Luận án Nghiên cứu ổn định và độ bền của khối phủ rakuna-Iv xếp rối trên đê chắn sóng đá đổ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI 
NGUYỄN QUANG LƯƠNG 
NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA KHỐI PHỦ 
RAKUNA-IV XẾP RỐI TRÊN ĐÊ CHẮN SÓNG ĐÁ ĐỔ 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
HÀ NỘI, NĂM 2020 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI 
NGUYỄN QUANG LƯƠNG 
NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA KHỐI PHỦ 
RAKUNA-IV XẾP RỐI TRÊN ĐÊ CHẮN SÓNG ĐÁ ĐỔ 
 Ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình Biển 
Mã số: 9580203
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TS. Thiều Quang Tuấn 
HÀ NỘI, NĂM 2020
i 
LỜI CAM ĐOAN 
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên 
cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn 
nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) được thực 
hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo theo đúng quy định. 
 Tác giả luận án 
 Nguyễn Quang Lương 
ii 
LỜI CẢM ƠN 
Lời đầu tiên tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới GS.TS. Thiều Quang Tuấn, TS. 
Nguyễn Công Thắng và PGS. TS Vũ Hoàng Hưng đã tận tình hướng dẫn tác giả trong suất 
thời gian nghiên cứu và thực hiện luận án. 
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo, khoa Công trình, bộ môn 
Kỹ thuật Công trình Biển, trường Đại Học Thủy Lợi, đã giúp đỡ tạo mọi điều kiện để tác 
giả hoàn thành luận án này. 
Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới công ty Nikken Kogaku của Nhật Bản đã cho 
phép sử dụng toàn bộ các mô hình khối phủ RAKUNA-IV phục vụ cho các thí nghiệm ổn 
định thủy lực trong máng sóng, hỗ trợ chế tạo và cung cấp các mô hình khối phủ i-RAK 
cho các thí nghiệm độ bền kết cấu. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn quý công ty và TS. 
Phạm Thanh Hải đã tài trợ và giúp đỡ cho tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu. 
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn sát cánh giúp 
đỡ, hỗ trợ và động viên về mọi mặt để tác giả có thể vượt qua mọi khó khăn, trở ngại khi 
thực hiện và hoàn thành luận án đúng tiến độ. 
iii 
MỤC LỤC 
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................i 
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... ii 
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................... vii 
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................... xi 
DANH MỤC KÝ HIỆU ................................................................................................... xii 
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT & THUẬT NGỮ .................................................... xiv 
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1 
1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................... 1 
1.1 Thực tiễn việc áp dụng đê chắn sóng đá đổ ở Việt Nam .................................... 1 
1.2 Tính cấp thiết của việc nghiên cứu độ bền của các khối phủ bê tông ................ 1 
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................... 3 
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 3 
3.1 Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................... 3 
3.2 Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 3 
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ........................................................... 3 
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................................ 4 
5.1 Ý nghĩa khoa học ................................................................................................ 4 
5.2 Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................. 4 
6. Cấu trúc của luận án ............................................................................................... 4 
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHỐI PHỦ BÊ TÔNG BẢO VỆ CHO ĐÊ CHẮN 
SÓNG ĐÁ ĐỔ 5 
1.1 Giới thiệu chung ..................................................................................................... 5 
1.1.1 Đê chắn sóng đá đổ .......................................................................................... 5 
1.1.2 Cơ chế phá hỏng của đê chắn sóng .................................................................. 5 
1.1.3 Các khối phủ bê tông ....................................................................................... 8 
1.1.3.1 Phân loại khối phủ ......................................................................................... 9 
1.1.3.2 Lịch sử hình thành và phát triển của khối phủ ............................................ 10 
1.1.4 Giới thiệu về khối phủ RAKUNA-IV ........................................................... 12 
1.2 Tổng quan về ổn định thủy lực và độ bền của khối phủ bê tông ......................... 16 
1.2.1 Ổn định thủy lực của các khối phủ bê tông ................................................... 16 
