tớch súng trờn mỏy tớnh
Để phục vụ cho việc phõn tớch đỏnh giỏ tương tỏc súng với kết cấu, 3 mỏy quay cú độ phõn giải cao đặt tại 3 vị trớ cố định, một mỏy đặt ở bờn trờn phớa trước cụng trỡnh, 2 mỏy đặt vuụng gúc với tường kớnh tại vị trớ trước cụng trỡnh và kết cấu để ghi lại toàn bộ quỏ trỡnh súng tương tỏc với kết cấu. Bờn cạnh đú, mỏi trước và bói được sơn màu phõn biệt khu vực tỏc động súng. Một số hỡnh ảnh thể hiện quỏ trỡnh thớ nghiệm được thể hiện từ Hỡnh 2.16 đến Hỡnh 2.22.
Hỡnh 2.22: NCS trao đổi với thõ̀y hướng dẫn và thõ̀y ngành cụng trỡnh biển
2.6 Cỏc phương ỏn thớ nghiệm
Cỏc phương ỏn thớ nghiệm được thiết lập dựa trờn mục tiờu nghiờn cứu của luận ỏn để đỏnh giỏ được cỏc ảnh hưởng của cỏc trường hợp thụng số súng và mực nước cùng với lỗ rỗng bề mặt ( ) tới súng tràn qua kết cấu ẳ trụ rỗng (TSD).
- Với cỏc mặt cắt được lựa chọn thớ nghiệm so sỏnh đỏnh giỏ như sau:
+Với mặt cắt mỏi nghiờng (Hỡnh 2.23a): lựa chọn 9 phương ỏn thớ nghiệm với cỏc thụng số Hs = 10; 12.5; 15 (cm); với chu kỳ T=1.3; 1.7; 2.1 (s); độ sõu nước h=30; 35; 40 (cm) trong mỏng thớ nghiệm.
+ Với mặt cắt mỏi nghiờng cú tường đỉnh (Hỡnh 2.23b): lựa chọn 10 phương ỏn thớ nghiệm với cỏc thụng số Hs = 10; 12.5; 15 (cm); với chu kỳ T=1.3; 1.7; 2.1 (s); độ sõu nước h=30; 35; 40 (cm) trong mỏng thớ nghiệm.
+Với mặt cắt cú kết cấu ẳ trụ rỗng trờn đỉnh (TSD) (Hỡnh 2.23c): lựa chon 60 phương ỏn cho 3 độ rỗng khỏc nhau =10, 15, 20 (%) với cỏc thụng số Hs = 10, 12.5, 15 (cm); với chu kỳ T=1.3; 1.7; 2.1 (s), độ sõu mực nước h=15, 20, 25, 30 (cm) trong mỏng thớ nghiệm. Trong đú, kết cấu TSD cú hỡnh dạng ẳ đường tròn và đục lỗ bề mặt hay còn gọi là độ rỗng và kớ hiệu là được xỏc định bằng tổng diện tớch lỗ rỗng bề mặt trờn diện tớch mặt cong của kết cấu TSD.
Bảng 2.7: Tổ hợp cỏc phương ỏn thớ nghiệmMặt cắt thớ Thụng số súng Độ cao lưu khụng Rc (cm) Mặt cắt thớ Thụng số súng Độ cao lưu khụng Rc (cm) Hm0 (cm) Tp (s) nghiệm 10 12.5 15 1.3 1.7 2.1 10 15 20 25 x x x x x x x x x Mặt cắt mỏi x x x x x x nghiờng x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Mặt cắt mỏi x x x nghiờng cú x x x tường đỉnh 1m x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Mặt cắt cú kết x x x cấu TSD, hệ số x x x rỗng bề mặt x x x =10%; =15%, x x x =20% x x x x x x x x x x x x x x x
Mặt cắt thớ Thụng số súng Độ cao lưu khụng Rc (cm) Hm0 (cm) Tp (s) nghiệm 10 12.5 15 1.3 1.7 2.1 10 15 20 25 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
Hỡnh 2.23: Sơ họa 3 mặt cắt thớ nghiệm
