Nghiên cứu sự ổn định của công trình bảo vệ bờ biển do ảnh hưởng của tải trọng độn

1 LỜI CẢM ƠN Qua thời gian nghiên cứu thực giúp đỡ bảo nhiệt tình giáo viên hướng dẫn thầy giáo, tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu ổn định công trình bảo vệ bờ biển ảnh hưởng tải trọng động” Tác giả xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn đến thầy hướng dẫn – PGS TS Nguyễn Hồng Nam tận tình bảo, hướng dẫn suốt thời gian học tập nghiên cứu để hoàn thành luận văn Lời cảm ơn xin gửi tới thầy cô giáo khoa Công trình thủy – Trường Đại Học Thủy Lợi thầy cô giáo giảng dạy truyền đạt kiến thức cho tơi Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn tới Ban Giám Hiệu phòng Đào tạo Đại học sau Đại học – Trường Đại Học Thủy Lợi giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Cuối xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới lãnh đạo Trung Tâm Nghiên Cứu Động Lực Cửa Sông Ven Biển Và Hải Đảo – Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt Nam nơi công tác, tạo điều kiện thời gian tinh thần giúp tơi hồn thành luận văn Với trình độ hiểu biết kinh nghiệm thực tế cịn hạn chế đồng thời đối tượng nghiên cứu cơng trình bảo vệ bờ biển nơi mà diễn biến thủy động lực phức tạp, ảnh hưởng trực tiếp đến cơng trình nên nội dung luận văn khơng tránh khỏi sai sót Tác giả mong nhận bảo đóng góp ý kiến thầy giáo q vị quan tâm Hà Nội, tháng năm 2012 MỤC LỤC CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH ĐÊ KÈ BIỂN 14 T T 1.2 Các dạng phá hoại bờ biển 15 T T 1.2.1.2 Tác động mực nước thuỷ triều nước biển mặn .16 T T 1.2.1.3 Tác động dòng chảy ven bờ .17 T T 1.2.1.4 Tác động sóng 17 T T 1.2.1.5 Các tác động hoá học 18 T T 1.2.1.6 Các tác động sinh vật .19 T T 1.2.2.1 Tác động tiêu cực hồ chứa đập ngăn sông 20 T T 1.2.2.2 Các tác động tiêu cực từ việc khai thác cát sỏi, khoáng sản 21 T T 1.2.2.3 Các tác động tiêu cực phá rừng ngập mặn chắn cát ven biển .21 T T 1.2.2.4 Các tác động tiêu cực khai hoang lấn biển 21 T T 1.2.2.5 Ảnh hưởng hệ thống kênh cống tiêu 22 T T 1.2.2.6 Ảnh hưởng hoạt giao thông thuỷ .22 T T 1.3.2 Các dạng cơng trình bảo vệ bờ biển 26 T T 1.3.2.1 Các dạng đê biển 26 T T 1.3.2.2 Cơng trình bảo vệ bờ biển cách ngăn cát, giảm sóng .29 T T 1.3.2.3 Cơng trình đê giảm sóng 30 T T 1.3.2.4 Hệ thống cơng trình phức hợp ngăn cát – giảm sóng .31 T T 1.3.2.5 Cơng trình ngăn cát – giảm sóng dạng tường đứng 32 T T 1.4 Các cố cơng trình thường gặp 34 T T 1.5 Tình hình nghiên cứu ổn định cơng trình đê kè biển .39 T T 1.5.1 Tình hình nước 39 T T 1.5.2 Tình hình ngồi nước 40 T T 1.6 Những thách thức nghiên cứu địa kỹ thuật .40 T T 1.7 Tóm tắt chương 41 T T CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH CƠNG TRÌNH ĐÊ KÈ BIỂN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG 42 T T 2.1 Khái quát tải trọng động tác dụng cơng trình đê, kè biển (sóng biển, động đất) 42 T T 2.1.1 Gió áp lực gió 43 T T 2.1.2 Các ngoại lực tàu gây 