Thạc Sĩ Nghiên cứu sự ổn định của công trình bảo vệ bờ biển do ảnh hưởng của tải trọng động

2

MỤC LỤC
2T CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH ĐÊ KÈ BIỂN 2T 14
2T 1.2. Các dạng phá hoại đối với bờ biển. 2T . 15
2T 1.2.1.2. Tác động của mực nước thuỷ triều và hơi nước biển mặn 2T . 16
2T 1.2.1.3. Tác động của dòng chảy ven bờ 2T . 17
2T 1.2.1.4. Tác động của sóng 2T 17
2T 1.2.1.5. Các tác động hoá học 2T 18
2T 1.2.1.6. Các tác động của sinh vật 2T . 19
2T 1.2.2.1. Tác động tiêu cực của hồ chứa và đập ngăn sông 2T 20
2T 1.2.2.2. Các tác động tiêu cực từ việc khai thác cát sỏi, khoáng sản 2T 21
2T 1.2.2.3. Các tác động tiêu cực do phá rừng ngập mặn và cây chắn cát ven
biển 2T . 21
2T 1.2.2.4. Các tác động tiêu cực do khai hoang lấn biển 2T 21
2T 1.2.2.5. Ảnh hưởng của hệ thống kênh và cống tiêu 2T . 22
2T 1.2.2.6. Ảnh hưởng của các hoạt giao thông thuỷ 2T . 22
2T 1.3.2. Các dạng công trình bảo vệ bờ biển. 2T 26
2T 1.3.2.1. Các dạng đê biển. 2T 26
2T 1.3.2.2. Công trình bảo vệ bờ biển bằng cách ngăn cát, giảm sóng 2T . 29
2T 1.3.2.3. Công trình đê giảm sóng. 2T 30
2T 1.3.2.4. Hệ thống công trình phức hợp ngăn cát – giảm sóng 2T . 31
2T 1.3.2.5. Công trình ngăn cát – giảm sóng dạng tường đứng 2T 32
2T 1.4. Các sự cố công trình thường gặp 2T . 34
2T 1.5. Tình hình nghiên cứu ổn định công trình đê kè biển 2T . 39
2T 1.5.1. Tình hình trong nước 2T 39
2T 1.5.2. Tình hình ngoài nước 2T 40
2T 1.6. Những thách thức đối với nghiên cứu địa kỹ thuật 2T . 40
2T 1.7. Tóm tắt chương 1 2T . 41
2T CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH ĐÊ KÈ BIỂN
DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG 2T 42 3

2T 2.1. Khái quát về tải trọng động tác dụng đối với công trình đê, kè biển (sóng
biển, động đất) 2T 42
2T 2.1.1. Gió và áp lực gió 2T 43
2T 2.1.2. Các ngoại lực do tàu gây ra 2T 44
2T 2.1.3. Tải trọng sóng 2T . 45
2T 2.1.4. Động đất và lực động đất 2T 46
2T 2.1.5. Tải trọng do dòng chảy 2T . 47
2T 2.2. Nguyên nhân, cơ chế hình thành và hậu quả của tải trọng động 2T . 48
2T 2.2.1. Sóng – Tải trọng sóng 2T . 48
2T 2.2.1.1. Sóng – Các đặc trưng cơ bản và quá trình truyền sóng gây tải trọng 2T
49
2T 2.2.1.2. Tải trọng sóng trên đê mái nghiêng 2T . 55
2T 2.2.1.3. Tải trọng sóng đối với tường ngầm cản sóng 2T 57
2T 2.2.1.4. Tải trọng sóng đối với tường cản sóng xa bờ 2T 59
2T 2.2.1.5. Tải trọng sóng đối với tường đứng liền bờ 2T . 63
2T 2.2.1.6. Tải trọng sóng đối với mỏ hàn 2T 64
2T 2.2.2. Động đất – Tải trọng động đất 2T 65
2T 2.2.2.1. Sự hình thành của động đất 2T . 65
2T 2.2.2.2. Các khái niệm cơ bản liên quan tới động đất. 2T . 68
2T 2.2.2.3. Hậu quả của động đất 2T 74
2T 2.3. Trạng thái giới hạn của công trình 2T . 76
2T 2.3.1. Định nghĩa công trình đạt trạng thái giới hạn 2T . 76
2T 2.3.1.1. Tính toán theo trạng thái giới hạn 1. 2T . 76
2T 2.3.1.2. Tính toán theo trạng thái giới hạn 2 2T 77
2T 2.4. Các phương pháp phân tích ổn định công trình dưới tác dụng của tải trọng
động 2T . 78
2T 2.4.1. Phương pháp phân tích động đất 2T 78
2T 2.5. Giới thiệu một số phần mềm phân tích 2T 80
2T 2.6. Tóm tắt chương II 2T 83 4

