Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống
Bài báo trình bày phương pháp nghiêu cứu xây dựng công thức bán thực nghiệm tính toán hệ số truyền sóng qua đê ngầm cọc có cấu tạo phức hợp, trên cơ sở lý thuyết là các phương trình cân bằng năng lượng của sóng ngẫu nhiên truyền vuông góc qua đê, kết hợp với các nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình vật lý thu nhỏ trong máng sóng thủy lực cho 2 dạng đê ngầm rỗng không có cọc và đê ngầm rỗng có hệ cọc bên trên.
![Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 1 Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 1](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7639/nghien-cuu-muc-do-anh-huong-cua-cac-tham-so-chi-phoi-va-xay-trang-1_dwA6D8vWKB.jpg)
Trang 1
![Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 2 Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 2](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7639/nghien-cuu-muc-do-anh-huong-cua-cac-tham-so-chi-phoi-va-xay-trang-2_54nGSMTiQ5.jpg)
Trang 2
![Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 3 Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 3](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7639/nghien-cuu-muc-do-anh-huong-cua-cac-tham-so-chi-phoi-va-xay-trang-3_2KgIw0Y6Wo.jpg)
Trang 3
![Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 4 Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 4](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7639/nghien-cuu-muc-do-anh-huong-cua-cac-tham-so-chi-phoi-va-xay-trang-4_ZcIj7JqN3r.jpg)
Trang 4
![Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 5 Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 5](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7639/nghien-cuu-muc-do-anh-huong-cua-cac-tham-so-chi-phoi-va-xay-trang-5_bLkqXjL20N.jpg)
Trang 5
![Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 6 Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 6](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7639/nghien-cuu-muc-do-anh-huong-cua-cac-tham-so-chi-phoi-va-xay-trang-6_GpEY169orX.jpg)
Trang 6
![Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 7 Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 7](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7639/nghien-cuu-muc-do-anh-huong-cua-cac-tham-so-chi-phoi-va-xay-trang-7_5X8zWqlZtr.jpg)
Trang 7
![Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 8 Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 8](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7639/nghien-cuu-muc-do-anh-huong-cua-cac-tham-so-chi-phoi-va-xay-trang-8_VLrhzi8Yeg.jpg)
Trang 8
![Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 9 Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 9](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7639/nghien-cuu-muc-do-anh-huong-cua-cac-tham-so-chi-phoi-va-xay-trang-9_dcdeiOUVbv.jpg)
Trang 9
![Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 10 Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống trang 10](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7639/nghien-cuu-muc-do-anh-huong-cua-cac-tham-so-chi-phoi-va-xay-trang-10_yOrIimdH6C.jpg)
Trang 10
Tải về để xem bản đầy đủ
Bạn đang xem 10 trang mẫu của tài liệu "Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
Tóm tắt nội dung tài liệu: Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống
![Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/thumb/2024/02/14/nghien-cuu-muc-do-anh-huong-cua-cac-tham-so-chi-phoi-va-xay_Oa50uwPmfC.jpg)
611 Vietnam Journal of Marine Science and Technology; Vol. 19, No. 4; 2019: 611–625 DOI: https://doi.org/10.15625/1859-3097/19/4/13080 To study impact level of dominat parameters and propose estimate methodology for wave transmission efficiency of unconventional complex pile submerged breakwater Nguyen Anh Tien Institute of Coastal and Offshore Engineering, Ho Chi Minh city, Vietnam E-mail: nganhtien@gmail.com Received: 8 December 2018; Accepted: 24 June 2019 ©2019 Vietnam Academy of Science and Technology (VAST) Abstract This article proposes semi-empirical equations to estimate wave transmission coefficient through submerged complex with solid pile breakwater based on theories of random wave energy conservation of perpendicular wave transmission incorporated with physical hydraulic experiments in wave flume applied on both types of submerged breakwater with and without piles. These equations are able to describe interactions and energy dissipation process for each element of this complex structure which are foundation block and pile rows. Energy dissipation process depends on three major factors which are [relative submerge depth (Rc/Hm0), relative crest width (B/Hm0), wave slope at construction location (sm=Hm0/Lm)] and wave energy dissipation process through pile rows is determined by two major factors [relative submerged depth or submerged length of piles (Rc/Hm0), relative pile row width (Xb/Lm)]. Keywords: Semi-empirical equation, submerged complex structures with solid piles breakwater, submerged breakwater, permeable breakwater, wave dissipation piles, wave transmission coefficient, physical model, wave energy, definition factor. Citation: Nguyen Anh Tien, 2019. To study impact level of dominat parameters and propose estimate methodology for wave transmission efficiency of unconventional complex pile submerged breakwater. Vietnam Journal of Marine Science and Technology, 19(4), 611–625. 612 Tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển, Tập 19, Số 4; 2019: 611–625 DOI: https://doi.org/10.15625/1859-3097/19/4/13080 Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối và xây dựng phương pháp tính toán truyền sóng qua đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống Nguyễn Anh Tiến Viện Kỹ thuật Biển, thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam E-mail: nganhtien@gmail.com Nhận bài: 8-12-2018; Chấp nhận đăng: 24-6-2019 Tóm tắt Bài báo trình bày phương pháp nghiêu cứu xây dựng công thức bán thực nghiệm tính toán hệ số truyền sóng qua đê ngầm cọc có cấu tạo phức hợp, trên cơ sở lý thuyết là các phương trình cân bằng năng lượng của sóng ngẫu nhiên truyền vuông góc qua đê, kết hợp với các nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình vật lý thu nhỏ trong máng sóng thủy lực cho 2 dạng đê ngầm rỗng không có cọc và đê ngầm rỗng có hệ cọc bên trên. Công thức bán thực nghiệm thể hiện rõ quá trình tương tác và cơ chế tiêu hao năng lượng sóng giữa hai bộ phận là thân đê rỗng và hệ cọc bên trên với sóng là độc