44 T T 2.1.3 Tải trọng sóng 45 T T 2.1.4 Động đất lực động đất 46 T T 2.1.5 Tải trọng dòng chảy 47 T T 2.2 Nguyên nhân, chế hình thành hậu tải trọng động 48 T T 2.2.1 Sóng – Tải trọng sóng 48 T T 2.2.1.1 Sóng – Các đặc trưng q trình truyền sóng gây tải trọng 49 T T 2.2.1.2 Tải trọng sóng đê mái nghiêng .55 T T 2.2.1.3 Tải trọng sóng tường ngầm cản sóng 57 T T 2.2.1.4 Tải trọng sóng tường cản sóng xa bờ 59 T T 2.2.1.5 Tải trọng sóng tường đứng liền bờ .63 T T 2.2.1.6 Tải trọng sóng mỏ hàn 64 T T 2.2.2 Động đất – Tải trọng động đất 65 T T 2.2.2.1 Sự hình thành động đất .65 T T 2.2.2.2 Các khái niệm liên quan tới động đất .68 T T 2.2.2.3 Hậu động đất 74 T T 2.3 Trạng thái giới hạn công trình 76 T T 2.3.1 Định nghĩa cơng trình đạt trạng thái giới hạn .76 T T 2.3.1.1 Tính tốn theo trạng thái giới hạn 76 T T 2.3.1.2 Tính tốn theo trạng thái giới hạn 77 T T 2.4 Các phương pháp phân tích ổn định cơng trình tác dụng tải trọng động .78 T T 2.4.1 Phương pháp phân tích động đất 78 T T 2.5 Giới thiệu số phần mềm phân tích 80 T T 2.6 Tóm tắt chương II 83 T T CHƯƠNG III PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CƠNG TRÌNH THỰC TẾ DƯỚI TÁC DỤNG TẢI TRỌNG ĐỘNG 84 T T 3.1 Giới thiệu cơng trình đê biển 84 T T 3.1.1 Vị trí địa lý 84 T T 3.1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo 86 T T 3.1.2.1 Đặc điểm địa hình chung .86 T T 3.1.2.2 Đặc điểm địa hình khu vực xây dựng cơng trình 87 T T 3.1.3 Đặc điểm địa chất 88 T T 3.1.3.1 Địa chất thủy văn 88 T T 3.1.3.2 Địa chất cơng trình 88 T T 3.1.4 Đặc điểm khí tượng thủy văn 91 T T 3.1.4.1 Đặc điểm khí tượng 91 T T a Mưa 91 T T b Nhiệt độ 91 T T c Độ ẩm .91 T T d Nắng 92 T T e Gió bão 92 T T 3.2 Số liệu đầu vào phục vụ tính tốn 94 T T 3.2.1 Số liệu thủy - hải văn 94 T T 3.2.1.1 Mực nước 94 T T 3.2.1.2 Các đặc trưng sóng tính tốn tải trọng sóng .94 T T 3.2.2 Số liệu địa chất 97 T T 3.2.3 Tải trọng động đất 99 T T 3.3 Mơ tốn 99 T T 3.3.1 Sơ đồ mô 99 T T 3.3.2 Kịch bản/ phương án mô .99 T T 3.3.3 Số liệu đầu vào .100 T T 3.3.4 Mơ hình vật liệu 100 T T 3.4 Kết mô thảo luận 100 T T 3.5 Tóm tắt chương 109 T T CHƯƠNG IV NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CƠNG TRÌNH ĐÊ BIỂN DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT 111 T T 4.1 Khái quát chung 111 T T 4.2 Các phương pháp đánh giá khả hóa lỏng 113 T T 4.2.1 Dự đốn hóa lỏng sử dụng phân cấp giá trị N 114 T T 4.2.1.1 Đánh giá dựa phân cấp 114 T T 4.2.1.2 Dự đốn hóa lỏng sử dụng giá trị N tương đương gia tốc tương đương 115 T T 4.3 Nghiên cứu tượng hóa lỏng cơng trình thực tế 122 T T 4.3.1 Sơ đồ mô 122 T T 4.3.2 Kịch bản/ phương án mô 122 T T 4.3.3 Số liệu đầu vào .122 T T 4.3.4 Mơ hình vật liệu 124 T T 4.4 Kết mô thảo luận .124 T T 4.4 Các biện pháp chống hóa lỏng .130 T T 4.4 Tóm tắt chương .131 T T CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 132 T T 5.1 Kết luận 132 T T 5.2 Kiến nghị 133 T T Tài liệu tham khảo 135 T T Phụ lục 1.Tính tốn