Sóng và công trình chắn sóng trần minh quang

6f T ốc độ truyèn sóng C' là tốc độ truyèn dao động của sóng theo phướng ngang khổng xét tóc độ của dòng chảy trong thòi gian bầng một chu kỳ sóng.. 3/ Theo tính chứ cùa chuyển động: són

Chia trách nhiộm xuát bảo

Tò Thị Khánh Thọ BiỂa tập: PTS Nguyfn XuAa Thủy

Sãa bóng: Nguyen Ngpc Bích

Trinh bày: N p y h Ngọc Btch

ia 420 cuón khổ 13 X 19 - Tại Trung tâm thông Ún KHK!T

Bộ xây dựng - Giáy pbép só3t.Ằ tì/Sĩcáp tLỊfry 4:l4ỉ4!&Ì

ỉa xong và nộp I « | d ú é i tháng 8 l i a 1993

LÒI NÓI ĐẰU

Trong nhQng nảm gần đây, nhièu nưóc trốn thé giỏi đã đđv mạnb việc khai thác tièm nâng cùa bién Nhiêu công trình biến đa dược xay dựng, nhièu vấn đề lien quan đến bỉổn dật ra dưộc nghiên cứu và giãi quyết

Nưỏc ta, sau ngày thống nhát cđng đă cổ gắng phát triổn kinh lé

bién Các cổng trình khai thác dâu khi ỏ thèm lục địa, cúng trình bào v<

bò biến V V đã dưọc xây dựng và đưa vào sừ dụng Tuy nhiên các tài liệu li£n quan đến biổn và công trình biổn vẫn còn rát ít, chưa có nhièu giáo trinh, sá cú chuyên khảo ỉiẽn quan

Dé giói thiệu một sổ ván đè liên quan đến biển và cống trình biến, tr£n cớ sò các tài liệu giảng dạy của bàn than trong nhièu nam ò Dại học Bách khoa Hà nội, Dại học xảy dựng Hà Nội, và Dại học Bách khoa

TP Hò Chi Minh, có tham khảo các thảnh tựu tiẽn tiến trén thế giói và

các ván dỀ của thực tién Việt Nam, chúng tổi bien soạn quyén Sóng và công trình chắn sóng, trong dó neu lẽn các ván dè cd bản v£ sóng, vè lực tác dụng của sóng len công trình biển, công trình bảo vệ cảng, bảo vệ bò

dtíốỉ tác dụng của sóng Cuón sách nhầm đóng góp một phàn cho việc nghiên cứu, thiết kế, xây dựng các cống trình trẽn bién, tren hò, tren sông chịu tác dụng của sóng, mà chác chấn sẽ có nhièu ồ nưỏc ta trong thòi gian tối

Do thòi gian và uìah độ có hạn nen chác khống thổ tránh khỏi thiểu SÓL Chúng tôi mong nhận đưọc nhũn ý kiến dóng góp xây dựng của bạn dọc

Tác giả: Tràn Minh Quang

G S.P TS Trường Đợi học Bádi khoa

T P H d O ú Ả iin h

MỤC LỤC

Chưưag I Các đặc trưng chà yếu của sóng

3 Xác định các yéu tó sóng theo phướng pháp

Cbưúng 11 Tỉnh toán trnyèa nteg

5

1 Trtíòng bộp nhiêu Xậ do một đe lồi 48

2 Trtíòag hộp nhiêu xạ do hai de lồi giao nhau 49

2.10 T rị s ố cho phép àta chiều cao sóng

3.5 Ả P lực sống lên tưòng cong ; ;>.

ỉ Tải trọng sóng tác dụng len kết cáu khung dàn 136

3.11 Á p lực sáng tác dụng lên công truth hò chân 147

3.13 Tốc dộ dòng sóng và tốc độ dòng chày

Chtiưng IV Quy hoạch mặt bằng đé chắn sóng

bảo vệ cảng, bảo vệ ba

3 Đà» at. 160

4.3 Cách b ổ trí hệ thống d i chấn sóng và cùa vào càng 161

1 Kiém tra ổn định lậ t 206

6.3 N ội dung và phương pháp tính toàn

CHƯƠNG 1CÁC ĐẶC TRƯNG CHỦ YỂU CỦA SỐNG

1.1 Định nghĩa và phân loại

%Dưói tác dụng của các ngoại lực khác nhau (lực gió, lực đồng đát, lực

tạo triều v.v ) khói nưỏc b{ chấn động, tạo ra các dao động được gọi là sóng Sóng sau khi phát sinh, dưọc truyèn đi xa qua sự truyỉn dao động

của nó Lúc dó, ò vùng nưóc sâu, phân từ nưốc sỗ chuyổn động quanh vị trí trung tâm của mình theo qũy đạo đưòng tròn; còn ô vùng nưốc cạn,

sẽ theo qfiy đạo đưòng bầu dục (ellipse) Hiện tưọng này thường tháy ỏ sóng có dạo dộng bé Còn ỏ sóng có dao động lốn thỉ phân tử nưòc vừa chuyổn động quanh V) trí trung 'âm, vừa đi tói

