Giáo trình thủy lực biển ( Nxb ĐHQG Hà Nội ) - Chương 6

Quá trình vận chuyển trầm tích đóng một vai trò hết sức quan trọng trong kỹ thuật bờ. Rất nhiều vấn đề liên quan tới xây dựng các công trình bờ đòi hỏi cung cấp các số liệu tính toán định lượng về bồi tụ, xói lở và ổn định đường bờ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình thủy lực biển ( Nxb ĐHQG Hà Nội ) - Chương 6 C h ươ ng 6 QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH6 .1.NH Ữ NG KHÁI NI Ệ M C Ơ B Ả N Quá trình v ậ n chuy ể n tr ầ m tích đ óng m ộ t vai trò h ế t s ứ c quan tr ọ ng trongk ỹ t hu ậ t b ờ . R ấ t nhi ề u v ấ n đ ề l iên quan t ớ i xây d ự ng các công trình b ờ đ òi h ỏ icung c ấ p các s ố l i ệ u tính toán đ ị nh l ượ ng v ề b ồ i t ụ , xói l ở v à ổ n đ ị nh đ ườ ngb ờ . Sóng, dòng ch ả y cùng v ớ i các tính ch ấ t v ậ t lý c ủ a v ậ t li ệ u đ áy là nh ữ ngnhân t ố q uan tr ọ ng quy ế t đ ị nh cho các quá trình trên. V ấ n đ ề q uan tr ọ ng nh ấ t làvi ệ c xác đ ị nh chính xác t ố c đ ộ d òng ch ả y và v ậ n chuy ể n tr ầ m tích trong khuv ự c nghiên c ứ u. Giá tr ị c ủ a v ậ n t ố c, s ự b i ế n đ ộ ng c ủ a nó c ũ ng nh ư q uá trìnht ươ ng tác v ớ i bi ế n đ ổ i b ờ đ óng vai trò quy ế t đ ị nh cho vi ệ c d ự b áo s ự t hay đ ổ it ự n hiên c ũ ng nh ư t ác đ ộ ng c ủ a các công trình lên s ự b i ế n đ ổ i c ủ a b ờ v à đ áy. M ộ t cách t ổ ng quát có th ể c hia quá trình v ậ n chuy ể n tr ầ m tích thành 3b ướ c ch ủ y ế u (i) Đ i ề u ki ệ n tách các v ậ t li ệ u t ừ đ áy, đ ư a chúng v ề d ạ ng l ơ l ử ng haykh ả n ă ng th ể t ích v ậ t li ệ u đ áy b ị h ao mòn; (ii) H i ệ n t ượ ng d ị ch chuy ể n ngang c ủ a các ph ầ n t ử n êu trên do các quátrình x ẩ y ra trong l ớ p n ướ c; (iii) S ự l ắ ng đ ọ ng c ủ a các ph ầ n t ử v ậ t ch ấ t xu ố ng đ áy. Thông th ư òng ng ườ i ta quan tâm t ớ i s ự v ậ n chuy ể n tr ầ m tích trên m ộ tđ ơ n v ị d i ệ n tích m ặ t đ áy c ụ t h ể . Đ i ề u này c ũ ng t ươ ng đ ươ ng v ớ i m ộ t th ể t íchn ướ c c ụ t h ể đ ượ c gi ớ i h ạ n b ở i m ặ t đ áy đ ó và ti ế t di ệ n tr ụ t h ẳ ng đ ứ ng. N ế u bi ế tđ ượ c cán cân v ậ t ch ấ t đ i vào và đ i ra qua b ề m ặ t tr ụ k ể t rên, chúng ta hoàn toàncó th ể x ác đ ị nh m ứ c đ ộ b ồ i hay xói c ủ a m ặ t đ áy quan tâm. Nh ư v ậ y trong baquá trình nêu trên, quá trình (ii) có ý ngh ĩ a quy ế t đ ị nh cho vi ệ c gi ả i quy ế t bàitoán đ ặ t ra. Trong m ộ t ch ừ ng m ự c nào đ ó, vi ệ c tính toán s ự p hân b ố t h ẳ ng đ ứ ng c ủ av ậ t ch ấ t không quan tr ọ ng b ằ ng t ổ ng l ượ ng v ậ n chuy ể n ngang, đ ạ i l ượ ng nàyđ ượ c th ể h i ệ n qua th ể t ích c ủ a v ậ t ch ấ t d ị ch chuy ể n qua m ộ t đ ơ n v ị k ho ả ngcách ngang trong m ộ t đ ơ n v ị t h ờ i gian (L 3 /LT). V ấ n đ ề c h ủ y ế u ở đ ây là xác đ ị nh các bi ể u th ứ c c ụ t h ể p h ụ t hu ộ c dòng 182tr ầ m tích vào dòng ch ả y, sóng