Xem mẫu
- Ch¬ng 7. C¸c thµnh t¹o ®¸y
7.1. Tæng quan
Mét ®Æc trng phæ biÕn cña dßng ch¶y trong s«ng, cöa s«ng vµ biÓn lµ xu híng
cña ®¸y c¸t tù h×nh thµnh mét trong nhiÒu lo¹i thµnh t¹o ®¸y. Lo¹i thµnh t¹o (hoÆc
®¸y gå ghÒ) phô thuéc vµo cêng ®é vµ tr¹ng th¸i dßng ch¶y: dßng ch¶y æn ®Þnh,
dßng ch¶y thuû triÒu, sãng, hoÆc kÕt hîp cña chóng. Mét vµi lo¹i ®¸y gå ghÒ ®îc thÓ
hiÖn trªn h×nh 23. Dßng ch¶y æn ®Þnh trong s«ng h×nh thµnh c¸c gîn c¸t nhá, c¸c
®ôn c¸t lín vµ ®«i khi lµ c¸c gîn c¸t trªn sên c¸c ®ôn c¸t. C¸c thµnh t¹o t¬ng tù
®îc h×nh thµnh do dßng ch¶y thuû triÒu trong cöa s«ng vµ trong biÓn, n¬i tr¹ng th¸i
dao ®éng cña thuû triÒu liªn tôc lµm thay ®æi bøc tranh gîn c¸t, vµ cã thÓ lµm cho
h×nh d¹ng cña ®ôn c¸t hoÆc sãng c¸t ®èi xøng h¬n.
Tªn gäi c¸c thµnh t¹o lín h¬n trong biÓn vÉn cha ®îc x¸c lËp ®Çy ®ñ. Tªn sãng
c¸t ®îc nhiÒu nhµ h¶i d¬ng häc sö dông cho c¸c thµnh t¹o lín vÒ bÒ ngang, kÓ c¶
c¸c thµnh t¹o t¬ng tù nh nh÷ng thø ®îc gäi lµ ®ôn c¸t trong s«ng, vµ c¸ch ®Þnh
danh nµy ®îc tu©n thñ trong cuèn s¸ch nµy. Tuy nhiªn c¸c kü s thuû lùc thêng
gi÷ l¹i c¸i tªn sãng c¸t ®èi víi c¸c thµnh t¹o lín nhÊt (®é dµi bíc sãng vµi tr¨m hoÆc
vµi ngh×n mÐt) thÊy trong biÓn. C¸c tªn sãng c¸t vµ sãng ®¸y ®«i khi còng ®îc sö
dông ®Ó chØ bÊt kú lo¹i nhiÔu ®éng nµo cã d¹ng sãng cña ®¸y, kÓ c¶ gîn c¸t.
Mét ph¹m vi réng cña c¸c thµnh t¹o kh¸c, c¶ ngang vµ däc theo dßng ch¶y, còng
thÊy trong biÓn. N¬i sãng lµ yÕu tè thuû ®éng lùc næi tréi, gîn c¸t do sãng h×nh thµnh
theo mét h×nh d¹ng ®Æc biÖt kh¸c víi c¸c gîn c¸t h×nh thµnh bëi dßng ch¶y. Sãng
còng cã thÓ t¹o ra c¸c thµnh t¹o ®¸y rÊt lín, nh c¸c doi c¸t ng¨n sãng trong vïng
sãng ®æ (xem h×nh 23d).
C¸c øng dông kÌm theo c¸c thµnh t¹o ®¸y bao gåm sù båi lÊp c¸c c«ng tr×nh lÊy
níc, lµm xãi c¸c ®êng èng dÉn ®Õn viÖc ‘d·n réng ra’ vµ cã thÓ lµm g·y chóng. C¸c
thµnh t¹o ®¸y còng cã ¶nh hëng thèng trÞ lªn c¸c ®Æc trng ma s¸t vµ h×nh thµnh
rèi trong dßng ch¶y, vµ cã c¶ hiÖu øng trùc tiÕp (dÞch chuyÓn ®¸y gå ghÒ) lÉn gi¸n
tiÕp (lµm t¨ng ®é l¬ löng) lªn vËn chuyÓn trÇm tÝch.
72. C¸c gîn c¸t vµ sãng c¸t do dßng ch¶y
KiÕn thøc
§èi víi dßng ch¶y vît qu¸ ngìng chuyÓn ®éng, mét ®¸y ph¼ng ban ®Çu cã thÓ
biÕn d¹ng thµnh nhiÒu lo¹i ®¸y gå ghÒ, xÕp theo kÝch thíc tõ gîn c¸t nhá ®Õn c¸c bê
c¸t lín. Khi vËn tèc dßng ch¶y t¨ng cao, vµ n¬i nguån cung cÊp c¸t h¹n chÕ, c¸t cã
thÓ bÞ gi÷ l¹i thµnh c¸c ®ôn c¸t h×nh r¨ng ca vµ/hoÆc thµnh c¸c líp c¸t máng
100
- chuyÓn ®éng trªn líp cuéi sái. Víi vËn tèc «n hoµ h¬n, c¸c ®¸y gå ghÒ cã híng ngang
víi dßng ch¶y, vµ cã thÓ t¹o ra c¸c gîn c¸t, ®ôn c¸t vµ/hoÆc sãng c¸t. C¸c bê c¸t h×nh
thµnh khi thÝch nghi víi bøc tranh dßng ch¶y quy m« lín.
