Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất các giải pháp khoa học công nghệ đảm bảo sự ổn định và độ bền của đê biển hiện có trong trường hợp sóng, triều cường tràn qua đê nghiên cứu thí nghiệm mô hình vật lý mô phỏng về cơ chế phá

(10)
BO KHOA HOC VA CONG NGHE
CHlTONG TRINH KHCN CAP NHA NUdC KC 08/06-10

D6 TAI: 'Nghien cii-u cas&khoa hpc va di xuit cic giai phdp
khoa hpc cong nghf bao dam s(r on dfnh va dp ben cua de Men
hifn c6 irong trir&ng App sdng, triiu ctr&ng tran qua de"
Ma so: KC08.15/06-10

BAO CAO
NGHIEN CCrU THi NGHIEM MO HJNH VAT LY MO PHdNG V£
CO CHt PHA HOAI DE BlfeN KHI T 6 H ^ P SONG LON
TRI^U CLfCTNG TRAN DlNH

Cff quan chu tri: Trifang Dgi hoc Thuy Igi
Chu nhi#m 6k tai: GS.TS. Ng6 Tri Vieng

Ha noi, 2010


BO KHOA HOC VA CONG NGHE
CHUONG TRINH KHCN CAP NHA NlTdC KC 08/06-10

BE.TAI: "Nghien cieu cffs&khoa hoc va dexuat
cdcgidiphdp
khoa hoc cong nghe bdo dam sir on dinh vd dp ben cua de Men
hiin CO trong tne&ng h(/p song, trieu ctrafng trdn qua de"
Ma sS.KCOS. 15/06-10

BAO CAO
NGHIEN CirU THI NGHieiW MO HINH VAT LY MO PHONG VS

CO Cne PHA HOAI BE BieN KHI T 6 HOP SONG LON
TRieu CU-ONG TRAN DINH

CHU NHIEM DE TAI

N CHB TRI

D
GS.TS.Ng6TriVi4ng
BO KHOA HOC VA CONG NGHE

BAN CHU NHIEM
CHLTONG TRINH KC.08/06-10

Ha ngi, 2010

« (9 12010


MyCLUC
CAC N O I D U N G C H I N H C O A BAO CAo:

Mo- Aku
I. Stf lirg^c 1^ thuy^t mo hinh s6ng
1.1. van de chinh thai va bi^n thai
1.2. Phuang trinh hSng s6 tuong tir
II. Gioi thif u v^ cdc md Mnh cdng trinh

Trang

3
3
4
4
8

2.1. Cac loai c6ng trinh hif bien

8

2.2. Muc dich va yeu cau ciia cac mo hinh cong trinh

10

III. Muc ti@u, n$i dung thi nghi^m

11

3.1. Muc tifiu nghiSn cihi

11

3.2. Noi dung thi nghiem

12

IV. M3 phdng tuong tu* cSc gid tri trSn m6 hinh, chon ti le mo hinh
4.1. Chon ti le mo hinh
4.2. Cac dieu kiSn bien vS sQ h$u dia Mnh, thuy hai van:
V. He th^ng thiet bi thi nghi§m yh kilm djnh mo hinh

13
13
14
15

5.1. Chuin bi thiSt hi do dac

15

5.2. Kilm dinh thiit bj, m6 hinh

18

5.3. Kiem tra \k dfl tirong tu hinh hoc, trong luang, the tich cua IcSt cSu
dua vao thi nghiSm

24

5.4. Kfit luSn Idem dinh m6 hinh

26

VI. PhSn tfch ket qu^ thi nghiem trSm mo hinh song

27

6.1. K£t qua thi nghiem song tran

27

6.2. Ket qua ttii nghiem ca che sat la b5i, pha huy de duoi tac dpng cua
tS hap song Idn triSu cuong tran dinh.

32

Vn. Kk luan

47


BAO CAO CHUYEN BE TONG HOP
"BAO CAO NGHIEN CUU THI NGHIEM MO HINH VAT LY MO PHONG
VE CO CHE PHA HOAI DE BIEN KHI TO HOP SONG LON TRIEU
CLTONG TRAN DINH "
M6DAU

Trong giai doan thiet kg khi thi, nhiSu c6ng trinh bb biin c6 thi duac thigt
ke bang viec sii dung cong thilc kinh nghiem va cac ducmg quan he phat trien tir
cac thiir nghiem m5 hinh vSt ly ty le nho cua cac cong trinh dai dien. Trong cac
thiet ke Ian han, cfc cflng trinh bb biSn dat hon tren thS gioi viec thi nghiSm va
toi uu hoa sil dung mo hinh thuy luc vat ly la dieu bat bupc. Chi phi tuang doi
ciia viec thiic hi6n mOt nghien cijtu mo hinh vat ly thuang vin nho hon so voi chi
phi cua toan bo mgt c6ng trinh duoc thi6t kS hoac mot cong trinh yeu cSu sua
chQa thuang xuyen. Kamphuis (1991) da chi ra su cin thiSt ti6p theo cho cac thi
nghi'im mo hinh vat ly cua cac cong trinh bo biln bang each luii y ve mat philc
tap trong khi thCt de mo phong v6 mat toan hoc su tuong tac giiia song va cac
cong trinh tren bai, de bijn. Six dung lai the cua phuong phap tren de tai da sii
dung ti6n hanh nghien curu thi nghifim tren mo hinh vat ly de mo ph6ng ve co
chi pha hoai de biln khi c616 hop song loti trilu cuong tran dinh.

