Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế và xây dựng để nâng cao chất lượng các công trình thoát nước nhỏ trên đường ô tô tại nước Cộng Hoà Dân Chủ Nhân Dân Lào

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

79
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế và xây dựng để nâng cao chất lượng các công trình thoát nước nhỏ trên đường ô tô tại nước Cộng Hòa Dân Chủ Nhân Dân Lào, trong đó tập trung vào tính thủy lực công trình thoát nước nhỏ ngang đường ô tô và giải quyết một số tính toán thủy lực (bậc nước, dốc nước, tốc độ không xói đáy dòng chảy và xói sau gia cố) dùng trong thiết kế công trình thoát nước nhỏ ngang đường.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế và xây dựng để nâng cao chất lượng các công trình thoát nước nhỏ trên đường ô tô tại nước Cộng Hoà Dân Chủ Nhân Dân Lào

1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Nước Cộng hòa Dân Chủ Nhân Dân Lào đang trên đường hiện đại hóa. Mạng lưới đường ô tô đang được cải tạo, nâng cấp và xây dựng mới để phục vụ yêu cầu phát triển ngày càng cao của đất nước. Trong những năm qua Đảng và Nhà nước Lào đã coi trọng việc xây dựng cơ sở hạ tầng. Trong đó đã chú trọng đến việc xây dựng và phát triển mạng lưới đường giao thông, đặc biệt là đường bộ. Khi xây dựng đường ô tô đa chú ý đ ̃ ặc biệt đến việc xây dựng công trình thoát nước nhỏ ngang đường ô tô, mặc dù loaị công trinh nay chi ̀ ̀ ếm tỷ trọng không lớn so với các công trình khác, nhưng khả năng tiêu thoát lũ của công trình thoát nước nhỏ lại ảnh hưởng và liên quan trực tiếp đến tuổi thọ của áo đường, nền đường và các công trình khác trên đường. Nước Lào nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, lượng mưa và khí hậu điêu hoa trong năm, song m ̀ ̀ ột số vùng có lượng mưa lớn và không đều. Lào có địa hình đồi núi có vách đá cao và mạng lưới giao thông từ miền Bắc xuống Nam có tuyến đường qua vùng núi, do độ dốc lớn, lưu lượng nước trên đỉnh núi chảy xuống nhanh dẫn đến những hư hỏng công trình thoát nước trên đường ô tô làm cho chất lượng của tuyến đường không ổn định theo các mùa trong năm. Một trong số các nguyên nhân quan trọng là phương pháp tính toán thủy lực cho công trình thoát nước nhỏ và sự lựa chọn trạng thái nguy hiểm của công trình có thể còn chưa hợp lý. Để nâng cao khả năng thoát nước ngang đường ô tô cần phải nghiên cứu một số bài toán tính toán thủy lực như: tính thủy lực bậc nước và dốc nước, tính xói sau cống, tính tốc độ bắt đầu xói đáy dòng chảy. Tất cả những vấn đề trên điều liên quan đến việc nghiên cứu phương pháp thiết kế
2 để nâng cao khả năng thoát nước nhỏ trên đường ô tô. Tại CHDCND Lào, để tính toán thuỷ lực cho công trình thoát nước này chúng tôi hiện nay đang dùng các phương pháp của nước ngoài (chủ yếu là châu Âu, Mỹ, Việt Nam) trong điều kiện tự nhiên và khí hậu của Lào. Thực tế đó đòi hỏi phải có những nghiên cứu sâu hơn về vấn đề này. Với trình độ và kinh nghiệm của các nhà khoa học – kỹ thuật Việt Nam có thể giúp tôi rất nhiều trong khi thực hiện đề tài. Chính vì vậy Nhà Nước Cộng Hòa Dân Chủ Nhân Dân Lào cử tôi sang đây làm nghiên cứu sinh với đề tài : “Nghiên cưu đê xuât ́ ̀ ́ phương phap thiêt kê va xây d ́ ́ ́ ̀ ựng đê nâng cao chât l ̉ ́ ượng cać công trinh thoat n ̀ ́ ươc nho trên đ ́ ̉ ường ô tô tai n ̣ ươc ́ Cộng Hoà Dân Chủ Nhân Dân Lào”. 2. Mục đích nghiên cứu Luận án nghiên cứu đê xuât ph ̀ ́ ương phap thiêt kê va xây ́ ́ ́ ̀ dựng đê nâng cao chât l ̉ ́ ượng cac công trinh thoat n ́ ̀ ́ ươc nho trên ́ ̉ đường ô tô tai ṇ ươc ́ Cộng Hòa Dân Chủ Nhân Dân Lào, trong đó ̣ tâp trung vaò tính thủy lực công trình thoát nước nhỏ ngang đường ô tô và giải quyết một số tính toán thủy lực (bậc nước, dốc nước, tốc độ không xói đáy dòng chảy và xói sau gia cố) dùng trong thiết kế công trình thoát nước nhỏ ngang đường để từ đó đề xuất được các giải pháp thiết kế và lựa chọn phương pháp gia cố hoặc biện pháp tiêu năng thích hợp ở hạ lưu cống trên đường ô tô giai phap ̉ ́ xây dựng công trinh thoat n ̀ ́ ươc nho ngang đ ́ ̉ ường co đia hinh đăc ́ ̣ ̀ ̣ thù phù hợp với các đặc điểm điều kiện tự nhiên và đặc điểm khí hậu tại nước Cộng Hòa Dân Chủ Nhân Dân Lào. 3. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu là tinh thuy l ́ ̉ ực cho hệ thống công trình thoát nước nhỏ ngang đường ở nước Lào.
