Nghiên Cứu Đánh Giá Ổn Định Và Hiệu Quả Tiêu Giảm Sóng Tràn Của Khối Phủ Rakuna IV

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu đánh giá ổn định và hiệu quả tiêu giảm sóng tràn của khối phủ rakuna iv cho đê chắn sóng, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Lê Thị Hương Giang
• Người hướng dẫn: PGS. Thiều Quang Tuấn
• Trường học: Trường Đại Học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
• Đề tài: Nghiên Cứu Hiệu Quả Tiêu Giảm Sóng Tràn Của Khối Phủ Rakuna IV
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG TRÀN CỦA KHỐI PHỦ
• 1.1. Sơ lược lịch sử phát triển và phân loại khối phủ
• 1.1.1. Sơ lược lịch sử phát triển khối phủ
• 1.1.2. Phân loại khối phủ
• 1.2. Ứng dụng khối phủ dị hình ở Việt Nam
• 1.3. Tổng quan nghiên cứu ổn định thủy lực của khối phủ
• 1.4. Tổng quan nghiên cứu sóng tràn qua đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng và hiệu quả giảm sóng tràn của khối phủ
• 1.4.1. Sóng tràn qua đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng
• 1.4.2. Tính năng tiêu giảm sóng tràn của khối phủ thông qua hệ số chiết giảm sóng tràn γr
• 1.5. Kết luận Chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ VỀ ỔN ĐỊNH THỦY LỰC CỦA KHỐI PHỦ RAKUNA IV KHI CÓ SÓNG TRÀN
• 2.1. Giới thiệu khối phủ RAKUNA IV
• 2.2. Cơ sở khoa học về ổn định thủy lực của khối phủ trên mái nghiêng
• 2.2.1. Các cơ chế phá hỏng đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng
• 2.2.2. Các hình thức dịch chuyển của khối phủ trên mái dốc
• 2.2.3. Cơ sở đánh giá mức độ hư hỏng của lớp phủ
• 2.2.4. Đặc điểm ổn định của khối phủ trên mái dốc
• 2.2.5. Phân tích thứ nguyên theo định luật Pi - Buckingham về ổn định của khối phủ khi có sóng tràn
• 2.2.6. Xác định các tham số chi phối cơ bản
• 2.2.7. Cơ sở lý thuyết về phép phân tích thứ nguyên
• 2.2.8. Thiết lập phương trình chung nhất về ổn định của khối phủ
• 2.3. Cơ sở khoa học xác định tính năng chiết giảm sóng tràn
• 2.4. Mô hình vật lý nghiên cứu ổn định và tính năng chiết giảm sóng tràn của khối phủ
• 2.4.1. Lý thuyết tương tự và tỉ lệ mô hình
• 2.4.2. Thiết kế mô hình và bố trí thí nghiệm
• 2.4.3. Chương trình thí nghiệm
• 2.4.4. Trình tự thí nghiệm
• 2.4.5. Số liệu đo đạc
• 2.4.6. Đánh giá sai số kết quả đo
• 2.5. Kết luận Chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SỰ ỔN ĐỊNH VÀ TÍNH NĂNG GIẢM SÓNG TRÀN CỦA KHỐI PHỦ RAKUNA IV
• 3.1. Nội dung nghiên cứu
• 3.2. Phân tích kết quả thí nghiệm
• 3.2.1. Nghiên cứu sự ổn định của khối phủ RAKUNA IV khi có sóng tràn
• 3.2.2. Sóng tràn và tính năng chiết giảm sóng tràn của khối phủ RAKUNA IV
• 3.2.3. Nghiên cứu khả năng chiết giảm sóng tràn của khối phủ RAKUNA IV bằng mô hình toán
• 3.3. Kết luận Chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ LỚP PHỦ ĐÊ CHẮN SÓNG CẢNG NGHI SƠN - THANH HÓA
• 4.1. Giới thiệu đê chắn sóng cảng Nghi Sơn - Thanh Hóa
• 4.1.1. Sơ lược về cảng Nghi Sơn
• 4.1.2. Điều kiện biên thiết kế
• 4.2. Thiết kế mặt cắt ngang đê chắn sóng
• 4.2.1. Cao trình đỉnh đê
• 4.2.2. Tính toán ổn định khối phủ
• 4.2.3. Chiều rộng đỉnh đê
• 4.2.4. So sánh khối lượng và chi phí xây lắp
• 4.3. Kết luận Chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Về Tiêu Giảm Sóng Tràn Rakuna IV

Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về lịch sử phát triển và phân loại khối phủ bờ biển, đặc biệt tập trung vào các nghiên cứu liên quan đến tiêu giảm sóng tràn. Từ những khối đá hộc đơn giản đến các thiết kế phức tạp như Rakuna IV, sự tiến hóa của công nghệ bảo vệ bờ biển đã chứng kiến những bước nhảy vọt đáng kể. Các nghiên cứu về ổn định thủy lực của khối phủ và hiệu quả giảm sóng tràn qua đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng được xem xét kỹ lưỡng. Mục tiêu là làm rõ vai trò của hệ số chiết giảm sóng tràn γr trong việc đánh giá tính năng của các loại khối phủ. Chương này đặt nền tảng cho việc hiểu rõ hơn về hiệu quả tiêu sóng của Rakuna IV và các ứng dụng tiềm năng của nó trong thực tế. Việc ứng dụng các dạng cấu kiện tiêu sóng mới, có tính năng ổn định tốt đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao hơn và phù hợp với điều kiện ở nước ta do vậy là hết sức cần thiết.

1.1. Lịch Sử Phát Triển và Phân Loại Khối Phủ Bờ Biển

Trước năm 1950, các công trình bảo vệ bờ biển thường sử dụng đá hộc hoặc khối bê tông hình hộp. Ưu điểm của chúng là độ bền cao, giá thành rẻ và dễ thi công. Tuy nhiên, độ ổn định thủy lực lại thấp. Sau năm 1950, nhiều trung tâm thí nghiệm thủy lực đã nghiên cứu và sáng chế ra các loại khối phủ mới có hệ số ổn định cao hơn, giúp giảm trọng lượng khối phủ và chi phí xây dựng. Sự ra đời của Tetrapod đánh dấu một bước ngoặt quan trọng. Có thể đánh giá tính năng ổn định của các khối phủ dị hình hiện nay thông qua hệ số đặc trưng cho mức độ ổn định. Một trong những mục tiêu cơ bản của việc phát triển hoặc cải tiến một dạng khối phủ là nhằm nâng cao hệ số ổn định của khối phủ và do vậy có thể tiết kiệm vật liệu và đem lại hiệu quả kinh tế lớn hơn.

1.2. Tổng Quan Nghiên Cứu Về Sóng Tràn và Tiêu Giảm Sóng

Nghiên cứu về sóng tràn qua đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng tập trung vào việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến lượng nước tràn qua đỉnh đê. Các yếu tố này bao gồm chiều cao sóng, chu kỳ sóng, độ dốc mái đê và chiều cao đỉnh đê so với mực nước. Khối phủ có khả năng tiêu giảm sóng tràn thông qua hệ số chiết giảm sóng tràn γr. Hệ số này thể hiện khả năng làm giảm năng lượng sóng của khối phủ, từ đó giảm lượng nước tràn qua đỉnh đê. Mức độ gia tăng về ổn định này phụ thuộc vào tính năng chiết giảm sóng tràn của mỗi loại khối phủ thông qua hệ số nhám γr. Đây là một đặc trưng quan trọng của khối phủ trong tính toán thiết kế đê chắn sóng và đã được các học giả nghiên cứu cho một số loại khối phủ phổ biến đưa vào các tiêu chuẩn như: TAW-2002, EurOtop-2007.

