Thiết kế đê và công trình bảo vệ bờ - Chương 2

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

234
lượt xem 94
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tính toán các thông số của sóng và nước dâng ♣2-1. Khái niệm chung Khi thiết kế đê sông cũng như đê biển, cần phải xác định các thông số thủy lực của dòng chảy mặt có ảnh hưởng đến kích thước và khả năng chịu lực của đê. Các thông số quan trọng nhất là: mực nước tính toán ( ứng với các trường hợp tính toán khác nhau), mực nước dâng do gió, các yếu tố của sóng gió (sóng do gió gây ra, để phân biệt sóng do tàu thuyền và các tác nhân khác). Ngoài ra, hướng của dòng chảy mặt và...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế đê và công trình bảo vệ bờ - Chương 2

Ch−¬ng iI TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña sãng vμ n−íc d©ng ♣2-1. Kh¸i niÖm chung Khi thiÕt kÕ ®ª s«ng còng nh− ®ª biÓn, cÇn ph¶i x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè thñy lùc cña dßng ch¶y mÆt cã ¶nh h−ëng ®Õn kÝch th−íc vµ kh¶ n¨ng chÞu lùc cña ®ª. C¸c th«ng sè quan träng nhÊt lµ: mùc n−íc tÝnh to¸n ( øng víi c¸c tr−êng hîp tÝnh to¸n kh¸c nhau), mùc n−íc d©ng do giã, c¸c yÕu tè cña sãng giã (sãng do giã g©y ra, ®Ó ph©n biÖt sãng do tµu thuyÒn vµ c¸c t¸c nh©n kh¸c). Ngoµi ra, h−íng cña dßng ch¶y mÆt vµ h−íng chuyÓn bïn c¸t ®¸y còng ¶nh h−ëng tíi c¸c qu¸ tr×nh diÔn biÕn bê vµ an toµn cña ®ª. VÊn ®Ò nµy ®−îc tr×nh bµy trong c¸c chuyªn ®Ò vÒ ®éng lùc häc s«ng ngßi vµ ®éng lùc häc vïng ven biÓn. Trong ch−¬ng nµy chØ ®Ò cËp ®Õn viÖc tÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña sãng vµ n−íc d©ng. I. C¸c th«ng sè cña sãng: Sãng do giã t¹o ra trªn mÆt hå, s«ng, biÓn lµ kÕt qu¶ tæng hîp cña nhiÒu yÕu tè kh¸c nhau: vËn tèc giã (w), h−íng giã ( β), ®µ sãng(D), thêi gian giã thæi liªn tôc (t), ®é s©u n−íc (h) v.v... M« t¶ h×nh d¹ng cña con sãng ®iÓn h×nh nh− trªn h×nh 2-1 H×nh 2-1: MÆt c¾t vµ c¸c th«ng sè cña sãng. C¸c th«ng sè chÝnh cña sãng nh− sau: - §−êng trung b×nh cña sãng: §−êng c¾t ®−êng ghi dao ®éng sãng sao cho tæng diÖn tÝch ë trªn vµ d−íi nã lµ nh− nhau. - §Çu sãng: PhÇn sãng n»m trªn ®−êng trung b×nh cña sãng; - §Ønh sãng: §iÓm cao nhÊt cña ®Çu sãng ; 20
- Bông sãng: PhÇn sãng n»m ë phÝa d−íi ®−êng trung b×nh cña sãng. - Ch©n sãng: §iÓm thÊp nhÊt cña bông sãng. - ChiÒu cao sãng(Hs): Kho¶ng c¸ch th¼ng ®øng tõ ®Ønh sãng ®Õn ch©n sãng; - ChiÒu dµi sãng hay b−íc sãng(Ls): Kho¶ng c¸ch n»m ngang gi÷a hai ®Ønh sãng kÒ nhau. - Chu kú sãng (Ts): Kho¶ng thêi gian ®Ó hai ®Ønh sãng kÒ nhau ®i qua mét mÆt c¾t x¸c ®Þnh vu«ng gãc víi h−íng truyÒn sãng. - VËn tèc sãng(vs): Tèc ®é di chuyÓn cña ®Çu sãng theo h−íng truyÒn sãng. V× c¸c yÕu tè t¹o sãng (w,β,D,t,h.. .) lµ c¸c ®¹i l−îng thay ®æi th−êng xuyªn vµ cã v« vµn c¸c tæ hîp cña chóng nªn c¸c yÕu tè cña sãng ph¶i ®−îc xÐt nh− lµ c¸c ®¹i