I. SO LirOC LY THUYET M 6 HINH SONG
Trong khu vuc ciia song va bo biln, do mat nuac rflng, gio to bao Idn, song
luon la ylu t6 quan trong tSc dong den diln bien dia hinh long din va cac loai
cong trinh, cjn tiln hanh nghien ciiu tren mo hinh song. Van de nghien curu
trong mo hinh song bao gom 2 phuong difin:
- Mot la, nghien curu tuong tac giura song va cong trinh lam can cii cho thiet
kl: Vi du nghien ciiu ap luc song len tuong durng, tuong mai nghieng, cong trinh
C lo xuyen thong, cong trinh n6i v.v,... nghien ciiu lire neo cua tau thuyen doi
O
vdi bin va sir 6n djnh cua ban thSn tSu thuyln.
- Hai la, nghien curu b6i ling trong lu6ng tau, bSn c4ng du6i tac dung cua
s6ng, dilu kien neo cSp va chay tau. NhQng van de on dinh cua bo, chuyin dong
bim cat doc bo do song tao ra diu thuoc loai van de nay.
Nghien ciiu loai vSn dl thii nhSt thucmg thuc hien trong mo hinh mat cit,
chi cin tiln hanh thi nghiem trong mang song, yeu chi vl hjng s6 ty 16 m6 hinh
tuong d6i nho, tiic la mo hinh c6 the lam tuong doi Idn mdi dam bao do chinh


xac trong quan trie. Loai vin dl thii hai dIu phai nghien ciiu trong mo hinh t6ng
thfi, hang so t^ 16 mo hinh c6 thi ISy 16n hon, mo hinh c6 thi lam nho hon d
trong be song.
1.1. Van 6e chinh thai \k bi^n thai
Ngoai hinh dang va dO sau vimg nude, hien tugng song con dl cap din c4c
ygu to song va qua trinh Ian truyin cOa n6. D I C6 duoc sir tuong tir vl dong thai
va dSng lire, cSn b4o d4m tit tuong tyr vl hinh hpc, vi vay m6 hinh song thutag
dugrc thilt k l theo m5 hinh chinh thai, chi trong trudng hap do sir han chi kh6
khac phuc ciia khu vyc thi nghiSm hoSc yeu ciu cila c4c dilu kite tuong tu
khac, mai xet den m6 hinh biln thSi. Trong thvc tiln d6i vdi mo hinh mat cjt,
chi C mo hinh chinh thai va hlng s6 ty 1? mo hinh tuong dli nho, Xi<60. D6i
O

vdi mo hinh tong thS ciing phan Ion lam mo hinh chinh thai, khi buoc phai bien
thai ,hi hS so bien thii ti=-^is2. Hang s6 ty le tuong tu hinh hoc thudng duoc •
chgn trong khoang 60 -s- 150.
1.2. Phinmg trinh hang so turcmg tg*
D I dam bao tuang tu d6ng thai va d6ng lire, m6 hinh song cSn thiet ke theo
dinh luSt tuang tir Froude. VSn dl tuong tu siic can cua song nude sau c6 thi
khong xet den, nhimg doi vdi song nude n6ng, nhat la song gSn bd, tuong tu siic
can ve nguyen tic phai dugc tuan thu. Nhimg do van de siic can song cho den
nay cung chua that r5 rang, thong thudng vin la xac dinh do nham day mo hinh
theo kinh nghiSm.Vi du: Thong thuang cho rang, khi nghien ciiu khiic xa va
nhiiu xa ciia song, chi can bao dam tuang tir hinh hoc ve dia hinh, day quet
nude xi mang de tao tran bong be mat thi cd the thoa man vl co ban yeu cau '
tuong tir.vl siic c4n, do la vi do nham day nguyen hinh thudng nho va khong co
biln dli Idn. Khi ddy mo hinh can p h i cat, phai thi nghiSm dilu chinh nhilu ISn
mdi thuc hien dugc tuang tu siic can.
Phuang trinh hing s6 ty le tuang tu siic can dugc suy ra tii phuang trinh
luu t'3c dong doc bd do sdng:
.,2 _ 3 gg^/It msing, sin20:, _^
8

A/

Trong do:
Hsb - chilu cao song va;
Db - do sSu nude d vi tri sdng vd;

,j „


^2 = ^1 - gdc truyen sdng v9;

m - do d6c day bd;
f - h e s6 sure can.
ATZ1 + •

sinh

'•tK

Ls - chi6u dai song.
Cong thiic nay co chiia ham s6 sieu vi?t, phuang trinh hing sS tuong tu cua
O
ho C the vilt nhu sau:
U=l

(1.2)

:1

(1.3)

"•IS

•/_

_

(1.4)

Phuang trinh (1.2) se dugc tu dgng thoa man khi hudng sdng trong m5
hinh giong vdi trong nguyen hinh.

Phuang trinh (1.3) yeu cSu XLS = Ih, tiic hang so ty if tuong tu chieu dai
sdng bang hing s6 ty le tuang tu do sau.
Phuang trinh (1.4), trong dilu kien m5 hinh dugc thiSt ke theo dinh luSt
tuang tu Froude Q^ = J.h'"), ySu cSu:
h=^

(1.5)

Dilu nay gidng vdi hing s6 ty le tuang tu sice can dong chay, khd khan ciia
vin dl nay la d chS he s6 silc can day cua chuyin ddng sdng trong mo hinh va
nguyen hinh khong dl gi xac dinh dugc.
v i n dl tuang tu ty le luc quan tinh va lijc nhdt, each lam d dSy ciing gilng
nhu d m6 hinh dong chay thong thudng, yeu cau so Re cua song Ion hon mot vi
tri s6 nao dd, theo A.C. Ophiserdp thi:
> 2000

(1.6)

Trong do Umx la tSc dO quy tich ngang cue dai cua chSt diSm mat nude.
2Hs

.. 2^

(1.7)


i l^"^^h ^
cot

(1.8)

v - hS s6 nhdt dSng hpc.

(1.9)

Ve tuang tu luc cang be mat, trong di6u kien sdng vo cd tam quan trpng
nhat dinh nhung khd thoa man yeu ciu tuSn thii chat che djnh luat tuong tu
Weber v6 tuang tu ty le giila lire quan tin va li;c cang b l m Jt:
£^

= !^=idem

(1.10)

/p
Hoac-^ =l

(1.11)

A
Trong dd: a - suit mao quto dOng lyre, thii nguyen la -^/L

.