Các bộ phận hộp thành của sóng, các yếu tổ sóng và cách phân loại sóng dưọc xác định như sau:

ỉ Các bộ phận hợp thành cửa sóng: (Hình 1.1)

1/ Dưdng mật sóng 1: là giao tuyến giũa mật sóng vỏi mật thảng

dứng theo hưống truyèn sóng

Hình i ; Các bộ phận hợp thinh cúa sáng vA cếc yểu tố sổng

2/ Đường m ặt nước tĩnh 2: là đưòng mặt nưốc nằm ngang lúc không

có só n g

3/ Đitòng trung binh sóng 3: là đưòng nàm ngang chia đôi khoảng

cách thẳng đúng giữa đình sóng và đáy sóng, đuòng này nầm phía trôn đưòng mật niỉốc tĩnh

4/ Đinh sổng 4: là điém cao nhát của đưòng mặt sóng

5/ Dáy sóng 5: là điếm thắp nhát của đưòng mặt sóng.

6/ Đều sổng 6: là phần diện tích mặt cát dọc c ia sóng nầm phía trôn

2i Biên độ dao động của sóng (a): là nừa chíèu cao sóng hay khoảng

cách dửng từ đưòng trung binh sóng đến đình sóng hay đáy sóng

3/ Chíèu dài sóng hay bưốc sóng (L hay i ): lá khoảng cách giữa hai

dinh sống hay hai đáy sõng hay giữa hai điếm bát kỳ ò vị trí pha tướng úng kè nhau trên đuòng mặt sóng

4/ Độ dốc sóng (h/L hay ở ): là tỷ số gi Oa chièu cao và chièu dài

sóng

s/ Chu kỳ sóng (T hay T ): là thòi gian của một dao động hoàn chinh của sóng, tuong ừng vói một chiều dài sóng

12

6f T ốc độ truyèn sóng C' là tốc độ truyèn dao động của sóng theo

phướng ngang (khổng xét tóc độ của dòng chảy) trong thòi gian bầng một chu kỳ sóng

7/T ố c độ phân tủ mtóc V: Là tốc dộ dịch chuyên của phân tử nưổc

theo qũy đạo

3 Phân loại sóng:

Sóng điíộc phân loại dựa theo s dậc điếm sau:

u Theo nguyên nhân hình thành: sóng gió (do gió), sóng trièu (do

thủy tríỀu), sóng khí áp (do khí áp),sóng dộng đắt hay sóng tsunami (do dộng dát), sóng tàu (do chạy tàu) v.v

2/ Theo tính chất lực tác dụng: sóng mao dân (do lục nhốt, lực dinh

kết, lực căng bè mặt) có kích thưóc bé và sóng trọng lực (do trọng lực)

có kích thưóc lỏn và khổng đối xúng qua trục đúng và trục ngang

3/ Theo tính chứ cùa chuyển động: sóng đi tỏi, sóng trùng họp toàn

phần (hay sóng dửng), sóng trùng họp cục bộ hay từng phàn, sóng giao thoa hay sóng trùng hớp từ các sóng xiẽn gập nhau, sóng phản xạ hay sóng dội lại khi gặp các công trình, sóng khúc xạ hay sóng thay đổi kích thưỏc do địa hình đáy biổn, sóng nhiéu xạ hay sóng thay đổi kích thiíóc khi đi vòng qua dầu cống trình chận ngang, sóng xây - sớ (seiche) hay sóng đúng tại khu vực có diện tích bị hạn ché, sóng vỏ từ xa hay sóng xô, sóng võ tại chân cống trình hay sóng tản

4! Theo độ sâu của nuàc sóng B1ÍỐC sâu (lốc H/L > 0.5) là sóng

mà tóc độ truyền sóng chi phụ thuộc chiên dài sống (C *ì|gL/2*) sóng ntíôc cạn (lúc H/L «s 0.5) là sóng mà tốc độ truyèn sóng phụ

Íg L 2 * Hnưỏc rất cạn (H < < L) hay sống mà tóc dộ truyèa sóng chì phu

thuộc vào độ sâu Bitốc (C * ịfgĩĩ

)-13

5 f Thétì diiềù dàí sớng và chu k ỳ sóng: sóng ngắn (lúc chu kỳ sóng

T < lphứt) Sóng dài (lúc T > 1 phút), Sóng dài có chiều dài hàng trăm mét hay km

ổ/ Theo thòi điểm tác dụng cùa gió: sóng cư5ng%úc tức sóng lúc gió

đang thổi mạnh, sóng lừng tửc sóng lúc gió đã ngừng thổi hay chuyên hướng

7/ Theo vị trí cùa sóng so vói mặt nước: sóng mật (sóng tại mật nước)

và sóng nội (sống trong lòng khối nưốc)

