Cơ sở lựa chọn cỏc tham số và kịch bản thớ nghiệm

7. Cấu trỳc của luận ỏn

2.4 Cơ sở lựa chọn cỏc tham số và kịch bản thớ nghiệm

2.4.1 Lựa chọn loại mặt cắt nghiờn cứu

Hiện nay, giải phỏp xõy thờm cỏc tường đứng (cú hoặc khụng mũi hắt súng) trờn đỉnh khỏ phù hợp để khắc phục nhược điểm địa chất nền mềm yếu khi muốn nõng cao trỡnh đỉnh đờ và việc xõy dựng thờm tường đỉnh kết hợp với mỏi nghiờng hiện cú để tạo nờn mặt cắt đờ biển hỗn hợp. Đõy là giải phỏp được xõy dựng phổ biến trờn thế giới với sự kết hợp và bổ trợ của mỏi nghiờng, tường đứng. Mỏi nghiờng là giải phỏp ưu điểm trong giảm súng phản xạ, súng leo nhưng lại cú diện tớch mặt cắt lớn, tải trọng bản thõn cao. Còn tường đứng ưu điểm mặt cắt nhỏ gọn, tải trọng thấp, giảm súng tràn, nhưng nhược điểm là tạo súng phản xạ lớn. Nờn sự kết hợp 2 giải phỏp sẽ tạo ra mặt cắt mỏi nghiờng hỗn hợp để ứng dụng khả thi trong xõy dựng cụng trỡnh đờ biển. Theo thống kờ năm 2019 – Viện Thủy cụng [48] (Bảng 2.2) hiện đang cú hơn 30 km đờ biển đang ứng dụng giải phỏp đờ mỏi nghiờng hỗn hợp. Mặt cắt điển hỡnh là mỏi nghiờng với cỏc kết cấu giảm súng mỏi kết hợp tường mũi hắt Hỡnh 1.24.

Bảng 2.2: Thống kờ cụng trỡnh đờ mỏi nghiờng hỗn hợp ở ĐBSCL [48] Tỉnh Vị trớ Cấp cụng trỡnh Thời gian xõy dựng Zđ (m) L (m) Tiền Giang Xó Tõn Điền- Gũ Cụng Cấp II 1999-2017 4.2 5820 Bờ biển du lịch Tõn Thành cấp III 2007 4.0 330

Bến Tre Cồn Ngoài- Bảo Thuận- Huyện Ba tri cấp III 2016 3.5 180

Trà Vinh

Khu vực bờ biển xó Hiệp

Thạnh Cấp III 2010-2016

3.5

2015 Khu vực Bờ biển xó Trường

Long Hũa. cấp III 2012-2017

3.5

3600

47 Tỉnh Vị trớ Cấp cụng trỡnh Thời gian xõy dựng Zđ (m) L (m)

Huyện Cù Lao Dung cấp III 2006 3.5 1600

Bạc Liờu

Gành Hào đoạn G1, huyện

Đụng Hải, tỉnh Bạc Liờu Cấp III 2002-2005 3.5 2630 Nhà Mỏt, thành phố Bạc Liờu, tỉnh Bạc Liờu Cấp IV 2007-2010 2.86 639 Cà Mau Rạch Bàu Nhỏ đến kờnh Hai Thiện Cấp IV 2008-2011 3.20 1250 Phớa nam Hòn Đỏ Bạc Cấp IV 2006-2009 3.20 360

Kiờn Giang

Thành phố Rạch Giỏ Cấp IV 2012 3.00 6238 Thành phố Hà Tiờn Cấp IV 2014 3.20 5250 Trờn cơ sở thống kờ mặt cắt đờ biển hiện trạng ở trờn, nghiờn cứu sinh lựa chọn 2 mặt cắt đờ biển để so sỏnh với mặt cắt nghiờn cứu đề xuất là mặt cắt mỏi nghiờng và mỏi nghiờng cú tường đỉnh, và cao trỡnh đỉnh lựa chọn thớ nghiệm là +3.5m cho tất cả cỏc mặt cắt kết cấu khỏc nhau. Tõ̀n suất điều kiện mực nước, súng cực trị là 3,33% tương ứng cụng trỡnh cấp IV như cỏc đờ hiện trạng khu vực.

2.4.2 Lựa chọn độ sõu nước và độ dốc bói thớ nghiệm

Khu vực ven biển đồng bằng sụng Cửu Long được nghiờn cứu trong luận ỏn cú điều kiện hải văn bởi hai vùng mang đặc trưng khỏc nhau là triều biển Đụng và triều Biển Tõy.