H×nh 23. C¸c lo¹i ®¸y gå ghÒ: a) gîn c¸t do dßng ch¶y b) gîn c¸t do sãng c) sãng c¸t / ®ôn c¸t d) doi
ng¨n sãng
C¸c gîn c¸t lµ nh÷ng thµnh t¹o ®¸y nhá, ®é cao vµ bíc sãng cña chóng rÊt nhá
so víi ®é s©u níc. Chóng h×nh thµnh trªn ®¸y c¸t víi cì kÝch thíc h¹t ®Õn 0,8mm,
®èi víi vËn tèc dßng ch¶y vît qu¸ ngìng chuyÓn ®éng nhng kh«ng lín ®Õn møc
lµm tr«i röa c¸c gîn c¸t.
C¸c h¹t th« h¬n 0,8mm kh«ng t¹o nªn c¸c gîn c¸t, cho dï c¸c sãng c¸t cã thÓ
h×nh thµnh víi mäi kÝch thíc h¹t, kÓ c¶ cuéi sái, lóc ®ã chóng ®îc gäi lµ sãng cuéi.
Víi vËn tèc dßng ch¶y rÊt lín (vÝ dô U >1,5ms-1 ®èi víi d = 0,2mm) c¸c gîn c¸t bÞ röa
tr«i ®Ó trë thµnh mét ®¸y ph¼ng víi dßng trÇm tÝch s¸t ®¸y vËn chuyÓn trÇm tÝch
m¹nh. Víi vËn tèc dßng ch¶y thÊp, díi ngìng chuyÓn ®éng, c¸c thµnh t¹o ®¸y gi÷
nguyªn h×nh d¹ng mµ chóng cã vµo lóc dßng ch¶y cã gi¸ trÞ díi ngìng. H×nh d¹ng
101
- nµy nãi chung kh«ng biÕt ®îc khi thùc hiÖn tÝnh to¸n cho mét ®iÓm riªng biÖt theo
thêi gian mµ kh«ng xÐt ®Õn lÞch sö dßng ch¶y tríc ®ã, do vËy ®Ó x¸c ®Þnh nã thêng
gi¶ ®Þnh r»ng ®¸y lµ ph¼ng ®èi víi c¸c ®iÒu kiÖn díi ngìng. Tuy nhiªn, trong thùc
tÕ, thêng thÊy r»ng bøc tranh gîn c¸t sÏ vÉn nh vËy nÕu vËn tèc dßng ch¶y gi¶m
chËm hîp lý, do ®ã pháng ®o¸n tèt nhÊt ®Ó tÝnh to¸n ®é nh¸m ®¸y cho dßng ch¶y
díi ngìng lµ coi chóng nh gîn c¸t. MÆt kh¸c, trong c¸c khu vùc cã c¸c ho¹t ®éng
sinh häc m¹nh, ®¸y gîn c¸t cã thÓ h×nh thµnh bëi c¸c ®éng vËt cµy xíi chØ trong vµi
giê.
Gîn c¸t do dßng ch¶y sinh ra thêng cã mÆt c¾t bÊt ®èi xøng, víi m¸i dèc h¬n ë
sên phÝa sau ®Ønh (xem h×nh 23a). Chóng t¹o ra bøc tranh kh«ng ®Òu, thiªn vÒ 3
chiÒu khi nh×n tõ trªn xuèng, víi ®é dµi ®Ønh cña mét gîn c¸t riªng lÎ tiªu biÓu
kho¶ng 1-3 lÇn bíc sãng. Bíc sãng r cña gîn c¸t thêng lÊy xÊp xØ 1000 ®êng
kÝnh h¹t, ®é cao r cã thÓ ®Õn 1/7 bíc sãng:
r 1000d 50 (81a)
r r / 7 . (81b)
Mét ®¸nh gi¸ trung b×nh cho tÊt c¶ c¸c kÝch thíc h¹t dùa trªn quan tr¾c t¹i ®¸y
biÓn, trªn ®¸y c¸t ph¼ng chÞu t¸c ®éng néi thuû triÒu, vµ trong c¸c m¸ng thÝ nghiÖm,
cho thÊy gîn c¸t do dßng ch¶y sinh ra cã bíc sãng kho¶ng 0,14 m vµ ®é cao kho¶ng
0,016 m.C¸c gîn c¸t chuyÓn ®éng xuèng h¹ lu rÊt chËm theo híng dßng ch¶y.
