Báo cáo khoa học: "Xói cục bộ ở trụ cầu đối với địa chất là hạt thô"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

69
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo nêu khả năng mở rộng công thức mới do tác giả kiến nghị tính xói cục bộ trụ cầu qua sông đối với địa chất là hạt thô có đ-ờng kính trung bình từ 90 mm đến 150 mm rút ra từ các cầu đang khai thác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "Xói cục bộ ở trụ cầu đối với địa chất là hạt thô"

Xãi côc bé ë trô cÇu ®èi víi ®Þa chÊt lμ h¹t th« TS. trÇn ®×nh nghiªn Bé m«n Thuû lùc - Thuû v¨n Khoa C«ng tr×nh - Tr−êng §HGTVT Tãm t¾t: Bμi b¸o nªu kh¶ n¨ng më réng c«ng thøc míi do t¸c gi¶ kiÕn nghÞ tÝnh xãi côc bé trô cÇu qua s«ng ®èi víi ®Þa chÊt lμ h¹t th« cã ®−êng kÝnh trung b×nh tõ 90 mm ®Õn 150 mm rót ra tõ c¸c cÇu ®ang khai th¸c. Su mmary: New design equation for local scour around bridge piers applied to coarse beds grained from 90 mm to 150 mm in the field data is presented. thêi ®−êng kÝnh h¹t ®¸y s«ng tíi 1,53 mm. C«ng thøc cã sai sè t−¬ng ®èi: i. Giíi thiÖu chung vÒ xãi côc bé trô h ct − h cd h cÇu qua s«ng Δ% = = ± 21,5% hay ct = 0,79 ÷ 1,2 h cd h cd Xãi lë lµ mét hiÖn t−îng tù nhiªn cña dßng ch¶y do dßng n−íc t¸c ®éng vµo ®¸y vµ n ⎞ ⎛v ⎟ K αK φ h c = K bh xch ⎜ bê s«ng lµ ®Þa chÊt dÔ bÞ xãi. T¹i vÞ trÝ cÇu b¾c (1) ⎟ ⎜ v ng ⎠ ⎝ qua s«ng xãi lµm mÊt æn ®Þnh trô vµ mè cÇu, nh×n chung chiÒu s©u xãi phô thuéc vµo c¸c trong ®ã: tÝnh chÊt cña dßng ch¶y, vËt liÖu ®¸y s«ng v (thµnh phÇn h¹t, líp ®Þa chÊt, d¹ng h¹t, cì K = 1,24; n = 0,77 khi v < v 0 vµ ≤1 v vd h¹t, ®Êt rêi hay ®Êt dÝnh), kÝch th−íc, h×nh d¹ng trô vµ h×nh thøc b¶o vÖ phßng ngõa xãi. (xãi n−íc trong). Tr−êng hîp nguy hiÓm nhÊt x¶y ra ®èi víi v K = 1,11; n = 1,0 khi v > v 0 vµ >1 trô khi xãi tù nhiªn lín nhÊt, xãi chung lín v vd nhÊt vµ xãi côc bé t¹i trô lín nhÊt l¹i x¶y ra (xãi n−íc ®ôc). ®ång thêi. K α vµ K φ lÇn l−ît lµ c¸c hÖ sè ¶nh Xãi côc bé trô cÇu lµ xãi lµm h¹ thÊp cao h−ëng h−íng dßng ch¶y tíi trô vµ ¶nh h−ëng ®é ®¸y s«ng ngay t¹i ch©n trô do chÝnh trô g©y cña mãng trô, lÊy theo quy tr×nh hiÖn hµnh. ra tÝnh tõ cao ®é ®¸y s«ng sau xãi chung t−¬ng øng víi lò thiÕt kÕ. Nghiªn cøu [1] ÷ [3] v, m/s lµ tèc ®é dßng ch¶y