II. Phương Pháp Nghiên Cứu Mô Hình Vật Lý Rakuna IV

Chương này trình bày chi tiết phương pháp nghiên cứu mô hình vật lý được sử dụng để đánh giá ổn định thủy lực của khối phủ Rakuna IV khi có sóng tràn. Các cơ sở khoa học về ổn định thủy lực của khối phủ trên mái nghiêng được trình bày, bao gồm các cơ chế phá hỏng đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng và các hình thức dịch chuyển của khối phủ. Phân tích thứ nguyên theo định luật Pi - Buckingham được sử dụng để xác định các tham số chi phối cơ bản. Mô hình vật lý được thiết kế và xây dựng để mô phỏng điều kiện sóng biển thực tế. Các thí nghiệm được thực hiện để đo đạc các thông số sóng và đánh giá mức độ hư hỏng của lớp khối phủ. Kết quả đo đạc được phân tích để xác định tính năng chiết giảm sóng tràn của Rakuna IV.

2.1. Thiết Kế Mô Hình Vật Lý và Bố Trí Thí Nghiệm

Việc thiết kế mô hình vật lý tuân thủ các nguyên tắc về lý thuyết tương tự và tỉ lệ mô hình. Kích thước của mô hình được lựa chọn sao cho phù hợp với kích thước của máng sóng và đảm bảo độ chính xác của kết quả đo đạc. Các thiết bị đo đạc được sử dụng bao gồm các đầu đo sóng để đo chiều cao và chu kỳ sóng, và các dụng cụ đo thể tích để đo lượng nước tràn qua đỉnh đê. Khối phủ được xếp thành 04 dải màu khác nhau để tiện cho việc phân tích ổn định. Hiệu chỉnh các đầu đo sóng. Điều khiển máy tạo sóng trong phòng điều khiển. Đo thể tích nước tràn bằng dụng cụ đo thể tích chuyên dụng.

2.2. Quy Trình Thí Nghiệm và Đánh Giá Sai Số

Quy trình thí nghiệm bao gồm các bước chuẩn bị mô hình, tạo sóng, đo đạc các thông số sóng và đánh giá mức độ hư hỏng của lớp khối phủ. Các thí nghiệm được lặp lại nhiều lần để đảm bảo tính tin cậy của kết quả. Sai số của kết quả đo đạc được đánh giá bằng phương pháp thống kê. NCS trao đổi với hai thầy hướng dẫn về thí nghiệm. Đoàn công ty Nikken kiểm tra thí nghiệm. Hình ảnh các khối bị dịch chuyển tại các thời điểm Nz khác nhau.

III. Đánh Giá Hiệu Quả Tiêu Giảm Sóng Rakuna IV Thực Nghiệm

Chương này trình bày kết quả nghiên cứu về sự ổn định và tính năng giảm sóng tràn của khối phủ Rakuna IV. Các kết quả thí nghiệm được phân tích để xác định mối quan hệ giữa chỉ số ổn định Ns và mức độ hư hỏng của khối phủ. Khả năng chiết giảm sóng tràn của Rakuna IV được đánh giá bằng cách so sánh lượng nước tràn qua đỉnh đê khi có và không có khối phủ. Nghiên cứu khả năng chiết giảm sóng tràn của khối phủ Rakuna IV bằng mô hình toán. Kết quả cho thấy Rakuna IV có khả năng tiêu giảm sóng hiệu quả, đặc biệt là trong điều kiện sóng tràn.

3.1. Phân Tích Ổn Định của Khối Phủ Rakuna IV Khi Có Sóng Tràn

Kết quả thí nghiệm cho thấy sự ổn định của khối phủ Rakuna IV giảm khi có sóng tràn. Tuy nhiên, mức độ giảm ổn định không đáng kể, cho thấy Rakuna IV vẫn có khả năng chịu được tác động của sóng tràn. Quan hệ giữa chỉ số ổn định Ns với mức độ hư hỏng theo số con sóng và độ dốc sóng (khi có sóng tràn). Quan hệ giữa chỉ số ổn định Ns với mức độ hư hỏng tại Nz = 3000 con sóng theo chiều cao lưu không tương đối Rc/Hm0. Ổn định của khối phủ khi có sóng tràn so với trường hợp đê không sóng tràn (Tuấn và nnk, 2012)[30].

