Tiêu chuẩn và chú giải đối với các công trình cảng ở nhật bản Phần 7 ppt

- II.73 -

Hình 4.5.8 Chiều rộng cửa quy đổi B' v góc của trục sóng nhiễu xạ
(b) Điều chỉnh đồ thị nhiễu xạ
Trong đồ thị nhiễu xạ sóng tới pháp tuyến trong Hình T.4.5.7 (a)~(l) đồ thị nhiễu xạ no có một tỷ lệ
khẩu độ gần bằng với tỷ lệ hiệu dụng thì đợc chọn. Đồ thị nhiễu xạ ny sau đó đợc quay cho tới
khi hớng tới trùng khít với hớng nhiễu xạ nh đã xác định trong Bảng T.4.5.1. Sau đó đồ thị nhiễu
xạ đợc sao lại v đợc lấy lm đồ thị nhiễu xạ cho sóng tới nghiêng. Sai số trong phơng pháp gần
đúng thì lớn xung quanh cửa mở của đê chắn sóng, về hệ số nhiễu xạ, sai số lớn nhất có thể lên tới
khoảng 0,1 về giá trị tuyệt đối.
(3) Phơng pháp xác định hệ số nhiễu xạ trong một cảng
Hệ số nhiễu xạ trong một cảng có hình dạng phức tạp thờng đợc tính bằng máy tính. Các phơng
pháp tính nhiễu xạ gồm có phơng pháp Takayama, phơng pháp thừa nhận việc xếp chồng các lời
giải giải tích cho các đê chắn sóng tách riêng, v phơng pháp tính sử dụng các hm số Green.
(4) Phơng pháp lan truyền theo hớng
Khi chiều di của một đảo hoặc chiều rộng lối vo một vịnh bằng ít nhất mời lần chiều di sóng của
sóng tới, sẽ không có sự khác biệt lớn giữa chiều cao sóng có đợc bằng tính toán nhiễu xạ trực tiếp
v ớc tính bằng cách sử dụng lợng năng lợng sóng theo hớng đi tới trực tiếp điểm đang quan
tâm đằng sau đảo hoặc bên trong vịnh; phơng pháp sau gọi l phơng pháp lan truyền theo
hớng. Tuy nhiên, nếu điểm đang quan tâm nằm ngay sau đảo hoặc mũi đất , ảnh hởng của sóng
nhiễu xạ sẽ lớn, do đó không áp dụng đợc
phơng pháp lan truyền theo hớng.
(5) Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm mô hình thuỷ lực
Nhờ các cải tiến trong các thiết bị tạo sóng ngẫu nhiên đa hớng, ngy nay dễ dng tạo ra các sóng
lan truyền theo hớng trong các phòng thí nghiệm có nghĩa l có thể tiến hnh tơng đối dễ dng các
thí nghiệm nhiễu xạ. Khi tiến hnh một thí nghiệm mô hình, một cửa mở trong mô hình cảng đợc tạo
ra trong vùng tạo sóng hữu hiệu, v chiều cao sóng đợc đo đồng thời tại một điểm trong cảng. Hệ
số nhiễu xạ có đợc bằng cách chia chiều cao sóng có ý nghĩa trong cảng cho chiều cao sóng có ý
nghĩa tại cửa vo cảng lấy trung bình của ít nhất hai điểm quan sát.
[2] Kết hợp khúc xạ v nhiễu xạ

Khi tính toán nhiễu xạ đối với các sóng trong nớc có chiều sâu thay đổi lớn, phải
xét cả sự khúc xạ của sóng.
[Chú giải]
(1) Khi chiều sâu nớc bên trong một cảng đợc lm ít nhiều đồng đều ví dụ bằng cách nạo vét (thờng
l trờng hợp trong bến lớn), sự khúc xạ của sóng sau khi bị nhiễu xạ có thể bỏ qua. Trong trờng
hợp ny để xác định chiều cao sóng trong bến, có thể chấp nhận trớc tiên tiến hnh tính toán chỉ xét
đến khúc xạ v sóng vỡ từ điểm dự báo sóng nớc sâu tới cửa vo bến. Sau đó, tiến hnh tính toán
nhiễu xạ cho vùng bên trong bến, lấy chiều cao sóng tới bằng chiều cao sóng tính đợc tại cửa vo
bến. Trong trờng hợp ny, chiều cao sóng tại điểm đang quan tâm bên trong bến đợc biểu thị bằng
phơng trình sau:
H = K
d
K
r
K
s
H
0
(4.5.12)
trong đó:
: Hớng chỉnh của sóng nhiễu xạ
: Hớng chỉnh của sóng tới
www.Gia24.vn