O.Kirchmer kiln nghj dp sau mo hinh 3D d bit ky diem nao cung khong
dugc nho han 5 cm, chieu cao sdng khong nhd hon 2 cm, de tranh sir suy giam
song do lyre cang b l mat gfiy ra. 6 dSy chilng ta xet tuang tu chuyin dong sdng
vdi mpt so yeu cau tuong tu co ban v6 tdc dp chuyen dpng sdng, khilc xa, nhieu
xa va tuang tir ve sdng vd. Cd the phSn tich nhilng han che cua cac yeu cau
tuang tir dd d6i vdi quan he hing so ty le.

a) Tuong tu khiic xa:
Cong thiic tdc dp truyen sdng d viing nude ndng c6 dang chung la:
C = iZktari,^^
2>r

(1.12)

L,

Cong thiic nay cd dang ham s6 rieng sieu viet, vilt thanh phuong trinh
hang s61^ 16 nhu sau:
1
(1.13)

A.
"•IS

(1.14)

Vl Ls = CTs, tacd:
^IS

=1

Tir d6 nhan duac:
Co hghta la, hiing s6 ty 1? chi6u dai song XLS va h§ng s6 t^ IB kich thu6c


thang diing Xh bang nhau. Trong trudng hgp do, hang s6 ty 16 toe dp truy6n sdng
Ic bang hang so ty 16 chu ky sdng XLS , ciing bSng s6 luu tie %„..

Khi sdng ti6n vao ba, do dd sau thay ddi, hudng sdng va tie dO song dIu
thay ddi (hinh l-I va 1-2). Trong dilu kien chu ky sdng Ts khong ddi, quan he
giita gdckhilc xa d va tdc dd truyin sdng C nhu sau:
sin«^ = ^
sin a,
C|

(1.17)

Trong dd d la gdc giura hudng sdng va phap tuyin ciia dudng ddng miic, ky
hieu 1 bi6u thi sdng tdi, 2 bilu thi sdng khiic xa. Vilt phuang trinh hlng s6 ty 16
tacd:
i^=l,X.i = l

(1.18)

Ki^Kt

(1.19)

Vi vay, tuang tu khiic xa yen cau gdc tia tdi va gdc khiic xa trong mo hinh
bang vdi yeu to tuong ling trong nguyen hinh, va yen can hang s6 ty 16 cua tdc
dp sdng tdi bang hang s6 ty 16 ciia tdc dd sdng khilc xa, nghia la cd ciing mot
hang so ty 16 v6 tdc dp truy6n sdng. Tir (1.16) cd th6 thiy, dilu dd yeu cau XLS =
K

0^'' A^
'.<.-'
^^/.
Hinh 1.1. Khiic xg song

Hinh 1.2. Hien tuang nhieu xg song tai
de nho don

b) Tuong tif nhieu xg:
Trong qua trinh Ian truyin, khi gjp phai cong trinh hoac c6n, dao, sdng se
phat sinh nhilu xa. Chilu cao sdng sau chudng ngai v|it s6 bi suy giam, cang
truyin di xa cang giam nhilu hon. Hinh 1.2 la so dd nhilu xa sau mdt de nho
don. Gi4 thilt dd sau trong va ngoai d6 khong ddi. Sdng tai diu d6 cd dd cao
Hso, hudng sdng 00', tao vdi tryc OX m$t gdc Go. T?i 1 dilm bit kjf Q trong
viing che chin ciia de (toa dp cue la r, 8), h^ sd nhieu xa ko bieu thi ti s6 giura


chi6u cao sdng tai dilm Q(HSQ) va chilu cao sdng ban diu Hso.
* . = ^

(1.20)

"so

LSy vi du d6 nhd don trong hinh 1-2 la de mdi nghi6ng, trong viing che
chan cila nd (viing giiJa hudng sdng 00' va true de OX), cong thiic tinh h6 sd
nhilu xa la:

^i
e

' *

+ e ' *

(1.21)

Dd cung la mOt ham sieu vi^t, vi6t thay phuang rinh bang s61^ le nhu sau:
^kQ= 1

\ = k = li^
(1.22)
^0 = 1
(1.23)
X«o = X,
(1.24)
Cd nghTa la mudn cho hang sd t} 1^ chi6u cao sdng trong viing che chin
dnsQ bang hang sd ty 16 chilu cao sdng tdi ngoii de d Hso, yeu ciu A-kq = I. D I
lam dugc di6u dd, hang s6 ty 16 chilu dai sdng cin bang hang sd ty 16 kich thudc
theo chieu nim ngang. Ngoai ra, con yeu ciu sdng tdi cd hudng khong doi, vi tri
cd chilu cao sdng HSQ trong vimg che chin cd toa dd cue tuong ling giiia md
hinh va liguyen hinh.
c) Tuang ty: song vd.
Sdng va cd quan he nhieu vdi sir bi6n hoa cua dp ddc sdng Hs/Ls. D6 cd
tuang tu sdng vd thi dp ddc sdng phai tuong tu, turc la:
^HS ~ ^LS ~ ^ (1-25)

Hiln nhi6n, do trong md hinh khd dat dugc chuin xac siic cang bl mat va
dd nham day, n6n tuong tu sdng v5 cflng chi la gin diing.
Tom Igi: D6 cd dugc tuong tir v6 cdc y6u to sdng, md hinh cin lam chinh
thai, hudng sdng ban diu cua md hinh phSi gidng vdi nguyen hinh, hing s6 ty 16
chilu dai sdng va chilu cao sdng n6n gidng nhau cSn tuSn thu luat tuang tu
Froude.
n . Gidi THif u VE CAC ivi6 HINH C 6 N G T R I N H

2.1. Cic loai cSng trinh bar bi^n
Do sv tuong tac phiic t^p cua sdng va cong trinh nen vide thilt k6 kinh t6
mdt edng trinh bd biln la mdt vin d6 khd khan (Hudson va cac c$ng sir, 1979).
Vi du, sdng vd tren mdt mai ddc cdng trinh keo theo van tdc khong dn dinh va