Trong dßng ch¶y thuû triÒu m¹nh (triÒu cêng) c¸c gîn c¸t sÏ bÊt ®èi xøng, híng vµ
®é dÞch chuyÓn thay ®æi theo sù biÕn ®æi híng dßng ch¶y.
C¸c ®ôn c¸t vµ sãng c¸t lµ c¸c thµnh t¹o lín h¬n ph¸t sinh do dßng ch¶y, thêng
cã bíc sãng kho¶ng vµi chôc mÐt vµ cã ®é cao vµi mÐt (xem h×nh 23c). §é cao vµ
bíc sãng ®îc khèng chÕ bëi ®é s©u níc vµ øng suÊt trît t¹i ®¸y. Mét chØ dÉn th«
®èi víi bíc sãng cña chóng lµ b»ng 6 lÇn ®é s©u níc. Cã nhiÒu c«ng thøc kinh
nghiÖm ®èi víi ®é cao s vµ bíc sãng s cho c¸c sãng c¸t, c¸c c«ng thøc ®¸ng tin cËy
nhÊt trong sè chóng gåm cã:
Yalin (1964):
víi 0 s cr
s 0 SC (82a)
h cr
1 víi cr 0 s 17,6 cr SC (82b)
s
6 0s
víi 0 s 17,6 cr
s 0 SC (82c)
s 2h SC (82d)
Van Rijn (1984):
víi 0 s cr
s 0 SC (83a)
0, 3
d
1 e 25 T
0 ,5Ts
s 0,11h 50 víi cr 0 s 26 cr SC (83b)
h s
0s
102
- víi 0 s 26 cr
s 0 SC (83c)
s 7,3h SC (83d)
s = ®é cao sãng c¸t
trong ®ã
s = bíc sãng c¸t
h = ®é s©u níc
0 s = øng suÊt trît t¹i ®¸y do ma s¸t líp ®Öm
cr = ngìng øng suÊt trît ®èi víi chuyÓn ®éng trÇm tÝch
0 s cr
Ts
cr
d50= kÝch thíc h¹t trung vÞ.
C¸c c«ng thøc nµy ®îc minh ho¹ trong h×nh 24. C«ng thøc Van Rijn ®îc kiÕn
nghÞ sö dông do nã ®îc hiÖu chØnh theo tËp hîp sè liÖu lín nhÊt. Chó ý r»ng Van
Rijn sö dông ks= 3d90 ®Ó tÝnh to¸n 0 s , cho gi¸ trÞ h¬i lín h¬n so víi nhËn ®îc b»ng
ks= 2,5d50.
H×nh 24. C¸c c«ng thøc ®èi víi ®é cao sãng c¸t
C¸c ph¬ng tr×nh (82) vµ (83) ¸p dông cho dßng ch¶y æn ®Þnh ®¬n híng nh
trong s«ng. Trong c¸c ®iÒu kiÖn thuû triÒu, n¬i vËn tèc dßng ch¶y lu«n thay ®æi, ®¸y
gå ghÒ kh«ng thÓ hoµn toµn ®¸p øng dßng ch¶y, vµ c«ng thøc Ýt tin cËy. Trong dßng
ch¶y ®¬n híng, c¸c thµnh t¹o ®¸y dÞch chuyÓn chËm vÒ h¹ lu. Tr¹ng th¸i t¬ng tù
quan tr¾c ®îc trong c¸c cöa s«ng vµ biÓn nÕu cã dßng ch¶y m¹nh thèng trÞ theo
híng triÒu lªn vµ xuèng. Mét vÝ dô ®îc cho trong h×nh 25, trong ®ã c¸c sãng c¸t cã
103
- ®é dµi 15m vµ ®é cao 0,8m dÞch chuyÓn 1m/ngµy trong mét phÇn cöa s«ng Taw, T©y
Nam níc Anh, víi dßng triÒu lªn m¹nh chiÕm u thÕ.
ThuËt ng÷ ®ôn c¸t cã xu híng ®îc sö dông ®èi víi c¸c thµnh t¹o ®¸y lín trong
s«ng, trong khi thuËt ng÷ sãng c¸t ®îc sö dông trong biÓn. Kh«ng hoµn toµn râ
rµng chóng cã ®ång nhÊt vÒ mÆt h×nh th¸i häc hay kh«ng, nhng trong biÓn c¸c sãng
c¸t (cã thÓ cã ®é dµi vµi tr¨m mÐt) thêng cã thµnh t¹o ®¸y víi kÝch thíc trung b×nh
chång lªn chóng, vµ do vËy chóng ®îc coi lµ ®ôn c¸t. Ngoµi ra, c¸c gîn c¸t cã thÓ
cïng tån t¹i víi c¸c ®ôn c¸t vµ/hoÆc sãng c¸t.