lập với nhau. Thành phần năng lượng sóng tiêu hao do thân đê rỗng không có cọc chịu sự chi phối chủ yếu của ba tham số chính là độ sâu ngập nước tương đối của đỉnh đê (Rc/Hm0), bề rộng tương đối của đỉnh đê (B/Hm0), độ dốc sóng tại vị trí công trình (sm = Hm0/Lm) và thành phần năng lượng sóng tiêu hao do hệ cọc bên trên chịu sự chi phối chủ yếu của hai tham số chính là [độ ngập sâu tương đối hay chiều dài phần cọc nhúng trong nước (Rc/Hm0), bề rộng tương đối của hệ cọc (Xb/Lm). Từ khóa: Công thức bán thực nghiệm, đê ngầm cọc phức hợp, đê ngầm giảm sóng, đê ngầm rỗng, hệ cọc giảm sóng, hệ số truyền sóng, mô hình vật lý, năng lượng sóng, tham số chi phối. ĐẶT VẤN ĐỀ Đê giảm sóng ngầm là dạng công trình chủ động được nhiều nước phát triển trên thế giới như Hoa Kỳ, Nhật Bản, Pháp, Anh, Italia, tập trung nghiên cứu và ứng dụng để bảo vệ bờ biển do hiệu quả mang lại vượt trội so với các dạng công trình khác như mỏ hàn biển, kè biển, Giải pháp này hiện nay được xem là đáp ứng được tiêu chí đa mục tiêu như giảm sóng chống sạt lở bảo vệ bờ biển, gây bồi tạo bãi, phục hồi hay hỗ trợ trồng cây ngập mặn, đồng thời giảm thiểu tối đa các tác động tiêu cực đến môi trường tự nhiên sau khi xây dựng công trình [1]. Các nghiên cứu về đê giảm sóng (ĐGS) thường tập trung theo 3 hướng chính là (i) Nghiên cứu về kết cấu đê, (ii) Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng và (iii) Nghiên cứu về hiệu quả gây bồi. Trong đó, nghiên cứu về hiệu quả giảm sóng của đê ngầm dạng đá đổ mái nghiêng là loại kết cấu mang tính truyền thống được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất và cũng được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới. Sau đó các nghiên cứu được mở rộng cho ĐGS dạng đá đổ phủ các khối dị hình như Tribar, Tetrapod, Dolos, Các nghiên cứu gần đây có xu thế hướng đến sử dụng các dạng kết cấu mới phi truyền thống như đê trụ rỗng có lỗ tiêu sóng (hình bán nguyệt), cấu kiện L-Block, cấu kiện Accropode TM, cấu kiện AccropodeTM II, cấu kiện Core-LocTM, cấu kiện EcopodeTM; dạng To study impact level of dominat parameters 613 thân thiện với môi trường tự nhiên như dải ngầm nhân tạo (Artificial Reefball), kết cấu gờ ngầm P.E.P, WaveBlockTM, BeachSaverTM, Surger Breaker TM , BeachPrism TM , ống Geotube, túi địa kỹ thuật, hệ cọc giảm sóng (tiết diện ngang là hình tròn, vuông, chữ nhật hay tam giác); hay dạng phi công trình như trồng cây ngập mặn. Nghiên cứu chủ yếu được thực hiện thông qua các thí nghiệm mô hình vật lý thu nhỏ trong máng sóng thủy lực để xác lập mối quan hệ giữa các đặc trưng về hải văn, thủy lực như (chiều cao sóng Hs, chu kỳ sóng Tp, độ sâu nước trước đê h, độ ngập đỉnh đê Rc) với các đặc trưng hình học của đê như (bề rộng đỉnh đê B, chiều cao đê D, hệ số mái m) và cấu trúc vật liệu làm thân đê (n%). Các nghiên cứu giai đoạn trước năm 1995 được đánh giá là thực hiện khá đơn giản, kết quả nghiên cứu ít có tính thực tiễn do chưa xem xét đầy đủ và đúng b ... phương trình cân bằng năng lượng sóng cho hệ cọc như sau: 2 2 2 ( ) (0) ,(0) ,( ) , 1 1 . .. 