cac trudng gia tdc trong khi sdng leo va sdng nit. Vdi cac cdng trinh hdn hgp su
phiic tap con them nhidu han nOa do cac cdng trinh nay mang tinh tham dugc
qua va cd vai trd nhu cac hd chura nude nhan tao va cd kha nang ti6u tan nang
lugrg sdng cao (Jensen 1989). Tdi uu hoa mdt cdng trinh thong thudng chi cd
the dugc bang cac thi nghiem md hinh vSt If cd h6 thing. Thilt kl phai kl din
mot khoang chi6u cao sdng va chu ky thich hgp k6t hgp vdi sir thay ddi muc
nude bao gdm trieu, nude dinh do bao va sdng denh do gid. Mdt so cong trinh
dugc thi6t k6 de phan xa lai nang lugng sdng, trong khi cac cdng trinh khac c6
gang lam giam hiu hit nang lugng sdng nhd sdng vd va su tieu tan d tren va
trong mdt cdng trinh cd th6 tham qua dugc.
Mot sd loai cdng trinh bd biln ph6 biln nhit dugc li?t k6 dudi day:
• Cdng trinh dit da kit hgp: Sir xJy dung dit da kit hgp dugc sur dung rdng
rai cho djp pha sdng, dap chin sdng, tudng ngan, tudng bien va cac cdng trinh
giam sdng. Cac cdng trinh hdn hgp cd loi lam bang da do, cat, xi, hoac loai vat
h6u thich hgp khac (trong trudng hgp la dSp pha sdng hoac de chin sdng) dugc
bao ve cac tac dpng ciia sdng bdi mdt hoac nhidu Idp da ben dudi va mot lap ao
bao ve b6n ngoai tuang ddi Idn nhu cac tang da dugc lua chon hoac cac cau ki6n
be tdng cd hinh dang dac biet" (Hudson 1959). Cdng trinh dat da k6t hgp thudng
dugc sii dung d nhiJng noi dp sSu muc nude khong bi han chi va cd kha nang
cunj, cap da tang phii hgp. Chiing cung la mdt trudng hgp cd th6 thuc hien dugc
vdi cac cdng trinh da nguyen khdi ma d do vat lieu n6n thieu dp ben cSn thiet d6
dd cdng trinh loai da guyen khdi. Dap pha sdng dat da ket hgp dugc sur dung
rgng rai trong sir x^y dung cang bdi vi dd rdng ciia chung giam thieu cac nhieu
loan do sdng phan xa ben trong cang (Sharp va Khader 1984). Cac cdng trinh

dit da kit hgp dugc sii dung rdng rai tren thi gidi, vi thi tit nhien cac thi
nghi6m dn dinh cua cdc cdng trinh hdn hgp rat can thi6t trong thuc te (Omeraci
1984).
- Cac cdng trinh hdn hgp: Cac cdng trinh nay thudng kit hgp mdt nin dit
da kit hgp cho din phan cdt nude, phu dinh bang mdt cdng trinh nguyen khdi
diing. Nin dit da kit hgp ciia cdng trinh hon hgp du tang cudng dp cho nIn
mdng, va phin thing durng tao ra cac uu di6m cho vi6c neo tau cua cac cdng
trinh diing.
- Cdng trinh ndi: Dap pha sdng ndi la cac cdng trinh ndi chinh quen thudc
vdi cac ky su cdng trinh biln, va chiing khong qua phd biln so vdi cac cdng


trinh d tren.
• D6 pha sdng ngam la mdt loai cdng trinh thudng thip han muc nude bien
cd cdng dungpha sdng va lam giam chi6u cao cung nhu nang lugng sdng khi
ti6n vao cdng trinh dugc bao v6 hoac bd biln.
2.2. Muc dich va yeu cau ciia cac md hinh cdng trinh
Markle (1989) liet ke 5 muc dich chung cho viec kilm soat cac md hinh dn
dinh cua cac cdng trinh dat da k6t hgp. Danh sich ciia Markle dugc md rdng de
bao ham cac loai cdng trinh bd biln khac nhu dudi day:
1. Ki6m tra sir dn dinh ciia Idp cac Idp vd ben ngoai bSo ve mai ddc, chan
va/ hoac dinh khi chiu tie dpng ciia sdng d cac muc nude khac nhau. Cac nghien
ciiu cd th6 la muc dich che vi6c xac minh cac thilt kl rieng hoac hudng tdi phat
tri6n hudng dan thi6t ke chung cho kich thudc cJu ki6n Idp bao ve ngoai.
2. Xac dinh cac luc thiiy dpng do sur tac dpng cila sdng len cac cdng trinh .
3. Tdi mi hoa loai, kich thudc va hinh dang cua cdng trinh de dat den cac '
yeu cau thuc hien va sir han chi vl ngan sach.
4. Kilm tra cac thong sd cdng trinh nhu sdng leo, sdng nit, sdng tran dinh,
sdng phan xa, su truyin sdng, su ti6u tan sdng, va ap suSt ben trong tlnh/dpng
cho cac loai cdng trinh, hinh dang, va/hoac phuong phap xay dung khac nhau.

5. Cac phuang phap thi nghi6m va/hoac phat tridn cho viec sila chiia hu
hong tren nhOng cdng trinh hien tai hoac nang cip hieu qua lam viec ciia mdt
cdng trinh hien tai.
6. Xac dinh cac anh hudng cua mot sir sira chiia du dinh cd th6 cd v6 sir dn
dinh va su hoat dgng cila mot cdng trinh hi6n tai.
7. Kilm tra cac giai doan xay dirng khac nhau dudi cac dieu kien sdng khac
nhau.
Cac. md hinh vjt ly hudng den bit ky muc dich nao d tren se mang lai
nhilng kit qua mang tinh dinh lugng cung cap cho md hinh dung ty le va van
hanh, va nhQ-ng anh hudng vl ty 16 dugc xac dinh la chil ylu.
Cac md hinh vat If cdng trinh bd biln cd the la 2 chieu (2-D) hoac 3 chidu
(3-D). Cac md hinh 3-D dit hon dugc sii dung dl thu dugc vi tri, chilu dai,
chilu cao va hudng tdi uu cho mdt cdng trinh bao ve bd biln gidng nhu mSt dap
pha sdng trong cang (Markle 1989). Tac dpng ciia sdng xien va su dn dinh phin
diu dap chin sdng cung cd thi dugc nghien curu trong md hinh 3-d.
Sau khi hinh dang cdng trinh chung chung da dugc tdi uu hoa ttong mdt