1.2.1.1 Giới thiệu chung .......................................................................................... 16 
1.2.1.1 Các công thức tính toán ổn định thủy lực của khối phủ trên mái nghiêng .. 17 
1.2.2 Độ bền của các khối phủ bê tông ................................................................... 28 
1.2.2.1 Giới thiệu chung ......................................................................................... 28 
1.2.2.2 Các tải trọng có thể tạo ra ứng suất trong các khối phủ bê tông [35] .......... 30 
iv 
1.2.2.2 Các nghiên cứu về độ bền ứng suất của các khối phủ bê tông .................... 32 
1.4 Kết luận chương 1 ................................................................................................ 39 
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA 
KHỐI PHỦ TRÊN MÁI ĐÊ CHẮN SÓNG ĐÁ ĐỔ ........................................................ 40 
2.1 Tổng quan về thí nghiệm nghiên cứu ổn định thủy lực và độ bền của khối phủ 
trên mái đê chắn sóng đá đổ ........................................................................................... 40 
2.1.1 Ổn định thủy lực và mức độ hư hỏng của khối phủ trên mái đê chắn sóng đá 
đổ 40 
2.1.1.1 Các tham số liên quan đến mức độ hư hỏng của lớp phủ ........................... 40 
2.1.1.2 Đánh giá mức độ hư hỏng của lớp phủ theo tiêu chuẩn ............................. 42 
2.1.2 Xác định giá trị ứng suất trong các mô hình khối phủ để đánh giá độ bền .. 43 
2.1.2.1 Các tải trọng lên khối phủ bê tông .............................................................. 43 
2.1.2.2 Cơ sở để thiết lập sơ đồ và quy trình tính toán xác định độ bền kết cấu của 
các khối phủ ............................................................................................................. 45 
2.1.2.2 Đo đạc ứng suất trong các mô hình khối phủ ............................................. 48 
2.2 Phân tích thứ nguyên và xác định các tham số chi phối cơ bản ........................... 49 
2.2.1 Giới thiệu chung ............................................................................................ 49 
2.1.2 Xác định các tham số chi phối cơ bản ......................................................... 51 
2.1.2.1 Giới thiệu chung .......................................................................................... 51 
2.1.2.2 Tham số chi phối cơ bản đối với nghiên cứu ổn định thủy lực của khối phủ
 ................................................................................................................................. 52 
2.1.2.3 Tham số chi phối cơ bản đối với nghiên cứu độ bền của khối phủ ............. 54 
2.3 Xây dựng mô hình vật lý nghiên cứu ổn định thủy lực và độ bền của khối phủ 
RAKUNA-IV trên đê chắn sóng đá đổ .......................................................................... 55 
2.3.1 Lý thuyết tương tự ........................................................................................ 55 
2.3.1.1 Giới thiệu chung ......................................................................................... 55 
2.3.1.2 Các tiêu chuẩn tương tự thủy lực ................................................................ 55 
2.3.2 Xác định tỉ lệ mô hình ................................................................................. 57 
2.3.2.1 Các ảnh hưởng về mặt tỉ lệ ......................................................................... 57 
2.3.2.2 Xác định tỉ lệ mô hình ................................................................................ 57 
2.3.3 Thiết kế mô hình và bố trí thí nghiệm ......................................................... 60 
2.3.3.1 Cấu tạo mô hình đê thí nghiệm ................................................................... 60 
2.3.3.2 Máng sóng thí nghiệm ................................................................................ 61 
2.3.3.3 Xây dựng mô hình thí nghiệm .................................................................... 61 
2.3.3.4 Bố trí các thiết bị đo .................................................................................... 62 
2.4 Thiết lập mô hình toán nghiên cứu độ bền của khối phủ RAKUNA-IV ............. 65 
2.4.1 Giới thiệu phần mềm ANSYS Mechanical APDL [47] ............................... 65 
v 
2.4.2 Sử dụng ANSYS Mechanical APDL trong nghiên cứu độ bền của khối phủ
 66 
2.4.2.1 Giới thiệu chung ......................................................................................... 66 
2.4.2.2 Thiết lập mô hình thí nghiệm trong ANSYS Mechanical APDL ............... 67 
2.4.2.3 Tính toán tần số dao động riêng của mô hình i-RAK và kiểm tra hiện 
tưởng cộng hưởng .................................................................................................... 68 
2.4.2.4 Xác định hệ số chuyển đổi cho các giá trị ứng suất đo đạc được bằng cảm 
biến ........................................................................................................................... 69 
