Nghiên cứu các chỉ tiêu kỹ thuật của nền san hô và tương tác giữa kết cấu công trình và nền san hô

- Điều tra nghiên cứu tổng hợp điều kiện tự nhiên và tài nguyên quần đảo Trường Sa và Hoàng Sa, tác giả Đặng Ngọc Thanh và một số tác giả khác [78] đã đưa ra kết quả thu thập, xử lý tổ

Báo cáo tổng hợp Kết quả khoa học công nghệ đề tài

“NGHIấN CỨU CÁC CHỈ TIấU KỸ THUẬT CỦA NỀN SAN Hễ

VÀ TƯƠNG TÁC GIỮA KẾT CẤU CễNG TRèNH VÀ NỀN SAN Hễ”

MÃ SỐ: KC.09.07/06-10

Cơ quan chủ trỡ đề tài: Học viện Kỹ thuật quõn sự

Chủ nhiệm đề tài: GS.TS Hoàng Xuõn Lượng

7992

Hà Nội - 2010

Báo cáo tổng hợp Kết quả khoa học công nghệ đề tài

“NGHIấN CỨU CÁC CHỈ TIấU KỸ THUẬT CỦA NỀN SAN Hễ

VÀ TƯƠNG TÁC GIỮA KẾT CẤU CễNG TRèNH VÀ NỀN SAN Hễ”

MÃ SỐ: KC.09.07/06-10

Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trỡ đề tài

(ký tờn) (ký tờn và đúng dấu)

GS.TS Hoàng Xuõn Lượng

Ban chủ nhiệm chương trỡnh Bộ Khoa học và Cụng nghệ

(ký tờn) (ký tờn và đúng dấu khi gửi lưu trữ)

GS.TS Lờ Đức Tố

Hà Nội - 2010

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Tên đề tài 1

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu và sự cần thiết nghiên cứu của đề tài 1

1.3 Mục tiêu của đề tài .14

1.4 Nội dung của đề tài 14

1.5 Lực lượng tham gia thực hiện đề tài .15

1.6 Các công việc đã thực hiện và kết quả đạt được 16

1.7 Các sản phẩm chính của đề tài .17

1.8 Kết luận chương 1 .17

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT HIỆN TRƯỜNG 19

2.1 Mục đích khảo sát .19

2.2 Nội dung khảo sát 19

2.3 Tổ chức khảo sát .19

2.4 Kết quả khảo sát .21

2.4.1 Công tác khoan địa chất và thu thập mẫu thí nghiệm 21

2.4.2 Công tác thí nghiệm hiện trường .24

2.5 Kết luận chương 2 .27

CHƯƠNG 3 TỔ CHỨC THÍ NGHIỆM 28

3.1 Thí nghiệm xác định tương tác giữa kết cấu công trình và nền san hô 28

3.1.1 Thí nghiệm tương tác giữa ống dẫn và nền san hô .29

3.1.2 Thí nghiệm tương tác giữa kết cấu tấm và nền san hô .34

3.1.3 Thí nghiệm tương tác giữa vỏ và nền san hô 38

3.1.4 Tương tác giữa cọc và nền san hô 42

3.2 Thí nghiệm xác định đặc trưng động lực học của nền san hô 50

3.2.1 Thí nghiệm xác định tốc độ lan truyền sóng trong nền san hô .50 3.2.2 Thí nghiệm địa chấn lỗ khoan (Down-hole) xác định đặc trưng

3.3.2 Kết quả thí nghiệm 66

3.4 Tính chất cơ lý của cát và đá san hô theo chiều sâu lỗ khoan .73

3.5 Kết luận chương 3 .82

CHƯƠNG 4 CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÀ CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA NỀN SAN HÔ 84

4.1 Cấu trúc địa chất của nền san hô 84

4.1.1 Khái quát vị trí địa lý, đặc điểm khí hậu địa chất của khu vực 84

4.1.2 Tình hình khảo sát và nghiên cứu .86

4.1.3 Đặc điểm địa chất nền san hô các đảo thuộc quần đảo Trường Sa 88

4.2 Tính chất cơ lý của vật liệu san hô và nền san hô 104

4.2.1 Tính chất cơ lý của vật liệu san hô 105

4.2.2 Môđun đàn hồi và hệ số poisson của nền san hô đảo Song Tử Tây trên cơ sở đo đạc địa chấn dọc theo lỗ khoan .138

4.2.3 Từ biến của san hô .138

4.2.4 Hệ số ma sát của san hô với một số vật liệu .141

4.2.5 Sự thay đổi lực ma sát giữa nền san hô và cọc nghiêng .141

4.2.6 Vận tốc truyền sóng nổ trong nền san hô 144

4.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của nền san hô 145

4.4 Mô hình nền san hô phục vụ tính tương tác giữa kết cấu công trình và nền san hô 148

4.4.1 Phân tích lựa chọn mô hình tính toán tương tác giữa công trình

và nền san hô 149

4.4.2 Đặt bài toán và mô hình nền .155

4.5 Kết luận chương 4 .157

CHƯƠNG 5 TƯƠNG TÁC GIỮA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH VÀ NỀN SAN HÔ 159

5.2.1 Các giả thiết và phương pháp tính toán .161

5.2.2 Tính tương tác giữa kết cấu và nền san hô theo mô hình bài toán phẳng .161

5.2.3 Tính toán tương tác giữa kết cấu và nền san hô theo mô hình bài toán không gian .187

5.3 Kết luận chương 5 .197

CHƯƠNG 6 MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN SAN HÔ 198

6.1 Mở đầu .198

6.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến giải pháp kết cấu, vật liệu, thi công các công trình trên nền san hô 199

6.2.1 Ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên 199

6.2.2 Ảnh hưởng của yếu tố tác chiến 202

6.2.3 Ảnh hưởng của yếu tố quốc phòng kết hợp kinh tế .203

6.3 Một số đề xuất về giải pháp kiến trúc, kết cấu, vật liệu, thi công các công trình trên nền san hô thuộc quần đảo Trường Sa .204

6.3.1 Một số yêu cầu chính .204

6.3.2 Đề xuất một số nguyên tắc cơ bản về giải pháp công trình .206

6.4 Vấn đề nền móng công trình trên nền san hô 209

6.4.1 Phân vùng nền móng căn cứ vào đặc điểm địa chất .209

6.4.2 Khuyến nghị giải pháp nền móng cho một số công trình .209

6.5 Một số giải pháp kết cấu công trình 210

6.5.1 Công trình giàn thép - móng cọc 210

6.5.2 Các giải pháp công trình xây dựng trên các đảo san hô .219

6.6 Kết luận chương 6 235

Kết luận chung 237

Danh mục các công trình liên quan đến đề tài 243

Tài liệu tham khảo 247

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Tên đề tài

Nghiên cứu các chỉ tiêu kỹ thuật của nền san hô và tương tác

giữa kết cấu công trình và nền san hô

Chủ nhiệm đề tài: GS.TS Hoàng Xuân Lượng

Cơ quan chủ trì: Học viện kỹ thuật quân sự - Bộ quốc phòng

Thời gian thực hiện: Từ tháng 4 năm 2007 đến tháng 4 năm 2010

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu và sự cần thiết nghiên cứu của

đề tài

Nghiên cứu san hô và nền san hô là một lĩnh vực kỹ thuật rất phức tạp,

từ trước tới nay còn rất ít tài liệu và công trình được công bố Trên thế giới, việc nghiên cứu san hô được tiến hành tương đối sớm, đã đạt được một số kết quả nhất định, đặc biệt là tại các quốc gia Đông Nam Á và vùng các nước thuộc Châu Á Thái Bình Dương Qua phân tích và đánh giá các công trình nghiên cứu thu thập được của nước ngoài có thể kể đến một số công trình của các tổ chức và các tác giả trong các lĩnh vực sau:

Kết quả nghiên cứu về sự hình thành các rạn san hô được đưa ra trong các công trình nghiên cứu:

- Nghiên cứu tiến hoá của các rạn san hô và sự hình thành các thềm lục

địa có nguồn gốc rạn nói chung đã được Bernhard M Riegl và Richard E

Dodge [122] và Richard B Aronson [123] đề cập tới Các tác giả đã chỉ ra

được cơ chế hình thành và phát triển của các rạn san hô

- Nghiên cứu về địa chất, địa mạo vùng biển Tư Chính - Trường Sa do

Huang C và Zong J, Xia K, Huang C, He Q, Zang M, Li H [118,119] thực hiện

đã đưa ra cơ chế hình thành các rạn san hô phụ thuộc yếu tố cấu trúc địa chất Các nghiên cứu chỉ ra rằng khối tảng bị lún chìm của vỏ lục địa tuổi Paleozoi,

Mezozoi đang bị huỷ hoại và tách giãn cùng với việc hình thành các hệ tầng Kainozoi có bề dày phân dị lớn và sự hoạt động của hệ thống đứt gãy phức tạp

- Cơ chế sinh vật tạo rạn do Leontiev O.K., Medvedev V.C.[121] nghiên

cứu và chỉ ra rằng sự hình thành các rạn san hô theo cơ chế sinh vật tạo rạn, cho rằng san hô là sinh vật tạo rạn chủ yếu với cơ chế xây vào, xây cao và xây ra

Kết quả nghiên cứu các đặc trưng cơ học của san hô và nền san hô, sự làm việc của cọc trong nền san hô được một số nhà khoa học nghiên cứu

và đưa ra trong những năm gần đây Nổi bật là các công trình:

- Chương trình công nghệ biển, do B.R Schalapak và J.B Herbich [124]

làm chủ nhiệm đã tiến hành nghiên cứu các tính chất đặc trưng của san hô và

kỹ thuật nạo vét san hô Khu vực nghiên cứu là các dải san hô của vùng biển Thái Bình Dương, bao gồm từ quần đảo Okinawa của Nhật Bản đến các đảo san hô của Philipin Các nhà khoa học Mỹ đã thu thập tài liệu và đã tiến hành khoan lấy nhiều mẫu san hô khác nhau từ các đảo san hô ngầm để thí nghiệm xác định một số đặc trưng cơ lý, các đặc trưng được chú ý nhiều nhất ở đây là trọng lượng riêng, độ hút nước, kích cỡ hạt, độ mài mòn, tốc độ lắng, độ bền nén, góc ma sát trong Trong công trình nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng các loại san hô là rất đa dạng, do đó đối với một đảo san hô cụ thể cần có các nghiên cứu chi tiết riêng từ các mẫu khoan trực tiếp tại hiện trường

- Một phương pháp gần đúng mới để đánh giá độ bền kháng cắt của san hô lẫn đất, do N Yoshida, K.Suzuky và H.Hazanwa [125] thực hiện đối với san hô

trên đảo Okinawa (Nhật bản) đã đưa ra một quy trình mới xác định các đặc trưng của độ bền kháng cắt, tỷ số độ bền không thoát nước, quan hệ ứng suất – biến dạng và độ bền không đẳng hướng bằng phương pháp thí nghiệm ba trục

- Các đặc trưng cơ học của cốt san hô sừng của P Jeyasuria và

J.C.Lewis [126] thực hiện đã xác định được độ bền kéo, môđun đàn hồi,

môđun trượt của các trục san hô sừng thông qua hàng loạt thí nghiệm

- Xác định ma sát cọc nền do các tác giả như Shamsher Plaskash, Hari

D.Sharma, Cung Nhất Minh, Diệp Vạn Linh, Lựu Hưng Lục [127] thực hiện cũng đưa ra được một số kết quả về sự tương tác giữa cọc và nền san hô bằng phương pháp thực nghiệm

- Các tác giả Bernhard M Riegl và Richard E Dodge [122] trên cơ sở khảo sát thực địa đã nghiên cứu về rạn san hô vùng biển thuộc Mỹ Richard

B Aronson [123] đã dày công nghiên cứu về rạn san hô, trong đó phương pháp địa vật lý đã bắt đầu được đưa vào ứng dụng

Trên đây là một số công trình nghiên cứu của các tổ chức và các tác giả nước ngoài được công bố trong thời gian gần đây Song, do số lượng ít và không chuyên sâu nên nhìn chung việc khai thác sử dụng kết quả nghiên cứu còn nhiều khó khăn Như hầu hết nhận xét của các công trình về tính đặc thù

của san hô là sự phân tán lớn kể cả vị trí địa lý cũng như sự phân tán ngay

trên một khu vực, một cụm đảo nghiên cứu, cho nên các nghiên cứu ở nước ngoài mang tính tham khảo lớn hơn là tính ứng dụng đối với các đảo san hô thuộc quần đảo Trường Sa của Việt Nam

Tại Việt nam, các kết quả nghiên cứu về san hô, nền san hô và tương tác giữa công trình và nền san hô thông thường được tiến hành bởi các đề tài, dự

án thuộc các Chương trình nghiên cứu biển, đảo, trong đó nổi bật là các nghiên cứu sau:

- Về mặt địa mạo các rạn san hô, các nhà khoa học Đỗ Tuyết [67], Lê

Đức An [1,2,3,4,5,6,7], Nguyễn Thế Tiệp, Trịnh Thế Hiếu, Trần Đức Thạnh [26,27], đã có nhiều kết quả công bố Các kết quả nghiên cứu vùng biển ở phía Tây Nam trũng sâu Biển Đông, có nền đáy sâu từ phía Tư Chính (trên dưới 100m nước) đến quần đảo Trường Sa (hàng ngàn mét nước) với hàng trăm rạn san hô kích cỡ khác nhau phát triển nhô lên từ đáy biển tạo nên các bãi ngầm, bãi cạn, đảo và quần đảo hợp thành quần đảo Trường Sa Các tác

giả đã phân tích đặc điểm địa mạo ở một số đảo thuộc quần đảo Trường Sa và kết luận rằng hệ thống rạn san hô vùng quần đảo Trường Sa có thể chia ra thành 8 cụm thuộc 3 phức ám tiêu Tiếp theo từ năm 1991 đến nay, các nhà khoa học Lê Đức An, Uông Đình Khanh, Đào Đình Bắc đã có các nghiên cứu sâu hơn về địa mạo đáy biển vùng quần đảo Trường Sa và các vùng kế cận

- Nghiên cứu cơ chế hình thành các rạn san hô vùng biển Tư

chính-Trường Sa, các nhà khoa học Nguyễn Quang Bô, Ngô Xuân Vinh, Lê Duy

Bách, Phạm Năng Vũ, Nguyễn Văn Lương, Dương Quốc Hưng [19,20] đã phân tích và đưa ra cơ chế hình thành các rạn san hô về mặt kiến tạo địa chất

đó là sự lún chìm, tách giãn, đứt gãy của vỏ lục địa Theo cơ chế hình thành các rạn san hô và nền san hô theo cơ chế sinh vật tạo rạn, các nhà khoa học

Đỗ Tuyết, Trần Đức Thạnh, Lăng Văn Kẻng, Nguyễn Huy Yết [32,33], Võ Sĩ Tuấn, Nguyễn Ngọc [42,43,44,45,46,47,48], Nguyễn Hữu Cử, Nguyễn Văn Bách, Phạm Năng Vũ [10,11,12,13,14,15] đã chỉ ra rằng san hô là sinh vật chủ yếu tạo ra rạn san hô ở khu vực quần đảo Trường Sa Qua nghiên cứu các tác giả đã phát hiện được ở khu vực quần đảo Trường Sa đã có trên 300 loài san hô khác nhau Những nghiên cứu về mặt sinh thái của các rạn san hô và san hô tạo rạn phải kể đến các nhà khoa học: Nguyễn Tác An, Phạm Văn Huyên [8,9], Trịnh Thế Hiếu [26,27], Nguyễn Ngọc, Võ Sĩ Tuấn [64,65,66], trong các nghiên cứu đã miêu tả các đặc điểm sinh thái của san hô khu vực Trường Sa, phân tích các kiểu san hô tạo rạn từ đó lý giải một phần quá trình hình thành của các đảo san hô

- Về cấu trúc các rạn san hô Trường Sa hiện đại, các nhà khoa học

Nguyễn Huy Yết [32], Võ Sĩ Tuấn [64,65,66] đã dày công nghiên cứu đã chia cấu trúc các rạn san hô thành các đới, xây dựng được mặt cắt của một số rạn san hô thuộc vùng Quần đảo Trường Sa