tham số sóng thiết kế phục vụ thiết lập hàm tải trọng sóng 136 T T Phụ lục Thiết lập hàm tải trọng sóng đáy biển mái cơng trình 144 T T Phụ lục Hệ số ổn định trượt mái với phương án phân tích động đất cấp VIII (a max =0.3g) 148 T R R T DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình ảnh bão đổ từ Biển Đông vào miền Trung nước ta .16 TU T U Hình 1.2 Bong rộp bê tông han rỉ cửa van nước biển mặn 17 TU T U Hình 1.3 Sơ đồ sóng bình thường vỗ vào bờ biển (Lương Phương Hậu nnk, TU “Cơng trình bảo vệ bờ biển hải đảo”,NXB Xây dựng 2001, 87tr) .18 T U Hình 1.4 Sơ đồ sóng lớn gây xói lở bờ biển (Lương Phương Hậu nnk, “Cơng TU trình bảo vệ bờ biển hải đảo”,NXB Xây dựng 2001, 87tr) 18 T U Hình 1.5 Các hà bám vào tường cống Hải Hậu .19 TU T U Hình 1.6 Xói lở bờ biển Hải Hậu-Nam Định 20 TU T U Hình 1.7 Mặt cắt ngang đê biển mái nghiêng (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130TU 2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT) 26 T U Hình 1.8 Mặt cắt ngang đê biển dạng tường đứng (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130TU 2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT) 27 T U Hình 1.9 Mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp (một phần đứng, phần nghiêng) TU T U .28 Hình 1.10 Hệ thống mỏ hàn đê cản sóng bảo vệ bờ biển (Nguồn: Tiêu chuẩn TU 14TCN130-2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT) .29 T U Hình 1.11 Cấu tạo đê giảm sóng (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130-2002“Hướng dẫn TU thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT) 30 T U Hình 1.12 Hệ thống cơng trình phức hợp (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130TU 2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT) 31 T U Hình 1.13 Cơng trình cản sóng kiểu tường đứng (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130TU 2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT) 32 T U Hình 1.14 Cơng trình tường đứng kiểu cọc, cừ (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130TU 2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT) 33 T U Hình 1.15 Các cố cơng trình thường gặp 34 TU T U Hình 1.16 Các cố cơng trình thường gặp 35 TU T U Hình 1.17 Hư hỏng cơng trình đê biển sụt mái phía đồng xói chân đê phía TU biển 36 T U Hình 1.18 Hư hỏng cơng trình ổn định mái phía biển 36 TU T U Hình 2.1 Các đặc trưng sóng 49 TU T U Hình 2.2 Biều đồ áp lực sóng tính tốn lớn tác dụng lên mái dốc (14TCN130TU 2002) 55 T U Hình 2.3 Đồ thị để xác định phản áp lực sóng 57 TU T U Hình 2.4 Các biểu đồ áp lực sóng lên đoạn tường ngầm cản sóng 14TCN130TU 2002 58 T U Hình 2.5 Các biểu đồ áp lực sóng lên tường cản sóng thành đứng 14TCN130-2002 TU T U .62 Hình 2.6 Các biểu đồ áp lực sóng lên tường chắn sóng thẳng đứng sóng rút TU 14TCN130-2002 .63 T U Hình 2.7 Các biểu đồ áp lực sóng tác động lên mỏ hàn 14TCN130-2002 .65 TU T U Hình 3.1: Bản đồ vị trí vùng dự án 85 TU T U Hình 3.2: Sơ đồ vị trí cơng