8 8 p rms rms p g rms p g g p p g H H c gH cE E c D D x x x (8) Với Hrms,p gọi là thành phần chiều cao sóng bị suy giảm chỉ bởi hệ cọc. Nếu như sóng đến là như nhau thì PT (8) có diễn giải một cách đơn giản là năng lượng sóng tiêu hao bởi hệ cọc chính là phần chênh lệch về năng lượng sóng phía sau đê giữa hai trường hợp đê có và không có hệ cọc. 2 2 2, ,(0) ( ) ,1 1 8 8 rms t rms t p rms p p g g b b H H H D gc gc X X (9) Trong đó: Hrms,t là chiều cao sóng phía sau đê, các chỉ số (0) và (p) tương ứng dùng để chỉ trường hợp đê ngầm rỗng không cọc và có hệ cọc; Xb là chiều rộng ảnh hưởng của số hàng cọc trên đỉnh đê ngầm xét theo phương truyền sóng (Xb là khoảng cách tính theo tim của hai hàng cọc biên ngoài cùng trên đỉnh đê theo phương truyền sóng). Ở đây chúng ta đưa ra khái niệm năng lượng sóng tương đối tiêu hao bởi hệ cọc Dpr, là đại lượng phi thứ nguyên được định nghĩa như sau: 2 , 2 , rms p pr rms i H D H (10) Từ PT (9) và (10) chúng ta có liên hệ: 2 ( ) ,. . .1 8 p pr rms i pr g p g b b D H D E c D gc X X (11) Sử dụng đại lượng phi thứ nguyên Dpr xác định từ các số liệu thí nghiệm cho hai trường hợp đê không có và có hệ cọc theo PT (10) để phân tích sự suy giảm chiều cao sóng do ảnh hưởng của hệ cọc. Kết quả tính toán Dpr theo PT (9), (10) được lập thành bảng dựa vào kết quả thí nghiệm MHVL truyền sóng qua đê ngầm rỗng không cọc và có hệ cọc. Nhìn chung giá trị Dpr To study impact level of dominat parameters 621 khá nhỏ, chỉ chiếm khoảng 10–20% so với tổng năng lượng sóng tới. Phân tích mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối đến tiêu hao năng lượng sóng qua hệ cọc Tương tự như với thân đê rỗng, độ ngập sâu tương đối Rc/Hm0 (chiều dài phần cọc nhúng trong nước) cũng có ảnh hưởng nhiều đến tiêu hao năng lượng sóng qua hệ cọc như thể hiện trên hình 12. Nhìn chung có thể thấy rằng quan hệ này là đồng biến rõ ràng với xu thế phi tuyến. Dpr tăng mạnh với Rc/Hm0 < 1,20 sau đó thì hầu như không tăng nữa. Dpr cũng tăng tỷ lệ với số hàng cọc (tương ứng với bề rộng ảnh hưởng của hệ cọc). Hình 12. Ảnh hưởng của của độ ngập sâu tương đối Rc/Hm0 Hình 13. Ảnh hưởng của bề rộng tương đối của hệ cọc Xb/Lp (trái) và Xb/Hm0 (phải) Ảnh hưởng của bề rộng tương đối của hệ cọc Xb/Lp và Xb/Hm0 đối với Dpr được lần lượt thể hiện trên hình 13 cũng cho thấy sự phụ thuộc mạnh mẽ theo quan hệ đồng biến của bề rộng hệ cọc đến sự tiêu hao năng lượng sóng qua hệ cọc. Ảnh hưởng này rõ rệt nhất đối với các mức độ ngập sâu thấp. Việc Dpr có xu thế tăng chậm với các mức độ ngập sâu lớn được lý giải: Khi độ sâu nước đủ lớn thì phần lớn năng lượng sóng ở dải tần số cao đã bị tiêu hao bởi hệ cọc, chỉ còn lại năng lượng sóng ở dài tần số thấp. Như đã phân tích ở trên sóng ở dải tần thấp ít bị tiêu hao năng lượng khi qua hệ cọc, do vậy khi độ sâu tiếp tục tăng hoặc số hàng cọc tăng thì Dpr sẽ không tiếp tục tăng nữa. Hình 14 là kết quả phân tích sự phuộc vào độ dốc sóng (sp = Hm0/Lp và sm = Hm0/Lm) tại vị trí công trình đối với Dpr. Xu thế chung là đồng biến, tuy nhiên khá yếu so với trường hợp thân đê rỗng không có cọc. Hình 14. Ảnh hưởng của độ dốc sóng địa phương sp (hình trái) và sm (hình phải) Các ảnh hưởng khác như độ sâu nước tương đối h/Lp và chỉ số vỡ Hm0/h đến Dpr được lần lượt trình bày trên các hình 15–16 cho thấy các tham số này hầu như không có chi phối trực tiếp đến tiêu hao năng lượng sóng qua hệ cọc. Hình 15. Ảnh hưởng của độ sâu nước tương đối h/Lp Ngoài ra tiêu hao năng lượng sóng qua hệ cọc còn phụ thuộc vào mật độ cọc