Mỏi nghiờng Phỳ Tõn – Cà Mau

Hỡnh 1 : Phối cảnh khụng gian đờ biển cú kết cấu ẳ trụ rỗng trờn đỉnh

Hỡnh 1.23 mỏi nghiờng Phỳ Tõn – Cà Mau

Trong nhiều trường hợp, hư hỏng đờ thường là hậu quả kết hợp của cả nhiều cơ chế và bắt đõ̀u bằng quỏ trỡnh xúi mỏi đờ, tức là khi mỏi đờ bị xúi đến mức độ nào đú thỡ sẽ gõy ra mất ổn định đờ.

30

a. Đờ biển Hiệp Thạnh - Trà Vinh b. Đờ biển Gành Hào – Bạc Liờu Hỡnh 1.24: Mặt cắt đờ biển mỏi nghiờng kết hợp tường đỉnh cú mũi hắt ở ĐBSCL

Hỡnh 1.25: Triều cường kết hợp với súng to, giú lớn làm nước biển tràn qua đờ biển Tõy tỉnh Cà Mau vào ngày 03/8/2019

Đối với giải phỏp đờ mỏi nghiờng cú tường đỉnh thỡ thường hạn chế về cao trỡnh đỉnh thấp và đó được khắc phục bằng một tường biển cú tải trọng nhỏ mà vẫn đảm bảo cao trỡnh đỉnh chống tràn. Tuy nhiờn, ngồi ưu điểm đó phõn tớch ở trờn về tường đỉnh thỡ giải phỏp vẫn tồn tại hạn chế đặc trưng của tường đứng đú là súng phản xạ. Súng phản xạ trước đờ sẽ gõy xúi cỏc mỏi đờ phớa biển và chõn cụng trỡnh. Ngoài ra, khi đờ biển cú tường đỉnh thấp, súng tràn tương tỏc vào mỏi đờ do năng lượng súng leo lớn nờn khi súng va vào tường đỉnh sẽ tạo ra súng bắn lờn cao (Hỡnh 1.27), kốm theo đú là giú bóo từ ngoài biển thổi vào với vận tốc giú khỏ lớn, khối nước tạo ra từ súng bắn sẽ dội trực tiếp vào mặt đờ với một động năng lớn làm hỏng mặt đờ và dẫn đến vỡ đờ.

31

a. Sụt lỳn đờ biển Nhà Mỏt – Bạc Liờu b. Lỳn đờ biển Trõ̀n Văn Thời – Cà Mau Hỡnh 1.26: Đờ biển hư hại, mất ổn định do nền yếu ở ĐBSCL

a. Súng tương tỏc tường đỉnh b. Hư hại tường đỉnh và mặt đỉnh đờ Hỡnh 1.27: Súng tương tỏc tường đỉnh tại Gành Hào, Bạc Liờu

Nhỡn chung đờ biển ĐBSCL trước đõy thường được xõy dựng với cao trỡnh đỉnh đờ tương đối thấp. Đến nay, để nõng cao cao trỡnh đỉnh đờ để thớch ứng với biến đổi khớ hậu nước biển dõng, đồng thời đảm bảo ổn định và khắc phục cỏc hạn chế 2 giải phỏp đờ biển hiện tại thỡ nhiệm vụ nghiờn cứu giải phỏp mặt cắt đờ biển đạt đủ cao trỡnh chống tràn và hạn chế súng phản xạ là cấp thiết và phù hợp với sự phỏt triển kinh tế xó hội khu vực.

1.4 Kết luận chương 1

Trong chương 1, tỏc giả đó tổng quan cỏc vấn đề nghiờn cứu liờn quan đến lĩnh vực

“súng tràn qua đờ biển và cỏc kết cấu rỗng” như: (1) tổng quan cỏc nghiờn cứu súng

tràn trờn thế giới và Việt Nam; (2) một số kết quả nghiờn cứu về kết cấu rỗng; (3) hiện trạng đờ biển ĐBSCL, nguyờn nhõn sự cố và giải phỏp khắc phục. Trờn cơ sở đú, tỏc giả đó khỏi quỏt và đưa ra một số kết luận nhất định trờn lĩnh vực nghiờn cứu như sau:

32

1. Cỏc nghiờn cứu về súng tràn qua đờ biển hiện nay thường được chia làm hai dạng mặt cắt chớnh để nghiờn cứu là mặt cắt đờ cú mỏi nghiờng và tường biển. Trong đú, với hỡnh dạng mặt cắt đờ biển cú kết cấu rỗng tại đỉnh trờn thế giới và Việt Nam còn hạn chế và chưa đề cập tới.

