Nghiên cứu giải pháp bảo vệ bờ dạng đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật, ứng dụng bảo vệ khu vực bờ biển tỉnh bạc liêu

Trong nội dung của luận văn, tác giả tập trung vào việc nghiên cứu giải pháp đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật theo các khía cạnh: cách xác định các điều kiện biên thiết kế cho tuyến đê n

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học do chính tôi thực hiện Các kết quả, số liệu trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Đỗ Hữu Linh

LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS Thiều Quang Tuấn là người hướng dẫn trực tiếp tác giả thực hiện luận văn Xin cám ơn Thày đã dành nhiều công sức, trí tuệ và thời gian để tác giả hoàn thành luận văn nghiên cứu đúng thời hạn

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới tập thể Thày, cô giáo khoa Kỹ thuật Biển

đã có những đóng góp quý báu giúp tác giả hoàn thiện luận văn một cách hoàn chỉnh hơn

Cuối cùng, tác giả xin chân thành cám ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động viên, khuyến khích để tác giả hoàn thành luận văn nghiên cứu

Tác giả

Đỗ Hữu Linh

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN BẰNG KẾT CẤU BAO ĐỊA KỸ THUẬT 3

1.1 Tổng quan về giải pháp bảo vệ bờ biển bằng kết cấu dạng bao địa kỹ thuật trên thế giới 3

1.2 Tổng quan về giải pháp bảo vệ bờ biển bằng kết cấu dạng bao địa kỹ thuật tại Việt Nam 7

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC CHO TÍNH TOÁNỔN ĐỊNH ĐÊ NGẦM KẾT CẤU BAO ĐỊA KỸ THUẬT 11

2.1 Các tham số ảnh hưởng 11

2.1.1 Ảnh hưởng của chiều cao lưu không 11

2.1.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ cát được đóng vào bao 12

2.1.3 Ảnh hưởng của độ dốc mái 15

2.1.4 Ảnh hưởng của vật liệu vải 15

2.1.5 Ảnh hưởng của ma sát giữa các bao địa kỹ thuật 18

2.1.6 Ảnh hưởng của sự sắp đặt bao địa kỹ thuật 19

2.2 Xây dựng công thức tính ổn định đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật 20

2.2.1 Sự cần thiết phải thiết lập công thức tính ổn định 20

2.2.2 Các công thức ổn định thủy lực đang tồn tại 20

2.3 Cơ sở xác định khả năng chiết giảm sóng của đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật 25

2.3.1 Hệ số truyển sóng Kt 25

2.3.2 Các nghiên cứu xác định hệ số truyền sóng Kt 25

2.3.3 Mặt bằng bố trí và các đặc trưng hình thái 27

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP ĐÊ NGẦM KẾT CẤU BAO ĐỊA KỸ

THUẬT BẢO VỆ ĐƯỜNG BỜ TỈNH BẠC LIÊU 30

3.1 Giới thiệu về đường bờ tỉnh Bạc Liêu 30

3.1.1 Phạm vi nghiên cứu 30

3.1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 30

3.1.2.1 Vị trí địa lý 30

3.1.2.2 Đặc điểm địa hình 31

3.1.2.3 Khí hậu 31

3.1.2.4 Điều kiện thủy văn 31

3.1.2.5 Điều kiện hải văn 32

3.1.2.6 Điều kiện địa chất 32

3.1.3 Phân tích đặc điểm hệ thống công trình đê, kè biển đã xây dựng 32

3.2 Tính toán thiết kế đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật 33

3.2.1 Mục đích của việc thiết kế 33

3.2.2 Các tài liệu thiết kế 33

3.2.2.1 Tài liệu các mực nước 33

3.2.2.2 Tài liệu sóng nước sâu 35

3.2.2.3 Tài liệu địa hình 36

3.2.2.4 Tài liệu địa chất 36

3.2.3 Các thông số thiết kế 37

3.2.3.1 Mực nước thiết kế 37

3.2.3.2 Xác định sơ bộ độ sâu sóng vỡ 37

3.2.3.3 Lựa chọn vị trí đặt công trình 38

3.2.3.4 Lựa chọn chiều dài của đê ngầm và khoảng cách giữa các đê ngầm 38 3.2.3.5 Chiều cao sóng trước chân công trình 39

3.2.4 Lựa chọn sơ bộ kích thước hình học của đê ngầm 43

3.2.4.1 Hệ số mái đê ngầm 43

3.2.4.2 Bề rộng đỉnh đê ngầm 44

3.2.4.3 Cao trình đỉnh đê thiết kế 45

3.2.5 Thiết kế bao địa kỹ thuật 45

3.2.5.1 Tính toán chỉ số ổn định Ns theo chức năng 45

3.2.5.2 Kiểm tra chỉ số ổn định Ns trong điều kiện cực trị 48

3.2.5.3 Lựa chọn kích thước của vỏ bao và tính toán lượng cát đóng vào bao 49

3.2.6 Thiết kế mặt cắt ngang điển hình 50

3.2.7 Tính toán độ lún ổn định của nền 51

3.2.7.1 Trường hợp tính toán 51

3.2.7.2 Tài liệu phục vụ tính toán 51

3.2.7.3 Phương pháp và phần mềm tính toán 53

3.2.7.4 Mô phỏng mặt cắt tính toán 54

3.2.7.5 Kết quả tính toán theo trạng thái giới hạn 1 54

3.2.7.6 Kết quả tính toán theo trạng thái giới hạn 2 56

3.2.8 Kết luận 58

CHƯƠNG 4: KIẾN NGHỊ QUY TRÌNH THIẾT KẾ ĐÊ NGẦM KẾT CẤU BAO ĐỊA KỸ THUẬT 59

4.1 Đánh giá điều kiện biên áp dụng 59

4.2 Xác định chức năng đê ngầm 61

4.3 Bố trí tuyến xây dựng đê ngầm 62

4.4 Xác định kích thước cấu tạo hình học và lựa chọn kết cấu mặt cắt ngang đê ngầm 62

4.5 Phương án thi công 65

4.6 Công tác duy tu bảo dưỡng đê ngầm 65

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

HÌNH ẢNH

Hình 1-1 Bãi biển tại Sheraton Hotel, Jumeirah trước khi xử lý 3

Hình 1-2 Bãi biển tại Sheraton Hotel, Jumeirah sau khi xử lý 3

Hình 1-3 Thi công bao địa kỹ thuật 4

Hình 1-4 Kè biển Stockton (2009) 4

Hình 1-5 Cửa sông Maroonchy (2005) 5

Hình 1-6 Hình ảnh tác động của sóng bão và thi công lắp bao địa kỹ thuật (2012) 5

Hình 1-7 Mặt cắt ngang đại diện kết cấu bảo vệ bãi (Pauselli 2013) 5

Hình 1-8 Bãi trước Durban trước và sau khi nâng cấp (Pauselli 2013) 6

Hình 1-9 Bãi ngầm nhân tạo được thi công bằng bao địa kỹ thuật (Trường hợp nghiên cứu ở Australia,2000) 6