Thủy triều vùng ven biển Đụng cú chế độ bỏn nhật triều khụng đều (hai lõ̀n lờn, hai lõ̀n xuống trong ngày), mực nước của hai đỉnh và hai chõn triều khụng bằng nhau. Thủy triều biển Đụng cú biờn độ lớn, ở dọc bờ biển cú biờn độ từ 2,5 3,5m. Xu thế thủy triều ven biển Đụng là từ Vũng Tàu đến Gành Hào biờn độ triều tăng lờn nhưng thời gian xuất hiện đỉnh triều chậm dõ̀n. Thủy triều biển Đụng cú chu kỳ triều ngày, chu kỳ thỏng, chu kỳ năm và chu kỳ nhiều năm. Mỗi thỏng cú 2 kỳ triều cường và 2 kỳ triều kộm. Triều cường mực nước đỉnh triều đạt cao nhất và chõn thấp nhất xảy ra vào cỏc

48

ngày khụng trăng và trăng tròn. Triều kộm (đỉnh thấp chõn cao) xảy ra vào cỏc ngày thượng huyền và hạ huyền (khoảng ngày 7 và 23 õm lịch).

Thủy triều ven biển Tõy thuộc loại hỗn hợp thiờn về nhật triều. Trong ngày cú 2 đỉnh, 2 chõn triều nhưng những dao động lớn hoàn toàn chiếm ưu thế và thiờn về nhật triều. Cú nghĩa là 2 đỉnh chờnh lệch nhau đỏng kể nhưng 2 chõn xấp xỉ nhau. Biờn độ triều nhỏ chỉ khoảng từ 0,7-1,0 m. Dạng triều này cú thời gian duy trỡ mực nước thấp dài nờn tạo ra việc tiờu thỏo nước thuận lợi. Trong thỏng, mực nước cao nhất lờn cao vào ngày súc vọng (15 õm lịch), xuống thấp vào những ngày thượng, hạ huyền biờn độ khoảng 0,2 - 0,5 m. Mực nước thấp nhất khụng cú chu kỳ rừ rệt vỡ dao động hai đường bao chõn nhỏ. Trờn cơ sở điều kiện hải văn (súng, mực nước ...) tại hai vị trớ nghiờn cứu đại diện đặc trưng biển Đụng và Tõy ở đồng bằng sụng Cửu Long và để tổng quỏt húa được cỏc đặc trưng trong thớ nghiệm mụ hỡnh vật lý, điều kiện mực nước thỡ việc xỏc định qua thụng số độ sõu nước (h), là một tham số quan trọng trong tớnh toỏn súng tràn qua đờ biển. Theo thống kờ về cấp cụng trỡnh thiết kế đờ biển khu vực nghiờn cứu Bảng 2.1 ở trờn, cấp cụng trỡnh từ cấp IV tới Cấp III qua đú xỏc định được tõ̀n suất thiết kế tương ứng 3.33% tới 2%. Trờn cơ sở tõ̀n suất thiết kế dựa vào bảng giỏ trị mực nước ven bờ đoạn từ Cõ̀n Giờ (Thành phố Hồ Chớ Minh) tới Kiờn Giang tại Phụ lục B TCVN 9901, tra cứu dữ liệu mực nước nghiờn cứu Bảng 2.3 sau.

Bảng 2.3: Tổng hợp độ sõu nước nghiờn cứu

STT Vựng Biển

Mực nước Cao trỡnh bói Độ sõu nước

Min Max Min Max Min Max

1 Biển

Tõy +0.7 +1.8 -0.5 -1.5 1.2 3.3

2 Biển

49

Với cao trỡnh bói khu vực từ 0 tới -1.5 từ bảng 2.2 thỡ độ sõu nước khu vực từ 1.2 tới 4.1m. Với độ sõu nước nờu trờn để đảm bảo tổng quỏt được khu vực và khả thi đỏnh súng trong mỏng thớ nghiệm thỡ độ sõu nước lớn cõ̀n hơn 15cm và tạo súng nhỏ nhất 10cm (trong mỏng súng), đồng thời cỏc giỏ trị chẵn trong mụ hỡnh trỏnh sai số nờn độ sõu nước lựa chọn thớ nghiệm cỏc giỏ trị 1.5m; 2.0m; 3.0m 3.5m và 4m.

2.4.3 Lựa chọn thụng số súng thớ nghiệm

Thụng số chiều cao súng khu vực ven biển Đồng bằng sụng Cửu Long phục vụ nghiờn cứu trong luận ỏn được tham khảo từ cơ sở dữ liệu súng thiết kế trong phụ lục B - Tiờu chuẩn kỹ thuật thiết kế đờ biển (ban hành theo Quyết định số 1613/QĐ-BNN-KHCN ngày 09/7/2012 của Bộ trưởng Bộ Nụng nghiệp và Phỏt triển nụng thụn).