8/ Theo tính chất dường mật sóng: sóng hai chìèu (sóng có đưòng

đầu sóng song song, theo một hướng và chièu dài dầu sóng lỏn hờn chièu dài sóng rát nhièu); sóng ba chièu (¿óng di theo nhièu hưống và chiiu dài dầu sóng xấp xì bầng chièu dài sóng); sóng đơn độc (solitary wave * sóng chi có dầu sống, khổng có bụng sồng); sóng cnoidal (sóng

cố dầu sống lón nhiêu so bụng sóng)? sống đèu (Sống hai chiều có kích thưốc khổng dổi và hưỏng tniyèn sóng không đổi ); sóng khổng đèu (sóng ba chiều có kích thuốc, chu kỳ, bướng truyèn sống luôn thay đổi); sóng dao dộng bé (sóng có h/H < < 1) và sóng dao động lốn; sống chu

kỷ và sóng không cha kỳ

1.2 ĐỊc 'n ln g cỏn sóng gỉd

ỉ Độc điếm chung.

Sóng già !ầ sóng xuát hiộa nhièu nhát, cổ tie dụng uy hiếp Ihưòng

xuyCa đối vói các loại cống trinh V] thế nó dược coi là đổi tượng nghiCn cửu chinh càa Châng ta

Sóng gió là loại sóng khổng (feu, các yếu tổ sóng luồn bién đổi theo

thòi gian và địa điém Hướng truỵèn sóng luôn thay dổi Huống sóng chính phù họp vỏ! chiêu gió thổi, (hình 1.2)

Sóng gió chịu ảnh hướng cùa các yếu tó tạo sóng, chủ yéu là tóc độ gió, thòi gian gió thổi, dà gió (hay chiều dài gió tác dụng lẽn mật nưốc

14

2 Các yếu tố tạo sồng chù yểu:

Các yéu tố tạo sóng chủ yéu bao gồm tóc độ gió, thòi gian giỏ thổi,

dà gió

ỉ/T ố c độ gió W: (m/s hay km/h)

Tốc độ gió là yéu tố dộng lực chinh tạo ra sóng Tốc độ gió đUộc xác định dựa theo tài liệu thực đo và đước quy vè độ cao 10m trên mật nước tính theo công thức sau:

15

• Khi t và ^ bàng nha« hay khống biét thì lấy tri sổ trung bĩnh củaKr.

• T6c độ gió đo bhng chong cbống chn tinh đối ra trị sổ đo bâng mảy (anemometer) theo cống thức tính dỗ! riêng hay theo bảng tính dổi

(bảng 12)

2 Thài gian gió thổi:

Dó Ih thòi g i a giô tác dụng len mặt ndỏc Thòi gian giỏ thổi phụ thuộc chièu dhi đà giô, tốc độ di chuyên của gió xoáy, huống di chuyến của gió xoáy, huống truyèn sóng

Cỏ 3 tnlòng hộp có thé xem xét: (Hình 13)

*/ Khi hdóng di chuyển cửa gió xoáy khổng tràng vói huống truyèn 16

Bdng 1.2 Tinh dSi tSc dQ giư

Cbong cfcdog 32 34 36 38 40

Anem om eter 25 26 27 27 28

sưag vä cät agang kku dä giư (cư ranh giưi gưm nhOag diiw mä ư dư gưc

giQa v6c M tưc dO giư vä htfdng tniyưn sưng U a » 4 5 ^

(khi giư xộy dU agaag kka dä giư sưm hon sưng) J j

(kbi f*ư xộy cät agaag kku (fit giư muOa hưa sưag)

(13)

Troag dư:

- chiưu däi khu dä giư tkeo hildag di ckuyưn cäa giư xộy

D - chiưu däi dä sưag häng kick tktfdc kka dä giư tkeo kifưng tniyfcn

sưag.

- lưc dO di chnyin cäa giư xộy.

• tưc dư traag binh link tộa eia ahưm sưag,

C » 0 3 5 C i

C - tdc d<> tn y d sưag d csưi kka dä giư.

P

W Kki hudng tniyfcn sưag traag vưi kifưng di ckuyda cäa giư xộy

L ie sky U cư tkưi giaa giư tbưi dki ahät.

