0 ÷ 3,5 kết cấu phủ mái dốc đá khối bê tơng (hình 1, 2) Hình Mặt cắt ngang kết cấu cơng trình bảo vệ tuyến đê biển khu Nam Đình Vũ - Hải Phòng Các phương pháp xác định chiều cao sóng leo Các phương pháp có để tính chiều cao sóng leo dựa cơng thức thực nghiệm Phù hợp với quy định có liên quan, chiều cao sóng leo lên dốc bảo vệ cố định phải xác định sở mơ hình vật lý tốn học Cơng thức xác định chiều cao sóng leo lấy theo thực nghiệm Н.Н Джунковским [1], dựa kết mơ hình vật lý với sóng có λ/h = mái dốc ctg = 1-4 Công thức đề xuất: hrun 3,2.kr tg.h (1) Trong đó: hrun - chiều cao sóng leo; λ - chiều dài sóng; h - chiều cao sóng; - góc nghiêng mái dốc; kr - hệ số độ nhám mái dốc Với trường hợp mái dốc (ctg=1–6) λ/h=10-20, sử dụng công thức thực nghiệm Б.А Пышкина, А.М Жуковца, А.Г Сидоровой [2]: hrun 0,23 tg.h kr h (2) Г.Г.Метелицына М.Э.Плакида tiến hành loạt thí nghiệm đề xuất 90° >>45°, sử dụng công thức sau [3]: hrun h ctg 2 h 2 h ctg (3 ) 45 (3) Trong tiêu chuẩn thiết kế cuả Liêng bang Nga [6] đề xuất xác định chiều cao sóng leo hrun góc nghiêng mái dốc ctg = 1.5 - 5.0 sau: hrun 2.kr h tg h Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải (4) Số 37 – 01/2014 65 CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 В.Л Максимчуком [4] đề xuất xác định chiều cao sóng leo hrun góc nghiêng mái dốc ctg = - 30 sau: hrun kr h cos h ctg 2 (5) Trong - Góc tới sóng Khi sóng bị vỡ mái dốc, Н.А.Хаитом [8] đưa công thức: hrun const.tg h.d (6) Từ công thức (6), З.А.Батьес [7] đề xuất công thức: hrun tg h h (7) d Khi chiều sâu khu nước phía trước d2h1% Г.Ф Красножоном đề xuất cơng thức tính [4]: hrun,1% kr k pkspkrunk h1% (8) Trong đó: kα - Hệ số xét tới góc đến sóng; kr kp - Hệ số độ nhám hệ số thấm mái dốc; ksp - hệ số xét đến tốc độ gió; krun - Hệ số sóng leo tương đối Khi mái dốc có thềm giảm tải, Г.Ф Красножоном [6] đề xuất cơng thức tính sóng leo sau: hrun Lrun,1%kLi%k kr k p h1%tg (9) Hình Sơ đồ xác định chiều cao sóng leo mái dốc Cơng thức B.C Шайтаном [4] chiều cao sóng leo mái dốc kè có thềm giảm sóng sau: hbr , run1% kbr , run1%hrun1% (10) Một nghiên cứu khác J.W.van der Meer [9,10] chiều cao sóng leo có kết cấu có thềm giảm sóng có cơng thức sau: hrun 1,75h.kr kb k 0 0,5 < kb0 < 1,8 (11) hrun hkr k (4,3 1,6 0 ) 1,8 < kb0 < 10 Trong đó: kbr,run - Hệ số gia tăng; kb - Hệ số xét đến ảnh hưởng thềm giảm sóng; k - Hệ số 66 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Hình Đồ thi xác định hệ số kbr Số 37 – 01/2014 CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 xét đến góc tới sóng; 0 - Hệ số sóng vỡ; 0 tan ; s - Độ dốc sóng s0 So sánh kết tính tốn theo số phương phương pháp áp dụng phổ biến Hình trình bày kết tính tốn chiều cao sóng leo kết cấu mái dốc có thềm giảm sóng với chiều rộng khác Các tính tốn thực ba phương pháp thường sử dụng (cơng thức 8,10,11) 02 04 06 08 Hình So sánh kết tính tốn theo ba phương pháp thường sử dụng phổ biến Từ hình cho thấy kết tính tốn theo ba phương pháp khác nhau, theo phương pháp tính tốn chiều cao sóng leo công thức (8) xác đinh ảnh hưởng chiều rộng thềm giảm sóng lên chiều cao sóng leo Cơng thức (11) cho kết chiều cao sóng leo lớn cơng thức (10) cho kết chiều cao sóng leo nhỏ Kết luận Để tính tốn chiều cao sóng leo kết cấu đê mái nghiêng có số phương pháp thiết kế, thơng số sóng leo xác định lý thuyết sóng tuyến tính phi tuyến tính, chủ yếu xét đến điều kiện mái dốc có độ dốc liên tục Trong trường hợp mái dốc có kết cấu phức tạp xu hướng áp dụng sử dụng mơ hình vật lý Tuy nhiên dùng cơng thức giải tích (11) để xác định chiều cao sóng leo, hệ số dùng cơng thức (11) cần xác định từ thực nghiệm, áp dụng vào toán cụ thể cần tiến hành bổ xung thí nghiệm để kết xác Việc xây dựng mái dốc phức hợp giải nhiều vấn đề như: giảm chiều cao đỉnh đê, tăng tính ổn định sườn dốc, tạo thẩm mỹ tốt cho cơng trình, tính tốn thiết kế kết cấu phức hợp khó khăn hơn, thực tế khơng có phương pháp đáng tin cậy để tính tốn xác định chiều cao sóng leo lên mái dốc phức hợp đòi hỏi chi phí đáng kể làm mơ hình vật lý Để khắc phục vấn đề cần nghiên cứu ứng dụng phương pháp số để xác định chiều cao sóng leo cho giảm chi phí làm mơ hình vật lý TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Джунковский H.H Действие ветровых волн на гидротехнические сооружения и берега М.: Стройиздат, 1940, С.161-163 [2] Пышкин Б.А О влиянии длины волны на высоту наката на откос Гидротехническое строительство 1957 №4, C72-81 [3] Максимчук В.Л Визначення висоти накачування хвиль на укоси пдротехничних споруд Сб «Комплексне використання водних ресурсов Украини» Вид АН УРСР, 1959, С.28-33 [4] Метелицына Г.Г., Плакида М.Э Волновое давление и высота наката волн на крутонаклонные стенки Сб «Вопросы гидротехники», вып 15 М.: «Речной транспорт», 1958 С.45-47 [5] Лаппо Д.Д., Стрекалов С.С., Завьялов В.К Нагрузки и воздействия ветровых волн нагидротехнические сооружения.Л : ВНИИГ, 1990 С 38-48 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 67 ... nhau, theo phương pháp tính tốn chiều cao sóng leo cơng thức (8) khơng thể xác đinh ảnh hưởng chiều rộng thềm giảm sóng lên chiều cao sóng leo Cơng thức (11) cho kết chiều cao sóng leo lớn cơng... Độ dốc sóng s0 So sánh kết tính tốn theo số phương phương pháp áp dụng phổ biến Hình trình bày kết tính tốn chiều cao sóng leo kết cấu mái dốc có thềm giảm sóng với chiều rộng khác Các tính toán... cho kết chiều cao sóng leo nhỏ Kết luận Để tính tốn chiều cao sóng leo kết cấu đê mái nghiêng có số phương pháp thiết kế, thơng số sóng leo xác định lý thuyết sóng tuyến tính phi tuyến tính, chủ