Đang tải... (xem toàn văn)
Cho đến nay phần lớn các công thức tính xói cục bộ tại trụ cầu đều xuất phát từ các kết quả nghiên cứu từ phòng thí nghiệm mà hạn chế của các công thức tính này là chưa kể ảnh hưởng của các điều kiện thủy lực dòng chảy, điều kiện địa chất đáy sông… đến sự hình thành và phát triển hố xói một cách đầy đủ. Các công thức thực nghiệm mà các tác giả đưa ra có rất nhiều dạng khác nhau. Tùy theo quan điểm của từng tác giả cho rằng yếu tố nào ảnh hưởng đến quá trình xói là quan trọng hơn mà các tham số khác nhau được đưa vào công thức tính toán. Tất cả các phương pháp tính xói cục bộ hiện nay có chung một tồn tại cơ bản là thiếu mô hình lý thuyết chặt chẽ, thiếu các số liệu đo xói thực tế để kiểm chứng độ tin cậy của công thức đề xuất. Với sự đa dạng của các công thức tính xói dẫn đến kết quả tính xói rất khác nhau. Không chỉ có sự sai khác về kết quả tính xói giữa các công thức tính xói với nhau mà còn có sự sai khác giữa kết quả tính xói theo các công thức đề nghị với kết quả đo đạc chiều sâu xói theo thực tế. Đây là hạn chế lớn trong việc lựa chọn công thức phù hợp để đưa vào tiêu chuẩn tính xói cục bộ cho trụ cầu cũng như kiểm định sự ổn định của móng trụ cầu ở nước ta hiện nay. Trong điều kiện các con sông ở thành phố Đà Nẵng thường là sông ngắn, có độ dốc lớn, vận tốc dòng chảy thay đổi trong thời gian lũ có ảnh hưởng đến việc lựa chọn các tham số trong công thức tính xói. Nhiệm vụ đặt ra cho đề xuất nghiên cứu này là khảo sát đánh giá lại các công thức dự báo chiều sâu xói cục bộ đang được sử dụng ở nước ta hiện nay có tham khảo một số công thức đang được áp dụng tại Mỹ. Tiến hành đo đạc chiều sâu xói cục bộ tại trụ cầu Trần Thị Lý ở khu vực thành phố Đà Nẵng, lấy mẫu số liệu và tiến hành phân tích đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như vận tốc dòng chảy đến, chiều sâu dòng chảy đến, bề rộng trụ, thuộc tính vật liệu, hình dạng đáy sông… đến sự hình thành và phát triển của xói cục bộ tại trụ cầu. So sánh với các tham số được đề xuất trong các công thức tính xói. Từ đó đề xuất lựa chọn công thức tính xói phù hợp với thực tế nhất trong điều kiện ở khu vực thành phố Đà Nẵng. “Nghiên cứu đề xuất phương pháp tính xói cục bộ tại trụ cầu Trần Thị Lý, thành phố Đà Nẵng” làm đề tài nghiên cứu của luận văn.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐỒN CƠNG MINH NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP TÍNH XÓI CỤC BỘ TẠI TRỤ CẦU TRẦN THỊ LÝ, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Chun ngành : Xây dựng cơng trình thủy Mã số : 60.58.40 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS ĐẶNG VIỆT DŨNG Đà Nẵng – Năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Đồn Cơng Minh MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài Nội dung nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 Phương pháp nghiên cứu Chọn tên đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU XÓI .4 1.