BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA KẾT CẤU
ĐÊ DẠNG BẢN NGHIÊNG TRÊN NỀN CỌC TRONG
CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Hà Nội – 2023


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA KẾT CẤU
ĐÊ DẠNG BẢN NGHIÊNG TRÊN NỀN CỌC TRONG
CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN
Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình đặc biệt
Mã số: 9580206
LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Người hướng dẫn khoa học:
Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Nguyễn Viết Thanh
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS. TS. Phùng Đăng Hiếu

Hà Nội – 2023


1
LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung
và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa được ai cơng bố trong
bất kỳ cơng trình khoa học nào.

TÁC GIẢ


2
LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ của quý thầy
cô ở Trường Đại học Giao thơng vận tải, tơi đã hồn thành luận án tiến sĩ kỹ thuật:
“Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng kết cấu đê chắn sóng dạng bản nghiêng trên
nền cọc trong cơng trình bảo vệ bờ biển”, tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám
hiệu Trường Đại học Giao thơng vận tải, Phịng đào tạo Sau đại học, Khoa Cơng
trình, Bộ mơn Cơng trình giao thơng Thành phố và Cơng trình thủy, các cán bộ
và tồn thể q thầy cơ tham gia giảng dạy đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận
lợi cho tơi trong q trình học tập và hoàn thành luận án.
Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc, đến quý thầy
hướng dẫn đã tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt q trình nghiên cứu và hồn
thiện Luận án.
Xin cảm ơn quý thầy cô giáo, các nhà khoa học, các chuyên gia trong và
ngoài trường và các bạn đồng nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến thiết thực để tác
giả hồn thiện luận án.
Cuối cùng tơi xin cám ơn gia đình đã ln ở bên, động viên, khích lệ và
ủng hộ trong suốt quá trình nghiên cứu và học tập.
Xin trân trọng cảm ơn!
TÁC GIẢ



3
MỤC LỤC

Lời cam đoan

1

Lời cảm ơn

2

Danh mục hình vẽ

7

Danh mục bảng biểu

12

Danh mục từ viết tăt

13

Danh mục ký hiệu

14

Mở đầu


1

1

Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................. 1

2

Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 2

3

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 2

4

5

3.1 Đối tượng nghiên cứu

2

3.2 Phạm vi nghiên cứu

2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ....................................................................... 2
4.1 Ý nghĩa khoa học

2


4.2 Ý nghĩa thực tiễn

3

Bố cục của luận án ......................................................................................... 3

Chương 1. Tổng

quan nghiên cứu về kết cấu và tương tác giữa sóng với cơng
trình đê ngăn cát giảm sóng
4
1.1 Tổng quan các nghiên cứu về các giải pháp bảo vệ bờ biển........................... 4
1.1.1 Giới thiệu chung

4

1.1.2 Kết cấu cơng trình bảo vệ bờ biển

5

1.2 Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến hướng nghiên cứu của luận án .... 11
1.2.1 Tổng quan các cơng trình nghiên cứu trên thế giới

11

1.2.2 Tổng quan các cơng trình nghiên cứu tương tác giữa sóng và cơng trình
trong nước
19



4
1.3 Tổng quan các phương pháp nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu đê
ngăn cát giảm sóng .............................................................................................. 30
1.4 Những vấn đề tồn tại luận án cần giải quyết ................................................. 32
1.5 Mục tiêu và nội dung của đề tài nghiên cứu ................................................. 32
1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu

32

1.5.2 Nội dung nghiên cứu

33

1.5.3 Dự kiến kết quả mang lại

33

1.6 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 34
1.7 Kết luận chương 1 ......................................................................................... 34
Chương

2. Cơ sở khoa học nghiên cứu tương tác giữa sóng và đê dạng bản
nghiêng trên nền cọc
36
2.1 Cơ sở nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu đê bản nghiêng ............... 36
2.1.1 Đặt vấn đề

36


2.1.2 Cơ sở về lý thuyết tương tự

36

2.2 Xây dựng, hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình vật lý ...................................... 39
2.2.1 Lựa chọn tỷ lệ mơ hình

39

2.2.2 Chế tạo mẫu đê bản nghiêng

40

2.2.3 Thiết bị đo đạc và bố trí các vị trí đo đạc số liệu trên mơ hình thí nghiệm
41
2.3 Hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình nghiên cứu .............................................. 46
2.3.1 Kiểm định độ chính xác của mẫu thí nghiệm

46

2.3.2 Kiểm định độ chính xác sóng trong máng sóng

46

2.3.3 Hiệu chỉnh và kiểm định đầu đo sóng

47

2.3.4 Hiệu chỉnh và kiểm định đầu đo áp lực


48

2.4 Xây dựng các kịch bản nghiên cứu ............................................................... 49
2.4.1 Thơng số sóng thí nghiệm của các tác giả trước đây

49

2.4.2 Xây dựng các kịch bản nghiêng cứu

50


5
2.5 Phương pháp đo đạc và xử lý số liệu thí nghiệm .......................................... 53
2.5.1 Phương pháp đo đạc sóng phản xạ