- II.74 -
K
d
: hệ số nhiễu xạ tại điểm quan tâm trong cảng
K
r

: hệ số khúc xạ tại lối vo bến
K
s :
hệ số cạn tại lối vo bến (xem 4.5.5. Sóng vo cạn)
H
0
: Chiều cao sóng nớc sâu
Phơng pháp phơng trình cân bằng năng lợng hoặc phơng pháp cân bằng năng lợng cải tiến
trong đó có thêm vo một số hạng biểu thị sự tiêu tán do sóng vỡ thì thích hợp l phơng pháp tính
khúc xạ đối với biển hở. Phơng pháp tính độ tĩnh lặng của bến của Takayama, trong đó các lời giải
nhiễu xạ đối với các đê chắn sóng riêng rẽ đợc xếp chồng để có đợc sự thay đổi về chiều cao
sóng của sóng không ổn định bên trong bến do nhiễu xạ v khúc xạ, có thể dùng đợc để tính nhiễu
xạ trong khu vực bên trong bến, với điều kiện không có các biến động địa hình phức tạp trong bến.
(2) Khi có những biến động lớn về chiều sâu nớc ngay tại các địa điểm có đê chắn sóng (đây thờng l
trờng hợp của các bến tơng đối nhỏ v các khu vực bờ biển) cần xem xét đồng thời cả khúc xạ v
nhiễu xạ bên trong bến. Nếu bỏ qua sự phản xạ của sóng v chỉ nghiên cứu đến sự thay đổi gần đúng
của chiều sóng cao, có thể tính riêng rẽ khúc xạ v nhiễu xạ sau đó ớc tính sự thay đổi của chiều
cao sóng bằng cách nhân hệ số khúc xạ v nhiễu xạ có đợc cùng với nhau.
Các phơng pháp tính cho phép xem xét đồng thời khúc xạ v nhiễu xạ của sóng không ổn định
độ dốc thoải phụ thuộc thời gian, một phơng pháp trong đó phơng trình Boussinesq đợc giải có sử
dụng phơng pháp sai phân hữu hạn v phơng pháp ghép đa thnh phần của Nadaokav v.v Cũng
có các ti liệu giải thích các phơng pháp khác
4.5.4 . Sự phản xạ của sóng
[1] Khái quát
Trong thiết kế công trình cảng v bến, phải nghiên cứu ảnh hởng của các sóng
phản xạ từ các kết cấu lân cận đến công trình đang xem xét tới v ảnh hởng của
các sóng phản xạ từ công trình đang xem xét tới các khu vực lân cận.
[Chú giải]
Cần ghi nhớ tới vấn đề các sóng phản xạ từ các công trình cảng v bến có thể gây ảnh hởng lớn tới sự
vận hnh của tầu bè v việc bốc xếp hng. Ví dụ, các sóng phản xạ từ một đê chắn sóng thẳng đứng có

thể gây ra nhiễu loạn trong luồng chạy tu, v sóng phản xạ liên tiếp từ tờng bến có thể lm rối loạn bên
trong bến.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Tổ hợp của sóng phản xạ v sóng tới
Chiều cao sóng H
s
khi cùng tồn tại các sóng tới v sóng phản xạ từ các biên phản xạ (một chuỗi các
sóng tới v một chuỗi sóng phản xạ từ các biên phản xạ đợc gọi l nhóm sóng ) có thể tính theo
phơng trình
22
2
2
1

ns
HHHH
(4.5.13)

trong đó :
H
s
: chiều cao sóng có ý nghĩa khi lấy đồng thời tất cả các nhóm sóng H
1
, H
2
H
n
: chiều cao
sóng có ý nghĩa của các nhóm sóng
Tuy nhiên, cần nhớ rằng, nếu tác động của sóng thay đổi theo hớng sóng, phải xét đến sự khác nhau

trong các hớng sóng của các nhóm sóng khác nhau. Chiều cao sóng tính toán đợc có giá trị cho các
vị trí cách xa một biên phản xạ it nhất khoảng 0,7 chiều di sóng
Đối với sự nhiễu xạ v khúc xạ của các sóng m đối với chúng hớng sóng l một nhân tố quan
trọng, chiều cao sóng có ý nghĩa đợc xác định riêng cho mỗi nhóm sóng bằng cách tiến hnh bất cứ
tính toán no cần cho nhóm sóng đó, khi hớng sóng của các nhóm sóng khác nhau. Sau đó chiều
cao sóng cấu thnh (tổ hợp) đợc tính bằng cách đa các chiều cao sóng có ý nghĩa đó vo các
phơng trình (4.5.13) Một cách khác có thể chấp nhận đợc l xác định phổ cho mỗi nhóm sóng, cộng
các phổ đó với nhau để tính dạng phổ khi các nhóm sóng cùng tồn tại v sau đó tiến hnh các tính
toán trực tiếp nhiễu xạ v khúc xạ bằng sử dụng phổ đó
www.Gia24.vn

- II.75 -
(2) Tổ hợp của chu kỳ
Chiều cao sóng có ý nghĩa đợc dùng trong tính toán lực sóng khi có hai nhóm sóng có chu kỳ khác
nhau xếp chồng lên nhau có thể đợc xác định bằng phơng pháp tổ hợp năng lợng (nghĩa l
phơng trình (4.5.13)). Chu kỳ sóng có ý nghĩa T
1/3
có thể xác định bằng phơng trình sau:


2
3/1
2
3/1
2
3/1
2
3/1
2
3/1

2
3/1
3/1
//
IIIIII
III
THTH
HH
kT



(4.5.14)
trong đó:

)/ln(121,0
/0,1
P
PD
H
RA
H
Rk

(4.5.15)

D
= 0,08 (lnR
T
)

2
0,15 lnR
T
(4.5.16)



đ

d
d

18,0:6,0
8,01,0:ln144,0632,0
T
TT
R
RR
P
(4.5.17)



đ

d
d

14,0:0,10
4,01,0:ln33,497,13

T
TT
R
RR
A
(4.5.18)

R
H
= (H
1/3
)I/(H
1/3
)
II
(4.5.19)