H×nh 25. DÞch chuyÓn sãng c¸t trong cöa s«ng Taw - kh¶o s¸t ®¸y hµng ngµy; trôc tung =10x
§é dÞch chuyÓn thµnh t¹o ®¸y cã thÓ sö dông nh mét ph¬ng ph¸p ®o ®¹c suÊt
vËn chuyÓn dßng di ®¸y. NÕu gi¶ thiÕt r»ng tÊt c¶ c¸c h¹t di ®éng l¨n trªn ®¸y gå
ghÒ, ngîc lªn m¸i thîng lu (theo sên ®ãn) vµ xu«i xuèng m¸i h¹ lu (theo sên
khuÊt), vµ n»m l¹i t¹i chç tròng, th× suÊt vËn chuyÓn thÓ tÝch dßng di ®¸y qb cã thÓ
tÝnh to¸n theo ph¬ng tr×nh:
qb a m Vmig (84)
trong ®ã am= h»ng sè
= ®é cao ®¸y gå ghÒ
Vmig = vËn tèc dÞch chuyÓn.
H»ng sè am lµ tÝch sè cña (1-) trong ®ã lµ ®é xèp (xem môc 2.3) víi mét hÖ sè
m« t¶ h×nh d¹ng cña thµnh t¹o ®¸y. NÕu = 0,4 vµ cã d¹ng h×nh tam gi¸c, th× am=
0,60 x 0,5 = 0,30. C¸c gi¸ trÞ quan tr¾c nãi chung n»m trong ph¹m vi 0,22 < am<
104
- 0,37. Sö dông gi¸ trÞ am= 0,32 nÕu h×nh d¹ng vµ ®é xèp kh«ng ®îc biÕt (Jinchi,
1992).
Ph¬ng ph¸p nãi trªn cã thÓ sö dông hoÆc ®èi víi gîn c¸t hoÆc ®èi víi ®ôn c¸t/
sãng c¸t.
Gi¶ thiÕt mµ ph¬ng tr×nh (84) dùa trªn ®ã cã thÓ kh«ng hoµn toµn hiÖu lùc, bëi
v× nhiÒu h¹t kh«ng n»m l¹i ë chç tròng, mµ chØ tiÕp tôc l¨n däc theo ®¸y, hoÆc ®îc
mang vµo tr¹ng th¸i l¬ löng. Do ®ã c¸c ®o ®¹c suÊt vËn chuyÓn dßng di ®¸y theo sù
dÞch chuyÓn thµnh t¹o ®¸y cã thÓ thiªn lín, ®Õn 2 lÇn.
Víi vËn tèc dßng ch¶y lín, c¸c gîn c¸t vµ ®ôn c¸t bÞ tr«i röa, vµ ®¸y trë nªn
ph¼ng víi vËn chuyÓn trÇm tÝch m¹nh x¶y ra gièng nh dßng sÒn sÖt hoÆc dßng trÇm
tÝch s¸t ®¸y trong bÒ dµy kho¶ng vµi mm trªn ®¸y. §iÒu kiÖn nµy x¶y ra phï hîp víi
chØ tiªu xÊp xØ:
s 0,8 (85a)
hoÆc
0 s 0,8 g s 1d (85b)
0 s = øng suÊt trît t¹i ®¸y do ma s¸t líp ®Öm
trong ®ã
s = tham sè ma s¸t líp ®Öm Shields
g = gia tèc träng trêng
= mËt ®é níc
s = mËt ®é t¬ng ®èi cña trÇm tÝch
d = ®êng kÝnh h¹t.
Trong biÓn, sù röa tr«i c¸c gîn c¸t x¶y ra trong níc n«ng víi dßng ch¶y m¹nh
hoÆc díi t¸c ®éng sãng m¹nh nh trong vïng sãng ®æ.
Quy tr×nh
1. vÝ dô 7.1. KÝch thíc sãng c¸t
- §Ó tÝnh to¸n kÝch thíc sãng c¸t
®èi víi ®iÒu kiÖn dßng ch¶y cho tríc,
cho c¸c gi¸ trÞ cña:
+ ®é s©u níc h 10m
+ ®êng kÝnh h¹t d 0,200mm
1,0ms-1
U
+ vËn tèc dßng ch¶y thuû triÒu cùc ®¹i
- TÝnh to¸n ngìng
0,176Nm-2
cr
øng suÊt trît t¹i ®¸y (vÝ dô 6.3)
- TÝnh to¸n øng suÊt trît t¹i ®¸y
thùc tÕ do ma s¸t líp ®Öm tõ
0,952Nm-2
0s
ph¬ng tr×nh (34)
105
- Sö dông ph¬ng ph¸p Van Rijn
Ts = 0 s cr cr
- TÝnh to¸n 4,41
- V× cr 0s 26cr , sö dông
s
ph¬ng tr×nh (83b) ®Ó tÝnh to¸n 0,78m
- §é dµi sãng
s 73m
cho bëi ph¬ng tr×nh (83d) lµ
- C«ng thøc Yalin ph¬ng tr×nh (82)
s =
cho lêi gi¶i t¬ng øng lµ 1,36m
s =
vµ 63m.