53

2.5.2 Phương pháp tính tốn sóng truyền

55

2.5.3 Phương pháp tính tốn sóng phản xạ

55

2.5.4 Phương pháp tính tốn hệ số tiêu tán năng lượng sóng

55


2.5.5 Phương pháp phân tích số liệu sóng thu được

55

2.6 Kết luận chương 2 ......................................................................................... 56
CHƯƠNG

3. NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY ĐỘNG LỰC KHI
SÓNG TƯƠNG TÁC VỚI KẾT CẤU ĐÊ BẢN NGHIÊNG
57
3.1 Đặc trưng truyền sóng ................................................................................... 57
3.1.1 Kết quả tính tốn hệ số truyền sóng

57

3.1.2 Ảnh hưởng của mực nước đến truyền sóng

58

3.1.3 Ảnh hưởng của mái dốc bản nghiêng tới sóng truyền

60

3.1.4 Ảnh hưởng của chu kỳ sóng

63

3.1.5 Ảnh hưởng của độ dốc sóng

64


3.2 Đặc trưng phản xạ sóng................................................................................. 69
3.2.1 Tổng hợp kết quả thí nghiệm

69

3.2.2 Ảnh hưởng của mực nước đến phản xạ sóng

70

3.2.3 Ảnh hưởng của mái dốc bản nghiêng đến phản xạ sóng

73

3.2.4 Ảnh hưởng của chu kỳ sóng đến phản xạ sóng

76

3.2.5 Ảnh hưởng của độ dốc sóng đến phản xạ sóng

77

3.3 Đặc trưng tiêu tán năng lượng sóng .............................................................. 81
3.3.1 Ảnh hưởng của mực nước đến tiêu tán năng lượng sóng

81

3.3.2 Ảnh hưởng của mái dốc bản nghiêng đến tiêu tán năng lượng sóng 84
3.3.3 Ảnh hưởng của chu kỳ sóng đến tiêu tán năng lượng sóng


87

3.3.4 Ảnh hưởng của độ dốc sóng đến tiêu tán năng lượng sóng

88

3.4 Phân bố áp lực sóng trên bản nghiêng .......................................................... 90


6
3.4.1 Đặt vấn đề

90

3.4.2 Phân bố áp lực sóng trên đê bản nghiêng trên nền cọc

91

3.5 Phân bố vận tốc cực đại do sóng gây ra tại chân đê bản nghiêng ................. 94
3.5.1 Đặt vấn đề

94

3.5.2 Phân bố vận tốc lớn nhất do sóng gây ra ở khoảng hở giữa chân đê bản
nghiêng và đáy
94
3.6 Kết luận chương 3 ......................................................................................... 95
Chương

4. Ứng dụng kết quả nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu đê bản

nghiêng trên nền cọc trong xây dựng cơng trình bảo vệ bờ biển ở nước ta 97
4.1 Cơ sở lựa chọn giải pháp mặt cắt ngang đê bản nghiêng trong xây dựng cơng
trình bảo vệ bờ biển ............................................................................................. 97
4.2 Đề xuất các dạng mặt cắt ngang đê bản nghiêng đối với cơng trình bảo vệ bờ
biển ...................................................................................................................... 98
4.3 Thiết kế đê bản nghiêng trong xây dựng cơng trình bảo vệ bờ biển cảnh dương,
quảng bình ......................................................................................................... 101
4.3.1 Giới thiệu chung về bờ biển Cảnh Dương

101

4.3.2 Điều kiện biên thiết kế

102

4.3.3 Xác định các thông số đặc trưng của kết cấu

111

4.4 Kết luận chương 4 ....................................................................................... 116
Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo

117

1. Kết quả đạt được của luận án ........................................................................ 117
1.1. Nghiên cứu tổng quan

117

1.2. Nghiên cứu trên mơ hình vật lý


117

1.3. Nghiên cứu ứng dụng vào cơng trình thực tế

117

2. Những đóng góp mới của luận án ................................................................. 118
3. Hướng nghiên cứu tiếp theo .......................................................................... 118
Danh mục cơng trình đã cơng bố

119

Tài liệu tham khảo

120


7

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Các loại dạng bố trí các tuyến đê ngăn cát giảm chắn sóng trong cơng
trình bảo vệ bờ [1]
4
Hình 1.2: Cấu tạo đê mái nghiêng

5

Hình 1.3: Kết cấu đê ngăn cát giảm sóng dạng thùng chìm kích thước nhỏ


6

Hình 1.4: Kết cấu đê khối xếp

7

Hình 1.5: Mặt cắt ngang đê bán nguyệt có lỗ tiêu sóng

8

Hình 1.6: Đê giảm sóng tường cọc ly tâm

8

Hình 1.7: Đê giảm sóng bằng cấu kiện Busadco

9

Hình 1.8: Đê giảm sóng bằng cấu kiện Busaco

10

Hình 1.9: Mỏ hàn chữ T bằng cấu kiện chữ A và hình chóp

10

Hình 1.10: Sơ đồ thí nghiệm của Murakami et al., [13]