R
T
=(T
1/3
)I/(T
1/3
)
II
(4.5.20)
(H
1/3
)
I

, (H
1/3
)
II
: chiều cao sóng có ý nghĩa của nhóm sóng I v II trớc khi xếp chồng (m)
(T
1/3
)
I
, (T
1/3
)
II
: chu kỳ của sóng có ý nghĩa của các nhóm sóng I v II trớc khi xếp chồng (s)
Chú ý rằng trong các phơng trình trên, I đựơc quy cho nhóm sóng có chu kỳ ngắn hơn , còn II cho
nhóm sóng có chu kỳ di hơn.
(3) Phơng pháp tính ảnh hởng của sóng phản xạ
Các phơng pháp tính toán để nghiên cứu phạm vi ảnh hởng của sóng phản xạ từ một kết cấu gồm
có phơng pháp phản xạ đảo đa giác v một phơng pháp đơn giản bằng đồ thị nhiễu xạ.
(a) Phơng pháp phản xạ đảo đa giác
Trong phơng pháp tính toán ny, lời giải lý thuyết cho biết sự biến dạng của sóng xung quanh một
góc lồi đơn lẻ đợc tách thnh ba số hạng, đại diện cho sóng tới, sóng phản xạ v sóng phân tán. Số
hạng cho sóng phân tán đợc khai triển dần dần để trở thnh một phơng trình thích hợp, để phơng
pháp ny có thể đợc áp dụng cho trờng hợp có một số góc lồi. Khi có một số góc lồi, giả định một
tiền đề l chiều di các cạnh giữa các góc ít nhất bằng năm lần chiều di sóng của các sóng tới, để
cho các góc lồi không ảnh hởng lẫn nhau. Cần chú ý tới vấn đề l các sai số có thể trở nên lớn nếu
các cạnh ngắn hơn thế.
Vì có giả định khác l chiều sâu nớc đồng đều, không thể tính khúc xạ của các sóng phản xạ. Nói
chung, với các mục đích thực tế, nếu chiều di các cạnh giữa các góc chỉ cần di ít nhất bằng 3 lần
chiều di sóng của sóng tới cũng đủ. Phơng pháp tính ny cũng có thể áp dụng cho phản xạ của

sóng không ổn định bằng cách xếp chồng các sóng thnh phần. Tuy các vấn đề nhiễu xạ sóng cũng
có thể phân tích bằng phơng pháp tính toán ny, sẽ có sai số lớn nếu nó đợ
c áp dụng cho nhiễu xạ
sóng bởi kết cấu mỏng nh đê chắn sóng.
(b) Phơng pháp đơn giản bằng đồ thị nhiễu xạ
Giải thích phơng pháp ny bằng ví dụ cho trong Hình T.4.5.9. Chiều cao sóng tại điểm A ở mặt trớc
của một đê chắn sóng thẳng đứng riêng rẽ đợc tính khi sóng tới đê chắn sóng theo một góc D. Thay
vì đê chắn sóng riêng rẽ , giả định có hai đê chắn sóng ảo bán vô hạn với một cửa vo, nh đã cho
trong Hình T.4.5.9 bằng đờng gạch ngắn. Sau đó, ta xét tình trạng sóng đi tới cửa ảo từ hớng sóng
www.Gia24.vn

- II.76 -
của sóng tới v hớng đối xứng với hớng
kia so với đê chắn sóng riêng rẽ (Nghĩa l
hớng cho bởi mũi tên gạch ngắn trong
Hình T.4.5.9) v vẽ đồ thị khúc xạ cho cửa
mở (đờng gạch ngắn trong Hình T.4.5.9).
Phạm vi ảnh hởng của sóng phản xạ đợc
thể hiện bằng đồ thị nhiễu xạ đối với các đê
chắn sóng ảo v cửa vo. Theo đó, giả
định rằng hệ số nhiễu xạ tại điểm A đọc
đợc l 0,68. tỉ lệ chiều cao sóng đối với
các sóng tới tại điểm A có đợc bằng cách
kết hợp giá trị 0,68 ny với một giá trị bằng
1,0 biểu thị sóng tới; vì l các năng lợng
cộng với nhau, tỉ lệ chiều cao sóng trở
thnh
2
68,01
= 1,21. Tuy nhiên phải

nhớ rằng, giá trị 1,21 ny biểu thị giá trị
trung bình của tỉ lệ chiều cao sóng xung
quanh điểm A. Không nên sử dụng
phơng pháp ny cho các điểm nằm trong
0,7 chiều di sóng của đê chắn sóng riêng
rẽ, vì các sai số do ảnh hởng ghép pha
sẽ lớn.
Với trờng hợp phản xạ sóng bởi một đê chắn sóng bán vô hạn, đê chắn sóng ảo cũng l một đê chắn
sóng bán vô hạn ở hớng ngợc lại, v khi đó sử dụng đồ thị nhiễu xạ cho đê chắn sóng bán vô hạn.
Khi hệ số phản xạ ở mặt trớc của đê chắn sóng nhỏ hơn 0,1 do có công trình hấp thụ sóng chẳng
hạn, hệ số nhiễu xạ phải nhân với hệ số phản xạ trớc khi sử dụng. Ví dụ, nếu hệ số phản xạ của đê
riêng rẽ l 0,4 trong vi dụ trớc, tỷ lệ chiều cao sóng ở điểm A trở thnh
04,1)68,04,0(1
2
u
[2] Hệ số phản xạ
Hệ số phản xạ phải xác định một cách thích đáng dựa trên các kết quả quan sát hiện
trờng, thí nghiệm mô hình thuỷ lực, v các dữ liệu trớc đây.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Các giá trị gần đúng của hệ số phản xạ
Nên xác định giá trị của hệ số phản xạ bằng các quan sát hiện trờng. Tuy nhiên, khi có khó khăn
trong việc tiến hnh quan sát hiện trờng hoặc khi kết cấu đang xem xét cha đợc xây dựng, cần xác
định các hệ số phản xạ theo các kết quả thí nghiệm mô hình thuỷ lực. Trong trờng hợp ny nên sử
dụng các sóng không ổn định lm sóng thử nghiệm. Phơng pháp Goda v các ngời khác có thể sử
dụng để phân tích các dữ liệu thử nghiệm sóng không ổn định. Dới đây liệt kê các giá trị gần đúng
của hệ số phản xạ của một số loại kết cấu.
Tờng thẳng đứng: 0,7 ~1,0
(0,7 trờng hợp đỉnh thấp nớc trn nhiều)
Đê chắn sóng thẳng đứng ngập trong nớc: 0,5 ~0,7
Gò đá: 0,3 ~0,6

