Cỏc thớ nghiệm đƣợc thực hiện tại Trung tõm nghiờn cứu Thủy lực- Phũng thớ nghiệm trọng điểm Quốc gia về Động lực học sụng biển thuộc Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam trong năm 2013. Sơ đồ thớ nghiệm bao gồm (xem hỡnh 3.1):
Hỡnh 3.1a: Sơ đồ tổng thể mụ hỡnh mỏng thớ nghiệm (1)
Hỡnh 3.1b: Sơ đồ tổng thể mụ hỡnh mỏng thớ nghiệm (2)
(1). Bể cấp nƣớc sạch cú kớch thƣớc dài 6m x rộng 4m x cao 1.8m đƣợc cung cấp nƣớc bằng hệ thống bơm tuần hoàn cú hệ thống van điều khiển.
(2), (3). Kờnh dẫn nƣớc thƣợng lƣu qua cửa tràn hỡnh chữ nhật.
(4). Mỏng thớ nghiệm cú kớch thƣớc dài 20m, rộng 1.0m, cao 1.0m, độ dốc dọc đỏy 1/1000.
(5). Kờnh dẫn nƣớc hạ lƣu cú van điều tiết. (6). Thiết bị đo cao độ mực nƣớc.
(7). Thiết bị đo cao độ mực nƣớc trong bể chứa thƣợng lƣu.
(8). Đập tràn thành mỏng mặt cắt chữ nhật để kiểm tra lƣu lƣợng phớa thƣợng lƣu.
(9). Vật liệu đỏy: cỏt đƣợc đổ vào trong mỏng với chiều dày 20cm, hạt đều d50.
(10). Mụ hỡnh trụ thớ nghiệm là loại trụ vuụng với 3 kớch thƣớc khỏc nhau đƣợc làm từ gỗ và mica.
(11). Thiết bị đo gồm thƣớc chia vạch, mỏy đo lƣu tốc, mỏy đo cao độ, thiết bị quan sỏt gồm mỏy ảnh kỹ thuật số, đốn rọi.
Sơ đồ tổng thể thớ nghiệm cú thể mụ tả nhƣ trờn hỡnh 3.2:
Hỡnh 3.2: Túm tắt sơ đồ thớ nghiệm
Hệ thống thớ nghiệm là hệ thống tuần hoàn, gồm mỏng thớ nghiệm, hệ thống bể chứa, kờnh dẫn thƣợng lƣu, hạ lƣu. Nƣớc thớ nghiệm đƣợc bơm từ bể chứa qua mỏng đo lƣu lƣợng vào kờnh dẫn thƣợng lƣu đến van điều tiết thƣợng lƣu và đổ vào mỏng thớ nghiệm, đến van điều tiết hạ lƣu, kờnh hạ lƣu và chảy vào bể chứa. Đoạn làm thớ nghiệm lắp bằng kớnh trong suốt dài 20m,
1.0m
Đập thành mỏng chữ nhật đo l-u l-ợng chảy vào kênh
Bể chứa n- ớc t u ầ n h o à n Kính Mica Mô hình trụ cầu Kênh dẫn n-ớc Hệ thống ống dẫn n-ớc tuần hoàn Cát
cú hệ thống cản tạo dũng chảy ờm phớa thƣợng lƣu, cửa điều tiết hạ lƣu để giữ cao độ mực nƣớc khụng đổi trong suốt quỏ trỡnh thớ nghiệm. Xỏc định cao độ mặt nƣớc bằng kim đo. Nƣớc tuần hoàn đƣợc đƣa từ mỏy bơm vào bể ngầm lờn thỏp, cấp vào mỏng thớ nghiệm rồi lại chảy vào bể ngầm. Cao trỡnh địa hỡnh và cỏc hạng mục thớ nghiệm đƣợc tớnh theo tỷ lệ hỡnh học của mụ hỡnh đảm bảo dũng chảy bao quanh trụ khụng bị ảnh hƣởng của thành bờn và đƣợc đo bằng mỏy thủy bỡnh SOKKIA - B1 và thƣớc thộp. Lƣu lƣợng nƣớc xả qua đập tràn đƣợc đo bằng đập tràn thành mỏng mặt cắt chữ nhật và đƣợc điều tiết cố định bằng van điều tiết lƣu lƣợng ở thƣợng lƣu. Sau khi đi qua mỏng, nƣớc chảy ra ngoài qua cửa tràn hỡnh chữ nhật và đổ xuống bể thu nƣớc và lắng cỏt. Nƣớc từ bể thu chảy ngƣợc lại bể chứa trung gian thụng qua hệ thống lọc nƣớc trƣớc khi đƣợc bơm trở lại lờn bể chứa. Quỏ trỡnh tiếp tục lặp lại cho đến khi kết thỳc thớ nghiệm.