trình (ảnh chụp từ vệ tinh) .86 TU T U Hình 3.3 Mặt cắt ngang điển hình – cơng trình đê biển Trà Vinh 90 TU T U Hình 3.4 Hàm áp lực sóng đáy biển gốc tọa độ giả định 95 TU T U Hình 3.5 Dạng biểu đồ phân tải trọng sóng lên đê biển mái nghiêng (14TCN 130TU 2002) 95 T U Hình 3.6 Mặt cắt địa chất phục vụ phân tích ổn định cơng trình đê biển Trà Vinh 98 TU T U Hình 3.7 Hệ số ổn định mái phía biển – PA0A 101 TU T U Hình 3.8 Hệ số ổn định mái phía đồng –PA0A .101 TU T U Hình 3.7 Hệ số ổn định mái phía biển – PA0B 101 TU T U Hình 3.8 Hệ số ổn định mái phía đồng –PA0B 101 TU T U Hình 3.9 Hệ số ổn định mái phía biển –PA1 102 TU T U Hình 3.10 Hệ số ổn định mái phía đồng –PA1 102 TU T U Hình 3.11 Hệ số ổn định mái phía biển –PA2 .102 TU T U Hình 3.12 Hệ số ổn định mái phía đồng –PA2 102 TU T U Hình 3.13 Hệ số ổn định mái phía biển –PA3 .103 TU T U Hình 3.14 Hệ số ổn định mái phía đồng –PA3 103 TU T U Hình 3.15 Hệ số ổn định mái phía biển –PA4 .103 TU T U Hình 3.16 Hệ số ổn định mái phía đồng –PA4 103 TU T U Hình 3.17 Hệ số ổn định mái phía biển –PA5 .104 TU T U Hình 3.18 Hệ số ổn định mái phía đồng –PA5 104 TU T U Hình 3.19 Hệ số ổn định trượt mái phía biển theo thời gian so sánh phương án TU T U 106 Hình 3.20 Hệ số ổn định trượt mái phía đồng theo thời gian so sánh phương án TU T U 107 Hình 3.21 Hệ số ổn định trượt mái phía biển phía đồng so sánh phương án TU tính tốn có động đất .108 T U Hình 4.1a Phạm vi hóa lỏng (Uc > 3.5) .114 TU T U Hình 4.1b Phạm vi hóa lỏng (Uc < 3.5) 115 TU T U Hình 4.3 Hệ số bù giá trị N tương đương tương ứng với hàm lượng cỡ hạt TU nhỏ 118 T U Hình 4.4 Phương pháp hiệu chỉnh giá trị N hàm lượng hạt nhỏ số dẻo TU 120 Hình 4.5 Bản ghi gia tốc động đất cấp VI (a max =0.0491g) 123 TU RU U RU U T U Hình 4.6 Bản ghi gia tốc động đất cấp VIII (a max =0.3g) .123 TU RU U Hình 4.7 Các hàm tỷ số ứng suất cắt TU RU U T U Hình 4.8 Hàm tỷ số áp l ực nước lỗ rỗng dư .124 T U Hình 4.9 Vùng có khả hóa lỏng (PA1) 126 TU T U Hình 4.10 Vùng có khả hóa lỏng (PA2) 126 TU T U Hình 4.11 Vùng có khả hóa lỏng (PA3) 126 TU T U Hình 4.12 Vùng có khả hóa lỏng (PA4) 126 TU T U Hình 4.13 Vùng có khả hóa lỏng (PA5) 127 TU T U Hình 4.14 Vùng có khả hóa lỏng (PA6) 127 TU T U Hình 4.15 Vùng có khả hóa lỏng (PA7) 127 TU T U Hình 4.16 Vị trí điểm trích rút kết áp lực kẽ rỗng 128 TU T U Hình 4.17 Biến thiên áp lực kẽ rỗng điểm khảo sát (PA1, PA2, PA3) .128 TU T U Hình 4.18 Biến thiên áp lực kẽ rỗng điểm khảo sát (PA4, PA6) 129 TU T U Hình 4.19 Biến thiên áp lực kẽ rỗng điểm khảo sát (PA5, PA7) 129 TU T U Bảng PL1 Kết tính sóng nước sâu theo phương pháp Bretshneider 136 TU T U T U Hình PL1 Địa hình lưới tính tốn lớn TU T U TU tốn chi tiết Hình PL2 Địa hình lưới tính 141 T U Hình PL3 Kết trường sóng tính tốn với tốc độ gió 24m/s – Lưới tính lớn 142 TU T U Hình PL4 Kết trường sóng tính tốn khu vực ven bờ - Lưới tính chi tiết .143 TU T U Hình PL5: Hàm áp lực sóng đáy biển gốc tọa độ giả định 