Luận án: Nghiên cứu mặt cắt ngang và sóng tràn qua đê biển kết cấu ¼ trụ rỗng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PHAN ĐÌNH TUẤN NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG VÀ SÓNG TRÀN QUA ĐÊ BIỂN CÓ KẾT CẤU ¼ TRỤ RỖNG TRÊN ĐỈNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PHAN ĐÌNH TUẤN NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG VÀ SÓNG TRÀN QUA ĐÊ BIỂN CÓ KẾT CẤU ¼ TRỤ RỖNG TRÊN ĐỈNH Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình biển Mã số: 958 02 03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1.TS Trần Đình Hòa 2.TS Nguyễn Bá Quỳ HÀ NỘI, NĂM 2022 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận 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 Phan Đình Tuấn i LỜI CẢM ƠN Có được kết quả nghiên cứu như hôm nay ngoài sự cố gắng của bản thân, tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS.TS Trần Đình Hòa, PGS.

Nguyễn Bá Quỳ, TS. Trần Văn Thái đã hướng dẫn tận tình. Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS. Nguyễn Thành Công, GS.

Thiều Quang Tuấn, PGS. Trần Thanh Tùng, PGS. Lê Hải Trung, ThS. Nguyễn Thanh Tâm đã tận tình giúp đỡ mọi mặt trong quá trình tác giả thực hiện luận án.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn Ban Giám hiệu nhà trường, phòng Đào tạo, Bộ môn Công trình Biển và Đường thủy, khoa Công trình và các Thầy, Cô đã giúp đỡ tác giả để hoàn thành luận án. Tác giả xin được cảm ơn Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam, Phòng thí nghiệm Trọng điểm Quốc Gia về Động lực học sông biển, Viện Thủy công, Trung tâm công trình đồng bằng ven Biển và Đê điều và các đồng nghiệp đã tạo điều kiện cho tác giả trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả 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. ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU.

Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Cấu trúc của luận án .4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU SÓNG TRÀN VÀ CÁC KẾT CẤU RỖNG TRONG CÔNG TRÌNH BIỂN .1 Tổng quan nghiên cứu sóng tràn qua đê biển .1 Tổng quan nghiên cứu sóng tràn trên thế giới .2 Tổng quan nghiên cứu sóng tràn ở Việt Nam .2 Tổng quan kết cấu rỗng trong công trình biển .1 Tổng quan các công trình sử dụng kết cấu rỗng .2 Tổng quan các nghiên cứu kết cấu rỗng.3 Hiện trạng và tồn tại đê biển khu vực đồng bằng sông Cửu Long .4 Kết luận chương 1 .31 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ DỮ LIỆU NGHIÊN CỨU .1 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu sóng tràn .2 Các tham số chi phối sóng tràn .3 Các tham số sóng .2 Phương pháp tính sóng tràn qua các mặt cắt đặc trưng .1 Phương pháp tính sóng tràn mái nghiêng và mái nghiêng có tường đỉnh 37 2.2 Phương pháp tính sóng tràn qua mặt cắt tường biển .3 Cơ sở lý thuyết về thí nghiệm mô hình vật lý .1 Lý thuyết tương tự và tỷ lệ mô hình .2 Cơ sở lý thuyết về phương pháp phân tích thứ nguyên .3 Phân tích thứ nguyên xác định các tham số chi phối để xây dựng phương trình tổng quát xác định lưu lượng tràn .4 Thiết lập phương