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

ĐỖ MINH ĐẠT

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

Ngành
Mã số

: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT
: 9580206

TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2023


Cơng trình được bảo vệ tại Trường Đại học Giao thông vận tải

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

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại:
Trường Đại học Giao thông vận tải vào ngày tháng năm 2023.

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia;
- Thư viện Trường Đại học Giao thông vận tải.


1
MỞ ĐẦU
1

Tính cấp thiết của đề tài

Nghiên cứu phát triển các loại khác của kết cấu đê chắn 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. Việc nghiên cứu lựa chọn các loại
hình kết cấu cơng trình 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.
Đê dạng 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 mơi trường, chi phí vật liệu
giảm 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. 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 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 cảng và 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

3.1 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài tương tác giữa sóng và kết cấu đê chắn sóng 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.
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

4.1 Ý nghĩa khoa học
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


2
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.

4.2 Ý nghĩa thực tiễn
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.
5

Điểm mới của Luận án

- Đã khảo cứu ảnh hưởng của một số tham số đầu vào cơ bản như mực nước; mái dốc bản
nghiêng; chu kỳ sóng và độ dốc sóng tới sự thay đổi của các đặc trưng trưng thủy động lực
gồm truyền sóng, phản xạ sóng và tiêu tán năng lượng sóng khi sóng tương tác với kết cấu đê
bản nghiêng trên nền cọc có vấu kết hợp khuyết lõm tiêu giảm sóng. Đã xây dựng được một
số mối quan hệ giữa độ dốc sóng với sóng truyền, sóng phản xạ, và tiêu tán năng lượng sóng.
- Đã đề xuất khả năng ứng dụng kết cấu đê bản nghiêng trên nền cọc có vấu kết hợp
khuyết lõm tiêu giảm sóng trong xây dựng cơng trình bảo vệ bờ biển nước ta. Đã đề xuất các
đặc trưng kỹ thuật của kết cấu cơng trình bảo vệ bờ biển xã Cảnh Dương, huyện Quảng Trạch,
tỉnh Quảng Bình.
6

Bố cục của luận án
Ngồi phần mở đầu, phần kết luận và kiến nghị, luận án có bố cục 4 chương gồm:

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.
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. Ngồi 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 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.

TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU KẾT CẤU VÀ MỐI
TƯƠNG TÁC GIỮA SÓNG VỚI CƠNG TRÌNH ĐÊ CHẮN SĨNG

CHƯƠNG 1.

1.1

Tổng quan các nghiên cứu về kết cấu đê chắn sóng

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.


3
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; Nuôi 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
1.1.1 Kết cấu cơng trình bảo vệ bờ biển
Phân loại theo kết cấu cơng trình bảo vệ bờ biển có các loại dưới đây:
a.

a. Kết cấu dạng mái nghiêng


b.

b) Kết cấu dạng tường đứng

c.

c. Kết cấu đê chắn sóng dạng bán nguyệt

d. Đê giảm sóng bằng tường cọc ly tâm
e. Đê giảm sóng bằng cấu kiện Busadco
f. Đê giảm sóng bằng cấu kiện rỗng chữ A và chóp cụt
Các dạng kết cấu cơng trình bảo vệ bờ biển đã được xây dựng ở nước ta rất phong phú
và có hiệu quả ban đầu khá khả quan nhưng hầu hết chưa trải qua các điều kiện thời tiết khắc
nghiệt nên chưa thực sự đánh giá được hiệu quả lâu dài. Mặt khác với điều kiện nền địa chất
yếu các giải pháp trọng lực đều xuất hiện lún không đều, nghiêng lệch làm cho kết cấu bị nứt
vỡ dẫn tới khó chống chọi với mơi trường biển. Qua đây cho thấy chưa có nghiên cứu nào về
kết cấu đê chắn sóng dạng bản nghiêng trên nền cọc. Do kết cấu bản nghiên được đặt trên nền
cọc nên phạm vi ứng dụng rộng rãi cho cả khu vực có địa chất đất yếu như các vùng ven biển
nước ta. Đây hướng nghiên cứu của đề tài có tính thực tiễn rất cao.
1.2

Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến hướng nghiên cứu đề tài luận án

1.2.1 Tổng quan các cơng trình nghiên cứu trên thế giới
Luận án đã tổng kết 13 nghiên cứu trên thế giới về tương tác giữa sóng và kết cấu đê bản
nghiêng kết quả tổng hợp như sau:
(i) Phương pháp nghiên cứu:
Các tác giả sử dụng 02 phương pháp nghiên cứu chính là phương pháp mơ hình số và mơ
hình vật lý;



4
(ii) Điều kiện nghiên cứu
- Các nghiên cứu khác chỉ mới được thưc hiện bởi các nghiên cứu đơn lẻ bằng những tổ
hợp sóng thí nghiệm mà chưa có các nghiên cứu ứng dụng sóng thực tế, các nghiên cứu này
chưa được ứng dụng vào thực tế để xây dựng cơng trình. Đây là một điều khá đáng tiếc bởi
thực tế kết cấu đê bản nghiêng có nhiều ưu điểm như mặt cắt ngang kinh tế, thi công đơn giản,
hiệu quả giảm sóng tốt.
- Cấu tạo bản nghiêng: Các tác giả nghiên cứu trong điều kiện thí nghiệm với bản nghiêng
có góc nghiêng từ 0-90 độ theo cả 2 phương thuận và ngược hướng sóng tới. Kết quả thí
nghiệm của một số tác giả chỉ ra bản nghiêng có góc nghiêng từ 45-60 độ so với phương thẳng
đứng có khả năng giảm sóng tốt nhất.
- Hầu hết các nghiên cứu với bản nghiêng có bệ mặt phẳng, trơn. Chỉ có nghiên cứu của
tác giả Shirlal (2013) nghiên cứu với bề mặt bản nghiêng có vấu tiêu giảm sóng bố trí song
song và xen kẽ.
(iii) Ứng dụng thực tế: Qua tổng quan các nghiên cứu trên thế giới cho thấy, kết cấu đê
bản nghiêng (bản trơn-phẳng) đã được ứng dụng thực tế ở Nhật Bản như ở Kimisu, Chiba, và
ở Fujimori, Vịnh Suruga, Nhật Bản.
1.2.2 Tổng quan các nghiên cứu tương tác giữa sóng và cơng trình trong nước
Ở nước ta, chưa có các nghiên cứu về đê bản nghiêng trên nền cọc. Luận án đã tổng quan
các nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu đê chắn sóng ở nước ta bao gồm:
a) Các nghiên cứu liên quan đến đê mái nghiêng
Các nghiên cứu đối với đê mái nghiêng khối Rakuna IV ứng dụng cho đê chắn sóng Nghi
Sơn đã được thực hiện bởi Thiều Quang Tuấn và cộng sự (2014) [43], Lê Thị Hương Giang
(2016) vàNguyễn Quang Lương (2020) [7].
b) Nhóm nghiên cứu sử dụng máng sóng số
Theo hướng nghiên cứu bằng máng sóng số ở nước ta đã có các mơ hình gồm mơ hình
xác định mức độ giảm sóng qua rừng ngập mặn của Nghĩa và cộng sự (2010) [1], mơ hình 2D
trên cơ sở VOF (thể tích chất lỏng) để mơ phỏng sóng tràn qua kết cấu đê có độ xốp, kết quả