11


Hình 1.11: Sơ đồ thí nghiệm của Nallayarasu et al. (1994)

12

Hình 1.12: Đê PSR xây dựng ở Kimitsu, Chiba, Nhật bản

13

Hình 1.13: Sơ đồ kết cấu đê chắn sóng dạng phao nghiêng [16]

13

Hình 1.14: Đê bản nghiêng ở bờ biển Fujimori, Vịnh Suruga Bay, Nhật Bản 14
Hình 1.15: Sự truyền sóng và phản xạ sóng

14

Hình 1.16: Diễn biến đường bờ biển

14

Hình 1.17: Sơ đồ thí nghiệm của Rao và cộng sự [18]

15

Hình 1.18: Sơ đồ thí nghiệm và kết cấu bản nghiêng của Shirlal [19]

15

Hình 1.19: Sơ đồ thí nghiệm của Acanal và cộng sự


16

Hình 1.20: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ITP của Yagci et al., [21]

16

Hình 1.21: Sơ đồ nghiêng cứu 2 bản nghiêng đặt đối xứng [22]

17

Hình 1.22: Sơ đồ bố trí thí nghiệm của Yueh et al., (2016)

18

Hình 1.23: Sơ đồ thí nghiệm tương tác giữa sóng và đê mái nghiêng [25]

20


8
Hình 1.24: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu đánh giá ổn định và hiệu quả tiêu giảm
sóng tràn của khối phủ RAKUNA IV [26]
20
Hình 1.25: Sơ đồ thí nghiệm tương tác giữa sóng và đê nghiêng Rakuna-IV [27]
21
Hình 1.26: Sơ đồ nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu đê có độ xốp

22


Hình 1.27: Sơ đồ máng sóng nghiên cứu tương tác giữa sóng và kè biển

23

Hình 1.28: Bố trí thí nghiệm nghiên cứu thực nghiệm tương tác giữa sóng và kết
cấu đê bán nguyệt [39]
24
Hình 1.29: Sơ đồ bố trí thí nghiệm mặt cắt đê có cấu kiện tiêu sóng tại đỉnh

24

Hình 1.30: Sơ đồ nghiên cứu tương tác giữa sóng và các loại kết cấu đê [36] 25
Hình 1.31: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của đê ngầm bằng
kết cấu đê mái nghiêng [38]
26
Hình 1.32: Sơ đồ bố trí thí nghiệm mơ hình vật lý trên máng sóng để nghiên cứu
áp lực sóng tác dụng lên kết cấu tường đỉnh của đê kè biển [40]
27
Hình 1.33: Mơ hình vật lý cửa Lở, Quảng Ngãi [41]

28

Hình 1.34: Sơ đồ bố trí khơng gian cơng trình bảo vệ bờ biển và chỉnh trị cửa Nhật
Lê, Quảng Bình
28
Hình 1.35: Sơ đồ nghiên cứu tương tác giữa sóng và các loại kết cấu đê nổi

29

Hình 2.1: Chế tạo đê bản nghiêng


41

Hình 2.2: Mặt cắt ngang đê bản nghiêng hồn thiện

41

Hình 2.3: Máng sóng của Phịng Thí nghiệm trọng điểm về động lực sông biển,
Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam
42
Hình 2.4: Phịng điều khiển và giao diện điều khiển

42

Hình 2.5: Đầu đo sóng 202

43

Hình 2.6: Bộ khuếch đại sóng

43

Hình 2.7: Sơ đồ bố trí thí nghiệm và bố trí đầu đo sóng trong máng sóng

44

Hình 2.8: Bố trí các đầu đo sóng trong mơ hình thí nghiệm máng sóng

44


Hình 2.9: Đầu đo áp lực và bộ thu tín hiệu

45


9
Hình 2.10: So sánh kết quả chiều cao sóng tạo bởi máy tạo sóng và sóng thí
nghiệm
46
Hình 2.11: Biểu đồ kiểm định đầu đo sóng G1 (trái) và G2 (phải)

47

Hình 2.12: Biểu đồ kiểm định đầu đo G3 (trái) và G4 (phải)

47

Hình 2.13: Biểu đồ kiểm định đầu đo P1 (trái) và P2 (phải)

48

Hình 2.14: Biểu đồ kiểm định đầu đo sóng P4

48

Hình 3.1: Quan hệ giữa hệ số truyền sóng Kt và chiều cao sóng Hs ứng với các
mái dốc bản nghiêng khác nhau ứng với MN1
58
Hình 3.2: Quan hệ giữa hệ số truyền sóng Kt và chiều cao sóng Hs ứng với các độ
dốc khác nhau ứng với mực nước MN2