2. §Ó ®o ®¹c vËn chuyÓn trÇm tÝch di ®¸y theo møc dÞch chuyÓn sãng c¸t, ®o lÆp
nhiÒu lÇn b»ng m¸y håi ©m däc theo híng dßng ch¶y u thÕ, hoÆc trong vïng cã
thuû triÒu, kh¶o s¸t lÆp®i lÆp l¹i b»ng cäc thuû chÝ däc theo ®êng vu«ng gãc víi c¸c
®Ønh sãng c¸t. Trong c¶ hai trêng hîp, ®ßi hái ®é chÝnh x¸c cao khi cè ®Þnh vÞ trÝ.
§èi víi thuû triÒu b¸n nhËt, mét chu kú 12,5 hoÆc 25 h gi÷a c¸c ®ît kh¶o s¸t lµ phï
hîp.
VÝ dô 7.2. DÞch chuyÓn c¸c sãng c¸t
- Ph©n tÝch b¶n ghi ®Ó nhËn ®îc :
+ ®é cao trung b×nh tõ ch©n ®Õn ®Ønh 0,8m
+ vËn tèc dÞch chuyÓn trung b×nh,
b»ng c¸ch xÕp chång liªn tiÕp c¸c mÆt c¾t
vµ xª dÞch ®Ó nhËn ®îc sù khíp nhÊt Vvig 1,0m/ngµy
- Sö dông ph¬ng tr×nh (84) víi am=0,32
®Ó nhËn ®îc suÊt vËn chuyÓn thÓ tÝch
0,26m2/ngµy
qb= 0,32 x 0,8 x 1,0 =
- SuÊt vËn chuyÓn trung b×nh,
lÊy trung b×nh theo ngµy = 0,26/(24 x 3600)
= 3,0 x 10-6m2s-1
73. Gîn c¸t do sãng
KiÕn thøc
Gîn c¸t do sãng thêng ®èi xøng qua ®Ønh trong mÆt c¾t ngang, víi ®Ønh t¬ng
®èi nhän (xem h×nh 23b). §Ønh cña chóng th¼ng hµng víi ®Ønh sãng níc, vµ khi
nh×n tõ trªn xuèng, t¹o nªn bøc tranh ®Òu ®Æn c¸c ®êng gÇn nh song song víi
chiÒu dµi nèi ®Ønh rÊt dµi, ®«i chç bÞ gi¸n ®o¹n do chËp víi gîn c¸t kh¸c. Bíc sãng
cña chóng r nãi chung b»ng 1-2 lÇn biªn ®é quü ®¹o A = UwT/(2 ) cña chuyÓn ®éng
106
- sãng t¹i ®¸y, trong ®ã Uw lµ biªn ®é vËn tèc quü ®¹o vµ T lµ chu kú sãng. §é cao
r cña chóng thêng gi÷a 0,1 vµ 0,2 lÇn bíc sãng cña chóng.
Gîn c¸t do sãng bÞ tr«i röa bëi vËn tèc quü ®¹o rÊt lín, lµm cho ®¸y ph¼ng víi
dßng trÇm tÝch nhiÔu ®éng s¸t ®¸y. ChØ tiªu ®Ó tr«i röa gîn c¸t ®îc cho ë d¹ng tham
sè ma s¸t líp ®Öm Shields ws , víi gi¸ trÞ tíi h¹n tiªu biÓu kho¶ng 0,8 (ph¬ng tr×nh
(85a)), hoÆc ë d¹ng sè sãng di ®éng víi gi¸ trÞ tiªu biÓu kho¶ng 150, trong ®ã:
ws
cr (86)
g s d
2
Uw
. (87)
g( s 1 )d
C¸c ph¬ng ph¸p kh¸c nhau ®îc ®Ò xuÊt ®Ó tÝnh to¸n r vµ r.
1. Grant vµ Madsen (1982)
§èi víi ws cr
r r 0 (hoÆc c¸c gi¸ trÞ cã tõ tríc) SC (88a)
§èi víi cr ws B
r 0,22( ws / cr ) 0,16 A SC (88b)
r r / 0,16( ws / cr ) 0,04 SC (88c)
§èi víi ws B
r 0,48( D*,5 / 4) 0,8 ( ws / cr ) 0,15 A
1
SC (88d)
r r / 0,28( D*,5 / 4) 0,6 ( ws / cr ) 0,04
1
SC (88e)
víi
B 1,8 cr ( D*,5 / 4)0,6
1
SC (88f)
1/ 3
g( s 1 )
D* d 50
2
2. Nielsen (1992) ®a ra c«ng thøc ®èi víi c¸c sãng (®Òu) trong phßng thÝ nghiÖm
§èi víi ws cr , r r 0 (hoÆc c¸c gi¸ trÞ ®· cã tõ tríc) SC (89a)
r 0,275 0,022 0,5 A víi 156 SC (89b)
1,5
r r / 0,128 0,24 ws ws 0,831 . SC (89c)
156 hoÆc ws 0,831 , r r 0
§èi víi SC (89d)
107
- §iÒu kiÖn tr«i röa = 156 vµ ws = 0,831 kh«ng hoµn toµn t¬ng thÝch víi
nhau.