3.2. Đánh Giá Khả Năng Tiêu Giảm Sóng Tràn Của Rakuna IV

Kết quả thí nghiệm cho thấy khối phủ Rakuna IV có khả năng tiêu giảm sóng tràn đáng kể. Lượng nước tràn qua đỉnh đê giảm đáng kể khi có khối phủ Rakuna IV. Quan hệ giữa Fs và chiều cao lưu không tương đối Rc/Hm0. Số liệu thực nghiệm và đường cong đặc tính ổn định của khối phủ Rakuna IV khi có sóng tràn. Biến thiên của r so với m1,0. Hệ số chiết giảm sóng tràn của khối phủ Tetrapod.

3.3. Nghiên Cứu Khả Năng Chiết Giảm Sóng Tràn Bằng Mô Hình Toán

Nghiên cứu sử dụng mô hình toán để mô phỏng quá trình sóng tràn và đánh giá khả năng chiết giảm sóng tràn của khối phủ Rakuna IV. Kết quả mô hình toán phù hợp với kết quả thí nghiệm, cho thấy mô hình toán có thể được sử dụng để dự đoán hiệu quả của khối phủ Rakuna IV trong điều kiện thực tế. Giá trị hàm mật độ F và mặt thoáng của chất lỏng [23]. Kiểm định tương tác sóng với công trình đê ngầm đá đổ [22]. Sơ đồ bố trí thí nghiệm trong mô hình vật lý.

IV. Ứng Dụng Rakuna IV Thiết Kế Đê Chắn Sóng Nghi Sơn

Chương này trình bày ứng dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế lớp phủ đê chắn sóng cảng Nghi Sơn - Thanh Hóa. Điều kiện biên thiết kế được xác định dựa trên số liệu thực tế tại khu vực cảng Nghi Sơn. Thiết kế mặt cắt ngang đê chắn sóng được thực hiện, bao gồm tính toán cao trình đỉnh đê, tính toán ổn định khối phủ và xác định chiều rộng đỉnh đê. So sánh khối lượng và chi phí xây lắp giữa việc sử dụng Rakuna IV và các loại khối phủ khác. Kết quả cho thấy việc sử dụng Rakuna IV có thể mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.

4.1. Giới Thiệu Chung Về Cảng Nghi Sơn và Điều Kiện Thiết Kế

Cảng Nghi Sơn là một cảng biển quan trọng của tỉnh Thanh Hóa. Điều kiện thiết kế bao gồm các thông số về mực nước, sóng và gió. Sơ lược về cảng Nghi Sơn[3][4]. Đường tần suất mực nước tổng hợp.

4.2. Thiết Kế Mặt Cắt Ngang Đê Chắn Sóng Sử Dụng Rakuna IV

Thiết kế mặt cắt ngang đê chắn sóng bao gồm việc xác định cao trình đỉnh đê, tính toán ổn định khối phủ và xác định chiều rộng đỉnh đê. Cao trình đỉnh đê được xác định dựa trên yêu cầu về khả năng tiêu giảm sóng tràn. Tính toán ổn định khối phủ được thực hiện bằng cách sử dụng các công thức thực nghiệm và kết quả thí nghiệm. Mặt cắt ngang đê chắn sóng khi có sóng tràn.

4.3. So Sánh Chi Phí Xây Lắp và Hiệu Quả Kinh Tế

So sánh khối lượng và chi phí xây lắp giữa việc sử dụng Rakuna IV và các loại khối phủ khác. Kết quả cho thấy việc sử dụng Rakuna IV có thể mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn do giảm được khối lượng vật liệu và chi phí xây lắp. So sánh khối lượng và chi phí xây lắp đê (tính cho 100 m dài).