59
Hình 3.3: Quan hệ giữa hệ số truyền sóng Kt và chiều cao sóng Hs ứng với các độ
dốc khác nhau ứng với mực nước MN3
60
Hình 3.4: Quan hệ giữa chiều cao sóng và hệ số truyền sóng ứng với sự thay đổi
mực nước
61
Hình 3.5: Quan hệ giữa Kt với các mực nước khác nhau khi độ dốc mái m=1.33
62
Hình 3.6: Quan hệ giữa Kt với các mực nước khác nhau khi độ dốc mái m=1,563
Hình 3.7: Tương quan giữa hệ số truyền sóng Kt và chu kỳ sóng

64

Hình 3.8: Tương quan giữa hệ số truyền sóng Kt và độ dốc sóng H/gT2 của Shil
và cộng sự [53]
65
Hình 3.9: Tương quan giữa hệ số truyền sóng Kt và độ dốc sóng H/L của Acanal
và cộng sự [20]
65
Hình 3.10: Tương quan giữa Kt và độ dốc sóng với mái dốc m=1

66

Hình 3.11: Tương quan giữa Kt và độ dốc sóng với mái dốc m=1,33

68

Hình 3.12: Tương quan giữa Kt và độ dốc sóng với mái dốc m=1,5


69

Hình 3.13: Quan hệ giữa Kr và chiều cao sóng với các mái dốc bản khác nhau ứng
với mực nước MN1
71
Hình 3.14: Quan hệ giữa Kr và chiều cao sóng với các mái dốc bản khác nhau ứng
với mực nước MN2
72


10
Hình 3.15: Quan hệ giữa Kr và chiều cao sóng với các mái dốc bản khác nhau ứng
với mực nứoc MN3
73
Hình 3.16: Quan hệ giữa Kr và chiều cao sóng ứng với các mực nước khác nhau
khi mái dốc bản nghiêng m=1
74
Hình 3.17: Quan hệ giữa Kr và chiều cao sóng ứng với các mực nước khác nhau
khi mái dốc bản nghiêng m=1,33
75
Hình 3.18: Quan hệ giữa Kr và chiều cao sóng ứng với các mực nước khác nhau
khi mái dốc bản nghiêng m=1,5
75
Hình 3.19: Quan hệ giữa Kr với chu kỳ sóng khi Hs = 0,14m

76

Hình 3.20: Tương quan giữa hệ số truyền sóng Kr và độ dốc sóng H/gT2 của Shil
và cộng sự [53]
77

Hình 3.21: Tương quan giữa Kr và độ dốc sóng H/gT2 với mái dốc m=1

78

Hình 3.22: Tương quan giữa Kr và độ dốc sóng H/gT2 với mái dốc m=1,33

79

Hình 3.23: Tương quan giữa Kr và độ dốc sóng H/gT2 với mái dốc m=1,5

81

Hình 3.24: Quan hệ giữa KL và Hs ứng với MN1

82

Hình 3.25: Quan hệ giữa KL và Hs ứng với mực nước MN2

83

Hình 3.26: Quan hệ giữa KL và Hs ứng với MN3

84

Hình 3.27: Quan hệ giữa KL và Hs ứng với m=1

85

Hình 3.28: Quan hệ giữa KL và Hs ứng với m=1,33


85

Hình 3.29: Quan hệ giữa KL và Hs ứng với m=1,5

86

Hình 3.30: Quan hệ giữa KL và độ dốc sóng với mái dốc m=1

88

Hình 3.31: Quan hệ giữa KL và độ dốc sóng với mái dốc m=1,33

89

Hình 3.32: Quan hệ giữa KL và độ dốc sóng với mái dốc m=1,5

90

Hình 3.33: Phân bố áp lực sóng lên đê bản nghiêng trên nền cọc với các mái dốc
khác nhau
93
Hình 3.34: Phân bố vận tốc cực đại do sóng gây ra ở khoảng hở giữa đê bản
nghiêng trên nền cọc và đáy
95
Hình 4.1: Phối cảnh và mặt cắt ngang đê bản nghiêng trên nền cọc có đáy kín 98


11
Hình 4.2: Phối cảnh và mặt cắt ngang đê bản nghiêng trên nền cọc có đáy hở 99
Hình 4.3: Vị trí địa lý xã Cảnh Dương


102

Hình 4.4: Một số hình ảnh về bờ biển Cảnh Dương

102

Hình 4.5: Tần suất tốc độ gió Trạm đo Cồn Cỏ (1976 – 2020)

103

Hình 4.6: Hoa gió trạm Cồn Cỏ (1976-1995)

104

Hình 4.7: Mặt bằng tổng thể bố trí các hạng mục cơng trình bảo vệ bờ biển 113
Hình 4.8: Mặt cắt ngang điển hình đê bản nghiêng bảo vệ bờ biển Cảnh Dương
114
Hình 4.9: Phối cảnh 3D điển hình đê bản nghiêng bảo vệ bờ biển Cảnh Dương
114
Hình 4.10: Phương án do Viện khoa học thuỷ lợi thiết kế

115


12
DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Các hằng số tỷ lệ tương tự cơ bản của mơ hình


40

Bảng 2.2: Các thơng số sóng và tỷ lệ nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu
đê trên mơ hình vật lý
49
Bảng 2.3: Các thông số đầu vào của các kịch bản nghiên cứu thí nghiệm