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỦ YẾU HIỆN NAY 1.2.1 Cơng thức tính chiều sâu xói cục TS Đặng Việt Dũng 1.2.2 Cơng thức tính xói cục trường Đại học Xây dựng Hà Nội9 1.2.3 Cơng thức tính xói cục M.M Zuravlev A.M Latưsenkov 10 1.2.4 Tính xói cục theo tiêu chuẩn BCH 62-69 Liên Xơ 11 1.2.5 Cơng thức tính xói cục theo I.A Iaroxlatsev .14 1.2.6 Công thức tính xói cục theo Richardson Davis .15 1.2.7 Cơng thức tính xói cục theo David Froehlich 17 1.2.8 Nhận xét 17 1.3 BẢNG TỔNG HỢP CÁC CƠNG THỨC TÍNH XĨI CỤC BỘ 19 1.4 ĐẶC ĐIỂM MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU XĨI CỤC BỘ CẦU 20 1.5 NHẬN XÉT 20 CHƯƠNG 2:MƠ TẢ VÀ PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN Q TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN HỐ XĨI 23 2.1 NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH VÀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN XÓI CỤC BỘ TẠI TRỤ CẦU 23 2.1.1 Các nguyên nhân .23 2.1.2 Các giai đoạn trình phát triển xói 23 2.1.3 Q trình hình thành phát triển hố xói 25 2.1.4 Hệ thống thành phần dòng chảy quanh trụ tròn 25 2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN HỐ XĨI 29 2.2.1 Sự ảnh hưởng sức cản hình dạng đến chiều sâu xói (Kc ) .29 2.3 SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU ĐÁY ĐẾN CHIỀU SÂU XĨI 34 2.3.1 Ảnh hưởng kích thước hạt bùn cát đáy (b/d50) 34 2.3.2 Ảnh hưởng đồng kích thước hạt 35 2.4 SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU SÂU DÒNG CHẢY TỚI ĐẾN CHIỀU SÂU XÓI (Y/B) 35 2.5 SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN CƯỜNG ĐỘ DÒNG CHẢY ĐẾN CHIỀU SÂU XÓI 37 2.5.1 Thành phần vận tốc khởi động hạt [1] 37 2.6 LỰA CHỌN CƠNG THỨC TÍNH XĨI CỤC BỘ ĐỂ ĐƯA VÀO SO SÁNH 37 2.6.1 Lựa chọn cơng thức tính tốn xói cục 37 2.6.2 Nhận xét 38 2.7 MƠ HÌNH DỊNG CHẢY CHIỀU NGANG 38 2.7.1 Giới thiệu mơ hình River 2D 38 CHƯƠNG 3: TỔ CHỨC ĐO XÓI TẠI HIỆN TRƯỜNG .44 3.1 LỰA CHỌN CÁC CHỈ TIÊU ĐO ĐẠC, PHẠM VI ĐO, PHƯƠNG PHÁP ĐO, CÔNG TRÌNH CẦU TRẦN THỊ LÝ 44 3.1.1 Các tiêu đo 44 3.1.2 Phạm vi đo 44 3.1.3 Phương pháp đo 44 3.1.4 Cơng trình dự kiến đo đạc 47 3.2 TỔ CHỨC ĐO ĐẠC TẠI HIỆN TRƯỜNG 48 3.3 TẬP HỢP SỐ LIỆU VÀ PHÂN TÍCH 52 3.4 KẾT LUẬN 52 CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG MƠ HÌNH RIVER 2D ĐỂ TÍNH XĨI CỤC BỘ CHO CẦU TRẦN THỊ LÝ VÀ SO SÁNH, ĐỀ XUẤT 53 4.1 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC XÂY DỰNG CẦU 53 4.1.1 Địa hình .53 4.1.2 Khí hậu 53 4.1.3 Thủy văn 55 4.1.4 Địa chất .56 4.2 GIỚI THIỆU VÀI NÉT VỀ VỊ TRÍ CẦU TRẦN THỊ LÝ 59 4.2.1 Phương án vị trí cầu 59 4.2.2 Quy mơ xây dựng cơng trình 59 4.2.3 Độ dốc giới hạn tĩnh không cầu 60 4.2.4 