Ợ các khu uưốc lòn (biến lỏn đat dưong) khi hộ thống khí áp chỉ

chiém một phản cùa khu nưòc thi ehiètt dài khu đà gió đưọc xác đinh theo bản dồ trường gió vói dièu kiện !ả gió dồug nhất theo chièu ngang

1S

tmyèn qua kê cả lúc gió ngừng thói (hay chuyên hưỏng) dược gọi là dà sóng Dà sóng có giá

Ui biến đổi pbụ thuộc địa hình

độ nhám, chiều sâu nưóc và đttọc xác định theo hưổng chỉnh và theo các hưỏng khácnhau và láy trong phạm vi cách nhau 22°ỉ Trong đó hưống sóng láy tràng vói hưóng gió khi tóc dộ dao dộng trong giỏi hạn ± 10% trong phạm vi 22°s Chiều dài truyền sóng có tbé láy gàn đúng nhu sau:(bảng 1J )

Bàng 1.3 Chiều dài truyền sóng.

T éubẻM lác Tổc dộ p ó w (m%) Chiều d ỉi trvyèn só«ị

(k n )

4 Ảnh hưởng của khu mi óc, khu gió đến sự phát triển cùa sóng:

Chiêu dài khu uuòc và thòi gian gió thổi là díiu ki$n đỂ sống phát triỂn Khí khu ntiốc rộng và thòi gian gió thổi dài thì sóng phát tnốn hoàn toàn Lốc này sóng iruyèn đi rát xa, cả khu nuóc Ngtíộc lại, khi khu niíốc bé, tuy thòi gian gió thổi có lỏn, nhưng sóng khổng phát triến

và sự truyèn đi bị hạn ché

Chièu dài khu nưốc Dn từc khoảng cách gi Oa hai bò theo hưỏng gió

19

thổi, (duộc tấ c địah trte b ia dò địa hình) có qaaa bộ vói chiêu dài kha

giỗ D t ic chiba dài giỏ tic dụng tèa mặt Bứốc (đuọc xác định dựa theo

b ia đẳ xinổp) cèng chiều dài giối han cảa khu nưốc có sóng Dgh (chiều dài bé ahẩt cha tíúét dé s6ag phát trite hoãn loàn) và t e gió D

Lấc D a > Dg có hai tình huống xầy ra:

- Dg>Dgh, láy D = Dgh Lác Dày sống phát triến không liêu quan déa D aah chi li£a qaaa đéa w

• Dg < Dgh, táy D * Dg Lũc này trèo khu adỏc cố thế hình thành 2 khu: khu sóng ổn định (đoạn (âu te a khu giỏ), vối chite cao sóng dạt trị

sổ giỏi hạn, sóng chi, phụ thuộc D mà khống pha thuộc 1 và khu sống dang phát triéa (doạa còa lại cua khu gió) sống chì quan hộ vối t mà khống quaa hc vỏi D Giũa 2 khu vực có ranh giói ổa định Ranh giói này dịch chuyên dần vè phía tmốc, thu agáa khu vục khổng ốa định

1J Xấc định các yéu tó sóng

I Các phuơng pháp xác định:

Sống trải qua các giai đoan phát sinh, phát trién, ổn định, suy yếu pha thuộc vào các yéu tố tao sóng (tóc độ gió, thòi gian gió thổi, dà gió)

và cấc yéu tổ làm suy yéu sóng (ma sát đáy, thé hiện qua độ sâu, dịạ

hình, địa thé dáy biến, dưòng bò) Các yte tổ sống thay đổi theo các giai doạu và các yếu tố nói trẽn Do sóng có quá trinh Xttát hiện một cách ngỉu ah íte a te te n xác định các yéu tổ sóng lỏn nhát cỏ thổ xuất hite trong một thòi gian dài đé phục vụ cho việc thiết kế xây dựng các công trinh

Cố nhite phdOng pháp xác dịuh các yéu tó sóng nha phuong pháp kinh nghiệm, phuoug pháp thống kê, phuoug pháp phổ v.v_

Phuong phấp kinh nghĩệiB dua trte tải lite thực do d£ kiéa lập các công thtíc hay biéu dồ kinh nghiệm xác định quan hộ gian cềc yém tó

•dqg t e các y te tố tạo sóng Phuong pháp ahy thaòng dách dạng cho

tirag vầng, Béa đổi vối các vùng khác si chi mang tính cbấ( tham khảo vì

có thế có SŨ tộcfe lóa

Phdỡag pháp thổag ke dựa tre* các tài liộa thực đo xác lập các hàm

số phhn bố các yín tó sóng Phướng pháp Bày tuy cố cứ sò thi liộu thực

đo tía cgy nhưng đòi hỏi phải cồ nhiêu tài lieu thực do, phải đo ah&u,

VẾ troag ahíèu trưòng hộp c f ag chi mói phản inh hiea tưọng bea agohi

cếntẾmg.