trình tổng quát về sóng tràn qua mặt cắt đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng trên đỉnh (TSD) .4 Cơ sở lựa chọn các tham số và kịch bản thí nghiệm.1 Lựa chọn loại mặt cắt nghiên cứu .2 Lựa chọn độ sâu nước và độ dốc bãi thí nghiệm .3 Lựa chọn thông số sóng thí nghiệm .5 Thiết kế mô hình và bố trí thí nghiệm .1 Thiết bị thí nghiệm và các tham số đo đạc .2 Bố trí thí nghiệm .6 Các phương án thí nghiệm .7 Kết luận chương 2 .62 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG ĐÊ BIỂN CÓ KẾT CẤU ¼ TRỤ RỖNG TRÊN ĐỈNH VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA KẾT CẤU ĐẾN SÓNG TRÀN BẰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ MÁNG SÓNG .1 Cơ sở đề xuất mặt cắt đê biển có kết cấu rỗng trên đỉnh .1 Đánh giá sóng tràn qua các mặt cắt thí nghiệm .2 Đánh giá sóng phản xạ qua các mặt cắt thí nghiệm .2 Đánh giá xu thế sóng tràn qua mặt cắt đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng trên đỉnh (TSD) so với phương pháp tính toán sóng tràn qua mặt cắt tường biển hỗn hợp .3 Đánh giá ảnh hưởng của các tham số chi phối .1 Tương quan độ cao lưu không và lưu lượng tràn .2 Tương quan độ sâu nước, độ dốc sóng và lưu lượng tràn .3 Tương quan hệ số rỗng bề mặt và lưu lượng tràn .4 Xây dựng công thức thực nghiệm .5 So sánh kết quả tính với số liệu đo đạc .6 Phạm vi ứng dụng công thức thực nghiệm của luận án .7 Kết luận chương 3 .82 CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CHO ĐÊ BIỂN NHÀ MÁT TỈNH BẠC LIÊU .1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu.1 Vị trí địa lý và điều kiện địa hình .2 Điều kiện địa chất .3 Điều kiện khí tượng .4 Điều kiện thủy hải văn .2 Các điều kiện biên thiết kế .1 Cấp công trình và tần suất thiết kế .2 Điều kiện biên .3 Thông số kết cấu ¼ trụ rỗng trên đỉnh tính toán .4 Tính toán cao trình đỉnh mặt cắt đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng trên đỉnh (TSD) 95 4.1 Công thức tính toán sóng tràn qua mặt cắt đê có TSD .2 Kiểm tra tính phù hợp công thức so với điều kiện biên .3 Thiết lập bảng tính toán sóng tràn .4 Phương pháp tính .5 Tính toán lưu lượng tràn qua mặt cắt hiện trạng.1 Thông số mặt cắt, điều kiện biên tính toán .2 Công thức xác định .6 Phân tích, đánh giá hiệu quả mặt cắt đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng trên đỉnh (TSD) so với mặt cắt đê biển hiện trạng .7 Kết luận chương 4 .103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Tồn tại và hướng phát triển .106 TÀI LIỆU THAM KHẢO .109 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1 : Phối cảnh không gian đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng trên đỉnh .1: Dữ liệu sóng tràn ảnh hưởng các tham số mặt cắt .2: So sánh công thức tính cho vùng nước sâu của Franco và cộng sự (1994) [12] với Allsop (1995) [13] .3: So sánh công thức tính cho vùng nước nông của Franco và cộng sự (1994) với Allsop et al.4: Tổng quan về các chế độ sóng tràn qua công trình tường đứng .5: Sơ đồ tính toán lưu lượng tràn qua mặt cắt tường biển .6: Công trình đê chắn sóng tại cảng Miyazaki .7: Đê