3 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp lý thuyết kết hợp với thực tê.́ 5. Bố cục của luận án Luận án trình bày trong 166 trang gồm phần Mở đầu, Phần nội dung luận án trong 04 chương, Phần kết luận và kiến nghị, Hướng nghiên cứu tiếp theo, Tài liệu tham khảo và Phụ lục. CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, TÌNH HÌNH MẠNG LƯỚI GIAO THÔNG VÀ SỰ PHÁ HOẠI CÁC CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ Ở NƯỚC CHDCND LÀO 1.1. Đăc điêm điêu kiên đia hinh va khi hâu ̣ ̉ ̀ ̣ ̣ ̀ ̀ ́ ̣ ở Lao ̀ Nước Cộng Hòa Dân Chủ Nhân Dân Lào là một nước có diện tích tương đối rộng với diện tích 236.800 km2. Địa hình của Lào chủ yếu là đồi núi cao chiếm tỷ lệ 70% và đồng bằng chiếm 30% của diện tích cả nước. Địa hình: miền núi và cao nguyên chiếm tới hơn 3/4 diện tích tự nhiên, còn lại là một số vùng đồng bằng. Nói chung là vùng núi ở Lào có độ cao trung bình chiếm phần lớn phía Bắc và phía Đông, đỉnh cao nhất là núi Bịa (2820m), và một số đỉnh cao khác như: núi Xao (2690m), núi Săn (2218m), núi Huạt (2452m). Núi ở hai tỉnh Đông Bắc Lào là Xiêng Khoảng Xăm Nưa, nơi bắt đầu của dãy núi Trường Sơn Bắc. Hướng chung của chúng là Đông Bắc Tây Nam nằm toàn bộ ở phía Tây, không liền dài và không phẳng như ở châu thổ sông Mê Kông. Khí hậu: khí hậu nhiệt đới gió mùa, với 2 mùa rõ rệt: + Mùa mưa: bắt đầu từ tháng 05 đến tháng 11, nhiệt độ vào khoảng 30oC, mưa khá thường xuyên, một vài năm thậm chí bị lũ lụt tràn dòng sông Mê Kông.
4 + Mùa khô: từ tháng 11 đến tháng 04, ít mưa hơn và nhiệt độ khoảng 15oC, vùng núi có thời điểm là 0oC. 1.2. Giơi thiêu chung vê hê thông đ ́ ̣ ̀ ̣ ́ ường ô tô ở Lao ̀ 1.2.1. Giai đoạn trước năm 1975 1.2.2. Giai đoạn năm 19751985 1.2.3. Giai đoạn năm 19852000 1.2.4. Giai đọan năm 20002015 1.3. Tinh ̀ trang ̣ hư hong ̉ công trinh ̀ thoat́ nươć nhỏ trên đường ô tô tai n ̣ ươc ́ CHDCND Lào Nước Lào có vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, do lượng mưa và khí hậu trong năm, chủ yếu là một số vùng có lượng mưa lớn và không đều trong năm. Lào có địa hình đồi núi có vách đá cao và mạng lưới giao thông từ miền Bắc xuống Nam có tuyến đường qua vùng núi, do độ dốc lớn thì lưu lượng nước trên đỉnh núi chảy xuống nhanh dẫn đến những hư hỏng công trình thoát nước trên đường ô tô và làm cho chất lượng của tuyến đường không ổn định theo các mùa trong năm. Công trình thoát nước trên đường ô tô ở Lào có thiết kế kỹ thuật còn thấp, công tác duy tu bảo dưỡng không thường xuyên, công tác quản lý và chi phí còn hạn chế, chưa đáp ứng được kịp thời cho việc duy tu bảo dưỡng đường ô tô ở Lào. 1.3.1. Những hư hỏng thường gặp về công trình thoát nước trên đường ô tô và nguyên nhân gây ra Hiện tượng hư hỏng công trình thoát nước nhỏ trên đường ô tô ở nước CHDCND Lào xảy trên tất cả các tuyến đường đang khai thác. Hậu quả do chúng để lại thường gây ra tổn thất lớn, tốn phí nhiều chi phí sửa chữa, khôi phục, gián đoạn giao thông nhiều ngày sau mưa lũ, đe dọa nghiêm trọng an toàn giao thông. Để phục