Khối bê tông đúc sẵn tiêu sóng: 0,3 ~0,5
Kết cấu thẳng đứng hấp thụ sóng: 0,3 ~0,6
Bãi biển tự nhiên: 0,05 ~ 0,2
Trừ tờng thẳng đứng, các giới hạn thấp trong các phạm vi nói trên của hệ số phản xạ tơng đơng
trờng hợp của sóng dốc v các giới hạn cao hơn l của sóng có độ dốc thoải. tuy nhiên, cần nhớ rằng
với kết cấu thẳng đứng hấp thụ sóng, hệ số phản xạ thay đổi với chiều di sóng, v hình dạng v kích
thớc của kết cấu.


Hình T.4.5.9. Sơ đồ nêu rõ ảnh
hởng của sóng phản xạ
www.Gia24.vn

- II.77 -
[3 ] Biến dạng của sóng ở các góc lõm, gần đầu đê chắn sóng v xung quanh các đê
chắn sóng tách riêng.
Xung quanh các góc lõm của kết cấu, gần đầu các đê chắn sóng v xung quanh các đê
chắn sóng tách riêng, chiều cao sóng lớn hơn giá trị bình thờng của sóng tĩnh tại do ảnh
hởng của nhiễu xạ v phản xạ. Sự tăng chiều cao sóng ny phải nghiên cứu chu đáo. Hơn
nữa, cũng phải xem xét tính không ổn định của sóng trong phân tích
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) ảnh hởng của tính chất không ổn định của sóng
Khi sự phân bố chiều cao sóng gần một góc lõm hay một đầu của đê chắn sóng đợc tính với sóng ổn
định, ta có một dạng phân phối với các độ lợn sóng lớn. Tuy nhiên khi tính chất không ổn định của sóng
đợc đa vo tính toán, dạng lợn sóng của đờng phân bổ trở nên nhẵn hơn trừ vùng trong phạm vi một
chiều di sóng của góc lõm, v giá trị đỉnh của chiều cao sóng trở nên nhỏ hơn. Nh vậy việc tính toán sử
dụng các sóng ổn định đã đánh giá quá cao độ tăng trong chiều cao sóng xung quanh các góc lõm v
đầu đê chắn sóng.
(2) Đồ thị để tính sự phân bố chiều cao sóng xung quanh một góc lõm
Sự phân bố chiều cao sóng đối với sóng không ổn định gần một góc lõm đợc nêu trong Hình

T.4.5.10. Hình ny trình by dạng phân bố giá trị cực đại chiều cao sóng, nh đã có đợc từ các
tính toán bằng số cho mỗi hớng sóng chính. Ngời ta giả định rằng sóng phản xạ lại hon ton
bởi đê chắn sóng. Trong đồ thị, K
d
l tỷ lệ của chiều cao sóng ở mặt trớc của đê chắn sóng
chính với chiều cao sóng của sóng tới. Các sóng không ổn định sử dụng trong tính toán có một
dạng phổ với S
max
= 75, ngụ ý một sự lan truyền theo hớng hẹp. Đờng chấm gạch di trong mỗi
đồ thị cho ta sự phân bổ của giá trị cực đại chiều cao sóng tại môĩ điểm có đợc bằng cách dùng
một cách tính toán gần đúng. Chiều di l
1
l chiều di đê chắn sóng chính, l
2
l chiều di cánh đê
chắn sóng, v E l góc giữa đê chắn sóng chính v cánh. Hình vẽ ny có thể sử dụng để tính sự
phân bố chiều cao sóng gần một góc lõm. Khi việc sử dụng chơng trình tính toán không dễ
dng, có thể sử dụng phơng pháp tính gần đúng.
(3) ảnh hởng giảm chiều cao sóng của công trinh hấp thụ sóng.
Khi đặt một công trình hấp thụ sóng để ngăn cản sự tăng chiều cao xung quanh một góc lõm v
nếu công trình hấp thụ sóng lm cho hệ số phản xạ của đê chắn sóng không lớn hơn 0,4 , hon
ton có thể chấp nhận đợc việc bỏ qua sự tăng chiều cao sóng do sự có mặt của góc lõm. Tuy
nhiên, đó chỉ l trờng hợp khi công trình hấp thụ sóng trải di ton bộ đê chắn sóng. Nếu đê
chắn sóng di, không thể trông mong công trình hấp thụ sóng có hiệu quả cao trừ phi nó đợc
xây dựng trên ton bộ chiều di của đê chắn sóng, vì ảnh hởng của sóng phản xạ từ cánh đê
chắn sóng kéo di ngay cả đến các vị trí cách xa đáng kể góc lõm. Cũng có thể nói nh vậy về
ảnh hởng của đê chính đến đê cánh.
(4) Sự tăng chiều cao sóng ở đầu đê chắn sóng
Gần đầu của một đê chắn sóng bán vô hạn hoặc đầu của đê chắn sóng ở lối vo bến (đặc biệt
trong một khoảng một chiều di sóng kể từ đầu đê), sóng nhiễu xạ bởi đê chắn sóng lm cho