Hình 1-10 Mặt cắt ngang của đê ngầm được xây dựng năm 1995 7

Hình 1-11 Kè bao quanh bởi bao địa kỹ thuật (Pianc,2011) 7

Hình 1-12 Cắt dọc mỏ hàn 8

Hình 1-13 Cắt ngang mỏ hàn 8

Hình 1-14 Cắt ngang mỏ hàn không neo 9

Hình 1-15 Cắt ngang mỏ hàn có neo 9

Hình 1-16 Sơ đồ bố trí các công trình Stabiplage 9

Hình 2-1 Đường cong ổn định thủy lực mới đối với một kết cấu ngầm (Dassanayake 2013) 12

Hình 2-2 Sự tính toán của thể tích theo lý thuyết ban đầu của bao địa kỹ thuật 13

Hình 2-3 Vải địa kỹ thuật không dệt (Trái) và vải địa kỹ thuật (Phải) (Ảnh: Geosintex,2012) 15

Hình 2-4 Sắp xếp bao địa kỹ thuật nghiêng 15o so với phương nằm ngang(Dassanayake 2013) 19

Hình 2-5 Mặt bằng của các bao địa kỹ thuật liên quan với hướng sóng (Christophe

Marc Eric Baret 2013) 19

Hình 2-6: Hình minh họa sự chiết giảm sóng tới qua đê ngầm 25

Hình 2-7: Các định nghĩa đối với các công trình ngầm 28

Hình 2-8: Các đặc trưng đường bở thông qua mô hình toán như là một hàm của sự truyền sóng và sự kiểm định tiếu chí được đề xuất theo Hanson & Kraus, 1990 29

Hình 3-1: Đoạn đường bờ nghiên cứu 30

Hình 3-2: Hiện trạng một số công trình đê biển tại tỉnh Bạc Liêu 33

Hình 3-3: Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 103 (105o29’, 9o05’) Long Điền Tây, Gia Rai, Bạc Liêu 34

Hình 3-4: Hoa sóng khí hậu ở nước sâu tại trạm Vũng Tàu 35

Hình 3-5: Mặt cắt ngang bãi 36

Hình 3-6: Độ sâu sóng vỡ của sóng khí hậu 37

Hình 3-7: Tham số sóng cực trị nước sâu 40

Hình 3-8: Phân bố truyền sóng ngang bờ của sóng cực trị 41

Hình 3-9: Phân bố chiều dài sóng với sóng cực trị 41

Hình 3-10: Tham số sóng khí hậu nước sâu 42

Hình 3-11: Phân bố truyền sóng ngang bờ của sóng khí hậu 42

Hình 3-12: Phân bố chiều dài sóng với khí hậu 43

Hình 3-13: Kích thước bao địa kỹ thuật dài 2.50m 50

Hình 3-14: Mặt cắt ngang đê ngầm 51

Hình 3-15Mô phỏng mặt cắt tính toán 54

Hình 3-16 Mặt trượt sâu vào trong nền 55

Hình 3-17 Hệ số an toàn tổng thể SF 55

Hình 3-18: Lực kéo trong vải địa kỹ thuật 56

Hình 3-19 Chuyển vị đứng của các nền 56

Hình 3-20 Chuyển vị tại các điểm trong lớp đất 2 trên đường thẳng qua tâm đê 57 Hình 3-21 Chuyển vị thẳng đứng của các điểm dưới đáy móng 57 Hình 3-22 Áp lực nước lỗ rỗng dư trong nền 57

BẢNG BIỂU

Bảng 2-1: Các đặc tính vật lý của polypropylene polymers (PP) (PIANC, 2011) 16

Bảng 2-2: Các cường độ của các kiểu nối khác nhau (được tra từ PIANC, 2011) 16

Bảng 2-3: Các góc ma sát và các hệ số ma sát được xác định từ thí nghiệm cắt trực tiếp( Naue,2004; Reico,2007) 17

Bảng 2-4: Bảng các công thức tổng quát tính ổn định của đê ngầm 22

Bảng 3-1: Các thông số kinh nghiệm Dassanayake (2013) 46

Bảng 3-2 Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất 51

Bảng 4-1: Các thông số kinh nghiệm Dassanayake (2013) 64

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trước thực trạng xói lở bờ biển ngày một nghiêm trọng, để khai thác hết các tiềm năng của biển và hạn chế những tác hại của biển gây ra, Nhà nước ta đã đầu tư cho nhiều dự án, công trình bảo vệ bờ biển Bên cạnh phương án truyền thống là đê,

kè bảo vệ bờ biển bằng kết cấu và vật liệu truyền thống như bê tông, đá… nhiều nơi

đã xây dựng thử nghiệm bằng các công nghệ mới, đó là bằng vải địa kỹ thuật chứa cát ở trong tạo ra những giải pháp mềm chống xói lở bờ biển

Những kết cấu kè mềm này ngoài nhiệm vụ chống xói lở bờ biển có nhiều ưu điểm như thân thiện với môi trường, tạo cảnh quan môi trường, sử dụng vật liệu sẵn

có tại địa phương là cát để bảo vệ bờ biển, giảm giá thành các công trình xây dựng Xuất phát từ những nhiệm vụ đó bằng các nguồn vốn khác nhau, các dự án thử nghiệm một số hệ thống kè mỏ hàn mềm sử dụng công nghệ của Pháp, Hà Lan, Đài Loan… tại những bờ biển bị xói lở như: tại Phú Thuận – Phú Vang- Thừa Thiên Huế, tại Tam Hải – Núi Thành – Quảng Nam, tại Đồi Dương – Phan Thiết - Bình Thuận, tại cửa Lộc An - Đất Đỏ- Bà Rịa – Vũng Tàu Tuy nhiên, những kết cấu trên trong quá trình sử dụng thực tế đã bộc lộ nhiều khuyết điểm Chính vì thế, việc nghiên cứu thêm các giải pháp để bảo vệ đường bờ là cần thiết để khác phục những khiếm khuyết của những phương pháp khác Trong luận văn, tác giả đã đi sâu vào nghiên cứu và ứng dụng giải pháp đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật như là một giải pháp bảo vệ đường bờ hiệu quả

2 Mục đích của đề tài

Trong nội dung của luận văn, tác giả tập trung vào việc nghiên cứu giải pháp

đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật theo các khía cạnh: cách xác định các điều kiện biên thiết kế cho tuyến đê ngầm, cách bố trí mặt bằng đê ngầm, các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của đê ngầm vv Từ đó mục đích cuối cùng của luận văn cần đạt được đó là:

- Xây dựng các kiến nghị cho thiết kế đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật

- Áp dụng các kết quả nghiên cứu đạt được vào điều kiện thực tế của đường

bờ tỉnh Bạc Liêu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Các khu vực có đặc điểm địa chất mềm yếu, các điểu kiện sóng thiết kế là tương đối nhỏ Cỡ dưới 2.0m nhằm đặc bảo cho kích thước bao địa kỹ thuật là khả thi trong quá trình thiết kế cũng như thi công

Phạm vi nghiên cứu cụ thể là khu vực đư ờng bờ tỉnh Bạc Liêu và các đư ờng

bờ lân cận

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết được các yêu cầu trên đây, tác giả đã lựa chọn các hướng tiếp cận một cách toàn diện, đa chiều, từ đánh giá, kế thừa các kết quả, phương pháp nghiên cứu đã thực hiện, đến phân tích đầy đủ các cơ sở khoa học vững chắc để xây dựng các kiến nghị thiết kế Trên cơ sở đó ứng dụng vào các điều kiện thực tế của đường bờ nhằm giải quyết được các mục đích cụ thể Cụ thể, các hướng tiếp cận đã bao gồm:

- Kế thừa: Đề tài thu thập, phân tích và đánh giá các nghiên cứu, đề tài, dự

án liên quan để có cách nhìn tổng quan nhất về các vấn đề liên quan đã và đang được nghiên cứu

- Thực tế: Đề tài đã đi sâu phân tích các tham số ảnh hưởng đến sự ổn định

của kết cấu đê ngầm kết hợp với phân tích các điều kiện hải văn, địa hình đường bờ khu vực Tỉnh Bạc Liêu để từ đó tính toán giải pháp đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật cho phù hợp với điều kiện cụ thể

- Tổng hợp: Đề tài đã tổng hợp các nghiên cứu từ trước về các giải pháp bảo

vệ bờ nói chung và giải pháp bảo vệ bờ bằng bao địa kỹ thuật nói riêng để từ đó đưa

ra một giải pháp bảo vệ mới đó là giải pháp bảo vệ bờ bằng đê ngầm kết cấu bao địa

kỹ thuật

- Dựa trên cơ sở khoa học: Hướng tiếp cận dựa trên một cơ sở khoa học

vững chắc sẽ tạo điều kiện định hướng đúng đắn cho mọi nghiên cứu Đề tài đã dựa vào các tham số ảnh hưởng để đưa ra phương pháp tính toán ổn định cho bao địa kỹ thuật

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN BẰNG

KẾT CẤU BAO ĐỊA KỸ THUẬT 1.1 Tổng quan về giải pháp bảo vệ bờ biển bằng kết cấu dạng bao địa kỹ thuật trên thế giới

Giải pháp bảo vệ bờ biển bằng kết cấu bao địa kỹ thuật đã được tiến hành đầu tiên cách đây 50 năm ở một số nước như Mỹ, Australia… Những dự án tiêu biểu đã thực hiện trên thế giới được kể tên dưới đây

Dự án “Các công trình bảo vệ bãi biển khẩn cấp” tại Sheraton Hotel, Jumeirah Chủ đầu tư là Waagner Biro Gulf LLC Đơn vị thi công là Ecocoast Hiện trạng công trình là bãi nơi làm sân chơi bị xói mạnh Giải pháp đưa ra: Ecocoast đã thi công tường dài 40m với 5 hàng tùi cát 5T Giải pháp này là lâu bền hơn và thiết kiệm hơn với việc nuôi bãi

Hình 1-1 Bãi biển tại Sheraton Hotel, Jumeirah trước khi xử lý

Hình 1-2 Bãi biển tại Sheraton Hotel, Jumeirah sau khi xử lý

Dự án “Các hạng mục cải tạo bãi và bảo vệ biển” Chủ đầu tư là Nhà đầu tư khách sạn Tanzania Đơn vị thi công là Ecocoast Hiện trạng công trình là đường

bờ đá dài 300m, bãi phía trước được tạo bởi việc nuôi bãi bị xói nghiêm trọng Giải pháp đưa ra: Ecocoast đã thi công tường bằng tùi cát 5T Giải pháp này kết hợp với các groyne

Hình 1-3 Thi công bao địa kỹ thuật

Bãi biển Stockton tại Newcastle, Australia, thiết kế kè bao địa kỹ thuật dài 48m, cao 4.5m với hai hàng bao địa kỹ thuật, hệ số mái dốc kè m= 1.5 Bao địa kỹ thuật có thể tích danh nghĩa là 0.75m3

Hình 1-4 Kè biển Stockton (2009)

Bãi biển Maroochydore ở Queenland, Australia, hệ thống 3 groyne được thi công để bảo vệ lối vào cửa sông Cửa sông trực diện với biển với chiều cao sóng có nghĩa nước sâu tới 8m trong suốt thời gian bão và chiều cao sóng giới hạn độ sâu trước chân công trình là 3.0m Các groyne dài 100m, rộng 2.5m, được thi công với các bao địa kỹ thuật 2.5m3

Hình 1-5 Cửa sông Maroonchy (2005)

Dự án nâng cấp bãi trước Durban, tỉnh KwaZulu-Natal, miền Đông Nam Phi dài 7km và rộng 17m được bắt đầu từ tháng 6 năm 2009 và kết thúc vào tháng 7 năm 2013 Các bao địa kỹ thuật được sử dụng có kích thước 2.1 x 1.8 x 0.55m, gồm hai lớp bao

Hình 1-6 Hình ảnh tác động của sóng bão và thi công lắp bao địa kỹ thuật (2012)

Hình 1-7 Mặt cắt ngang đại diện kết cấu bảo vệ bãi (Pauselli 2013)

Hình 1-8 Bãi trước Durban trước và sau khi nâng cấp (Pauselli 2013)

Dự án “Bãi ngầm Narrowneck” ở Australia Để bảo vệ chức năng của bãi biển dọc theo mặt cắt ngang quan trọng cũng như cải thiện các điều kiện sóng vỗ, một bãi ngầm nhân tạo đã được thi công với 400 bao địa kỹ thuật được đặt ở đáy biển Bãi ngầm này được thi công trong năm 2000 và đã chứng minh tính hiệu quả trong việc bảo dưỡng chức năng của bãi

Hình 1-9 Bãi ngầm nhân tạo được thi công bằng bao địa kỹ thuật (Trường hợp

nghiên cứu ở Australia,2000)

Dự án “Đê ngầm bằng túi cát bảo vệ bờ biển dọc theo vùng ven biển Emilia Romagna, Biển Adriatic, Italy”

Hình 1-10 Mặt cắt ngang của đê ngầm được xây dựng năm 1995

Dự án “Kè bao quanh bằng bao địa kỹ thuật”, ở Kliffende Haus, Đức Người

ta cho rằng một trong những ứng dụng của bao địa kỹ thuật là ở Kliffende Haus Một bề mặt bờ đá đang xói nhanh đặt ngôi nhà cổ kính trong sự nguy hieenmr của việc rơi xuống biển một công trình kè bao quanh bởi bao địa kỹ thuật được xây dựng năm 1990 để tạm dừng sự xói lở mũi đá Điều này chứng tỏ sự hiệu quả cũng như có thể được trong bức ảnh bên dưới

Hình 1-11 Kè bao quanh bởi bao địa kỹ thuật (Pianc,2011)

1.2 Tổng quan về giải pháp bảo vệ bờ biển bằng kết cấu dạng bao địa kỹ thuật tại Việt Nam

Giải pháp bảo vệ bờ biển bằng kết cấu dạng bao địa kỹ thuật vẫn chưa được xem xét một cách đấy đủ cả về đặc tính cũng như chức năng giảm sóng, tạo bãi và tạo cảnh quan môi trường

Hiện tại ở Việt Nam vẫn đang chú trọng giải pháp bảo vệ bờ bằng kết cấu mỏ hàn dạng geotube đƣợc thiết kế và thi công bằng cách bơm cát vào các ống địa kỹ thuật đã đƣợc định tuyến trên lớp vải lót