2.5 Kết luận chương 2 ................................................................................................ 70 
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA KHỐI PHỦ 
RAKUNA-IV 71 
3.1 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 71 
3.1.1 Xây dựng các kịch bản và trình tự thí nghiệm ............................................ 73 
3.1.2 Các tham số và phương pháp đo đạc ........................................................... 74 
3.1.2.1 Thí nghiệm nghiên cứu ổn định thủy lực .................................................... 74 
3.1.2.2 Thí nghiệm nghiên cứu độ bền kết cấu ....................................................... 75 
3.2 Phân tích các kết quả thí nghiệm .......................................................................... 78 
3.2.1 Nghiên cứu ổn định thủy lực của khối phủ RAKUNA-IV .......................... 78 
3.2.1.1 Đánh giá mức độ hư hỏng của các khối phủ trên mái đê ........................... 78 
3.2.1.3 Xác định hệ số ổn định KD từ các kết quả thí nghiệm ................................ 79 
3.2.1.4 Xác định công thức tính toán ổn định theo chỉ số ổn định Ns ..................... 81 
3.2.2 Nghiên cứu độ bền của khối phủ RAKUNA-IV ......................................... 83 
3.2.2.1 Xác định công thức thực nghiệm tính toán giá trị ứng suất lớn nhất xuất 
hiện trong khối phủ khi bị xoay lắc dưới tác động của sóng ................................... 83 
3.2.2.3 Xác định mô đun đàn hồi biểu kiến Ea và hệ số tỉ lệ mô đun đàn hồi (nE) . 88 
3.2.2.4 Khối lượng lớn nhất cho phép của khối phủ RAKUNA-IV theo độ bền ... 92 
3.3 Kết luận chương 3 ................................................................................................ 93 
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO TÍNH TOÁN THIẾT 
KẾ LỚP PHỦ MÁI CỦA ĐÊ CHẮN SÓNG CẢNG CHÂN MÂY, TỈNH THỪA THIÊN 
HUẾ 95 
4.1 Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu ............................................................ 95 
4.1.1 Tổng quan về khu vực cảng Chân Mây [54] ................................................ 95 
4.1.1.1 Vị trí địa lý ................................................................................................... 95 
4.1.1.2 Điều kiện địa hình ....................................................................................... 96 
4.1.1.3 Điều kiện khí tượng .................................................................................... 97 
4.1.1.4 Điều kiện thủy hải văn ................................................................................ 97 
4.1.2 Các điều kiện biên thiết kế .......................................................................... 97 
vi 
4.1.2.1 Bình đồ và mặt cắt ngang thiết kế .............................................................. 97 
4.1.2.2 Các tham số sóng ........................................................................................ 98 
4.2 Tính toán thiết kế lớp phủ cho đê chắn sóng bảo vệ cảng Chân Mây ................ 100 
4.2.1 Tính toán xác định kích thước và khối lượng của khối phủ theo các công 
thức ổn định .............................................................................................................. 101 
4.2.1.1 Xác định kích thước và khối lượng của khối phủ theo công thức Hudson 
[1] [3] ..................................................................................................................... 101 
4.2.1.2 Xác định kích thước và khối lượng của khối phủ theo công thức thực 
nghiệm về chỉ số ổn định Ns .................................................................................. 102 
4.2.1.3 Kết luận ..................................................................................................... 106 
4.2.2 Tính toán các kích thước lớp phủ mái đê .................................................. 106 
4.2.2.1 Chiều dày khối phủ ................................................................................... 106 
4.2.2.2 Mật độ xếp khối phủ trên mái đê .............................................................. 107 
4.2.3 Tính toán kiểm tra độ bền của khối phủ RAKUNA-IV ............................ 107 
4.3 Kết luận chương 4 .............................................................................................. 109 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 110 
1. Tóm tắt kết quả đã đạt được của luận án ............................................................ 110 
1.1 Nghiên cứu tổng qua ... 
[37]. Burcharth, H.F., Howell, G.L. và Liu, Z. (1991). On the determination of concrete 
armour unit stresses including specific results related to Dolosse. In: J.W. van der 
Meer, H.F. Burcharth và W.A. Price (Editors), Breakwaters. Coastal Eng., 15; pp. 
107-165. 
[38]. Burcharth, H. F., Jensen, M. S., Liu, Z., Van der Meer, J. W., and D'Angremond, 
K. (1995). Design Formula for Tetrapod Breakage. Proceedings of the Final 
Workshop, Rubble Mound Breakwater Failure Modes, Sorrento, Italy. 