- Đặc điểm phân bố, cấu trúc nền san hô và đặc điểm thạch học san hô

khu vực biển Tư Chính và quần đảo Trường Sa đã được các nhà khoa học Nguyễn Văn Tỵ [68,69], Nguyễn Biểu [18], Phạm Văn Lợi, Nguyễn Văn Lân, Trần Nghi, Thái Doãn Hoa, Tạ Hoà Phương [28,29,30] tập trung nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nhịp, đặc điểm thạch học, tính chất cơ lý của khối đá san

hô Các kết quả nghiên cứu về cấu trúc thạch học của một số loại san hô khá phong phú, có ý nghĩa khoa học cao, đã chỉ ra được qui luật phân nhịp của nền san hô ở một số đảo thuộc quần đảo Trường Sa

- Điều tra nghiên cứu tổng hợp điều kiện tự nhiên và tài nguyên quần

đảo Trường Sa và Hoàng Sa, tác giả Đặng Ngọc Thanh và một số tác giả khác

[78] đã đưa ra kết quả thu thập, xử lý tổng hợp các tư liệu đã có về Hoàng Sa

và Trường Sa thành 41 công trình về các chuyên đề khác nhau: những đặc điểm địa lý tự nhiên; các kết quả điều tra nghiên cứu: vật lý khí tượng thủy văn, địa chất và địa vật lý, sinh học và các kết quả hai chuyến điều tra khảo sát vùng quần đảo Trường Sa, Song Tử Tây, Đá Nam, Phan Vinh, Tốc Tan về các mặt khí tượng thủy văn, động lực biển, địa mạo, địa chất từ, thổ nhưỡng, nước ngầm, thực vật, động vật và tài nguyên sinh vật biển ở một số đảo thuộc quần đảo Trường Sa Những nhận xét và kiến nghị về bảo vệ đảo trong xây dựng công trình và sử dụng nước trên đảo, về sử dụng địa từ trường, bảo vệ,

sử dụng môi trường và nguồn lợi sinh vật biển

- Nghiên cứu động lực bờ biển và địa chất công trình đảo, đề xuất các giải pháp kỹ thuật cho việc chống xói lở bờ biển đảm bảo ổn định và an toàn các công trình một số đảo thuộc quần đảo Trường Sa do tác giả Nguyễn Văn

Cư [77] chủ nhiệm đã xây dựng được một số bộ bản đồ địa hình, xây dựng và

hệ thống hóa được bộ tư liệu khá đầy đủ về các yếu tố thủy thạch động lực, trên cơ sở đó đã chỉ ra các quy luật biến đổi và tương tác giữa các yếu tố thủy thạch động lực Đưa ra một số kết quả phân tích về địa chất công trình của 4

đảo lựa chọn và phân tích các nguyên nhân xói lở Đề xuất các giải pháp công trình chống xói lở bờ biển đảm bảo ổn định và an toàn các công trình trên đảo Công trình nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tế

- Nghiên cứu về hệ sinh thái tiêu biểu ở các vùng biển ven bờ, nhóm

nghiên cứu do tác giả Nguyễn Chu Hồi [79] chủ trì đã đưa ra các kết quả nghiên cứu về: hệ sinh thái vùng triều cửa sông; hệ sinh thái đầm phá; hệ sinh thái rạn san hô, các kết quả ứng dụng thực tế và kiến nghị đối với hệ sinh thái của các vùng trên Tiềm năng và nguồn lợi của san hô tạo rạn và rạn san hô ở các vùng Trung, Nam, Trung bộ; Đông Nam Bộ; Tây Nam Bộ; danh mục giống san hô tạo rạn ở các vùng địa lý ven biển, đặc trưng cơ bản của khu hệ san hô cứng vùng biển ven bờ Việt Nam Bước đầu nghiên cứu cấu trúc và chức năng của các hệ sinh thái ở vùng ven bờ Nam Trung Bộ, Cát Bà Tiềm năng nguồn lợi rạn san hô vùng biển ven bờ Các đe dọa đối với rạn san hô vùng biển ven bờ Đề xuất và kiến nghị việc sử dụng hợp lý, bảo vệ nguồn lợi rạn san hô vùng biển ven bờ

- Nghiên cứu các đặc trưng địa vật lý và vật lý khí quyển vùng quần đảo

Trường Sa liên quan đến các hoạt động tìm kiếm khoáng sản, xây dựng công trình, thông tin liên lạc, hàng hải và dự báo thiên tai của tác giả Bùi Công

Quế và nhóm nghiến cứu [51,52] đã xác định các trường địa vật lý và vật lý khí quyển bằng các hệ thiết bị hiện đại, thu thập và xử lý toàn bộ tư liệu điều tra hiện có trong vùng quần đảo Xây dựng được bộ tư liệu địa chất, địa vật lý

về vùng quần đảo Trường Sa và vùng biển kế cận Thu thập tài liệu về đặc điểm cấu trúc vỏ trái đất, thành phần đất đá trên các đảo

- Xây dựng cơ sở khoa học cho một số vấn đề tính toán, thiết kế, thẩm định và chẩn đoán kỹ thuật các công trình biển đảo xa bờ, tác giả Nguyễn

Hoa Thịnh và các tác giả khác [62] đã nghiên cứu và giới thiệu về quần đảo Trường Sa: vị trí địa lý, lịch sử và điều kiện tự nhiên Công trình nghiên cứu

đã đưa ra được các giải pháp công trình ngầm trên đảo san hô xa bờ, các giải pháp chống xói lở và bảo tồn các đảo san hô xa bờ, bước đầu xây dựng cơ sở khoa học và quy trình công nghệ thẩm định và chẩn đoán kỹ thuật công trình trên thềm lục địa Việt Nam, chẩn đoán kỹ thuật các công trình ven bờ trong vùng biển Trường Sa, đưa ra các giải pháp về quy hoạch kết cấu và vật liệu cho các công trình ở vùng quần đảo Trường Sa Kế thừa và phát triển các kết

quả đã có, đề tài “Luận cứ khoa học - kỹ thuật cho một số vấn đề cấp bách về

xây dựng công trình và cải tạo môi sinh vùng quần đảo Trường Sa" cũng do

tác giả Nguyễn Hoa Thịnh chủ trì đã bước đầu xây dựng được luận chứng khoa học - kỹ thuật cấp bách về chống xói lở đảo, xây dựng công trình cảng, xây dựng nhà ở của bộ đội trên đảo san hô ngập nước, đảm bảo rau ăn, nước sinh hoạt, dụ - diệt chuột và các côn trùng gây bệnh trên quần đảo Trường Sa,

đã ứng dụng vào thực tiễn (như cầu cảng Trường Sa, công trình chống xói lở cho các đảo Sơn Ca, Phan Vinh, Sinh Tồn Đông) Đã bổ sung được một số số liệu mới về các điều kiện tự nhiên của quần đảo Trường Sa và khí tượng - hải văn, ăn mòn môi trường biển đối với vật liệu xây dựng, đặc biệt là một số các

số liệu địa chất công trình, tính cơ-lý san hô của vùng quần đảo Trường Sa

- Công trình “Nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình của nền san hô ở

một số vùng trọng điểm và các giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình biển phục vụ phát triển kinh tế và quốc phòng” do tác giả Hoàng Xuân

Lượng làm chủ nhiệm [39] đã nghiên cứu và đưa ra bộ số liệu khá đầy đủ về địa hình, địa mạo, địa chất công trình tại 5 đảo thuộc quần đảo Trường Sa (QĐTS), thu thập các bản đồ địa hình, các tài liệu địa chất khu vực QĐTS và khu vực xây dựng DKI Đặc biệt đã xác định được đặc điểm phân bố san hô, địa hình, địa chất và cấu tạo thạch học của vùng nghiên cứu Một trong các kết quả có ý nghĩa khoa học cao là đề tài đã xác định được khá nhiều số liệu

về tính chất cơ lý và các đặc điểm khác của san hô và nền san hô thông qua

nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm Bước đầu đã xây dựng được mô hình tính toán cho một số các công trình làm việc trên nền san hô Qua nghiên cứu

đã đưa ra các giải pháp thích hợp cho xây dựng công trình nền san hô bao gồm: giải pháp kết cấu, vật liệu, thiết kế và thi công