l−îng ngÉu nhiªn vµ ®−îc ph¶n ¸nh th«ng qua c¸c ®Æc tr−ng thèng kª cña sãng. Trong thùc tÕ, ng−êi ta sö dông 2 lo¹i ®Æc tr−ng thèng kª cña sãng nh− sau : 1. Lo¹i 1: Sö dông gi¸ trÞ trung b×nh cña mét bé phËn sãng trong liÖt sãng thèng kª, vÝ dô: - ChiÒu cao sãng trung b×nh Hs: lµ trÞ sè trung b×nh to¸n häc cña tÊt c¶ c¸c trÞ sè chiÒu cao sãng trong liÖt thèng kª. - ChiÒu cao sãng cã ý nghÜa (Hs 1/3): Lµ chiÒu cao trung b×nh cña nhãm sãng lín bao gåm 1/3 sè con sãng trong liÖt thèng kª, s¾p xÕp tõ lín ®Õn nhá. Kh¸i niÖm nµy th−êng ®−îc dïng nhiÒu trong c¸c tµi liÖu cña ph−¬ng T©y hiÖn nay. - ChiÒu cao sãng Hs 1/10: C¸ch x¸c ®Þnh còng t−¬ng tù nh− Hs 1/3. 2. Lo¹i 2: Sö dông c¸c trÞ sè theo tÇn suÊt luü tÝch. VÝ dô: Hsp - ChiÒu cao sãng øng víi tÇn suÊt p%. Khi tÝnh to¸n cÇn dùa vµo c¸c qui ®Þnh cña qui ph¹m hiÖn hµnh ®Ó x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tr−ng lo¹i nµy hay lo¹i kh¸c. II. C¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n sãng: Tïy theo ®iÒu kiÖn sè liÖu ®Çu vµo vµ yªu cÇu cña thiÕt kÕ mµ cã thÓ sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n sau: 1. Ph−¬ng ph¸p Cr−lop (Liªn X« cò): Ph−¬ng ph¸p nµy ®· ®−îc ®−a vµo c¸c qui ph¹m cña liªn x« CHuΠ 2.06.04.82- T¶i träng vµ lùc t¸c dông lªn c«ng tr×nh thñy lîi ( do sãng, b¨ng vµ tµu). ë ViÖt Nam ph−¬ng ph¸p nµy còng ®−îc chÊp nhËn vµ ®−a vµo c¸c qui ph¹m QPTL C1-78 (Bé Thñy lîi tr−íc ®©y) vµ 22TCN 222- 95 (Bé giao th«ng vËn t¶i) hiÖn nay. 21
2. Ph−¬ng ph¸p biÓu ®å Hincat: §−îc giíi thiÖu nhiÒu trong tµi liÖu ph−¬ng T©y. C¸c trÞ sè chiÒu cao sãng t×m ®−îc trùc tiÕp trªn c¸c biÓu ®å Hincat lµ chiÒu cao sãng cã ý nghÜa (HS 1/3). ♣2-2. X¸c ®Þnh c¸c yÕu tè t¹o sãng C¸c yÕu tè t¹o sãng ®−îc xÐt ë ®©y bao gåm giã (h−íng, vËn tèc, thêi gian thæi liªn tôc), ®µ sãng, chiÒu s©u n−íc phÝa tr−íc c«ng tr×nh vµ sù biÕn ®æi cña c¸c yÕu tè nµy theo thêi gian. C¸c th«ng sè cña sãng phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè vµ chØ khi héi ®ñ mét sè ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh th× sãng míi ®¹t ®−îc chiÒu cao lín nhÊt (øng víi mét møc ®¶m b¶o ®· cho). Sau ®©y tr×nh bµy c¸ch x¸c ®Þnh c¸c yÕu tè t¹o sãng nh− lµ c¸c sè liÖu ®Çu vµo ®Ó tÝnh to¸n sãng. I. Giã: 1. H−íng giã: C¸c ®Æc tr−ng cña giã ®−îc thèng kª theo tõng h−íng x¸c ®Þnh hoÆc lµ kh«ng kÓ h−íng. Theo h−íng, c¸c th«ng sè cña giã cã thÓ ®−îc m« t¶ theo kiÓu hoa hång 4 c¸nh (gåm 8 h−íng: §, T, N, B, §B, §N, TB, TN) hoÆc hoa hång 8 c¸nh (gåm 16 h−íng). Khi c«ng tr×nh x©y dùng ë vïng mµ h−íng giã th−êng xuyªn thay ®æi hoÆc kh«ng x¸c ®Þnh, cã thÓ x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tr−ng thèng kª kh«ng kÓ h−íng cña giã. Víi mét tuyÕn c«ng tr×nh ®ª ®Ëp x¸c ®Þnh, h−íng giã ®−îc ®Æc tr−ng bëi gãc β, lµ gãc nhän gi÷a h−íng giã thæi vµ h−íng vu«ng gãc víi tuyÕn c«ng tr×nh. Khi h−íng giã thæi vu«ng gãc víi tuyÕn c«ng tr×nh, ta cã β = 0. 2. VËn tèc giã: TrÞ sè tÝnh to¸n lµ vËn tèc giã trung b×nh trong 10 phót tù ghi cña m¸y ®o giã ë ®é cao 10 m trªn mÆt n−íc: W10 = K1.K®.K10.Wt (2-1) Trong ®ã: Wt: VËn tèc giã thùc ®o, lÊy trung b×nh trong 10 phót vµ víi tÇn suÊt ®¶m b¶o ®−îc quy ®Þnh khi thiÕt kÕ c«ng tr×nh (theo c¸c qui ph¹m hiÖn hµnh). K1- HÖ sè tÝnh ®æi tõ m¸y ®o; 4.5 K1 ≤ 1. K1 = 0.675 + , (2-2) Wt 22