Phướng pháp phổ dưa u ea sự ph&a tích trưòng sổag phức tạp thánh trưòag sóng doa giản, đièn hòa cỗ bien độ dao dộng, cha kỷ, pha khác nha« vả chứa đựng một nâng lượng nhất định phy thuộc tần số và hưóng Iruyèa sóng Dây u phưong pháp gán dưộc các đặc trưng thổag ke vỏi bản chít vật lý nội tại cểa sóng qua $9 phân tích nâng lượng, n£a tay mỏi xuất hi£n sa« nhưng da được tiép nhận và s ỉ dụng một cách nhiệt tình

2 Công thức xức định các yá t tố sóng theo phương pháp tính nghiệm:

h - chifen cao tning bình cAa sống 3 chiên

ỉ - chiên cao trưng binh cầa sống tại diém d a

a ú è « cao sống cố thé xảc dịah nhò các cốag thức kinh nghiêm, »ửa kinh nghiêm theo 4 nhốai sam:

a/ N hốn cồng ihữc chì xét ảnh hưòag cảa «a gió D:

C6 thổ »e« một số công thức san:

- Cơag thừc Steve asoa:

It - 0.34 - 0.26 V T ) + 0.75

h - chiên cao lỏn nhát của sóng (m); D - đà gió (kia)

Công thửc thích dụng khi đà gió lỏa từ 1200 - 3000km Khi đà gió nhỏ (D 2! 7Skm) có th¿ bỏ qua số hạng thứ 2 và thử 3 trong cổng thức.(Công thúc Stevenson tuông dối xjiä a£a đén nay chì mang ý nghía lịch sử)

; <1 ung cho đà gió bé D * 100 - 1200km)

b Nhóm cổng thức chi xét ảnh hưòng cửa tóc dộ gió W:

k - hộ số; tn - số mtl; w - lốc dộ gió k>c nhát

Cố th¿ ne« một tó cồng thức sau:

- Công thúc Koaznettov: h * 2.65W*"ì

max22

- Công thóc Cornish: v h_ Àav * 0.48W ( U 3 )

(1 14) (U S )

( U 6 )

* Công thúc Bou go US lavs ki: h “ 0.5W

ci Nkốm còng thốc xét ảnh ktiốag của cả tốc độ gió w , và <ô gió hay

độ sân H hay thòi gian gió thổi t •:

aQ - hệ số; m - số mã; aQ vằ m (tra theo biéu đò hình 1.5)

Cổng thvlc treo dùng cho dà gió D đạt trị số giói hạn Dgh * 1.5W.Khi D > Dgh thì láy độ cao sóng tương ứng vói Dgh Cổng thức trén

đã đdọc đda vào quy phạm Liên Xô và đả duọc dùng khá thịnh hành trong nhang năm 60

T

«

«0

n .0

h * 0.000344 w 10,12 I 5,12 ( lúe gD'W > 50) (dùng cho biín cạn)

d/ Nhòm còng »húc xct cá đa gio D tổc dộ gtỏ vv thoi gian gió thổi

Cố th¿ neu một số công thức sau:

2/ X ác định chiều dài sóng:

Chièu dài sóng cũng thay dổi phu thuộc đà gk) D hay tóc độ gió Ví

24

Bảng 1.4 Chim cao sóng ứng vâl cấp gió và cấp sóng.

Ttìc dộ gió W(m/s) cáp gió Chiêu cao sóngf>r¡) Cắp »óng

0,6 - 1,7 l 0,25 1 1,8 - 3 3 2 0,25 l 3,4 - 5,2 3 0,25 - 0,75 2 5,3 - 7,4 4 0,75 -1,25 3 7,5 - 9,8 5 1,25 - 2,00 4 9,9 - 12,4 6 2 ,00 - 3 3 0 5 32.5 - 15,2 7 3 3 0 - 6,00 615,3 - 18,2 8 6,00 - 8 3 0 7

18 3 - 2 1 3 9 8,50 - 11,00 8 21,6 - 25,1 10 11,00 9 25,2 - 29,0 11 -

Trị số L không thể vượt qúa 1234 w ò biển khơi nên kinh nghiệm cũng xác nhận các giá trị sau:

hay tra theo bảng sau (bảng 1.5)

Bảng 1.5 T rị số (theo Sverdrup và M unk)

H ìn h Ị 6 Quan hệ giữa h vầ L

tố sống theo phương pháp thống kê:

Dùng phướng pháp thống kẽ đé xác đính các yéu tó sóng có tàn xuất xuát hiện nhát định

là dựa tròn phướng pháp tính toán xác xuát

và thống k£ toán học đước nhièu tác giả tiến hành như I.S Brovikơv,

Longuet - Higgins, M Tucker, T Jednoral v.v.„

Bảng 1.6 Quan hệ giữa L v à T theo w (m/s)

Sau dây là một số cồng thửc:

- Công thửc Jednoral:

Trôn co sỏ giả thiết hiện tưọng sóng hằu như on định, trong díèu kiện vùng bổ nam Bãiỉiquc và dựa theo phán bố 2 chiều của Rayleigh-

Krưlov về xác xuẩt vưỏt cùa chiều cao sóng nưốc sâu:

vỏi chiều cao són«.