146 TU T U Hình PL6 Dạng biểu đồ phân tải trọng sóng lên đê biển mái nghiêng (14TCN 130TU 2002) 146 T U Hình PL7 Hệ số ổn định mái phía biển PA6 148 TU T U Hình PL8 Hệ số ổn định mái phía đồng PA6 148 TU T U Hình PL9 Hệ số ổn định mái phía biển PA7 148 TU T U Hình PL10 Hệ số ổn định mái phía đồng PA7 .148 TU T U DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số giải pháp bảo vệ bờ biển .23 TU T U Bảng 2.1 Hệ số k t .56 TU R U R2 T Bảng 2.2 Hệ số P tcl 56 TU RU U R2 U T Bảng 2.3 Hệ số K th 59 TU RU U R2 U T Bảng 2.4 Hệ số K W 59 TU R U R2 T Bảng 2.5 Hệ số k Zd 61 TU RU U R2 U T Bảng 2.6 Hệ số K α 64 TU R U R2 T Bảng Tính tốn áp lực sóng lên mái phía biển cơng trình đê biển Trà Vinh 96 TU T U Bảng 3.1 Chỉ tiêu lý lớp đất kè (Công ty TNHH tư vấn công nghệ TU kè bờ Minh Tác, 2009) 97 T U Bảng 3.2 Các kịch mơ ổn định cơng trình 99 TU T U Bảng 3.3 Kết tính tốn hệ số ổn định khả hóa lỏng 100 TU T U Bảng 4.1 Dự đoán đánh giá việc hoá lỏng lớp đất theo phạm vi I tới IV TU 121 T U 10 Bảng 4.2 Các kịch mơ hóa lỏng cơng trình đê biển Trà Vinh .122 TU T U Bảng PL2 Tính tốn truyền sóng ngồi khơi vào khu vực cơng trình 138 TU T U Bảng PL3 Kết tính tốn sóng khu vực cơng trình theo phương pháp giải tích TU sau 140 T U Bảng PL4 Kết tính tốn sóng sử dụng Mike 21SW (Mike DHI 2007, Đan TU Mạch) 142 T U Bảng PL5 Tính tốn áp lực sóng lên mái phía biển cơng trình đê biển Trà Vinh 147 TU T U 134 đạt được, bước đầu luận văn thể đầy đủ tượng liên quan đến ổn định cơng trình đê biển so với phương pháp truyền thống Trong thời gian ngắn, số kết nghiên cứu chưa thực chi tiết cần khắc phục nghiên cứu chuyên sâu thời gian dài Một số vấn đề cần tập trung bao gồm: - Hiện tượng hóa lỏng đáy biển khu vực cơng trình ảnh hưởng tải trọng sóng, vấn đề liên tục hay đứt đoạn vùng hóa lỏng, hóa lỏng điều kiện sóng biến động liên tục… - Liên hệ hóa lỏng cơng trình xói chân cơng trình điều kiện sóng hay vận chuyển bùn cát ven bờ - Mơ ổn định trượt mái cơng trình ảnh hưởng tải trọng sóng mực nước thời gian (VD: bão) với bước thời gian lớn (từng giờ) 135 Tài liệu tham khảo Tiếng Việt Bộ xây dựng (2006) TCXDVN 375:2006 Hướng dẫn thiết kế đê biển 14TCN 2002 Khoa KTBB – Trường ĐHTL Giáo trình “ Cơng trình bảo vệ bờ” Lương Phương Hậu Hoàng Xuân Lượng Nguyễn Sỹ Ni “Cơng trình bảo vệ bờ” Nhà xuất Xây Dựng (2001) Mạc Thị Ngọc Nguyễn Hồng Nam “Đánh giá tượng hóa lỏng tác dụng tải trọng động đất kè Sơn Tây” (2011) Nguyễn Hồng Nam Lê Văn Tâm Nguyễn Thái Hương Nguyễn Văn Kiều “Nghiên cứu khả hóa lỏng đê hữu Hồng động đất” (2011) PGT.TS Phạm Văn Giáp TS Nguyễn Ngọc Huệ ThS Đinh Đình Trường “Sóng biển cảng biển” Nhà xuất Xây Dựng (2004) Trần Văn Việt “Cẩm nang địa kỹ thuật” Nhà xuất xây dựng 2004 Tiếng Anh Jonh Krahn “Dynamic modeling with Quake/w” Kenji Ishihara & Akira Yamazaki “Analysis of wave induced liquefaction in seabed deposits of sand” Soil and foundations Vol.24 No 85- 100 Sept 1984 