Hỡnh 2.24: Cắt ngang và chớnh diện mặt tiếp súng cú lỗ rỗng kết cấu ẳ trụ rỗng (TSD) Bảng 2.8: Tổng hợp thụng số kết cấu ẳ trụ rỗng và mặt cắt trong mụ hỡnh thớ nghiệm
TT Tham số Ký hiệu Đơn vị Giỏ trị
1 Chiều cao kết cấu hw cm 25.5
2 Bề rộng đỏy kết cấu Bw cm 25.0
3 Tỷ lệ lỗ rỗng bề mặt % 10; 15; 20
TT Tham số Ký hiệu Đơn vị Giỏ trị
4 Chiều cao mặt cắt cm 40.0
5 Độ dốc mỏi m 3
6 Chiều cao tường W cm 10.0
7 Độ dốc bói i % 0.4
2.7 Kết luận chương 2
Cơ sở khoa học về tham số chi phối súng tràn trong nghiờn cứu súng tràn qua đờ biển là tương đối rừ với 2 nhúm chớnh là hỡnh thỏi kết cấu đờ và điều kiện biờn tỏc động. Về mặt điều kiện biờn tỏc động là yếu tố tự nhiờn nờn giải phỏp giảm tỏc động với cụng trỡnh đờ biển là khú giải quyết (nếu khụng cú cụng trỡnh giảm súng xa bờ). Mặt khỏc, yếu tố hỡnh thỏi kết cấu đờ làm ảnh hưởng tới tương tỏc súng với cụng trỡnh và gõy tràn là yếu tố cõ̀n nghiờn cứu và xõy dựng tối ưu nhằm giảm thiểu súng tràn qua đờ biển. Với mục tiờu nghiờn cứu, tỏc giả đó tỡm hiểu sõu về cỏc cơ sở nghiờn cứu và phương phỏp nghiờn cứu phổ biển hiện nay đú là thớ nghiệm mụ hỡnh vật lý. Cơ sở khoa học về phương phỏp thớ nghiệm mụ hỡnh vật lý cho đờ biển cú kết cấu rỗng tại đỉnh thụng qua cỏc yếu tố sau:
-Cỏc tham số thứ nguyờn ảnh hưởng tới súng tràn qua mặt cắt đờ biển cú kết cấu ẳ trụ rỗng trờn đỉnh (TSD) (2.22) được xỏc định tương đồng với kết cấu cụng trỡnh tường biển
hỗn hợp như độ cao lưu khụng tương đối Rc , độ ngập tương đối d, độ dốc súng tương
Hm0 h
đối Hm0 . Ngoài ra với đặc điểm kết cấu TSD cú tỷ lệ lỗ rỗng bề mặt hệ số là tham
h.s
m−1,0
số quan trọng để đỏnh giỏ giữa kết cấu TSD và tường biển hỗn hợp. Cỏc tham số thứ nguyờn được xỏc định là cơ sở phõn tớch và xõy dựng cụng thức thực nghiệm tớnh toỏn lưu lượng tràn qua mặt cắt đờ biển cú kết cấu TSD.
-Cơ sở lựa chọn điều kiện biờn thớ nghiệm phù hợp và bao quỏt hết cận trờn và dưới của khu vực nghiờn cứu về độ lớn súng, chu kỳ súng, mực nước cao và cỏc cao trỡnh đỉnh, bói hiện trạng vùng nghiờn cứu.
Với cỏc phương phỏp tớnh súng tràn qua đờ biển hiện trạng được chia làm 2 hỡnh dạng mặt cắt điển hỡnh đú là tường biển và đờ biển mỏi nghiờng. Kết quả phõn tớch thứ nguyờn bước đõ̀u cho thấy sự tương đồng trong tham số chi phối súng tràn của mặt cắt nghiờn cứu với mặt cắt tường biển. Đặc tớnh trờn cũng phõ̀n nào tương đồng về mặt hỡnh thỏi và cơ chế làm việc giữa 2 mặt cắt. Đối với 2 mặt cắt đều cú kết cấu bờ tụng khối lớn về chiều cao, bề rộng và là kết cấu tương tỏc trực tiếp với súng tỏc động, khụng giống như với kết cấu tường đỉnh đờ (chiều cao thấp) và chỉ tương tỏc với súng leo khụng chịu tỏc động trực tiếp súng đến.