K® - HÖ sè tÝnh ®æi vËn tèc giã sang ®iÒu kiÖn mÆt n−íc Khi ®o trªn b·i c¸t b»ng ph¼ng, K® = 1; Khi ®o trªn lo¹i ®Þa h×nh kh¸c, theo b¶ng 2-1. B¶ng 2-1: Gi¸ trÞ cña K® ë c¸c lo¹i ®Þa h×nh. Tèc ®é giã Wt(m/s) D¹ng ®Þa h×nh A D¹ng ®Þa h×nh B D¹ng ®Þa h×nh C 10 1.10 1.30 1.47 15 1.10 1.28 1.44 20 1.09 1.26 1.42 25 1.09 1.25 1.39 30 1.09 1.24 1.38 35 1.09 1.22 1.36 40 1.08 1.21 1.34 Ghi chó: - D¹ng ®Þa h×nh A: C¸c ®Þa h×nh trèng tr¶i (bê biÓn, bê hå trèng tr¶i, ®ång cá, ®ång cá cã rõng th−a, rõng non). - D¹ng ®Þa h×nh B: C¸c thµnh phè cã nhµ cao < 25m, kÓ c¶ ngo¹i «, c¸c vïng rõng rËm vµ c¸c ®Þa h×nh t−¬ng øng cã vËt ch−íng ng¹i ph©n bè ®Òu kh¾p, víi chiÒu cao c¸c vËt ch−íng ng¹i > 10m so víi mÆt ®Êt. - D¹ng ®Þa h×nh C: C¸c khu thµnh phè cã nhµ cao h¬n 25m. K10- HÖ sè chuyÓn ®æi sang vËn tèc giã ë ®é cao 10 m trªn mÆt n−íc, x¸c ®Þnh theo b¶ng 2-2. B¶ng 2-2: HÖ sè chuyÓn ®æi vËn tèc giã K10. Kho¶ng c¸ch gi÷a m¸y 5 6 7 8 9 10 11 12 ®o giã vµ mÆt n−íc (m) K10 1.14 1.11 1.07 1.04 1.02 1.00 0.98 0.97 Kho¶ng c¸ch gi÷a m¸y 13 14 15 16 17 18 19 20 ®o giã vµ mÆt n−íc (m) K10 0.96 0.95 0.94 0.93 0.92 0.91 0.90 0.89 23
3. Thêi gian giã thæi liªn tôc (t): Thêi gian giã thæi liªn tôc cã ¶nh h−ëng trùc tiÕp ®Õn c¸c th«ng sè cña sãng giã. Khi c¸c ®iÒu kiÖn ®· cho, cã tån t¹i mét ng−ìng thêi gian tmin ®Ó chiÒu cao sãng ®¹t cùc ®¹i (Hmax). NÕu thêi gian giã thæi liªn tôc t < tmin sÏ cho chiÒu cao sãng H < Hmax. Theo QPLT C1-78, khi kh«ng cã tµi liÖu vÒ thêi gian t¸c dông cña giã, ®Ó tÝnh to¸n s¬ bé cho phÐp lÊy t=6 giê ®èi víi hå chøa n−íc (thiªn nhiªn vµ nh©n t¹o), 12 giê ®èi víi biÓn vµ 18 giê ®èi víi ®¹i d−¬ng. II. §µ sãng (D): §µ sãng ®−îc x¸c ®Þnh tïy theo t×nh h×nh thùc tÕ ë ®Þa ®iÓm dù b¸o. 1. NÕu ®Þa ®iÓm dù b¸o lµ vïng n−íc hÑp, D ®−îc x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p ®å gi¶i "®µ sãng t−¬ng ®−¬ng" (h×nh 2-2). ∑ ri cos2 α i i Dtd= (2-3) ∑ cos α i i Trong ®ã: αi Gãc lËp gi÷a tia tÝnh to¸n thø i víi h−íng giã chÝnh ri ChiÒu dµi ®µ sãng theo h−íng tia thø i H×nh 2-2: S¬ ®å x¸c ®Þnh ®µ sãng t−¬ng ®−¬ng Dtd 24