mơ phỏng được cho thấy phù hợp tốt với số liệu thí nghiệm của Hieu và cộng sự (2012) [44].
Hieu P.D., và cộng sự đã nghiên cứu tương tác giữa gió và sóng tại đê biển có mái dốc
m=4 bằng sử dụng máng sóng số. Kết quả máng sóng số được so sánh với số liệu thí nghiệm
trong trường hợp sóng tràn khơng có ảnh hưởng của gió [45].
Nguyễn Văn Lập (2019) đã ứng dụng mơ hình máng sóng số và mơ hình máng sóng vật
lý nghiên cứu tương tác giữa sóng và kè biển nhằm xác định vận tốc dòng chảy do sóng tại
chân kè nơng trong thiết kế chân kè đá đổ [8].
c) Nhóm nghiên cứu đê bán nguyệt (đê trụ rỗng) và dạng 1/4 đường tròn


5
Với các dạng kết cấu mới này, các nghiên cứu điển hình về cấu cấu đê bán nguyệt trong
cơng trình chỉnh trị cửa sông được Nguyễn Viết Thanh (2014) [2, 3, 9] và Nguyễn Viết Thanh
và cộng sự năm 2017 [10, 11].
Đối với dạng kết cấu đê trụ rỗng có nghiên cứu về sóng tràn của Trần Văn Thái và Phan
Đình Tuấn (2019) [12], Lê Thanh Chương và cộng sự [13] và Phan Đình Tuấn (2021) [14],
các kết cấu này đã được ứng dụng ở Đồng bằng sông Cửu Long và Nha Trang. Tuy nhiên
chưa trả qua thời tiết khắc nghiệt nên chưa có được đánh giá hiệu quả của các dạng kết cấu
này.
d) Nhóm nghiên cứu về đê ngầm
Luận án tiến sĩ của Nguyễn Viết Tiến (2015) đã nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của đê
ngầm bằng kết cấu đê mái [15].
e) Nghiên cứu về các kết cấu đê khác
Nguyễn Văn Thìn (2014) [16] và Nguyễn Văn Dũng (2017) [17] tương ứng đã thí nghiệm
mơ hình vật lý trên máng sóng để nghiên cứu sóng tràn và áp lực sóng tác dụng lên kết cấu
tường đỉnh của đê kè biển.
Về nghiên cứu các giải pháp chỉnh trị cửa sông và ven biển, Trương Văn Bốn [18] và
Nguyễn Thanh Hùng [19] đã nghiên cứu hiệu quả ngăn cát giảm sóng của giải pháp bảo vệ
bờ biển và cơng trình chỉnh trị cửa Lở-Cửa Đại, Quảng Ngãi và cửa Nhật Lệ, Quảng Bình.
Vũ Minh Tuấn và cộng sự (2022) đã nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu đê nổi

dạng hình hộp và đê nổi dạng hình hộp kết hợp với đê bán nguyệt trên đỉnh hộp [20].
e. Nhận xét các kết quả nghiên cứu trong nước:
- Các nghiên cứu ở nước ta chủ yếu tập trung vào tương tác giữa sóng và kết cấu đê-kè
biển dạng mái nghiêng, trụ rỗng, khối rỗng chữ A, tường đứng dạng rỗng, 2 hàng cọc kết hợp
lõi đá đổ,...
- Chưa có nghiên cứu nào thực hiện theo hướng nghiên cứu của luận án.
Do đó, hướng nghiên cứu tương tác giữa sóng và đê bản nghiêng trên nền cọc là một
hướng khá mới mẻ sẽ làm rõ hơn các đặc trưng thủy động lực của kết cấu làm cơ sở cho việc
ứng dụng loại kết cấu này trong thực tiễn ở nước ta .
1.3

Tổng quan các phương pháp nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu đê

Các nghiên cứu tổng quan trong và ngồi nước cho thấy, để nghiên cứu tương tác giữa
sóng và kết cấu đê chủ yếu sử dụng 2 phương pháp chủ đạo là phương pháp mơ hình tốn và
mơ hình vật lý. Mơ hình tốn được sử dụng nhiều trong nghiên cứu bài tốn 1D, 2D cịn mơ
hình vật lý được sử dụng nhiều trong bài toán 3D. Việc sử dụng mơ hình tốn hay vật lý cịn
phụ thuộc vào tầm quan trọng của cơng trình và giai đoạn nghiên cứu, phụ thuộc vào điều
kinh tế và kỹ thuật. Mơ hình vật lý lịng cứng dùng để cung cấp số liệu điều chỉnh cho mơ
hình tốn về trường lưu tốc tương đối chính xác để tính tốn các đặc trưng xói lở bồi tụ để
trình những mơ hình lịng động khó khăn và chi phí cao.


6
1.4

Những vấn đề tồn tại luận án cần giải quyết
Luận án tập trung nghiên cứu các hướng dưới đây:

- Nghiên cứu các đặc trưng thủy động lực khi sóng tương tác với đê bản nghiêng trên nền

cọc có vấu kết hợp khuyết lõm tiêu giảm sóng.
- Giải pháp bảo vệ, ổn định bờ biển bằng kết cấu đê bản nghiêng trên nền cọc.
1.5