CHƯƠNG 3 NGHIấN CỨU CƠ SỞ ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG Đấ BIỂN Cể KẾT CẤU ẳ TRỤ RỖNG TRấN ĐỈNH VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA KẾT CẤU ĐẾN SểNG TRÀN BẰNG Mễ HèNH VẬT Lí MÁNG SểNG
3.1 Cơ sở đề xuất mặt cắt đờ biển cú kết cấu rỗng trờn đỉnh
3.1.1 Đỏnh giỏ súng tràn qua cỏc mặt cắt thớ nghiệm
Từ cỏc hỡnh ảnh thớ nghiệm Hỡnh 3.1 đến Hỡnh 3.5, cú thể nhận thấy với từng hỡnh dạng kết cấu khỏc nhau khi súng tỏc động tới cụng trỡnh sẽ cú đặc trưng tương tỏc riờng biệt, đặc trưng với đờ mặt cắt mỏi nghiờng là khi súng tỏc động gõy ra quỏ trỡnh súng leo trờn mỏi và tràn qua cụng trỡnh. Khi đú mỏi nghiờng tạo đà súng leo dễ dàng khi sinh ra dòng chảy tràn với chiều cao lớn (Hỡnh 3.1) và là nguyờn nhõn lưu lượng tràn qua mặt cắt thiờn lớn so với mặt cắt đờ cú kết cấu ẳ trụ rỗng (Hỡnh 3.3, Hỡnh 3.4, Hỡnh 3.5 ). Với mặt cắt mỏi nghiờng cú tường đỉnh sau khi súng leo trờn mỏi nghiờng đó bị cản lại bởi tường đỉnh. Súng tới tương tỏc với tường tạo thành súng đứng cao (Hỡnh 3.2), lưu lượng tràn qua đú được giảm đỏng kể. Tuy nhiờn, súng đứng lớn tạo ra súng phản xạ trước tường gõy bất lợi cho kết cấu mỏi nghiờng và tường đỉnh.
Hỡnh 3.1: Súng tràn qua mặt cắt mỏi nghiờng
Quỏ trỡnh súng tương tỏc với mặt cắt kết cấu ẳ trụ rỗng cú xu thế tràn tương tự với mỏi nghiờng, súng leo qua mặt cong và tràn qua đỉnh cụng trỡnh. Dưới tỏc dụng bởi lỗ rỗng bề mặt, lưu lượng được hấp thụ thụng qua buồng tiờu súng ẳ trụ rỗng nờn chiều cao chảy tràn và lưu lượng tràn qua cụng trỡnh đó được giảm đỏng kể. Hỡnh 3.6 thể hiện kết
quả tỷ số tràn tương đối qua mặt cắt cú kết cấu ẳ trụ rỗng nằm dưới đường lý luận tớnh toỏn súng tràn qua mặt cắt mỏi nghiờng.
Hỡnh 3.2: Súng tràn qua mặt cắt mỏi nghiờng cú tường đỉnh
Hỡnh 3.3: Súng tràn qua mặt cắt cú kết cấu ẳ trụ rỗng = 10%
Hỡnh 3.5: Súng tràn qua mặt cắt cú kết cấu ẳ trụ rỗng = 20%
Để cú cơ sở đỏnh giỏ độ tin cậy thớ nghiệm và so sỏnh lưu lượng tràn qua mặt cắt cú kết cấu ẳ trụ rỗng 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]:
q R 1.3 = 0.1035 exp− c gH 1.35 3 Hm0 γ f γβ m0 (3.1)
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]:
R 1.3
= 0.09 exp − 1.5 c *
H
m0
Với
trong đú, *hệ số chiết giảm súng tràn của tường đỉnh, hwall chiều cao tường đỉnh.
Kết quả tớnh toỏn thớ nghiệm lưu lượng tràn qua mặt cắt mỏi nghiờng và mỏi nghiờng cú tường đỉnh đều phù hợp với đường lý luận, điều này thể hiện độ tin cậy trong quỏ trỡnh thiết lập và đo đạc thớ nghiệm.
Hỡnh 3.6: Lưu lượng tràn qua mặt cắt đờ cú kết cấu ẳ trụ rỗng với đờ mỏi nghiờng
Hỡnh 3.7: Lưu lượng tràn qua mặt cắt đờ cú kết cấu ẳ trụ rỗng với đờ mỏi nghiờng cú tường đỉnh
So sỏnh với cùng điều kiện biờn tỏc dụng thỡ lưu lượng tràn trung bỡnh qua mặt cắt mỏi nghiờng là lớn nhất (Hỡnh 3.8). Mặt cắt đờ cú kết cấu ẳ trụ rỗng với lỗ rỗng bề mặt
=20% cho giỏ trị xấp xỉ với mỏi nghiờng tường đỉnh. Trong cùng một loại mặt cắt cú
kết cấu ẳ trụ rỗng, khi hệ số lỗ rỗng bề mặt tăng lờn thỡ hiệu quả giảm tràn tăng theo. Hiệu quả giảm súng tràn qua kết cấu ẳ trụ rỗng cú thể xem là một ưu điểm nổi bật của kết cấu khi được so sỏnh trong cùng điều kiện với mặt cắt mỏi nghiờng và mỏi nghiờng tường đỉnh.