[39]. Đào Phương Bắc (2009). Một số vấn đề về ứng suất và biến dạng trong khối bê 
tông dị hình Dolos, nâng cao ứng dụng của nó trong gia cố mái đê. Tạp chí Biển & 
Bờ số 5-6, 2009. 
[40]. Van der Meer, J.W., Ligteringen H. (2006). Breakwater Design. Lecture notes, 
UNESCO-IHE, LN0026/06/1. 
[41]. Lương Phương Hậu và Trần Đình Hợi (2003). Lý thuyết thí nghiệm mô hình Công 
trình thủy. NXB Xây dựng. ISBN: 111321. 
[42]. Steven A. Hughes (1993). Physical Models and Laboratory Techniques in Coastal 
Engineering. 
[43]. Ahrens, J.P. (1989). Stability of reef breakwaters. ASCE, Journal of WPC and OE, 
Vol. 115, No. 2. 
[44]. Burcharth, H.F., Liu. Z, Troch, P. (1999). Scaling of core material in rubble mound 
breakwater model tests. Proc. International Conference on Coastal and Port 
Engineering in Developing Countries (COPEDEC), No. 5, Cape Town, South 
Africa; pp. 1518-1528. 
120 
[45]. Keulegan, G. G. (1973). Wave Transmission Through Rock Structures. Research 
Report H-73-1, US Army Engineer Waterways Experiment Station, Vickburg, 
Mississippi. 
[46]. Phạm Ngọc Khánh (chủ biên), Nguyễn Ngọc Oanh, Đoàn Văn Đào, Đỗ Khắc 
Phương, Nguyễn Công Thắng (2006). Sức bền vật liệu. NXB Từ điển Bách Khoa. 
[47]. Vũ Hoàng Hưng (2018). ANSYS - Ví Dụ Thực Tế Phân Tích Kết Cấu Công Trình 
Thủy Lợi Thủy Điện - Practical Applications On Structural Analysis Of Hydraulic 
Works And Hydropower Dams. NXB Xây dựng. ISBN: 9786048225094. 
[48]. d'Angremond, K., Van der Meer, J.W. and Van Nes, C.P (1994). Stresses in 
tetrapod armour units induced by wave actions. ASCE, proc. 24th ICCE, Kobe, 
Japan, pp. 1713-1726. 
[49]. Van der Meer, J.W. and Pilarczyk, K.W (1984). Stability of rubble mound slopes 
under random wave attack. ASCE, Proc. 19th ICCE, Houston. Also Delft 
Hydraulics Publication No. 332. 
[50]. Van der Meer, J.W. (1988c). Stability of Cubes, Tetrapods and Accropode. Proc. 
Breakwaters ’88, Eastbourne, Thomas Telford. 
[51]. Van der Meer, J.W. (1998a). Stability of Cubes, Tetrapods and Accropodes. In: 
ICE, Design of Breakwaters. Proc. Conf. Breakwaters ’88. Thomas Telford, 
London, Ch.6L pp. 59-68. 
[52]. Dowling, Norman E. (2012). Mechanical Behavior of Materials: Engineering 
Methods for Deformation, Fracture, and Fatigue. Pearson; 4th Edition. 
[53]. Tiêu chuẩn quốc gia (2012). TCVN 5574:2012 Kết cấu bê tông và Bê tông cốt thép 
- Tiêu chuẩn thiết kế. 
[54]. "Cảng Chân Mây - Chan May Port," [Online]. Available: 
[55]. "Foil Strain Gauges Series F," Tokyo Measuring Instruments Lab, [Online]. 
Available: https://tml.jp/eng/documents/strain_gauge/Fseries.pdf. 