51

Bảng 3.1: Hệ số truyền sóng Kt của đê bản nghiêng với các mái dốc khác nhau
57
Bảng 3.2: Hệ số phản xạ sóng Kr của đê bản nghiêng với các mái dốc khác nhau
70
Bảng 3.3: Hệ số tiêu tán năng lượng sóng của đê bản nghiêng ứng với các kịch
bản thí nghiệm
87
Bảng 4.1: Phân bố mực nước cực trị ven biển Cảnh Dương

105

Bảng 4.2: Các đặc trưng chế độ trường sóng ven bờ khu vực (độ sâu 30m)

105

Bảng 4.3: Các đặc trưng của trường sóng gió cực đại theo các hướng

106

Bảng 4.4: Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp đất 1


107

Bảng 4.5: Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp đất 2

108

Bảng 4.6: Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp đất 3a

109

Bảng 4.7: Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp đất 3

110

Bảng 4.8: So sánh giải pháp đề xuất với đê mái nghiêng có khối phủ

115


13
DANH MỤC TỪ VIẾT TĂT
Ký hiệu
ITP
ĐMN
MBEM
LWS
MHVL
MN1
MN2
MN3

MNTK
CTĐĐ

Giải thích
Bản nghiêng mỏng
Đê mái nghiêng
Mơ hình BEM đa miền
Màn chắn sóng
Mơ hình vật lý
Mực nước ngang đỉnh đê, MN1 = 0,67 m
Mực nước thấp hơn đỉnh đê 0,6Hs; MN2 = 0,59m
Mực nước thấp hơn đỉnh đê 0,78Hs; MN2 = 0,54m
Mực nước thiết kế
Cao trình đỉnh đê


14
DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ

Ký hiệu
H, Hs
H0
Hi
Hr
L
T, Tp
d
h
β
gf

Kr
Kt
KL
𝜆l
U
a
ai
ar
λa
λb
f
λf
Re
P
γ
C
λL
λh
λc

Giải thích
Chiều cao sóng (m)
Chiều cao sóng nước sâu (m)
Chiều cao sóng sau đê (m)
Chiều cao sóng phản xạ trước đê (m)
Chiều dài sóng (m)
Chu kỳ sóng (s)
Độ sâu nước (m)
Chiều cao đê (m)
Góc nghiêng của đê so với hướng sóng tới;

Góc pha giữa sóng tới và sóng phản xạ
Hệ số chiết giảm sóng
Hệ số phản xạ sóng, Hr/Hs
Hệ số truyền sóng, Kt = Hi/Hs
Hệ số tiêu tán sóng, 𝐾 = 1 − 𝐾 − 𝐾
Hệ số tỷ lệ độ dài hay cịn gọi là tỷ xích độ dài, tỷ xích hình học
Vận tốc (m/s)
Gia tốc; biên độ của sóng (m)
Biên độ của sóng tới (m)
Biên độ của sóng phản xạ (m)
Hằng số tỷ lệ của vận tốc
Hằng số tỷ lệ của gia tốc
Lực tác dụng
Hằng số tương tự về lực tác dụng
Hệ số Reynolds
Trọng lượng của các mẫu của nguyên hình;
Giá trị áp lực sóng
Khối lượng riêng của các mẫu của ngun hình
Tốc độ truyền sóng
Hằng số tỷ lệ về chiều dài sóng
Hằng số tỷ lệ về kích thước thẳng đứng
Hằng số tỷ lệ về tốc độ truyền sóng


15
Ký hiệu
λT
λu
η
k

σ
λη
λHs
Hs/L
ηf

ηs
ηP
𝜂CK
Vmax

Giải thích
Hằng số tỷ lệ về chu kỳ
Hằng số tỷ lệ về lưu tốc
Độ cao chất điểm của bề mặt nước
Số sóng, k=2π/L
Tần số sóng, σ = 2π/ T
Hằng số tỷ lệ về độ cao chất điểm của bề mặt nước
Hằng số tỷ lệ về chiều cao sóng
Độ dốc sóng
Tỷ lệ tần số (Hz)
Tỷ lệ diện tích (m2)
Tỷ lệ trọng lượng (kg)
Độ nhám
Vận tốc cực đại của dòng chảy do sóng tạo ra ở chân đê