Mục tiêu và nội dung của đề tài nghiên cứu

1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu các đặc trưng thủy động lực khi sóng tương tác với đê bản nghiêng
trên nền cọc và đề xuất dạng kết cấu đê bản nghiêng trên nền cọc trong xây dựng cơng trình
ổn định và bảo vệ bờ biển và bể cảng. Các mục tiêu cụ thể:
- Đánh giá được các đặc trưng cấu tạo của đê bản nghiêng trên nền cọc đã được nghiên
cứu trong và ngoài nước.
- Xây dựng mơ hình, lựa chọn các thơng số sóng thí nghiệm và đề xuất các kịch bản thí
nghiệm.
- Làm rõ hơn các đặc trưng thủy động lực khi sóng tương tác với mái nghiêng của đê.
- Đề xuất các giải pháp có tính định hướng xây dựng cơng trình ổn định và bảo vệ bờ biển
và bể cảng.
1.5.2 Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan tới đê chắn sóng và đê chắn
sóng dạng bản nghiêng trên nền cọc.
- Cơ sở khoa học nghiên cứu cơ sở khoa học tương tác giữa sóng và đê bản nghiêng trên
nền cọc bằng mơ hình vật lý.
- Xây dựng, hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình vật lý.
- Nghiên cứu các đặc trưng về truyền sóng, phản xạ sóng, tiêu tán năng lượng sóng khi
sóng tương tác với đê bản nghiêng
- Đặc trưng phân bố vận tốc cực đại do sóng gây ra ở khoảng hở giữa đê và đáy khi tương
tác với đê.
- Đề xuất 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.
1.5.3 Dự kiến kết quả mang lại

- Kết cấu đê bản nghiêng có vấu kết hợp với khuyết lõm tiêu giảm sóng là loại kết cấu có
mặt cắt ngang đơn giản, tiết kiệm vật liệu, có thể ứng dụng trong mọi loại nền đất, thi cơng
đóng cọc và các bản nghiêng lắp ghép có tiến độ nhanh. Với những ưu điểm nêu trên cần
nghiên cứu để làm rõ cơ sở khoa học khi sóng tương tác với đê từ đó đề xuất loại kết cấu phù
hợp với điều kiện ven biển nước ta.


7
- Kết quả nghiên cứu sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích về một dạng kết cấu khá mới mẻ ở
nước ta để các nhà nghiên cứu, các đơn vị tư vấn và các nhà quản lý có thêm phương án kết
cấu để làm cơ sở so sánh với các phương án kết cấu truyền thống.
1.6

Phương pháp nghiên cứu
Tuỳ theo từng nội dung của đề tài mà có thể sử dụng các phương pháp sau:

- Phương pháp thu thập thông tin: Tổng hợp tài liệu, đánh giá tổng quan các nghiên cứu
về tương tác giữa sóng và kết cấu đê bản nghiêng, kỹ thuật khai thác thông tin từ internet để
cập nhật thông tin liên quan đến đề tài.
- Phương pháp học tập, tổng kết kinh nghiệm và tiếp thu kết quả khoa học công nghệ tiên
tiến từ các kết quả nghiên cứu trước đây có liên quan đến đề tài.
- Trên cơ sở một số thiết kế mẫu về giải pháp kết cấu đê bản nghiêng, tiến hành nghiên
cứu cải tiến để nâng cao khả năng giảm sóng của kết cấu, tiết kiệm nguyên vật liệu, bảo đảm
khả năng làm việc ổn định dưới tác dụng của sóng thiết kế. Ứng dụng phương pháp mơ hình
vật lý máng sóng để thực hiện các nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu đê bản nghiêng
trên nền cọc.
1.7

Kết luận chương 1


- Nghiên cứu cải tiến dạng kết cấu đê có độ bền cao, mang lại hiệu quả kinh tế lớn trong
khai thác các cơng trình ven biển và bảo vệ bờ biển đang là đề tài thu hút nhiều nhà khoa học
và thế giới.
- Đối với các giải pháp kết cấu đê chắn và giảm sóng đã xây dựng ở nước ta đã có những
hiệu quả nhất định, tuy nhiên do chưa được thử thách với các điều kiện thời thiết khắc nghiệt
nên chưa có cơ sở đánh giá về tuổi thọ của các loại kết cấu này. Đối với khu vực đất yếu việc
sử dụng kết cấu trọng lực sẽ gây ra độ lún lớn khó đảm bảo tính ổn định lâu dài của cơng
trình.
- Các nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu đê chủ yếu thực hiện theo 2 phương pháp
chính là mơ hình tốn và mơ hình vật lý. Mơ hình tốn dùng để cung cấp điều kiện biên cho
mơ hình vật lý để giảm bớt những thí nghiệm khơng cần thiết và như thế cũng đồng nghĩa với
giảm bớt chi phí đầu tư.
- Các nghiên cứu tương tác giữa sóng và đê bản nghiêng trên nền cọc cũng chủ yếu sử
dụng mơ hình vật lý, kết quả nghiên cứu đã mô tả các đặc trưng thủy động lực gồm hiện tượng
truyền sóng, phản xạ sóng và phân tán năng lượng sóng. Một số ít nghiên cứu phân bố lưu tốc
ở chân đê và hầu như chưa có các nghiêng cứu về phân bố áp lực sóng tác dụng lên đê bản
nghiêng.
CHƯƠNG 2.
2.1

CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC GIỮA SÓNG
VÀ ĐÊ BẢN NGHIÊNG TRÊN NỀN CỌC

Cơ sở nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu đê bản nghiêng

Để bảo đảm mơ hình vật lý làm việc như ngun hình ngồi thực tế, mơ hình được chế
tạo cần thỏa mãn các u cầu tương tự sẽ được thảo luận dưới đây.


8

2.1.1 Cơ sở về lý thuyết tương tự
Cơ sở lý thuyết mơ hình được xác lập trên cơ sở lý thuyết tương tự, chỉ khi nào các điều
kiện tương tự mà lý thuyết tương tự quy định thỏa mãn thì mơ hình (M) và ngun hình (N)
tương tự mới có thể căn cứ vào kết quả từ mơ hình mà suy đốn kết quả tương ứng ở ngun
hình. Để mơ hình tương tự với ngun hình một cách hồn tồn thì cần phải đầy đủ các điều
kiện tương tự, bao gồm: tương tự về hình học, tương tự về động học, tương tự về động lực
học, tương tự về trạng thái dịng chảy, tương tự về chuyển động sóng, tương tự phản xạ sóng,
tương tự sóng vỡ [21, 22, 47].
2.2

Xây dựng, hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình vật lý

2.2.1 Lựa chọn tỷ lệ mơ hình
Trên cơ sở các thiết bị sẵn có ở nước ta, số liệu sóng thực tế ven biển nước ta và yêu cầu
về tương tự, luận án lựa chọn mơ hình vật lý chính thái với tỷ lệ 1:15.
2.2.2 Chế tạo mẫu đê bản nghiêng
Vật liệu mẫu đê: sử dụng kính hữu cơ có độ nhám tương đương 0,0097÷0,012.
Kích thước Đê bản nghiêng ngun hình: 30m x 10m x 0,75m. Tỷ lệ: 1:15, mơ hình đê
bản nghiêng có kích thước là 2m x 0,67m x 0,05m (Hình 2.1 và 2.2).
Mơ hình bản nghiêng có bố trí các vấu hình chóp cụt có đáy dưới 5 x 5cm, đáy trên 3 x 3
cm, chiều cao 5,0 cm và các khuyết lõm có chiều dài 5,0cm, chiều rộng 3,0cm, độ sâu đáy bé
0,5 cm, độ sâu đáy lớn 1,0 cm.