H - chièu sâu nưỏc tại vị trí xem xét

L5o% - chiều dài sóng vối xác xuát vưọt 50%

h5 - chièu cao sóng vối xác xuát vượt 50%

Hàm số vượt của chièu dài sóng cũng có kết cáu tưong tự như vóichièu cao chi càn thay h và h bàng L và L

50% 50%

4 Phương pháp qúa trình ngầi nhiên (stochastic):

Vì phưổng pháp thống kê xuất phát tụ tài liệu ghi được qua đo đạc chi phản ảnh mặt ngoài của hiện tưọng chứ chưa giải quyết được bản chất vật lý của hiện tưọng, nân phướng pháp qúa trình ngẫu nhiên kết hộp vói phương pháp thổng kê hay chinh xác hớn là phưong pháp hàm ngáu nhiên kết họp vói phướng trình thủy động lực học sóng là phưong pháp có nhiẽu bưốc tiến mối, chiếm vị trí hàng đầu hiện nay trong dộng lực biCn, khi cho rằng sóng bién là qúa trình ngẫu nhiên ổn dinh (hay nửa ổn định) nghĩa là qúa trình mà trị số trung bình cửa biến số ngẫu nhiCn khổng phụ thuộc vào thòi gian

Trẽn thực lé có thế chấp nhận rằng sóng là ổn định khi chiètt cao

trung bình và cbu kỹ trung bình chi thay đỗi trong phạm vi ±5% Diều này cho phép phân chia trong biỂu ghi sóng các chu kỳ sống ổn định Ngoài ra có thổ giả thiét ràng sóng có qúa trình ngẵu nhiẽn dùng (ergodic) là qúa trình mà khi biết một sự kiện trong thòi gian dài (khoảng 1 0 -2 0 phút) thì có thế xác định được sự phân bổ xác xuất trong các qha trinh khác tương tự Nói cách khác là trong qúa trinh dừng, toàn

bộ các sự kiộn đưọc thay thế bàng một sự kiộn vòi thòi gian đủ dài.Phưong pháp ngẫu nhiên đi£n hình nhát ià phướng pháp phổ dựa IrỂn sư phan tích phó sóng Trung dư báo sóng thưòng dùng phổ nâng

lưong lá hàm sổ miỀu lá phán bó binh phưong dao động cùa các song

thành phân theo tần số hay theo goc (phổ tàn hay phd góc)

Mỗi thành phàn cỏ một nàng íưọng nhâl dinh bàng 1/2 / ,ga*v/gĩThay 1/8 ỵ hV gH được ký htCu là A2(k) = l/2a2(k) dưọc gọt là hàm só phổ nàng lưong có thé tinh như sau:

A2(k) * — / K (to) cos (Kto) dto2 . (1.38;trong dó:

K* (to) - / " i * 2 (K) co* (Kto) dK

D 2

0

dưoc gọi là hàm số tưong quan

A2(k) có thế tính theo Krưlov như sau:

c, n, m, b - hệ sò hav số mđ dược xác định írên co sò quan trác sóng

tướng ứng vối dồn vị thòi gian

Phổ cớ bản và ticà lũy (hay tóng hớp) ửng vỏi tóc độ gió dược biếu thị như sau (hình 1.8)

Phổ trên ứng vối tntòng họp sóng phát triổn hoàn toàn-Tữ dó ta có thé xác định đà gió và thòi gian gió thói Theo Pierson và một sổ tác giá

* c ữ b ề n b tổng hop

liu »ống phát triln hoàn loàn lúc cỏ lốc độ giỏ nhát định và khi phổ hao

gòm tá! cả mọi sóng thành phản vói làn số lừ k * o d¿n k = <*> có thí

có và V Ố I nâng lưong lòn nhát cùa nó

Thục té thi trạng thát song l»ẾD quan dén thòi gian gió thổi và đà gió tót thiéu va phàn nầng lượng phụ them do gìó thổi dài hôn là bé và có thé bó qua Các tri số lói thiổu trtn phụ thuộc vào tóc độ gió và tâng nhanh theo sự tảng cùa tóc dô gtó Nhưng thực lé tốc độ w > lOUkm/h

It xáy ra dế co thòi gian thối lòn de lạo ra sóng phát trién dầy dữ néu dà

g to đù lón, nín chi có thé xày ra trưỏng họp gió thổi vối tóc độ vừa phải.Î2

Phổ tổng họp năng lượng được biếu thj ửng vỏi tóc độ giô, đà gió, thòi gian gió thổi (Hình 1.9).