hay độ rỗng của đê ngầm cọc phức hợp (phụ thuộc khoảng cách giữa các cọc), đường kính cọc. Tuy nhiên trong thí nghiệm tham số này được giữ cố định do vậy không được xem xét một cách trực tiếp ở đây mà gián tiếp nằm trong các thông số khác được phân tích ở trên. Nguyen Anh Tien 622 Hình 16. Ảnh hưởng của chỉ số vỡ Hm0/h Tiêu hao năng lượng sóng qua hệ cọc Với những phân tích tương quan nêu trên ở đây chúng ta sẽ xây dựng công thức thực nghiệm tính toán xác định năng lượng sóng bị tiêu hao bởi hệ cọc phía trên thân đê rỗng. Một cách tương tự như trên chúng ta có phương trình tổng quát như sau: 0 ,c bpr m m R X D f H L (12) Dpr mang ý nghĩa là năng lượng sóng tiêu hao tương đối bởi hệ cọc so với tổng năng lượng sóng tới (Dpr còn được hiểu là hiệu năng của hệ cọc Dpr < 1). Như vậy Dpr phụ thuộc vào tổng thể tích phạm vi cản nước tương đối của hệ cọc so với toàn bộ thể tích khối nước dao động xét trong trong một chu kỳ sóng. Ngoài ra lưu ý khi Rc = 0 (mực nước ngang bằng thân đê rỗng) thì Dpr > 0 do một phần sóng vẫn truyền qua đỉnh đê và vẫn bị tiêu hao năng lượng bởi hệ cọc. Xuất phát từ những phân tích trên chúng ta có đề xuất tham số biểu diễn thể tích cản sóng tương đối của hệ cọc như sau: 0, 0, 0 0 . ˆ . . c m i bp c m i b p w m m m m R H XV R H X V V H L H L (13) Trong đó: ˆ pV là thể tích cản sóng tương đối của hệ cọc; Vp và Vw là thể tích phạm vi cản sóng của hệ cọc và tổng thể tích phần khối nước dao động xét trong một chu kỳ sóng. Hình 17. Đường hồi quy thực nghiệm xác định Dpr ~ ˆpV (với Lm) (đê có hệ cọc) PT (13) vẫn bảo toàn các tham số chi phối của của PT (12). Hình 17 biểu diễn quan hệ giữa thể tích cản sóng tương đối của hệ cọc và Dpr, qua đó có thể thấy rằng tương tự như các phân tích tương quan ở phần trước Dpr có xu thế tăng khi ˆpV tăng, tức là khi độ ngập tương đối tăng hoặc bề rộng hệ cọc tăng. Khi ˆpV tăng đến một giới hạn nào đó thì Dpr không tăng nữa (lý do đã giải thích ở trên). Như vậy tương quan này tồn tại một số điều kiện giới hạn như sau: Có tiệm cận trên là Dpr, max và Dpr = 0 khi không có hệ cọc (Xb = 0) và Dpr > 0 khi Rc = 0. Với những tính chất này và với đại lượng miêu tả hiệu năng (Dpr < 1) thì hàm tanh(x) (với x < 1) là một dạng hàm phù hợp. Sử dụng phương pháp hồi quy với bộ số liệu thí nghiệm chúng ta xây dựng được quan hệ đường hồi quy như sau (hình 17), mức độ phù hợp cao R2 = 0,80. 0, 0 0,153tanh 20,6 c m i b pr m m R H X D H L (14) Khi sử dụng Tp thay vì Tm-1,0 (Lp thay vì Lm) trong tính toán thì mức độ phù hợp với các số liệu thực nghiệm đạt được sẽ thấp hơn một chút (R 2 = 0,71, hình 18). Lúc này công thức xác định Dpr sẽ là: 0, 0 0,152 tanh 16,3 c m i b pr m p R H X D H L (15) To study impact level of dominat parameters 623 Hình 18. Đường hồi quy thực nghiệm xác định Dpr ~ ˆpV (với Lp) (đê có hệ cọc) Truyền sóng qua đê ngầm rỗng có hệ cọc Xuất phát từ các phương trình cân bằng năng lượng sóng cho các trường hợp đê ngầm rỗng không cọc và có hệ cọc bên trên như sau: Khi đê ngầm rỗng không cọc: (0) (0) (0) (0) tot t d f rE E E E E (16) Khi đê ngầm rỗng có hệ cọc bên trên: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )p p p p p tot t d p f rE E E E E E (17) Trong đó: Et, Ed, Ep, Ef và Er lần lượt là năng lượng của sóng phía sau đê, phần năng lượng tiêu