Một số công trình dạng kết cấu mỏ hàn dạng geotube đã đƣợc thiết kế và thi công có thể đƣợc kể đến nhƣ sau:

- Hệ thống mỏ hàn mềm tại Cát Hải – Hải Phòng Công trình có lý trình từ K5+306 đến K6+566 do Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Hải Phòng làm chủ đầu tƣ, Trung tâm Tƣ vấn kỹ thuật về Đê điều – Cục quản lý đê điều và phòng chống lụt bão thiết kế và thi công thử nghiệp

120 40

20 130 150

- Công trình xử lý khẩn cấp chống sạt lở bờ biển khu vực Phú Thuận – Tỉnh Thừa Thiên Huế do Chi cục Phòng chống lụt bão và quản lý đê điều tỉnh Thừa Thiên Huế làm chủ đầu tư, Công ty Espace pur - Pháp là đơn vị thiết kế, thi công và chuyển giao công nghệ

Hình 1-14 Cắt ngang mỏ hàn không neo

Hình 1-15 Cắt ngang mỏ hàn có neo

- Công trình: Thí điểm xử lý chống xói lở bờ biển bằng công nghệ Stabiplage tại vùng Lộc An – huyện Đất Đỏ do do Sở Khoa học và Công nghệ Bà Rịa Vũng Tàu làm chủ đầu tư, công ty TNHH tư vấn xây dựng làm đơn vị thiết kế Công trình song song với đường bờ: Dài 80m, rộng 5m và cao 2m bằng vật liệu Geocomposit 2 lớp: vỏ bọc bảo vệ bằng Polyester với lưới lọc bên trong kiểu không dệt bằng Polypropylene

Hình 1-16 Sơ đồ bố trí các công trình Stabiplage

Nhìn chung, dạng kết cấu bảo vệ bờ mềm Stabiplage sau một thời gian sử dụng xuất hiện một số hạn chế như: lớp geosynthetic bị phá hủy dưới tác động của môi trường biển, ánh sáng mặt trời Mặt khác, theo đặc điểm thi công thì sẽ phải để lại các lỗ trên các khoang của kè mềm để bơm cát vào nên khi các lỗ này sau này rất xảy ra sự dò rỉ cát gây hư hỏng cho toàn bộ hệ thống mỏ hàn Những hạn chế của kết cấu bảo vệ bờ mềm Stabiplage sẽ được giải quyết bằng kết cấu bảo vệ bờ dạng bao địa kỹ thuật Trong chương tiếp theo chúng ta sẽ đi vào việc nghiên cứu sự ổn định của dạng kết cấu này

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC CHO TÍNH TOÁN

ỔNĐỊNH ĐÊ NGẦM KẾT CẤU BAO ĐỊA KỸ THUẬT

2.1 Các tham số ảnh hưởng

2.1.1 Ảnh hưởng của chiều cao lưu không

Phù hợp với Oumeraci và cộng sự (2003), sự ổn định thủy lực của các bao địa kỹ thuật trên đỉnh phụ thuộc ban đầu vào chiều cao lưu không tương đối

𝑅𝐶 ∗ =𝑅𝐶

𝐻𝑠ngược lại sự ổn định thủy lực trên mái dốc của các bao địa kỹ thuật lại phụ thuộc cơ bản vào chỉ số tương tự sóng vỡ Tuy nhiên, dữ liệu từ các kết quả thí nghiệm hiện tại chỉ ra rằng các bao địa kỹ thuật trên đỉnh của các công trình đỉnh thấp hoặc ngập trong nước là phụ thuộc một cách mạnh mẽ vào cả chiều cao lưu không và cả thông số tương tự sóng vỡ Do đó, các đường cong ổn định thủy lực đối với các chiều cao lưu không khác nhau được phát triển dựa trên một thể loại hư hỏng; “sự dịch chuyển ban đầu”

Một cách lý tưởng, một đường cong ổn định thủy lực đơn nên được tìm ra thứ mà có thể mô tả ứng xử của các công trình bao địa kỹ thuật đỉnh thấp hoặc ngập trong nước với các chiều cao lưu không lớn hơn 0 hoặc nhỏ hơn 0 khác nhau Vidal

và cộng sự (1992) đã chỉ ra một mối quan hệ với chiều cao lưu không tương đối và chỉ số ổn định (𝑅𝐶∗ = 𝐻𝑠

𝐷50)của đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng bằng cách cân nhắc bốn loại hư hỏng khác nhau Khả năng phát triển một mối liên hệ tương tự đối với các công trình bao địa kỹ thuật đỉnh thấp hoặc ngập trong nước cũng đã được kiểm tra một cách chi tiết trong các nghiên cứu hiện nay Dựa trên sự phân loại hư hỏng mới, Dassanayake (2013) đã phát triển một đường cong ổn định thủy lực mới hơn thế nữa, các vùng khác nhau được phân chia để đánh giá các hư hỏng mong muốn tới các kết cấu bao địa kỹ thuật, khi các điều kiện sóng thiết kế vượt quá

Hình 2-1 Đường cong ổn định thủy lực mới đối với một kết cấu ngầm

(Dassanayake 2013) Nhìn trên Hình 2-1 chúng ta có thể thấy rằng ở mức độ “hư hỏng” là “sự dịch chuyển mới bắt đầu” thì chiều cao lưu không hiệu chỉnh 𝑅∗=

𝑅 𝐶

𝐻 𝑚

𝜉𝜊 là nằm trong khoảng -0.25 đến -0.2

2.1.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ cát được đóng vào bao

Tỷ số cát được đóng vào bao địa kỹ thuật đã được định nghĩa như là một thông số quan trọng đối với sự ổn định thủy lực của các công trình kết cấu bao địa

kỹ thuật (Venis 1967, Grune 2006, Oumeraci và cộng sự 2007, Oumeraci và Reico

2010, Wilms và cộng sự 2011) Nó ảnh hưởng khả năng biến dạng của các bao địa

kỹ thuật, sự dịch chuyển của cát trong bao, và sức kháng chống lại sự trượt, thứ mà ảnh hưởng một cách trực tiếp đến sự ổn định thủy lực của một công trình kết cấu bao địa kỹ thuật Oumeraci và cộng sự (2007) đã trình bày một nghiên cứu tính hệ thống để xác định tỷ lệ cát tối ưu đối với bao địa kỹ thuật được sử dụng cho bảo vệ

hố xói của cọc đơn ngoài khơi để chống lại sóng bão trong máng sóng lớn Hannover, Đức Phù hợp với những gì họ tìm được, sự ổn định tăng lên với việc tăng lên của tỷ lệ cát trong bao Một ứng xử tương tự của bao địa kỹ thuật cũng được trình bày bởi Wilms và cộng sự (2011) được dựa trên một loạt các thí nghiệm

tỷ lệ lớn trên máng sóng Do đó, không chỉ trọng lượng của bao địa kỹ thuật mà tỷ

lệ cát cũng ảnh hưởng đáng kể đến sự ổn định của sự ổn định thủy lực của một bao địa kỹ thuật nằm trên đáy biển