md hinh 3-d thi thudng md hinh 2-d dugc tiln hanh vdi ty 16 Idn hon de kiem tra
su dn dinh cua ciu kien bao ve mai va chan cdng trinh, dl dinh lugng sdng tran
dinh, v.v... Md hinh Idn hon sS giam kha nSng dnh hudng vl ty Ip va dua ra mot
thidt kd chi phi hi6u qua tdi iru thoa man cac tieu chi thidt k6. Trong nhi6u
trudng hgp mdt md hinh 2-d trong mang sdng da dd sir can thidt de cung cap
mdt thilt kl mang tinh thilt thuc.
Trude khi mpt md hinh vat ly cdng trinh bd biln cd th6 dugc xay dung thi
cac thanh phan sau day phai dugc chi rd (Markle 1989):
1. Thiet ke cdng trinh dvr dinh lam, bao gdm kich thudc, hinh dang va cac
vat lieu xay dvmg.
2. Cac dilu ki?n thilt kl vl mdi trudng nhu chilu cao sdng, chu ky sdng,
muc nude, v.v... Thong thudng trong mpt vai phdng thi nghiem Idn la sir dung

sdng khdng d6u (va khi cd the hap thu cdc miy tao sdng) d6 tao md phdng sat
vdi thuc tl han (Jensen 1989).
3. Cac tieu chuan thuc hien cdng trinh nhu mure dp hu hdng cho phep, sdng
leo Ian nhat, su truyen sdng, v.v..., trong khi thuc hien de thidt k6 cac dieu kien
v6 sdng va muc nude.
4. Cac chi tilt vl dia hinh cila viing xung quanh (3-d) hoac hudng sdng tdi
(2-d) nhu thi mpt hinh dang day dai di6n cd thi dugc xay dung trong md hinh.
Sd lieu dia hinh c6 chit lugng tot se dam bao rang su truyen sdng trong md hinh
dugc md phdng tdt.
5. Bit kl cac tieu chuin nao khac lien quan den chiic nang va muc dich cua
cdng trinh.
Sir phurc tap cila cac tac dpng thuy ddng lire hoc xuit hien tai cac cdng trinh
bao ve bai nhu: RNM va cdc cdng trinh pha sdng gay bdi cho bai bidn: ke ngSm
pha sdng, md han gay bdi. Khi sii dung md hinh vat ly se giiip chiing ta khao sat
cac dac tnmg cua cac qua trinh trong ban nguyen mlu va trong md hinh va hen
k6t cac thong sd chinh cila cac qua trinh vdi sir dn dinh va cac dac tinh ngugc lai
cua cdng trinh (Jensen 1989).
m. MUC TIEU, NOI DUNG THI NGHIlpM CCA St MUC.
3.1. Muc tiSu nghiSn eim
Muc tieu cua dl tai la nghidn ciiu thi nghiem tuang tac cda sdng len d6 biln
tren md hinh vat 1^, xac dinh ca chi sjt Id bai va d6 biln vdi cac loai kit ciu vat
lieu khac nhau dudi tac ddng cua td hgp sdng Idn tridu cudng tran dinh.


3.2. N9i dung thi nghiem
3.2.1. Thi nghiem nghien ciu ca che phd hoai M bien dir&i tdc dpng ciia lo hap
song l&n triiu cuong tran dinh.
Nghien ciiu md phdng tren md hinh vat ly v l ca chi pha hoai de biln dudi
tac dOng cua td hgp sdng Idn tridu cudng tran dinh d6 khu vuc nghien ciru vdi
mdtsd hinh thOrc kit ciu bao ve mai ke sau:

a- Md hinh loi cat, ngoai bpc dit set day 0.5 m.vdi mai phia biln mb=3,5,
phia ddng md=2,5
b- Md hinh loi cat, ngoai bpc dit set day 0.5 m.vdi mai phia biln mb=4,0,
phia ddng md=2,5
c- Trudng hgp de cd ket ciu be tdng khdi vudng, mai phia ddng phia tren
(1/3L) gia cd bing b6 tdng, phia dudi (2/3L) trdng d cd.
d- Md hinh d6 dip dat cd Idp phu dugc gia cd bing vat li6u Consolid.
3.2.2. To hfip thinghifm
Nghien curu md phdng tren md hinh vSt ly vl ca chi pha hoai de biln dudi
tac ddng cila td hgp sdng Idn trilu cudng tran dinh d6 khu vuc nghien ciiu theo
03 td hgp sdng va muc nude lua chpn khac nhau nhu sau:
Trong ndi dung nay thi nghiem dugc tiln hanh vdi cac muc nude lira chpn
khi di6u kien sdng tran dinh vdi 03 td hgp (Bang 3.1, 3.2):
- Td hgp 1 la sdng tran xay ra trong dieu kien sdng trong gid miia Ddng
Bic do dugc vao thang 12/1991 tai ven bi6n Hai Hau- Nam Dinh. Thi nghiem
dugc thurc hldn vdi cac dilu kien (Sdng: hs = 1.43m, T = 5.84s; Muc nude +
ND: 3.2m va 4.29m). Trudng hgp nay cQng ddng thdi lam dilu kien cho thi
nghi6m nghifm chiing cua md hinh tren mang tao sdng cua Vien Khoa hpc Thdy
Igi.
- Td hgp 2 la sdng tran xay ra trong di6u kien sdng trong bao cip 9 tai ven
biln Hai HSu- Nam Djnh. Thi nghiem dugc thuc hien vdi cac dilu kien (Sdng:
hs = 2.01m, T = 6.7s; Muc nude+ ND: 3.2m va 4.29 m).
- Td hgp 3 la sdng tran xay ra trong di6u kidn sdng trong gid bao cip 12 t£ii
ven biln Hai HSu - Nam Dinh . Thi nghiem dugc thuc hi6n vdi cac dilu kidn
(Sdng: hs = 2.70m, T = 10.0s ; Muc nude+ ND: 3.2m va 4.29 m).
Cac thong sd sdng trdn dugc dua vao thi nghiem tao sdng bang song diu va
song phd Jonswap.