Cơ sở tra cứu dữ liệu nghiờn cứu là cỏc giỏ trị súng ven bờ (phạm vi từ bờ tới cỏch bờ 50m); và theo tõ̀n xuất từ 3.33 tới 2%. Kết quả tham chiếu cho kết quả chiều cao súng khu vực từ Hs = 0.85m tới Hs = 1.5m.

Trờn cơ sở chiều cao súng lựa chọn tỏc giả đó vận dụng cỏc cụng thức về quan hệ giữa chiều cao súng và chu kỳ qua đú lựa chọn chu kỳ súng phù hợp nghiờn cứu. Với từng điều kiện súng mùa và súng bóo tương ứng cú 2 phương phỏp xỏc định như sau:

(1) Quan hệ chiều cao súng Hs và chu kỳ Tp theo giú mùa của Thiều Quang Tuõ̀n và Đặng Thị Linh cụng bố năm 2015 [49]:

- Đối với giú mùa Đụng Bắc: Tp =1.15 4.5+ Hs0.34

- Đối với giú mùa Tõy Nam: 0.28

Tp=1.5 4.5+ Hs

Trong đú: Tp – là chu kỳ đỉnh phổ; Hs là chiều cao súng cú nghĩa (2) Quan hệ chiều cao súng Hs và chu kỳ Tp theo súng bóo:

SPM 1984: T 12.1 s

p

H g

50 Nguyễn Xuõn Hùng 1999:

1 4 5.164 .10 T 3.64 S p H   =    

Trong đú: Tp – là chu kỳ đỉnh phổ; Hs là chiều cao súng cú nghĩa; g là gia tốc trọng trường.

Bảng 2.4: Bảng xỏc định chu kỳ Tp

Điều kiện Phương phỏp tớnh Chiều cao súng Hs (m) 1 1.25 1.5 Giú Đụng Bắc Thiều Quang Tuõ̀n

(2015)

Chu kỳ Tp (s)

5.7 6.0 6.3

Giú Tõy Nam 6.0 6.3 6.6

Giú bóo

SPM (1984) 3.9 4.3 4.7

Nguyễn Xuõn Hùng

(1999) 4.6 4.8 5.0

Với mục tiờu tổng quỏt được tối đa cỏc điều kiện tự nhiờn khu vực nghiờn cứu, trờn cơ sở quan hệ chu kỳ Tp với chiều cao súng Hs bảng 2.2 và năng lực tạo súng phòng thớ nghiệm thỡ chu kỳ súng được lựa chọn nghiờn cứu 4.1s; 5.5s; và 6.6s theo giỏ trị nguyờn hỡnh. Cỏc giỏ trị chu kỳ đảm bảo nằm trong giới hạn quan hệ Hs ~Tp đồng thời khả thi trong mụ phòng mỏng súng thớ nghiệm.

2.5 Thiết kế mụ hình và bố trớ thớ nghiệm

2.5.1 Thiết bị thớ nghiệm và cỏc tham số đo đạc

2.5.1.1 Mỏng thử nghiệm mụ hỡnh

Cỏc phương ỏn thớ nghiệm được thực hiện trong mỏng súng cú chiều dài 37m, rộng 2m, sõu 1.5m tại Phòng Thớ nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sụng biển. Mỏng được chia thành 2 phõ̀n: phõ̀n bờ tụng là phõ̀n để mỏy tạo súng cú chiều dài 15m, thường được sử dụng ở phõ̀n nước sõu nơi cú độ sõu nước lớn; phõ̀n còn lại cú chiều dài 22m được làm bằng kớnh 8mm, thường được sử dụng để bố trớ cụng trỡnh để dễ quan sỏt cỏc hiện tượng tương tỏc giữa súng và cụng cụng trỡnh.

51

Mỏng súng được cấp nước bởi hệ thống bơm cú lưu lượng 400m3/h thụng qua hệ thống đường ống cấp D100. Mực nước trong mỏng được kiểm soỏt thiết bị đo mực nước và thước gắn trờn thành mỏng.

Hỡnh 2.5: Mỏy tạo súng Hỡnh 2.6: Mỏng thớ nghiệm

2.5.1.2 Mỏy tạo súng

Mỏng súng được miờu tả ở trờn được trang bị một mỏy tạo súng dạng chuyển động tịnh tiến bằng pittong thuỷ lực được thiết kế bởi Viện thủy lực Flander của Phõ̀n Lan. Việc điều khiển mỏy tạo súng được thực hiện bằng phõ̀n mềm WLwave.exe và cỏc tham số được thiết lập trong phõ̀n mềm.