Do đó, Oumeraci và Recio (2010) đã khuyến nghị thêm nghiên cứu mang tính hệ thống để khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cát trên các cơ chế hư hỏng thủy lực của bao địa kỹ thuật Hơn thế nữa, tỷ lệ cát ảnh hưởng một cách cân nhắc sự thể hiện một cách lâu dài của các kết cấu bao địa kỹ thuật Từ đó, nghiên cứu tương lai nên được trực triếp hướng vào việc xác định một tỷ lệ cát tối ưu bằng việc tính toán đối với các đặc tính biến dạng của vải địa kỹ thuật và bằng việc cân bằng giữa ưu điểm và hạn chế của tỷ lệ cát cao và trung bình Do đó nó được cân nhắc một cách tới hạn ảnh hưởng trên sự ổn định thủy lực và sự thực hiên một cách lâu dài, các tiêu chuẩn tương lai và các chỉ dẫn nên xử lý các vấn đề tỷ lệ cát của bao địa kỹ thuật một cách rõ ràng (Oumeraci và Recio, 2010, Wisniewski và cộng sự 2012)

Mặc dù vậy tỷ lệ cát được tìm thấy là một hệ số chủ yếu kiểm soát sự ổn định thủy lực của bao địa kỹ thuật, không có một công thức nào trong số các công thức

ổn định đang tồn tại dành cho thiết kế bao địa kỹ thuật mà đề cập đến tỷ lệ cát Hơn thế nữa, các định nghĩa hiện tại đối với tỷ lệ cát là rất mơ hồ và không đáp ứng một cách thích đáng trong tính toán thực hành Để vượt qua những trở ngại của các định nghĩa đang tồn tại về tỷ lệ cát, một định nghĩa mới được phát triển dựa trên thể tích ban đầu của một bao vải địa được thổi phồng và khối lượng thể tích khô của cát Hình dạng của bao địa kỹ thuật ban đầu là phẳng và hai chiều Nó được thêm cát và trở thành một cái gối ba chiều Hình dạng cuối cùng của bao địa kỹ thuật có một hình dạng phức tạp thứ mà thực sự khó khăn để lý tưởng hóa bằng một hình dạng đơn giản Do đó, sự tính toán thể tích lớn nhất của một bao địa kỹ thuật được thêm cát đầy đủ đang là thách thức

Hình 2-2 Sự tính toán của thể tích theo lý thuyết ban đầu của bao địa kỹ thuật

Phù hợp với Robin (2004), khi các kích thước của một bao chữ nhật phẳng, thứ mà chịu dãn cũng như chịu cắt, với các kích thước a, b, các ranh giới cho thể tích lớn nhất (Vmax) của một cái bao được đóng đạt được bằng làm phồng bao một cách đầy đủ được đưa ra xấp xỉ bởi:

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 𝑎3 𝑏

𝜋𝑎− 0.142(1 − 10

−𝑏𝑎) Trong đó:

- a = chiều dài của bao địa kỹ thuật [m]

- b = bề rộng của bao địa kỹ thuật [m]

Thể tích thực sự (V thực sự) của một bao địa kỹ thuật riêng biệt được tính toán dựa trên khối lượng của nó và khối lượng thể tích của vật liệm thêm Tỷ lệ cát được thêm có thể được diễn tả như:

𝑇ỷ 𝑙ệ 𝑐á𝑡 𝑡𝑕ê𝑚 = 𝑉𝑡𝑕ự𝑐 𝑠ự

𝑉𝑙ý 𝑡𝑕𝑢𝑦 ế𝑡𝑥 100 Trong đó:

- 𝑉𝑡𝑕ự𝑐 𝑠ự =𝑘𝑕ố𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑡ú𝑖 đị𝑎 𝑘ỹ 𝑡𝑕𝑢ậ𝑡

𝜌 𝑠

- 𝜌𝑠 = khối lượng thể tích của vật liệu thêm vào (kg/m3)

Dassanayake và Oumeraci (2012) đã thực hiện các thí nghiệm vật lý để thiết lập tỷ lệ thêm vật liệu tối ưu đối với sự ổn định thủy lực của bao địa kỹ thuật Các thí nghiệm đã được thiết kế để kiểm tra sự ổn định thủy lực của các bao địa kỹ thuật với các tỷ lệ thêm vật liệu khác nhau Qua các thí nghiệm mô hình này họ đã tìm ra rằng tỷ lệ cát thêm vào tối ưu là nằm giữa 90%-100% Điều này dẫn tới chống lại các nghiên cứu trước đây thứ mà được khuyến nghị rằng tỷ lệ cát không nên vượt quá 80% như vậy bao địa kỹ thuật sẽ quá cứng và do đó sẽ không có khả năng điều chỉnh theo nền cát hoặc các bao địa kỹ thuật xung quanh (PIANC, 2011) Dassanayake và Oumeraci (2012) giải thích rằng nguyên nhân đằng sau sự ổn định thủy lực lớn hơn của các bao địa kỹ thuật với tỷ lệ cát lớn hơn (100%) so với tỷ lệ cát thông thường (80%) là có thể do ưu điểm của việc tăng trọng lượng và khả năng thấm quan trọng hơn so với nhược điểm và chiều dài và diện tích tiếp xúc giảm xuống

2.1.3 Ảnh hưởng của độ dốc mái

Christophe Marc Eric Baret (2013) đã tiến hành thí nghiệm mô hình vật lý trong máng sóng để khảo sát ảnh hưởng của độ dốc mái đê đến sự ổn định thủy lực của kết cấu kè dạng bao địa kỹ thuật Kết quả thí nghiệm với các mái dốc khác nhau: m =1.0; m = 1.5; m = 2.0 đã chỉ ra độ dốc của mái là m = 1.0 cho độ ổn định thủy lực là cao nhất

2.1.4 Ảnh hưởng của vật liệu vải

Vật liệu vải địa kỹ thuật thường được sử dụng để sản xuất bao địa kỹ thuật các vật liệu vải địa kỹ thuật có thể được phân chia thành ba nhóm chính (PIANC, 2011):

- Vải địa kỹ thuật được dệt: được sản xuất bởi việc đan vào nhau hai hoặc nhiều sợi nhỏ, thường xuyên tại các góc phải

- Các vải địa kỹ thuật không dệt: được sản xuất bởi các sợi được định hướng một cách ngẫu nhiên, thứ mà được liên kết một cách cơ học, nhiệt học hoặc hóa học hoặc là một cách kết hợp các loại đó

- Các vải địa kỹ thuật được đan chặt: được sản xuất bởi một hoặc các sợi nhỏ

Hình 2-3 Vải địa kỹ thuật không dệt (Trái) và vải địa kỹ thuật (Phải) (Ảnh:

Geosintex,2012) Phần lớn vải địa kỹ thuật được làm từ polypropylene polymers (PP) thứ mà các đặc tính vật lý được chỉ ra trong Bảng 2-1bên dưới Các vải địa kỹ thuật được dệt và được gắn chặt được sử dụng khi cường độ kéo cao là được yêu cầu và các vải địa kỹ thuật không được dệt được sử dụng khi khả năng biến dạng, tính thô và độ

thấm đối với hiệu quả tầng lọc được yêu cầu (PIANC, 2011) Các đặc tính của vải địa kỹ thuật không được dệt làm cho nó lý tưởng đối với việc sử dụng trong ứng dụng bao địa kỹ thuật