Hhh ta Phổ tổng hop n ỉng lưộng sàng th«o Pí*f*on Neumann Jam«*

- - - »ốc độ 06 (nút)

» à gian gió tttdl w

dà ¿6 lý hQ

Chiêu cao trung blah của sóng s í là;

h « i x s / ĩ ?

(E* đoa vị là foot2^ 1 foot = 03040m)

Cách xác địah nâng lưọng như sau:

Néu giao diém của t (thí dụ 20h) vối đưòng E nằm trỏn giao điếm X

= 200hl vỏi đưòng E* thì E* láy theo giao điổm duói (36 fool2), vì diều này nói lên ràng sóng phát triển không hoàn toàn

Nếu hộ thống đưòng thòi gian gió thổi và dưòng dà gió ngư<x nhau thì dế quyét định kích thưỏc sóng nẽn dùng giao diổm của phó vối đu'ông thòi gian gió thổi Sóng dưọc coi là phát tríổn hoàn toàn khi các đUũng nói trốn hoàn toàn không cát phổ, hoàn toàn nằm phía trẽn nó Đổ xác dinh kích thưóc sóng, tốt nhất lầ dùng tung dộ lỏn nhát của phố tại mép biếu dò

Vối biéu dò toàn bộ cùng các dưòng thòi gian gió thổi, đưòng đà gió như trẽn có thể dẻ dàng xác dinh các trị số Ihich họp của E* ứng vối gió

có tóc độ nhất định và tư cổng thức sau của Longuet - Higgins và cộng

sự có thl xác dinh chièu cao sóng h của các sóng có các tần só đảc trưng nhát định:

D ay là cô n g thức nữa kinh nghiệm về phố nảng lượng theo N eum ann cho só n g p h á t trién hoàn toàn.

1 Chiêu cao sóng thưòng m ít hiCn hn

2 Chièu cao trung bình cùa tát cá

3 Chièu cao trung bình tù 1/3 cíc

«óng cao nhít trong bỉng ghi sóng

C ổng thứ c sóng nừa kinh nghiệm của N eu m an n và các b iéu dồ của

P ie rs o n ,N e u m a n n , Ja m e s làm cho việc dự báo sóng thém dớn giản

T ro n g lúc đó, nếu dù n g những cổng thức kinh nghiệm đ ế dự b áo chỉ là

g ằn đ ấ n g và tro n g những trư òng họp n hát định như lúc tóc độ gió lón lại

c h o két qửa qúa cao và như th é iầ không chặt chẻ.

C ó nhiêu tá c giả cố gắng đ ĩ xuát công th ác phổ sóng theó hàm ngáu nhiCn ổn đ ịn h đê tu n ra d ạn g chung khác N eum ann, (bảng 1.7)

P hổ a á n g lượng theo các d ạn g trê n là phổ ỉ chiêu vì chỉ xét như b»¿D

số đ ộ c lập của hầm ngán nhiên th e o thòi gian hay khoảng cách D ố i VÒI

só n g 3 chiêu dữ có nh& n hưống nen càn tó t góc lệch so vỏi hưóng sóng

th e o tra c X L óc này càn xét ph ổ nàng Itíộng 2 chiền A 2(ky0c)

Báng 1.7 Cồng thức p h ổ nàng tượng sổng.

Phổ hầm agáu ahita có thé đUộc xái cả cho hiộa tilộag khóc xạ vầ

ahi£a xạ lốc bổ sang thâm những côag Ihức liea quan.

Ngoài phổ nâng lượng, có thổ xây dựng cả phổ chu kỳ, phổ chiều dài v.v„ hay phổ tia số xuỉt hiộn cúa các đại lưọng của sóng như biên độ sóng (Hìah 1.10)

36

trong V phút

C H Ư Ơ N G Ă

TÍNH TOÁN TRUYỀN SÓNG

2.1 Phta chia kha Dilòc, kha truyỉa sóng

M u ó n x á c đ ịn h đúng lự c lá c d ụ n g c ủ a s ó n g l£n c ổ n g trìn h , trtíỏ c bết chúng ta p h ả i xác đ ịn h đ ú n g lo ại sóng M u ố n th é , c h ứ n g ta p h ả i xem

3 / K hu 111: kh u g ằ n b ò (lú c H s H g h ) c ò n gợi lả khu só n g xô.

4/ K hu IV : k h u sá t b ò hay khu »óng leo.

o m ỏ i kh u n u ố c, có th ế có những só n g khác nh au C á c sóng này x u ất hì£n p h ụ th u ộ c vào tỷ số gi ùa các yếu tổ sóng với ch iêu sâ u , chủ y ếu là

tỷ số h /H , L /H , h ìn h th à n h từ n g khu, d u ọ c gọi là khu tru y è a só n g (h ìn h 2.2^-lkL - chiỀu c a o và c h iè u d à i sóng; H - dộ sầ u n u ố c , tro n g d ó c ó thé

c h ia r a 2 kh u c h in h là:

1/ k h u só n g vở (k h u A )

38

11 kha sóBg khống võ (kha B).