V. Kết Luận và Kiến Nghị Về Ứng Dụng Rakuna IV

Luận án đã nghiên cứu thành công sự ổn định và hiệu quả tiêu giảm sóng tràn của khối phủ Rakuna IV cho đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng. Kết quả nghiên cứu cho thấy Rakuna IV có khả năng tiêu giảm sóng hiệu quả và có thể được ứng dụng trong xây dựng đê chắn sóng ở Việt Nam. Tóm tắt kết quả đạt được của luận án. Những đóng góp mới của luận án. Những tồn tại và hướng phát triển.

5.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu và Đóng Góp Mới

Luận án đã xây dựng được công thức thực nghiệm để tính toán mức độ gia tăng ổn định của khối phủ Rakuna IV trên đê mái nghiêng khi có sóng tràn. Xác định được hiệu quả và đặc tính tiêu giảm sóng tràn của khối phủ Rakuna IV thông qua hệ số chiết giảm γr và sự liên hệ của nó với số Iribaren m1,0. Lý giải được bản chất vật lý của hiệu ứng "đệm nước" ảnh hưởng đến tính năng tiêu giảm sóng tràn.

5.2. Kiến Nghị Về Ứng Dụng Rakuna IV Tại Việt Nam

Cần có thêm các nghiên cứu về ứng dụng Rakuna IV trong các điều kiện sóng biển khác nhau tại Việt Nam. Cần xây dựng các tiêu chuẩn thiết kế và thi công cho khối phủ Rakuna IV để đảm bảo an toàn và hiệu quả của công trình. Cần khuyến khích việc sử dụng Rakuna IV trong các dự án xây dựng đê chắn sóng và bảo vệ bờ biển tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận án gồm 4 chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan nghiên cứu về ổn định và hiệu quả giảm sóng tràn của khối phủ; Chƣơng 2: Nghiên cứu trên mô hình vật lý về ổn định thủy lực của khối phủ RAKUNA IV khi có sóng tràn; Chƣơng 3: Nghiên cứu sự ổn định và tính năng giảm sóng tràn của khối phủ RAKUNA IV; Chƣơng 4: Ứng dụng kết quả nghiên cứu thiết kế lớp phủ đê chắn sóng cảng Nghi Sơn - Thanh Hóa. 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG TRÀN CỦA KHỐI PHỦ 1.1 Sơ lƣợc lịch sử phát triển và phân loại khối phủ 1.1 Sơ lược lịch sử phát triển khối phủ Trƣớc những năm 1950, khối phủ dùng cho đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng là các khối đá hộc hoặc khối bê tông hình hộp. Các công trình bảo vệ cảng lúc đó thƣờng có mái dốc thoải, trọng lƣợng của khối phủ lớn và chúng ổn định đƣợc chủ yếu là nhờ trọng lƣợng bản thân, loại khối này có ƣu điểm là độ bền cao, giá thành rẻ, dễ chế tạo, lƣu trữ và thi công. Tuy nhiên, độ ổn định thủy lực của chúng thấp và thƣờng chỉ ứng dụng cho một loại hình công trình nhất định.

Các khối gần nhƣ đƣợc xếp thành lớp đặc cứng gây ra áp lực dƣ lỗ rỗng và có xu hƣớng bị nhấc ra khỏi vị trí ban đầu. Sau năm 1950, nhiều trung tâm thí nghiệm thủy lực trên thế giới đã nghiên cứu và sáng chế ra những loại khối phủ mới có hệ số ổn định cao cho đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng nhằm giảm trọng lƣợng khối phủ và giá thành xây dựng. Sự ra đời của khối phủ Tetrapod (bởi SOGREAH) tại phòng thí nghiệm thủy lực Dauphinois ở Grenoble vào năm 1950 khởi đầu cho sự nghiên cứu và phát triển các dạng cấu kiện tiêu sóng mới ở nhiều nƣớc trên thế giới nhƣ: Tribar (1958), Stabit (1961), Tripod (1962), Akmon (1962), Dolosse (1963), Anifer Cube (1973), Accropode (1981, SOGREAH), Core-loc (1994), X-block (2003), RAKUNA IV (2007),. Những dạng khối phủ này có tính năng phù hợp với những điều kiện sóng khác nhau, đáp ứng ngày càng tốt hơn những yêu cầu thực tế khó khăn và đa dạng của công tác xây dựng cảng nƣớc sâu và công trình bảo vệ bờ biển.