chiều cao sóng cục bộ tăng cao so với chiều cao sóng tĩnh tiêu chuẩn. Vì sự phân bố chiều cao
sóng có một dạng nhấp nhô ngay tại mặt sau của đê chắn sóng, cần chú ý rằng sự chênh lệch về
mực nớc giữa bên trong v bên ngoi đê chắn sóng lm phát sinh một lực sóng lớn. Hình
T.4.5.11 nêu một ví dụ các kết quả của một tính toán tỷ lệ lực sóng (nghĩa l tỷ lệ lực sóng với lực
sóng của một sóng tĩnh tại) gần đầu một đê chắn sóng.
(5) Tăng chiều cao sóng xung quanh một đê chắn sóng tách rờì
D
ọc
một đê chắn sóng tách rời, sản sinh ra các sóng có chiều cao lớn hơn chiều cao của sóng
tĩnh tiêu chuẩn, v sự phân bố chiều cao sóng có một dạng lợn sóng ngay ở mặt sau của đê
chắn sóng. Đó l do ảnh hởng của sự nhiễu xạ sóng ở hai đầu đê chắn sóng. Lực sóng cũng trở
nên lớn do độ chênh mực nớc ở hai phía trong v phía ngoi của đê chắn sóng. Đặc biệt cần
chú ý rằng, với một đê chắn sóng tách rời, vị trí m lực sóng cực đại đợc tạo ra có thể di chuyển
lớn với hớng sóng v tỷ lệ chiều di đê chắn sóng với chiều di sóng. Hình T.4.5.12 nêu một ví
dụ các kết quả tính toán sự phân bổ lực sóng dọc đê chăn sóng tách rời đối với các sóng không
ổn định đơn hớng. Trong tính toán ny, hớng sóng m khi đó lực sóng lớn nhất xảy ra l D =
30
0
(nghĩa l không phải khi các sóng đi tới vuông góc với đê chắn sóng m khi sóng tơí xiên một
góc tơng đối)

www.Gia24.vn
- II.78 -




Hình T.4.5.10. Sự phân bố giá trị cực đại của chiều cao sóng xung quanh góc lõm
32)

Phơng pháp máy tính
Phơng pháp lời giải gần đúng
Phơng pháp máy tính
Phơng pháp lời giải gần đúng
www.Gia24.vn
- II.79 -






H×nh T.4.5.11. Ph©n bè lùc sãng däc mét ®ª ch¾n sãng b¸n v« h¹n








H×nh T.4.5.12. Ph©n bæ lùc sãng däc ®ª ch¾n sãng t¸ch rêi



Tû lÖ lùc sãng
Sãn

g
kh«n
g
æn ®
Þ
nh
Sãng æn ®Þnh
Tû lÖ lùc sãng
www.Gia24.vn
- II.80 -

4.5.5. Sóng vo cạn
Khi sóng lan truyền vo vùng nớc nông, phải xét đến vấn đề sóng vo cạn bên
cạnh hiện tợng nhiễu xạ v khúc xạ. Phải xét đến tính phi tuyến của sóng khi tính
hệ số cạn

[Chú giải]
Hiện tợng sóng vo cạn l một trong các yếu tố quan trọng dẫn đến việc thay đổi chiều cao sóng
trong vùng nớc ven bờ. Nó minh hoạ vấn đề chiều cao sóng trong vùng nớc cạn cũng bị chi phối
bởi chiều sâu nớc v chu kỳ sóng. Hình T.4.5.13 đã đợc vẽ ra dựa trên lý thuyết sóng di phi
tuyến của Shuto. Nó gồm có giải pháp tuyến tính hoá bởi lý thuyết sóng biên độ nhỏ v cho phép
tính hệ số cạn từ nớc sâu vo nớc nông. Trong đồ thị, K
s
l hệ số cạn,
'
0
H
l chiều cao sóng nớc
sâu tơng đơng, H l chiều cao sóng ở độ sâu nớc h, v l
o

l chiều di sóng nớc sâu.


Hình T.4.5.13. Đồ thị tính hệ số cạn

4.5.6. Sóng vỡ
Tại các vị trí m độ sâu nớc không lớn hơn khoảng ba lần chiều cao sóng nớc sâu
tơng đơng, phải xét đến sự thay đổi chiều cao sóng do sóng vỡ. Phải xét đến tính
chất không ổn định của sóng khi tính sự thay đổi trong chiều cao sóng do sóng vỡ.
[Chú giải]
Sau khi chiều cao sóng tăng lên do vo cạn, sóng bị vỡ ở một độ sâu nớc no đó v chiều cao sóng
giảm nhanh. Hiện tợng ny gọi l sóng vỡ. Nó l một yếu tố quan trọng phải xét khi xác định các điều
kiện sóng tác động lên các kết cấu đờng biển. Đối với sóng ổn định, nơi sóng vỡ luôn luôn cùng một
chỗ; nó đợc gọi l "điểm sóng vỡ". Đối với sóng không ổn định, vị trí sóng vỡ tuỳ thuộc vo chiều cao
v chu kỳ của các sóng riêng lẻ, do đó hiện tợng sóng vỡ xảy ra trên một khoảng cách no đó; vùng
đó đợc gọi l "vùng sóng vỡ"