- Giới thiệu về các điều kiện tự nhiên: vị trí địa lý, không gian phân bố các đảo nổi và bãi ngầm, khí tượng, hải văn, đặc điểm địa hình, địa mạo phản ánh tổng quan cấu tạo lớp vỏ ngoài của trái đất tại hai quần đảo Hoàng Sa

và Trường Sa và đặc điểm địa chất, cấu trúc, các vận động kiến tạo hình thành nên các đảo và khả năng tiềm chứa các loại tài nguyên khoáng sản phục vụ việc khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên là những vấn đề được tác

giả Nguyễn Thế Tiệp cùng với các tác giả khác [70] nghiên cứu và công bố Công trình đã đạt được những kết quả đáng trân trọng

- Về bài toán tương tác giữa kết cấu công trình và nền san hô cho đến

nay các kết quả nghiên cứu vẫn còn ít Đây là một bài toán khó và còn mới

mẻ, việc nghiên cứu phần lớn mới tập trung vào bài toán tương tác cơ học giữa kết cấu công trình và nền đất đá nói chung với mô hình nền thường là đàn hồi tuyến tính, đàn dẻo, đàn nhớt, nền nhiều lớp Các nghiên cứu ban đầu

về bài toán tương tác giữa cọc với nền san hô mới được đưa ra bởi các nhà khoa học Hoàng Xuân Lượng, Nguyễn Văn Hợi, Nguyễn Đông Anh [39] Tuy nhiên trong các công trình này mới chỉ tập trung vào việc xây dựng mô hình bài toán, tính toán với một số chỉ tiêu của nền san hô và xem liên kết giữa cọc và nền mới chỉ dừng lại ở loại liên kết đơn giản 2 chiều Nhóm nghiên cứu của tác giả Hoàng Xuân Lượng cũng đã tiến hành thử nghiệm mô hình cọc làm việc trên nền san hô, xác định cường độ lực ma sát giữa cọc và nền san hô, nghiên cứu sự phụ thuộc của cường độ lực ma sát với thời gian, tần số và cường độ lực ngang, đã đạt được những kết quả đáng kể Trong công trình nghiên cứu của mình, tác giả Nguyễn Thái Chung [21] nghiên cứu

về nền san hô và sự làm việc của cọc trong nền san hô, đã xây dựng được bức tranh khá tổng quát về san hô và nền san hô một số đảo thuộc quần đảo Trường Sa Bài toán tương tác giữa cọc và nền san hô được tác giả giải quyết một cách đầy đủ từ việc xây dựng mô hình, thuật toán, xây dựng phần mềm tính toán và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của cọc trong nền san hô Tính chất liên kết một chiều của cọc và nền san hô được tác giả giải quyết bằng cách sử dụng phần tử tiếp xúc giữa bề mặt kết cấu và môi trường

Như vậy do lĩnh vực nghiên cứu về san hô và nền san hô là một lĩnh vực khoa học rất khó và còn mới đối với nước ta, mặt khác điều kiện nghiên cứu ở nước ta còn gặp nhiều khó khăn nên các kết quả nghiên cứu còn chưa nhiều

và chưa có tính khái quát cao đối với khu vực nghiên cứu là quần đảo Trường

Sa Tuy vậy có thể thấy rằng các nội dung và kết quả nghiên cứu đã được triển khai tập trung ở những vấn đề cơ bản như sau:

- Đã nghiên cứu và đưa ra được các phương pháp nghiên cứu về san hô

và nền san hô theo các quan điểm địa chất, địa chất công trình, cơ học vật liệu, cơ học công trình

- Nghiên cứu khá đầy đủ, rõ ràng về mặt địa mạo, địa chất, lịch sử hình thành và phát triển của các rạn san hô, cơ chế hình thành các rạn san hô khu vực

Tư Chính - Trường Sa và một số vùng trên thế giới như bờ biển Mỹ, Nhật bản

- Có nhiều kết quả nghiên cứu về điều kiện tự nhiên, tài nguyên và hệ sinh thái san hô, sinh vật tạo rạn chủ yếu là san hô đã đạt được các kết quả có

ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc thạch học của san hô, đã xác định được một số tính chất cơ lý của san hô và nền san hô, đưa ra qui luật phân bố các lớp san hô theo cấu trúc nhịp

- Đã nghiên cứu và có một số kết quả về động lực bờ biển, bờ đảo, địa chất công trình đảo san hô, các giải pháp công trình trên nền san hô, công trình chống xói lở đảo

- Bước đầu có một số kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm tương tác giữa kết cấu công trình với nền san hô

Bên cạnh những kết quả và thành công đã đạt được ở trong nước và nước ngoài có thể thấy còn tồn tại những vấn đề khoa học liên quan đến san hô, nền san hô và bài toán tương tác giữa công trình và nền san hô cần tiếp tục tập trung nghiên cứu trong giai đoạn tới là:

- Tiếp tục nghiên cứu, bổ sung và từng bước hoàn chỉnh các số liệu khảo sát về địa hình, địa chất công trình nền san hô ở các khu vực trọng điểm Trên

cơ sở đó xây dựng các chỉ tiêu cơ lý, chỉ tiêu kỹ thuật có độ tin cậy cao, có tính khái quát cho khu vực nghiên cứu để đáp ứng nhu cầu xây dựng công trình trên nền san hô phục vụ kinh tế và quốc phòng

- Nghiên cứu đầy đủ và chuyên sâu về đặc điểm địa chất công trình, đặc điểm phân bố của san hô tại các đảo san hô để có được sự hiểu biết đầy đủ hơn, bao quát về địa chất công trình của các đảo san hô nhằm phục vụ xây dựng công trình và bảo tồn các đảo san hô

- Nghiên cứu các vấn đề cơ học liên quan đến việc xây dựng công trình trên nền san hô, trước mắt tập trung vào việc nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm bài toán tương tác giữa kết cấu công trình và nền san hô với mô hình phản ánh chính xác hơn sự làm việc của kết cấu và tiến hành nghiên cứu đối với nhiều loại kết cấu khác nhau, với tải trọng và điều kiện làm việc phức tạp

- Nghiên cứu các giải pháp công trình hợp lý làm việc trên nền san hô, xây dựng các quy trình, tiêu chuẩn tính toán, thiết kế, thi công và sử dụng các công trình trên nền san hô một cách hiệu quả

Qua phân tích và đánh giá cho thấy, hiện nay tuy đã có một số kết quả nghiên cứu về san hô và nền san hô, nhưng do tính đặc thù của san hô có tính phân lớp, sự phân tán lớn về đặc điểm địa chất công trình, về tính chất cơ lý theo vị trí địa lý, theo không gian phân bố, theo chủng loại san hô tạo rạn,

cho nên các nghiên cứu ở nước ngoài đối với Việt Nam mang tính tham khảo lớn hơn là tính ứng dụng Các kết quả nghiên cứu trong nước đã đưa ra được các số liệu nhưng chưa đủ để có tính khái quát cao, chưa đáp ứng đầy đủ các yêu cầu phục vụ việc thiết kế khả thi và thiết kế kỹ thuật, thi công các công trình trên nền san hô Bên cạnh đó các nghiên cứu về cơ học công trình của nền san hô, việc xây dựng và giải quyết các bài toán cơ học của các đối tượng kết cấu công trình làm việc trong môi trường là nền san hô còn chưa được giải quyết đầy đủ, chính xác nên chưa có đầy đủ cơ sở khoa học để đưa ra các giải pháp công trình hợp lý làm việc hiệu quả trên nền san hô ở các vùng biển trọng điểm của nước ta

Như chúng ta đã biết vùng biển của thềm lục địa phía Nam và Đông Nam nước ta là một vùng có tiềm năng kinh tế rất lớn, đặc biệt là tiềm năng

về dầu khí và hải sản, là vùng biển hoạt động kinh tế năng động nhất vùng Đông Nam Á, đồng thời là khu vực có khả năng xảy ra tranh chấp về vùng đặc quyền kinh tế Trong vùng biển này có hai khu vực có vị trí đặc biệt quan trọng, đó là quần đảo Trường Sa và khu vực DKI