Bảng 2-1: Các đặc tính vật lý của polypropylene polymers (PP) (PIANC, 2011)

Như là sự rõ ràng từ Bảng 2-1 bên trên, độ căng (biến dạng) điều mà một vải địa kỹ thuật có thể chống lại trước khi bị phá hoại là tương đối cao Đặc tính căng này ảnh hưởng đến biến dạng của bao địa kỹ thuật thứ mà quay lại gây ra hạ thấp tỷ

lệ cát

Cường độ hiệu quả của một vải địa kỹ thuật phụ thuộc vào mức độ kéo lớn,

sự liên kết của các đường nối Cường độ các đường nối phụ thuộc vào kiểu may vải địa (PIANC, 2011) Trong trường hợp của bao địa kỹ thuật , thứ mà thường xuyên được thêm và bịt kín ngoài công trường, cường độ của điểm khâu có thể khác nhau

từ 30-70% của cường độ của vải địa kỹ thuật Một tổng quan các kiểu đường nối và các hiệu quả của nó được chỉ ra trong Bảng 2-2

Bảng 2-2: Các cường độ của các kiểu nối khác nhau (được tra từ PIANC,

2011)

được khâu ở phía mép vải

Đường nối kiểu Prayer 30-50 % cường độ của vải

Đường nối kiểu bướm 40-70 cường độ của vải

Kiểu đường nối Mô tả Cường độ của một đường nối, được khâu ở phía mép vải

Đường nối kiểu J 30-60 % của cường độ của vải

Đường nối kiểu J đôi 50-70 % cường độ của vải

Đường nối kiểu Z > 70 % cường độ của vải Kiểu đường nối này có thể chỉ được

làm trong xưởng

Hệ số ma sát và góc ma sát trong của các vật liệu vải địa kỹ thuật được sử dụng đối với bao địa kỹ thuật có một ảnh hưởng đáng kể đến công trình đê ngầm khi người ta cân nhắc ảnh hưởng này trên ma sát mặt tiếp xúc các bao địa kỹ thuật lân cận, và do đó trên sự ổn định tổng thể của đê ngầm bao địa kỹ thuật Một cách ban đầu, các thí nghiệm cường độ cắt trực tiếp được sử dụng để xác định các góc

ma sát trong và các hệ số ma sát của các vật liệu vải địa kỹ thuật (như được chỉ ra trong Bảng 2-3) Tuy nhiên, một số thí nghiệm gần đây (Krah(2007) đã thực hiện những thí nghiệm cắt trực tiếp giữa các bao địa kỹ thuật và đã tìm ra cường độ cắt giữa các bao địa kỹ thuật là lớn hơn giữa các vật liệu bao với nhau

Vải địa kỹ thuật

Các vật liệu mặt tiếp xúc Góc ma

sát

Hệ số ma sáttan 

Vải địa kỹ thuật

2.1.5 Ảnh hưởng của ma sát giữa các bao địa kỹ thuật

Cơ chế lấy lại cânbằng của bao địa kỹ thuật đã được quan sát không chỉ trong suốt các thí nghiệm trong phòng (Oumeraci, 2003, 2007), mà còn trong các dự

án thực tế (Jackson, 2006) Recio (2007) đã nỗ lực để khảo sát qua thí nghiệm và phương pháp số quá trình cân bằng lại của các bao địa kỹ thuật từ một kè kết cấu bao địa kỹ thuật do tác động sóng và được kết luận rằng ma sát mặt giữa các bao địa

kỹ thuật ảnh hưởng một cách đáng kể sự ổn định của các công trình bao địa kỹ thuật Mặc dù các công thức được đề nghị bởi Racio (2007) tính toán đối với ma sát mặt giữa các bao địa kỹ thuật, ảnh hưởng của các đặc tính ma sát mặt vẫn không rõ ràng hoặc được kiểm định qua thí nghiệm

Ma sát mặt chủ yếu phụ thuộc vào: các đặc tính ma sát của vật liệu vải địa kỹ thuật (cả ngắn hạn và dài hạn), diện tích tiếp xúc giữa hai bao địa kỹ thuật, chiều dài tiếp xúc (mái phía biển), tỷ lệ cát (hình dạng của bao địa kỹ thuật), kiểu vật liệu … Đến tận gần đây, các kết quả thí nghiệm đã đạt được bởi các phương pháp kiểm tra ứng suất cắt trực tiếp chỉ là những số liệu để đánh giá ma sát giữa các bao địa kỹ thuật Trong những năm gần đây, một vài nghiên cứu đã tìm ra để hiểu biết về cường độ kháng cắt trên mặt tiếp xúc của một mái các bao địa kỹ thuật (Krahn và cộng sự 2007, Matsushima và cộng sự, 2008) Krahn và cộng sự (2007) đã dẫn ra thí nghiệm cắt tỷ lệ lớn của của các bao địa kỹ thuật và các vật liệu làm đê khác Matsushima và công sự (2008) cũng tìm ra các thí nghiệm chất tải tỷ lệ thực với các bao địa kỹ thuật Những công trình này cung cấp thêm những sự hiểu biết trong các đặc tính kháng cắt của các bao địa kỹ thuật Sự tìm kiếm đầy triển vọng của các nghiên cứu của Krahn và cộng sự (2007) là cường độ kháng cắt mặt tiếp xúc giữa

các bao địa kỹ thuật là lớn hơn so với sức kháng nội tại của các vật liệu trong chèn Hơn thế nữa, các nghiên cứu đó chỉ ra rằng các ước lượng ma sát bề mặt giữa các bao địa kỹ thuật sử dụng phương pháp cắt trực tiếp với các mẫu vải địa kỹ thuật là không đúng đắn việc trương nở của cát khi các bao địa kỹ thuật trượt lên nhau trong suốt các biến dạng cắt lớn

2.1.6 Ảnh hưởng của sự sắp đặt bao địa kỹ thuật

Dassanayake (2013) trong thí nghiệm mô hình của mình đã chỉ ra rằng chỉ số

ổn định khi sắp xếp các bao địa kỹ thuật nghiêng một góc 15o sẽ tăng lên tới 30% so với việc đặt bao địa kỹ thuật nằm ngang

Hình 2-4 Sắp xếp bao địa kỹ thuật nghiêng 15o so với phương nằm ngang(Dassanayake 2013)

Christophe Marc Eric Baret (2013) đã tiến hành thí nghiệm mô hình vật lý trong máng sóng đã chỉ ra sự ổn định thủy lực của công trình là lớn hơn khi các bao địa kỹ thuật được đặt theo hướng song song với hướng sóng đến hay cạnh dài nhất của bao là song song với hướng sóng

Hình 2-5 Mặt bằng của các bao địa kỹ thuật liên quan với hướng sóng

(Christophe Marc Eric Baret 2013)

2.2 Xây dựng công thức tính ổn định đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật

2.2.1 Sự cần thiết phải thiết lập công thức tính ổn định

Do tính mềm dẻo của bao địa kỹ thuật và trọng lượng riêng của bao địa kỹ thuật là nhỏ hơn khi được so sánh với đá hoặc các cấu kiện lớp phủ bằng bê tông, vì thế mà ứng xử của bao địa kỹ thuật khi chịu tác động của các tải trọng bên ngoài là rất khác