5 vụ cho luận án NCS đã khảo sát nhiều tuyến đường ở nước CHDCND Lào như: đường 1D, đường số 1J, đường số 2E, đường số 4A, đường số 7, đường số 8, đường số 12... Các kết quả khảo sát NCS đã trình bày chi tiết ở báo cáo chuyên đề : Sự phá hoại các công trình thoát nước nhỏ trên đường ô tô của nước CHDCND Lào và các nguyên nhân gây ra. Dưới đây NCS xin tóm tắt một số hư hỏng điển hình liên quan trực tiếp đến những vấn đề trong nội dung của luận án. 1. Hư hỏng rãnh thoát nước (hình 1.2A và 1.2B); 2. Hư hỏng thượng lưu và hạ lưu công trình cống thóat nước (hình 1.3A, 13B, 13C và 13D); 3. Hư hỏng xói lở thân cống, nền đường tại vị trí cống bị cắt đứt (hình 1.4); 4. Hư hỏng mối nối cống (hình 1.5); 5. Lắng đọng đất cát trong cống (hình 1.6A và 1.6B). 1.3.2. Tình hình áp dụng kết cấu công trình thoát nước ở Lào Trong quá trình xây dựng và phát triển mạng lưới giao thông vận tải, các dạng kết cấu cống và cầu nhỏ trên đường ô tô ở Lào cũng nghiên cứu và nâng cao chất lượng xây dựng để thoát nước trên tuyến đường và đỉnh núi, thuận lợi cho việc duy tu bảo dưỡng, hạ giá thành công trình, đảm bảo chất lượng và sự an toàn xe chạy trên tuyến đường. Nói chung các kết cấu công trình thoát nước nhỏ đã được áp dụng trên tuyến đường ở Lào có cống và cầu nhỏ, gồm có: cống tròn bê tông cốt thép, cống hộp bê tông cống thép, rãnh thoát nước 2 bên tuyến đường, cầu bản bê tông cốt thép v.v... Hiện nay chưa có một công trình nào có nghiên cứu đầy đủ về các giải pháp kỹ thuật để xử lý các công trình thoát nước ở Lào. Khi có đoạn tuyến đường bị hư hỏng xảy ra thì sẽ tổ chức
6 sửa chữa đưa ra một số giải pháp nào đó cho phù hợp với hiện trạng hư hỏng thực tế cần xử lý và thuộc vào năng lực chuyên môn và kinh nghiệm của đơn vị thi công. 1.4. Kết luận chương 1 Sau khi nghiên cứu NCS thấy cần nêu ra một số kết luận quan trọng dưới đây liên quan đến mục tiêu của luận án: 1. Phát triển và duy trì hệ thống đường ô tô để phục vụ cho việc phát triển kinh tế của nước Lào chúng tôi, được Đảng và Nhà nước Lào xác định là một nhiệm vụ trọng tâm rất nhiều các con đường có quy mô lớn sẽ được xây dựng và cải tạo cho tương lai. Để các công trình đường ô tô hoạt động có hiệu quả cần nâng cao chất lượng xây dựng. Nhiệm vụ nâng cao chất lượng xây dựng các công trình đường cần phải bắt đầu từ bước lập kế hoạch thiết kế công trình. Luận án này mong muốn tham gia các khâu đầu tiên nói trên với mục tiêu nâng cao chất lượng xây dựng phải kéo dài tuổi thọ công trình và đảm bảo chất lượng khai thác. 2. Cùng với các đồng nhiệp, các cơ quan hữu quan NCS đã xem xét một số tuyến đường chính như hình ảnh đã nói trên là một số hư hỏng rất hay gặp trên đường là sự phá hoại tại các vị trí công trình thoát nước nhỏ như: cầu nhỏ, cống. Tùy dạng phá hoại rất đa dạng nhưng nguyên nhân thường gặp nhất là nền đường, mặt đường tại những vị trí này bị nước xói, đất đá bị cuốn trôi. Kiểu phá hoại này chắc chắn là do công tác dự báo thủy văn và tính toán thủy lực công trình không hợp lý dẫn đến vận tốc nước, áp lực nước tác động lên nền mặt đường quá lớn dẫn đến phá hoại công trình làm giảm an toàn giao thông. Những dự đoán này giải thích luận án của NCS tập trung vào công tác tính thủy lực cho