Japanese Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering Kramer S L 1996 Geotechnical Earthquake Engineering Prentice Hall The overseas coastal are development institute of japan “Technical Standards and commentaries for port and horbours facilities in japan” 136 Phụ lục 1.Tính tốn tham số sóng thiết kế phục vụ thiết lập hàm tải trọng sóng Tính tốn sóng khu vực cơng trình theo phương pháp giải tích Tính tốn sóng khu vực nước sâu 1.1 Cơng thức tính tốn sóng nước sâu theo phương pháp Bretshneider 𝑔𝑔𝑔𝑔𝑠𝑠 𝑤𝑤 𝑔𝑔𝑔𝑔𝑝𝑝 𝑤𝑤 𝑔𝑔ℎ 0.75 = 0.283 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡ℎ �0.53 � � 𝑤𝑤 � 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡ℎ 𝑔𝑔ℎ 0.375 = 2𝜋𝜋1.2 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡ℎ �0.83 � � 𝑤𝑤 𝑔𝑔ℎ 0.75 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 ℎ�0.53� � 𝑤𝑤 � 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡ℎ Trong 𝑔𝑔𝑔𝑔 0.42 0.0125� � 𝑤𝑤 (1.1) � 𝑔𝑔𝑔𝑔 0.25 0.077� � 𝑤𝑤 𝑔𝑔ℎ 0.375 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 ℎ�0.833� � 𝑤𝑤 (1.2) � Hs: Chiều cao sóng tính tốn (m) Tp: Chu kỳ sóng (s) D: Đà gió thiết kế (m) h: Độ sâu nước trung bình khu vực nước sâu (m) w: Vận tốc gió thiết kế (m/s) Bảng PL1 Kết tính sóng nước sâu theo phương pháp Bretshneider Tần Cấp w suất gió (m/s) 5% 1.2 Cao trình Mực D (m) 24 180000 đáy (m) -38.08 Độ nước(m) sâu(m) Hs (m) 1.92 Tính tốn truyền sóng vào khu vực cơng trình 40 4.68 Tp (s) 6.37 137 Khi sóng tiến từ vùng nước sâu vào vùng nước chuyển tiếp vùng nước nơng, sóng bị tác động yếu tố ma sát khối nước với đáy biển, hiệu ứng nước nông (khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ…) làm suy giảm lượng sóng Sự suy giảm ma sát với đáy biển biểu thị biểu thức 𝐾𝐾1 = �1 + 𝛽𝛽 Trong k: Số sóng, k=2π/Ls � −1 𝐻𝐻𝑠𝑠 ∆𝑥𝑥� 𝜔𝜔 � 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠ℎ 𝑘𝑘ℎ 𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔 𝛽𝛽 = 𝐶𝐶 3𝜋𝜋 𝑟𝑟 𝑛𝑛 = 2𝑘𝑘ℎ �1 + � 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠ℎ 2𝑘𝑘ℎ 𝑔𝑔𝑇𝑇 2𝜋𝜋ℎ 𝐿𝐿𝑠𝑠 = 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡ℎ 2𝜋𝜋 𝐿𝐿𝑠𝑠 Sự suy giảm sóng hiệu ứng nước nơng 1/2 Trong đó: 𝐶𝐶𝑔𝑔0 𝐾𝐾𝑠𝑠 = � � 𝐶𝐶𝑔𝑔 Ks gọi hệ số nước nông K số sóng h: độ sâu nước = (2𝑛𝑛 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡ℎ 𝑘𝑘ℎ)−1/2 138 Bảng PL2 Tính tốn truyền sóng ngồi khơi vào khu vực cơng trình TT X (m) 895.8 Zđáy ΔX (m) (m) -11.21 Hs (m) Ts (s) Ls (m) K1 Ks 4.00 5.8 49 0.923 55.2 840.6 -10.35 4.00 6.3737 56.448 0.999 3.99 6.3737 55.274 0.998 3.63 6.3737 53.389 0.9971 0.9131 3.31 6.3737 50.304 0.9959 0.9153 3.02 6.3737 49.396 0.9955 0.9172 2.77 6.3737 48.406 0.9962 0.9197 2.55 6.3737 47.374 2.37 6.3737 44.824 0.9966 0.9336 2.23 6.3737 43.251 0.9966 0.9419 2.10 6.3737 42.114 0.9952 0.9488 1.99 6.3737 41.891 0.9946 0.9502 80.2 760.4 -9.36 81.1 679.3 -8.01 71.5 607.8 -6.23 75.2 532.6 -5.78 58.9 473.7 -5.32 42.7 431 -4.87 0.997 0.923 36.3 394.7 -3.87 31.5 10 363.2 -3.32 40.4 11 322.8 -2.95 46.5 12 276.3 -2.88 