2. Với cỏc kết quả nghiờn cứu về kết cấu tiờu súng lỗ rỗng thường là cỏc kết cấu bờ tụng đỳc sẵn dạng khối lớn và được ỏp dụng phổ biến cho cỏc cụng trỡnh giảm súng xa bờ, đõy là giải phỏp cho phộp súng tràn qua lớn. Đối với cỏc nghiờn cứu về súng tràn qua kết cấu rỗng ứng dụng trực tiếp trờn mặt cắt của đờ biển, tường biển còn rất hạn chế. 3. Đỏnh giỏ được hiện trạng đờ biển khu vực ĐBSCL hiện nay đó và đang ỏp dụng là mỏi nghiờng, mỏi nghiờng cú nhỏm kết hợp tường đỉnh thấp cú mũi hắt hoặc khụng cú. Từ đú đó đỏnh giỏ được cơ bản nguyờn nhõn và cơ chế phỏ hoại như lỳn sụt nền đờ do tải trọng lớn trờn nền đất mềm yếu; súng tương tỏc với cụng trỡnh gõy ỏp lực, súng phản xạ và tràn lớn. Đồng thời phõn tớch được cỏc mặt còn hạn chế của cỏc mặt cắt, kết cấu đờ biển hiện trạng và cỏc tham số súng chi phối chủ yếu liờn quan đến phỏ hoại đờ như súng tràn, súng phản xạ...Để từ đõy giỳp tỏc giả định hướng đề xuất được một dạng mặt cắt ngang đờ biển và tham số chi phối hợp lý cho cỏc bước nghiờn cứu tiếp theo.

Như vậy, việc nghiờn cứu về mặt cắt ngang và súng tràn qua đờ biển cú kết cấu ẳ trụ rỗng trờn đỉnh là một hướng nghiờn cứu mới cõ̀n được thực hiện. Luận ỏn sẽ luận chứng nghiờn cứu cơ sở đề xuất được một dạng mặt cắt ngang đờ biển cú mặt cắt ẳ trụ rỗng trờn đỉnh phù hợp cho vùng ĐBSCL và nền đất mềm yếu. Đồng thời nghiờn cứu lý thuyết và tiến hành thớ nghiệm trờn mụ hỡnh vật lý để thiết lập cụng thức tớnh toỏn súng tràn qua đờ biển đối với dạng mặt cắt ngang đề xuất.

33

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ Lí THUYẾT VÀ DỮ LIỆU NGHIấN CỨU

2.1 Cơ sở lý thuyết nghiờn cứu súng tràn

2.1.1 Cỏc loại tràn

Súng tràn lờn mặt tường chắn súng và qua đỉnh thành dòng liờn tục (tương đối) thường được gọi là "chảy tràn". Ngược lại, súng bị phỏ vỡ tạo bọt trắng, dựng đứng trước cụng trỡnh và một phõ̀n bay ngược trở lại, một phõ̀n bắn qua đỉnh cụng trỡnh, tràn khụng liờn tục thỡ đõy gọi là súng tràn bắn hay gọi "súng bắn", xem Hỡnh 2.2. Súng bắn mạnh lờn cũng cú thể được tạo ra do giú tỏc động trực tiếp lờn đỉnh súng, đặc biệt khi súng phản xạ tương tỏc với súng tới để tạo ra súng đứng cục bộ nghiờm trọng thỡ súng bắn này hiện chưa được dự đoỏn bằng cỏc phương phỏp hiện nay. Tỏc hại của súng bắn sẽ ảnh hưởng tới cỏc hoạt động phớa sau cụng trỡnh, gõy ra cỏc nguy hiểm cục bộ ổn định cụng trỡnh. Với súng bắn nhẹ thỡ sự ảnh hưởng cú thể làm giảm tõ̀m nhỡn khi lỏi xe (quan trọng trờn đường cao tốc ven biển), và sẽ mở rộng phạm vi ảnh hưởng chẳng hạn như hư hại cõy trồng / thảm thực vật bảo vệ mỏi phớa trong đờ hoặc làm hư hỏng lớp mặt đường. Cỏc tỏc động của giú và quỏ trỡnh tạo ra súng bắn thường khụng được mụ tả đõ̀y đủ. Một số nghiờn cứu đó gợi ý rằng ảnh hưởng của giú trờn bờ đối với việc chảy tràn là nhỏ, nhưng dòng chảy tràn với lưu lượng (q) dưới 1 l/s trờn m cú thể tăng lờn đến 4 lõ̀n khi cú giú mạnh.