tiêu sóng dạng bán nguyệt tại Thiên Tân Trung Quốc [22] .8: Đê tiêu sóng dạng bán nguyệt tại Dương Tử Trung Quốc .9: Đê trụ rỗng giảm sóng xa bờ bảo về đê biển Nhà Mát .10: ĐGS dạng trụ rỗng bảo vệ bờ biển xã Khánh Bình Tây huyện Trần Văn Thời sau khi được tu bổ, chỉnh sửa .11: Cấu kiện rỗng bê tông cốt phi kim đúc sẵn hình thang cân .12: Cấu kiện rỗng bê tông cốt phi kim đúc sẵn hình hộp chữ nhật .13: Kết cấu lỗ rỗng trong các nghiên cứu của Dhinakaran, 2011 .14: Hiệu quả giảm sóng phản xạ các kiểu lỗ rỗng, Nguyễn Trung Anh [23] .15: Cấu kiện có bố trí lỗ tiêu sóng hình lăng thể tam giác và tứ giác bằng bê tông cốt thép đúc sẵn của Viện KHTL miền Nam .16: Biểu đồ năng lượng sóng qua kết cấu, Lê Thanh Chương [24] .17: Kết cấu hình thang không có cọc (trái), có cọc (phải) [26] .18: Sơ đồ lực Yuan Dekui và Tao Jianhua và mặt cắt đặc trưng tính toán [31]25 Hình 1.19: Tường biển mặt lỗ Caen, Pháp .20: Tường biển dạng rãnh Cardiff Barrage, Anh .21: Sơ đồ thí nghiệm kết cấu rỗng ¼ đường tròn [36] .22: Quan hệ độ cao lưu không tương đối và hệ số chiết giảm sóng tràn [36] .23: Đê mái nghiêng Phú Tân – Cà Mau .24: Mặt cắt đê biển mái nghiêng kết hợp tường đỉnh có mũi hắt ở ĐBSCL .25: Triều cường kết hợp với sóng to, gió lớn làm nước biển tràn qua đê biển Tây tỉnh Cà Mau vào ngày 03/8/2019 .26: Đê biển hư hại, mất ổn định do nền yếu ở ĐBSCL.27: Sóng tương tác tường đỉnh tạo sóng đứng tại Gành Hào, Bạc Liêu .1: Chảy tràn qua tường biển ở Howth, UK .2: Sóng bắn qua tương chắn sóng ở Margate, UK .3: Các dạng sóng vỡ: nhảy vỡ và dâng vỡ.4: Các tham số chi phối và thông số cơ bản trong đánh giá sóng tràn qua mặt cắt đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng trên đỉnh .6: Máng thí nghiệm .7: Phòng điều khiển .8: Giao diện điều kiện đầu vào cho máy tạo sóng .9: Phần mềm thu thập và phân tích số liệu .10: Giao diện phân tích số liệu sóng .11: Kết quả đo đạc số liệu chiều cao sóng qua ba lần tạo sóng ngẫu nhiên .12: Phổ sóng qua 3 lần kiềm tra .13: Giá trị Hs với thời gian tạo sóng khác nhau .14: Thiết bị thu số liệu PicoLog 1000 Series.15: Bố trí đầu đo và hệ thống thu dữ liệu .16: Kiểm tra cao độ cốt nền, bãi bằng máy toàn đạc.17: Tạo nền công trình .18: Lắp đặt cấu kiện TSD .19: Kiểm tra thang đo mực nước .20: Kiểm tra kết quả đo và phân tích sóng trên máy tính .21: Lắp đặt kiểm tra thiết bị đo lưu lượng tràn .22: NCS trao đổi với thầy hướng dẫn và thầy ngành công trình biển .23: Sơ họa 3 mặt cắt thí nghiệm .24: Cắt ngang và chính diện mặt tiếp sóng có lỗ rỗng kết cấu ¼ trụ rỗng (TSD) .1: Sóng tràn qua mặt cắt mái nghiêng .2: Sóng tràn qua mặt cắt mái nghiêng có tường đỉnh .3: Sóng tràn qua mặt cắt có kết cấu ¼ trụ rỗng  = 10% .4: Sóng tràn qua mặt cắt có kết cấu ¼ trụ rỗng  = 15% .5: Sóng tràn qua mặt cắt có kết cấu ¼ trụ rỗng  = 20% .6: Lưu lượng tràn qua mặt cắt đê có kết cấu ¼ trụ rỗng với đê mái nghiêng .7: Lưu lượng tràn qua mặt cắt đê có kết cấu ¼ trụ rỗng với đê mái nghiêng có tường đỉnh .8: Sóng tràn qua các mặt cắt với cùng điều kiện biên thí nghiệm (Hm0,Tp, Rc) 68 Hình 3.