Đ
ờng suy giảm
www.Gia24.vn
- II.81 -

[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Thay đổi chiều cao sóng do sóng vỡ
Sự thay đổi trong chiều cao sóng do sóng vỡ có thể đợc xác định bằng cách sử dụng các hình
T.4.5.14 (a) ~ (e) hoặc hình T.4.5.15 (a) ~ (e). Các hình ny cho thấy sự thay đổi chiều cao đối
với sóng không ổn định do Goda tính có sử dụng một mô hình lý thuyết về sóng vỡ. ở khu vực
bên phải của đờng chấm gạch trên mỗi đồ thị, sự thay đổi trong độ cao sóng đợc tính bằng
cách sử dụng hệ số cạn (xem 4.5.5. Sóng vo cạn). ở khu vực bên trái đờng chấm gạch ny,
sự thay đổi trong độ cao sóng chủ yếu do sóng vỡ, do đó chiều cao sóng phải đợc xác định

bằng đồ thị ny. Còn với độ dốc đáy, nên sử dụng độ dốc đáy trung bình trên khu vực m tỷ lệ
của chiều sâu nớc so với chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng h/H
o
' l trong phạm vi 1,5 tới
2,5.
(2) Phạm vi áp dụng đồ thị về sự thay đổi chiều cao sóng
ở các vị trí m chiều cao nớc không hơn khoảng một nửa chiều cao sóng nớc sâu tơng
đơng, một phần lớn năng lợng sóng đợc chuyển đổi thnh năng lợng của dòng dao động hơn
l năng lợng nhấp nhô của mực nớc. Vì vậy, khi tính lực sóng tác động lên kết cấu ở vùng nớc
rất nông, nên sử dụng chiều cao sóng ở chỗ chiều sâu nớc l một nửa chiều cao sóng nớc sâu
tơng đơng, nếu công trình đang xem xét có tầm quan trọng lớn.
(3) Công thức tính gần đúng chiều cao sóng vỡ
Việc tính toán các sự thay đổi trong chiều cao sóng dựa trên một mô hình lý thuyết đối với hiện
tợng sóng vỡ thờng yêu cầu sử dụng máy tính. Tuy nhiên, xét đến tính biến đổi của hiện tợng
v độ chính xác tổng thể , có thể chấp nhận tính sự thay đổi chiều cao sóng bằng cách sử dụng
công thức đơn giản sau đây:

^`



đ


t

2,0/:,,min
2,0/:
0
'

0
'
0max
'
00
0
'
0
3/1
LhHKHhH
LhHK
H
sl
s
EEE
(4.5.21)
trong đó:


^`





ắ
ẵ

]tan4,2exp[/32,0;92,0max
]tan2,4exp[52,0
])(tan20exp[)/(028,0
29,0
0
'
0max
5,138,0
0
'
00
TE
TE
TE
LH
LH
l
(4.5.22)
Hệ số cạn K
s
đợc xác định bằng Hình T.4.5.13, các toán tử min { } v max { } lấy giá trị tối thiểu v tối đa
của các đại lợng bội số trong ngặc (tơng ứng) v tanT l độ dốc đáy
Tơng tự, một công thức tính toán gần đúng cho chiều cao sóng cao nhất H
max
đợc cho nh sau:

(4.5.23)

trong đó :


^`





ắ
ẵ





]tan4,2exp[/53,0;65,1max
]tan8,3exp[63,0
])(tan20exp[)/(052,0
29,0
0
'
0
*
max
*
5,138,0
0
'
0

*
0
TE
TE
TE
LH
LH
l
(4.5.24)
(4) Đồ thị để tính toán chiều cao sóng vỡ
35)

Nếu giá trị tối đa (H
1/3
)
đỉnh
của chiều cao sóng có ý nghĩa trong vùng sóng vỡ đợc lấy nh đại diện
của chiều cao sóng vỡ, sau đó đờng cong chỉ số sóng vỡ trở thnh nh trong Hình T.4.5.16. Nếu độ
sâu nớc (H
1/3
)
đỉnh
tại đó chiều cao sóng có ý nghĩa l cực đại đợc lấy lm đại diện của chiều sâu
sóng vỡ, khi đó, đồ thị để tính chiều sâu sóng vỡ trở thnh nh trong Hình T.4.5.17
^`



đ

t

2,0/:8,1,,min
2,0/:8,1
0
'
0
'
0
*
max
*'
0
*
0
0
'
0
max
LhHKHhH
LhHK
H
sl
s
EEE
www.Gia24.vn
- II.82 -

Hình T.4.5.14(b) Đồ thị chiều cao sóng có ý

nghĩa trong vùng sóng vỡ với độ dốc đáy bằng
1/20 độ dốc đáy
Hình T.4.5.14(a) Đồ thị chiều cao sóng có ý nghĩa trong
vùng sóng vỡ với độ dốc đáy bằng 1/10 độ dốc đáy
Hình T.4.5.14(c) Đồ thị chiều cao sóng có ý nghĩa
trong vùng sóng vỡ với độ dốc đáy bằng 1/30 độ
dốc đáy
Hình T.4.5.14(d) Đồ thị chiều cao sóng có ý nghĩa
trong vùng sóng vỡ với độ dốc đáy bằng 1/50 độ
dốc đáy