Bang 3.1: Cac cap muc nuac va song thi nghiem

MN5y. = MN + ND
Thifc tk MN+ND

TH

Chi^u cao s6ng

Chulty

2

T r i k cao: 2.29m + 2.0m =
4.29m

NH

MH

NH

0.0715
0.1m

5.84s

MH
1.306s

0.160m

1.43m
2.01m

6.7s

1.498s

2.70m

0.135m

9.973s

2.23s

1.43m

1

T i i k trang binh(TB): 1.20m
+ 2.0in = 3.20m

MH

0.0715

5.84s

2.01m

0.1m

6.7s

2.70m

0.2145
m

1.306s
1.498s

0.135m

9.973s

2.23s

Chii thich: - NH: Nguyen hinh
- MH: Mo hinh
- MN: Muc nude
- ND: DQ cao nuac ddng
Ghi chd:
- Trong mdt sd trudng hgp, dl nghien ciiu rd hon vl ca chi pha hily k6t •
ciu, tiln hanh thi nghipm bd sung vdi cdc cap muc nude sau:
Bang 3.2. Cac thong so muc nuac bo sung
MN 5./. = MN + ND

T
H

Thyc te MN+ND

MH

1

Trilu TB: 1.40m + 2.0m = 3.40m

0.170m

2

Trilu cao: 2.09m + 2.0m = 4.09m

0.2045m

IV. M 6 P H 6 N G TlTONG TV CAC GIA TRI TREN MO HINH, CHON TY LE
MdHtNH
4.1. Chon ti le md hinh
Can cii vao cac sd Ii6u do dac khao sat thuc dia va kha nang dap drug cfla he
thing thilt bi thi nghidm, qua trinh ddng luc do sdng tac ddng vao cdng trinh
dugc md phdng tren mang sdng bing md hinh chinh thai, vide md phdng tuong
tit cac thong sd v l dan vj dp dai, thdi gian, tin sd, trpng lugng, dien tich w . . .
dugc thilt lap theo tieu chuin Froude. VJt lidu sil dung trong chi tao md hinh la
dit dugc liy true tilp tir tuyIn de Hai Hau - Nam Dinh.
Ti 1? md hinh lua chpn TIL = tih = 20 ; Trong dd TIL, rih la ti 16 hinh hpc theo
phuang ngang va phuang diing.
Ti 16 ciia cac d^ii lugng vat ly din xuit dirng trong thi nghi6m theo ti 16 md
12

hinh duoc xac dinh o B^ng 4.1.
f
Bang 4.1. Cac gia tri ty 1$ mo hinh - nguyen hinh
Ti 1^ mo hinh/nguyen hinh
cac dai lirorng
Ty le dp dai, chieu cao sdng (m)
tiL = tlh = 2 0
Ty 16 thdi gian, chu ky (s)
riT= 7 ^ = 4 , 4 7 2
Ty le tan sd (Hz)

7j, = - ^ = 0.2236
IT

Ty le trong lugng (kg)

^?= ll = 8000
11, = rjl= 400

Ty le dien tich (m^)
Ty ie the tich (m'')
Dan vi do ap luc mBar/cm^
Luu lugng (mVs)

1p = vl = 8000
n . =20
Ti,= 7 ^ = 1788.854

Van tdc

1. = VTT = 4,472

Ti le md hinh lira chpn TJL = rjh = 20 la hgp ly; Trong dd r|L, TJI, la ti le hinh
hoc theo phuong ngang va phuong diing. Ti 16 cua cac dai lugng vat ly din xuit
dirng trong thi nghidm theo ti 16 md hinh dugc xac dinh tren bang 4.1.
Trong chi tao md hinh, cao dp dugc xdc dinh chinh xac bing may thily
chuan Nikon AS2C theo ti 16 1/20 so vdi nguyen mau. Ti 16 hinh hpc theo '
phuang ngang va phuang diing la nhu nhau r|L = r|h = 20. Cac ket cau bao ve
nhu cac khdi belong, kit ciu phu dugc ch6 t£io theo cac tieu chuSn tuong tu v6
hinh hoc, trgng lugng va thi tich. Md hinh thi nghiem dugc thilt k6 tren mang
sdng theo bang 4.2:
4.2. Cac dilu kif n bien v^ s6 li|u dia hinh, thuy hai van;
Sd hen do dac ngoai thuc dia bao gdm:
4.2.1. S3 lieu dia hinh:
Mat cit bai va d6 bi6n (xem bang sd lieu mat cit va hinh ve mat cat dia
hinh-hinh 4.1)
Cao trinh dinh de thuc t6: +5,0m
Chilu rdng dinh de:

5,0m

Chilu rdng chSn de:

32m

Dp ddc mai de:

Mbik = 4 ; Md6„g = 2,5

Mat bai nghien ciiu tir chan de tai cao trinh +0.62m trai dai 400m ra biln,
nai cd cao trinh -3.2m. Chilu rdng nghien ciiu phu thudc vao vi6c lira chpn ti le


md hinh tren mang sdng.

Hinh 4.1. Mat cit bdi bien khu vtrc Hai Hgu - Nam Dinh
4.2.2. Thiit lap mS hinh thinghifm
Thiet ke mo hinh: Can cii vao cac sd lieu do dac khao sat thuc dia, md hinh
thi nghiem dugc thilt kl tren mang sdng Bang 4.2:
Bang 4.2. Cac gid tri thiet ki mo hinh
Nguyen hinh
Cao trinh dinh de
+5.0m
Cao trinh tudng chan sdng
+5.5m
Chieu rgng dinh de
5.0m
32m
Cliieu rpng chan de
DO ddc mai de
Ciiieu dai tuyen de nghien ciiu
Chieu rong bai

MS hinh
+0.25m
+0.275m
0.25m
1.6m

MM„ = 3 , 5 - 4 , 0

MM„=3,5-4,0

Maj„g = 2,5
20m
400m

M|,s„g=2,5
Im
20m

V. H f T H 6 N G T H r t T BI THt NGHIEM VA KIEM DJNH MO H I N H
S.l. Chuin bi thiet bi do dac
5.1.1. Mdng song
Mang sdng cd chilu dai 37m, rdng 2m, cao 1,5m cd h6 thing cip thoat
nude thi nghiem tuin hoan dd tieu chuan v6 dd sach va miic dd that thoat nude.
Mang cd phin mang kinh trong suit d khu vuc xay dung md hinh giiip cho can
bd thi nghiem cd thi quan sat va quay phim chup anh cac hien tugng vat ly.
5.1.2. May tao sdng
May t?o sdng trang W cho mang sdng la loai hien dai, ki6u Piston hoat
ddng biiig truyin ddng Dien - Thuy luc, bang sdng cd kich thudc l,98m(W) x
14


2m(H). May tao sdng cd kha nang tao dugc cdc sdng diu (Sine), sdng khdng diu
vdi cac dang phd: Pierson Moskowitz, Jonswap, chidu cao sdng cd the tao dugc
tir 1,5cm d6n 30cm, chu ky sdng tir 0,5sec din 5sec tren md hinh.
5.1.3. Bdu do sdng

Sur dung 4 diu do sdng loai GOLF 3B dai 1,2m bing thdp khdng gi (hinh
5.1), do chinh xac ± 1 % . 4 dudng tin hi6u tir diu do sdng dugc kit ndi vdi cac
cdng vao cua may tinh. Xem so dd bd tri diu do tren hinh 5.1.
Sd lidu sdng dugc thu th$p theo thdi gian thuc va luu trong may tinh.