Hình 2.1: Chế tạo đê bản nghiêng

Hình 2.2: Mặt cắt ngang đê bản nghiêng hoàn thiện

2.2.3 Thiết bị đo đạc và bố trí các vị trí đo đạc số liệu trên mơ hình thí nghiệm
2.2.3.1
Máng sóng

Các nghiên cứu được thực hiện trong máng sóng có chiều dài 37m, rộng 2m, sâu 1,5m ở
Phịng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển, Viện Khoa học Thủy lợi
Việt Nam.
2.2.3.2
Máy tạo sóng
Máy tạo sóng có thể tạo ra sóng đều, sóng ngẫu nhiên theo một dạng phổ Jonwap, Jonwap
Par, Moskowitz, Moskowitz Par và Sin ở độ sâu nước tối đa trước máy tạo sóng 1.4m. Chiều
cao sóng lớn nhất có thể tạo trong máng là Hmax=0.4m và chu kỳ từ Tp = 0.5s ÷ 5.0s.
2.2.3.3
Đầu đo sóng:
Đầu đo sóng loại 202 do Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) sản xuất.


9
2.2.3.4
Bố trí mơ hình thí nghiệm
(i) Để đo đạc chiều cao sóng, bố trí 4 đầu đo như sau:
Đầu đo G1 G2 G3 bố trí nằm phía trước đê và cách đê khoảng 0,6L đến 0,75L, sẽ dịch
chuyển trong quá trình thí nghiệm sao cho tương ứng với các số liệu về chiều dài sóng và
đánh giá khả năng phản xạ của sóng tới. G4 để sau đê đo chiều cao sóng sau đê khoảng 1,5m
làm cơ sở đánh giá hiệu quả truyền sóng của đê.
(ii) Để đo áp lực sóng bố trí 6 đầu đo áp sóng trên bề mặt của đê bản nghiêng tại các vị
trí đã chỉ định, cách nhau khoảng 0,135m.
(iii) Để đo vận tốc dòng chảy, sử dụng đầu đo DCS 3900 (Doppler Current sensor). Vị trí
đặt đầu đo ở giữa khoảng hở giữa bản nghiêng và đáy. Trong q trình thí nghiệm, đầu đo sẽ
được dịch chuyển theo chiều thẳng đứng để đo được vận tốc dịng chảy lớn nhất.

a. Sơ đồ bố trí tổng thể thí nghiệm

b. Sơ đồ bố trí đầu đo áp lực sóng


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

2.3

Hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình nghiên cứu

Cơng tác hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình được thực hiện để các thí nghiệm đạt đến
độ chính xác về q trình truyền sóng như ngồi ngun hình theo hướng dẫn của Nhà sản
xuất.
2.4

Xây dựng các kịch bản nghiên cứu

Dựa trên phân tích ở trên, luận án tiến hành thực hiện tổng cộng có 45 kịch bản với các
điều kiện đầu vào như sau:
- Chiều cao sóng thí nghiệm gồm 4 cấp
- Chu kỳ sóng sóng thí nghiệm gồm 4 cấp

: 0,1; 0,12; 0,14 và 0,16 m;
: 1,2; 1,4; 1,8 và 2,2 giây;

- Mực nước thí nghiệm gồm 3 cấp:
+ 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 : MN3 = 0,54m
- Mái dốc của bản nghiêng gồm 3 dạng


: m = 1; 1,33 và 1,5.

Cơ sở lựa chọn điều kiện đầu vào:
- Việc lựa chọn sóng phổ sóng thí nghiệm được lựa chọn trên cơ sở sóng gió mùa và điều
kiện thí nghiệm của các tác giả trước đây.


10
- Mực nước thí nghiệm được lựa chọn với các trường hợp mực nước ngang đỉnh đê MN1,
mực nước thấp hơn đỉnh đê một đoạn 0,6Hs (MN2) và mực nước thấp hơn đỉnh đê một đoạn
0,78Hs (MN3) ứng với không cho phép sóng tràn.
- Mái dốc của bản nghiêng: Trên cơ sở nghiên cứu của các tác giả trước đây, lựa chọn các
mái dốc 1:1, 1:1,33 và 1:1,5.
- Khoảng hở bên dưới mặt bản: Do chiều dài bản không đổi, do vậy, Đối với từng trường
hợp của mái dốc bản nghiêng (1:1, 1:1,33 và 1:1,5), khoảng hở bên dưới mặt bản có thay đổi.
- Các điều kiện thí nghiệm khơng xét đến trong phạm vi luận án: Ảnh hưởng của nền cọc
đến bản nghiêng; chiều dày của bản nghiêng; ảnh hưởng của dịng chảy, sóng chiều ngược lại
lên đáy bản;
Có thể thấy điều kiện thí nghiệm đã tổng qt hóa được các dải chiều cao sóng và chu kỳ
sóng đặc trưng ven biển nước ta. Trong 45 thí nghiệm có 6 thí nghiệm xác định áp lực sóng
tác dụng lên đê bản nghiêng và 9 thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của chu kỳ sóng tới các đặc
trưng thủy động lực.
2.5

Phương pháp đo đạc và xử lý số liệu thí nghiệm

2.5.1 Phương pháp đo đạc sóng phản xạ
Sử dụng phương pháp ba đầu đo sóng của Mansard và Funke (1980)
2.5.2 Phương pháp tính tốn sóng phản xạ

Hệ số phản xạ sóng Kr được xác định theo cơng thức:
Kr = Hr/Hs
2.5.3 Phương pháp tính tốn hệ số tiêu tán năng lượng sóng

(2-24)

Sự tiêu tán năng lượng sóng được tính tốn theo Shih và cộng sự (2015) như sau:
Trong đó:

𝐾 =1−𝐾 −𝐾
- Kr là hệ số phản xạ sóng và Kt là hệ số truyền sóng.