34

Hỡnh 2.2: Súng bắn qua tường chắn súng ở Margate, UK

2.1.2 Cỏc tham số chi phối súng tràn

Tham số chi phối súng tràn qua đờ biển được chia làm 2 nhúm chớnh là (1) tham số kết cấu hỡnh học của đờ biển và (2) tham số súng tỏc động. Thiều Quang Tuấn (2010) [47] đó tổng hợp và xõy dựng bảng tham số chi phối súng tràn như sau:

Bảng 2.1: Cỏc tham số chi phối súng tràn

Tham số ảnh hưởng Đơn vị Ký hiệu, định nghĩa Cỏc tham số kết cấu hình học của đờ

- Độc dốc mỏi đờ; độ dốc mỏi đờ quy đổi o (-) α; tan α - Độ lưu khụng đỉnh đờ (phớa trờn mực nước

tớnh toỏn)

m Rc

- Độ lưu khụng tương đối - Rc/Hs, d

- Cơ đờ: + Bề rộng cơ + Độ sõu cơ + Độ dốc cơ m m o Bc dc αc - Độ nhỏm mỏi đờ (mỏi kố) - f - Tường đỉnh: + Độ dốc mặt tường + Chiều cao tường

o

m

αw dw

- Độ sõu nước tại chõn đờ m df

35

Tham số ảnh hưởng Đơn vị Ký hiệu, định nghĩa Cỏc tham số súng

- Chiều cao súng ý nghĩa ở nước sõu m Hs0 hoặc Hm0,0 - Chiều cao súng ý nghĩa ở chõn đờ m Hsd hoặc Hm0, d

- Chu kỳ đỉnh (phổ) súng s Tp

- Chu kỳ đặc trung phổ khỏc s Tm-1,0, T1/3, Tm - Gúc (hướng) súng tới ở nước sõu/ở chõn

đờ

o 0, d

- Chiều dài súng nước sõu/ở chõn đờ m L0, L

- Độ dài/ngắn của đỉnh súng - s

Trong 2 nhúm tham số chi phối ở trờn, nhúm tham số súng là điều kiện tỏc động ngoại cảnh rất khú cú thể thay đổi nếu khụng xõy dựng cỏc cụng trỡnh giảm súng xa bờ phớa trước đờ. Chớnh vỡ vậy, cỏc nghiờn cứu về kết cấu mặt cắt đờ biển giảm súng tràn hiện nay đều định hướng về thay đổi cấu trỳc hỡnh học của đờ.

2.1.3 Cỏc tham số súng

Ngoài cỏc đặc trưng kết cấu hỡnh học cụng trỡnh thỡ cỏc tham số súng đặc biệt là tại chõn đờ chớnh là điều kiện tỏc động quyết định đến tớnh chất của súng tràn qua đờ.

Một số tham số đặc biệt là sự kết hợp giữa tớnh chất của cụng trỡnh và điều kiện tải trọng đú là chỉ số Irribaren hay còn gọi là chỉ số tương tự súng vỡ . Chỉ số Irribaren là thước đo độ dốc tương đối giữa mỏi đờ so với súng:

0m m tan S   =

Trong đú 0mlà giỏ trị chỉ số được tớnh với chu kỳ đặc trưng Tm (p khi được tớnh với chu kỳ đỉnh súng Tp), sm đặc trưng cho độ dốc của súng.

m0,d m 0 H L s =

36

Giỏ trị của  quyết định tớnh chất tương tỏc của súng với cụng trỡnh (loại súng vỡ khỏc nhau) và do đú cú ảnh hưởng đến tớnh chất của súng tràn. Trong nghiờn cứu súng tràn qua đờ, hai dạng súng vỡ thường gặp sau:

Hỡnh 2.3: Cỏc dạng súng vỡ: nhảy vỡ và dõng vỡ

Súng nhảy vỡ ( ≤ 2.0) thường gặp khi mỏi đờ tương đối thoải, còn súng dõng vỡ ( > 2.0) xảy ra khi mỏi đờ dốc (trong trường hợp này kết cấu súng hõ̀u như khụng bị phỏ vỡ). Súng nhảy vỡ cho tiờu hao năng lượng súng lớn nhất và vỡ vậy súng tràn qua đờ cũng giảm hơn so với trường hợp súng dõng vỡ.