hao bởi phần thân đê rỗng, bởi hệ cọc, ma sát và năng lượng sóng phản xạ lại. Etot là tổng năng lượng sóng (bao gồm cả sóng tới và sóng phản xạ trở lại từ công trình) Các chỉ số (0) và (p) tương ứng dùng để chỉ trường hợp đê không cọc và có hệ cọc. Giả thiết với cùng một tổng năng lượng sóng Etot, thì các thành phần năng lượng sóng bị tiêu hao bởi ma sát và thân đê là như nhau trong cả hai trường hợp đê ngầm rỗng không cọc và có hệ cọc bên trên (tức là (0) ( )pf fE E , (0) ( )p d dE E . Từ hai PT (16) và PT (17) ta có: 2 2 2 2 (0) ( ) (0) ( ) ( ) (0) ( ) 2 (0) ( ) , , , 0 1 1 0 8 8 p p p t t r r p p bp p rms t rms t rms i r r g E E E E E D X g H H gH C C c (18) Với Cr (0 và p) là các hệ số phản xạ trong hai trường hợp đê không có cọc và có hệ cọc. PT (18) có thể viết lại dưới dạng các hệ số truyền sóng (Kt = Hrms,t/Hrms,i) bằng cách chia hai vế phương trình này cho năng lượng sóng tới đơn vị 2 ,1 8 rms iE gH , ta có: 2 2 2 2 0 0 2 , 0 1 8 p bp p t t r r rms i g D X K K C C gH c (19) Liên hệ PT (19) với PT (11), chúng ta có: 2 2 2 2 0 0 0 p p t t r r prK K C C D (20) Lưu ý: Chênh lệch năng lượng sóng phản xạ tương đối 2 2 0 0p p r r r rE E E E E có giá trị rất nhỏ và tỷ lệ thuận so với năng lượng sóng tiêu hao bởi thân đê có hệ cọc như trình bày trên hình 19 có kết quả từ thực nghiệm. Do vậy ảnh hưởng chênh lệch về sóng phản xạ có thể được xét đến một cách gián tiếp thông qua Dpr với một hệ số điều chỉnh mô hình m. Từ PT (20) chúng ta có thể đưa ra công thức bán thực nghiệm xác định hệ số truyền sóng qua đê rỗng có hệ cọc bên trên (Kt (p) hay kí hiệu khác là Kt) như sau: 2(0) .t t prK K m D (21) Trong đó: m là hệ số mô hình (theo lý thuyết thì m < 1,0) được hiệu chỉnh với các số liệu thí Nguyen Anh Tien 624 nghiệm nhằm kể đến ảnh hưởng của sóng phản xạ và các sai lệch do các giả thiết đã nêu khác trong quá trình xây dựng công thức. Lưu ý: Kt (0) là hệ số truyền sóng qua đê ngầm rỗng không cọc được xác định từ PT (4) và Dpr là năng lượng sóng tương đối tiêu hao bởi hệ cọc được xác định từ PT (14) hoặc PT (15). Khi đê ngầm rỗng không cọc (Dpr = 0) thì PT (21) sẽ trở về PT (4). Sử dụng các PT (4), PT (14) và PT (21) cùng với bộ số liệu thí nghiệm cho trường hợp đê có cọc để xác định hệ số mô hình m (160 thí nghiệm). Kết quả trên hình 20 cho thấy m = 0,94 cho kết quả phù hợp tốt nhất với bộ số liệu thí nghiệm (R2 = 0,87). Hình 21 trình bày so sánh giữa kết quả tính toán Kt theo PT (21) với hệ số mô hình m = 0,94 và bộ số liệu thí nghiệm. Sự phù hợp rất tốt của PT (21) với bộ số liệu thí nghiệm khẳng định tính đúng đắn của phương pháp và các giả thiết đưa ra trong quá trình xây dựng công thức. Hình 19. Liên hệ giữa chênh lệch năng lượng sóng phản xạ tương đối và tiêu hao năng lượng do hệ cọc Dpr (đê có cọc) Hình 20. Hiệu chỉnh hệ số mô hình m với các số liệu thí nghiệm Đo đạc = Tính toán Dữ liệu Lab (Đê có hệ cọc), m= 0,94 Hình 21. So sánh kết quả tính toán hệ số truyền sóng với số liệu thực nghiệm cho trường hợp đê có hệ cọc (hệ số mô hình m = 0,94) Đo đạc = Tính toán Đê không cọc Đê có hệ cọc Hình 22. Tổng hợp so sánh kết quả tính toán hệ số truyền sóng với toàn bộ số liệu thực nghiệm (đê không cọc và đê có hệ cọc) To study impact level of dominat parameters 625 Sau cùng hình 22 là so sánh tổng hợp