C¸ch x¸c ®Þnh cô thÓ nh− sau: - Tõ vÞ trÝ dù b¸o vÏ mét tia th¼ng theo h−íng giã chÝnh (Tia x¹ chÝnh). Tia nµy cã i = 0, α0 = 0. - TiÕp theo trong ph¹m vi ± 45 0 cña hai phÝa tia x¹ chÝnh vÏ c¸c gãc αi = 7,5 i (®é) Víi i = -6 ÷ +6; ®o c¸c ®µ sãng ri t−¬ng øng. TrÞ sè ®µ sãng t−¬ng ®−¬ng lµ trÞ sè trung b×nh c¸c h×nh chiÕu cña c¸c tia ri lªn tia x¹ chÝnh. 2. §èi víi vïng kh«ng cã yÕu tè ®Þa h×nh h¹n chÕ, gi¸ trÞ trung b×nh cña ®µ sãng D (m) ®èi víi mét vËn tèc giã tÝnh to¸n w(m/s) cho tr−íc ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: υ D = 5.1011 ; (2-4) w Trong ®ã: υ lµ hÖ sè nhít ®éng häc cña kh«ng khÝ lÊy b»ng 10-5 m2/s. Gi¸ trÞ lín nhÊt cña ®µ sãng theo 22TCN222-95 ®−îc x¸c ®Þnh theo b¶ng 2-3 B¶ng 2-3: TrÞ sè chiÒu dµi ®µ sãng theo giíi h¹n Dmax (km). W(m/s) 20 25 30 40 50 Dmax (km) 1600 1200 600 200 100 Chó ý: - VËn tèc giã tÝnh to¸n khi ®µ sãng nhá h¬n 100km ®−îc phÐp x¸c ®Þnh theo sè liÖu quan tr¾c thùc tÕ ®èi víi vËn tèc giã cùc ®¹i h»ng n¨m kh«ng xÐt ®Õn ®é dµi thêi gian cã giã. - Khi ®µ sãng lín h¬n 100km th× vËn tèc giã tÝnh to¸n ph¶i x¸c ®Þnh cã xÐt tíi sù ph©n bè theo kh«ng gian cña nã. III. Mùc n−íc tÝnh to¸n vµ chiÒu s©u n−íc tr−íc c«ng tr×nh: 1. Mùc n−íc tÝnh to¸n: Mùc n−íc tÝnh to¸n ®−îc chän theo c¸c tÇn suÊt b¶o ®¶m do qui ph¹m qui ®Þnh, vµ theo c¸c tr−êng hîp tÝnh to¸n t−¬ng øng. ë n−íc ta hiÖn nay, c¸c qui ph¹m vÒ ®ª s«ng, ®ª biÓn ch−a ®−îc ban hµnh chÝnh thøc (®ang ë møc dù th¶o) nªn cã thÓ chän c¸c tÇn suÊt b¶o ®¶m theo c¸c tµi liÖu chuyªn m«n t−¬ng øng ë trong vµ ngoµi n−íc. Ch¼ng h¹n, theo quy ph¹m ®ª cña Trung Quèc: 25
CÊp ®ª I II III IV V ≥ 100 ≥ 50 ÷ 100 ≥ 30 ÷ 50 ≥ 20 ÷ 30 ≥ 10 ÷ 20 Thêi kú xuÊt hiÖn l¹i (n¨m) Theo QPTL C1-78, khi x¸c ®Þnh c¸c yÕu tè cña sãng giã vµ n−íc d©ng, ph¶i lÊy tÇn suÊt b¶o ®¶m cña giã lµ 2% ®èi víi c«ng tr×nh cÊp I vµ II, 4% ®èi víi c«ng tr×nh cÊp III vµ IV. Chó ý r»ng nÕu trong sè liÖu tÝnh to¸n mùc n−íc (theo tÇn suÊt b¶o ®¶m) ch−a kÓ ®Õn chiÒu cao n−íc d©ng do giã th× cÇn céng thªm trÞ sè mùc n−íc d©ng tÝnh to¸n vµo mùc n−íc tÝnh to¸n sãng. 2. C¸c vïng tÝnh to¸n sãng: Khi tÝnh to¸n cho c¸c ®ª biÓn, ®ª s«ng cã bê tho¶i, ®é s©u n−íc h biÕn ®æi däc theo chiÒu truyÒn sãng vµ cã ¶nh h−ëng ®Õn c¸c th«ng sè cña sãng. Râ rµng lµ khi n−íc n«ng (h cã trÞ sè nhá) th× mÆt ®¸y b·i s«ng, biÓn sÏ cã t¸c dông c¶n sãng. V× vËy c¸c yÕu tè cña sãng ®−îc tÝnh theo c¸c vïng nh− sau: a) Vïng sãng n−íc s©u: h ≥ 0.5 Ls, c¸c yÕu tè cña sãng kh«ng chÞu ¶nh h−ëng cña ®¸y s«ng, biÓn. b) Vïng sãng n−íc n«ng: hpg < h < 0.5 Ls, ®Þa h×nh ®¸y cã ¶nh h−ëng ®Õn c¸c yÕu tè cña sãng. ë ®©y hpg lµ ®é s©u ph©n giíi g©y sãng vì. c) Vïng sãng ®æ: h® < h < hpg, trong ®ã h® lµ ®é s©u n¬i kÕt thóc sãng ®æ. d) Vïng sãng leo: h < h® sau lÇn ®æ cuèi cïng, sãng h×nh thµnh dßng xung kÝch m¹nh, tr−ên lªn mÆt dèc, leo lªn ®Õn ®é cao nµo ®ã th× rót xuèng. Trong vïng nµy c¸c yÕu tè h×nh d¹ng sãng kh«ng cßn tån t¹i. Khi tr−íc c«ng tr×nh lµ bê tho¶i liªn tôc th× tr−íc hÕt ph¶i x¸c ®Þnh c¸c yÕu tè sãng t¹i vïng n−íc s©u, sau ®ã tÝnh to¸n biÕn d¹ng cña c¸c yÕu tè sãng n−íc s©u ®ã trong qu¸ tr×nh truyÒn vµo bê, ®i qua c¸c vïng n−íc n«ng, sãng ®æ vµ sãng leo. 26