Phạm vi dự án 60 4.2.5 Phương án kết cấu .61 4.3 TÍNH TỐN XĨI TRỤ CẦU TẠI CẦU TRẦN THỊ LÝ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VẬN TỐC TRUNG BÌNH DÒNG CHẢY MỘT CHIỀU 64 4.3.1 Xác định đặc trưng mực nước, tốc độ dòng chảy, lưu lượng ứng P = 1% 64 4.3.2 Tính xói chung chiều cao nước dâng trước cầu ứng với tần suất 1% 65 4.3.3 Tính xói cục (P = 1%) sử dụng phương pháp vận tốc dịng chảy trung bình chiều .68 4.4 ÁP DỤNG MƠ HÌNH RIVER 2D ĐỂ TÍNH VẬN TỐC DỊNG CHẢY TẠI TRỤ CẦU TRẦN THỊ LÝ 78 4.4.1 Thành lập bed River 2D 78 4.4.2 Thành lập mesh River 2D 79 4.4.3 Kết tính tốn vận tốc chiều cao mực nước khu vực đặt trụ 81 4.4.4 Tính tốn lại xói cục theo phương pháp TS Đặng Việt Dũng 83 4.5 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 83 4.5.1 So sánh kết tính tốn 83 4.5.2 Hiệu chỉnh tham số tính tốn 84 4.5.3 Nhận xét đánh giá 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (bản sao) PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU Số hiệu Tên bảng Trang 1.1 Hệ số thực nghiệm KA 1.2 Hệ số 14 1.3 Bảng tổng hợp cơng thức tính tốn xói cục 19 2.1 Hệ số ảnh hưởng hình dạng mũi trụ (Ks) trụ thẳng hàng với dòng chảy DietZ (1972) 30 2.2 Hệ số đồng kích thước thân trụ (KP) 32 2.3 Hệ số ảnh hưởng hình thức bố trí trụ nhóm trụ (Kgr) 33 2.4 Bảng tổng hợp cơng thức tính xói lựa chọn 38 3.1 Tổng hợp kết đo xói thực tế trường 52 4.1 Bảng giá trị vận tốc, lưu lượng cao độ mực nước 65 4.2 Bảng kết tính chiều sâu xói cục theo công thức TS Đặng Việt Dũng 69 4.3 Bảng kết tính chiều sâu xói cục theo công thức trường Đại Học Xây Dựng Hà Nội 71 4.4 Bảng kết tính chiều sâu xói cục theo phương pháp tính vận tốc trung bình I.A Iaroxlatsev 75 4.5 Bảng kết tính chiều sâu xói cục theo cơng thức Richardson Davis 77 4.6 Kết so sánh tói xói cục phương pháp vận tốc trung bình chiều với kết đo xói 77 4.7 Bảng tổng hợp vận tốc trung bình theo phương pháp thẳng đứng cao độ nút đặc trưng dung để tính xói trụ cầu chạy chương trình River_2D 82 4.8 Bảng kết tính chiều sâu xói cục TS Đặng Việt Dũng có sử dụng mơ hình River_2D 83 4.9 Bảng so sánh kết tính tốn theo hai phương pháp 83 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang 1.1 Sơ đồ mơ tả dạng xói lở cơng trình trụ cầu 1.2 Sơ đồ dịng chảy xói, bồi trụ cầu 1.3 Giá trị Kα (α, l/b) α góc tính độ (Laursen Toch, 1956) 12 1.4 a) Quan hệ Kv V2/gB1 b) Quan hệ KH y/B1 15 1.5 Sơ đồ nghiên cứu xói cục chân trụ cầu 20 2.1 Mơ tả vị trí xói cục mố trụ cầu 23 2.2 Mô tả góc hình thành xói chân trụ cầu 24 2.3 Mơ tả giai đoạn hình thành phát triển hố xói 24 2.4 Thành phần dòng chảy quanh trụ tròn 25 2.5 Mơ tả dịng chảy phía thượng lưu 26 2.6 Mơ tả hệ thống xốy móng ngựa 27 2.7 Mơ tả dòng chảy bao quanh thân trụ cầu 28 2.8 Mơ tả hệ thống xốy vệt 28 2.9 Giá trị Kα(α, l/b) Laursen Toch 1956 31 