Ph¬ng ph¸p chi tiÕt h¬n, dùa trªn mét khèi lîng sè liÖu ®îc ®Ò xuÊt bëi
Mogride vµ nnk (1994).
Quy tr×nh
1. §Ó tÝnh to¸n ®é cao, bíc sãng cña gîn c¸t trªn ®¸y c¸t th¹ch anh trong níc
biÓn t¹i 10oC vµ 35o/oo, lóc ®Çu cho ®é cao H vµ chu kú T sãng. C¸c sãng ®îc gi¶
thiÕt ®¬n ®iÖu.
VÝ dô 7.3. Gîn c¸t do sãng
- Cho ®é cao sãng H 1m
- Cho chu kú sãng T 6s
- Cho ®é s©u níc h 10m
- Cho kÝch thíc h¹t t¹i ®¸y d50 0,2mm
- TÝnh to¸n vËn tèc quü ®¹o,
0,310ms-1
sö dông h×nh 14, (sãng ®¬n ®iÖu) Uw
- TÝnh to¸n biªn ®é quü ®¹o 0,310 x 6/2 A 0,296m
- TÝnh to¸n ngìng tham sè Shields (xem vÝ dô 6.3)
cr
theo ®êng cong Shields 0,0633
- TÝnh to¸n hÖ sè ma s¸t sö dông
ph¬ng tr×nh (60) Swart fwr 0,0118
- TÝnh to¸n tham sè Shields
ws
ma s¸t líp ®Öm 0,183
- TÝnh to¸n tham sè di ®éng sãng
31,0
ph¬ng tr×nh (87)
- TÝnh to¸n ®é cao gîn c¸t
sö dông ph¬ng ph¸p
r
Nielsen ph¬ng tr×nh (89b) 0,0452m
- TÝnh to¸n ®é dµi gîn c¸t
r 0,265m
sö dông ph¬ng tr×nh (89c)
2. §Ó so s¸nh, ph¬ng ph¸p Grant vµ Madsen cho r =0,0579m, r = 0,373m.
74. Ma s¸t do ®¸y gå ghÒ
KiÕn thøc
Khi cã mÆt gîn c¸t, ®ôn c¸t hoÆc sãng c¸t, chóng ph¸t sinh søc c¶n h×nh d¹ng
bëi trêng ph©n bè ¸p suÊt ®éng lùc trªn bÒ mÆt cña chóng. §©y lµ søc c¶n c¶ khèi,
108
- t¬ng tù nh søc c¶n cña giã lªn mét c¸i «t«. Søc c¶n h×nh d¹ng cã thÓ lín h¬n nhiÒu
lÇn ma s¸t líp ®Öm t¸c ®éng lªn c¸c h¹t c¸t vµ thêng lµ nguyªn nh©n thèng trÞ cña
søc c¶n mµ s«ng hoÆc dßng ch¶y thuû triÒu trong cöa s«ng vµ biÓn c¶m nhËn ®îc.
§èi víi môc ®Ých vËn chuyÓn trÇm tÝch, ma s¸t líp ®Öm os cã bæn phËn ®èi víi
vËn chuyÓn dßng di ®¸y vµ sù cuèn theo c¸t tõ ®¸y, trong khi søc c¶n h×nh d¹ng
0 f liªn quan ®Õn rèi m¹nh, lµm khuÕch t¸n trÇm tÝch l¬ löng vµo dßng ch¶y. C¸c
th¶o luËn tiÕp theo vÒ os vµ 0 f , vµ sù bæ sung cña cña chóng ®Ó nhËn ®îc øng
suÊt tæng céng ®îc cho trong môc 1.4, môc 3.4 vµ ph¬ng tr×nh (39).
§èi víi gîn c¸t do dßng ch¶y, øng suÊt tæng céng thêng nhËn ®îc b»ng c¸ch
lÊy ®é dµi nh¸m z0, hoÆc ®é nh¸m Nikuradse ks, trong ®ã ks= 30z0. B¶ng 7 ®a ra gi¸
trÞ trung b×nh tõ c¸c ®o ®¹c trªn ®¸y gîn c¸t trong biÓn cã z0= 6mm. Nh vËy, thµnh
phÇn søc c¶n h×nh d¹ng zof cã thÓ liªn quan ®Õn ®é cao r vµ bíc sãng r cña gîn
c¸t:
2r
SC (90)
z0 f ar
r
trong ®ã c¸c kh¶o s¸t kh¸c nhau cho ta ar trong ph¹m vi 0,3 < ar < 3, víi gi¸ trÞ tiªu
biÓu ar= 1,0.