tr−íc trô sau ®· chØ ra c¬ chÕ g©y xãi côc bé vµ kiÕn nghÞ xãi chung. v0 = 3,6 4 h xch .d , m/s lµ tèc ®é c«ng thøc dù ®o¸n ®é s©u xãi côc bé hc (c«ng thøc (1)) t¹i ch©n trô cÇu qua s«ng khi ®é s©u kh«ng xãi vµ h xch , d cã ®¬n vÞ lµ mÐt. dßng ch¶y sau xãi chung thay ®æi tõ 1,30 m ÷ ∑ p idi d= , d i vµ p i (%) lÇn l−ît lµ ®−êng 18,00 m, chiÒu réng trô tíi 6,00 m vµ tèc ®é 100 dßng ch¶y sau xãi chung tíi 2,50 m/s ®ång kÝnh trung b×nh vµ phÇn tr¨m theo träng l−îng
cña nhãm thø i khi ph©n tÝch h¹t ®Þa chÊt ®¸y Khi ®é th« t−¬ng ®èi cña h¹t so víi trô s«ng. d 0,033 < < 0,128 th× phÇn lín n¨ng l−îng cña b d i + d i+1 di = dßng ch¶y däc theo th©n trô bÞ mÊt ®i trong 2 líp h¹t th«, kh¶ n¨ng xo¸y tû lÖ lín yÕu. NÕu 0,06 ⎛h ⎞ h¹t th« h¬n n÷a th× xãi sÏ chØ x¶y ra däc hai v ng = 3 gh xch ω ⎜ xch ⎟ , m / s , lµ tèc ®é ⎜ ⎟ bªn trô, sau ®ã lan ra tr−íc trô vµ sau trô. Khi ⎝d ⎠ chiÒu s©u t−¬ng ®èi cña dßng ch¶y ®èi víi trô ngõng xãi trong hè xãi (2) h nhá ( xch nhá) th× xo¸y ng−îc chiÒu dßng v khd = 3 gh xch ω, m / s , lµ tèc ®é khuÊy b ch¶y h×nh thµnh t¹i mÆt n−íc khi va ®Ëp vµo ®ôc ®¸y hè xãi. trô gièng nh− sãng ë mòi tµu, t¸c ®éng vµo ∑ ωipi ,m / s , lµ ®é th« thñy lùc cña xo¸y d¹ng mãng ngùa xu«i chiÒu dßng ch¶y ë ω= 100 ch©n trô, lµm suy yÕu, ng¨n c¶n xo¸y nµy vµ bïn c¸t lÊy theo b¶ng 1. thay ®æi chiÒu cña xo¸y ch©n trô, lµm gi¶m h ωi + ωi+1 chiÒu s©u xãi ë trô. Khi tû sè xch ≤ 1 , tèc ®é ωi = , ωi , p i (%) lÇn l−ît lµ ®é th« b 2 dßng ch¶y gÇn tèc ®é giíi h¹n xãi th× dßng thñy lùc vµ phÇn tr¨m theo träng l−îng cña ch¶y ë phÝa sau trô h×nh thµnh nh− mét vËt nhãm h¹t thø i cña ®Þa chÊt ®¸y s«ng. c¶n lµm thay ®æi chiÒu dßng ch¶y, suy yÕu n¨ng l−îng dßng trong líp biªn bao trô vµ lµm II. Dßng ch¶y quanh trô cã ®Þa chÊt gi¶m ®¸ng kÓ xãi côc bé [1]. ¸p dông kÕt qu¶ lμ líp h¹t th« (cuéi sái) ®· ®¹t ®−îc vÒ c¬ chÕ xãi vµ nh÷ng thay ®æi cÊu tróc dßng ch¶y ngoµi vµ trong líp biªn Dßng ch¶y ch¶y trªn líp h¹t th« cã bao trô ®èi víi h¹t th« (cuéi sái) cho tr−êng ®−êng kÝnh trung b×nh tõ 90 mm ®Õn 150 mm hîp trong thùc tÕ ®èi víi trô trong líp cuéi sái lµ nh÷ng lo¹i dßng ch¶y kh«ng hoµn toµn t−¬ng cã d = 90 ÷ 150 mm nh»m t×m ra kh¶ n¨ng tù nh− dßng ch¶y trong líp biªn lµ h¹t nhá, dï lµ kh«ng di ®éng hay di ®éng; ®ã lµ vÊn ®Ò më réng sù ¸p dông c«ng thøc (1) cho ®Þa ph©n phèi tèc ®é trung b×nh, c−êng ®é rèi vµ chÊt lµ h¹t th«. lùc c¶n ë ®¸y dßng ch¶y, ®Æc biÖt lµ khi líp sái s¹n ®¸y cã thÓ b¾t ®Çu di chuyÓn chËm. Iii. §¸nh gi¸ c«ng thøc kiÕn nghÞ τ Khi dßng ch¶y cã 0 ≈ 1 th× søc c¶n dßng b»ng sè liÖu thùc tÕ ë cÇu ®ang τ oc khai th¸c ch¶y ®¸y ë tr¹ng th¸i ph©n giíi vµ ¸p lùc mÆt t¸c dông lªn ®¸y víi cì h¹t ®· cho ph¶i lµ nhá KÕt qu¶ ®¸nh gi¸ vµ so s¸nh c«ng thøc nhÊt, quy luËt l«garÝt cña ph©n phèi tèc ®é hÇu kiÕn nghÞ (1) víi c«ng thøc hiÖn hµnh cña quy tr×nh Nga (Juravlev M. M) vµ c«ng thøc hiÖn y nh− phï hîp trong ph¹m vi (0,035 ÷ 0,75) . hµnh cña Mü (Richardson vµ ®ång t¸c gi¶) khi h sö dông 24 sè liÖu vÒ xãi côc bé ë c¸c cÇu Trô cÇu ®Æt vµo dßng ch¶y nh− vËy sÏ ®ang khai th¸c cho trong b¶ng 2. chÞu ¶nh h−ëng lín cña cÊu tróc thñy lùc dßng B¶ng so s¸nh c«ng thøc (1) víi c«ng thøc ch¶y ngoµi, lµm ¶nh h−ëng ®Õn c¬ chÕ xo¸y (J - Nga) vµ c«ng thøc (R - Mü) víi chiÒu s©u vµ ®é s©u xãi côc bé ë trô.
v v > 1 th× n1 = 1,0 vµ khi ≤1 xãi côc bé ë c¸c cÇu ®ang khai th¸c h cd khi Khi v khd v khd h¹t cã d = 90 ÷ 150 mm . th× n 2 = 0,67 . C«ng thøc cña quy tr×nh Nga: C«ng thøc cña quy tr×nh Mü: n2 ⎛v ⎞ 0,65 h c = 1,1b 0,6 h 0,4 ⎜ xch ⎟ K αK φ ( v ≤ v0 ) ⎛b ⎞ (3a) h c = 2h xchK 1K 2 K 3 ⎜ ⎟ xch ⎜ ⎟ Fr 0,43 (4a) ⎜h ⎟ ⎝ v ng ⎠ ⎝ xch ⎠ n1 ,n2 ⎞ ⎛v v xch ⎟ h c = 1,1 bh xch ⎜ K αK φ ( v > v 0 ) Fr = (4b) (3b) ⎟ ⎜ v ng gh xch ⎠ ⎝ B¶ng 1. §é th« thñy lùc cña bïn c¸t ω ω ω ω d d d phô thuéc vμo d (mm) (mm) (m/ s) (mm) (m/ s) (mm) (m/ s) ω ω ω d d d (mm) (m/ s) (mm) (m/ s) (mm) 1,45 180 0,769 50 0,297 7 (m/ s) 0,25 0,0270 1,5 0,126 0,00007 0,01 1,52 200 0,842 60 0,352 10 0,30 0,0324 2,0 0,153 0,00062 0,03 1,70 250 0,969 80 0,430 15 0,40 0,0432 2,5 0,177 0,00178 0,05 1,86 300 1,080 100 0,492 20 0,50 0,0540 3,0 0,193 0,00443 0,08 2,01 350 1,190 120 0,548 25 0,60 0,0648 3,5 0,209 0,00692 0,10 2,15 400 1,280 140 0,600 30 0,80 0,0807 4,0 0,223 0,01557 0,25 2,40 500 1,370 160 0,689 40 1,00 0,0944 5,0 0,249 0,02160 0,20 B¶ng 2 TÝnh vμ so s¸nh c«ng thøc (1), (3) vμ (4) TT hxch (mm) b (mm) d (mm) v (m/s) v0 (m/s) vkhd (m/s) vng (m/s) 1 1,1 2,00 100 1,62 2,073 2,267 2,618 2 