Thủy văn công trình nâng cao (Quyển 1: Biến dạng lòng sông dưới cầu - Tái bản): Phần 2

Nối tiếp nội dung phần 1, phần 2 cuốn "Thủy văn công trình nâng cao (Quyển 1 - Biến dạng lòng sông dưới cầu)" tập trung vào vấn đề dự đoán xói cục bộ ở chân trụ và mố cầu đối với trụ đơn và trụ phức tạp, phương pháp giải quyết vấn đề ngăn cản xói tại chân trụ, mỗ và bờ sông bằng phương pháp bỏ đã. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thủy văn công trình nâng cao (Quyển 1: Biến dạng lòng sông dưới cầu - Tái bản): Phần 2 C hương 3 XÓI CỤC B ộ TẠI CÔNG TRÌNH CẦU QUA SÔNG3.1. G IỚ I THIỆU CHUNG3.1.1. K hái niệm về xói cục bộ Xói cục bộ là sự mất đất làm hạ cao độ đáy sông trong phạm vi nhỏ hẹp quanh chântrụ, mố, kè hướng dòng, kè bào vệ bờ và đường đầu cầu đáp trên bãi sông do chínhnhững bộ phận công trình này là những vật càn làm tăng đột ngột tốc độ dòng chảy, tạora các xoáy có cường độ mạnh vượt quá khả năng chịu xói của đất tại chính chân côngtrình đó gây ra. Xói cục bộ ờ trụ phụ thuộc vào tính chất của đất bao chân trụ, hình dạng đáy sông,tinh chất cùa dòng chẩy, cùa nước và kích thước hinh học cùa trụ, móng. Đất đáy sôngbao chân trụ gồm đất không dính (đều hạt dso, cấp phối theo sông là cát, song lại chưa có tiêu chuẩn thống nhất chung đề thực hiện chính xác thínghiệm trong phòng. Xói đối với đât dính và xói cho dòng không ổn định mới có một số lượng khiêm tốncác nghiên cứu đối với trụ đơn.3.1.2. Môi triròng thủy lực cục bộ quanh trụ cầu Môi trường thúy lực tiêu biểu cùa dòng cháy tại trụ cầu là môi trường thúy lực có cấutrúc xoáy, đó cũng là cơ chế cơ bản cùa xói cục bộ ở chân trụ tròn và trụ tròn đầu, là hệthống xoáy trục ngang trước chân trụ với hai tay xoáy bao chân trụ, trên mặt bàng hệthống này có dạng hình móng ngựa do vậy được gọi là xoáy dạng móng ngựa, cườngđộ của hệ thống xoáy này liên quan chặt chẽ và quyết định quá trinh xói và chiều sâuxói cục bộ ở chân trụ (Hình 3.1). Trong hệ thống đó trụ cầu là yếu tố trung tâm và cơbán nhất (trong dòng chảy trụ đầu tròn giống như một tâm thu, thu hút các sợi xoáy nhòvốn có trong dòng chày hai chiều đổ tạo ra hệ thống xoáy hình móng ngựa), bùn cát vànước trong hệ cơ học thống nhất chuyển động đập vào trụ có vai trò to lớn. H ìn h 3.1. Sơ đồ dỏng cháy đến trụ và tách dòng theo ba chiều tại chân Irụ cầu3.1.3. Xói nước trong và xói nước đục Xói lờ cục bộ tại chân trụ cầu có thể đươc chia thành xói nước trong và xói nước đục.Ket quà cùa nhiều nghiên cứu khác nhau cho hinh ảnh thuyết phục về thông số này bằng3 chế độ chày phân biệt. 1. V /V c 1- xói nước đục. 67 Xói nước trong là xói khi vật liệu đáy ngay phía trước vùng xói chân trụ ờ trạng tháinghi không chuyển động, ứng suất tiếp hay tốc độ cùa dòng chảy ờ vùng xói vừa đúngbàng hoặc nhỏ hơn ứng suất tiếp hay tốc độ phân giới m à ứng với nó hạt bát đầu chuyềnđộng. Khi xói nước trong, chiều sâu xói cục bộ tăng gần tuyến tính với tốc độ. Khi xóinước đục, lúc đầu xói tăng nhanh, sau đó xói dao động theo hình dạng sóng cát đáyđến trụ. Hình 3.2. Chiều sâu xói cục bộ trong đáy cát thay đổi theo thời gian3.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến xói cục bộ tại trụ cầu Lý thuyết tương tự cho ta quan hệ giữa chiều sâu xói cục bộ tại trụ cầu ds và cácthông số phụ thuộc gây ra xói cục bộ có dạng: hc = f [ Kích thước trụ cầu (b, Sh, AI hay a , thời gian (t))]; Dòng chảy lũ ( p w, D, V, h, g ), Bùn cát đáy sông ( dso, Tg( a g), ps, Vc )] (3.1) Đối với trụ cụ thể thì ba thông số có đơn vị đo độ dài ảnh hưởng đến quá trình xóicục bộ là: + Kích cỡ trụ (chiều rộng trụ b hay đường kính trụ D là tiêu biểu). + Chiều sâu dòng chảy h hay (y). + Kích cỡ hạt bùn cát đáy sông bao trụ. Thông thường hay xây dựng quan hệ giữa xói cục bộ h cvới chiều rộng trụ b haychiều sâu dòng chảy h. ít có các mô hình quan hệ giữa đường kính hạt với chiều rộngtrụ hay chiều sâu dòng chảy. Khi đường kính hạt bùn cát giảm thì bản chất vật lý cùahạt ờ đáy dòng chảy thay đổi. Đối vói hạt có d so< 0,7 mm , đáy có thể ở dạng sóng cát,trong lúc hạt có dso < 0,1 mm sẽ có lực dính kết giữa các hạt làm tăng khả năng chịu lựccủa hạt. Sự thay đổi này ảnh hường đến xói tại trụ. N ếu bỏ qua sụ thay đồi của khốilượng riêng cùa nước p và cùa hạt ps thì chiều sâu xói cục bộ tương đối so với chiềurộng trụ được viết ở dạng:68 - 04 thông số đầu liên quan đến dòng chảy: + V /V c Trạng thái chuyển động bùn cát cùa dòng chảy đến trụ, gọi là cường độdòng chày. + Tý số h/b gọi là “mức độ nông” cùa dòng chảy. + V 2 /g b là số ơle (Euler) - hay quen gọi là số Phơ rút (Froods) cùa trụ Fĩb + Vb / V là số Rây nôn (R eynolds) trụ. - 02 thông số ở nhóm thứ hai: + b / d 50 thể hiện độ thô cùa hạt bùn cát đáy so với trụ. + Tg (ơg) là mức độ đồng đều của hạt. - 03 thông số ở nhóm thứ ba là: vt s . + — là tý lệ phát triên xói theo thời gian đôi với tru (thời gian không đơn vi), b + Sh và AI hay (a ) là hình dạng trụ và hướng của dòng chày đến trụ, vật cản giữ lạitại trụ. Tập hợp các thông số chi ra vai trò cùa chiều rộng trụ (“độ nông dòng chả ...