giữa kết quả tính toán với tất cả các trường hợp có và không có hệ cọc (tổng số 260 thí nghiệm). KẾT LUẬN Bài báo giới thiệu dạng đê ngầm cọc phức hợp có kết cấu mới phi truyền thống lắp ghép linh hoạt bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn định hình ứng dụng để bảo vệ bờ biển bị sạt lở do tác động của sóng biển tại vùng biển tây của ĐBSCL (hình 1) [1, 2]. Xây dựng được công thức bán thực nghiệm (21) dạng tổng quát tính toán xác định hệ số truyền sóng qua đê, công thức phản ảnh đầy đủ mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối thông qua hai thành phần năng lượng sóng tiêu hao do thân đê rỗng là Kt (0) xác định theo PT (4) và do hệ cọc bên trên là Dpr xác định theo PT (14) hoặc PT (15). Trường hợp đê ngầm rỗng không có hệ cọc (Dpr = 0) thì PT (21) trở về PT (4). Công thức bán thực nghiệm (21) và các công thức thực nghiệm (4), (14), (15) được xây dựng có đầy đủ cơ sở khoa học, đảm bảo độ tin cậy và có khả năng ứng dụng vào trong thực tiễn để tính toán xác định hệ số truyền sóng qua đê ngầm cọc có cấu tạo phức hợp. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyen Anh Tien, Trinh Cong Dan, Lai Phuong Quy, Thieu Quang Tuan, 2018. The study of proposing the empirical formulation for calculating wave transmission coefficent through permeable breakwater by physical experiment. Journal of Water Resources Science and Technology, Vietnam Academy for Water Resources, (46), 24–34. [2] Nguyen Viet Tien, 2015. Research on wave energy damping efficiency by submerged breakwater in Vietnamese coastal. Ph.D Thesis, Thuyloi University, Hanoi. [3] Seelig, W. N., 1980. Two-Dimensional Tests of Wave Transmission and Reflection Characteristics of Laboratory Breakwaters (No. CERC-TR-80-1). Coastal Engineering Research Center Fort Belvoir VA. [4] Allsop, N. W. H., 1983. Low-crest breakwaters, studies in random waves. In Coastal Structures’ 83 (pp. 94–107). ASCE. [5] Ahrens, J. P., 1987. Characteristics of Reef Breakwaters (No. CERC-TR-87-17). Coastal Engineering Research Center Vicksburg MS. [6] Ferrant, V., 2007. Spectral analysis of wave transmission behind submerged breakwaters. Ph.D thesis, Italy. [7] van der Meer, J. W., 1991. Stability and transmission at lowcrested structures. Delft hydraulics publ. [8] van der Meer, J. W., and Daemen, I. F., 1994. Stability and wave transmission at low-crested rubble-mound structures. Journal of waterway, port, coastal, and ocean engineering, 120(1), 1–19. [9] d’Angremond, K., Van der Meer, J. W., and De Jong, R. J., 1996. Wave transmission at low-crested structures, 25 th Int. In Conf. on Coastal Eng., Orlando, Florida. [10] Van der Meer, J. W., Briganti, R., Zanuttigh, B., and Wang, B., 2005. Wave transmission and reflection at low-crested structures: Design formulae, oblique wave attack and spectral change. Coastal Engineering, 52(10–11), 915–929. [11] Nguyen Anh Tien, Trinh Cong Dan, Thieu Quang Tuan, To Van Thanh, 2018. Scientific background used for proposing calculating method of wave transmission coefficent through submerged complex with solid piles breakwater. Journal of Water Resources Science and Technology, Viet Nam Academy for Water Resources, (46), 81–87.
File đính kèm:
nghien_cuu_muc_do_anh_huong_cua_cac_tham_so_chi_phoi_va_xay.pdf