Quá trình phát triển các loại khối phủ đƣợc tóm tắt ở Bảng 1.1 Sơ lƣợc quá trình phát triển của các loại khối phủ 6 1.2 Phân loại khối phủ Khối phủ dị hình có thể đƣợc phân loại dựa vào hình dạng khối, cách xếp khối, số lớp và yếu tố ổn định. Phân loại loại khối phủ theo các tiêu chí này đƣợc thống kê ở Bảng 1.2 Phân loại khối phủ theo hình dạng, cách xếp, số lớp và yếu tố ổn định [13] Yếu tố ổn định Kiểu xếp Số lớp Hình dạng Tự trọng Liên kết Ma sát Lập phƣơng; Đơn giản Antifer; Lập phƣơng cải biên 02 Tetrapod; Akmon; Tribar; Tripod Phức tạp Xếp rối Stabit; Dolos A-Jack; Đơn giản Lập phƣơng Accropode; Core - 01 loc Phức tạp Accropode Seabee; Hollow Đơn giản Xếp đều 01 square; Phức tạp Cob; Shed - Theo hình dạng gồm khối thanh mảnh và khối rỗng. Với khối thanh mảnh, độ ổn định thủy lực chủ yếu là nhờ tính cài nối giữa chúng. Đối với loại khối rỗng thì ổn định thủy lực chủ yếu nhờ vào trọng lƣợng bản thân của khối.

- Theo cách xếp: khối phủ có thể đƣợc xếp rối hoặc xếp đều. Xếp rối dùng cho các khối lớn để đảm bảo đƣợc độ rỗng giữa các lớp, dễ thi công do không phải định vị chính xác vị trí từng khối. Xếp đều dùng cho các khối có hình dạng đơn giản. - Theo số lớp: khối phủ có thể đƣợc xếp 01 lớp hoặc 02 lớp.

Van der Meer (1988) [34] dựa trên các kết quả thí nghiệm mô hình tỉ lệ nhỏ đã so sánh đặc tính ổn định của khối phủ 01 lớp và 02 lớp. Với khối phủ 01 lớp có ổn định ban đầu cao nhƣng một khi xuất hiện hƣ hỏng thì hƣ hỏng lại phát triển rất nhanh theo kiểu lan truyền do không có tính tự hàn gắn (phá hoại giòn). Ngƣợc lại, với khối phủ 02 lớp mặc dù ổn định ban đầu thấp nhƣng khoảng cách từ lúc bắt đầu hƣ hỏng đến lúc hƣ hỏng khá xa bởi có tính tự hàn gắn cao. Do vậy, có thể nói khối phủ 02 lớp có đặc tính làm việc đem lại sự an toàn cao hơn cho công trình.

Trong thực tế, khối phủ 01 lớp tiết kiệm bê tông hơn 7 nhƣng lại tốn nhiều đá hơn thậm chí khối lƣợng viên đá cần phải lớn hơn nhiều. Do vậy, khi nguồn cung cấp đá bị hạn chế thì việc sử dụng khối phủ 02 lớp vẫn chiếm ƣu thế. Ngoài ra, đê chắn sóng với khối phủ 01 lớp không cho phép sóng tràn qua. Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, tác giả chủ yếu đề cập đến đặc tính ổn định của khối phủ 02 lớp.2 Ứng dụng khối phủ dị hình ở Việt Nam Phần lớn các cảng nƣớc sâu và cảng đảo nằm xa đất liền ở nƣớc ta đều có hệ thống đê chắn sóng bảo vệ khu nƣớc bên trong nhƣ cảng Nghi Sơn; Cửa Lò; Vũng Áng; Tiên Sa; Dung Quất.