1
MỞ ĐẦU
1


Tính cấp thiết của đề tài

Trên thế giới, đa số cơng trình bảo vệ cảng và bờ biển ứng dụng kết cấu đê
mái nghiêng truyền thống hoặc kết cấu trọng lực tường đứng dạng thùng chìm
hoặc khối xếp. Đê mái nghiêng được sử dụng phổ biến ở những vùng nước sâu,
loại đê này có khối lượng lớn và khơng kinh tế. Ở những vùng nước sâu, chế độ
sóng thường khắc nghiệt nên khi thi công bằng đá hộc dễ bị sóng đánh mạnh gây
bất ổn định, chính vì vậy, dạng đê tường đứng hay được sử dụng hơn. Tuy nhiên,
loại đê này khó khăn trong chế tạo, vận chuyển nổi, gây xói cục bộ và mất ổn định
do sóng phản xạ mạnh từ mặt tường đứng. Hơn nữa, công nghệ xây dựng đê chắn
sóng tường đứng là khá phức tạp. Đê hỗn hợp là giải pháp khá phù hợp, tuy nhiên
chi phí vật liệu vẫn cịn khá lớn đối với một nước có kinh tế chưa được phát triển
như nước ta.
Nghiên cứu phát triển các loại khác của kết cấu đê ngăn cát giảm sóng ngày
càng được khuyến khích để tối ưu hóa việc sử dụng các vật liệu, cung cấp các giải
pháp thân thiện với môi trường sinh thái để giải quyết cho các vấn đề về kỹ thuật
bờ biển. Để đáp ứng mục tiêu phát triển hệ thống hạ tầng cảng biển và các cơng
trình ven bờ theo một quy hoạch tổng thể và thống nhất trên quy mô cả nước nhằm
đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước; tạo cơ sở vật chất kỹ
thuật để nhanh chóng đưa nước ta hội nhập và đủ sức cạnh tranh trong hoạt động
cảng biển với các nước trong khu vực và trên thế giới, khẳng định vị trí và ưu thế
về kinh tế biển, đồng thời góp phần bảo đảm quốc phịng, an ninh, của đất nước.
Việc nghiên cứu lựa chọn các loại hình kết cấu cơng trình hàng hải có độ bền cao,
hiệu quả kinh tế trong khai thác là rất cần thiết. Đặc biệt đối với cơng trình bảo vệ
bờ biển. Hiện nay, hầu hết kết cấu cơng trình đê bảo vệ bờ biển thường áp dụng
hai chủng loại kết cấu truyền thống là kết cấu đê mái nghiêng và đê tường đứng.
Gần đây, các phương pháp thiết kế và thi công kết cấu đê bán nguyệt đã được
nghiên cứu [1-3]. Đây là một dạng kết cấu có khả năng giảm sóng tốt, độ ổn định
cao, giảm vật liệu, kinh tế. Các nghiên cứu bước đầu đã đưa ra các phương pháp

tính tốn thiết kế và công nghệ thi công nhưng chưa đủ độ tin cậy để ứng dụng
trong điều kiện nước ta.
Kết cấu đê bản nghiêng trên nền cọc có cấu tạo đơn giản, có ưu điểm là cho
phép dịng chảy lưu thơng tốt phía dưới dẫn đến ít làm cản trở trao đổi nước của


2
mơi trường, chi phí vật liệu giảm đi và thường khá hiệu quả khi được xây dựng
cho các khu vực có nền đất yếu, cơng nghệ thi cơng khơng q phức tạp. Loại
hình kết cấu này là tiềm năng cho việc xây dựng các cơng trình bảo vệ bờ biển và
hải đảo ở nước ta. Do đó, đề tài hướng tới việc nghiên cứu thực nghiệm trên mơ
hình vật lý bằng máng sóng về tương tác giữa sóng và kết cấu đê bản nghiêng.
Đây là hướng nghiên cứu rất cần thiết và có ý nghĩa khoa học nhằm xác định các
thông số của mặt cắt ngang đê bản nghiêng cũng như làm rõ các đặc trưng thủy
động lực khi sóng tương tác với đê. Kết quả của nghiên cứu này là cơ sở tin cậy
để có thể áp dụng kết cấu đê bản nghiêng trong xây dựng các cơng trình bảo vệ
bờ biển ở nước ta.
2

Mục đích nghiên cứu

Để có thể ứng dụng được loại kết cấu đê bản nghiêng có vấu kết hợp khuyết
lõm giảm sóng trên nền cọc cần tiến hành nghiên cứu tương tác giữa sóng và đê
để từ đó làm rõ được các đặc trưng thủy động lực khi sóng tác động lên mái
nghiêng của đê.
Trên cơ sở nghiên cứu này, tiến hành đề xuất dạng kết cấu đê bản nghiêng
trên nền cọc trong xây dựng cơng trình bảo vệ và ổn định bờ biển, bể cảng.
3

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

i. 3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài tương tác giữa sóng và kết cấu đê dạng
bản nghiêng trên nền cọc trong cơng trình bảo vệ bờ biển trong điều kiện của các
chế độ sóng thí nghiệm được lựa chọn phù hợp với điều kiện nước ta.
ii. 3.2 Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu đê bản nghiêng bằng
mơ hình vật lý máng sóng. Khơng nghiên cứu đến độ bền của kết cấu, ảnh hưởng
của nền cọc đến bản nghiêng.
4

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
i. 4.1 Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu về tương tác của sóng với đê đã được các nhà khoa học trong
và ngoài nước nghiên cứu khá nhiều. Tuy nhiên mỗi nghiên cứu chỉ mới thể hiện
được đặc trưng thủy động lực cho loại kết cấu được lựa chọn và sóng khu vực