2.10 Mô tả đồng kích thước trụ 32 2.11 Mơ tả ảnh hưởng nhóm cọc 33 2.12 Đường biễu diễn quan hệ hcb=f(b/d50) 34 2.13 Quan hệ y/b 36 2.14 Chiều sâu xói thay đổi theo chiều sâu tương đối, h/b với cỡ hạt tương đối b/d50 làm thơng số theo kết thí nghiệm Ettema(1980); Chiew(1984) Chee(1982) 36 3.1 Vị trí trụ cầu Trần Thị Lý cần đo xói 44 3.2 Cấu tạo máy hồi âm dùng để đo sâu 46 3.3 Cơng trình cầu Trần Thị Lý 48 3.4 Đo xói trụ S7 sào đo 49 3.5 Đo xói trụ S8 sào đo 50 3.6 Đo xói trụ S5 đo hồi âm 51 3.7 Bình đồ cao độ địa hình trụ cầu Trần Thị Lý 52 4.1 Tồn cảnh lưu vực sơng Hàn 53 4.2 Cấu tạo hình trụ lỗ khoan tiêu biểu 58 4.3 Phối cảnh cầu Trần Thị Lý 59 4.4 Mặt cắt đứng cầu Trần Thị Lý 62 4.5 Trụ cầu (S6 – S8) 62 4.6 Trụ cầu S5 63 4.7 Sơ đồ tính 65 4.8 Sơ đồ tính trụ S2 72 4.9 Sơ đồ tính trụ S3 72 4.10 Sơ đồ tính trụ S4 73 4.11 Sơ đồ tính trụ S5 73 4.12 Sơ đồ tính trụ S6 74 4.13 Sơ đồ tính trụ S7 74 4.14 Sơ đồ tính trụ S8 75 4.15 Biểu đồ so sánh giá trị tính xói so với thực tế 78 4.16 Bản đồ tính toán khu vực cầu Trần Thị Lý 79 4.17 Dữ liệu *bed sau xây dựng 79 4.18 Mở liệu *bed River 2d_mesh 80 4.19 Dữ liệu mesh sau xây dựng 80 4.20 Độ sâu vận tốc trung bình theo phương thẳng đứng 82 gần trụ cầu chương trình River 2D 4.21 Biểu đồ so sánh chiều sâu xói phương pháp 84 4.22 Biểu đồ so sánh chiều sâu xói sau hiệu chỉnh tham 85 số MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Cho đến phần lớn cơng thức tính xói cục trụ cầu xuất phát từ kết nghiên cứu từ phòng thí nghiệm mà hạn chế cơng thức tính chưa kể ảnh hưởng điều kiện thủy lực dịng chảy, điều kiện địa chất đáy sơng… đến hình thành phát triển hố xói cách đầy đủ Các công thức thực nghiệm mà tác giả đưa có nhiều dạng khác Tùy theo quan điểm tác giả cho yếu tố ảnh hưởng đến q trình xói quan trọng mà tham số khác đưa vào cơng thức tính tốn Tất phương pháp tính xói cục có chung tồn thiếu mơ hình lý thuyết chặt chẽ, thiếu số liệu đo xói thực tế để kiểm chứng độ tin cậy công thức đề xuất Với đa dạng cơng thức tính xói dẫn đến kết tính xói khác Khơng có sai khác kết tính xói cơng thức tính xói với mà cịn có sai khác kết tính xói theo công thức đề nghị với kết đo đạc chiều sâu xói theo thực tế Đây hạn chế lớn việc lựa chọn công thức phù hợp để đưa vào tiêu chuẩn tính xói cục cho trụ cầu kiểm định ổn định móng trụ cầu nước ta Trong điều kiện sông thành phố Đà Nẵng thường sơng ngắn, có độ dốc lớn, vận tốc dịng chảy thay đổi thời gian lũ có ảnh hưởng đến việc lựa chọn tham số công thức tính xói Nhiệm vụ đặt cho đề xuất nghiên cứu khảo sát đánh giá lại công thức dự báo chiều sâu xói cục sử dụng nước ta có tham khảo số công thức áp dụng Mỹ Tiến hành đo đạc chiều sâu xói cục trụ cầu Trần Thị Lý khu vực thành phố Đà Nẵng, lấy mẫu số liệu tiến hành phân tích đánh giá ảnh hưởng yếu tố