Độ dốc đáy
Độ dốc đáy
Đ
ờng suy giảm
Đ
ờng suy giảm
Đ
ờng suy giảm
Đ
ờng suy giảm
Độ dốc đáy
Độ dốc đáy
www.Gia24.vn
- II.83 -

Hình T.4.5.15(a) Đồ thị chiều cao sóng cao nhất
trong vùng sóng vỡ với độ dốc đáy bằng 1
/10 độ
dốc đáy
Hình T.4.5.14(e) Đồ thị chiều cao sóng có ý nghĩa
tron
g vùng sóng vỡ với độ dốc đáy bằng 1/100 độ
dốc đáy
Hình T.4.5.15(b) Đồ thị chiều cao sóng cao nhất
trong vùng sóng vỡ với độ dốc đáy bằng 1/20 độ
dốc đáy
Hình T.4.5.15(c) Đồ thị chiều cao sóng cao nhất
trong vùng sóng vỡ với độ dốc đáy bằng 1/30 độ
dốc đáy






Đờng suy giảm
Độ dốc đáy
Độ dốc đáy
Độ dốc đáy
Độ
d
ố
Độ dốc đáy
Đ

ờng suy giảm
Đ
ờng suy giảm
www.Gia24.vn
- II.84 -

Hình T.4.5.15(e) Đồ thị chiều cao sóng cao nhất
trong vùng sóng vỡ với độ dốc đáy bằng 1/100
độ dốc đáy
Hình T.4.5.15(d) Đồ thị chiều cao sóng cao nhất
trong vùng sóng vỡ với độ dốc đáy bằng 1/50 độ
dốc đáy











Độ dốc đáy
Đ
ờng suy giảm
Độ dốc đáy
Đ
ờng suy giảm
Hình T.4.5.16. Đồ thị giá trị cực đại của

chiều cao sóng có ỹ nghĩa
Hình T.4.5.17. Đồ thị chiều sâu nớc tại đó xảy
ra giá trị cực đại của chiều cao sóng có ý nghĩa
Chú thích (H
1/3
)
đỉnh
l
g
iá tr
ị
c
ực
đại của H
1/3
trong vùng sóng vỡ
Chú thích : (H
1/3
)
đỉnh
l chiều sâu
nớc tại đó H
1/3
l c
ự
c đ
ạ
i tron
g
vùng sóng vỡ

Độ
dốc đá
y
Độ
dốc đá
y
www.Gia24.vn
- II.85 -

(5) Tiêu chuẩn chiều cao sóng vỡ đối với sóng ổn định.
Hình T.4.5.18 cho biết tiêu chuẩn chiều cao sóng vỡ đối với sóng ổn định. Hình ny có thể dùng để
tính tiêu chuẩn chiều cao sóng vỡ trong các thì nghiệm mô hình thuỷ lực sử dụng sóng ổn định.
Đờng cong trong đồ thị đợc tính gần đúng bằng phơng trình sau:




ằ
ẳ

ô
ơ
ê

ắ
ẵ

đ

T
S
3/4
00
0
tan1515,1exp117,0
L
h
L
H
(4.5.25)
trong đó tanT l độ dốc đáy
Hình T.4.5.18 cho chiều cao giới hạn tại điểm sóng vỡ đầu tiên. Tại những chỗ nớc nông, chiều sâu
nớc tăng do sóng vỡ gây ra sự điều chỉnh lại sóng. Khi tính chiều cao sóng giới hạn ở vùng sóng vỡ,
cần xét đến sự tăng ny trong mực nớc


Hình T.4.5.18. Tiêu chuẩn chiều cao sóng vỡ đối với sóng ổn định
(6) Thay đổi chiều cao sóng tại các bờ biển có đá ngầm
Tại các bờ biển có đá ngầm tại đó nớc nông v đáy biển bằng phẳng kéo di trên một khoảng cách
di, sự thay đổi chiều cao sóng không thể tính trực tiếp bằng các Hình 4.5.14. v 4.5.15. Thay vo đó
có thể sử dụng phơng trình kinh nghiệm sau đây :

(4.5.26)

trong đó :
H
o
' : chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng
H

x
: chiều cao sóng có ý nghĩa ở một khoảng cách x từ đầu đá ngầm
h : chiều cao nớc bên trên dá ngầm
K
f
: độ tăng trong mực nớc trung bình ở một vị trí đủ xa kể từ đầu đá ngầm
Hệ số A v D tơng ứng l 0,05 v 0,03, theo các kết quả thí nghiệm mô hình thuỷ lực. Tuy nhiên, nên sử
dụng các giá trị sau, chúng đã có đợc từ các dữ liệu quan sát hiện trờng:


(4.5.27)

0,20 (4m > H
o
' t 2m
D = 0,33 ( H
o
' t 4m)
Độ
dốc đá
y
www.Gia24.vn
- II.86 -



Hệ số B tơng ứng với độ dốc đáy ở phía trớc đá ngầm. Sử dụng Hình T.4.5.14, hệ số ny có đợc
từ chiều cao sóng có ý nghĩa H
x
= 0 ở chiều sâu nớc h nh sau:

(4.5.28)

Số hạng (h+
f
K
) / H
o
' đợc cho bởi

(4.5.29)

trong đó E = 0,56. Từ tính liên tục của mực nớc trung bình ở đầu bãi đá ngầm (x= 0), C
o
đợc cho bởi
:

(4.5.30)