2.2 Phương phỏp tớnh súng tràn qua cỏc mặt cắt đặc trưng

Trờn cơ sở tổng quan cỏc nghiờn cứu về súng tràn qua cỏc cụng trỡnh đờ/tường biển. Xột về hỡnh dạng mặt cắt sẽ cú 2 dạng mặt cắt cơ bản đú là mặt cắt mỏi nghiờng hỗn hợp và tường biển hỗn hơp.

Mặt cắt mỏi nghiờng hỗn hợp là mặt cắt mỏi nghiờng cú kết hợp cỏc kết cấu cơ đờ, hoặc tường đỉnh trờn đỉnh đờ (tường cú mũi hắt súng hoặc khụng). Đối với mặt cắt nghiờn cứu luận ỏn khi xột cú kết cấu ẳ trụ rỗng là tường trờn mỏi nghiờng gia cố thỡ cú hỡnh thỏi tương tự với mặt cắt mỏi nghiờng kết hợp tường trờn đỉnh.

Mặt cắt tường biển hỗn hợp là mặt cắt tường biển (cú mũi hắt súng hoặc khụng) đặt trờn lăng thể đỏ cú thềm phớa trước. Xột về hỡnh dạng và kớch thước thỡ mặt cắt đờ biển cú kết cấu ẳ trụ rỗng sẽ tương tự với mặt cắt tường biển hỗn hợp khi bỏ qua mặt cong. Để cú căn cứ lý luận và cơ sở so sỏnh đỏnh giỏ, định hướng nghiờn cứu súng tràn qua mặt cắt đờ cú kết cấu ẳ trụ rỗng trờn đỉnh. Tỏc giả sẽ trỡnh bày sõu về phương phỏp tớnh toỏn súng tràn qua 2 dạng mặt cắt tiờu biểu nờu trờn.

37

2.2.1 Phương phỏp tớnh súng tràn mỏi nghiờng và mỏi nghiờng cú tường đỉnh

Nhằm đỏnh giỏ độ tin cậy thớ nghiệm và so sỏnh lưu lượng tràn qua mặt cắt cú kết cấu ẳ trụ rỗng trờn đỉnh với từng mặt cắt mỏi nghiờng và mỏi nghiờng cú tường đỉnh. Tỏc giả đó kết hợp kết quả đo tràn và cụng thức tớnh toỏn lưu lượng tràn đặc trưng của hai dạng mặt cắt mỏi nghiờng và mỏi nghiờng cú tường đỉnh.

Với đờ mỏi nghiờng độ dốc 1:2 đến 1: 4, lưu lượng tràn trung bỡnh là [9]:

1.3 c 3 m0 f β 0 R 0.1035 exp 1.35 H γ γ m q gH       = −          (2.1)

trong đú, Hm0 chiều cao súng mụ men khụng, Rc độ cao lưu khụng trờn mực nước, f hệ số chiết giảm súng tràn do độ nhỏm mỏi,  hệ số chiết giảm do hướng súng tới.

Với đờ mỏi nghiờng cú tường đỉnh, lưu lượng tràn trung bỡnh là [10]: 1.3 * 3 0 0 0.09 exp 1.5 c m m R q H gH        = −       

Với * exp 0.56 wall c

h R

 = − 

  (2.2)

trong đú, * hệ số chiết giảm súng tràn của tường đỉnh, hwall chiều cao tường đỉnh.