7 các công trình thoát nước nhỏ. Như vậy, hy vọng rằng sau này các đoạn đường ít bị nước cuốn trôi, vị trí cống, vị trí cầu bị nước tàn phá sau mỗi mùa lụt. Kiểu phá hoại này khác biệt với kiểu phá hoại một cái cầu hay một cái cống sụp đổ dưới tác động của tải trọng xe và tải trọng bản thân nền đắp. Những kiểu phá hoại này hình thành do chất lượng xây dựng kém, luận án này NCS không giải quyết được vấn đề đó. 3. Điều kiện khí hậu, nhiệt độ, mưa gió rất khắc nghiệt, hình thành các vùng khí hậu rất rõ ràng. Sau này khi áp dụng các công thức chung tính thủy lực cho các công trình thoát nước nhỏ ngang đường rất cần chú ý đến đặc điểm này. Nhưng đây là một vấn đề rất phức tạp đòi hỏi rất nhiều công trình nghiên cứu, rất nhiều kinh nghiệm xây dựng công trình. Vì vậy luận án của chúng tôi muốn có sự chặt chẽ vào các lý thuyết chung được thừa nhận và các kinh nghiệm mà các nhà bác học, các nhà kỹ thuật đã đạt được với mong muốn vấn đề được giải quyết nhanh chóng hơn. Để đáp ứng các yêu câu về mục tiêu, nội dung đề tài luận án, các vấn đề sau đây sẽ được nghiên cứu trong các chương tiếp theo: a. Các nội dung chính khi tính thủy lực bậc nước nhiều cấp, sức cản thủy lực ở dốc nước, khởi động của hạt ở đáy dòng chảy và xói sau gia cố công trình thoát nước nhỏ ngang đường; b. Nghiên cưu đê xuât giai phap thiêt kê thuy l ́ ̀ ́ ̉ ́ ́ ́ ̉ ực công trinh ̀ ́ ươc nho ngang đ thoat n ́ ̉ ường cho nươc Công Hoa Dân Chu Nhân ́ ̣ ̀ ̉ Dân Lao; ̀ c. Giải pháp xây dựng công trình thoát nước ngang đường có địa hình đặc thù ở nước Cộng Hòa Dân Chủ Nhân Dân Lào.
8 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TÍNH THỦY LỰC BẬC NƯỚC NHIỀU CẤP, SỨC CẢN THỦY LỰC Ở DỐC NƯỚC, KHỞI ĐỘNG CỦA HẠT Ở ĐÁY DÒNG CHẢY VÀ XÓI SAU GIA CỐ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ NGANG ĐƯỜNG 2.1. Tổng quan nghiên cứu tính thủy lực bậc nước nhiều cấp dạng bể tiêu năng 2.1.1. Các nghiên cứu liên quan đến tính thủy lực bậc nước nhiều cấp Bậc nước nhiều cấp đã được nhiều tác giả nghiên cứu ở các mức độ tiếp cận khác nhau như: Hệ số tốc độ đối với mặt cắt chữ nhật của bậc nước nhiều cấp (Alekxeev IU.S, 1965); hình dạng dòng chảy qua bậc nước (Konstantinov IU.M, 1966, 1969); tốc độ và chiều sâu dòng chảy ở thượng lưu bậc nước (Popov V.N, 1957)... Bậc nước nhiều cấp bao gồm nhiều bậc nước một cấp nối tiếp nhau kiểu bậc thang được áp dụng ở nơi có địa hình dốc, để giảm khối lượng công tác làm đất, ít phá hủy môi trường. Như vậy, mỗi bậc phải được tính sao cho có chiều dài tối thiểu về tính thủy lực, đồng thời đảm bảo điều kiện địa hình cụ thể tức là độ dốc cục bộ trung bình phải được thỏa mãn Scb=∑Pi/∑Li [5]. Khi tính bậc nước nhiều cấp, thường chỉ tính bậc 1 và bậc 2, các bậc tiếp theo tính như bậc thứ hai, bậc cuối cùng có tính tới ảnh hưởng của dòng chảy hạ lưu , thường có dạng bể tiêu năng. 2.1.2. Các công thức tính thủy lực cho bậc nước nhiều cấp dạng bể
9 2.1.2.1. Xác định chiều dài đoạn nước đổ ở cửa vào bậc nước [5] Chiều dài nước đổ trong kênh chữ nhật có thể tính theo công thức [5]. 2.1.2.2. Chiều dài nước rơi dọc phương chảy tại sân bậc [5] Dòng chảy rơi xuống sân bậc khi bậc không ngập gồm hai phần là phần rơi tự do trong không khí và phần sau ngập trong nước ở sân bậc có thể xác định theo nghiên cứu của (Kostantinov IU.M, 1988) [80]. Đối với mặt cắt chữ nhật: Pavlovski N.N (2.9) Chertouxov M.D (trung bình) (2.10) hay (2.10a) Bradley và Peterka (2.11) Ohtsu và các cộng sự (2.12) 2.1.2.3. Nghiên cứu thực nghiệm phần cửa vào bậc nước rơi tự do [5] Số liệu đo thay đổi áp