Số hạng
x
K
=
0 l sự dâng cao của mực nớc trung bình ti chiều sâu nớc h, nó đợc quyết định bởi
độ dốc đáy phía trớc bãi đá ngầm v độ dốc sóng (xem 4.7.1. Cấu trúc sóng)
Phơng pháp tính ở phần trên đợc rút ra với giả định l chiều sâu nớc phía trên đá ngầm nhỏ v
sóng vỡ trên bãi đá. Vì vậy không thể áp dụng phơng pháp ny khi nớc sâu v không có sóng vỡ
Xem xét tiêu chuẩn chiều cao sóng vỡ của một sóng đơn lẻ, chiều cao sóng cao nhất H
max,x
ở khoảng

cách x từ đầu bãi đá ngầm có thể có đợc nh sau:

(4.5.31)
Trong đó min{a,b} l giá trị nhỏ hơn của a hoặc b, v
x
K
l sự dâng cao của mực nớc trung bình ở
khoảng cách x v đợc cho bởi phơng trình sau:

(4.5.32)



4.6. Sóng leo, sóng trn v sự truyền sóng
4.6.1 Sóng leo
Hiện tợng sóng leo phải đợc tính toán một cách thích đáng bằng cách xét đến hình
dạng v vị trí của đê biển v địa hình đáy biển
[Chú giải]
Hiện tợng sóng leo phụ thuộc vo một loạt yếu tố, nh các đặc trng của sóng, hình dạng v vị trí
của đê biển v địa hình đáy biển; vì vậy chiều cao sóng leo thay đổi rất phức tạp. Có thể dùng các đồ
thị tính toán v các phơng trình dựa trên các kết quả của các nghiên cứu trớc đây, nhng chúng chỉ
có thể áp dụng trong các điều kiện hạn chế no đó. Khi đê biển v đáy biển có dạng phức tạp, để xác
định chiều cao sóng leo, nên lm thí nghiệm mô hình thuỷ lực. Khi thiết kế đê biển loại mái dốc nhẹ v
các loại tơng tự, nên để cao độ đỉnh đê cao hơn chiều cao sóng leo đối với sóng ổn định. Tuy nhiên,
đối với sóng không ổn định, tuỳ thuộc vo chiều cao sóng, có thể xẩy ra trn, do đó cao độ đỉnh đê
www.Gia24.vn
- II.87 -

biển v hình dạng của nó đợc xác định sao cho lợng chảy trn (xem 4.6.2 Sóng trn) không lớn
hơn một giá trị cho phép no đó

[Chỉ dẫn kỹ thuật]
Sau đây mô tả phơng pháp tính chiều cao sóng leo trên mái dốc thoải không thấm nớc
(1) Mặt cắt ngang đơn giản
"Một mặt cắt ngang đơn giản" l nói trờng hợp đê biển (kể cả một tờng thẳng đứng) có một mái dốc
phía trớc có độ dốc đồng đều D đợc đặt tại một vị trí no đó (chiều sâu nớc h) trên đáy biển có một
độ dốc hầu nh đồng đều T.
(a) Vùng sóng đứng
Takada kiến nghị phơng trình sau để xác định chiều cao sóng leo khi chiều sâu nớc h tại chân đê
nằm trong phạm vi tồn tại sóng đứng (nghĩa l sâu hơn chiều sâu tại đờng sóng vỡ). Ông xử lý hai
trờng hợp riêng biệt, nghĩa l trờng hợp không xảy ra sóng vỡ trên mái dốc trớc v trờng hợp có
xảy ra sóng vỡ
Đầu tiên, theo phơng trình Miche, góc nghiêng tối thiểu của độ dốc D
c
để không xẩy ra sóng vỡ tìm
đợc khi thoả mãn điều kiện sau:

(4.6.1)

Theo đó khi góc nghiêng của mái dốc lớn hơn D
c
, không xẩy ra sóng vỡ trên mái dốc, trờng hợp
ny chiều cao sóng leo đợc cho bởi phơng trình :

(4.6.2)

Trong đó H
o
' l chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng , K
s
l hệ số cạn , H

1
l chiều cao sóng ở độ
sâu nớc tại chân dốc, K
s
l cao độ đỉnh, v R l chiều cao sóng leo
Takada dùng phơng trình sau đây cho K
s
/H
1
, giả định rằng có sự tơng hợp tốt giữa giá trị có từ lý
thuyết sóng đứng Miche v các số liệu thí nghiệm
(4.6.3)

Khi góc nghiêng của mái dốc nhỏ hơn D
c
, xẩy ra sóng vỡ trên mái dốc, khi đó giả định chiều cao
sóng leo tỷ lệ với tan
2/3
D, dẫn đến phơng trình sau :

(4.6.4)

Khi chiều sâu nớc cho các sóng đứng tồn tại, chiều cao sóng leo có thể tính nh trên. Chiều cao
sóng leo lớn nhất xẩy ra khi D

= D
c
, với chiều cao sóng leo giảm khi mái dốc dốc hơn thế v cả khi nó
dốc thoải hơn
(b) Vùng nớc nông hơn chiều sâu sóng vỡ

Takada đã cho chiều cao sóng leo tại những vùng m nớc đủ nông để xẩy ra sóng vỡ nh sau:

(4.6.5)

Trong đó R
o
l chiều cao sóng leo trên thân đê tại chỗ đờng nớc gặp đê (h = 0)
Dựa trên các kết quả kinh nghiệm của Toyoshima v các ngời khác, R
o
/H
o
' đợc cho nh sau :
www.Gia24.vn