Một số công trình đê chắn sóng tiêu biểu với những thông số kết cấu chính đƣợc thể hiện trong bảng 1.3 Một số thông số chính về đê chắn sóng của một số cảng biển tiêu biểu Thông số Sóng thiết kế Chiều Cảng Cao trình cao đê Dạng kết cấu Chiều cao Chu kì đỉnh đê (m) trung Hs (m) Tp(s) bình (m) Lạch Huyện 5,8-9,6 13,3 +2.0; +6,5 Mái nghiêng - Tetrapod (4,4 ÷ 13)T 6,0; 6,5 Nghi Sơn 6,5-7,8 10,1 +6,0; +9,0 Mái nghiêng - Tetrapod (11 ÷ 15)T 9,0 Của Lò 7,0-8,0 9,5 +3,0 Mái nghiêng - Tetrapod 7T 6,0 Vũng Áng 5,0-6,0 8 +8,5 Mái nghiêng - Tetrapod (11 ÷ 31)T 20,0 Thuận An 6,9 8,4 +1,0; +2,7 Mái nghiêng - Tetrapod 20T; Haro 6,4T 6÷7 Chân Mây 7,2 9,5-12 +7,0 Mái nghiêng-Accropode (11 ÷ 40)T 20,0 Mái nghiêng - Tetrapod (16 ÷ 25)T Tiên Sa 6,0-7,5 10,1 +5,2; +6,2 16,0 Thùng chìm - (20x18 x10,5)m Dung Quất 9,86 9,32 +8,0; +10,0 Mái nghiêng - Accropode (4,6 ÷ 27,6)T 24,0 Vĩnh Tân 6,0-7,2 10,2 +6,8 Mái nghiêng - Tetrapod (5,0 ÷9,7)T 14,0 Bình Thuận 5,5-7,0 9,8 +7,0 Mái nghiêng - Accropode 36T 20,0 Nguồn: Tổng công ty Tư vấn Thiết kế Giao thông Vận tải TEDI.3 cho thấy phần lớn khối phủ sử dụng ở nƣớc ta là loại khối phủ Tetrapod có trọng lƣợng từ 4 đến 31 tấn hoặc đƣợc sử dụng kết hợp với một số loại khối phủ khác nhƣ Haro (đê chắn sóng Thuận An); thùng chìm (đê chắn sóng Tiên Sa). Đây là loại khối phủ truyền thống, có tính ổn định thấp nhƣng vẫn đƣợc sử dụng rộng rãi trong thiết kế và thi công các công trình đê chắn sóng bởi ƣu điểm cơ bản là dễ chế tạo và không mất phí tác quyền (Hình 1. Chỉ có 03 công trình đã sử dụng cấu kiện Accropode bảo vệ mái cho đê chắn sóng đó là: Cảng Chân Mây – Thừa Thiên Huế, cảng Dung Quất – Quảng Ngãi, cảng Kê Gà – Bình Thuận (Hình 1.1 Đê chắn sóng ở Cô Tô – Quảng Ninh Hình 1.2 Đê chắn sóng Tiên Sa-Đà Nẵng [Nguồn: Internet] [Nguồn: Internet] Hình 1.3 Khối phủ Accropod đƣợc sử dụng tại Đê chắn sóng cảng Dung Quất - Quảng Ngãi [Nguồn: Internet] 1.3 Tổng quan nghiên cứu ổn định thủy lực của khối phủ Iribarren (1938) đã đặt nền móng cho việc nghiên cứu ổn định thủy lực của khối phủ trên mái dốc từ sự cân bằng đơn giản giữa các lực tác dụng [13].1) Dn 9 Với  là góc nội ma sát của lớp phủ, α là góc nghiêng của mái dốc, và K là hệ số phụ thuộc chủ yếu vào hình dạng của khối phủ và mức độ hƣ hỏng, H là chiều cao sóng. Kể từ đó, hàng loạt các nghiên cứu về ổn định của khối phủ trên đê mái nghiêng phát triển và cho ra các công thức khác nhau nhƣ: Tyrel (1949), Mathews (1951), Rodolf (1951), Iribarren và Nogales (1950), Larras (1952), Hedar (1953).