1,0 2,00 100 2,02 2,024 2,196 2,521 3 2,1 2,11 120 2,84 2,551 2,905 3,449 4 0,8 2,00 100 2,06 1,915 2,039 2,310 5 4,7 2,50 140 2,93 3,242 3,893 4,810 6 1,7 2,00 120 2,50 2,419 2,707 3,174 7 1,6 2,00 120 2,49 2,383 2,653 3,100 8 1,1 2,00 100 2,00 2,073 2,267 2,618 9 4,0 2,36 150 3,33 3,168 3,732 4,545 10 1,9 2,00 120 2,09 2,488 2,810 3,316 11 1,1 2,00 100 1,48 1,194 2,267 2,618 12 3,8 2,41 130 2,61 3,018 3,584 4,388 13 1,6 2,00 100 1,38 2,277 2,569 3,034 14 1,0 2,00 90 1,02 1,972 2,158 2,493 15 1,3 2,00 100 2,38 2,162 2,397 2,796 16 3,3 2,00 130 2,60 2,914 3,419 4,152 17 2,0 2,00 110 1,23 2,466 2,813 3,348 18 1,6 2,00 110 1,18 2,332 2,612 3,067 19 1,0 2,00 110 1,13 2,073 2,233 2,549 20 2,6 2,30 120 2,82 2,691 3,119 3,751 21 2,2 2,15 120 2,63 2,580 2,950 3,515 22 0,4 1,50 34 0,95 1,229 1,360 1,577 23 1,2 2,00 100 2,46 2,119 2,334 2,709 24 1,4 2,00 100 2,71 2,202 2,457 2,879
hcd Δ (%) hct-Jur (mm) Δ (%) hct-Mü (mm) Δ (%) TT hct (mm) (m) 1 1,270 -1,560 1,256 -2,64 2,394 85,60 1,29 2 1,478 1,730 1,436 13,97 0,828 -34,28 1,26 3 2,250 -23.21 2,032 -30,65 3,444 17,53 2,93 4 1,440 9,090 1,412 6,97 2,543 92,66 1,32 5 2,900 12,840 2,537 -1,28 4,345 69,06 2,57 6 1,903 -10.260 1,756 -17,17 3,060 44,34 2,12 7 1,874 20,890 1,736 12,00 3,030 95,47 1,55 8 1,495 15,880 1,446 12,09 2,621 103,20 1,29 9 2,998 -14,570 2,600 -25,93 4,327 23,26 3,51 10 2,180 23,170 1,581 -10,68 2,876 62,48 1,77 11 1,185 9,770 1,182 9,44 2,303 113,24 1,08 12 2,515 19,210 2,244 6,35 3,922 85,90 2,11 13 1,209 4,250 1,187 2,33 2,351 102,65 1,16 14 0,999 20,330 0,835 0,60 1,937 113,41 0,83 15 1,766 7,690 1,610 -1,83 2,890 76,18 1,64 16 2,222 5,290 1,963 -6,97 3,404 61,30 2,11 17 1,147 -6,740 1,125 -8,54 2,306 87,45 1,23 18 1,063 -20,060 1,061 -20,23 2,198 65,24 1,33 19 0,937 -16,310 0,967 -13,66 2,025 80,76 1,12 20 2,434 -5,290 2,193 -14,67 3,737 45,41 2,57 21 2,158 -23,200 1,965 -30,10 3,394 20,78 2,81 22 0,650 -14,450 0,692 -8,95 1,313 31,28 0,76 23 1,547 10,520 1,560 11,43 2,899 107,09 1,40 24 1,733 5,660 1,760 7,32 3,086 88,17 1,64 ®éng d−¬ng (+) (tÝnh lín h¬n thùc tÕ) tõ 9% ÷ KÕt qu¶ ë b¶ng 2 ®èi víi 24 tr−êng hîp 23,17% vµ 7 tr−êng hîp ©m (-) (tÝnh nhá h¬n chØ ra: thùc tÕ) tõ 10% ÷ 23,21%. h cd - Tû sè