3.2.Trỡnh tự thớ nghiệm 3.2.1. Cụng tỏc chuẩn bị
- Gắn mụ hỡnh trụ vào giữa tõm mỏng, cố định bằng đinh vớt, trờn trụ gắn thƣớc chia vạch.
- Vật liệu đỏy là cỏt Sụng Hồng lấy tại bói cỏt An Dƣơng, Hà Nội đƣợc phõn tớch thành phần tại phũng thớ nghiệm Cụng trỡnh, Trƣờng Đại học Giao thụng Vận tải. Kết quả phõn tớch thể hiện ở bảng 3.1 và hỡnh 3.3.
+ Thớ nghiệm phõn phối thành phần hạt trong thớ nghiệm:
Bảng 3.1. Kết quả thớ nghiệm thành phần hạt Cỡ sàng (mm) 1.0 0.6 0.5 0.425 0.315 0.25 0.15 0.075 <0.075 Lƣợng sút riờng (g) 0.0 2.0 5.0 0.0 122.0 274.0 686.0 6.0 0.0 Lƣợng sút tớch lũy (g) 0.0 2.0 7.0 7.0 129.0 403.0 1089.0 1095.0 1095.0 % lọt sàng 100.0 99.8 99.4 99.4 88.2 63.2 0.5 0.0 0.0
Hỡnh 3.3: Phõn phối thành phần hạt
Từ kết quả phõn tớch thành phần hạt cho thấy phần lớn cỏt hạt cú đƣờng kớnh trong phạm vi từ 0.1 đến 0.4mm, cú d90=0.33mm, d50=0.27mm; hệ số hỡnh dạng 𝜎𝑔 = 𝑑84
𝑑10 = 1.29 < 1.30, do đú cú thể coi là cỏt hạt đều.
- Đổ vật liệu đỏy vào mỏng đến cao độ thiết kế, sau đú làm phẳng và đầm chặt với chiều dày 20cm.
- Trƣớc khi thớ nghiệm, van điều tiết hạ lƣu đƣợc đúng lại, bơm nƣớc vào bể chứa, điều chỉnh van cấp nƣớc sao cho lƣu lƣợng cấp luụn ổn định, sau đú nƣớc chảy từ từ theo một kờnh dẫn bằng bờ tụng nối vào thƣợng lƣu của mỏng thớ nghiệm, điều chỉnh lƣợng nƣớc ban đầu chảy vào mỏng là dũng chảy ờm trỏnh xuất hiện dũng chảy xiết ngay từ lỳc đầu sẽ cuốn trụi cỏt trong mỏng thớ nghiệm. Van điều tiết ở hạ lƣu đƣợc mở từ từ để mực nƣớc đạt đến mực nƣớc cần thớ nghiệm, thớ nghiệm đƣợc bắt đầu.
3.2.2. Trỡnh tự thớ nghiệm
3.2.2.1. Thớ nghiệm thứ nhất (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thớ nghiệm thứ nhất đƣợc tiến hành với mụ hỡnh trụ đơn vuụng cú kớch thƣớc cạnh 0.1mx0.1m đƣợc đặt giữa tõm mỏng với tỷ lệ giữa bề rộng mỏng kớnh và kớch thƣớc cạnh trụ bằng 10 lần do vậy tƣờng mỏng khụng ảnh hƣởng đến quỏ trỡnh xúi và hỡnh thành hố xúi xung quanh trụ. Lƣu lƣợng dũng chảy lấy bằng 0.052 m3/s, vận tốc dũng chảy trung bỡnh 0.26m/s. Thớ nghiệm đƣợc
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 lọ t sàn g ( % ) Cỡ sàng (mm)
tiến hành trong ngày 21/6/2013, bắt đầu từ lỳc 9h00' kết thỳc vào lỳc 12h30'. Cỏc thụng số chớnh của thớ nghiệm thứ nhất nờu tại bảng 3.2.