Quần đảo Trường Sa nằm trên một vùng rộng lớn của biển Đông, chứa

đựng nhiều nguồn tài nguyên sinh vật và khoáng sản phong phú, đa dạng, trong đó nguồn dầu khí được đánh giá có triển vọng to lớn Quần đảo có vị trí

án ngữ các đường hàng hải quốc tế nối liền Thái Bình Dương với ấn Độ Dương và Đại Tây Dương Mặt khác, quần đảo này được coi là vị trí lý tưởng

để thiết lập các căn cứ chiến lược nhằm kiểm soát các tuyến đường biển qua lại trên biển Đông Nằm trải dài theo bờ biển Việt Nam, quần đảo là vị trí tiền tiêu, là lá chắn quan trọng bao quanh vùng biển và dải bờ biển Việt nam, bảo

vệ sườn phía Đông và Đông Nam của đất nước

Với vị trí quan trọng như vậy, quần đảo Trường Sa và các khu vực lân cận đang là đối tượng tranh chấp của nhiều nước trong khu vực, tuy nhiên chỉ

có Việt Nam mới có đủ các bằng chứng xác thực chứng minh chủ quyền của mình ở vùng quần đảo này Sau năm 1975, chúng ta đã có nhiều hoạt động xây dựng trên các đảo của quần đảo phục vụ quốc phòng, tuy nhiên do không

có đầy đủ các hiểu biết về mặt địa chất và đặc biệt là địa chất công trình, chưa

có được các chỉ tiêu kỹ thuật về san hô và nền san hô cũng như số liệu về khí tượng thuỷ văn, việc tính toán thiết kế còn theo kinh nghiệm và chưa có những giải pháp công trình hợp lý nên một số công trình đã bị phá huỷ, thêm vào đó môi trường cũng như sự bảo tồn của các đảo san hô cũng bị xâm hại nặng Chính vì lẽ đó, để khai thác hợp lý và bảo vệ các đảo, quần đảo san hô, chúng ta cần phải làm sáng tỏ các đặc điểm của vùng này, trong đó có địa chất công trình của nền san hô như một đối tượng đặt nền móng cho công trình Xuất phát từ quan điểm của Đảng và Nhà nước ta phát triển kinh tế gắn với bảo vệ chủ quyền và quyền lợi Quốc gia trên biển của Việt Nam, trong phương hướng phát triển kinh tế - xã hội của nước ta trong thời gian tới đã thể hiện rõ quan điểm: trở thành một nước phát triển về biển là mục tiêu chiến lược xuất phát từ yêu cầu và điều kiện khách quan của sự nghiệp xây dựng và bảo vệ tổ quốc Việt Nam Do vậy, khai thác tối đa mọi tiềm năng và lợi thế nhiều mặt của biển và vùng ven biển để phát triển kinh tế biển với tốc độ nhanh, tạo sự chuyển biến cơ bản theo hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá, góp phần tăng cường bảo vệ chủ quyền và lợi ích quốc gia trên biển, là một trọng điểm trong việc thực hiện chiến lược kinh tế- xã hội của cả nước Trong chiến lược khoa học công nghệ biển Việt Nam đến năm 2020 cũng đã xác định các nhiệm vụ chủ yếu, trong đó có các nhiệm vụ: Hoàn thành công tác điều tra cơ bản biển thuộc vùng biển chủ quyền và thềm lục địa của nước ta Triển khai nghiên cứu các quá trình biển chủ yếu, xác định các thông số kỹ thuật cơ bản, các tiêu chuẩn quốc gia về môi trường biển có đủ cơ sở khoa học, dự báo xu thế biến động, đáp ứng yêu cầu ứng dụng công nghệ, định

hướng giải pháp kỹ thuật cho các nhiệm vụ phát triển công nghệ ngành kinh

tế biển Xây dựng cơ sở khoa học cho việc quy hoạch phát triển kinh tế xã hội dải ven biển và hải đảo, chú trọng các khu kinh tế biển trọng điểm Tăng cường bảo vệ chủ quyền và lợi ích trên biển của nước ta

Vì vậy trong thời gian tới việc xây dựng các công trình biển nói chung

và công trình trên nền san hô nói riêng sẽ được chú trọng triển khai nhằm phục vụ kinh tế và quốc phòng tại các khu vực trọng điểm của các vùng biển nước ta Hiện tại và trong tương lai, Đảng, Nhà nước và Quân đội ta luôn xác định quần đảo Trường sa là một vùng trọng điểm có ý nghĩa chiến lược trong việc phát triển kinh tế biển và bảo vệ chủ quyền đất nước Do vậy để đáp ứng mục tiêu và các yêu cầu trên, trong thời gian tới các vấn đề nghiên cứu về địa chất công trình, cơ học công trình và nghiên cứu sự làm việc của các kết cấu công trình trên nền san hô để phục vụ cho việc thiết kế, xây dựng, thi công các công trình trên nền san hô cần phải được nghiên cứu tiếp ở mức độ chuyên sâu hơn, với số lượng khảo sát, thí nghiệm nhiều hơn Để giải quyết vấn đề này, chúng ta cần phát huy khả năng nghiên cứu của các cơ quan, các nhà khoa trong nước, bằng nhiều phương pháp nghiên cứu để đưa ra các chỉ tiêu kỹ thuật, các giải pháp thích hợp bao gồm cả mô hình, thuật toán, và qui trình tính toán thiết kế, vật liệu, thi công các công trình biển nhằm phát triển nền kinh tế quốc dân và an ninh quốc phòng Xuất phát từ những căn cứ trên,

đề tài “Nghiên cứu các chỉ tiêu kỹ thuật của nền san hô và tương tác giữa kết

cấu công trình và nền san hô” có ý nghĩa khoa học và tính ứng dụng cao, đặc

biệt với các công trình phòng thủ của Bộ quốc phòng ở quần đảo Trường Sa Ngoài những nghiên cứu mới, kết quả của đề tài còn là sự kế thừa thành quả của các đề tài KT.03.13, KHCN.06.09 và đặc biệt là đề tài KC.09.08 Đề tài đã thực hiện đúng nội dung, tiến độ như hợp đồng đã ký với chương trình KC.09/06-10

1.3 Mục tiêu của đề tài

Đề tài thực hiện dựa trên cơ sở 3 mục tiêu chính như sau:

1) Nghiên cứu về san hô và nền san hô, xây dựng bộ số liệu về tính chất

cơ lý của san hô và nền san hô của vùng quần đảo Trường Sa phục vụ xây dựng dự án tiền khả thi và thiết kế khả thi (thiết kế cơ sở) các công trình dân sinh và quốc phòng Bộ số liệu được xây dựng từ khảo sát, thí nghiệm theo đúng quy trình và khai thác, tổng hợp tài liệu của các đề tài trước

2) Đề xuất thuật toán tính toán tương tác giữa công trình và nền san hô dưới tác dụng của tải trọng động (tương tác giữa cọc, tấm, vỏ, ống dẫn và nền san hô) Xây dựng bộ chương trình phần mềm tính toán tương tác giữa các chi tiết công trình điển hình với nền san hô chịu tải trọng động (đặc biệt là tải trọng do nổ của bom đạn)

3) Đề xuất các giải pháp hợp lý khi xây dựng công trình trên nền san hô (bao gồm giải pháp vật liệu, kết cấu và thi công)

1.4 Nội dung của đề tài

Nhằm đạt được các mục tiêu nêu trên, đề tài tập trung nghiên cứu theo các hướng sau:

1) Tổ chức khảo sát địa chất công trình để có được bộ số liệu đầy đủ và

có độ tin cậy cao, hoàn chỉnh về địa chất công trình ở một số vùng trọng điểm thuộc khu vực quần đảo Trường Sa;

2) Tiến hành thí nghiệm ở hiện trường và trong phòng thí nghiệm để xác

định các chỉ tiêu kỹ thuật của san hô và nền san hô;

3) Mô tả nền san hô một số vùng điển hình của quần đảo Trường Sa;

4) Tính toán tương tác giữa kết cấu công trình và nền san hô - Bao gồm kết cấu cọc, tấm, vỏ, ống dẫn (Xây dựng mô hình, thuật toán, phần mềm, các

khảo sát đánh giá khả năng làm việc của kết cấu, );

5) Xây dựng cơ sở khoa học, đề xuất các giải pháp công trình trên nền san hô;

