Thiết kế thí nghiệm mô hình vật lý nghiên cứu tương tác sóng với kết cấu đê cọc rỗng mặt cắt hình móng ngựa

Đê cọc rỗng mặt cắt hình móng ngựa là giải pháp công trình bảo vệ bờ biển được đề xuất với mục tiêu giảm sóng từ xa. Bài viết trình bày phương pháp thiết kế thí nghiệm mô hình vật lý và xây dựng các kịch bản nghiên cứu nhằm đánh giá tương tác giữa sóng với kết cấu này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế thí nghiệm mô hình vật lý nghiên cứu tương tác sóng với kết cấu đê cọc rỗng mặt cắt hình móng ngựa KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH VẬT LÝ NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC SÓNG VỚI KẾT CẤU ĐÊ CỌC RỖNG MẶT CẮT HÌNH MÓNG NGỰA Phạm Đức Hưng, Trần Đình Hòa, Nguyễn Mạnh Linh Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Tóm tắt: Đê cọc rỗng mặt cắt hình móng ngựa là giải pháp công trình bảo vệ bờ biển được đề xuất với mục tiêu giảm sóng từ xa. Bài báo trình bày phương pháp thiết kế thí nghiệm mô hình vật lý và xây dựng các kịch bản nghiên cứu nhằm đánh giá tương tác giữa sóng với kết cấu này. Từ khóa: Đê cọc rỗng, hiệu quả giảm sóng, truyền sóng, phản xạ sóng Summary: The horseshoe-shaped hollow pile dyke is a type of breakwater used to reduce wave energy from a distance. This paper presents the method of experimental design of the physical model and the development of research scenarios to evaluate the wave interaction with this structure. Keywords: Hollow pile dyke, effect of wave reduction, wave transmission, wave reflection. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ * dạng mặt cắt bán trụ tròn; mặt khuất sóng Đê cọc rỗng mặt cắt hình móng ngựa [1] là (phía bờ) có dạng mặt cắt hình hộp, cả 2 mặt giải pháp công trình xa bờ được đề xuất nhằm đều được đục lỗ rỗng để hấp thụ và tiêu hao mục đích tiêu giảm sóng, hạn chế sạt lở bờ năng lượng sóng. Phía trước và sau cấu kiện biển đồng thời tạo được bãi bồi phù sa phía được gia cố bằng lớp đá hộc để chống xói sau công trình để khôi phục rừng phòng hộ ven chân. Bên trong cấu kiện được thả lớp đá hộc biển (xem Hình 1). để tiêu tán năng lượng sóng và tăng cường ổn định tổng thể công trình. Mục tiêu chính của thí nghiệm mô hình vật lý là thiết lập được một bộ số liệu thí nghiệm làm cơ sở cho việc xây dựng các công thức kinh nghiệm hay bán kinh nghiệm cho phép đánh giá một cách tin cậy tương tác sóng với Đê cọc rỗng mặt cắt hình móng ngựa. Hay nói cách khác công thức xác định hệ số phản xạ (Kr), hệ số truyền sóng (Kt), áp lực sóng tác dụng lên cấu kiện… với sự ảnh hưởng của Hình 1: Đê cọc rỗng mặt cắt hình móng ngựa [1] các tham số phi thứ nguyên chi phối chính được xác định, phản ảnh đúng quá trình vật lý Cấu kiện đê cọc rỗng hình móng ngựa được tiêu hao năng lượng khi sóng truyền qua công tạo bởi 2 phần: mặt tiếp sóng (phía biển) có trình đê cọc rỗng. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH VẬT LÝ Ngày nhận bài: 13/2/2023 Cơ sở lý thuyết của mô hình vật lý được xác Ngày thông qua phản biện: 20/3/2023 lập trên cơ sở lý thuyết tương tự. Chỉ khi nào Ngày duyệt đăng: 21/4/2023 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 77 - 2023 1 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ các điều kiện tương tự mà lý thuyết tương tự f N1 f f  N 2  ... Nn   f (2.4) quy định thỏa mãn thì mới có thể căn cứ vào fM 1 fM 2 f Mm kết quả từ mô hình mà suy đoán kết quả tương Trong đó: f là lực tác dụng; f là hệ số tỷ lệ ứng ở nguyên hình. Để mô hình tương tự với về lực. nguyên hình một cách hoàn toàn thì cần phải đầy đủ 3 đặc trưng tương tự: hình học, động Để có được tương tự cơ bản về các yếu tố học và động lực học. sóng, mô hình cần làm chính thái, luật tỷ lệ mô hình cần tuân theo tiêu chuẩn Froude. 2.1. Tương tự về hình học F=V/(gL)0.5 (V là vận tốc sóng; L là chiều dài Tương tự hình học giữa mô hình và nguyên sóng). Việc lựa chọn NV = Nt = (NL)0.5 theo hình là tương tự về hình dạng hình học, do đó phép phân tích thứ nguyên và định luật Pi – bất kỳ độ dài tuyến tính tương ứng nào thì Buckingham giúp cho mô hình đảm bảo về chỉ nguyên hình và mô hình phải có cùng tỷ lệ: số tương tự Froude tức là Fm = Fn (m: mô lN 1 lN 2 l hình; n: nguyên hình).   ... Nn  l (2.1) lM 1 lM 2 lMm 3. THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ XÂY DỰNG KỊCH BẢN THÍ NGHIỆM Trong đó: 3.1. Phân tích thứ nguyên xác định các - lN1, lN2, …, lNn là các độ dài tuyến tính của tham số chi phối nguyên hình; Sử dụng phương pháp PI-PUCKINGHAM [2] - lM1, lM2, …, lMn là các độ dài tuyến tính của để thiết lập các phương trình tổng quát thể mô hình; hiện quan hệ giữa các tham số chi phối cơ bản - l là hệ số tỷ lệ độ dài. với các đặc trưng về phản xạ và truyền sóng 2.2. Tương tự về động học cũng như áp lực sóng tác động lên cấu kiện. Đây chính là cơ sở cho việc thiết kế các chuỗi Tương tự về động học là tương tự trạng thái ...