§é dµi nh¸m tæng céng z0 nhËn ®îc b»ng c¸ch sö dông ph¬ng tr×nh (43), trong
®ã thµnh phÇn vËn chuyÓn trÇm tÝch zot cã thÓ phï hîp.
Ma s¸t trªn gîn c¸t do sãng cã thÓ dÉn xuÊt theo c¸ch t¬ng tù. Ph¬ng tr×nh
(90) ®îc sö dông víi gi¸ trÞ phï hîp cña ar ®Ó nhËn ®îc z0r, vµ cã thÓ bæ sung thµnh
phÇn vËn chuyÓn trÇm tÝch. Mét vµi ph¬ng ph¸p ®îc ®Ò xuÊt.
1. Grant vµ Madsen (1982) sö dông ar= 0,923 trong ph¬ng tr×nh (90) víi r vµ
r ®îc tÝnh to¸n b»ng ph¬ng ph¸p riªng cña hä (ph¬ng tr×nh (88)), céng víi
thµnh phÇn vËn chuyÓn trÇm tÝch:
2
0, 5
5,33( s 0,5)d50 cr ws 0,7 .
z0 t SC (91)
cr
2. Nielsen (1992) sö dông ar=0,267 trong ph¬ng tr×nh (90) víi r vµ r ®îc tÝnh
to¸n bëi ph¬ng ph¸p riªng cña «ng (ph¬ng tr×nh (89)), céng víi thµnh phÇn vËn
chuyÓn trÇm tÝch:
z0t 5,67( ws 0,05)0,5 d 50 . SC (92)
3. Raudkivi (1988) sö dông ar= 0,533 trong ph¬ng tr×nh (90) víi r vµ r ®îc
tÝnh to¸n bëi ph¬ng ph¸p Nielsen (ph¬ng tr×nh (89)), céng víi thµnh phÇn vËn
chuyÓn trÇm tÝch:
z 0t 0,00533U w, 25
2
SC (93)
trong ®ã z0t tÝnh b»ng mÐt vµ Uw b»ng ms-1.
109
- Ma s¸t do ®ôn c¸t vµ sãng c¸t cã thÓ xö lý theo 2 c¸ch:
- Trong s«ng, øng suÊt trît tæng céng 0 thêng ®îc m« t¶ b»ng mét hµm cña
ma s¸t líp ®Öm 0s. Ph¬ng ph¸p nµy, ®îc gäi lµ ph¬ng ph¸p 'ma s¸t båi tÝch' dùa
trªn gi¶ thiÕt r»ng c¸c thµnh t¹o ®¸y c©n b»ng víi dßng ch¶y, vµ r»ng c¸c ®Æc trng
ma s¸t cña chóng ®îc x¸c ®Þnh ®¬n trÞ bëi dßng ch¶y tæng hîp.
- Ph¬ng ph¸p 2 giai ®o¹n, trong ®ã ®é cao sãng vµ bíc sãng cña sãng c¸t ®îc
x¸c ®Þnh tríc hÕt, sau ®ã chóng ®îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh ma s¸t.
Ph¬ng ph¸p thø 2 phï hîp h¬n ®èi víi biÓn, bëi v× dßng ch¶y thuû triÒu vµ sãng
mÆt biÕn ®æi nhanh víi quy m« thêi gian tÝnh b»ng giê, trong khi c¸c sãng c¸t ph¶n
øng h¬i chËm h¬n víi quy m« thêi gian tÝnh b»ng ngµy, do ®ã dßng ch¶y nãi chung
kh«ng ë tr¹ng th¸i c©n b»ng víi thµnh t¹o ®¸y. NÕu c¸c gi¸ trÞ ®o ®¹c ®é cao sãng vµ
bíc sãng cña sãng c¸t cã s½n, th× cã thÓ sö dông trùc tiÕp chóng ®Ó nhËn ®îc c¸c
tÝnh to¸n ma s¸t chÝnh x¸c h¬n.
Mét ph¬ng ph¸p ma s¸t båi tÝch cã tríc ®ã nhng ®¬n gi¶n ®îc Engelund
(1966) ®a ra:
2,5 s 0,061 / 2 SC (94)
0 g s 1d
trong ®ã
s 0 s g s 1d
0 = øng suÊt trît tæng céng
0 s = øng suÊt trît ma s¸t líp ®Öm
g = gia tèc träng trêng
= mËt ®é níc
s = mËt ®é t¬ng ®èi cña trÇm tÝch
d = ®êng kÝnh h¹t.
Mét ph¬ng ph¸p ma s¸t båi tÝch næi tiÕng kh¸c lµ cña White vµ nnk (1980).
Ph¬ng ph¸p kh¸ phøc t¹p, vµ ngêi ®äc cÇn tham chiÕu ®Õn b¶n gèc hoÆc Fisher
(1993), trong ®ã quy tr×nh tõng bíc vµ vÝ dô thùc hiÖn ®îc ®a ra.
