Động lực học cát biển - Chương 6: ngưỡng chuyển động

Ngưỡng chuyển động của trầm tích trên đáy biển là yếu tố quan trọng trong hầu hết các loại tính toán liên quan đến phản ứng của trầm tích với dòng chảy và/hoặc sóng. Các đòi hỏi đặc biệt trong các ứng dụng gồm có: xói (và các biện pháp chống xói) xung quanh công trình.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Động lực học cát biển - Chương 6: ngưỡng chuyển động Ch¬ng 6. ngìng chuyÓn ®éng6.1. Tæng quan Ngìng chuyÓn ®éng cña trÇm tÝch trªn ®¸y biÓn lµ yÕu tè quan träng trong hÇuhÕt c¸c lo¹i tÝnh to¸n liªn quan ®Õn ph¶n øng cña trÇm tÝch víi dßng ch¶yvµ/hoÆc sãng. C¸c ®ßi hái ®Æc biÖt trong c¸c øng dông gåm cã: xãi (vµ c¸c biÖn ph¸pchèng xãi) xung quanh c«ng tr×nh, tÝnh to¸n biÕn ®éng ®¸y biÓn liªn quan ®Õn quyÒn®îc phÐp khai th¸c tæng hîp, dßng di ®¸y (®Æc biÖt c¸c trÇm tÝch th« h¬n), vµ sùcuèn theo cña c¸c trÇm tÝch mÞn vµo tr¹ng th¸i l¬ löng.6.2. Ngìng vËn tèc dßng ch¶y KiÕn thøc §èi víi c¸c dßng ch¶y rÊt chËm trªn ®¸y c¸t, c¸t kh«ng di ®éng. NÕu vËn tècdßng ch¶y t¨ng dÇn, sÏ ®¹t tíi mét vËn tèc mµ t¹i ®ã mét Ýt h¹t b¾t ®Çu chuyÓn ®éng.Nã ®îc gäi lµ ngìng (hoÆc khëi ®Çu) chuyÓn ®éng hoÆc chuyÓn ®éng khëi ®Çu. Métqu¸ tr×nh t¬ng tù x¶y ra do sãng vµ do sãng kÕt hîp víi dßng ch¶y. Víi dßng ch¶y æn ®Þnh, ngìng vËn tèc trung b×nh ®é s©u (hoÆc vËn tèc tíi h¹n)U cr cÇn thiÕt ®Ó dÞch chuyÓn mét h¹t cã ®êng kÝnh d trªn mét ®¸y ph¼ng, n»mngang, kh«ng gîn c¸t trong níc cã ®é s©u h, cã thÓ tÝnh to¸n b»ng mét sè ph¬ngph¸p. Van Rijn (1984) ®a ra c«ng thøc sau ®©y, hiÖu lùc ®èi víi níc ngät ë 150C,  s =2650 kgm 3 vµ g = 9,81 ms 2 :  U cr  0,19(d 50 )0,1 log10 (4h / d 90 ) víi 100  d 50  500m SC (71a)  U cr  8,5(d 50 ) 0,6 log10 (4h / d 90 ) víi 500  d 50  2000m SC (71b)trong ®ã tÊt c¶ c¸c ®¬n vÞ tÝnh b»ng mÐt vµ gi©y, d50 vµ d90 ®îc x¸c ®Þnh trong môc2.2. Cã thÓ kÕt hîp biÓu thøc ®èi víi ngìng øng suÊt trît t¹i ®¸y (xem môc 6.4) chob»ng ph¬ng tr×nh (77) víi ®Þnh luËt ma s¸t trong ph¬ng tr×nh (34) ®Ó ®a ra c«ngthøc Soulsby ®èi víi ngìng vËn tèc dßng ch¶y, cã hiÖu lùc ®èi víi bÊt kú trÇm tÝchkh«ng kÕt dÝnh nµo vµ ®iÒu kiÖn níc cã D* > 0,1, vµ cã hiÖu lùc trong bÊt kú ®¬n vÞnµo: 90 1/ 7  h  g s  1d 50 f ( D* )   7 U cr víi D* > 0,1 SC (72a)  d   50víi 0,30  0,0551  exp(0,020 D* ) f ( D* )  SC (72b) 1  1,2 D* 1/ 3  g( s  1 )  D*   d 50  2   s = tû sè cña mËt ®é h¹t vµ níc  = ®é nhít ®éng häc cña níc. H×nh 18. Ngìng vËn tèc dßng ch¶y ®èi víi chuyÓn ®éng trÇm tÝch do dßng ch¶y æn ®Þnh  C¸c ®êng cong chØ ra U cr lµ mét hµm cña kÝch thíc h¹t trong ph¬ng tr×nh(72a,b), ®îc cho trªn h×nh 18 víi mét lo¹t ®é s©u níc, cho trêng hîp ®Æc trng cñah¹t th¹ch anh trong níc biÓn t¹i 100C vµ 35 o/oo. Nh÷ng ®êng cong nh vËy cã thÓsö dông ®Ó nhËn ®îc ngìng vËn tèc Ucr(z) t¹i mét ®é cao ®Æc trng z b»ng c¸ch sö  dông quan hÖ U cr = Ucr(z = 0,32h) nh ®· cho trong ph¬ng tr×nh (28a), trong ®ã U crcho trong ph¬ng tr×nh (72). C¸c gi¸ trÞ cña Ucr(z) còng ®îc ®¸nh dÊu trªn h×nh 18. Quy tr×nh 1. Ngìng cña vËn tèc dßng ch¶y æn ®Þnh trung b×nh ®é s©u cã thÓ nhËn ®îc tõph¬ng tr×nh (71) hoÆc ph¬ng tr×nh (72). C¸c ®Çu vµo lµ ®êng kÝnh h¹t trung b×nh 91d50, 90% kÝch thíc h¹t d90 (®èi víi ph¬ng tr×nh (71)) vµ ®é s©u níc h. §èi víiph¬ng tr×nh (72), cÇn cã thªm mËt ®é níc  , ®é nhít  vµ mËt ®é trÇm tÝch  s . VÝ dô 6.1. Ngìng vËn tèc dßng ch¶y - TÝnh to¸n ngìng vËn tèc dßng ch¶y trung b×nh ®é s©u ®èi víi dßng ch¶y æn®Þnh trªn mét ®¸y c¸t ph¼ng víi c¸c ®Æc trng sau ®©y: d50= 0,200 mm d90= 0,300mm h = 5m  = 1027 kgm-3  = 1,36 x 10-6 m2/ s  s = 2650 kgm-3  - Tõ ph¬ng tr×nh (71a) , U cr = 0,39 ms-1  - Tõ ph¬ng tr×nh (72) còng cã U cr = 0,39ms-1 ThÊy r»ng ®èi víi c¸c kÝch thíc h¹t kh¸c cã sù kh¸c biÖt lín h¬n gi÷a c¸cph¬ng ph¸p. ...