Hinh 5.1. Bdu do song
5.1.4. Bo sdng trdn:
Sdng tran dugc do bing mang thu nude 10cm x 10cm va thing chiia nude
20L cd chia dp.
5.1.5. Bo dp suit


Hinh 5.2. Bdu do ap suat PDCR42 vd bQ hien thi DPI 280
Sii dung bd diu do ap lire PDCR42 cila hang DRUCK - Anh, bp hiln thi sd
cho phdp dpc true tilp gia tri do ap luc thang dan vi la mBar/cm^ dai do tir 0
d6n 700mBar, dudng kinh dau do 5mm chuyen diing cho cac thi nghiem do ap
lire sdng 16n cdng trinh. (hinh 5.2)
5.1.6. Bo van toe sdng tren mdi di
Diing 2 diu do cua Wallingford.
Sdng leo va sdng rilt (Wave runup/rundown) tren mai de dugc do dac bing
2 diu do ciia Wallingford, diu do dai 60cm dua trdn nguyen ly do dp din suat
(xem hiidi 10) diu W5 dugc bd tri tren mai d6 phia biln dl do van tdc sdng leo
va sdng nit, diu W6 dugc bd tri trdn mai d6 phia ddng dl do van tdc sdng dd
mai phia ddng. Cac diu do dugc lip dat song song vdi mai de, each b l mat mai
ddc mdt khoang bing 2cm tren mo hinh, tiic la 40cm ngoai thuc dia. Cac diu do
W5 va W6 cho phep xac djnh quang dudng cfla sdng leo/rflt trong mdt dan vi
thdi gian, qua dd van tdc sdng leo/rflt dugc xac dinh bing quang dudng sdng
leo/rut Az trong mdt dan vi thdi gian At:

Hinh 5.3. Bd tri cdc ddu do van tdc sdng tren 2 mdi de.

16


5.1.7. Cdc phan mim diing cho thi nghiem
1. Phan m6m kiem dinh bang sdng: Tao ra sdng miu dung dl xac lap cac
vi tri chinh xac cfla bang sdng ling vdi dien ap da cho.
2. Phan mIm tao sdng.
3. Phan m6m thu thap sd lieu
4. Phan mIm phan tich sd lieu
5.I.S. Kit noi he thing:
He thdng di6u khi6n may tao sdng va thu thap sd lieu dugc kit ndi nhu
hinh 5.4:

O 06 K ^ H& KgTH6'NG fil^U KHI^N MAY T^O SANO VA THU TH^P s 6 U$U

Hinh 5.4. Sado ket noi he thong
5.2. Kiem dinh thiet b|, mo hinh
Da tiln hanh kidm dinh cac thdng sd sdng va cac thiet bi do sdng,cdng doan
nay quylt dinh dp chinh xac cfla kit qua thi nghidm.
5.2.1. Kiem Mnh diu do sdng
Cac diu do sdng dugc bd tri nhu tr6n hinh 5.5.
Diu do Wl d l do sdng dau vao bd tri each bang sdng mdt khoang d >2,5
lin chilu dai con sdng tren md hinh, noi ma con sdng da dn dinh. Vdi trudng
hgp chilu cao sdng thi nghiem hs^pax = 2.7m, chu ky sdng khoang lOsec, chilu ,
dai sdng thuc t l X » 50m, hie la %„ tren md hinh Idn nhat la 2,5m. Vay ta chgn d
= 8m trdn md hinh, t?i vi tri cd dp sau 0,5 - 0,6m (10 din 12m ngoai thuc dia).
Diu do nay cd nhiem vy do kilm tra d^ng sdng phia trude bang sdng. Cac thdng
17

sd sdng phan tich tai dau do nay dugc dimg lam cac thdng sd sdng dau vao cho
thi nghi6m.

Hinh 5.5. Vf tri dgt cdc ddu do sdng trong mo hinh thi nghiem
- Diu do W2 bd tri d diu bai cd nhiem vu do chi6u cao sdng trude bai each
chan de 11, 5 m tren md hinh. (hinh 5.5)
- Diu do W3 bd tri each chan de khoang gin 3.0m tren md hinh cd nhiem
vu do chi6u cao sdng trude khi truyin vao chan d6 biln.
- Diu do W4 bd tri ngay chan d6 do thdng sd sdng sau khi truydn d6n vi tri
nay.
Sfl dung phuang phap kilm dinh udt. Cac dau do dugc hieu chinh tuyIn
tinh nhu trong bang kilm dinh dudi day.
H(cm)
0
-5
-10
-15
-20

W1(V)
-0.008
-0.421
-0.827
-1.244
-1.659

W2(V)
-0.016
-0.418

-0.826
-1.234
-1.64

W3(V)
-0.01
-0.438
-0.855
-1.268
-1.691

Dudng kidm dinh cua cac dau do the hien trong cac hinh sau:
Wave! Calibration

18

W4{V)
-0.014
-0.42
-0.855
-1.273
-1.698


Wave2 calibration
1

-20

-15

-5

-1.0

y

o^JI

-0.8-

,

/

_ _ X Zl. ^^

^

_

_

_

.

-

%^!

W
... ,-. 1,6...
__.

1,8-

Waves Calibration

:y^

-m

-15

do

--5__-e5Jf
-0:4-

--0-6-

M

ô

ã

Wave4 Calibration

r

^~'—^15

-5

,e(2-"'

^ ' " ;. .

