Luận án tiến sĩ: Kết cấu đê giảm sóng cọc rỗng móng ngựa - Cửu Long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM PHẠM ĐỨC HƯNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT KẾT CẤU ĐÊ GIẢM SÓNG DẠNG CỌC RỖNG HÌNH MÓNG NGỰA BẢO VỆ BỜ BIỂN TÂY ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM PHẠM ĐỨC HƯNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT KẾT CẤU ĐÊ GIẢM SÓNG DẠNG CỌC RỖNG HÌNH MÓNG NGỰA BẢO VỆ BỜ BIỂN TÂY ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY MÃ SỐ: 958 02 02 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 1. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS Trần Đình Hòa HÀ NỘI, NĂM 2024 -i- LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân, các kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Chữ ký Phạm Đức Hưng - ii - LỜI CẢM ƠN Tác giả trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS.TS Trần Đình Hòa, người thầy đã định hướng vấn đề nghiên cứu, hướng dẫn và đồng hành cùng tác giả trong suốt quá trình làm luận án.

Tác giả chân thành cảm ơn cơ sở đào tạo Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả thực hiện luận án theo đúng quy định của Bộ Giáo dục và Đào tạo và quy chế đào tạo của Viện. Tác giả cảm ơn Ban lãnh đạo và các cộng sự tại Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển đã tạo điều kiện và hỗ trợ tối đa cho tác giả thực hiện thí nghiệm mô hình vật lý. Trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Thủy công, Trung tâm công trình đồng bằng ven biển và Đê điều cùng các đồng nghiệp đã tạo điều kiện và giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận án. Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình luôn sát cánh, động viên tác giả vượt qua mọi khó khăn khi thực hiện luận án.

- iii - MỤC LỤC MỞ ĐẦU. Mục tiêu nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Cấu trúc của luận án. Những đóng góp mới của luận án.

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC SÓNG VỚI KẾT CẤU ĐÊ GIẢM SÓNG. Tổng quan về đê giảm sóng. 8 Khái quát chung. 8 Phân loại đê giảm sóng.

Tổng quan các nghiên cứu về tương tác giữa sóng với kết cấu đê giảm sóng trên thế giới. 9 Đê giảm sóng mái nghiêng. 9 Đê giảm sóng thùng chìm. 11 Đê giảm sóng hình bán nguyệt.

13 Đê giảm sóng dạng ¼ hình tròn. 14 Đê giảm sóng dạng cọc rỗng. Các nghiên cứu về tương tác sóng với kết cấu đê giảm sóng ở Việt Nam. Tổng quan nghiên cứu về áp lực sóng lên công trình giảm sóng.

26 - iv - Một số kết quả nghiên cứu trên thế giới. 26 Các nghiên cứu ở Việt Nam. Kết luận Chương I. 35 Chương II.

CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Cơ sở đề xuất kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa. 37 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu. 37 Các giải pháp kết cấu đang ứng dụng, thử nghiệm tại ĐBSCL và hạn chế.

38 Đề xuất kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa. Cơ sở đánh giá chức năng của kết cấu đê giảm sóng. Cơ sở lý thuyết thí nghiệm mô hình vật lý đánh giá tương tác sóng với kết cấu HPB. 46 Lý thuyết tương tự.

46 Phân tích thứ nguyên thiết lập mối quan hệ giữa các tham số chi phối cơ bản với hệ số truyền sóng và áp lực sóng lên kết cấu HPB. Cơ sở xác định và lựa chọn điều kiện biên thí nghiệm. 54 Lựa chọn chiều cao sóng và chu kỳ sóng. 54 Lựa chọn độ dốc bãi và độ sâu nước.

Thiết kế thí nghiệm mô hình vật lý. 56 Thiết bị thí nghiệm. 56 Lựa chọn tỷ lệ mô hình. 57 Bố trí thí nghiệm.

58 Kết cấu và kịch bản thí nghiệm. 60 Kiểm định thiết bị đo, đánh giá sai số mô hình thí nghiệm. 62 Tiến hành thí nghiệm. Phương pháp hồi quy xây dựng công thức thực nghiệm.

66 Phân tích tương quan. 66 Phân tích hồi quy. 67 Các thông số đánh giá độ phù hợp của mô hình hồi quy. Kết luận Chương II.

69 Chương III. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TRUYỀN SÓNG, ÁP LỰC SÓNG LÊN KẾT CẤU ĐÊ GIẢM SÓNG DẠNG CỌC RỖNG HÌNH MÓNG NGỰA. Đánh giá khả năng tiêu giảm sóng của kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa. 70 Đánh giá phản xạ sóng qua kết cấu thí nghiệm.

70 Đánh giá hiệu quả tiêu hao năng lượng sóng qua kết cấu thí nghiệm. 75 Đánh giá lực sóng tác động lên kết cấu. 75 Đánh giá ưu điểm của kết cấu đề xuất. Xác định hệ số truyền sóng qua kết cấu HPB.

82 Đặc điểm truyền sóng qua kết cấu HPB. 82 Xây dựng công thức tính toán hệ số truyền sóng qua kết cấu HPB. Xây dựng biểu đồ bao áp lực sóng lớn nhất tác động lên kết cấu HPB. 91 Biểu đồ bao phân bố áp lực sóng lớn nhất trên mặt đứng theo độ sâu nước.

91 Biểu đồ bao phân bố áp lực sóng lớn nhất trên mặt bằng theo mặt cong. 95 Xây dựng biểu đồ bao phân bố áp lực sóng lớn nhất lên HPB. Kết luận Chương III. 104 Chương IV.

ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH GIẢM SÓNG TẠI KHU VỰC BIỂN TÂY TỈNH CÀ MAU. Địa điểm áp dụng. Các điều kiện phục vụ thiết kế. 106 - vi - Đặc điểm địa hình.

106 Đặc điểm địa chất. Áp dụng kết quả nghiên cứu thiết kế mặt cắt ngang đê giảm sóng. 108 Cấp công trình và tần suất thiết kế. 108 Xác định các điều kiện biên thiết kế.

108 Xác định cao trình đỉnh đê. 111 Xác định kích thước kết cấu HPB. 112 Xác định phạm vi gia cố chân đê. 113 Kiểm tra ổn định mặt cắt ngang đê.

114 Kết cấu và mặt cắt ngang HPB cho khu vực ứng dụng kết quả nghiên cứu. Đánh giá, so sánh với các giải pháp khác. Kết luận Chương IV. 118 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

119 Những vấn đề tồn tại cần nghiên cứu tiếp theo. 119 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ. 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 122 - vii - DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tổng hợp công thức xác định hệ số truyền sóng qua đê mái nghiêng .2 Công thức xác định hệ số phản xạ và truyền sóng qua kết cấu thùng chìm .3 Thông số thí nghiệm các dạng kết cấu [16] .1 Nhóm các tham số thủy động lực .2 Nhóm các tham số đặc trưng hình học .3 Tính toán lựa chọn chu kỳ sóng thí nghiệm .4 Thông số thí nghiệm mô hình vật lý .5 Tổng hợp các kịch bản thí nghiệm mô hình vật lý .1 Mô tả số liệu áp lực thu được tại mỗi đầu đo (PA21H13T15D26B36e25) .2 Đánh giá mức độ tương quan của các tham số tới hệ số truyền sóng .3 Kết quả đánh giá mức độ phù hợp của công thức hồi quy .4 So sánh giá trị phân bố áp lực sóng đo đạc so với giá trị tính toán theo công thức của Goda.5 Điều kiện biên thiết lập trong mô hình .6 So sánh giá trị phân bố áp lực sóng lớn nhất trên mặt cong .7 So sánh giá trị áp lực sóng lớn nhất so với giá trị tính toán theo công thức của Goda tại các vị trí theo phương đứng của HPB .8 Mức độ suy giảm áp lực sóng của kết cấu HPB .1 Các chỉ tiêu cơ lý trung bình của các lớp đất [34] .2 Giá trị mực nước theo tần suất thiết kế (TCVN 9901: 2023) .3 Thông số phục vụ thiết kế.4 Tính toán lựa chọn kích thước hình học của HPB.5 Các thông số hình học kết cấu HPB .6 So sánh và đánh giá với các giải pháp ĐGS khác .117 - viii - DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Sơ đồ các tham số ảnh hưởng đến sự truyền sóng qua đê mái nghiêng.9 ĐGS dạng thùng chìm theo nghiên cứu của Gűnaydın và Kebdaşlı [45] .11 Kết cấu thùng chìm trong nghiên cứu của Brossard (2003)[38] .12 Đê bán nguyệt trong nghiên cứu của Dhinakaran và các cộng sự [42] .14 Đê giảm sóng dạng ¼ hình tròn [70] .14 Cọc rỗng dạng trụ đôi tại Nhật Bản (nguồn: internet) .16 Kết cấu cọc đục lỗ trong nghiên cứu của Rao và cộng sự [55], [56] .17 Kết cấu cọc đơn đục lỗ trong nghiên cứu của Norzana [53] .18 Thùng chìm cảng Tiên Sa [1] .19 Thùng chìm có BTS [1] .19 Kết cấu đê rỗng 2 mặt thí nghiệm trong máng sóng [26] .20 Kết cấu tiêu sóng dạng rỗng hình tứ giác và hình bán nguyệt [9] .21 Kết cấu đê rỗng phức hợp [20],[21] .22 Kết cấu tiêu sóng dạng ¼ hình trụ rỗng [31] .23 Minh họa lực sóng lên tường đứng trường hợp sóng vỡ và không vỡ.26 Phân bố áp lực sóng lên tường theo công thức của Hiroi [48].27 Phân bố áp lực sóng theo công thức của Sainflou [57] .28 Phân bố áp lực sóng lên đê chắn sóng dạng tường đứng theo Goda [44] .29 Sơ đồ phân bố áp lực sóng lên các mặt của thùng chìm đục lỗ [43].32 Biểu đồ phân bố áp lực sóng lớn nhất lên các loại tường biển có mặt cắt khác nhau [14] .34 Một số giải pháp kết cấu ĐGS đang ứng dụng, thử nghiệm tại ĐBSCL .38 - ix - Đơn nguyên cấu kiện HPB .41 Mặt bằng điển hình tuyến ĐGS.42 Chính diện tuyến ĐGS .42 Tổng thể tuyến ĐGS sử dụng cấu kiện HPB khi hoàn thành .43 Sơ đồ biện pháp thi công tuyến ĐGS .44 Sơ đồ các tham số cơ bản chi phối đến đặc tính tương tác sóng với kết cấu HPB .49 Máy tính điều khiển và hệ thống thu thập số liệu .56 Đầu đo sóng và đầu đo áp lực sử dụng trong thí nghiệm.57 Sơ đồ bố trí thí nghiệm trên máng sóng .58 Mặt bằng bố trí máng sóng thí nghiệm .58 Bố đầu đo áp lực sóng lên cấu kiện HPB .