2.2.2 Các công thức ổn định thủy lực đang tồn tại

Nhóm 1: Các công thức được thiết kế từ trước kia sử dụng công thức ổn định thủy lực đối với các lớp khối khủ đá chẳng hạn như công thức Hudson (1956) Chỉ

có trọng lượng của bao địa kỹ thuật được cân nhắc tương tự một số kết cấu bờ biển thông thường khác

Nhóm 2: Các công thức Hudson không bao gồm chu kì sóng mà bao gồm các

hệ số kinh nghiệm kD thứ mà không phù hợp với các kết cấu bao địa kỹ thuật ứng

xử trước các tải trọng sóng là khác so với các cấu kiện lớp phủ cứng Do đó, Wouters (1998) đã đề xuất một công thức ổn định mới đối với các bao địa kỹ thuật dựa trên công thức Hudson và dữ liệu thí nghiệm trước đó (Bouyze và Schram 1990) Công thức mới này được phát triển một cahs rõ ràng đối với các kết cấu dạng bao địa kỹ thuật bằng việc giới thiệu một chỉ số ổn định đã hiệu chỉnh (Ns) thứ mà tính toán đối với chu kì sóng thông qua chỉ số Irribaren o, cùng với một hệ số kinh nghiệm mới Cw như một sự thay thế thích hợp đối với kd:

Trong đó:

Ns = số ổn định [-]

Hs = chiều cao sóng có nghĩa đến [m]

w = khối lượng riêng của nước biển [kN/m3]

GSB = khối lượng riêng của bao địa kỹ thuật [kN/m3]

Cw = thông số kinh nghiệm được dẫn ra từ các thí nghiệm ổn định thủy lực[-]

D = chiều dày của lớp phủ [m]

α = góc mái dốc của công trình bao địa kỹ thuật [o]

Lo = gT2/(2𝜋) = chiều dài sóng nước sâu được tính toán sử dụng chu kì sóng trung bình [m]

Gần đây hơn, Oumeraci và cộng sự(2002) đã đề xuất công thức mới sử dụng chỉ số ổn định được đề xuất bởi Wouters (1998) và được dựa trên các thí nghiệm

mô hình tỷ lệ lớn và nhỏ.Từ đó các bao địa kỹ thuật trên mái dốc và trên đỉnh của một công trình bờ biển thử nghiệm với các tải trọng sóng khác nhau và các điều kiện biên khác nhau là mang lại kết quả trong các ứng xử ổn định khác nhau, các công thức mới này cân nhắc một cách riêng biệt các bao địa kỹ thuật trên mái dốc

và trên đỉnh của công trình

Nhóm 3: Công thức ổn định đơn giản nhóm 2 được phát triển mà không côn nhắc một cách rõ ràng ảnh hưởng của sự biến dạng của bao địa kỹ thuật Mặc dù, sự ảnh hưởng này bao gồm một cách rõ ràng tới một vài phạm vi trong thông số kinh nghiệm Cw, nó là cần thiết để hiểu rõ sự kiểm soát dưới các cơ chế phá hủy của bao địa kỹ thuật thứ mà khác nhau một cách cơ bản từ các cấu kiện lớp phủ cứng đến tính toán đối với chúng trong các công thức ổn định được dựa trên các quá trình Phù hợp với Oumeraci & Recio (2010), các nghiên cứu thí nghiệm trước đây đã chỉ

ra rằng sự lấy lại cân bằng của các bao địa kỹ thuật trên mái bởi tác động của sóng, bao gồm việc trượt và lật của các bao địa kỹ thuật trên đỉnh được tác động một cách mạnh mẽ bởi sự biến dạng của các bao địa kỹ thuật Các công thức ổn định đơn giản được đề cập trên không thể tính toán một cách rõ ràng đối với sự biến dạng và các

cơ chế khác tác động đến sự ổn định thủy lực Kể từ đó, các bao địa kỹ thuật được tính toán khác với các công trình thông thường trong nhiều cách, một hướng tiếp cận khác được yêu cầu Một trong những bước đáng chú ý trong hướng này là sự phát triển của sự ổn định thủy lực đối với các công trình dạng bao địa kỹ thuật của Reico (2007)

Do sự phức tạp của các công thức ổn định thủy lực bởi Reico và cộng sự (2010), Hornsey và cộng sự (2011) Tuy nhiên, kết cấu dạng bao địa kỹ thuật vẫn là một công nghệ đang phát triển và các hướng dẫn thiết kế toàn diện và vẫn chưa sẵn

sàng Không nghi ngờ gì nữa, sự ổn định thủy lực của bao địa kỹ thuật là phức tạp hơn, kết cấu bao địa kỹ thuật có thể trải qua một số kiểu phá hoại (Jackson và cộng

sự (2006), Deltares 2008, Lawson 2008, Oumeraci và Recio 2010) Hầu hết các kiểu phá hoại này bị ảnh hưởng bởi các đặc tính kỹ thuật của bao địa kỹ thuật

Bảng 2-4: Bảng các công thức tổng quát tính ổn định của đê ngầm Các tác giả /

ổn định thủy lực của các cấu kiện lớp phủ đá (không biến dạng) và tương tự Wouters (1998), một số ổn định Ns được công thức hóa và được đòi hỏi như là một hàm tương tự sóng

vỗ Hai công thức khác nhau đối với các bao địa kỹ thuật ở mái và đỉnh được dựa trên các thí nghiệm tỷ

lệ lớn và nhỏ Trong đó D =

𝜕𝑡

Quá trình đƣợc dựa trên các công thức ổn định đối với các kiểu khác nhau của các công trình bao địa kỹ thuật cân nhắc hai kiểu phá hoại chủ yếu: lật và trƣợt Các hệ số lực đƣợc tìm thấy bởi

sự dẫn ramột vài thí nghiệm tỷ lệ nhỏ

Đã chỉ ra khả năng của Oumeraci và cộng sự (2002) để ƣớc lƣợng sự ổn định của các bao địa kỹ thuật trên đỉnh công trình ngầm dựa trên việc sử dụng các thử nghiệm

2

+ 𝐵 ∗ 𝑅𝐶

𝐻 ∗

1𝜉𝜊+ 𝐶

13.3 2.2 0.85 Các bao địa kỹ thuật 25.0 2.0 1.10

Một công thức tính ổn định thủy lực đối với “sự dịch chuyển mới bắt đầu” cho các kết cấu đỉnh thấp

và ngầm

được đặt nằm ngang, tỷ

lệ cát100%, vải không dệt

Các bao địa kỹ thuật được đặt nằm ngang, tỷ

lệ cát 80%, vải dệt

12.5 0.9 0.50

CD,CL,CM = các hệ số của các lực kéo, lực nâng và lực quán tính

Cw = thông số kinh nghiệm được dẫn ra từ Ns [-] (lấy bằng 2 (Wouters, 1998), lấy bằng

D50 = độ dày của lớp phủ [m]

g = gia tốc trọng trường

Hs = chiều cao sóng có nghĩa tới [m]