—

/

—472-

11

^ ^ ^

1T6-

-"^^7^

—

^1.8--

Hw (cm)

Kmh 5.6. Cdc biiu dd kiem dinh ddu do
19


K6tqua cho thay cac dau do d6u dam bao dd tuyIn tinh cho phep cua nha
sanxuat va cd thi dua vao phuc vu thi nghiem.
5.2.2. Kiim dinh Sau do dp luc
Trude m5i Serial thi nghidm, diu do ap l^c diu dugc Set Rezo ngoai khdng
khi. Dan vi do ap luc dugc sfl dung la mBar/cm^.
Bo tri dau do ap luc:
Sfl dimg 5 diu do ap lire phan bd diu tren mat de phia biln, tuy thudc k6t
cau d6 khac nhau ma cac diu do ap lire cd cao dp khac nhau. Xem so dd trong
cac phuang an thi nghiem.
5.2.3. Kiem dinh sdng dau vao
Cac, thdng sd sdng do dugc d diu do so Wl dugc phan tich bing phin mIm
Anasys bao gdm:
* Ket qua cdc thong so sdng trong mien thai gian (Time Bomain) Id:
+ Hl/3 = Hs: chilu cao sdng cd nghia, trung binh cfla 1/3 chidu cao cac
con sdng cao nhit trong chu§i thdi gian dugc lira chpn.
+ Tl/3: chu k^ sdng cd nghia, trung binh cac chu k^' cfla 1/3 chilu cao cac
con sdng cao nhat trong chudi thdi.gian dugc lira chgn.
+ Hmean: chilu cao sdng trung binh, trung binh toan bd cac chilu cao sdng
trong chudi thdi gian dugc chpn.
+ Tmean: chu ky sdng trung binh, trung binh toan bd cac chu ky sdng trong
chudi thdi gian dugc chgn
+ Hmax: chilu cao sdng cue dji trong chudi thdi gian dugc chpn.
+ Tmax: chu ky cua sdng cue daiflmgvdi Hmax trong chudi thdi gian dugc
chpn.
+ Hl/10: trung binh 1/lOth chidu cao cac con sdng cao nhit trong chudi
thdi gian dugc chpn

+ Tl/10: trung binh cac chu kf cfla 1/10 chieu cac cac con sdng cao nhat
trong chuSi thdi gian dugc chpn
+ Hrms: can bac 2 cfla toan bO chilu cao sdng trong chudi thdi gian dugc
chgn
+ Trms: can bac 2 cfla toan bO cac chu kj' trong chudi thdi gian dugc chpn
* Kit qua cdc thong sd sdng trong miin tin sd (Frequency Bomain)ld:
+ HmO = gia tri udc tinh cfla chilu cao sdng cd nghia dura tren phd.

20


A
+ T peak = chu ky sdng cua dinh phd = - J peak

+ T(0,1) = Tmo.i = chu ky trung binh dugc xac dinh bdi "0
Viec phan tich mi6n thdi gian cho cac kit qua sau day:
- Mi6n thdi gian cfla cac thdng sd sdng
- Ham mat dp xac xuit Rayleigh
- Ham phan bd luy tich Rayleigh
Viec phan tich miln tin sd cho cac kit qua:
- Mien tan sd cfla cac thdng sd sdng
- Phd mat dd biln ddi.
Phd sdng do tai diu Wl vdi mgc nude +15cm (3.0m thuc dia), b, =
0.0715m (1.43m thuc dia) va chu ky T = 1.43s (5.84s thuc dia) dugc dem so
sanh vdi phd sdng do dac thuc tl tai Hai Hau (xem hinh 5.7 va hinh 5.8)

0,0E+0

00

0 5 1.0 1 5 2.0 2 5 3.0Variance density spectrum
'^

Hinh 5.7. Phd sdng dua vao kiem dinh

21


Ph6 sAng M nhien t«l H&i KJu H'

ffiwA 5.5. Phd song tu nhien tgi Hai Hau - Nam Dinh

„
Phd song tif nhien tai Hai Hau H's = 1.43m

X

1.5

iv

^

Plifis6ngtirnhl6ntaiHSlHau

J

1

E,

J

T

Đã

L

2

L

* ã

X

Y

Y

r

0.S

\

/ X

^

nj/
VJ(*^ ,

X

/\
\

jf

?

Ph6 s6ng kilm fljnh

>
,

^ ^ - ^ J t — ^ ^ ^jM^

. I I ""^ , . . . 1*' . . 7 * 1

0.5

TTT^

0
2"

•"•

5

4

3

Tlnaa(Hz)

•4

»•

C h u k J (sec)

Hinh 5.9. So sdnh phd sdng kiim dinh vd phd sdng thuc do tai Hai Hgu
Kit qua so sanh cho thiy sdng tao ra trong mang sdng hoan toan cd thi dua
vao thi nghifm.
22


5.3. Kiem tra ve d$ tirong tu- hinh hgc, trong lirgng, the tich cua ket cau dira vao
thi nghiem.
Md hinh dugc kidm dinh vdi cac didu kipn bien v6 dia hinh va sd lieu dau
vao ciia muc nude , song nhu da dl cjp d chuydn dl kilm dinh. Ngoai ra da ti6n
hanh ki6m tra v l d§ tuong tu hinh hpc, trpng lugng, thi tich cfla k6t cau be tdng
khdi vudng lip phuong .
Kit ciu khdi b6 tdng vudng dugc thi hi^n t?i hinh 5.11 ngoai thuc t6 va
hinh 5.12 trong md hinh thi nghiem. Cac khii ciu ki6n dugc chi tao bing be
tdng theo diing khudn mlu nguyen hinh, cd vSt lidu tao xdp d6 dam bao dp

tuang tu vl thi tich cung nhu trpng lugng. Do dugc can dong va due bang
khudn n6n cac ciu kifn diu gidng nhau vl kich thudc hinh hpc va trpng lugng,
dap ling dugc d mflc cao nhit theo yeu ciu (Hinh 5.10).
Kich thudc thuc t l (cm) BT M200#
Trpng lugng rieng: yB = 2,3 T/m3.
Thi tich:
V = 0,16023 m3
Trgng lugng:
G = 368,53 Kg

5.0

tn

Hinh 5.10. Cdu Men khdi lap phuong ngoai thtfc ti

23