♣2-3. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña sãng theo ph−¬ng ph¸p Cr−lèp 1. C¸c th«ng sè cña sãng vïng n−íc s©u (h ≥ 0.5 Ls) a) C¸c ®Æc tr−ng sãng b×nh qu©n ( H s vµ L s ): X¸c ®Þnh theo ®−êng giíi h¹n trªn trong ®å thÞ h×nh 2-3 theo ®ã t×m ®−îc c¸c cÆp gi¸ gTs g.t gHs g.D trÞ vµ tõ c¸c ®¹i l−îng kh«ng thø nguyªn vµ . Chän lÊy cÆp gi¸ trÞ bÐ W2 W2 W W nhÊt trong hai cÆp sè t×m ®−îc, tõ ®ã sÏ tÝnh ra H s vµ Ts . ChiÒu dµi sãng trung b×nh x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: 2 g.Ts Ls = (2-5) 2π b) ChiÒu cao sãng cã møc ®¶m b¶o p% Hsp = Kp. H s (2-6) Trong ®ã: g.D Kp tra trªn ®å thÞ h×nh 2-4 theo møc b¶o ®¶m p% vµ th«ng sè . W2 2. C¸c th«ng sè cña sãng vïng n−íc n«ng: a) Tr−êng hîp ®é dèc ®¸y i ≥ 0.002 - ChiÒu cao sãng víi møc ®¶m b¶o p% x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Hsp = Kt.Kr.Ki.Kp. H s ; (2-7) Trong ®ã: Ki lµ hÖ sè tæng hîp c¸c tæn thÊt, (b¶ng 2-4). Kt hÖ sè biÕn d¹ng lÊy theo ®å thÞ 1, (h×nh 2-5). Kr hÖ sè khóc x¹, x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ao Kr = (2-8) a 27
H×nh 2-4: §å thÞ x¸c ®Þnh Ki H×nh 2-3: §å thÞ x¸c ®Þnh c¸c yÕu tè cña sãng 28
ë ®©y: ao- Kho¶ng c¸ch gi÷a nh÷ng tia sãng c¹nh nhau ë phÝa vïng n−íc s©u a- kho¶ng c¸ch gi÷a chÝnh c¸c tia ®ã, nh−ng theo ®−êng th¼ng vÏ qua mét ®iÓm cho tr−íc ë vïng n−íc n«ng (m). H×nh 2-5: §å thÞ x¸c ®Þnh hÖ sè Kt (1) vµ ®¹i l−îng hpg/ L s (2,3,4). H×nh 2-6: S¬ ®å vµ c¸c ®å thÞ lËp b×nh ®å khóc x¹ a) MÆt b»ng khóc x¹; b) §å thÞ x¸c ®Þnh gãc khóc x¹ 29
Trªn mÆt b»ng khóc x¹, c¸c tia sãng ë vïng n−íc s©u ph¶i lÊy theo h−íng lan truyÒn sãng ®· cho tr−íc, cßn ë vïng n−íc n«ng ph¶i kÐo dµi c¸c tia ®ã theo ph−¬ng ph¸p thÓ hiÖn trªn h×nh 2-6. §−îc phÐp lÊy gi¸ trÞ cña hÖ sè Kr theo kÕt qu¶ x¸c ®Þnh hÖ sè khóc x¹ ®èi víi c¸c tia sãng vÏ tõ ®iÓm tÝnh to¸n theo c¸c h−íng lÖch 22,5o so víi tia chÝnh. HÖ sè tæng hîp c¸c tæn thÊt Ki ®−îc x¸c ®Þnh theo b¶ng 2-4 øng víi c¸c gi¸ trÞ ®· biÕt cña ®¹i l−îng h/Ls vµ ®é dèc ®¸y i. Khi i ≥ 0.03 th× Ki = 1 B¶ng 2-4: TrÞ sè hÖ sè tæn thÊt tæng hîp Ki i = 0.002÷0.02 i = 0.025 §é s©u t−¬ng ®èi h/ L s 0.01 0.66 0.82 0.02 0.72 0.85 0.03 0.76 0.87 0.04 0.78 0.89 0.06 0.81 0.90 0.08 0.84 0.92 0.10 0.86 0.93 0.20 0.92 0.96 0.30 0.95 0.98 0.40 0.98 0.99 ≥ 0.50 1.00 1.00 b) Tr−êng hîp vïng n−íc n«ng cã ®é dèc ®¸y i ≤ 0.001 - ChiÒu cao H s vµ chu kú Ts x¸c ®Þnh theo ®å thÞ h×nh 2-3, theo c¸c ®¹i l−îng kh«ng g.D g.h thø nguyªn vµ 2 W2 W ChiÒu cao sãng cã møc ®¶m b¶o p% (Hsp) còng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (2-6), trong g.D g.h ®ã Kp tra ë ®å thÞ h×nh 2-4 theo c¸c ®¹i l−îng kh«ng thø nguyªn 2 vµ 2 , chän lÊy trÞ W W sè nhá trong hai gi¸ trÞ Kp t×m ®−îc. ChiÒu dµi sãng còng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (2-5) 30
