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 m1,0. 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 m1,0. 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.