Bảng 3.1: Kết quả lưu lượng tràn qua cỏc mặt cắt đờ biển với cùng tham số súng
Lưu lượng tràn trung bình qua cỏc mặt cắt q (l/s/m) Kịch bản
Mỏi Mỏi nghiờng TSD TSD TSD
nghiờng +tường đỉnh =10% =15% =20% Hm0 =0.10m; Tp=1.3s; Rc =0.2m 0.022 0.005 0.016 0.013 0.007 Hm0 =0.125m; Tp=1.7s; Rc =0.2m 0.286 0.039 0.124 0.104 0.086 Hm0 =0.15m; Tp=2.1s; Rc =0.2m 0.779 0.146 0.289 0.264 0.229 Hm0 =0.10m; Tp=1.3s; Rc =0.15m 0.133 0.032 0.046 0.026 0.041 Hm0 =0.125m; Tp=1.7s; Rc=0.15m 0.670 0.175 0.161 0.164 0.122 Hm0=0.15m; Tp=2.1s; Rc =0.15m 1.564 0.498 0.650 0.612 0.527 Hm0 =0.10m; Tp=1.3s; Rc =0.1m 0.631 0.193 0.119 0.121 0.097 Hm0=0.125m; Tp=1.7s; Rc =0.1m 1.918 0.681 0.576 0.463 0.348 Hm0=0.15m; Tp=2.1s; Rc =0.1m 4.309 1.368 1.222 1.113 0.986
Qua kết quả đỏnh giỏ súng tràn qua ba mặt cắt cú thể nhận thấy khả năng giảm súng tràn kết cấu ẳ trụ rỗng như cỏc kết cấu tường đỉnh – là kết cấu dạng đứng. Tuy nhiờn, điều kiện làm việc tường đỉnh là tương tỏc súng leo, trong khi đú kết cấu ẳ trụ rỗng tương tỏc trực tiếp với súng như mỏi nghiờng. Xột về điều kiện làm việc và hỡnh dạng kết cấu, tỏc giả nhận thấy mặt cắt tường biển cú khối gia cố phớa trước (gọi là tường biển hỗn hợp) tương đồng với mặt cắt kết cấu ẳ trụ rỗng. Chớnh vỡ vậy, cõ̀n cú sự đỏnh giỏ về phương phỏp tớnh toỏn súng tràn qua mặt cắt tường biển hỗn hợp cho mặt cắt cú kết cấu ẳ trụ rỗng (TSD).
3.1.2 Đỏnh giỏ súng phản xạ qua cỏc mặt cắt thớ nghiệm
Trờn số liệu đo đạc từ bộ 3 đõ̀u đo súng bố trớ ở trờn, bằng cụng cụ phõn tớch súng phản xạ WS Reflection analysis của phõ̀n mềm Mike đó phõn tớch hệ số súng phản xạ kr cho cỏc kịch bản thớ nghiệm được trỡnh bày trong 2.5.2. Hệ số phản xạ đối với đờ biển mỏi nghiờng là kr = 0.37 ữ 0.66, đờ mỏi nghiờng kết hợp tường đỉnh là kr= 0.52 ữ 0.71, đờ biển cú kết cấu ẳ trụ rỗng tại đỉnh là kr= 0.37 ữ 0.6. Qua đõy cho thấy mặt cắt đờ biển cú kết cấu ẳ trụ rỗng trờn đỉnh với khả năng giảm súng phản xạ tương đương đờ mỏi nghiờng và tốt hơn đờ mỏi nghiờng kết hợp tường đỉnh.