Hỡnh 2.7: Phòng điều khiển Hỡnh 2.8: Giao diện điều kiện đõ̀u vào cho mỏy tạo súng cho mỏy tạo súng

Mỏy tạo súng cú thể tạo ra súng đều, súng ngẫu nhiờn theo một dạng phổ Jonswap, Jonwap Par, Moskowitz, Moskowitz Par và Sin ở độ sõu nước tối đa trước mỏy tạo súng

52

1.4m. Chiều cao súng lớn nhất cú thể tạo trong mỏng là Hmax = 0.4m và chu kỳ từ TP = 0.5s ữ5.0s.

2.5.1.3 Đầu đo súng

Đo đạc cỏc thụng số về súng, tỏc giả sử dụng 4 đõ̀u đo súng Golf 3B dài 1.2m bằng thộp khụng rỉ cú độ chớnh xỏc ±1%, 4 đõ̀u đo súng được nối với mỏy tớnh bằng card thu thập số liệu PCI 230 và thu thập số liệu bằng phõ̀n mềm Manual.exe trờn mỏy tớnh.

Hỡnh 2.9: Phõ̀n mềm thu thập và phõn tớch số liệu tớch số liệu

Hỡnh 2.10: Giao diện phõn tớch số liệu súng súng

Hỡnh 2.11: Kết quả đo đạc số liệu chiều cao súng qua ba lõ̀n tạo súng ngẫu nhiờn Khả năng sao chộp súng một cỏch chớnh xỏc trong một chuỗi thời gian rất quan trọng Khả năng sao chộp súng một cỏch chớnh xỏc trong một chuỗi thời gian rất quan trọng cho nghiờn cứu thớ nghiệm. Để đảm bảo tớnh lặp lại của cỏc súng trong mỏng súng, thực hiện cỏc kiểm tra trước khi lắp đặt mụ hỡnh vào thớ nghiệm. Một đõ̀u đo súng được đặt một điểm cố định trong mỏng để đo chiều cao súng. Trong suốt quỏ trỡnh chạy thử, cỏc đõ̀u đo súng được hiệu chuẩn thường xuyờn để giảm thiểu sai số. Tiến hành 3 lõ̀n kiểm

53

tra giống nhau với súng đều và súng ngẫu nhiờn. Đối với trường hợp súng đều, chiều cao trung bỡnh được xỏc định Hi =0.11m và TP=1s; trong khi đú súng ngẫu nhiờn sử dụng phổ Jonswap với γ = 3.3, HS=0.11m và Tp=1.2s. Kết quả thu được qua 3 lõ̀n kiểm tra đối với súng ngẫu nhiờn như Hỡnh 2.11, phổ súng của 3 lõ̀n kiểm tra Hỡnh 2.12.

Hỡnh 2.12: Phổ súng qua 3 lõ̀n kiềm tra kiềm tra

Hỡnh 2.13: Giỏ trị Hs với thời gian tạo súng khỏc nhau khỏc nhau

Đối với súng thường xuyờn, phộp đo Hi và Tp cho thấy sai số điển hỡnh dưới 1.5% và 0.1% tương ứng. Đối với súng khụng đều, sai số của cỏc thụng số từ ba lõ̀n kiểm tra lặp lại giống hệt nhau ớt hơn 1%. Cỏc thụng số được đưa vào phõ̀n mềm giống nhau và được sao chộp qua cỏc phộp thử là giống nhau. Sự sai khỏc giữa cỏc lõ̀n kiểm tra cú thể do dao động của đõ̀u đo súng trờn giỏ đo.

Bảng 2.5: Số liệu kiểm định đõ̀u đo súng 1

Để đảm bảo chiều cao súng đo được khụng phụ thuộc vào chiều dài mẫu (cú nghĩa là số lượng con súng do mỏy tạo súng phỏt ra). Để kiểm tra tớnh nhất quỏn của mỏy tạo súng,

54

bốn nhúm lõ̀n thử nghiệm được thực hiện với cỏc Hm0 và Tp khỏc nhau. Mỗi nhúm cú ba bài kiểm tra cú giỏ trị G và fp tương tự đõ̀u vào đưa vào phõ̀n mềm, nhưng thời gian chạy khỏc nhau, tức là 128s, 256s, 512s (mỏy tạo súng chạy trờn cơ sở 2n, trong đú n=1, 2, 3…,) để tạo hoàn chỉnh phổ súng JONSWAP). Số lượng súng tạo ra trong mỏng tăng lờn khi thời gian chạy tăng lờn được quy định cho một lõ̀n kiểm tra cụ thể. Hỡnh 2.13 hiển thị ảnh hưởng của thời gian chạy đối với Hs và Tp thay đổi 0.85s đến 1.4s. Sự thay đổi của Hs đối với thời gian vận hành là khỏ nhỏ và cú độ lệch trung bỡnh nhỏ hơn 2,3%. Túm lại súng tạo ra được hiệu chuẩn và duy trỡ mức độ lặp lại và tớnh nhất quỏn cao khi hoạt động.