- C¸c yÕu tè sãng truyÒn tõ vïng n−íc n«ng cã ®é dèc ®¸y i ≤ 0.001 vµo vïng cã i ≥ 0.002 còng x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p tr×nh bµy ë môc a), trong ®ã trÞ sè chiÒu cao sãng trung b×nh ban ®Çu H s lÊy tõ vïng n−íc s©u. 3. C¸c th«ng sè cña sãng t¹i vïng sãng ®æ. a) ChiÒu cao sãng øng víi møc ®¶m b¶o 1% (H® 1%): Theo ®å thÞ (c¸c ®−êng cong 2,3,4 ) trªn h×nh 2-5, øng víi ®¹i l−îng kh«ng thø nguyªn H h/ L s vµ ®é dèc ®¸y i, t×m ®−îc trÞ sè d1% tõ ®ã cã H®1% g.Ts2 - ChiÒu dµi sãng ë vïng sãng ®æ L d (m) x¸c ®Þnh theo ®−êng cong bao phÝa trªn cña h×nh 2-7. øng víi ®¹i l−îng h/ L d , t×m ®−îc trÞ sè L d / L s vµ suy ra L d . b) ChiÒu s©u ph©n giíi khi sãng ®æ lÇn thø nhÊt hpg (m): Theo ®å thÞ ®−êng cong 2,3,4 ) trªn h×nh 2-5, øng víi ®¹i l−îng kh«ng thø nguyªn H sp h pg t×m ®−îc vµ suy ra hpg . 2 Ls g.T s Khi xÐt ®Õn khóc x¹ cña sãng, trÞ sè hpg ph¶i x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p ®óng dÇn. Tù cho c¸c gi¸ trÞ ®é s©u h, theo ph−¬ng ph¸p nªu ë môc 2 - a (c«ng thøc 2 - 7, 2 - 8) x¸c ®Þnh H sp . TiÕp theo, tõ c¸c ®å thÞ 2,3, 4 h×nh 2-5 x¸c ®Þnh t−¬ng øng c¸c trÞ sè c¸c ®¹i l−îng 2 g.T s h pg suy ra hpg. TrÞ sè ®−îc chän sÏ t−¬ng øng víi tr−êng hîp hpg = h. Ls c) §é s©u ph©n giíi øng víi sãng ®æ lÇn cuèi h®: Khi ®é dèc ®¸y kh«ng ®æi, h® x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: h® = K m−1h pg n (2-9) Trong ®ã: Km hÖ sè lÊy theo b¶ng 2-5; n- Sè lÇn ®æ (bao gåm c¶ lÇn ®Çu), lÊy tõ d·y sè n = 2, 3 vµ 4 khi tho¶ m·n c¸c ®iÒu kiÖn K m− 2 ≥ 0.43 vµ K m−1 < 0.43. n n Khi ®é dèc ®¸y lín h¬n 0.05, lÊy h® = hpg 31
B¶ng 2-5: TrÞ sè hÖ sè Km. §é dèc ®¸y i 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 HÖ sè Km 0.75 0.63 0.56 0.50 0.45 0.42 0.40 0.37 0.35 Khi ®é dèc ®¸y thay ®æi cho phÐp x¸c ®Þnh h® theo kÕt qu¶ x¸c ®Þnh liªn tiÕp c¸c chiÒu s©u ph©n giíi ®èi víi ®o¹n ®¸y cã ®é dèc kh«ng ®æi. H×nh 2-7: §å thÞ x¸c ®Þnh c¸c gi¸ trÞ L/ L s ë vïng n−íc n«ng vµ c¸c gi¸ trÞ Ls/ L s ë vïng sãng ®æ. ♣2-4. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña sãng biÓn theo biÓu ®å Hincat 1. Tr−êng hîp ®é s©u n−íc h > 15 m (sãng n−íc s©u). Sö dông biÓu ®å trªn h×nh 2-8. Tõ gi¸ trÞ vËn tèc giã ®· hiÖu chØnhWa vµ gi¸ trÞ ®µ sãng D trªn trôc hoµnh, tra ®−îc chiÒu cao sãng cã ý nghÜa H1/3 vµ chu kú sãng Ts. 2. Tr−êng hîp ®é s©u n−íc h ≤ 15 m: Sö dông c¸c biÓu ®å trªn h×nh tõ 2-9 a,b. C¸ch sö dông còng gièng nh− tr−êng hîp trªn. Trªn c¸c biÓu ®å nµy cßn cã thªm ®¹i l−îng thêi gian giã thæi tèi thiÓu tmin, tøc lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó sãng ®¹t tíi tr¹ng th¸i æn ®Þnh. 32
H×nh 2-8: §å thÞ x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè sãng n−íc s©u. 33
a) ChiÒu s©u n−íc 3 m b) ChiÒu s©u n−íc 6 m H×nh 2-9: C¸c th«ng sè cña sãng khi h < 15 m. 34