Mét vÝ dô cña ph¬ng ph¸p 2 giai ®o¹n lµ cña Van Rijn (1984). §é cao sãng s
vµ bíc sãng s cña ®ôn c¸t ®îc dù b¸o b»ng c¸ch sö dông ph¬ng tr×nh (38a-d).
Sau ®ã chóng ®îc sö dông ®Ó cã ks theo ph¬ng tr×nh sau ®©y:
ks= 1,1 s 1 exp( 25 s / s ) 3d 90 . SC (95)
Gi¸ trÞ ks nµy sau ®ã sö dông trong c«ng thøc Chezy (t¬ng tù ph¬ng tr×nh (37))
®Ó nhËn ®îc øng suÊt trît tæng céng 0 .
C¸c chi tiÕt h¬n vµ c¸c vÝ dô cña c¸c ph¬ng ph¸p nãi trªn ®îc cho bëi Fisher
(1993).
110
- Quy tr×nh
1. VÝ dô 7.4. øng suÊt trît tæng céng do dßng ch¶y
- §Ó tÝnh to¸n øng suÊt trît tæng céng
0 ph¸t sinh do dßng ch¶y thuû triÒu
trªn mét ®¸y biÓn gîn c¸t
víi d50= 0,200 mm trong níc biÓn t¹i 10oC vµ 35o/oo:
+ Cho ®é s©u níc h 10m
0,5ms-1
U
+ Cho vËn tèc trung b×nh ®é s©u
- X¸c ®Þnh bíc sãng cña gîn c¸t
r
ph¬ng tr×nh (81a) 0,20m
- X¸c ®Þnh ®é cao sãng cña gîn c¸t
r
ph¬ng tr×nh (81b) 0,0286m
- TÝnh to¸n theo ph¬ng tr×nh (90)
2
z 0 10,0286 0,00408m
0,20
- Sö dông ph¬ng tr×nh (37) nhËn ®îc
CD={0,40/[1+ln(0,00408/10)]}2= 0,00346
- Sö dông ph¬ng tr×nh (30)
®Ó tÝnh to¸n øng suÊt trît tæng céng
0 1027 0,00346 0,502 0,887Nm-2
2. Khi ¸p dông ®èi víi c¸c gi¸ trÞ sè nhËn ®îc trong vÝ dô 7.4 víi ®¸y c¸t th¹ch
anh cã d35= 0,175 m, d50= 0,200 m, d65= 0,230m m, d90= 0,313m m, ph¬ng
ph¸p ®èi víi s«ng ®a ra c¸c dù b¸o sau ®©y cho øng suÊt trît tæng céng:
0,965Nm-2
Engelund
0,384Nm-2
White vµ nnk
0,600Nm-2
Van Rijn
C¸c ph¬ng ph¸p nµy dù b¸o ®ôn c¸t lµ phÇn tö nh¸m chñ yÕu, thay v× gîn c¸t.
3. VÝ dô 7.5. øng suÊt trît tæng céng do sãng
- §Ó tÝnh to¸n biªn ®é øng suÊt trît tæng céng w
ph¸t sinh do sãng trªn ®¸y biÓn gîn c¸t,
sö dông cïng ®Çu vµo nh ®èi víi vÝ dô 7.3:
- TÝnh to¸n ®é cao sãng vµ bíc sãng
cña gîn c¸t nh trong vÝ dô 7.3.
Ph¬ng ph¸p Nielsen cho ta:
r
+ ®é cao sãng gîn c¸t 0,0452m
111
- r
+ bíc sãng gîn c¸t 0,265m
- Ph¬ng ph¸p Nielsen ®Ó tÝnh to¸n z0f
2,06 x10-3m
sö dông ph¬ng tr×nh (90) víi ar= 0,267 z0f
- TÝnh to¸n thµnh phÇn vËn chuyÓn trÇm tÝch z0
4,14 x 10-4m
theo ph¬ng tr×nh (92) z0t
- TÝnh to¸n thµnh phÇn ma s¸t líp ®Öm z0
1,67 x 10-5m
theo ph¬ng tr×nh (25) z0s
- TÝnh to¸n z0 tæng céng sö
2,49 x 10-3m
dông ph¬ng tr×nh (43) z0
- TÝnh to¸n hÖ sè ma s¸t sãng b»ng ph¬ng
ph¸p Swart, ph¬ng tr×nh (60) 0,139
- TÝnh to¸n biªn ®é øng suÊt trît t¹i ®¸y
6,84Nm-2
w
tæng céng sö dông ph¬ng tr×nh (57)
§Ó so s¸nh, ph¬ng ph¸p Raudkivi cho ta w = 11,0Nm-2, vµ ph¬ng ph¸p Grant
vµ Madsen cho ta w = 10,8Nm-2.
4. Chi tiÕt vÒ c¸c ph¬ng ph¸p cã s½n trong SandCalc ®èi víi øng suÊt trît tæng
céng t¹i ®¸y do sãng ®îc cho trong môc 4.6.
112
nguon tai.lieu . vn