Khu B iại chia ra các khu nhỏ như sau:

- khu só n g dao độ n g b é bổn hay khu sóng sin (khu B l).

- khu só n g d ao độ n g lỏn b ao gồm khu sống M iche (khu B 2), khu sóng c n o id e (khu B 3), khu só n g so litary (khu B4) (xem hình 2.2)

N ó i chung, viộc phân chia khu nưỏc, khu truyèn sống sẽ giúp chúng

ta xác dịnh vị tri và thòi gian xuát hiện các loại sóng đổ từ đó có thé vận dụng lý luận cho tìing lo ại sóng (xem phụ lục 6) và cổng thức tính toán thích họp d é xác định lực tác dụng củ a sóng lèn cổng trinh.

2.2 C á c b iện lượng só n g k h i só n g tru y ề n vào bd

Khỉ só n g tniyèn vào bò, chièu cao và chièu dài sóng giảm d ần , chì có chu kỳ và cả năng lượng có thé giả thiết là khống đổi.

T ro n g q ú a trìn h truyèn vào bò, các yéu t6 sóng thay dổi do sự xuát hiộn cửa các hiện tưọng só n g sau:

1/ Biến dạng sóng: xảy ra do sự giảm dần cửa dộ sâu khi sóng đi thảng vào bò.

2/ K húc xạ sóng (refraction): xày ra lúc địa hình, địa thế đáy bién thay đối khi sóng đi xiên vào bò.

3/ Ntaiíu xạ sóng (diffraction) ; xày

ra khi só n g gập chuông ngại như

Hình 2.2Biếu dồ các khu truyền sóng

dha d e d t b sóng, buộc sóng phii (fi vộag qua đầu ch dóng ngạL

4/ Phản xạ sóng ( reflection) và trùng bọp sóng (interference) xẩy ra

lAc sóng gập ch dỏng ngại như đe chấn sóng, s£ xuit hiện sóng trùng họp apc bộ hay tràng hộp toàn phàn (sóng dứng).

5/ DAag hạ sóng: xảy ra Itc sóng đi vào vùng thu hẹp hay mồ rộng Ngoài cấc hiộa Idộng trta còn cỏ thổ k£them 2 hien M ộng san:

- Sống vô: gòtn loại vò t i xa và vồ ngay tại chia cống trình.

- Sống leo: lea các loại công trình tường díttg, mầi aghieag.

t 3 Tinh taản htển dạng sóng

L*c sống di từ kha nưốc sân vào kha nưốc cạn, do độ sân thay đổì

các yéa tố sóng cũng thay dổi Trong dièa kiea độ dóc dày bé và có định,

nàng lưọng và cha kỳ khổng đổi, ta cố the xác định chiea sống như sav:

ku - h e s ó bién dổi chièa dài sống do biến dạng, k * UtkH, trong

dỏ L Uy bằng L# và H U độ sân tai noi càn xác định sóng

40

L, L - ch ièv dài tường ứng cửa só n g oưốc cạn và sóng nưóc sáu.

C ấ c yéu tố sóng ồ ngoài khới như h , L có thổ xác định theo các

c ô n g thức k in h nghiỆm và nừa kinh nghiệm trình bày ò chương I.

B iến d ạn g của sóng, b iên độ lỏn cổ thổ xác định theo biổu dồ hình 23

đ ư ờ n g đ à u s ố n g củ n g tié n tỏ i so n g s o n g vối đ ư ò n g đ ồ n g sâu N h ư vậy,

d ầ u s ó n g ồ c h ỗ n ư ố c sâ u đ i n h a n h h ô n ò ch ỗ n ư ỏ c cạn G ố c đ i tố i củ a tia số n g ồ c h ỗ n ư ố c s¿ ú : lỏ n ho n g ó c đ i tố i c ủ a tia số n g ò c h ỗ nư ỏc

c ạ n a (aß > a ),a - góc đ i tỏ i c ủ a só n g tức g ó c g iũ a tia só n g và p h á p

kfc - hệ s ố b ié n dổi c h iề u c a o só n g d o b ién d ạ n g và kho xạ, thay dối

kỳ ( H í < Q 5Ls) c ủ a tia s ó n g lú c g ặ p đ ư ò n g đ ồ n g s â u , khi b iế t d ộ s â u

H i - 1/L v à H i + 1/Ls tư ớng ứng vối dư ờng dò n g s â u p h ía s â u h ớ » và

p h ía cạ n h ơ n (h ìn h 2-5)

42