suất dọc theo chiều sâu ở ngay cửa vào bậc, theo nghiên cứu của (Rajaratnam và Muralidha, 1968) [54]. Áp suất dư tại đỉnh và đáy luồng nước bằng không, trong phạm vi luồng nước là đường cong có giá trị lớn hơn áp suất không khí song luôn nhỏ hơn áp suất thủy tĩnh. Nghiên cứu thực nghiệm và bán thực nghiệm chỉ ra hb/hc=0.715 cho mặt cắt chữ nhật. 2.1.2.4. Xác định chiều sâu ở mặt cắt co hẹp [2], [5] Chiều sâu ở mặt cắt co hẹp tại sân bậc xác định theo phương trình Bernoulli viêt cho m ́ ặt cắt ở kênh thượng lưu và mặt cắt co hẹp tại sân bậc đôi v ́ ơi m ́ ặt cắt chữ nhật. Eo=hch+(q2/2g 2h2ch) (2.14)
10 1). Nghiên cứu của (Agroskin I.I, 1964) [2], [5]: q= hch(2g(Eohch))0.5 (2.18) Đặt: ch=hch/Eo và 2ch=h2ch/Eo F( ch)=q/( E3/2o) (2.19) Thông qua quan hệ hàm số F( ch)=q/( E3/2o) tương ứng với các giá trị hệ số tốc độ khác nhau (phụ lục 1) tìm được và tương ứng với hệ số . 2). Nghiên cứu của (Rakhamanov A.N) [5]: Sử dụng phương trình (2.14) viết phương trình ở dạng tỷ số tương đối so với chiều sâu phân giới : Eo/hc=(hch/hc)+(1/2 2)(hc/hch)3 (2.20) Đặt: Eo=Eo/hc; ch=hch/hc và 2ch=h2ch/hc Xây dựng đường cong quan hệ giữa , với ứng với hệ số lưu tốc (phụ lục 2). 2.1.2.5. Tính chiều sâu bể tiêu năng [5] Xác định chiều sâu bể tiêu năng có thể theo biểu đồ của (Chertouxov M.Đ, 1962) đã xây dựng biểu đồ thông quan quan hệ: z=f( Eo, ) (phụ lục 3). Biểu đồ cho giá trị tương ứng với nước nhảy tại chỗ xác định theo công thức (2.32) như sau: d= EohcEo (2.32) Nghiên cứu của (Detlef Aigner) cho biết [23]: Tinh ̣ nươć nhiều cấp dang ́ bâc ̣ bể theo [23] đã biêt́ lưu lượng đơn vi va chiêu cao bâc n ̣ ̀ ̀ ̣ ươc co thê tim đ ́ ́ ̉ ̀ ược tg =P/L, sau ́ ̀ ược quan hê gi đo tim đ ̣ ữa pt/P với hc/P va tinh đ ̀ ́ ược cac kich th ́ ́ ươć ̉ cua bâc ṇ ươc nhiêu câp nh ́ ̀ ́ ư: chiêu cao t̀ ương tiêu năng , chiêu dai ̀ ̀ ̀ bâc ṇ ươc ... ́ 2.1.3. Nhận xét về tính thủy lực cho bậc nước nhiều cấp dạng bể
11 Nghiên cứu này tác giả tập trung giải phương trình tìm chiều sâu mặt cắt co hẹp ở sân bậc, chiều sâu liên hợp lớn của nước nhảy với chiều sâu co hẹp ở sân bậc là , tính chiều cao tường ở bậc nước dạng bể của bậc nước nhiều cấp và chiều sâu bể tiêu năng ở bậc cuối theo phương pháp giải tích và phương pháp số, đồng thời lập biểu đồ xác định quan hệ giữa pt/hc với P/hc và Lbc/hc với P/hc tìm pt và Lbc. 2.2. Tổng quan các nghiên cứu về sức cản thủy lực ở dốc nước 2.2.1. Các nghiên cứu liên quan đến sức cản thủy lực ở dốc nước [5] Tính thủy lực dốc nước được chia làm ba phần: cửa vào, thân dốc và phần tiêu năng ở cửa ra của dốc (xem hình 2.7). 2.2.1.1. Tính thủy lực phần cửa vào dốc nước bb=Q/(m(2g)0.5(Ho3/2)) (2.40) 2.2.1.2. Tính thủy lực phần thân dốc Chiều dài dốc: Ld=(P2+L2)0.5 (2.41) Dốc của dốc nước: id=P/Ld (2.42) Mô đun lưu lượng của kênh: Ko=Q/(id) 0.5 (2.43) 2.2.1.3. Tính thủy lực cửa ra của dốc nước h2=(h21+2h3c(1/h11/hcr))0.5 (2.44) 2.2.2. Vấn đề tính sức cản thủy lực của dốc nước Để xác định khả năng chảy của công trình thoát nước ngang đường như cống, dốc nước, bậc nước điều quan trọng là phải xác định đúng tốc độ trung bình dòng chảy và lưu lượng tương ứng, song tốc độ và lưu lượng lại phụ thuộc vào việc xác định hệ số sức cản ma sát f được đưa vào trong công thức (Darcy – Weisbach) [79].
