CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ
4.2.1Cỏc yếu tố liờn quan gõy nờn hiện tượng xúi lở
a. Biờn thủy động lực học
Vựng chuyển tiếp giữa mụi trường nước và đất tồn tại ở nhiều dạng khỏc nhau với cỏc quy mụ, độ lớn khỏc nhau. Hỡnh 4-6 đưa ra độ lớn đặc trưng của tải trọng thủy động đối với cỏc hệ thống thủy khỏc nhau như kờnh, sụng, cửa sụng, hồ, ngoài biển. Cỏc yếu tố quan tõm như dao động mực nước, vận tốc truyền súng, chiều cao súng do giú, do tàu thuyền, vận tốc truyền đỉnh triều...được coi là cỏc tải trọng thủy động lực chủ yếu.
Trong phần này nhấn mạnh đến việc xem xột ảnh hưởng của từng yếu tố tỏc động, từng loại tải trọng khỏc nhau đến vấn đề xúi lở. Qua đú cú thể lựa chọn được giải phỏp chống xúi lở phự hợp tương ứng với từng loại tải trọng.
Sựổn định mặt tiếp giỏp phụ thuộc nhiều vào cỏc hiện tượng chứ khụng phải vào cỏc hệ thống thủy. Điều này cú tớnh chất ngoại lệ hơn bỡnh thường bởi vỡ hầu hết cỏc sỏch giỏo khoa đều đề cập đến yếu tố cụng trỡnh bảo vệ bờ biển, cụng trỡnh chỉnh trị sụng hoặc cỏc cụng trỡnh thủy khỏc... Cỏc kiến thức về cụng tỏc bảo vệ bờ chủ yếu dựa trờn kinh nghiệm mà kinh nghiệm thường đạt được ở một trong những lĩnh vực đề cập đến chứ khụng phải là tất cả. Đú là điều đỏng tiếc bởi vỡ nhiều hiện tượng tự nhiờn cú tớnh chất tương tự như súng do chuyển động của tàu và súng do giú gõy ra do cỏc nguyờn nhõn khỏc nhau nhưng tớnh chất tỏc động rất giống nhau. Tương tự, trong cụng tỏc bảo vệđỏy và lũng dẫn, tớnh chất của dũng chảy là giống nhau khi chảy trong sụng, qua cỏc cụng trỡnh ngăn triều hay cống tiờu/ lấy nước. Hơn nữa trong cỏc cụng trỡnh bảo vệ bờ sụng, súng do giú sinh ra cũng giữ một vai trũ nhất định nhưng thường bị bỏ qua trong cỏc sỏch về cụng trỡnh trờn sụng. Vỡ vậy, việc hiểu rừ bản chất vật lý của tất cả cỏc vấn đề liờn quan là rất cần thiết.
Một điểm chung của cỏc cụng trỡnh bảo vệ bờ là chịu được tỏc động của dũng chảy. Cỏc chuyển động của nước như: dũng chảy, súng do giú, chuyển động của tàu, mạch ngầm… đều mang năng lượng và cú thể vận chuyển vật liệu.
Năng lượng ngoại sinh (giú hay chuyển động của tàu thuyền) và cuối cựng chỳng chuyển thành nhiệt năng do tương tỏc ma sỏt nhớt. Năng lượng này khụng mất đi mà chuyển từđộng năng, qua chuyển động rối, thành nhiệt năng. Trong quỏ trỡnh chuyển húa, chuyển động rối cũng tham gia tỏc động lờn cụng trỡnh.
Những nghiờn cứu về thủy cụng thường dựa vào kinh nghiệm và kiến thức thường tản mạn. Điều đú dẫn tới hàng loạt cỏc mối liờn quan của mỗi mụn học, trong khi đú sự kết nối cỏc mối quan hệấy chưa rừ ràng. Một trong những ý tưởng cơ bản của cuốn sỏch này là giỳp đọc giả thấy được sự giống và khỏc nhau giữa cỏc hiện tượng, giữa cỏc cụng thức khỏc nhau để cú một cỏi nhỡn tổng quỏt.
Hỡnh 4-7 Trạng thỏi dũng chảy và hỡnh dạng súng
Trước tiờn ta quan sỏt dũng đều như trờn Hỡnh 4-7. Dũng chảy được xỏc định thụng qua sự cõn bằng giữa trọng lượng và ma sỏt thành bờn. Lớp biờn cựng với ma sỏt thành bờn bị nhiễu động và phõn bố lưu tốc theo chiều sõu cú dạng đường cong logarit. Đối với súng do thủy triều gõy ra (loại súng dài với chu kỳđiển hỡnh 12 giờ và chiều dài bước súng khoảng vài trăm kilomet), phõn bố vận tốc khụng khỏc nhiều so với trường hợp dũng đều. Vỡ vậy, khi thiết kế cụng trỡnh bảo vệ, ta coi dũng chảy do thủy triều như những dũng đều liờn tiếp cú vận tốc khỏc nhau. Trường hợp súng do giú (chu kỳ từ 5 đến 10 giõy, bước súng khoảng từ 50 đến 150m) thỡ khỏc hoàn toàn, cỏc phần tử nước khi đú chuyển động cú quĩ đạo, ớt bị
nhiễu động và lớp biờn chảy rối rất mỏng. Dự vậy, súng ở vựng nước rất nụng sẽ lại cú cỏch tiếp cận giống như súng triều. Cuối cựng, súng vỡ trờn mỏi dốc sẽ gõy nhiễu động trờn toàn bộ chiều sõu mực nước.
b. Thủy lực và địa kỹ thuật
Núi chung, cỏc yếu tố liờn quan đến cỏc quỏ trỡnh thủy động lực học và địa kỹ thuật quyết định sựổn định của cụng trỡnh. Nguyờn nhõn và kết quảđược thể hiện ở cả hai khớa cạnh: hư hỏng của kết cấu bảo vệ gõy nờn hư hỏng địa kỹ thuật cụng trỡnh, hoặc trường hợp ngược lại. Xem một số vớ dụ trờn Hỡnh 4-8.
Hỡnh 4-8 Nguyờn nhõn hư hỏng cụng trỡnh và hậu quả của nú
Trường hợp (a), nền thõn cụng trỡnh dõng nước gặp sự cố (bị xúi ngầm) gõy nờn lỳn và biến dạng phần trờn cụng trỡnh. Khi độ dốc thủy lực đạt giỏ trị lớn vượt quỏ giới hạn xúi ngầm, tại điểm vào ra của dũng thấm, cụng trỡnh sẽ khụng cú tỏc dụng duy trỡ được sự chờnh lệch cột nước nữa.
Trường hợp (b), xem xột một con kờnh cú cao trỡnh đỏy được đặt cao hơn mực nước ngầm, để trỏnh tổn thất nước, đỏy kờnh được gia cố thấm bằng cỏch phủ một lớp bảo vệ chống thấm. Nếu đờ dọc theo kờnh bị lỳn và biến dạng do đất nền khụng đủ cường độ chịu lực lớp chống thấm đỏy kờnh cú thể sẽ bị nứt gẫy. Hậu quả là nước trong kờnh thấm xuống đất nền. Qua xem xột hai vớ dụ trờn, trường hợp (a) thoạt nhỡn tưởng là vấn đềđịa kỹ thuật nhưng thực chất là xuất phỏt từ nguyờn nhõn thủy lực, trường hợp (b) thỡ ngược lại.