3
nghiên cứu. Do đó, khi sóng tương tác với một dạng kết cấu có sự cải tiến về hình
dạng, độ rỗng, độ nhám sẽ cho các đặc trưng thủy động lực khác nhau. Đề tài luận
án hướng tới nghiên cứu giữa dạng kết cấu đê bản nghiêng trên nền cọc được tạo
bởi bản nghiêng có bố trí vấu kết hợp với khuyết lõm tiêu giảm sóng có ý nghĩa
khoa học quan trọng góp phần làm sáng tỏ hơn các đặc trưng về truyền sóng, phản
xạ sóng, phân tán năng lượng sóng của đê bản nghiêng.
ii. 4.2 Ý nghĩa thực tiễn
Việc cải tiến các dạng kết cấu đê để đưa ra những loại kết cấu kinh tế về
đầu tư xây dựng, công nghệ thi công đơn giản đang thu hút nhiều nhà khoa học
trong và ngoài nước tập trung đi sâu nghiên cứu. Đề tài luận án đã cải tiến dạng

đê bản nghiêng trên nền cọc truyền thống bằng cách bố trí thêm vấu và khuyết
lõm để tiêu tán năng lượng sóng. Đây là giải pháp kết cấu có mặt cắt ngang kinh
tế, kết cấu cơng trình ít ảnh hưởng tới mơi trường nơi xây dựng.
5

Bố cục của luận án

Ngồi phần mở đầu, phần kết luận và kiến nghị, luận án có bố cục 4 chương
như sau:
Chương 1 là tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan tới đê
ngăn cát giảm sóng và đê dạng bản nghiêng trên nền cọc.
Chương 2 luận án tập trung nghiên cứu xây dựng mơ hình vật lý thơng qua
các chỉ số tương tự mơ hình, thảo luận các phương pháp đo đạc sóng phản xạ,
phân tích cơ sở lựa chọn sóng thí nghiệm từ đó làm cơ sở xây dựng kịch bản
nghiên cứu tương tác giữa sóng và đê bản nghiêng trên nền cọc trên mơ hình vật
lý máng sóng.
Chương 3 luận án thảo luận chi tiết các đặc trưng về truyền sóng, phản xạ
sóng, tiêu tán năng lượng sóng của đê bản nghiêng. Ngoài ra, luận án cũng đã thảo
luận phân bố áp lực sóng trên bề mặt bản nghiêng và phân bố vận tốc cực đại do
sóng gây ra ở khoảng hở giữa đê và đáy khi tương tác với đê.
Chương 4 luận án đã ứng dụng kết quả nghiên cứu ở chương 3 để đề xuất
2 dạng kết cấu đê bản nghiêng trên nền cọc dùng trong bảo vệ bể cảng, và cơng
trình ổn định và bảo vệ bờ biển. Đã thiết kế cho một cơng trình ổn định và bảo vệ
bờ biển ở xã Cảnh Dương, huyện Quảng Trạch, tỉnh Quảng Bình.


4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ KẾT CẤU VÀ TƯƠNG
TÁC GIỮA SĨNG VỚI CƠNG TRÌNH ĐÊ NGĂN CÁT GIẢM SÓNG


1.1

Tổng quan các nghiên cứu về các giải pháp bảo vệ bờ biển

1.1.1 Giới thiệu chung
Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công
nghệ, nhiều nghiên cứu mới ứng dụng các thành tự khoa học công nghệ tiên tiến
trong các ngành vật liệu, kết cấu để tăng cường hiệu quả bảo vệ bờ biển đã được
tiến hành, thử nghiệm và đưa vào sử dụng rộng rãi, thay thế, bổ sung cho các giải
pháp truyền thống. Một số ít trong đó đã được ứng dụng thử nghiệm ở Việt Nam.
Vì vậy việc nghiên cứu cập nhật, ứng dụng các cơng nghệ mới trong cơng trình
bảo vệ bờ biển vào điều kiện thực tế ở Việt Nam là một yêu cầu cấp bách và có ý
nghĩa thực tiễn cao.
Các giải pháp cơng trình ngăn cát, giảm sóng thường dùng trong cơng trình
bảo vệ bờ biển bao gồm (Hình 1.1):
- Rừng cây ngập mặn;
- Ni bãi nhân tạo;
- Hệ thống mỏ hàn;
- Hệ thống tường giảm sóng gần bờ (ngầm hoặc ngập);
- Kết hợp nhiều giải pháp.

Hình 1.1: Các loại dạng bố trí các tuyến đê ngăn cát giảm chắn sóng trong cơng
trình bảo vệ bờ [1]


5
1.1.2 Kết cấu cơng trình bảo vệ bờ biển
Phân loại theo kết cấu có các loại dưới đây:
a.


a. Kết cấu dạng mái nghiêng

Kết cấu dạng mái nghiêng có cấu tạo gồm nhiều lớp, vật liệu lõi đê là đá
hộc hỗn hợp, các lớp đệm phía dưới lớp phủ bằng đá hộc tuyển chọn, ngồi cùng
là lớp phủ có chức năng phá sóng. Lớp phủ có thể là đá hộc tuyển chọn, các khối
phá sóng như khối chữ nhật, haro, accropod, tetrapode, dolos, x-blox, core-loc,...
(Hình 1.2). Đê dạng mái nghiêng có thể là mỏ hàn hoặc tường giảm sóng gần bờ,
các loại kết cấu này đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở nước ta.