(2-25)

2.5.4 Phương pháp phân tích số liệu sóng thu được
Sử dụng cơng cụ phân tích sóng WS Wave Analysis Tools (WSWAT) trong MIKE 21
để tính tốn hệ số phản xạ sóng.
2.6

Kết luận chương 2

Mơ hình vật lý nghiên cứu tương tác giữa sóng và kết cấu đê bản nghiêng đã được xây
dựng, hiệu chỉnh có thể các chỉ tiêu tương tự phù hợp để mô phỏng tốt sóng trong thực tế.
Để nghiên cứu các đặc trưng thủy động lực khi sóng tương tác với đê bản nghiêng trên
nền cọc dựa vào các hệ số truyền sóng, phản xạ sóng và tiêu tán năng lượng sóng.
Để xác định tốt sóng phản xạ, cần bố trí các đầu đo sóng theo phương pháp 3 đầu đo của
Mansard và Funke (1980) .


11

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY ĐỘNG LỰC KHI SÓNG
TƯƠNG TÁC VỚI KẾT CẤU ĐÊ BẢN NGHIÊNG
3.1

Đặc trưng truyền sóng

3.1.1 Kết quả tính tốn hệ số truyền sóng
Kết quả thí nghiệm ứng với mái dốc m = 1 cho thấy giá trị hệ số truyền sóng Kt dao động
từ 0,378 đến 0,661, các giá trị này cho thấy kết cấu đê bản nghiêng trên nền cọc có vấu kết
hợp khuyết lõm tiêu sóng có khả năng giảm sóng truyền tốt hơn so với kết cấu đê bản nghiêng
tương tự với góc nghiêng 60 độ theo phương thẳng đứng của Shirlal (2013) với Kt dao động
từ 0,5 đến 0,73. Dưới đây sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến q trình truyền sóng.
3.1.2 Ảnh hưởng của mực nước đến truyền sóng
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, MN2 và MN3 tương ứng trên các Hình 3.1, 3.2 và 3.3.

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

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

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


Kết quả cho thấy với mực nước thấp hơn đỉnh đê MN2 trường hợp m=1 và m=1,33 cho
hiệu quả giảm sóng truyền tương đương nhau. Với m = 1,5 sóng truyền có xu thế cao hơn so
với 2 trường hợp còn lại.
3.1.3 Ảnh hưởng của mái dốc bản nghiêng tới sóng truyền
Ảnh hưởng của mái dốc bản nghiêng tới sóng truyền ứng với MN1, MN2 và MN3 tương
ứng trên các Hình 3.4 – 3.5. Kết quả tóm tắt như sau:
- Với mái dốc m=1: Trường hợp mực nước ngang đỉnh đê tăng tuyến tính. 02 trường hợp cịn lại
lúc đầu xuống sau đó tăng.
- Với mái dốc m=1,33 trường hợp MN1 hiệu quả giảm sóng truyền là tốt nhất so với 2 trường
hợp mái dốc còn lại.
- Với mái dốc m=1,5 trường hợp MN1 cũng cho thấy hiệu quả giảm sóng truyền là tốt nhất so
với 2 trường hợp mái dốc còn lại.


12

Hình 3.4: Quan hệ giữa chiều cao
sóng và hệ số truyền sóng ứng
với sự thay đổi mực nước

Hình 3.5: Quan hệ giữa Kt với
các mực nước khác nhau khi độ
dốc mái m=1.33

Hình 3.6: Quan hệ giữa Kt với
các mực nước khác nhau khi độ
dốc mái m=1,5

3.1.4 Ảnh hưởng của chu kỳ sóng

Để nghiên cứu ảnh hưởng của chu kỳ sóng, tiến hành thực hiện 09 thí nghiệm với chiều
cao sóng không đổi là Hs = 0,14m với 3 mực nước khác nhau và chu kỳ sóng dao động là 1,2;
1,4 và 2,2 giây. Hình 3.7 thể hiện mối quan hệ giữa chu kỳ sóng và hệ số truyền sóng
0,80

Kt

0,60
0,40
0,20
0

T=1,2 giây
1

T=1,4
2 giây

T=2,2
giây
3

4

Mái dốc bản nghiêng
Hình 3.7: Tương quan giữa hệ số truyền sóng Kt và chu kỳ sóng

3.1.5 Ảnh hưởng của độ dốc sóng
3.1.5.1
Chỉ dẫn chung

Tương quan giữa Kt và độ dốc sóng (H0/gT2) đối với đê bản nghiêng đã được Shih và
cộng sự (2015) thiết lập bằng phương trình bậc 2. Acanal và cộng sự (2013) đã thiết lập quan
hệ giữa Kt và độ dốc sóng (H/L) bằng phương trình bậc nhất. Trong nghiên cứu này, luận án
cũng đã xây dựng mối quan hệ giữa hệ số truyền sóng và độ dốc sóng (H0/gT2) ứng với các
mái dốc khác nhau thông qua các hàm hồi quy bậc 2 được xác định thông qua Công cụ Curver
Fitting của Matlab. Các thông số đánh giá độ tin cậy của hàm hồi quy bao gồm tổng sai số
bình phương SSE (Sum of Squares due to Error) và sai số trung bình quân phương RMSE
(Root Mean Square Error). Ngoài ra, hệ số tương quan R2 cũng được xác định để làm cơ sở
đánh giá độ tin cậy của hàm hồi quy.
3.1.5.2
Tương quan giữa độ dốc sóng và hệ số truyền sóng khi mái dốc m=1
Trên cơ sở số liệu thực đo, đã xây dựng hàm quan hệ giữa hệ số truyền sóng và độ dốc
sóng Ho/gT2 theo hàm bậc 2 (Hình 3.10). Kết quả tính tốn hồi quy Curve fitting của MatLab
bằng thuật tốn khoảng tin cậy đã đưa ra phương trình hồi quy như sau:
𝐾 = 0,003897

.

×

− 0,0772

×

+ 0,91

(3-1)


13

Với các thông số đánh giá độ tin cậy gồm SSE = 0,0433, RMSE = 0,0627 và R 2 = 0,4307
như trên Hình 3.10 cho thấy phương trình (3-1) có độ tin cậy chấp nhận được.

Hình 3.10: Tương quan giữa Kt và độ dốc sóng với mái dốc m=1

3.1.5.3

Tương quan giữa độ dốc sóng và hệ số truyền sóng khi mái dốc m=1,33

Kết quả tính tốn hồi quy Curve fitting của MatLab bằng thuật toán khoảng tin cậy
(Trust-region algorithm) và loại bỏ một số kết quả ngoại lai đã đưa ra dạng phương trình hồi
quy như sau:
𝐾 = 0,03313

.