và tính ch ấ t v ậ t li ệ u đ áy. Cho đ ế n th ờ i đ i ể m hi ệ nnay các công th ứ c trên còn r ấ t đ a d ạ ng và ch ư a cho ta m ộ t s ự k h ẳ ng đ ị nh cu ố icùng v ề đ ộ c hính xác và kh ả n ă ng ứ ng d ụ ng r ộ ng rãi c ủ a chúng. Tuy nhiên đ ố iv ớ i t ừ ng y ế u t ố r iêng bi ệ t đ ã có đ ượ c nh ữ ng công th ứ c lý thuy ế t và bán th ự cnghi ệ m khá phù h ợ p v ớ i k ế t qu ả q uan tr ắ c. 6 .1.1. C ơ s ở l ý thuy ế t xây d ự ng các công th ứ c v ậ n chuy ể n tr ầ m tích C ơ s ở c hung c ủ a vi ệ c tính t ố c đ ộ v ậ n chuy ể n v ậ t ch ấ t khá đ ơ n gi ả n,chúng ta có th ể b i ể u di ễ n nó b ằ ng tích phân theo đ ộ s âu và th ờ i gian: η = ∫ ⎡ ∫ c( z , t ).u (z , t )dt ⎤ dz t S (6.1) −h ⎢ 0 ⎥ ⎣ ⎦ xtrong đ ó x là h ướ ng v ậ n chuy ể n, vuông góc v ớ i ti ế t di ệ n đ ứ ng có đ ộ r ộ ng d =1đ ơ n v ị ; c(z,t) là n ồ ng đ ộ v ậ t ch ấ t l ơ l ử ng đ ượ c th ể h i ệ n qua th ể t ích v ậ t li ệ utrên 1 đ ơ n v ị t h ể t ích n ướ c; h đ ộ s âu n ướ c; t’ là kho ả ng th ờ i gian l ấ y tích phân;u(z,t) là v ậ n t ố c t ứ c th ờ i c ủ a dòng n ướ c theo h ướ ng x, bao g ồ m dòng ch ả y ổ nđ ị nh, dòng tri ề u và dòng sóng, v ậ n t ố c này đ ượ c xem nh ư v ậ n t ố c d ị ch chuy ể ntr ầ m tích; η (x,y,t) là đ ộ c ao m ự c n ướ c bi ể n. Trong công th ứ c (6.1) tính ch ấ t b ấ tđ ồ ng nh ấ t ngang, theo h ướ ng vuông góc x, đ ã đ ượ c trung bình hoá, chu k ỳ l ấ ytrung bình t’ c ầ n ch ọ n đ ủ l ớ n đ ể l o ạ i b ỏ c ác tính ch ấ t nhi ễ u đ ộ ng t ầ n s ố c ao (cóth ể d o sóng). Thông th ườ ng chu k ỳ n ày c ầ n đ ủ l ớ n, ít ra thì c ũ ng l ớ n h ơ n chuk ỳ s óng. V ấ n đ ề c h ủ y ế u ở đ ây là tìm cách xác đ ị nh chính xác d ạ ng c ụ t h ể c ủ a cáchàm c(z,t) và u(z,t) đ ể t hay vào công th ứ c (6.1). 6 .1.2. Nh ữ ng ph ươ ng h ướ ng gi ả i quy ế t và kh ả n ă ng đ ơ n gi ả n hoá bàitoán C ông th ứ c (6.1) hoàn toàn có th ể á p d ụ ng cho c ộ t n ướ c t ừ m ặ t đ ế n đ áy,tuy nhiên do tính ch ấ t phân b ố đ ộ t bi ế n c ủ a n ồ ng đ ộ t ạ i l ớ p sát đ áy vi ệ c tínhtoán v ậ n t ố c và n ồ ng đ ộ c ầ n đ ượ c gi ả i quy ế t cho t ừ ng l ớ p nh ỏ , trong đ ó có th ểs ử d ụ ng các h ệ p h ươ ng trình khác nhau c ă n c ứ v ào tính ch ấ t v ậ t lý c ụ t h ể . Theoh ướ ng này, ng ườ i ta chia t ố c đ ộ v ậ n chuy ể n v ậ t ch ấ t ra hai ph ầ n: ph ầ n l ơ l ử ngvà ph ầ n di đ áy. Trong vi ệ c tính toán theo công th ứ c (6.1) có th ể đ ượ c đ ơ n gi ả n hoá b ằ ngcách cho v ậ n t ố c t ươ ng đ ố i ổ n đ ị nh theo th ờ i gian u(z,t) ~ u(z) và xem đ ó nh ưv ậ n t ố c trung bình. S ự b i ế n đ ộ ng c ủ a n ồ ng đ ộ t hông th ườ ng r ấ t ph ứ c t ạ p vàkhó có th ể đ o đ ượ c trong kho ả ng th ờ i gian t ươ ng đ ố i ng ắ n, vì v ậ y trong tínhtoán thông th ườ ng l ấ y giá tr ị t rung bình ⎯ c(z). Nh ư v ậ y công th ứ c (6.1) bây gi ờc ó th ể v i ế t nh ư s au: 183 η = ∫ u ( z )c( z )dz ...