Động lực học cát biển - Chương 8: trầm tích lơ lửng

Đối với vận tốc dòng chảy hoặc điều kiện sóng đáng kể trên ngưỡng chuyển động, cát bị kéo lên khỏi đáy và đi vào trạng thái lơ lửng, tại đó nó được mang đi với cùng vận tốc dòng chảy.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Động lực học cát biển - Chương 8: trầm tích lơ lửng Ch¬ng 8. TrÇm tÝch l¬ löng8.1 Tæng quan §èi víi vËn tèc dßng ch¶y hoÆc ®iÒu kiÖn sãng ®¸ng kÓ trªn ngìng chuyÓn ®éng,c¸t bÞ kÐo lªn khái ®¸y vµ ®i vµo tr¹ng th¸i l¬ löng, t¹i ®ã nã ®îc mang ®i víi cïngvËn tèc dßng ch¶y. Khi ®iÒu nµy x¶y ra, phÇn trÇm tÝch ®îc mang ®i trong tr¹ngth¸i l¬ löng nãi chung lín h¬n nhiÒu phÇn trÇm tÝch ®¸y ®îc mang ®i ®ång thêi, vµdo ®ã dßng l¬ löng lµ mét thµnh phÇn quan träng cho suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝchtæng céng. Mét yÕu tè quan träng trong viÖc thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh lÊy níc lµm l¹nh choc¸c nhµ m¸y ®iÖn lµ ng¨n ngõa sù x©m nhËp cña trÇm tÝch l¬ löng, ®èi víi chóng ®ßihái tÝnh to¸n nång ®é vµ kÝch thíc h¹t t¹i cao ®é c«ng tr×nh lÊy níc.8.2. ChØ tiªu l¬ löng vµ kÝch thíc h¹t KiÕn thøc §èi víi c¸c h¹t ®ang ë tr¹ng th¸i l¬ löng, vËn tèc ch×m l¾ng cña chóng ph¶i nháh¬n thµnh phÇn rèi th¼ng ®øng cña vËn tèc, liªn quan ®Õn u*. §iÒu nµy dÉn ®Õn chØtiªu ®èi víi ngìng l¬ löng cña trÇm tÝch, ®îc cho xÊp xØ b»ng quan hÖ sau ®©y: u* s  ws (96)trong ®ã u*s = vËn tèc ma s¸t líp ®Öm ws = vËn tèc ch×m l¾ng h¹t (xem môc 8.3) §èi víi trÇm tÝch hçn hîp, ph¬ng tr×nh (96) cã thÓ ¸p dông cho mçi nhãm kÝchthíc h¹t. NÕu vËt liÖu ®¸y cã cÊp phèi réng, chØ cã c¸c nhãm mÞn h¬n lµ l¬ löng, cßnc¸c nhãm th« h¬n chuyÓn ®éng nh trÇm tÝch di ®¸y. Quy tr×nh tèt nhÊt trongtrêng hîp nµy lµ chia trÇm tÝch ra mét sè nhãm kÝch thíc h¹t, mçi nhãm gåm métd¶i hÑp c¸c ®êng kÝnh h¹t vµ xö lý riªng biÖt cho tõng nhãm. Mét c¸ch tiÕp cËn ®¬ngi¶n h¬n, nhng Ýt chÝnh x¸c h¬n, lµ chän mét kÝch thíc h¹t ®¬n lÎ ®¹i diÖn chotoµn bé mÉu. Acker vµ White (1973) thÊy r»ng d35 cña trÇm tÝch ®¸y cho dù b¸o tèt nhÊt vÒsuÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch tæng céng trong s«ng. Van Rijn (1984) liªn hÖ ®êng kÝnh trung vÞ h¹t l¬ löng d50,s víi ®êng kÝnhtrung vÞ h¹t ®¸y d50,b th«ng qua tham sè chän läc  s = 0,5(d84/d50+d50/d16) vµ tham sèvËn chuyÓn Ts=    cr  b»ng quan hÖ: os cr d 50, s / d 50,b  1  0,011( s  1)(Ts  25) víi 0 < Ts < 25 (97a) 113 víi Ts  25 . =1 (97b) Ph¬ng tr×nh (97) chØ hiÖu lùc khi (  s -1) < [0,011(25-Ts) ]-1; nÕu kh«ng nã sÏ dùb¸o d50,s < 0. Fredsoe vµ Deigaard (1992) lo¹i bá tÊt c¶ c¸c h¹t cã ws > 0,8u*s khái qu¸ tr×nh l¬löng, vµ lÊy ®êng kÝnh trung vÞ h¹t cña phÇn cßn l¹i lµm kÝch thíc h¹t ®¹i biÓucho l¬ löng. Tõ ®o ®¹c hiÖn trêng Whitehouse (1995) thÊy r»ng ®êng kÝnh trung vÞ h¹t l¬löng d50,s thÝch hîp víi c¸c gi¸ trÞ gi÷a d2 vµ d15 cña trÇm tÝch ®¸y (th« h¬n ®èi víidßng ch¶y m¹nh h¬n), víi d10 lµ gi¸ trÞ tiªu biÓu.8.3. VËn tèc ch×m l¾ng KiÕn thøc VËn tèc ch×m l¾ng (hoÆc vËn tèc r¬i, vËn tèc kÕt thóc) cña h¹t c¸t trong níc x¸c®Þnh b»ng ®êng kÝnh h¹t, mËt ®é cña chóng vµ ®é nhít cña níc. T¹i phÝa mÞn nhÊtcña d¶i ®êng kÝnh h¹t c¸t (d = 0,062mm), c¸c h¹t ch×m l¾ng theo ®Þnh luËt StokesvÒ søc c¶n do nhít; t¹i phÝa th« nhÊt (d = 2mm) chóng tu©n theo ®Þnh luËt søc c¶nkhèi ®øng bËc hai; vµ kÝch thíc trung b×nh chÞu t¸c ®éng hçn hîp gi÷a søc c¶n donhít vµ søc c¶n khèi ®øng. Søc c¶n lªn h¹t c¸t cã h×nh d¹ng tù nhiªn kh«ng ®Òu ®¬ngi¶n h¬n so víi h¹t h×nh cÇu, bëi v× bÒ mÆt gãc c¹nh vµ c¸c thay ®æi h×nh d¹ng gi÷ac¸c h¹t cã xu híng t¹o ra qu¸ tr×nh ph©n t¸ch dßng ch¶y dÇn dÇn h¬n. Nh vËy, tèth¬n hÕt lµ kh«ng coi c¸c h¹t c¸t nh h×nh cÇu ®èi víi c¸c tÝnh to¸n nh thÕ. Cã mét vµi c«ng thøc ®Ó tÝnh to¸n vËn tèc ch×m l¾ng ws cho c¸c h¹t c¸t t¸ch biÖttrong níc tÜnh. Mét trong sè chóng ®ßi hái ph¶i tÝnh to¸n kÝch thíc h¹t phi thønguyªn D*: 1/ 3  g( s  1 )  D*   d 50 (98)  2   g = 9,81ms-2 = gia tèc träng trêngtrong ®ã  = ®é nhít ®éng häc cña níc d = ®êng kÝnh sµng trung vÞ cña c¸c h¹t s = tû lÖ gi÷a mËt ®é h¹t vµ níc . C«ng thøc Gibbs vµ nnk (1971) ®èi víi h¹t h×nh cÇu: 9   1/ 2 2  gd 2 s  1 3,869  10 3  0,024801d  3 ws  (99) 0,011607  0,074405dtrong ®ã mäi ®¬n vÞ tÝnh trong hÖ CGS, tríc ®©y ®îc sö dông réng r·i cho c¸t(nhng kh«ng thÝch hîp). C«ng thøc cña Hallermeier (1993) ®èi víi c¸t tù nhiªn lµ: 114 D*3 D*3  39 (100a) ws  18d D* ,1 2 39  D*3  10 4 (100b) ws  6d 1,05D*,5 1 10 4  D*3  3  10 6 (100c) ws  d ...