×

− 0,01648

+ 0,5611

×

(3-2)

Với các thơng số đánh giá độ tin cậy gồm SSE = 0,0148, RMSE = 0,0405 và R 2 = 0,4743
cho thấy phương trình (3-2) có độ tin cậy chấp nhận được.
3.1.5.4
Tương quan giữa độ dốc sóng và hệ số truyền sóng khi mái dốc m=1,5


Kết quả tính tốn hồi quy và loại Curve fitting của MatLab bằng thuật toán khoảng
tin cậy (Trust-region algorithm)bỏ một số kết quả ngoại lai đã đưa ra dạng phương trình
hồi quy như sau:
𝐾 = 0,01609

.

×

− 0,08947

×

+ 0,6222

(3-3)

Với các thơng số đánh giá độ tin cậy gồm SSE 0,0477, RMSE = 0,063 và R2 = 0,7686
như trên Hình 3.12 cho thấy phương trình (3-3) có độ tin cậy tốt.


14

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

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

3.2


Đặc trưng phản xạ sóng

3.2.1 Tổng hợp kết quả thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm đã được phân tích bằng cơng cụ WSWAT của phần mềm MIKE 21
cho các hệ số phản xạ sóng Kr ứng với các kịch bản thí nghiệm. Dưới đây phân tích các yếu
tố ảnh hưởng tới đặc trưng phản xạ sóng của đê bản nghiêng trên nền cọc.
3.2.2 Ảnh hưởng của mực nước đến phản xạ sóng
3.2.2.1
Ứng với mực nước ngang đỉnh đê MN1
Quan hệ giữa hệ số phản xạ sóng với chiều cao sóng được thể hiện trên hình 3.13 đến
3.15, kết quả thí nghiệm cho thấy:
- Đối với các mực nước khác nhau, Mái dốc m=1 cho hiệu quả giảm sóng tốt nhất, mái
dốc m=1.5 cho hiệu quả giảm sóng nhỏ nhất.


15
- Với cùng một mái dốc, khi thay đổi chiều cao sóng thì hệ số phản xạ sóng thay đổi
khơng đáng kể. Điều này cho thấy các vấu và khuyết lõm đã làm cho sóng phản xạ tiêu hao
năng lượng đáng kể khi sóng tương tác với đê bản nghiêng.

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

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


Hình 3.15: Quan hệ giữa Kr và
chiều cao sóng với các mái
dốc bản khác nhau ứng với
mực nước MN3

3.2.3 Ảnh hưởng của mái dốc bản nghiêng đến phản xạ sóng
Ảnh hưởng của mái dốc bản nghiêng đến phản xạ sóng trên hình 3.16-3.18 cho thấy:
- Với mái dốc m=1: Mực nước MN1 có hệ số phản xạ là bé nhất, Mực nước MN3 có hệ
số phản xạ lớn nhất bởi khi đó sóng khi tác dụng lên đê thì một phần tràn qua đỉnh nên phản
xạ bé hơn.
- Với mái dốc m=1.33, MN1 ban đầu phản xạ có xu hướng tăng, sau đó lại giảm khi tăng
chiều cao sóng, MN2 hệ số phản xạ tăng theo chiều cao sóng nhưng sau đó Kr lại giảm. MN3
hệ số phản xạ là bé nhất, sóng hầu hết phân tán trên bề mặt của đê nên phản xạ bé.
- Với mái dốc m=1.5, MN1 có hệ số phản xạ giảm nhẹ khi tăng chiều cao sóng. Với mái
dốc thoải, sóng đã vỡ trên mái nên hệ số phản xạ giảm.

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

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

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


ii.
3.2.4 Ảnh hưởng của chu kỳ sóng đến phản xạ sóng
Kết quả trên Hình 3.19 cho thấy hệ số phản xạ thay đổi rất đáng kể khi chu kỳ sóng 1,2
giây, khá ổn định với chu kỳ 1,4 giây và lại thay đổi khá lớn với chu kỳ 2,2 giây. Như vậy


16
cho thấy với sóng có chu kỳ trung bình thì hệ số phản xạ ít biến đổi hơn sóng có chu kỳ ngắn
và chu kỳ dài.

Hình 3.19: Quan hệ giữa Kr với chu kỳ sóng khi Hs = 0,14m

3.2.5 Ảnh hưởng của độ dốc sóng đến phản xạ sóng
3.2.5.1

Tương quan giữa độ dốc sóng và hệ số phản xạ sóng khi mái dốc m=1

Kết quả tính tốn hồi quy Curve fitting của MatLab bằng thuật toán khoảng tin cậy (Trustregion algorithm) đã đưa ra dạng phương trình hồi quy:
𝐾 = 0,0023

.

×

− 0,0411

×

+ 0,5013


(3-4)

Với các thơng số đánh giá độ tin cậy gồm SSE = 0,0336, RMSE = 0,0529 và R2 = 0,304
như trên cho thấy phương trình (3-4) có độ tin cậy chấp nhận được.
3.2.5.2

Tương quan giữa độ dốc sóng và hệ số phản xạ sóng khi mái dốc m=1,33

Kết quả tính tốn hồi quy dựa trên Curve fitting của MatLab bằng thuật toán khoảng tin
cậy đã đưa ra dạng phương trình hồi quy như sau:
𝐾 = 0,0022

.

×

− 0,0376

×

+ 0,6983

(3-5)

Với các thông số đánh giá độ tin cậy gồm SSE = 0,0161, RMSE = 0,0366 và R2 = 0,4959
cho thấy phương trình (3-5) có độ tin cậy chấp nhận được.


17


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

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

3.2.5.3
m=1,5

Tương quan giữa độ dốc sóng và hệ số phản xạ sóng khi mái dốc bản nghiêng

Kết quả tính tốn hồi quy Curve fitting của MatLab bằng thuật toán khoảng tin cậy (Trustregion algorithm) đã đưa ra dạng phương trình hồi quy:
𝐾 = 0,0027

.

×

+ 0,0563

×

+ 0,2092

(3-6)

Với các thơng số đánh giá độ tin cậy gồm SSE = 0,019, RMSE = 0,0398 và R 2 = 0,4547
như trên 3 cho thấy phương trình (3-6) có độ tin cậy chấp nhận được.
Kết quả của luận án cho thấy các phương trình hồi quy (3-4), (3-5) và (3-6) có độ tin cậy
tốt hơn so với các nghiên cứu của của Shil và cộng sự [52]



18

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

3.3

Đặc trưng tiêu tán năng lượng sóng

3.3.1 Ảnh hưởng của mực nước đến tiêu tán năng lượng sóng
Kết quả được thể hiện tại hình 3.24 đến 3.26 cho thấy 2 đặc điểm chính sau:
- Với mực nước ngang đỉnh đê MN1, mái dốc m=1,0 có khả năng tiêu tán sóng tốt nhất.
- Với mực nước thấp hơn đỉnh đê đỉnh đê MN2 và MN3, mái dốc m=1,5 có khả năng tiêu
tán sóng tốt nhất.