12 1). Nghiên cứu của (Pavlovski N.N) [79]: Xác định hệ số Sedi áp dụng cho 0.1
13 2. Lực nâng, trong đó lực nâng đẩy hạt lên vừa chớm vượt quá trọng lượng hạt của dòng nước trong nước. 3. Ứng suất tiếp tới hạn, trong đó dựa vào nhận thức lực tiếp tuyến của dòng chảy tác dụng vào hạt ở đáy dòng chảy theo phương chảy là nguyên nhân chủ yếu đẩy hạt chuyển động. 4. Phương pháp xác suất được áp dụng để giải quyết vấn đề trên. 2.3.1.1. Tốc độ khởi động của hạt đất 2.3.1.2. Nhận thức về lực nâng tác động vào hạt Py 2.3.1.3. Ứng suất tiếp của dòng chảy 2.3.1.4. Phương pháp xác suất 2.3.2. Nhận xét Trong nghiên cứu này tác giả muốn nêu ra một mô hình đơn giản đối với cát đều hạt chịu tác dụng của các lực thủy động và di chuyển do trượt theo phương chảy có xét đến vai trò của rối và mạch động tốc độ theo quy luật của phân phối chuẩn mạch động tốc độ và sử dụng các kết qủa của các nghiên cứu gần đây. 2.4. Tổng quan các nghiên cứu về tính xói sau gia cố công trình thoát nước nhỏ ngang đường 2.4.1. Các nghiên cứu liên quan đến tính xói sau gia cố cống và cầu nhỏ Nghiên cứu của (Andreev O.V, 1963) chỉ ra chiều sâu xói sau phần gia cố thông qua kết quả thí nghiệm: (2.74) 2.4.2. Vấn đề cần nghiên cứu
14 Tác giả nghiên cứu vấn đề bằng cách sử dụng phương trình biến thiên động lượng để có thể nêu ra công thức lý thuyết tính xói sau gia cố cống, cầu nhỏ để so sánh và kiểm tra kết quả thí nghiệm đã qua. 2.5. Kết luận chương 2 Chương 2 này đã tổng quan nghiên cứu về tính thủy lực bậc nước nhiều cấp, sức cản thủy lực ở dốc nước, khởi động của hạt ở đáy dòng chảy và xói sau gia cố công trình thoát nước nhỏ ngang đường, nêu ra các nghiên cứu để tìm một số công thức cho việc tính thủy lực công trình thoát nước nhỏ ngang đường. CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CƯU ĐÊ XUÂT GIAI PHAP THIÊT ́ ̀ ́ ̉ ́ ́ KÊ THUY L ́ ̉ ỰC CÔNG TRINH THOAT N ̀ ́ ƯƠC NHO NGANG ́ ̉ ĐƯỜNG CHO NƯƠC ́ CÔNG ̣ HOA ̀ DÂN CHỦ NHÂN DÂN LAO ̀ 3.1. Ly thuyêt tinh thuy l ́ ́ ́ ̉ ực công trinh thoat n ̀ ́ ươc nho ngang ́ ̉ đương ̀ Như đã trình bày ở chương 2 chúng tôi có những lý thuyết sau đây để tính thủy lực công trình thoát nước nhỏ ngang đường: 3.1.1. Tính thuy l ̉ ực bậc nước nhiều cấp 3.1.1.1. Xác định chiều sâu dòng chảy tại đỉnh bậc (3.1) 3.1.1.2. Xác định chiều sâu co hẹp tai sân bâc ̣ ̣ Viết phương trình Bernoulli qua hai mặt cắt (11) và (cc) với mặt so sánh qua điểm viết phương trình ở mặt thoáng (hình 3.3). (3.2)
15 3.1.1.3. Tính chiều cao tường tiêu năng cua bâc n ̉ ̣ ươc ́ pt= h2chH1 (3.8) 3.1.1.4. Bể tiêu năng kết hợp Để có nước nhảy ngập trong bể (xem hình 3.5), chiều sâu bể tiêu năng cần tăng thêm một lượng từ 5% đến 10% nghĩa là , ta được: (3.11) ́ ươc chi tiêt tinh bâc n 3.1.1.5. Cac b ́ ́ ́ ̣ ước nhiêu câp dang bê tiêu năng ̀ ́ ̣ ̉ 3.1.2. Dốc nước Việc tính toán thủy lực dốc nước như đã nêu trong chương 2. Vậy hệ số sức cản thủy lực có thể ở dạng tổng quát đối với một dạng mặt cắt cụ thể ở chế độ chảy ổn định sử dụng phương pháp thân tích thứ nguyên ta có: (3.15) trong đó: gia tốc trọng lực; độ nhám tuyệt đối của lòng dẫn; bán kính thủy lực; hệ số Reynolds; hệ số froude. 