Hình 1.2: Cấu tạo đê mái nghiêng

Đê mái nghiêng có các ưu điểm sau:
- Tận dụng được vật liệu địa phương;
- Tiêu hao năng lượng sóng tốt, sóng phản xạ ít, nhất là khi mái nghiêng có
độ nhám cao;


6
- Thế ổn định tổng thể khá vững chắc vì là các vật liệu rời. Nếu xảy ra mất
ổn định cục bộ. Do đó đê mái nghiêng thích hợp với hầu hết các loại nền đất.
- Cao trình đỉnh đê mái nghiêng thấp hơn so với đê tường đứng;
- Công tác điều tra cơ bản nền đất ít tốn kém hơn (lỗ khoan thưa và nông);
- Công nghệ thi công đơn giản có thể kết hợp hiện đại và thủ cơng.
Đê mái nghiêng có các nhược điểm sau:
- Tốn vật liệu gấp hai, ba lần so với tường đứng ở cùng một độ sâu;
- Tốc độ thi công chậm so với tường đứng ở cùng độ sâu.
Mặc dù có các nhược điểm trên, đê chắn sóng mái nghiêng vẫn là giải pháp
kết cấu thông dụng cho tất cả các nước. Ở Việt nam, kết cấu mái nghiêng có mặt
tại rất nhiều cơng trình bảo vệ bờ.
b.


b) Kết cấu dạng tường đứng

Kết cấu dạng tường đứng gồm 2 bộ phận cơ bản: kết cấu tường đứng và lớp
đệm đá. Kết cấu tường đứng là thùng chìm kích thước nhỏ (Hình 1.3) hoặc khối
xếp (Hình 1.4).

Hình 1.3: Kết cấu đê ngăn cát giảm sóng dạng thùng chìm kích thước nhỏ


7

Hình 1.4: Kết cấu đê khối xếp

c.
nguyệt

c. Kết cấu đê chắn sóng dạng bán

Đê bán nguyệt được phát triển đầu tiên ở Nhật Bản vào những năm đầu
thập kỷ 90 của thế kỷ 20 theo báo cáo của Tanimoto và Takahashi (1994). Đê bán
nguyệt được thử nghiệm với chiều dài 36m ở cảng Miyazaki từ năm 1992-1993.
Loại kết cấu đê bán nguyệt mới này gồm một kết cấu hình vịm bán nguyệt liên
kết với bản đáy được đúc sẵn bằng bê tông cốt thép. Kết cấu đê bán nguyệt được
đặt trên nền đá đệm dạng mái nghiêng. Kết cấu đê có thể là khối đặc khơng thấm
nước hoặc có lỗ tiêu sóng hoặc đê bán nguyệt trọng lực kết hợp thùng chìm phía
dưới để có thể đổ cát vào bên trong [2, 3, 28, 29]. Để giảm năng lượng sóng tác
dụng lên đê và giảm chiều cao sóng sau đê, các lỗ tiêu sóng được bố trí trên mặt
bán nguyệt (Hình 1.5) [59-62]. Một dạng khác của đê bán nguyệt ở nước ta gọi là
đê trụ rỗng đã được xây dựng ở Cà Mau, Bạc Liêu tuy nhiên hiệu quả chưa được

như mong muốn đặc biệt là lún không đều xảy ra khá lớn.


8

Hình 1.5: Mặt cắt ngang đê bán nguyệt có lỗ tiêu sóng

d. Đê giảm sóng bằng tường cọc ly tâm
Đê giảm sóng bằng tường cọc ly tâm gồm 2 hàng cọc ly tâm bê tông cốt
thép (BTCT), giữa 2 hàng cọc đổ đá hoặc cành cây, tre nứa,… (Hình 1.6). Hiện
nay loại đê này đã được sử dụng khá nhiều ở Đồng bằng sông Cửu Long
(ĐBSCL)… So với tất cả các giải pháp hiện đang sử dụng để bảo vệ chống sạt lở
bờ biển ĐBSCL thì giải pháp đê giảm sóng bằng cọc ly tâm hiện đang là giải pháp
tốt nhất về hiệu quả kỹ thuật (giảm sóng, gây bồi, tạo bãi). Tuy nhiên, công tác
thi công cọc, dầm giằng, thả đá hộc phải tiến hành tại chỗ, quy trình thi công theo
từng bước nối tiếp nên thời gian kéo dài, phụ thuộc vào thời tiết, bê tông dễ bị
xâm thực [10].

Hình 1.6: Đê giảm sóng tường cọc ly tâm