2.2.2 Phương phỏp tớnh súng tràn qua mặt cắt tường biờ̉n

Cụng thức tớnh toỏn súng tràn qua tường biển hỗn hợp khi súng vỡ (Van der Meer, JW, Bruce T, 2014) [14] được nhắc lại như sau:

0.5 3 0.5 0 3 1,0 0 0 1.3 0.0014 m c m m m H R q d h h s H gH − −       =            với Rc/Hm0  1.35 (2.3) 0.5 0.5 0 3 1,0 0 0 1.3 0.011 m exp 2.2 c m m m H R q d h h s H gH −       =     −        với Rc/Hm0 < 1.35 (2.4)

Trong đú q là lưu lượng súng tràn trung bỡnh. Hm0 là chiều cao súng mụ men khụng, d là độ ngập nước thềm, h là độ sõu nước chõn cụng trỡnh, Rc là độ cao lưu khụng trờn mực nước tớnh toỏn, m0 m-1,0 2 1,0 H 1.56Tm s − = là độ dốc súng

2.3 Cơ sở lý thuyết về thớ nghiệm mụ hình vật lý

Từ kết quả tổng quan về nghiờn cứu súng tràn cùng với cơ sở khoa học nghiờn cứu súng tràn ở phõ̀n trờn, phương phỏp tiếp cận và nghiờn cứu súng tràn qua đờ biển nổi bật đú

38

là sử dụng mụ hỡnh vật lý mỏng súng thớ nghiệm. Chớnh vỡ vậy, trong luận ỏn sử dụng phương phỏp thớ nghiệm mụ hỡnh vật lý để nghiờn cứu về súng tràn qua mặt cắt đờ biển cú kết cấu ẳ trụ rỗng trờn đỉnh. Để hiểu rừ và ứng dụng hiệu quả tỏc giả trỡnh bày cơ sở sở khoa học về thớ nghiệm mụ hỡnh vật lý và định hướng thớ nghiệm luận ỏn nghiờn cứu ở cỏc phõ̀n sau đõy.

2.3.1 Lý thuyết tương tự và tỷ lệ mụ hỡnh

2.3.1.1 Tương tự về hỡnh học

Tương tự hỡnh học giữa mụ hỡnh (MH) và nguyờn hỡnh (NH) là tương tự về hỡnh dạng hỡnh học, do đú bất kỳ độ dài tuyến tớnh tương ứng nào thỡ nguyờn hỡnh và mụ hỡnh phải cú cùng tỷ lệ: 1 2 1 2 ... N N Nn l M M Mm l l l l = l = l = (2.5) Trong đú:

- lN1, lN2, …, lNn là cỏc độ dài tuyến tớnh của nguyờn hỡnh; - lM1, lM2, …, lMn là cỏc độ dài tuyến tớnh của mụ hỡnh; - l là hệ số tỷ lệ độ dài.

2.3.1.2 Tương tự về động học

Tương tự về động học là tương tự trạng thỏi chuyển động giữa mụ hỡnh và nguyờn hỡnh. Vận tốc, gia tốc tại bất kỳ tương ứng nào giữa mụ hỡnh và nguyờn hỡnh bắt buộc phải song song với nhau và cú cùng một hệ số tỷ lệ:

1 2 1 2 ... N N Nn U M M Mm U U U U =U = U = (2.6) 1 2 1 2 ... N N Nn a M M Mm a a a a = a = a = (2.7)

39

2.3.1.3 Tương tự về động lực học

Tương tự về động lực học là tương tự về lực tỏc dụng giữa mụ hỡnh và nguyờn hỡnh. Lực tỏc dụng tại bất kỳ tương ứng nào giữa mụ hỡnh và nguyờn hỡnh bắt buộc phải song song với nhau và cú cùng một hệ số tỷ lệ:

1 2 1 2 ... N N Nn f M M Mm f f f f = f = f = (2.8) Trong đú: f là lực tỏc dụng; f là hệ số tỷ lệ về lực.

Để cú được tương tự cơ bản về cỏc yếu tố súng, mụ hỡnh cõ̀n làm chớnh thỏi, luật tỷ lệ mụ hỡnh cõ̀n tuõn theo tiờu chuẩn Froude. F=V/(gL)0.5 (V là vận tốc súng; L là đường kớnh lỗ rỗng). Việc lựa chọn NV = Nt = (NL)0.5 theo phộp phõn tớch thứ nguyờn và định luật Buckingham  giỳp cho mụ hỡnh đảm bảo về chỉ số tương tự Froude tức là Fm =