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

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

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

3.3.2 Ảnh hưởng của mái dốc bản nghiêng đến tiêu tán năng lượng sóng
Quan hệ giữa hệ số tiêu tán năng lượng sóng với chiều cao sóng ứng với mái dốc m=1,
m=1,33 và m=1,5 được thể hiện trên hình 3.27 đến 3.29 cho kết quả tóm tắt như sau:
- Với mái dốc bản nghiêng càng thoải, thì khả năng tiêu tán năng lượng sóng càng tốt.
Điều này là hiển nhiên do mái thoải nên độ sâu tại chân đê giảm dễ phát sinh sóng vỡ và sóng
leo trên mái nghiêng.

- Với mực nước ngang đỉnh đê MN1, hệ số tiêu tán năng lượng sóng khá nhỏ và có xu
thế tăng nhưng sau đó lại giảm. Điều này là có thể được giải thích do khi tăng chiều cao sóng


19
lớn thì sóng có khả năng tràn qua đỉnh đê càng cao do đó mức độ tiêu tán năng lượng sóng
giảm.

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

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

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

- Với mực nước thấp hơn đỉnh đê MN2, hệ số tiêu tán năng lượng sóng khơng có biến
thiên lớn điều này là do các vấu và khuyết lõm đã tiêu tán năng lượng sóng khá đồng đều.
- Càng giảm mực nước (ứng với MN3), hệ số tiêu tán năng lượng sóng có xu hướng tăng
đây là kết quả của việc sóng hầu hết bị chắn lại bởi đê bản nghiêng nên mức độ tiêu tán sóng
tăng lên.- Khi mực nước giảm khả năng tiêu tán năng lượng sóng càng tăng lên.
- Khi chiều cao sóng bé khả năng sóng vỡ trên mái đê khá lớn nên hiện tượng tiêu tán
năng lượng sóng khá ổn định, khi tăng chiều cao sóng thì KL giảm do sóng tràn qua đỉnh đê
càng lớn, dẫn đến giảm khả năng tiêu tán năng lượng sóng.
3.3.3 Ảnh hưởng của chu kỳ sóng đến tiêu tán năng lượng sóng
- Với cả 2 trường hợp mực nước thấp hơn đỉnh đê MN2 và MN3, hệ số KL có sự biến
thiên khơng lớn. Đặc biệt với mái dốc thoải thì KL có xu thế ổn định.
- Các kết quả này cho thấy, hệ số KL phụ thuộc lớn vào mực nước mà ít phụ thuộc và

chiều cao sóng và chu kỳ sóng.
3.3.4 Ảnh hưởng của độ dốc sóng đến tiêu tán năng lượng sóng
3.3.4.1
Tương quan giữa độ dốc sóng và hệ số tiêu tán năng lượng sóng khi mái dốc
m=1
Kết quả tính tốn hồi quy Curve fitting của MatLab bằng thuật tốn khoảng tin cậy đã
đưa ra dạng phương trình hồi quy như sau:
𝐾 = −0,0244

.

×

+ 0,0275

×

+ 0,2588

(3-7)

Với các thơng số đánh giá độ tin cậy gồm SSE = 0,1247, RMSE = 0,109 và R2 = 0,091
như trên Hình 3.30 cho thấy phương trình (3-7) có độ tin cậy khá thấp.
3.3.4.2

Tương quan giữa độ dốc sóng và hệ số tiêu tán năng lượng sóng khi m=1,33

Với m=1,33 kết quả tính tốn hồi quy Curve fitting của MatLab bằng thuật toán khoảng
tin cậy đã đưa ra dạng phương trình hồi quy như sau:
𝐾 = −0,0466


.

×

− 0,0117

×

+ 0,3217

(3-8)


20
Các thông số đánh giá độ tin cậy gồm SSE = 0,2232, RMSE = 0,1364 và R2 = 0,1819 như
trên Hình 3.31 và phương trình (3-8) cho thấy kết quả tốt hơn so với trường hợp m = 1, tuy
nhiên khá nhỏ nên có độ tin cậy khá thấp. Điều này cũng được giải thích là do trên bề mặt của
đê bản nghiêng có bố trí vấu kết hợp khuyết lõm tiêu giảm sóng nên khi sóng tương tác với
đê thì tính phi tuyến lớn khó có thể đưa ra được quy luật chung.

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

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

3.3.4.3
Tương quan giữa độ dốc sóng và hệ số tiêu tán năng lượng sóng khi mái dốc
bản nghiêng m=1,5
Với m=1,5 kết quả tính tốn hồi quy Curve fitting của MatLab bằng thuật tốn khoảng
tin cậy đã đưa ra dạng phương trình hồi quy như sau:



21
𝐾 = −0,0007

.

×

+ 0,0285

×

+ 0,0891

(3-9)

Các thơng số đánh giá độ tin cậy gồm SSE = 0,1046, RMSE = 0,0933 và R2 = 5694
cho thấy phương trình (3-9) có độ tin cậy khá tốt. Như vậy có thể thấy với mái dốc càng thoải
thì tính quan hệ giữa KL và độ dốc sóng càng rõ ràng hơn.

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

3.4

Phân bố áp lực sóng trên bản nghiêng

3.4.1 Đặt vấn đề
Để có cơ sở xác định áp lực sóng tác dụng lên mái nghiêng của đê, đề tài luận án đi xác
định giá trị áp lực P cho từng đầu đo sóng trong mỗi thí nghiệm và so sánh với lý thuyết.

3.4.2 Phân bố áp lực sóng trên đê bản nghiêng trên nền cọc
Hình 3.33 cũng đã thể hiện kết quả đo đạc và tính tốn áp lực sóng theo lý thuyết từ Phụ
lục F - TCVN 9901:2014 và TCVN 12261:2018, đã rút ra một số nhận xét dưới đây:
- Phân bố áp lực sóng tác dụng lên đê bản nghiêng (m=1,33 và m=1,5) có xu thế tương
tự như áp lực sóng phân bố trên kè mái nghiêng. Đặc điểm khác biệt là áp lực lớn nhất lớn
hơn so với kết quả thí nghiệm và càng xuống sâu thì phân bố áp lực sóng đo được lớn hơn so
với áp lực sóng tính tốn của kè mái nghiêng.