121 
PHỤ LỤC 
PHỤ LỤC A Máng sóng và mô hình đê thí nghiệm 
Hình A.1 Sơ đồ bố trí chung cho các thí nghiệm trên mô hình vật lí trong máng sóng 
Hình A.2 Mặt bằng thí nghiệm trong phòng thí nghiệm thủy lực tổng hợp 
122 
Hình A.3 Bố trí các thiết bị phục vụ thí nghiệm trong máng sóng Hà Lan 
Bảng A.1 Các thông số và đặc tính kĩ thuật của máng sóng và máy tạo sóng 
Máng sóng Máy tạo sóng 
- Chiều dài tổng cộng: 50 m; 
- Chiều dài hiệu quả: 45 m; 
- Chiều cao: 1,2 m; 
- Chiều rộng: 1 m; 
- Chiều cao sóng tối đa: 0,3 m; 
- Chu kỳ sóng tối đa: 3 s; 
- Dạng piston; 
- Khoảng chạy (hành trình): 2 m; 
- Vận tốc cực đại: 1,2 m/s; 
- Gia tốc cực đại: 4,7 m/s2; 
- Công suất: 3,3 kW (liên tục); 7 kW 
(đỉnh); 
- Hệ thống hấp thụ sóng phản xạ chủ động 
(ARC = Active Reflection Compensation) 
cho phép tạo sóng với độ chính xác cao. 
- Tạo sóng đều hoặc sóng ngẫu nhiên theo 
một số dạng phổ sóng phổ biến biến như 
phổ JONSWAP (Joint North Sea Wave 
Project) hay phổ Pierson-Moskowitz 
(PM). 
123 
Hình A 4 Các thí nghiệm được tiến hành ở các phòng thí nghiệm thuộc trường Đại học 
Thủy lợi: Phòng thí nghiệm Thủy lực tổng hợp và Phòng Thí nghiệm Sức bền vật liệu & 
Cơ kết cấu. 
Hình A.5 Vật liệu chế tạo mô hình đê thí nghiệm 
124 
Hình A.6 Xây dựng mặt cắt đê thí nghiệm trong máng sóng 
Hình A.7 Các thiết bị máy quay và máy ảnh phục vụ thí nghiệm trong máng sóng 
125 
Hình A.8 Thiết kế các mô hình thí nghiệm cho khối phủ có gắn cảm biến (i-RAK) và bố 
trí thí nghiệm độ bền kết cấu 
126 
Bảng A.2 Các kịch bản thí nghiệm trên mô hình đê chắn sóng 
TT Kịch bản 
Độ sâu 
nước 
Chiều 
cao 
sóng 
Chu 
kỳ 
sóng 
Thời gian Số con 
sóng 
(cm) (cm) (s) (h) (phút) (s) 
1 d50H10T18 
50 10 
1.8 1.5 90 5400 3000 
2 d50H10T15 1.5 1.25 75 4500 3000 
3 d50H10T13 1.3 1.08 65 3900 3000 
4 d50H10T11 1.1 0.92 55 3300 3000 
5 d50H12T20 
50 12 
2 1.67 100 6000 3000 
6 d50H12T16 1.6 1.33 80 4800 3000 
7 d50H12T14 1.4 1.17 70 4200 3000 
8 d50H12T12 1.2 1.00 60 3600 3000 
9 d50H15T22 
50 15 
2.2 1.83 110 6600 3000 
10 d50H15T18 1.8 1.50 90 5400 3000 
11 d50H15T16 1.6 1.33 80 4800 3000 
12 d50H15T14 1.4 1.17 70 4200 3000 
13 d55H17T23 
55 17 
2.3 1.92 115 6900 3000 
14 d55H17T19 1.9 1.58 95 5700 3000 
15 d55H17T17 1.7 1.42 85 5100 3000 
16 d55H17T15 1.5 1.25 75 4500 3000 
17 d55H20T25 
55 20 
2.5 2.08 125 7500 3000 
18 d55H20T21 2.1 1.75 105 6300 3000 
19 d55H20T18 1.8 1.50 90 5400 3000 
20 d55H20T16 1.6 1.33 80 4800 3000 
21 d55H21T26 
55 21 
2.6 2.17 130 7800 3000 
22 d55H21T21 2.1 1.75 105 6300 3000 
23 d55H21T18 1.8 1.50 90 5400 3000 
24 d55H21T16 1.6 1.33 80 4800 3000 
127 
Hình A.9 Các cảm biến điện trở FLA-5 cùng keo dán chuyên dụng CN của hãng Tokyo 
Sokki Kenkyujo (Nhật Bản) và hệ thống dây dẫn & keo phủ chống nước 
Hình A.10 Các thông số và đặc tính kĩ thuật của lá điện trở FLA-5 của hãng Tokyo Sokki 
Kenkyujo (Nhật Bản) [55] 
128 
Hình A.11 Bộ phần mềm NI SignalExpress của hãng NI (National Instrument) được sử 
dụng để hiển thị các tín hiệu đo đã được khuếch đại từ các máy đo SDA 