3.1.3. Xói sau gia cố 3.1.3.1. Xác định tốc độ khởi động của hạt cát ở đáy dòng chảy 3.1.3.2. Phương trình động lượng của dòng chảy ổn định 3.2. Nghiên cưu xây d ́ ựng biêu đô xac đinh bâc n ̉ ̀ ́ ̣ ̣ ước nhiêu ̀ câp va nghiên c ́ ̀ ứu sức can trong tinh dôc n ̉ ́ ́ ước 3.2.1. Tính thủy lực bậc nước nhiều cấp mặt cắt chữ nhật ở dạng bể tiêu năng 3.2.1.1. Trình tự tính bậc nước nhiều cấp dạng bể tiêu năng bằng chương trình Excel
16 ̉ 3.2.1.2. Giai bai toan tính b ̀ ́ ậc nước nhiều cấp bằng chương trình Excel ́ giả nêu ra để tinh Baì toań tac ́ toań thuỷ lực bậc nước nhiều cấp cho lưu lượng nươc đ ́ ơn vi khi b ̣ ậc nước có chiều cao ̣ bâc , chênh cao độ đáy thượng và hạ lưu dốc là và . 3.2.1.3. Xây dựng biểu đồ quan hệ tinh bâc n ́ ̣ ươc nhiêu câp đôi v ́ ̀ ́ ́ ới lưu lượng đơn vi ̣ va chiêu cao bâc khac nhau b ̀ ̀ ̣ ́ ằng chương trình Excel Hình: 3.15 (3.24) (3.25) 3.2.2. Tính thủy lực dốc nước 3.2.2.1. Xây dựng quan hệ thực nghiệm về sức cản thủy lực f Để thấy rõ hơn sự thay đổi hệ số sức cản giữa dòng chảy xiết và dòng chảy êm, tac gia s ́ ̉ ử dụng sô liêu th ́ ̣ ực tế (bảng PL5.1, phụ lục 5) [89] và xây dựng quan hệ giữa và (xem hình 3.16).
17 Hình 3.16 Hình 3.19 3.2.2.2. Kết luận quan hệ thực nghiệm về sức cản thủy lực Kết luận: Dòng chảy trong máng bê tông là chảy êm và chảy xiết sẽ có hệ số ma sát dọc đường . Kết quả nghiên cứu của tác giả chỉ ra đối với: Mặt cắt hình thang: fHTH=0.0182Re0.0381 (3.26a) Mặt cắt hình chữ nhật: fCN=0.00045Re0.3123 (3.26b) 3.3. Nghiên cưu tôc đô băt đâu xoi đay va xoi sau gia cô công ́ ́ ̣ ́ ̀ ́ ́ ̀ ́ ́ trinh thoat n ̀ ́ ươc nho ngang đ ́ ̉ ường đôi v ́ ới đât không ́ dinh ́ 3.3.1. Tính tốc độ bắt đầu xói đáy và trung bình đối với dòng chảy có địa chất là đất không dính 3.3.1.1. Xây dựng công thức [6], [7], [8], [87] (3.35) 3.3.1.2. Kết quả tốc độ không xói ở đáy dòng chảy
18 Tốc độ không xói đáy ở lòng sông công thức (3.35) được so sánh với công thức của Goncharov và [6] cho hạt có mm (bảng 3.6). Bảng 3.6: Tinh t ́ ốc độ không xói ở đáy dòng chaỷ Tác giả Goncharov [6] 1 0.140 0.136 0.20 2.5 0.222 0.215 0.25 5 0.313 0.304 0.35 10 0.443 0.430 0.50 15 0.543 0.527 0.60 25 0.701 0.680 0.80 40 0.886 0.860 1.00 75 1.213 1.180 1.35 3.3.2. Tính xói sau gia cố công trinh ̀ thoat́ nươć nho ̉ ngang đương ̀ 3.3.2.1. Tính xói sau gia cố ở hạ lưu theo phương trình động lượng của dòng chảy ổn định [7] Đối với cống qua đường, nếu chiều dài gia cố không đủ sẽ xảy ra xói sau phần gia cố mà hố xói và cấu trúc dòng chảy được chỉ ra ở (xem hình 3.21). (3.55) 3.3.2.2. Tính xói sau cống theo tiêu chuẩn của Hội cầu đường Mỹ [7], [86], [88] (3.58) trong đó: chiều sâu xói (m); chiều rộng hố xói (m); chiều dài hố xói (m); thể tích hố xói (m);