6) Xác định và liên hệ địa chỉ ứng dụng kết quả nghiên cứu phục vụ an ninh quốc phòng và kinh tế quốc dân

1.5 Lực lượng tham gia thực hiện đề tài

1.5.1 Các cơ quan tham gia đề tài:

Học viện kỹ thuật quân sự,

Viện cơ học,

Đại học Quốc gia Hà Nội,

Đại học Mỏ-Địa chất,

Phòng công binh Hải quân,

Trung đoàn công binh 131 Hải quân,

Trung đoàn công binh 83 Hải quân

Trung tâm KHKT và CNQS- Bộ quốc phòng

Viện Kỹ thuật Công binh - Bộ tư lệnh Công binh

1.5.2 Những người tham gia đề tài:

GS.TS Hoàng Xuân Lượng,

PGS.TS Phạm Tiến Đạt,

PGS.TS Vũ Quốc Trụ,

TS Nguyễn Thái Chung,

TS Phan Anh Tuấn,

GS.TSKH Nguyễn Văn Hợi,

1.6 Các công việc đã thực hiện và kết quả đạt được

1 Xây dựng được bộ số liệu hoàn chỉnh có giá trị khoa học và thực tiễn

về địa chất công trình nền san hô, trong đó đặc biệt có được các chỉ tiêu kỹ thuật của san hô và nền san hô đáp ứng yêu cầu lập dự án tiền khả thi và thiết

kế khả thi (thiết kế cơ sở) các công trình trên đảo san hô, làm số liệu đầu vào cho bài toán tương tác giữa kết cấu công trình và nền san hô Đã góp phần xây dựng bức tranh thể hiện đầy đủ, sâu sắc hơn về đặc điểm san hô, nền san hô nói chung và ở quần đảo Trường Sa nói riêng

2 Xây dựng mô hình, thuật toán để giải các bài toán tương tác giữa công trình và nền san hô phục vụ công tác thiết kế, thi công

3 Xây dựng bộ chương trình tính toán trong môi trường phục vụ cho việc nghiên cứu và tính toán, thiết kế các chi tiết công trình trên nền san hô

4 Xây dựng cơ sở khoa học và đưa ra các giải pháp công trình trên nền san hô đáp ứng cho việc thiết kế, thi công các công trình trên nền san hô phục

vụ kinh tế và quốc phòng

5 Đào tạo, xây dựng và phát triển đội ngũ nghiên cứu có trình độ khoa học và kiến thức thực tiễn trong lĩnh vực cơ học và công trình biển về cả lý thuyết và thực nghiệm Đề tài đã góp phần đào tạo được 01 tiến sỹ, 02 nghiên cứu sinh, 05 thạc sỹ, đăng được 14 bài báo khoa học trên các Tạp chí và Tuyển tập Hội nghị Khoa học trong nước và quốc tế Tăng cường được sự hợp tác giữa các cơ quan, các nhà khoa học và bồi dưỡng lực lượng cán bộ nghiên cứu trẻ

6 Đóng góp vào việc xây dựng các công trình quốc phòng, kinh tế trên biển, giải thích về một số sự cố hư hỏng của một số công trình biển Kết quả nghiên cứu từng bước đã được bàn giao cho Phòng Công binh – Quân chủng Hải quân sử dụng trong công tác chỉ đạo tính toán, thiết kế và thi công các công trình biển, đảo trên quần đảo Trường Sa

4 Bộ hồ sơ kết quả nghiên cứu thí nghiệm tương tác giữa kết cấu và nền san hô, bao gồm tương tác của các kết cấu: cọc, dàn, tấm, vỏ, ống dẫn với nền san hô dưới tác dụng của các dạng tải trọng, như: tải trọng điều hoà, xung lực, tải trọng do nổ gây ra

5 Bộ hồ sơ về mô hình, thuật toán, phương pháp giải và bộ chương trình phần mềm tính tương tác giữa các kết cấu công trình: cọc, tấm, vỏ, ống dẫn với nền san hô dưới tác dụng của các dạng tải trọng động, như: tải trọng điều hoà, xung lực, tải trọng do nổ gây ra

6 Bộ hồ sơ về kết quả nghiên cứu lựa chọn các giải pháp thích hợp xây dựng công trình trên nền san hô bao gồm giải pháp kết cấu, vật liệu, thiết kế

và thi công

7 Các kết quả nghiên cứu đã được chuyển giao cho Phòng Công binh – quân chủng Hải quân, áp dụng vào công tác chỉ đạo tính toán, thiết kế, thi công một số công trình biển, đảo thuộc khu vực Trường Sa

Đề tài được thực hiện tại Học viện Kỹ thuật quân sự, thời gian thực hiện

từ 01/4/2007 đến 01/4/2010

1.8 Kết luận chương 1

Từ tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và trên Thế giới, nhóm nghiên cứu của đề tài đã chỉ ra những thành quả đã đạt được, đối chiếu với

điều kiện thực tế và nhu cầu sử dụng đã đề xuất các nội dung cần tiếp tục nghiên cứu, từ đó cho thấy tính khoa học, thực tiễn, khả năng hoàn thành của

đề tài lựa chọn Nhóm đề tài đã hoàn thành mục tiêu và nội dung của đề tài, sản phẩm của đề tài đáp ứng nội dung của hợp đồng đã ký Các kết quả sẽ được trình bày ở các chương của bản báo cáo tổng hợp này, kết quả chi tiết được trình bày trong các chuyên đề tương ứng Thay mặt nhóm nghiên cứu, Chủ nhiệm đề tài trân trọng cảm ơn Ban giám đốc Học viện Kỹ thuật quân sự, Phòng Khoa học và Công nghệ, Phòng tài chính - Học viện Kỹ thuật quân sự

đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho nhóm nghiên cứu của đề tài hoàn thành nhiệm vụ Xin trân trọng cảm ơn Vụ Khoa học tự nhiện - Bộ khoa học và Công nghệ, Văn phòng Các chương trình trọng điểm cấp Nhà nước, Chương trình KC.09/06-10 đã có những sự chỉ đạo sát sao và tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian qua để đề tài hoàn thành tốt được nhiệm vụ Đề tài cũng xin trân trọng cảm ơn sự hợp tác tích cực và giúp đỡ của Phòng Công binh - Quân chủng Hải quân, Trung đoàn Công binh Hải quân 131, Trung đoàn Công binh 83, Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, Lữ đoàn bảo vệ đảo

146 – Quân chủng Hải quân, Viện cơ học, Viện địa chất – Viện Khoa học Việt Nam, Trường đại học Mỏ địa chất, Bộ môn Cơ học vật rắn - Học viện Kỹ thuật quân sự, Phòng thí nghiệm Cơ tính - Trung tâm ứng dụng khoa học địa chất và công trình giao thông Thành phố Hồ Chí Minh, Phòng thí nghiệm - Viện Kỹ thuật Công binh - Bộ tư lệnh Công binh trong thời gian qua

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT HIỆN TRƯỜNG

2.1 Mục đích khảo sát:

Khảo sát hiện trường với 3 mục đích chính, đó là:

1) Khoan xác định địa tầng, từ đó làm căn cứ xây dựng mặt cắt địa chất công trình và xác định tính chất cơ lý nền san hô các đảo thuộc quần đảo Trường Sa 2) Thu thập các mẫu san hô và san hô nguyên dạng phục vụ thí nghiệm trong phòng nhằm xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của san hô và nền san hô các đảo thuộc quần đảo Trường Sa

3) Thí nghiệm hiện trường tương tác giữa một số kết cấu: tấm, vỏ, ống dẫn, dàn, cọc với nền san hô nhằm xác định ứng xử cơ học của các dạng kết cấu này trên nền san hô dưới tác dụng của các dạng tải trọng, như: tải trọng sóng nổ, tải trọng điều hoà, xung lực va chạm Thí nghiệm xác định các đặc trưng động lực học của nền, như: tốc độ lan truyền sóng nổ trong môi trường san hô, môđun đàn hồi của nền san hô

2.2 Nội dung khảo sát:

1) Khoan địa chất công trình: Khoan sâu và khoan nông xác định mặt cắt địa tầng và lấy mẫu

2) Thí nghiệm hiện trường, bao gồm:

- Thí nghiệm tương tác giữa các kết cấu: tấm, vỏ, ống dẫn, dàn, cọc với nền san hô nhằm xác định ứng xử cơ học của các dạng kết cấu này trên nền san hô dưới tác dụng của các dạng tải trọng

- Thí nghiệm xác định các đặc trưng động lực học của nền san hô

2.3 Tổ chức khảo sát:

Thực hiện nội dung đề cương đã được phê duyệt, trong quá trình thực hiện nội dung, đề tài đã triển khai 02 chuyến khảo sát tại 02 đảo: Sinh Tồn và Song Tử Tây thuộc quần đảo Trường Sa, cụ thể như sau:

A Đoàn 1:

A.1 Thời gian khảo sát: Từ ngày 08 tháng 4 đến 01 tháng 5 năm 2007

A.2 Địa điểm khảo sát: Đảo Sinh Tồn - quần đảo Trường Sa

Hình 2.1 Đảo Sinh Tồn – nơi đoàn 1 khảo sát

A.3 Lực lượng khảo sát: Đoàn khảo sát gồm 15 người, do Đại tá PGS.TS

Nguyễn Minh Tuấn làm trưởng đoàn Ngoài ra còn có lực lượng cán bộ, chiến

sỹ Trung đoàn công binh 131 Hải quân cùng tham gia thực hiện

B Đoàn 2:

B.1 Thời gian khảo sát: Từ ngày 02 tháng 5 đến 22 tháng 5 năm 2007

B.2 Địa điểm khảo sát: Đảo Song Tử Tây - quần đảo Trường Sa

B.3 Lực lượng khảo sát: Đoàn khảo sát gồm 17 người, do đại tá TS Vũ

Quốc Trụ làm trưởng đoàn Ngoài ra còn có lực lượng cán bộ, chiến sỹ Trung đoàn công binh 83 Hải quân cùng tham gia thực hiện

Hình 2.2 Đảo Song Tử Tây – nơi đoàn 2 khảo sát

2.4 Kết quả khảo sát:

2.4.1 Công tác khoan địa chất và thu thập mẫu thí nghiệm:

• Tại đảo Sinh Tồn:

Thực hiện chuyến khảo sát tại đảo Sinh Tồn thu được một số kết quả chính sau:

Đã tiến hành xác định vị trí và khoan được 01 lỗ khoan sâu 56,4m bằng máy khoan XI-1A, lấy được 55 mẫu đường kính 74mm (chứa trong 35 hộp bảo quản), lập hồ sơ nhật ký và vẽ sơ bộ mặt cắt lỗ khoan này Cũng tại đảo này, đoàn khảo sát đã tiến hành định vị các lỗ khoan và khoan được 95 lỗ khoan khoan nông bằng máy khoan YKБ12/25, với tổng số 486,3m khoan Bao gồm:

- Khoan trên cạn: 54 lỗ, với tổng số 418,2m khoan, trong đó bao gồm 53

lỗ khoan nông với tổng số 361,8m khoan và 01 lỗ khoan sâu với tổng số 56,4m khoan

- Khoan dưới nước: 41 lỗ, với tổng số 135,4m khoan

- Thu thập được 187 mẫu (chứa trong 52 hộp và ống bảo quản)

- Thu thập và đưa về phòng thí nghiệm 10 mẫu đất đá bề mặt, 28 bao cát san hô và 10 lít nước biển phục vụ thí nghiệm trong phòng

Hình 2.3 Khoan xác định địa tầng và lấy mẫu tại đảo Sinh Tồn

(Lỗ khoan sâu 56,4m)

Hình 2.4 Bảo quản mẫu

• Tại đảo Song Tử Tây:

Xác định vị trí và khoan được 01 lỗ khoan sâu 54,6m bằng máy khoan XI-1A, lấy được 47 mẫu đường kính 74mm (chứa trong 31 hộp bảo quản), lập

hồ sơ nhật ký và vẽ sơ bộ mặt cắt lỗ khoan này Đoàn khảo sát đã tiến hành định vị các lỗ khoan và khoan được 95 lỗ khoan bằng máy khoan YKБ12/25, với tổng số 671,1m khoan Trong đó bao gồm:

- Khoan trên cạn: 65 lỗ, với tổng số 504,8m khoan, trong đó gồm 64 lỗ khoan nông có tổng số 450,2m khoan và 01 lỗ khoan sâu với tổng số 54,6m

- Khoan dưới nước: 30 lỗ, với tổng số 166,3m khoan

- Thu thập được 150 mẫu (chứa trong 48 hộp và ống bảo quản)

- Thu thập và đưa về phòng thí nghiệm 10 mẫu đất đá bề mặt, 20 bao cát san hô và 10lít nước biển phục vụ thí nghiệm trong phòng

Hình 2.5 Kiểm tra máy, định vị và chuẩn bị khoan xác định địa tầng

và lấy mẫu tại đảo Song Tử Tây (Lỗ khoan sâu 54,6m)

2.4.2 Công tác thí nghiệm hiện trường:

• Tại đảo Sinh Tồn:

- Thí nghiệm tương tác giữa kết cấu và nền san hô dưới tác dụng của tải trọng nổ, bao gồm các dạng kết cấu: tấm, vỏ, ống dẫn

- Thí nghiệm tương tác giữa kết cấu dàn thép trên hệ móng cọc với nền san hô chịu tác dụng của xung lực va chạm

- Thí nghiệm xác định tốc độ lan truyền sóng trong môi trường cát san hô

Hình 2.6 Kiểm tra, hiệu chỉnh thiết bị đo chuẩn bị thí nghiệm

Hình 2.7 Thí nghiệm tương tác kết cấu dàn và nền san hô

• Tại đảo Song Tử Tây:

- Thí nghiệm tương tác giữa kết cấu cọc đơn và nền san hô dưới tác dụng của tải trọng ngang điều hoà, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến ma sát bên giữa cọc và nền san hô, như: ảnh hưởng của góc nghiêng cọc, ảnh hưởng của tần số tải trọng, ảnh hưởng của thời gian tải trọng tác dụng

- Thí nghiệm địa chấn lỗ khoan tại lỗ khoan sâu 54,6m, xác định tốc độ lan truyền sóng theo các lớp của nền san hô, từ đó xác định được mô đun đàn hồi của các lớp nền san hô tại đảo này

Hình 2.8 Đóng cọc phục vụ thí nghiệm tương tác cọc - nền san hô

Hình 2.9 Công tác vận chuyển thiết bị ra vị trí thí nghiệm

Hình 2.10 Thí nghiệm tương tác cọc - nền san hô chịu tải trọng điều hoà

- Khối lượng công việc thực hiện phong phú, đáp ứng với yêu cầu đặt ra, phục vụ tốt cho công việc nghiên cứu tiếp theo của đề tài

- Các nhóm khảo sát đã thực hiện đầy đủ các nội dung, yêu cầu của đề tài đặt ra, đảm bảo an toàn, hiệu quả

- Đề tài đã được sự giúp đỡ hiệu quả của các Trung đoàn Công binh Hải quân 131, 83 và Lữ đoàn bảo vệ đảo 146 Hải quân