22
Hình 3.33: Phân bố áp lực sóng lên đê bản nghiêng trên nền cọc với các mái dốc khác nhau

- Áp lực sóng tăng khi chiều cao sóng và chu kỳ sóng tăng. Giá trị áp lực lớn nhất xuất
hiện tại cùng một vị trí P2. Áp lực sóng cực đại tính tốn lớn hơn thí nghiệm từ 56 đến 97%.

- Áp lực sóng nhỏ nhất xuất hiện ở đáy của bản nghiêng (điểm P6), điều này có thể
được giải thích là do một phần áp lực sóng đi qua khe hở giữa bản nghiêng và đáy, mặt
khác, càng xuống sâu thì sóng tương tác cũng bị yếu đi nên áp lực sóng bị giảm đáng
kể.Kết quả này cho thấy, trong điều kiện khơng có thí nghiệm trên mơ hình vật lý để xác định
áp lực sóng, có thể áp dụng phương pháp tính tốn áp lực sóng lên kè mái nghiêng như đã chỉ
dẫn trong TCVN 12261:2018 và TCVN 9901:2014.
3.5

Phân bố vận tốc cực đại do sóng gây ra tại chân đê bản nghiêng

3.5.1 Đặt vấn đề
Để đánh giá vận tốc lớn nhất trước chân đê bản nghiêng trên nền cọc, trong q trình thí
nghiệm đã sử dụng đầu đo vận tốc để quan trắc lưu tốc do sóng gây ra, kết quả lọc ra giá trị
vận tốc lớn nhất và hướng vận tốc tương ứng.
3.5.2 Phân bố vận tốc lớn nhất do sóng ở khoảng hở giữa chân đê bản nghiêng và đáy

Từ chuỗi số liệu thí nghiệm trích rút vận tốc lớn dịng chảy nhất và hướng dịng chảy
tương ứng với ngun hình. Kết quả thể hiện trên Hình 3.34 cho thấy:
- Vận tốc dịng chảy cực đại ứng với mái dốc của bản nghiêng m = 1 và m = 1,33 có xu
thế tương tự nhau và có xu hướng bé hơn vận tốc cực đại theo lý thuyết.
- Với mái dốc m = 1,5 vận tốc cực đại đo được có xu thế lớn hơn nhiều so với vận tốc cực
đại lý thuyết. Điều này có thể được giải thích tương tự như nghiên cứu của Yagci và cộng sự
là do khi mái dốc thoải thì khả năng sóng vỡ trên bản nghiêng xuất hiện làm gia tăng vận tốc
cực đại.
8,0

Vmax Tinh toán (m/s)
Vmax đo đạc (m/s)

7,0

V (m/s)

6,0
5,0

m=1

m=1,33

m=1,5

T thay đổi

4,0
3,0

2,0
1,0
0,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45

Phương án thí nghiệm

Hình 3.34: Phân bố vận tốc cực đại do sóng ở khoảng hở giữa đê bản nghiêng trên nền cọc và đáy


23
- Với chiều cao sóng khơng đổi chỉ thay đổi chu kỳ sóng, kết quả cho thấy vận tốc cực
đại xuất hiện ứng với phương án thí nghiệm PA44 có H=0,14m và T=1,4 giây tương ứng với
sóng ngun hình là Hnh = 2,1 m và Tnh = 5,42 giây với mái dốc bản nghiêng m = 1,5. Điều
này cho thấy rất khó xác định được quy luật biến thiên của vận tốc cực đại do sóng gây ra khi
tác động lên đê bản nghiêng trên nền cọc.
- Vận tốc cực đại do sóng gây ra ở khoảng hở giữa bản nghiêng và đáy với mái dốc bản
nghiêng lớn tương tự như công thức lý thuyết. Tuy nhiên khi mái dốc bản nghiêng thoải, hiện
tượng sóng vỡ xuất hiện làm cho vận tốc cực đại tăng lên rất đáng kể. Luận án khuyến nghị
nên tiến hành thí nghiệm trên mơ hình vật lý để xác định vận tốc cực đại do sóng gây ra.
3.6

Kết luận chương 3

- Hệ số truyền sóng có thể được xác định thơng qua quan hệ với độ dốc sóng ứng với từng
mái dốc cụ thể, các phương trình tương quan (3-1), (3-2) và (3-3) đã được xây dựng có độ tin
cậy chấp nhận được. Mối tương quan càng rõ ràng hơn khi mái dốc của bản nghiêng càng
thoải.
- Đê bản nghiêng trên nền cọc có vấu kết hợp khuyết lõm tiêu sóng có hệ số phản xạ sóng

tương đương với đê mái nghiêng có khối phủ và có thể được xác định thơng qua quan hệ với
độ dốc sóng ứng với từng mái dốc cụ thể, các phương trình tương quan (3-4), (3-5) và (3-6)
đã được xây dựng có độ tin cậy chấp nhận được.
- Quá trình tiêu tán năng lượng sóng là một q trình phức tạp, có tính phi tuyến cao, kết
quả thí nghiệm cho thấy rất khó xây dựng được mối quan hệ giữa hệ số tiêu tán năng lượng
sóng và độ dốc sóng khi đê có mái dốc lớn. Khi mái dốc thoải tính phi tuyến giảm bớt do đó
có thể sử dụng quan hệ theo phương trình (3-9) để xác định q trình tiêu tán năng lượng sóng
thơng qua độ dốc sóng.
- Kết quả thí nghiệm cho thấy, áp lực sóng có xu hướng tập trung sát mép nước và phân
bố tương tự như lý thuyết theo TCVN 9901:2014.
- Vận tốc cực đại do sóng gây ra ở khoảng hở giữa bản nghiêng và đáy với mái dốc bản
nghiêng lớn tương tự như công thức lý thuyết. Tuy nhiên khi mái dốc bản nghiêng thoải, hiện
tượng sóng vỡ xuất hiện làm cho vận tốc cực đại tăng lên rất đáng kể.

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
4.1
Cơ sở lựa chọn giải pháp mặt cắt ngang đê bản nghiêng trong xây dựng cơng
trình bảo vệ bờ biển
Đối với mục tiêu bảo vệ bờ biển nhằm chống xói lở và tôn tạo bãi biển, khuyến nghị lựa
chọn giải pháp bố trí đê xa bờ hoặc mỏ hàn chữ T hoặc mỏ hàn đi cá trong đó phần cánh