Bảng A.3 Trình tự thí nghiệm trong ngày cho mỗi kịch bản 
TT Buổi Thời gian Nội dung công việc 
1 
Sáng 
8h00 - 8h30 
Chuẩn bị & lắp đặt các thiết bị; quay phim + chụp ảnh 
mái đê trước thí nghiệm; 
2 8h30 - 9h50 
- Bơm nước đến cao trình thiết kế; 
- Kiểm tra mực nước và chuẩn bị cho các bước tiếp theo; 
3 9h50 - 10h20 
- Kiểm định các đầu đo sóng; 
- Chuẩn bị các file điều khiển máy tạo sóng trong cabin; 
4 10h20 - 10h45 
- Chạy sóng ổn định & 
- Đợi nước lắng và kiểm tra lại các đầu đo và thiết bị đo; 
5 10h45 - 12h30 
Tiến hành thí nghiệm theo kịch bản; quan sát (sử dụng 
thêm bút chiếu laser) và ghi chép nhật kí trong quá trình 
thí nghiệm 
6 12h30 
Bắt đầu xả nước trong máng đến cao trình thềm đá dưới 
cơ chân 
7 12h30 - 14h00 
- Ăn trưa & nghỉ ngơi; 
- Copy số liệu từ máy tính vào các ổ cứng ngoài; 
8 
Chiều 
14h15 - 14h30 Quay phim & chụp ảnh mái đê sau thí nghiệm 
9 14h30 - 15h30 
Xếp lại cấu kiện mái trước cho kịch bản thí nghiệm tiếp 
theo 
10 15h45 - 16h00 Thay nhãn & chụp ảnh mô hình đê trước thí nghiệm 
11 16h00 - 16h30 Bơm nước đến cao trình mặt thềm đá dưới cơ chân 
12 16h30 - 17h00 
- Copy dữ liệu từ các máy quay và máy ảnh vào máy tính; 
- Thu dọn khu vực thí nghiệm 
129 
Hình A.12 Các máy đo động SDA-830A và SDA-830C được sử dụng trong thí nghiệm 
độ bền kết cấu của khối phủ RAKUNA-IV 
Hình A.13 Xác định hệ số chuyển đổi tín hiệu trong Phòng thí nghiệm Sức bền – Kết cấu 
của trường Đại học Thủy lợi. 
130 
PHỤ LỤC B Tính toán tỉ lệ mô hình cho lõi đê chắn sóng dạng đá đổ 
B1. Nghiên cứu của Burcharth và cộng sự (1998) 
Đối với lớp lõi, điều quan trọng là phải đảm bảo tính nhất quán giữa gradient thủy lực trong 
mô hình và trong nguyên mẫu. Một giải pháp phù hợp cho điều này đó là sử dụng cỡ đá 
lớn hơn cho lớp lõi so với cỡ đá được tính toán theo quy tắc tỉ lệ Froude. Burcharth và cộng 
sự (1999) đã đưa ra một phương pháp bao gồm ước tính trường vận tốc và đề nghị việc sử 
dụng giá trị vận tốc đặc tính có liên quan có thể áp dụng cho việc định tỉ lệ vật liệu lớp lõi 
trong các mô hình vật lý. Hệ số tỉ lệ cho lõi đê chắn sóng sẽ nhỏ hơn so với hệ số tỉ lệ áp 
dụng theo quy tắc Froude. 
Giá trị đường kính viên đá sử dụng cho lớp lõi trong các mô hình thí nghiệm được xác định 
sao cho quy tắc Froude vẫn có thể áp dụng cho một giá trị vận tốc lỗ rỗng đặc tính. Giá trị 
vận tốc này được xác định là giá trị trung bình của vận tốc trong vùng chịu ảnh hưởng lớn 
nhất của lớp lõi về mặt dòng chảy trong môi trường lỗ rỗng [18]. Quy trình định tỉ lệ cho 
lớp lõi như sau: 
(1) Phóng các kích thước của mô hình ra nguyên mẫu theo hệ số tỉ lệ; 
(2) Xác định vị trí các điểm lưu tốc lỗ rỗng đặc tính trong cả nguyên mẫu và mô hình (xem 
Hình B.1); 
(3) Xác định gradient áp lực (Ix) trong nguyên mẫu; 
(4) Xác định các giá trị lưu tốc đặc tính trong nguyên mẫu (Up); 
(5) Xác định các giá trị lưu tốc đặc tính trong mô hình (Um); 
(6) Chọn giá trị đường kính trung bình của vật liệu lớp lõi bằng phương pháp tính lặp. 