3. C¸c tr−êng hîp riªng: a) Tr−êng hîp ®µ sãng lín, ®é s©u khu n−íc thay ®æi nhiÒu. Lóc nµy chia ®µ sãng thµnh nh÷ng ®o¹n riªng, trªn mçi ®o¹n ®é s©u coi nh− kh«ng thay ®æi vµ b»ng trÞ sè ®é s©u trung b×nh. TiÕnhµnh tÝnh cho tõng ®o¹n tõ khu vùc n−íc s©u trë vµo víi c¸c gi¸ trÞ Wa, Di, hi, hsi t−¬ng øng. b) Tr−êng hîp thêi gian giã thæi t< tmin. Lóc nµy lÊy gi¸ trÞ Wa trªn trôc tung cña c¸c biÓu ®å, t×m ®Õn giao ®iÓm víi ®−êng thêi gian giã thæi t ®Ó x¸c ®Þnh chiÒu cao sãng Hs vµ chu kú sãng Ts. 4. C¸c vÝ dô tÝnh to¸n: a) VÝ dô 1: Yªu cÇu x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña sãng (chiÒu cao sãng Hs, chu kú sãng Ts, thêi gian t¸c dông tèi thiÓu cña giã tmin ), khi biÕt: - VËn tèc giã Wa = 38 m/s. - §µ sãng D = 10 km. - §é s©u n−íc h > 15m. Gi¶i: Sö dông ®å thÞ h×nh 2-8, ®−êng cong dù b¸o sãng ë vïng n−íc s©u, víi Wa vµ D ®· cho tra ®−îc : Hs = 1.90 m, Ts = 4.5s, thêi gian giã thæi tmin = 1.2 giê. b) VÝ dô 2: Yªu cÇu x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña sãng (chiÒu cao sãng Hs, chu kú sãng Ts, thêi gian t¸c dông tèi thiÓu cña giã tmin ). khi biÕt: - VËn tèc giã Wa = 35 m/s. - §µ sãng D = 1000 m. - §é s©u n−íc thiÕt kÕ h = 6,0m. Gi¶i: Sö dông ®å thÞ h×nh 2-9b, ®−êng cong dù b¸o sãng ë vïng n−íc n«ng cã ®é s©u cè ®Þnh h = 6.0m, víi Wa vµ D ®· cho, tra ®−îc : Hs = 0.6 m, Ts = 2s, thêi gian t¸c dông cña giã tmin = 36 phót. c) VÝ dô 3: Yªu cÇu x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña sãng. Khi biÕt: - VËn tèc giã Wa = 30 m/s. 35
- §µ sãng D = 1000 m. - §é s©u n−íc thiÕt kÕ h = 3.0 m. Thêi gian giã thæi t = 30 phót. Gi¶i: Sö dông ®å thÞ h×nh 2-9a, ®−êng cong dù b¸o sãng ë vïng n−íc n«ng cã ®é s©u cè ®Þnh h = 3.0m, víi Wa = 30 m/s vµ D = 1000m/s tra ®−îc tmin = 38 phót. Thùc tÕ cã t< tmin, nªn ch−a ®ñ thêi gian ®Ó sãng ph¸t triÓn ®Çy ®ñ. Khi ®ã tra trªn ®å thÞ ®· dÉn, øng víi Wa = 30 m/s vµ t = 30 phót ta ®−îc: - ChiÒu cao sãng hiÖu qu¶ Hs = 0.22m. - Chu kú sãng Ts = 1.5s. ♣2-5. TÝnh to¸n chiÒu cao sãng leo ChiÒu cao sãng leo lªn m¸i ®ª phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè nh− c¸c th«ng sè sãng tr−íc ®ª H s , L s , hÖ sè m¸i dèc ®ª, møc ®¶m b¶o p%, ®é nh¸m vµ tÝnh thÊm cña m¸i, vËn tèc giã, chiÒu s©u n−íc tr−íc ®ª, h−íng truyÒn sãng... I. Tr−êng hîp dèc ®¬n (m¸i nghiªng víi mét ®é dèc): 1. Khi m = 1.5 ÷ 5.0 ( tr−êng hîp phæ biÕn): ChiÒu cao sãng leo øng víi møc ®¶m b¶o p% tÝnh theo c«ng thøc: K Δ .K w .K pl .K β H psl = Hs.Ls (2-10) 1 + m2 Trong ®ã: m- HÖ sè m¸i dèc cña ®ª; H s , L s : ChiÒu cao vµ chiÒu dµi sãng trung b×nh tr−íc ®ª; KΔ- hÖ sè kÓ ®Õn ®é nh¸m vµ tÝnh thÊm cña m¸i tra theo b¶ng 2-6; Kw- hÖ sè phô thuéc vËn tèc giã (w) vµ chiÒu s©u n−íc tr−íc ®ª (h), tra theo b¶ng 2-7. Kpl- hÖ sè tÝnh ®æi tÇn suÊt luü tÝch cña chiÒu cao sãng leo, x¸c ®Þnh theo b¶ng 2-8. Kβ- hÖ sè xÐt ®Õn gãc nghiªng β gi÷a h−íng truyÒn sãng vµ h−íng vu«ng gãc víi tuyÕn ®ª, x¸c ®Þnh theo b¶ng 2-9. 36