139 39.2 13 237.1 -2.05 1.92 6.3737 39.044 0.9936 0.9708 1.86 6.3737 0.9947 0.976 1.83 6.3737 37.161 0.9945 0.987 1.77 6.3737 1.73 6.3737 37.989 0.9977 0.9796 1.70 6.3737 1.70 6.3737 34.783 0.9954 1.69 6.3737 34.783 0.9971 1.69 6.3737 34.375 0.9973 1.66 6.3737 29.812 0.9842 1.65 6.3737 32.112 0.9956 1.65 6.3737 31.1 14 206 -1.88 38.41 27.9 15 178.1 -1.56 29.4 16 148.7 -2 38.86 0.9955 0.9723 13.9 17 134.8 -1.77 31 18 103.8 -1.42 36.59 0.9938 0.9924 18 19 85.8 -1 11.2 20 74.6 -1 10 21 61.4 -0.91 29.91 22 31.49 -0.01 11.8 23 19.69 -0.44 24 13.69 -0.44 29.2 0.9978 140 Bảng PL3 Kết tính tốn sóng khu vực cơng trình theo phương pháp giải tích sau Tần suất (%) Chiều cao sóng(m) 5% Chu kỳ sóng (s) 1.65 Chiều dài sóng (m) 6.37 29.2 Tính tốn sóng khu vực cơng trình theo mơ hình tốn Mơ hình tính tốn: Mike 21 SW (Mike DHI 2007, Đan Mạch) Phương pháp tính tốn: - Tinh tốn sóng nước sâu với lưới tính tốn lớn - Sử dụng tham số sóng nước sâu tính tốn với lưới tính lớn làm đầu vào cho tính tốn với lưới tính chi tiết Địa hình lưới tính tốn - Lưới tính tốn lớn chọn với 32944 phần tử, độ phân giải khu vực ven biển Việt Nam 500 – 900m (Hình PL1) - Lưới tính tốn chi tiết chọn với 10774 phần tử, độ phân giải khu vực ven biển Trà Vinh khoảng 30 – 60m (Hình PL2) 141 Hình PL1 Địa hình lưới tính tốn lớn Hình PL2 Địa hình lưới tính tốn chi tiết 142 Điều kiện biên - Địa hình lưới tính tốn (Hình PL1, PL2) - Tốc độ gió tính tốn V=24m/s - Mực nước tính tốn h=+1.92m - Hệ số ma sát đáy với vùng khơi Kn=0.04, vùng gần bờ Kn=0.0005 Kết tính tốn Bảng PL4 Kết tính tốn sóng sử dụng Mike 21SW (Mike DHI 2007, Đan Mạch) Tham số Khu vực nước sâu Khu vực cơng trình Hs (m) 7.12 1.76 Tp (s) 11.16 8.2 Hình PL3 Kết trường sóng tính tốn với tốc độ gió 24m/s – Lưới tính lớn 143 Hình PL4 Kết trường sóng tính tốn khu vực ven bờ - Lưới tính chi tiết 144 Phụ lục Thiết lập hàm tải trọng sóng đáy biển mái cơng trình Trong q trình truyền sóng từ ngồi khơi vào khu vực cơng trình gây tải trọng, sóng điểm liên hướng truyền sóng ln chậm pha so với điểm trước Vì nghiên cứu hiện tại , giả thiết điểm g ốc tọa độ cách chân cơng trình mợt khoảng bằng lần chiều dài sóng (2L = 58.4 m), hàm ứng suất tác dụng dư ới đáy biển có dạng hàm điều hòa được thể hiện Hình 4, điểm liền sau gớc tọa đợ theo hư ớng truyền sóng về phía mái kè có d ạng hàm tải trọng chậm pha Phương trình hàm điều hòa của sóng có dạng: 𝐻𝐻 2𝜋𝜋 𝐹𝐹1 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐⁡ ( 𝑥𝑥 − 𝐿𝐿 Hàm áp lực sóng đáy biển có dạng: 2π Trong đó: F2 = Pocos⁡ ( x− L 2𝜋𝜋 𝑡𝑡) (2.1) 2π t) (2.2) 𝑇𝑇 H po = ρw g T cos h(2π h ) (2.3) L Hàm áp lực sóng đáy biển (1) giống với hàm áp lực sóng theo lý thuyết Airy cho vùng nước nơng ( “Sóng biển cảng biển” Phạm Văn Giáp nnk, nxb xây dựng, 2004) P ρg|z =−d H = d + cos Kx� (2.4) Trong đó: d độ sâu nước điểm tính tốn Trong cơng thức (2.4) nhận thấy áp lực sóng đáy biển tính thêm phần áp lực thủy tĩnh, nhiên tính điều hịa