CHƯƠNG 3

TỔ CHỨC THÍ NGHIỆM

3.1 Thí nghiệm xác định tương tác giữa kết cấu công trình và nền san hô

Việc tính toán lý thuyết cũng như thực nghiệm tương tác giữa kết cấu công trình và nền biến dạng, trong đó nền là loại vật liệu có tính liên kết hai chiều (có khả năng cho phép kéo hoặc nén) đã được nhiều tác giả trong và ngoài nước thực hiện và các công trình công bố cũng khá nhiều Đối với nền san hô là loại nền có tính chất liên kết một chiều (chỉ chịu nén, không chịu kéo) [21,39,88], việc nghiên cứu tính chất cơ lý, cũng như nghiên cứu ứng xử giữa kết cấu và loại nền này là rất phức tạp, đến nay vẫn là vấn đề rất được các nhà khoa học và các tổ chức quan tâm Cũng như các loại nền khác, nghiên cứu ứng xử cơ học giữa kết cấu và nền san hô dưới các dạng tải trọng

có 2 cách: lý thuyết và thực nghiệm Đối với cách thứ nhất, dựa vào các số liệu về tính chất cơ lý, địa chất công trình của nền san hô làm cơ sở cho các giả thiết tính toán và xây dựng mô hình, phương pháp giải – đây là vấn đề đang gặp nhiều khó khăn vì các thông tin về loại nền này đến nay vẫn chưa thật hoàn chỉnh Cách thứ hai, việc nghiên cứu thực hiện trực tiếp trên mô hình, kết cấu chịu trực tiếp tải trọng, cho nên kết quả đạt được sẽ phản ánh chính xác hơn, và đây sẽ là nguồn tài liệu quý, góp phần xây dựng, cũng cố cơ

sở lý thuyết cho các giả thiết, mô hình tính toán Với ý nghĩa và tầm quan trong như vậy, mặc dù gặp nhiều khó khăn trong việc triển khai thực hiện, song nhóm nghiên cứu đã cố gắng thực hiện các thí nghiệm hiện trường tại đảo Sinh Tồn, Song Tử Tây và tạo hiện trường tại trường bắn Vĩnh Yên - Học viện kỹ thuật quân sự với vật liệu san hô được nhóm nghiên cứu mang về từ các đảo trên Các kết quả thí nghiệm tại hiện trường và tại trường bắn được so sánh, đối chứng và đưa ra các số liệu đáng tin cậy Trong phần này, nhóm nghiên cứu của đề tài xin giới thiệu phương pháp tổ chức thực hiện và một số

kết quả thí nghiệm tương tác giữa các kết cấu: tấm, vỏ, ống dẫn, cọc với nền san hô các đảo Sinh Tồn, Song Tử Tây thuộc quần đảo Trường Sa Với mỗi thí nghiệm đã được trình bày chi tiết trong từng chuyên đề, trong báo cáo này trình bày tóm tắt kết quả các thí nghiệm trên – Đây là một trong những nội dung nghiên cứu của đề tài KC.09.07/06-10

3.1.1 Thí nghiệm tương tác giữa ống dẫn và nền san hô [83]:

Thí nghiệm được thực hiện tại đảo Sinh Tồn - quần đảo Trường Sa và tại trường bắn Vĩnh Yên - Học viện kỹ thuật quân sự

độ lấy mẫu tối đa là 80.000 mẫu/s

Hình 3.2 Máy đo động MC16/64 và màn hình làm việc của máy

Để đo biến dạng tại một điểm bất kỳ của ống dẫn, nhóm nghiên cứu dùng tấm điện trở (sensor biến dạng) loại Shimazu 120Ω, chiều dài làm việc 2cm, đây là loại sensor có khẩu độ trung bình, phù hợp với việc đo biến dạng của vật liệu kim loại Khi thí nghiệm, bằng phương pháp dán tấm điện trở bám chặt vào bề mặt của ống dẫn và cho ta giá trị biến dạng theo phương dán (nếu tại 1 điểm dán nhiều điện trở theo các phương khác nhau thì sẽ có được đồng thời nhiều giá trị biến dạng theo các phương) Bằng phần mềm chuyên dụng (Matlab, Excel), sau khi xử lý, máy thí nghiệm sẽ cho ta kết quả biến dạng tỷ đối εi (i = 1,2,3) theo các phương khác nhau

3.1.1.3 Nguồn tải trọng [103,105]:

Nguồn gây tải trọng tác dụng đến kết cấu ống dẫn là nguồn nổ, với loại thuốc nổ TNT Khi tiến hành thí nghiệm, để xác định lượng nổ tối ưu, có được tín hiệu đến các đầu đo rõ ràng, ngoài việc nghiên cứu lý thuyết nổ, nhóm thí nghiệm đã tiến hành nổ thử, trong đó lượng nổ thay đổi từ bé đến lớn Với hình dạng và kích thước kết cấu ống dẫn như trên, lượng nổ tối ưu xác định được là 0,4kg, chôn sâu vào nền san hô từ 1,0m đến 1,5m sao cho áp lực sóng nén do nguồn nổ gây ra tác dụng vuông góc với bề mặt của ống dẫn, khoảng cách từ tâm nổ đến ống dẫn là R = 4m Khi phương của ống dẫn thay đổi, ta sẽ có các giá trị biến dạng là khác nhau

3.1.1.4 Sơ đồ thí nghiệm:

Kết cấu ống dẫn được chôn nằm ngang, độ sâu trung bình (1,0 ÷ 1,5)m Các tấm điện trở được dán ở các vị trí đối diện nhau (phía mặt gần tâm nổ - phía trước và phía xa tâm nổ - phía sau) của kết cấu Tại mỗi vị trí đo tiến hành dán 1 tấm điện trở theo phương tiếp tuyến oϕ (trong hệ toạ độ cong oϕrz – oz dọc trục) Sơ đồ bố trí thí nghiệm được thể hiện như trên hình 3.3, với cách dán sensor biến dạng như hình 3.4 Thí nghiệm được thực hiện ở trạng thái kết cấu ống dẫn rỗng

Hình 3.3 Sơ đồ bố trí đo biến dạng của kết cấu ống dẫn trong nền san hô

Hình 3.4 Cách dán sensor biến dạng lên bề mặt ống

3.1.1.5 Thí nghiệm và kết quả thu được:

Tiến hành thí nghiệm, với các thông số sau: Khối lượng nổ m = 0,4kg, sensor biến dạng Shimazu 120Ω, 2cm, tốc độ lấy mẫu 13.333,0 mẫu/s, khoảng cách từ tâm nổ đến mặt trước ống dẫn R = 4,0m, số lần thí nghiệm 3 lần/1 chỉ tiêu Một số hình ảnh thí nghiệm như hình 3.5, 3.6 và 3.7

Hình 3.5 Dán sensor biến dạng vào bề mặt ống dẫn chuẩn bị thí nghiệm

Hình 3.6 Chuẩn bị nổ thí nghiệm

Hình 3.7 Nổ thí nghiệm

Sử dụng phần mềm Matlab phân tích để xử lý số liệu thí nghiệm [25,31,34,40,101], kết quả quan hệ giữa biến dạng tỷ đối εϕ và thời gian t của

2 điểm đối xứng thuộc chu vi giữa chiều dài ống dẫn (điểm phía trước và điểm phía sau) thể hiện như trên hình 3.8, 3.9 và bảng 3.1

Hình 3.8 Đồ thị quan hệ εϕ – t (điểm phía trước - gần tâm nổ)

Hình 3.9 Đồ thị quan hệ εϕ – t (điểm phía sau - xa tâm nổ)

Bảng 3.1 Giá trị so sánh biến dạng lớn nhất εmaxϕ (cho 2 trường hợp)

Sinh Tồn Vĩnh Yên

max ϕ

Hình 3.10 Quan hệ εϕ – α

3.1.2 Thí nghiệm tương tác giữa kết cấu tấm và nền san hô [81]:

3.1.2.1 Mẫu thí nghiệm:

Mẫu thí nghiệm là hộp chữ nhật được hình thành từ 6 tấm có chiều dày

2mm, vật liệu thép, kích thước kết cấu thể hiện như trên hình 3.11

Hình 3.11 Kết cấu thí nghiệm

3.1.2.2 Máy thí nghiệm: Sử dụng máy đo động kiểu MC16/64

3.1.2.3 Nguồn tải trọng và đồ thí nghiệm:

- Nguồn nổ là loại thuốc nổ TNT được chôn sâu từ 1,5m đến 2,0m vào nền san hô sao cho áp lực sóng nén tác dụng vuông góc với bề mặt tấm dài của kết cấu

- Kết cấu tấm được chôn sâu (1,5 ÷ 2,0)m, các tấm điện trở được dán ở các vị trí đối diện nhau (tấm phía trước và phía sau của kết cấu) Tại mỗi vị trí

đo dán các tấm điện trở theo các phương: ox, oy trong hệ toạ độ Đề các oxy (oxy thuộc mặt phẳng tấm) và các góc lệch ở đây lần lượt là 00/450/900 Sơ đồ

bố trí thí nghiệm được thể hiện như trên hình 3.12 và 3.13

Hình 3.12 Bố trí sensor biến dạng lên mặt tấm

Hình 3.13 Sơ đồ bố trí thí nghiệm

Trong khuôn khổ của nội dung báo cáo chỉ trình bày kết quả với hộp

rỗng được chôn theo phương ngang