B¶ng 2-6: HÖ sè nh¸m vµ thÊm cña m¸i dèc KΔ TT Lo¹i h×nh gia cè m¸i KΔ 1 Tr¬n ph¼ng, kh«ng thÊm n−íc (BT nhùa ®−êng) 1.0 2 Bª t«ng vµ tÊm l¸t bª t«ng. 0.9 0.85÷0.90 3 L¸t cá 0.75÷0.80 4 §¸ x©y 0.60÷0.65 5 §¸ héc ®æ 2 líp (nÒn kh«ng thÊm n−íc) 0.50÷0.55 6 §¸ héc ®æ 2 líp (nÒn thÊm n−íc) 7 Khèi vu«ng 4 ch©n (l¾p ®Æt 1 líp) 0.55 8 Khèi tetrapod (2 líp)- Xem ch−¬ng 4 0.40 9 Khèi dolos (2 líp)- Xem ch−¬ng 4 0.38 B¶ng 2-7: HÖ sè kinh nghiÖm KW W / g.h ≥5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 KW 1 1.02 1.08 1.06 1.22 1.25 1.28 1.30 B¶ng 2-8: HÖ sè tÝnh ®æi Kpl ®Ó tÝnh chiÒu cao sãng leo 0.1 1 2 3 4 5 10 13 20 50 H s/h P% < 0.1 2.66 2.23 2.07 1.97 1.90 1.84 1.64 1.54 1.39 0.96 0.1 ÷ 03 2.44 2.08 1.94 1.86 1.80 1.75 1.57 1.48 1.36 0.97 > 0.3 2.13 1.86 1.76 1.70 1.65 1.61 1.48 1.40 1.31 0.99 Trong ®ã: p% - Møc b¶o ®¶m xuÊt hiÖn cña con sãng; H s - ChiÒu cao sãng trung b×nh tr−íc ®ª; h - §é s©u n−íc tr−íc ®ª 37
B¶ng 2-9: HÖ sè Kβ ; β: gãc gi÷a h−íng truyÒn sãng vµ h−íng ph¸p tuyÕn víi ®ª β (®é) ≤ 15 20 30 40 50 60 1.0 0.96 0.92 0.87 0.82 0.76 Kβ 2. Khi m ≤ 1.25: Theo c«ng thøc Hslp = KΔ.Kw.Kpl.Kβ.Ro. H s (2-11) Trong ®ã Ro- chiÒu cao sãng leo dÉn suÊt, tÝnh khi kh«ng cã giã, mÆt dèc tr¬n vµ kh«ng thÊm n−íc (KΔ = 1), chiÒu cao sãng trung b×nh H s = 1m. TrÞ sè cña Ro x¸c ®Þnh theo b¶ng 2-10. C¸c trÞ sè kh¸c nh− ë môc trªn. B¶ng 2-10: TrÞ sè chiÒu cao sãng leo dÉn suÊt Ro. HÖ sè m¸i m 0 0.5 1 1.25 Ro 1.24 1.45 2.20 2.50 3. Khi 1.25 < m < 1.5: Cã thÓ néi suy chiÒu cao sãng leo tõ c¸c trÞ sè tÝnh theo m = 1.25 vµ m = 1.5. II. Tr−êng hîp m¸i dèc phøc hîp cã thÒm gi¶m sãng: Khi m¸i dèc cã thÒm gi¶m sãng, chiÒu cao sãng leo vÉn ®−îc tÝnh to¸n theo c¸c c«ng thøc ®èi víi m¸i dèc ®¬n, nh−ng hÖ sè m¸i ph¶i ®−îc tÝnh ®æi thµnh hÖ sè m¸i dèc t−¬ng ®−¬ng mc nh− sau: 1. Khi m¸i trªn vµ d−íi thÒm gi¶m sãng cã cïng ®é dèc, tøc Δm = mD - mT = 0 hw (2-12) mC = mT (1-4.0 )Kb Ls bf víi Kb = 1+3 (2-13) Ls 2. Khi Δm > 0, mD > mT hw mC = (mT+0.3Δm-0.1Δm2).(1-4.5 ).hb (2-14) Ls 38
3. khi Δm < 0, mD < mT: hw mC = (mT+0.5Δm+0.08Δm2).(1+3.0 ).hb (2-15) Ls Trong c¸c c«ng thøc trªn mT, mD: hÖ sè m¸i dèc phÇn trªn vµ d−íi thÒm gi¶m sãng hw: ®é s©u n−íc trªn thÒm gi¶m sãng - Khi thÒm gi¶m sãng ë d−íi mùc n−íc tÜnh th× hw > 0. - Khi thÒm gi¶m sãng ë trªn mùc n−íc tÜnh th× hw < 0. bf- ChiÒu réng thÒm gi¶m sãng (m). Ls- chiÒu dµi sãng (m) Ph−¬ng ph¸p ®é dèc t−¬ng ®−¬ng thÝch hîp trong ®iÒu kiÖn: mT = 1.0 ÷ 4.0; mD = 1.5 ÷ 3.0; bf hw = -0.067 ÷ 0.067; ≤ 0.25. Ls Ls ♣2-6. TÝnh to¸n ¸p lùc sãng I. ¸p lùc sãng lªn m¸i nghiªng: 1. ¸p lùc sãng d−¬ng: §èi víi m¸i dèc ®−îc gia cè b»ng bª t«ng ®æ t¹i chç hay tÊm bª t«ng l¾p ghÐp, khi hÖ sè m¸i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn 1.5 ≤ m ≤ 5 th× biÓu ®å ¸p lùc sãng d−¬ng (sãng vç vµo m¸i) cã d¹ng nh− h×nh 2-10. H×nh 2-10: BiÓu ®å ¸p l−c sãng tÝnh to¸n lín nhÊt lªn m¸i dèc ®−îc gia cè b»ng c¸c tÊm b¶n. 39