Bảng 3.2: Kết quả phõn tớch phản xạ qua cỏc mặt cắt đờ biển với cùng tham số súng
Hệ số súng phản xạ (kr) Kịch bản Mỏi Mỏi nghiờng TSD TSD TSD nghiờng +tường =10% =15% =20% đỉnh Hm0 =0.10m; Tp=1.3s; Rc =0.2m 0.37 0.52 0.60 0.55 0.51 Hm0 =0.125m; Tp=1.7s; Rc =0.2m 0.51 0.66 0.62 0.60 0.59 Hm0 =0.15m; Tp=2.1s; Rc =0.2m 0.58 0.69 0.61 0.58 0.56 Hm0 =0.10m; Tp=1.3s; Rc =0.15m 0.66 0.58 0.56 0.48 0.45 Hm0 =0.125m; Tp=1.7s; Rc=0.15m 0.49 0.70 0.62 0.56 0.54 Hm0 =0.15m; Tp=2.1s; Rc =0.15m 0.58 0.71 0.61 0.56 0.55 Hm0 =0.10m; Tp=1.3s; Rc =0.1m 0.37 0.64 0.52 0.41 0.37 Hm0 =0.125m; Tp=1.7s; Rc =0.1m 0.47 0.69 0.60 0.56 0.54 Hm0 =0.15m; Tp=2.1s; Rc =0.1m 0.52 0.71 0.61 0.56 0.55 Đối với cùng kết cấu ẳ trụ rỗng thỡ xu thế khi hệ số lỗ rỗng bề mặt (lỗ rỗng) tăng lờn
khi hệ số phản xạ kr giảm. Như vậy, vai trò của lỗ rỗng bề mặt đối với khả năng giảm súng tràn là tương đối tường minh. Điều này còn được xem xột qua sự biến đối của hệ số phản xạ so với độ cao lưu khụng tương đối Rc/Hm0, Bảng 3 và Hỡnh 6 cho thấy hệ số phản xạ biến đổi rất ớt khi Rc/Hm0 biến đổi.
Hỡnh 3.9: Tương quan giữa hệ số phản xạ kr và độ cao lưu khụng tương đối Rc/Hm0
Từ kết quả đỏnh giỏ tương tỏc súng tràn, súng phản xạ của mặt cắt nghiờn cứu đề xuất
ởtrờn đó tạo cơ sở khoa học tin cậy về đề xuất mặt cắt đờ biển ẳ trụ rỗng trờn đỉnh và phù hợp với cỏc lập luận đặt vấn đề nghiờn cứu đõ̀u luận ỏn. Cỏc hạn chế về súng phản xạ, súng tràn qua đỉnh từ cỏc giải phỏp hiện trạng đó phõ̀n nào được giải quyết từ mặt cắt đề xuất nghiờn cứu.
3.2 Đỏnh giỏ xu thế súng tràn qua mặt cắt đờ biển cú kết cấu ẳ trụ rỗng trờnđỉnh (TSD) so với phương phỏp tớnh toỏn súng tràn qua mặt cắt tường biển đỉnh (TSD) so với phương phỏp tớnh toỏn súng tràn qua mặt cắt tường biển hỗn hợp
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:
q =1.3 d 0.5 Hm 0 0.5 R −3 với Rc/Hm0 1.35 (3.3) 0.0014 c 3 H m0 gH h h s
q gH3 m0 d 0.5 H 0.5 R =1.3 0.011 m 0 exp −2.2 c h sm −1,0 Hm0 h với Rc/Hm0 < 1.35 (3.4)
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, sm-1,0 = Hm0 là độ dốc súng.
1.56T2
m−1,0
Hỡnh 3.10: Sơ đồ mặt cắt tường biển hỗn hợp
Lưu ý Van der Meer, JW, Bruce T. (2014) [14] khụng kể đến ảnh hưởng lỗ rỗng bề mặt cong và buồng của kết cấu ẳ trụ rỗng. Đõy là yếu tố quan tõm khi xõy dựng phương phỏp tớnh toỏn cho mặt cắt cú kết cấu ẳ trụ rỗng. Về sơ đồ đỏnh giỏ súng tràn qua tường biển hỗn hợp với kết cấu ẳ trụ rỗng là tương tự khi bỏ qua mặt cong cú lỗ rỗng phớa tiếp súng, để thống nhất cỏc tham số hỡnh học đờ và kết cấu ẳ trụ rỗng sẽ được quy định như
ởHỡnh 3.10.
Hỡnh 3.11 cho kết quả so sỏnh số liệu thớ nghiệm với với phương phỏp tớnh như tường biển hỗn hợp trong trường hợp Rc/Hm0 < 1.35 cho kết quả phù hợp hơn Rc/Hm0 ≥ 1.35, như vậy cú thể sử dụng đường cong súng tràn trung bỡnh của tường biển hỗn hợp khi