xãi côc bé thùc tÕ thay ®æi tõ - C«ng thøc cña quy tr×nh Nga hiÖn hµnh b dao ®éng cã Δ% tõ –30,65% ®Õn +13,97%, 0,42 ®Õn 1,49. trong ®ã cã 9 tr−êng hîp tÝnh nhá thua thùc tÕ - ChiÒu réng trô thay ®æi tõ 1,5 m ®Õn tõ 10% ÷ 30,65% vµ 5 tr−êng hîp lín h¬n 2,41 m (chñ yÕu lµ 2,0 m). thùc tÕ +9,5% ÷ +13,97%. h xch - C«ng thøc cña quy tr×nh Mü hiÖn hµnh - Tû sè thay ®æi tõ 0,4 ®Õn 1,88 b cã Δ% dao ®éng tõ –34,28% ®Õn +133,41%, (mét tr−êng hîp lµ 0,27). trong ®ã cã duy nhÊt 1 tr−êng hîp nhá h¬n - §−êng kÝnh d dao ®éng tõ 90 mm ÷ thùc tÕ cßn 23 tr−êng hîp lín h¬n thùc tÕ rÊt nhiÒu, cã 21 tr−êng hîp lín h¬n thùc tÕ tõ 150 mm, chØ cã 1 tr−êng hîp d = 34mm ; tû sè 23% ÷ +133,41%, trong 21 tr−êng hîp cã tíi d 12 tr−êng hîp lín h¬n 80% trë lªn. dao ®éng tõ 0,045 ®Õn 0,065 (mét tr−êng b hîp lµ 0,023). iV. KÕt luËn - C«ng thøc kiÕn nghÞ cã sai sè t−¬ng ®èi ViÖc so s¸nh c«ng thøc kiÕn nghÞ (1) víi h − h cd c«ng thøc cña quy tr×nh Nga (3) vµ cña Mü (4) Δ%; Δ% = ct , (%) dao ®éng tõ –23,21% h cd víi sè liÖu thùc tÕ cã thÓ rót ra kÕt luËn: ®Õn +23,17%, trong ®ã cã 10 tr−êng hîp dao
1. C«ng thøc (1) cã c¬ së lý thuyÕt vµ thùc tÕ. 2. C«ng thøc cã thÓ më réng ¸p dông cho ®Þa chÊt lµ h¹t th« tõ 90 mm ÷ 150 mm. 3. Trong c«ng thøc dù ®o¸n xãi côc bé (1), Δ% cã gi¸ trÞ ©m (-) nhá thua so víi c«ng thøc cña quy tr×nh Nga vµ quy tr×nh Mü. 4. C«ng thøc (1) cã gi¸ trÞ Δ% d−¬ng (+) lín h¬n kh«ng nhiÒu (≈ 10%) so víi c«ng thøc ë quy tr×nh Nga, song l¹i nhá thua rÊt nhiÒu so víi c«ng thøc ë quy tr×nh Mü. 5. KiÕn nghÞ c«ng thøc (1) cã thÓ ¸p dông thö vµo thùc tÕ x©y dùng cÇu ë ViÖt Nam ®Ó tiÕp tôc ®−îc ®¸nh gi¸ xem xÐt. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. TrÇn §×nh Nghiªn. Laboratory investigation of scour reduction near bridge pier by delta-wing like passive device. Master of Technology. Departt - Civil Engrg. Indian Instutite of Technology, Kanpur, January, 1998. [2]. TrÇn §×nh Nghiªn. Lý thuyÕt tÝnh xãi côc bé trô cÇu qua s«ng ViÖt Nam. §Ò tµi NCKH cÊp Bé 1992 - 1993, DT 000141, ph©n lo¹i 624. [3]. TrÇn §×nh Nghiªn. Nghiªn cøu xãi côc bé trô cÇu qua s«ng, LuËn ¸n TiÕn sü, 2000. [4]. TrÇn §×nh Nghiªn. "C«ng thøc míi dù ®o¸n xãi côc bé trô cÇu". T¹p chÝ C§VN, 6/2001, trang 9 - 12♦