Hình B.1 Các vị trí xác định lưu tốc đặc tính trong lớp lõi [18] 
Phương pháp định tỉ lệ mô hình lõi đê chắn sóng của Burcharth (1999) thường cho kết quả 
nhỏ hơn, hay cỡ đá thí nghiệm cho mô hình lõi đê sẽ lớn hơn. Trong thực tế tính chất sóng 
truyền qua đê chắn sóng đá đổ có vai trò quan trọng về mặt ổn định và động lực học, do 
131 
vậy trong thực tế phương pháp của Le Méhauté (1965) và Keulegan (1973) thường được 
áp dụng một cách rộng rãi hơn trong các thí nghiệm với mô hình vật lí về mặt ổn định thủy 
lực cũng như các thí nghiệm về sóng tràn qua đê chắn sóng đá đổ. 
B2. Nghiên cứu của Le Méhauté (1965) và Keulegan (1973) 
Nếu các công trình dạng đá đổ và hấp thụ sóng được mô hình với cỡ đá và vật liệu lõi được 
thu nhỏ về mặt hình học theo tỉ lệ, sóng truyền qua mô hình sẽ giảm đi tương đối. Các tổn 
thất ma sát lớn hơn so với mô hình khi sóng truyền qua công trình, và điều này trở nên rõ 
rệt hơn về mặt tỉ lệ sử dụng cho các mô hình bể cảng [37]. Ảnh hưởng về mặt tỉ lệ này 
được khắc phục bằng việc tăng kích thước các viên đá trong mô hình so với giá trị thu 
phóng theo tỉ lệ dài theo công thức sau: 
p p
m m
L D
K
L D
 (B-1) 
hay 
L DN KN (B-2) 
trong đó L là chiều dài đặc trưng của mô hình nguyên dạng, D là kích thước dài của viên 
đá, K là hệ số có giá trị lớn hơn 1; p và m lần lượt biểu thị cho nguyên hình và mô hình. 
Le Méhauté (1965) và Keulegan (1973) đã đề xuất các phương pháp để xác định kích thước 
của các lớp phủ bảo vệ của đê chắn sóng đá đổ và vật liệu lõi đê để mô phỏng chính xác 
hiện tượng sóng truyền. Hudson và cộng sự (1979) đã đề xuất hệ số tỉ lệ K cần được tính 
toán bằng cả hai phương pháp và giá trị trung bình từ hai kết quả tính toán này sẽ được sử 
dụng trong công thức trên. 
Le Méhauté (1965) đã sử dụng các kết quả phân tích và số liệu có sẵn để phát triển một 
phương pháp sử dụng biểu đồ cho việc lựa chọn giá trị K phù hợp. Tác giả giả thiết rằng 
các ảnh hưởng về mặt tỉ lệ có thể được bỏ qua trong các lớp phủ ngoài, và giữa nguyên 
hình và mô hình có cùng cấp phối đá lớp lõi. Khi đó, các ảnh hưởng về mặt tỉ lệ do dòng 
chảy qua lớp lõi của công trình có thể được hiệu chỉnh. Biểu đồ của Le Méhauté [37] được 
thể hiện trong Hình B.2 dưới đây. 
Đường liền nét biểu thị các giá trị không đổi của hệ số K. Tung độ là tỉ lệ dài về mặt hình 
học, /L p mN L L , và hoành độ là hệ số phi thứ nguyên có kết hợp nhiều tham số của công 
trình dạng đá đổ. 
3 5i
p p
H
D P
L 
 (B-3) 
132 
Hình B.2 Biểu đồ xác định kích thước mô hình công trình dạng đá đổ theo sóng truyền 
trong các mô hình nguyên dạng [37] 
trong đó, 
Hi - Chiều cao sóng đến; 
 L - Bề rộng trung bình của mặt cắt ngang lõi đê; 
Khi đó tỉ số Hi/ L là độ dốc của tổn thất cột nước qua các lỗ rỗng 
trong lõi đê. 