2.5.1.4 Hệ thống thu thập số liệu

Bảng 2.6: Thụng số kỹ thuật PicoLog 1000 Series

Thụng số kỹ thuật

Mụ đem PicoLog 1012

Đõ̀u vào tương tự 12

Độ phõn giải 10 bits

Tỷ lệ lấy mẫu tối đa: PicoScope PicoLog PicoSDK (chế độ chặn) PicoSDK (phỏt trực tuyến)

1 MS/s; 1 kS/s; 1 MS/s; 100 kS/s

PicoScope (PicoSDK chế độ chặn) tỷ lệ lấy mẫu tối đa 100 kS/s: tỷ lệ lấy mẫu thấp: PicoLog (PicoSDK chế đụ phỏt trực tuyến): 8000 mẫu 1 triệu mẫu Lưu trữ trờn mỏy tớnh Băng thụng tương tự (–3 dB) DC đến 70 kHz

Kiểu đõ̀u vào đơn cực

Dải điện ỏp vào 0 đến +2.5 V

Bảo vệ quỏ ỏp ±30 V nối đất

Ghộp nối đõ̀u vào DC

Trởi khỏng đõ̀u vào 1 MΩ

Điện ỏp cấp cho cảm biển 2.5 V @ 10 mA, giới hạn dòng điện

Phõ̀n mềm PicoLog, PicoScope and

PicoSDK

Phụ kiện kốm theo Cỏp USB 2.0, hướng dẫn dử dụng nhanh

Giao diện với mỏy tớnh USB 2.0 tốc độ cao

Bộ thu số liệu sử dụng trong thử nghiệm là bộ thu số liệu PicoLog 1000 Series và PicoScopeđ 2000 Series, hóng Pico của Anh và kết nối với mỏy tớnh thu thập số liệu.

55

a. PicoLog 1000 Series b. PicoLog 1000 Series to PC Hỡnh 2.14: Thiết bị thu số liệu PicoLog 1000 Series.

2.5.2 Bố trớ thớ nghiệm

Phương phỏp đo súng phản xạ bằng ba đõ̀u đo súng (Mansard và Funke, 1980) [50] ước lượng súng tới và súng phản xạ dựa trờn kỹ thuật bỡnh phương nhỏ nhất ỏp dụng để phải đo ba súng tại ba địa điểm khỏc nhau. Súng phản xạ thụng thường của súng đều, đỏnh giỏ bề mặt tự do: ( ) ( ) cos i r a kx t a kx t  = − + − − + (2.23) Khi:

ai: là biờn độ của súng tới; ar: là biờn độ của súng phản xạ; k: là số con súng=2/L;

𝜎: là tõ̀n số gúc=2/T;

t: là thời gian;

: là gúc pha giữa súng tới và súng phản xạ.

2 3 4 5 3 i S S S a S − = (2.24) 1 4 3 5 3 i S S S a S − = (2.25) Khi

56 3 2 1 1 n i n S = = e  (2.26) 3 2 2 1 n i n S = = e  (2.27) ( ) 3 3 1 n n i n n S = = A e  + (2.28) ( ) 3 4 1 n n i n n S = = A e  − (2.29) 5 1 2 9 S =S S − (2.30) ( 1) n k xn x  = − (2.31) n

 trong phương trỡnh (2.31) cú liờn hệ với vị trớ đo súng (xn – x1) trong khoảng cỏch

giữa lõ̀n đo súng thứ n và lõ̀n đo súng thứ nhất; σn là đo pha súng lõ̀n thứ n và súng thứ nhất; và An là biờn độ súng. Súng ngẫu nhiờn: 12 10 p L X n ; khi n=1,2, …; X13 nX12 khi n=1,2, …; (2.32)

Khi X12 là khoảng cỏch giữa đõ̀u đo súng số 1 và đõ̀u đo súng số 2, X13 là khoảng cỏch giữa đõ̀u đo súng số 1 và đõ̀u đo súng số 3, L là bước súng tương ứng với chu kỡ súng