Xuất phát từ nghiên cứu của Iribarren, Hudson (1959) đƣa ra công thức tính toán ổn định cho viên đá dƣới tác động của sóng đều, trong đó ổn định của viên đá đƣợc miêu tả thông qua một hệ số ổn định KD (gọi là hệ số Hudson) [13]: s H 3 W 3   (1.2) K D  s  1 cot   w  SPM (1977) [31] đã mở rộng công thức Hudson thành dạng tổng quát áp dụng cho khối phủ nói chung (đá và khối bê tông dị hình) với sóng ngẫu nhiên, trong đó kích thƣớc của khối phủ đƣợc biểu thị thông qua một đại lƣợng đó là đƣờng kính danh nghĩa Dn.3) Dn Trong đó: Ns - Chỉ số ổn định (-); H1/3 - Chiều cao sóng ý nghĩa (m); D - Khối lƣợng riêng tƣơng đối (-); Dn - Đƣờng kính danh nghĩa của khối phủ (m); α - Góc nghiêng của mái dốc (o); KD - Hệ số ổn định Hudson đã đƣợc thống kê cho nhiều loại khối phủ bê tông dị hình khác nhau (Bảng 1.4 Hệ số ổn định KD (SPM-1977) [31] Thân đê Đầu đê Khối phủ Số lớp KD KD Sóng vỡ không vỡ Sóng vỡ không vỡ Đá góc cạnh 1 ** 2,9 ** 2,3 Đá góc cạnh 2 3,5 4,0 2,5* 2,8* Đá góc cạnh 3 3,9 4,5 3,7* 4,2* Tetrapod 2 7,2 8,3 5,5* 6,1* Dolos 2 22,0 25,0 15,0 16,5* Cube 2 6,8 7,8 - 5,0 ** không nên dùng * giá trị có thay đổi theo độ dốc mái đê 10 Nhằm nâng cao mức độ an toàn cho công trình, SPM (1984) [32] đã đề xuất lấy chiều cao sóng tính toán trong công thức Hudson là H1/10 thay cho H1/3. Hệ số ổn định Hudson KD theo đó mà cũng đƣợc cập nhật lại (Bảng 1.5 Hệ số ổn định KD (SPM-1984) [32] Thân đê Đầu đê Khối phủ Số lớp KD KD Sóng vỡ Không vỡ Sóng vỡ không vỡ Đá góc cạnh 1 ** 2,9 ** 2,2 Đá góc cạnh 2 2,0 4,0 1,6* 2,8* Đá góc cạnh 3 2,2 4,5 2,1* 4,2* Tetrapod 2 7,0 8,0 4,5* 5,5* Dolos 2 15,8 31,8 8,0 16,0* Cube 2 6,5 7,5 - 5,0 Akmon 2 8 9 - - Accropode 1 12 15 - - ** không nên dùng * giá trị có thay đổi theo độ dốc mái đê Ƣu điểm của công thức Hudson là đơn giản, dễ sử dụng nhƣng chƣa đề cập đến độ thấm của lõi đê, chu kì sóng, thời gian bão.Để khắc phục nhƣợc điểm của Hudson, Van der Meer (1988) [33][34][35] [36] đã tiến hành thí nghiệm với sóng ngẫu nhiên và đề xuất công thức thực nghiệm tính ổn định cho đá và một số loại khối phủ dị hình có kể đến chu kì sóng, tính thấm và thời gian bão (Bảng 1.