19 bán kính thủy lực tại cửa ra cua c ̉ ống (giả thiết chảy đầy cống) lưu lượng chảy trong cống ; gia tốc trọng lực bằng 9,81 ; thời gian lũ (phút); độ lệch tiêu chuẩn của hạt vật liệu lòng đay; ́ , và hệ số và số mũ (bảng 3.7); hệ số điêu chinh đô cao n ̀ ̉ ̣ ươc r ́ ơi (bảng 3.8) hệ số điêu chinh đô dôc (b ̀ ̉ ̣ ́ ảng 3.9); 3.3.2.3. Tính xói sau cống sử dựng phần mềm HY8 [85] Phần mềm HY8 được phát triển từ Hội cầu đường Mỹ FHWA (Federal Highway Administration) có khả năng tính toán thiết kế như sau: Tính toán và cung cấp biểu đồ đường cong hạ lưu cống; Biểu đồ đường cong mặt nước; Phân tích các loại công trình thoát nước nhỏ như: cống tròn, cống hộp, cống vòm… Tính xói sau công trình. 3.3.3. Tính toán và áp dụng công thức tính xói sau cống cho công trình cống ngang đường 3.3.3.1. Giới thiệu chung về các điều kiện tự nhiên khu vực tuyến đường Qua hiện trạng công trình và phân tích nguyên nhân hư hỏng ở trên để đảm bảo cống được ổn định, tác giả sẽ đưa ra giải pháp sửa chữa hạ lưu cống này bằng phương pháp tính xói sâu cống (Andreev O.V) công thức (2.74) và phương trinh đông l̀ ̣ ượng ̉ ̉ ̉ ̣ cua dong chay ôn đinh [7] ki ̀ ểm tra với Hội cầu đường Mỹ FHWA ̀ ần mềm HY8 [85]. [7], [86], [88] va ph 3.3.3.2. Kết quả nghiên cứu đạt được Bảng 3.10: Kết quả tính xói sau cống theo phần mềm HY8 tại hai vị trí đặt cống (phụ lục 10 và phụ lục 11)
20 Kết quả xác định kích thước hố xói Lý trình Khẩu độ Chiều Chiều Chiều Thể tích đặt cống cống sâu xói rộng xói dai xói xói D (m) hx (m) Bx (m) Lx (m) (m) km 0+934.43 1.00 0.961 5.345 4.607 17.713 km 5+500.00 1.50 2.194 13.076 10.723 193.817 Bảng 3.11: Kết quả tính xói sau cống theo phương pháp của Hội cầu đường Mỹ tại hai vị trí đặt cống (phụ lục 12 và phụ lục 13) Kết quả xác định kích thước hố xói Lý trình Khẩu độ Chiều Chiều Chiều Thể tích đặt cống cống sâu xói rộng xói dai xói xói D (m) hx (m) Bx (m) Lx (m) (m) km 0+934.43 1.00 0.792 3.808 6.007 12.427 km 5+500.00 1.50 1.798 10.358 13.238 144.122 Bảng 3.12: Tông k ̉ ết quả tính chiều sâu xói gia cố Phương pháp tính Chiều sâu xói Chiều sâu xối km 0+934.43 km 5+500.00 Công thức (2.74) 0.49 (m) 1.63 (m) (Andreev O.V) khi gia cố (phụ lục 14) Công thức (2.74) 0.98 (m) 2.82 (m) (Andreev O.V) khi chưa gia cố (phụ lục 14) Công thức (3.55) 0.76 (m) 1.51 (m) Phương trình động lượng của dòng chảy ổn định [7] (phụ lục 15 và phụ lục 16) Phần mềm HY8 [85] (phụ lục 10 0.961 (m) 2.194 (m) và phụ lục 11) Hội cầu đường Mỹ [7], [86], [88] 0.792 (m) 1.798 (m) (phụ lục 12 và phụ lục 13) 3.4. Kết luận chương 3 Sau khi tìm hiểu và phân tích tính toán cụ thể trên chung tôi thấy rằng có thể áp dụng các công thức kiến nghị để tính toán thủy lực cho các công trình thoát nước nhỏ ở Lào. Khi áp dụng cần đặc biệt lưu ý đến các hạn chế của từng phương pháp đã nêu ở phần nhận xét và kết luận.