 Dp - Đường kính đá hiệu quả (tính bằng cm) của lõi đê nguyên hình, và 
được xác định theo giá trị 10% nhỏ hơn đá theo đường cong cấp phối 
của lõi đê; 
P - Độ rỗng của lõi đê (0 < P < 1). 
Keulegan (1973) đã tiến hành các thí nghiệm sử dụng đá có đường kính gàn bằng nhau với 
độ rỗng khoảng 0.46, và ông đã phát triển các công thức kinh nghiệm dựa trên giá trị độ 
rỗng này. Tuy nhiên vật liệu đá cho lớp lõi có cấp phối với giá trị độ rỗng nằm trong khoảng 
từ 0.35 đến 0.4. Hudson và cộng sự (1979) đã trình bày một dạng tổng quát cho các phương 
trình của Keulegan trong đó độ rỗng được xem xét như một biến. Hai phương trình được 
đưa ra; một áp dụng cho hiện tượng sóng truyền trong nguyên hình khi số Reynolds của 
công trình, Rn, lớn hơn 2000 và các tổn thất năng lượng được giả thiết là từ sự tiêu tán do 
rối động; và phương trình còn lại áp dụng cho trường hợp 20 < Rn < 2000, và sự tiêu tán 
do độ nhớt xảy ra bên trong công trình. 
133 
Những quan hệ này như sau: 
(1) Trường hợp Rn > 2000: 
1
2
i i
p
pt pp
H H L
H h L

 (B-4) 
và 
4/34 2
210,6
p
p
p p
P L T
gh
D L

 (B-5) 
(2) Trường hợp 20 < Rn < 2000: 
2/3 2/3
1
2
i i
m
mt mm
H H L
H h L

 (B-6) 
và 
4/31/34 2
21,52
m
m
m m m
P T L T
gh
DL D L


 (B-7) 
Trong những phương trình trên, số Reynolds của công trình (Rn) được xác định như sau: 
2
i
n
PH LD
R
hT
 (B-8) 
và các biến được xác định như sau: 
Hi - Chiều cao sóng đến; 
Ht - Chiều cao sóng truyền; 
L - Chiều dài sóng đén; 
h - Độ sâu nước; 
T - Chiều dài sóng; 
  - Độ nhớt động học; 
D - Kích thước đặc tính (10% nhỏ hơn) của vật liệu đá lõi đê; 
 L - Bề rộng trung bình của mặt cắt ngang lõi đê; 
g - gia tốc trọng trường; 
P - Độ rỗng của vật liệu lớp lõi 
Giá trị vận tốc sử dụng trong số Reynolds là: 
2
iPH LV
hT
 (B-9) 
134 
Giá trị này biểu thị vận tốc thấm cực đại ở mặt vào của công trình. Keulegan (1973) xác 
định được vận tốc này cho sóng nước nông đồng nhất với biên độ giảm theo hàm mũ qua 
công trình rỗng. 
Các phương trình nguyên hình của Keulegan được sử dụng với các tham số nguyên hình 
để xác định sóng truyền theo tỉ lệ nguyên hình. 
Tính đồng dạng của hiện tượng sóng truyền yêu cầu 
i i
t tp m
H H
H H
 (B-10) 
khi đó cùng tỉ số về sóng truyền được áp dụng trong các phương trình của mô hình, cùng 
với đó là các tham số mô hình để xác định giá trị Dm. Giá trị Dp và Dm có thể được thay 
vào phương trình để xác định giá trị của hệ số K. 
135 
PHỤ LỤC C Phân tích và xử lí ảnh và video thí nghiệm 
C.1. Phân tích và xử lí số liệu thí nghiệm từ các máy quay trong thí nghiệm sử dụng 
kĩ thuật tách ảnh và chồng ảnh 
Hình C.1 Phân tích và xử lí số liệu thí nghiệm từ các máy quay trong thí nghiệm sử dụng 
kĩ thuật tách ảnh và chồng ảnh 
136 
C.2 Các vị trí cấu kiện bị xoay lắc trên mái đê trong các kịch bản thí nghiệm 
137 
138 
139 
140 
141