KSCD,KOCD = các hệ số biến dạng do lực kéo khi trượt và lực kéo khi lật

KSCL, KOCL = các hệ số biến dạng do lực nâng khi trượt và lực nâng khi lật

KSR,KOR = các hệ số biến dạng: i) sự suy giảm lực kháng trượt và mô ment chống lật do biến dạng; ii) sự tăng lên của lực kháng trượt và mô ment chống lật

do các bao địa kỹ thuật phía trên

KSCM,KOCM = các hệ số biến dạng mà tính toán đối với thể tích của một bao địa

kỹ thuật do các lực quán tính và các mô ment quán tính Thể tích của một bao địa

kỹ thuật được giả thiết là không đổi, do đó các hệ số này có giá trị là 1

Lo = gT2/(2chiều dài sóng nước sâu sử dụng Tp [m]

lc = chiều dài của bao địa kỹ thuật song song với hướng sóng đến[m]

W50 = trọng lượng trung bình của từng bao địa kỹ thuật [kg]

α = góc mái dốc của bao địa kỹ thuật [o]

𝜕𝑡 = gia tốc theo phương nằm ngang [m/s2]

 = hệ số ma sát giữa các lớp vải địa [-]

s = khối lượng riêng của lớp phủ [kg/m3]

w = khối lượng riêng của nước [kg/m3]

E = khối lượng riêng của bao địa kỹ thuật [kg/m3]

2.3 Cơ sở xác định khả năng chiết giảm sóng của đê ngầm kết cấu bao địa

độ dốc công trình, lõi và vật liệu lớp phủ (độ thấm và độ nhám), mực nước triều và mực nước tính toán, chiều cao sóng và chu kì

Như những sự tăng lên của sóng truyền, các ảnh hưởng nhiễu xạ giảm xuống,

do đó việc giảm kích thước của một salient thông qua sự tác động trực tiếp bởi sóng truyền qua và sự suy giảm dòng chảy nhiễu xạ di chuyển cát vào vùng khuất (Hanson và Kraus, 1991) Nó cũng rõ ràng rằng các quy tắc thiết kế đối với các công trình ngầm nên bao gồm một hệ số truyền sóng như một thông số điều khiển tất yếu

Hình 2-6: Hình minh họa sự chiết giảm sóng tới qua đê ngầm

Hiện tại chưa có công thức xác định hệ số truyền sóng qua đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật, chính vì thế trong luận văn này sẽ sử dụng các công thức xác định

Kt dựa vào các nghiên cứu cho đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng ngập trong nước

Mô hình vật lý truyền sóng qua đê chắn sóng ngầm đối với đảo AmWaj (Viện Thủy lực Delft, 2002).Trong nghiên cứu này, hệ số𝐾𝑡 =𝐻𝑠𝑡

𝐻𝑠𝑖 như là hàm của

chiều cao lưu không tương đối 𝑅𝐶

𝐻 𝑠𝑖 và chiều dài đỉnh tương đôi 𝐵

𝐿 Chiều dài sóng L đã được xác định trên đỉnh 𝐿𝐶 = 𝑇𝑝 𝑔𝑅𝐶 0.5, tại chân, 𝐿𝑕 = 𝑇𝑝 𝑔𝑅𝐶 0.5, và tại nước sâu 𝐿𝑜 =𝑔𝑇2

2𝜋 Bằng việc sử dụng ba định nghĩa này của L nó có thể để tạo

ra một sự so sánh với nhưng sự trình bày hiện tại trong lịch sử d’Angremond & Van der Meer & de Jong (1996) đã đưa ra công thức xác định Kt đối với các công trình ngập và đỉnh cao

𝐻𝑖 < 12, nội suy tuyến tính Kt Calabrese và cộng sự (2002) đã đề xuất một công thức mang tính dự báo dựa trên các thí nghiệm tỷ lệ lớn giống với công thức của Van der Meer và Deamen (1994) bằng việc thay thế Dn50bằng B

𝑕 ≤ 0.61 3 ≤ 𝜉𝑜𝑝 ≤ 5.2

Các nghiên cứu mô hình vật lý được thực hiện tại Phòng thì nghiệm nghiên cứu Kỹ thuật bờ biển Queen’s University tại Kingston, Canada năm 1998 bởi Stuart R.Seabrook và Kevin R.Hall để đánh giá sự giảm sóng của các đê chắn sóng đá đổ ngầm dưới các điều kiện biên thiết kế rộng trong các thiết lập 2D & 3D Thông qua các thử nghiệm và các sai số, một dạng công thức cuối cùng đã được phát triển thỏa mãn các kết quả trong mô hình 2D

kỹ thuật USACE, Mỹ năm 2013 bởi Buccino, M., Del Vita, I., và Calabrese, M.,

2013 để đánh giá sự giảm sóng của các đê chắn sóng ngầm có kết cấu bảo vệ đỉnh dạng Reef Balls Thông qua các kết quả thí nghiệm, Buccino đã kiến nghị công thức

Công thức kinh nghiệm đối với các đê ngầm được ra bởi Harris & Herbich (1986), Dally & Pope(1986) như sau:

𝐿𝑠2 > 0.5 đối với việc hình thành salient của nhiều đê ngầm

Trong đó Ls là chiều dài của một đê ngầm và X là khoảng cách từ bờ, G là bề rộng phần giữa hai đê ngầm (như xem trong Hình 2-7) và hệ số truyền sóng Kt được định nghĩa đối với các điều kiện sóng khí hậu

Hình 2-7: Các định nghĩa đối với các công trình ngầm Một tổng quan hoàn thiên được đưa ra trong US Corps, 1993 và Pilarczyk & Zeidler (1996) có kể đến ảnh hưởng của hệ số truyền sóng như sau

𝐿𝑠2 > 0.5(1 − 𝐾𝑡) đối với việc hình thành salient của nhiều đê ngầm

Bề rộng giữa hai đê ngầm thường 𝐿 ≤ 𝐺 ≤ 0.8𝐿𝑠 trong đó L là chiều dài sóng tại chân công trình được định nghĩa 𝐿 = 𝑇 𝑔𝑕 0.5 ; T là chu kì sóng, h là chiều sâu cục bộ ở chân đê ngầm

Một trong những nỗ lực được dẫn chứng đầu tiên để đạt được tiêu chí đối với các đê ngầm xa bờ được đưa ra bởi Hanson và Krause (1989,1990) xem Hình 2-8 Được dựa trên các mô phỏng số (mô hình Genesis) và một vài kiểm định được giới

hạn từ dữ liệu mô hình nguyên mẫu đang tồn tại, đã phát triển tiêu chí dưới đây đối với một đê ngầm đơn:

𝐿𝑠

𝐿 ≤ 48(1 − 𝐾𝑡)𝐻𝑜/𝑕 đối với việc hình thành salient

𝐿𝑠

𝐿 ≤ 11(1 − 𝐾𝑡)𝐻𝑜/𝑕 đối với việc hình thành tombolo

Trong đó Ls là chiều dài của đê ngầm, Ho chiều cao sóng nước sâu, L chiều dài đê chắn sóng, X = n x h là khoảng cách từ đường bờ ban đầu (n là độ dốc đáy),

h là độ sâu tại đê ngầm

Hình 2-8: Các đặc trưng đường bở thông qua mô hình toán như là một hàm của sự truyền sóng và sự kiểm định tiếu chí được đề xuất theo Hanson & Kraus, 1990