Bảng 3.2. Cỏc thụng số mụ hỡnh thớ nghiệm thứ nhất
Thụng số Ký hiệu Giỏ trị Đơn vị
Lƣu lƣợng Q 0.052 m3/s
Vận tốc trung bỡnh
dũng chảy U0 0.26 m/s
Chiều sõu dũng chảy h 0.20 m
Chiều dài mỏng L 20 m Bề rộng mỏng B 1.0 m Kớch thƣớc trụ bxb 0.1x0.1 mxm Số Reynolds trụ Re 2.6x104 - Kớch thƣớc hạt d50 0.27 mm Hỡnh 3.4: Bố trớ trụ đơn đặt giữa tõm mỏng 3.2.2.2. Thớ nghiệm thứ hai
Thớ nghiệm thứ hai đƣợc tiến hành với mụ hỡnh hai trụ vuụng cú kớch thƣớc cạnh mỗi trụ 0.06mx0.06m đƣợc đặt dọc tõm mỏng theo chiều dũng chảy với tỷ lệ giữa bề rộng mỏng kớnh và kớch thƣớc cạnh trụ bằng 16.7 lần do vậy tƣờng mỏng khụng ảnh hƣởng đến quỏ trỡnh xúi và hỡnh thành hố xúi xung quanh trụ. Lƣu lƣợng dũng chảy lấy bằng 0.05m3/s, vận tốc dũng chảy trung bỡnh 0.25m/s. Thớ nghiệm đƣợc tiến hành trong ngày 22/6/2013, bắt đầu từ lỳc 9h00' kết thỳc vào lỳc 14h00'.Cỏc thụng số chớnh của thớ nghiệm thứ hai nờu tại bảng 3.3.
10cm
H-ớ
ng d
Bảng 3.3. Cỏc thụng số mụ hỡnh thớ nghiệm thứ hai
Thụng số Ký hiệu Giỏ trị Đơn vị
Lƣu lƣợng Q 0.05 m3/s
Vận tốc trung bỡnh dũng chảy
U0 0.25 m/s
Chiều sõu dũng chảy h 0.20 m
Chiều dài mỏng L 20 m
Bề rộng mỏng B 1.0 m
Kớch thƣớc trụ bxb 0.06x0.06 mxm
Số Reynolds trụ Re 1.32x104 -
Kớch thƣớc hạt d50 0.27 mm
Hỡnh 3.5: Bố trớ trụ đụi đặt dọc theo hướng dũng chảy 3.2.2.3. Thớ nghiệm thứ ba
Thớ nghiệm thứ ba đƣợc tiến hành với mụ hỡnh hai trụ vuụng cú kớch thƣớc cạnh mỗi trụ 0.03mx0.03m đƣợc đặt vuụng gúc với chiều dũng chảy, đối xứng qua trục tõm mỏng với tỷ lệ giữa bề rộng mỏng kớnh và tổng kớch thƣớc cạnh hai trụ bằng 16.7 lần do vậy tƣờng mỏng khụng ảnh hƣởng đến quỏ trỡnh xúi và hỡnh thành hố xúi xung quanh trụ. Lƣu lƣợng dũng chảy lấy bằng 0.046m3/s, vận tốc dũng chảy trung bỡnh 0.23m/s. Thớ nghiệm đƣợc tiến hành trong ngày 23/6/2013, bắt đầu từ lỳc 9h00' kết thỳc vào lỳc 13h30'. Cỏc thụng số chớnh của thớ nghiệm thứ ba nờu tại bảng 3.4.
Bảng 3.4. Cỏc thụng số mụ hỡnh thớ nghiệm thứ ba
Tham số Ký hiệu Giỏ trị Đơn vị
Lƣu lƣợng Q 0.046 m3/s (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vận tốc trung bỡnh dũng chảy
U0 0.23 m/s
Chiều sõu dũng chảy h 0.20 m
Chiều dài mỏng L 20 m Bề rộng mỏng B 1.0 m Kớch thƣớc trụ Tỷ số G/b (G là bxb G/b 0.03x0.03 3 mxm - 6cm 3b H-ớng dòng chảy
khoảng cỏch giữa hai trụ)
Số Reynolds trụ Re 0.69x104 -
Kớch thƣớc hạt d50 0.27 mm
Hỡnh 3.6: Bố trớ trụ đụi đặt vuụng gúc với hướng dũng chảy