theo thời gian t Như sử dụng theo công thức (2.1) cho thấy ưu việt so với công thức (2.4) Lý thuyết Airy xây dựng giả thiết chất lỏng đồng nhất, không nén được, bỏ qua ảnh hưởng ma sát, đáy biển coi mặt phẳng nằm ngang, chấp nhận sóng điều hịa…những giả thiết chấp nhận kiểm nghiệm 145 thực tế sai số nằm giới hạn cho phép Đây cơng trình Airy coi cẩm nang sóng biển sở tảng cho việc xây dựng lý thuyết khác sóng ( “Sóng biển cảng biển” Phạm Văn Giáp nnk, nxb xây dựng, 2004) Do điểm gốc tọa độ chọn lựa cách chân cơng trình lần bước sóng, sau khoảng thời gian lần chu kỳ sóng (2Ts = 12.74 s) sóng truyền tới chân cơng trình gây tải trọng tác dụng lên mái kè với giá trị áp lực tính tốn theo tiêu chuẩn 14TCN 130-2002 thể Bảng PL5 Hình PL6 Cách chọn hệ tọa độ giả định không ảnh hưởng kết tính tốn xác định hàm điều hòa tất điểm, đặt đường cong biểu thị hàm tải trọng điểm lên hệ tọa độ đêcác xoy với trục biểu thị thời gian, trục biểu thị tải trọng từ xác định giá trị tải trọng thời điểm vị trí đáy biển có quan hệ khoảng cách so với hệ tọa độ giả định Cách tính hàm sóng nói được áp dụng giống đối với tất cả các phương án PA 1,2,3 với giả thiết sóng đều, dạng hàm tải trọng với vùng nước từ khơi trở vào bờ tải trọng sóng phụ thuộc tham số sóng (H, L, T), độ sâu h Bước thời gian PA1, PA2, PA3 1.59s, thời gian mơ 192.69s 146 Hình PL5: Hàm áp lực sóng đáy biển gốc tọa độ giả định P2 P3 P1 P4 Hình PL6 Dạng biểu đồ phân tải trọng sóng lên đê biển mái nghiêng (14TCN 1302002) 147 Bảng PL5 Tính tốn áp lực sóng lên mái phía biển cơng trình đê biển Trà Vinh Chiều cao sóng Hs (m) 1.65 Lφ 52.09 P2H (kN) 21.16 Chu kỳ sóng T (s) 6.37 L1 (m) 0.65 P3V (kN) 14.95 Chiều dài sóng Ls(m) 29.2 L3 (m) 1.38 P3H (kN) 44.86 Ls/Hs 17.7 L2 (m) 1.69 P4V (kN) 8.26 Hệ số Kt 1.79 L4 (m) 3.52 P4H (kN) 24.79 Hệ số Ks 1.01 Z2 0.5 Điểm đặt P1 1.58 Ptcl 1.63 Mực nước (m) +1.92 Điểm đặt P2 1.32 Pđ (kN/m2) P P 0.1Pđ (kN/m2) P P 48.94 P1V (kN) 4.03 Điểm đặt P3 1.09 4.89 12.09 Điểm đặt P4 0.53 P1H (kN) Độ sâu nước 0.4Pđ (kN/m2) P P 19.57 P2V (kN) 7.05 chân đê (m) 2.36 148 Phụ lục Hệ số ổn định trượt mái với phương án phân tích động đất cấp VIII (amax=0.3g) Hình PL7 Hệ số ổn định mái phía biển Hình PL8 Hệ số ổn định mái phía đồng PA6 PA6 Hình PL9 Hệ số ổn định mái phía biển Hình PL10 Hệ số ổn định mái phía đồng PA7 PA7 ... tài Nghiên cứu ổn định cơng trình đê, kè biển tác dụng tải trọng động (sóng động đất) 13 Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Tải trọng sóng đê biển mái nghiêng - Phân tích ổn định cơng trình đê biển. .. biển, bảo vệ bờ, bãi đáy đường cầu giao thông Cần ý tác biển động bất lợi chúng bảo vệ bờ biển, bãi đáy biển 11 Thảm cây, cỏ Bảo vệ mái dốc đê, bờ bãi biển cách thân 25 phận cơng trình bảo vệ. .. để ổn định khu vực bờ biển cơng trình khu vực Trong khn khổ luận văn ? ?Nghiên cứu ổn định cơng trình bảo vệ bờ biển tác dụng tải trọng động” Mục tiêu luận văn chủ yếu tập trung vào phân tích tải