2T CHƯƠNG III. PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH THỰC TẾ DƯỚI TÁC
DỤNG TẢI TRỌNG ĐỘNG 2T 84
2T 3.1. Giới thiệu công trình đê biển 2T . 84
2T 3.1.1. Vị trí địa lý 2T 84
2T 3.1.2. Đặc điểm địa hình. địa mạo 2T 86
2T 3.1.2.1. Đặc điểm địa hình chung 2T . 86
2T 3.1.2.2. Đặc điểm địa hình khu vực xây dựng công trình 2T 87
2T 3.1.3. Đặc điểm địa chất 2T . 88
2T 3.1.3.1. Địa chất thủy văn 2T 88
2T 3.1.3.2. Địa chất công trình 2T 88
2T 3.1.4. Đặc điểm khí tượng thủy văn 2T . 91
2T 3.1.4.1. Đặc điểm khí tượng 2T . 91
2T a. Mưa 2T . 91
2T b. Nhiệt độ 2T 91
2T c. Độ ẩm 2T . 91
2T d. Nắng 2T . 92
2T e. Gió. bão 2T 92
2T 3.2. Số liệu đầu vào phục vụ tính toán 2T 94
2T 3.2.1. Số liệu về thủy - hải văn 2T . 94
2T 3.2.1.1. Mực nước 2T 94
2T 3.2.1.2. Các đặc trưng sóng tính toán và tải trọng sóng 2T . 94
2T 3.2.2. Số liệu về địa chất 2T . 97
2T 3.2.3. Tải trọng động đất 2T 99
2T 3.3. Mô phỏng bài toán 2T . 99
2T 3.3.1. Sơ đồ mô phỏng 2T 99
2T 3.3.2. Kịch bản/ phương án mô phỏng 2T . 99
2T 3.3.3. Số liệu đầu vào 2T . 100
2T 3.3.4. Mô hình vật liệu 2T 100
2T 3.4. Kết quả mô phỏng và thảo luận 2T . 100
2T 3.5. Tóm tắt chương 3 2T . 109 5

2T CHƯƠNG IV. NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH ĐÊ BIỂN DƯỚI ẢNH
HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT 2T . 111
2T 4.1. Khái quát chung 2T . 111
2T 4.2. Các phương pháp đánh giá khả năng hóa lỏng 2T 113
2T 4.2.1. Dự đoán hóa lỏng sử dụng phân cấp và giá trị N 2T . 114
2T 4.2.1.1. Đánh giá dựa trên phân cấp 2T 114
2T 4.2.1.2. Dự đoán hóa lỏng sử dụng giá trị N tương đương và gia tốc tương
đương. 2T . 115
2T 4.3. Nghiên cứu hiện tượng hóa lỏng đối với công trình thực tế 2T 122
2T 4.3.1. Sơ đồ mô phỏng 2T 122
2T 4.3.2. Kịch bản/ phương án mô phỏng 2T . 122
2T 4.3.3. Số liệu đầu vào 2T . 122
2T 4.3.4. Mô hình vật liệu 2T 124
2T 4.4. Kết quả mô phỏng và thảo luận 2T . 124
2T 4.4. Các biện pháp chống hóa lỏng 2T . 130
2T 4.4. Tóm tắt chương 4 2T . 131
2T CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 2T 132
2T 5.1. Kết luận 2T 132
2T 5.2. Kiến nghị 2T 133
2T Tài liệu tham khảo 2T . 135
2T Phụ lục 1.Tính toán tham số sóng thiết kế phục vụ thiết lập hàm tải trọng sóng 2T . 136
2T Phụ lục 2. Thiết lập hàm tải trọng sóng tại đáy biển và mái công trình 2T . 144
2T Phụ lục 3. Hệ số ổn định trượt mái với phương án phân tích động đất cấp VIII
(a R max R =0.3g) 2T 148
DANH MỤC HÌNH VẼ
2TU Hình 1.1. Hình ảnh một cơn bão đổ bộ từ Biển Đông vào miền Trung nước ta U2T . 16
2TU Hình 1.2. Bong rộp bê tông và han rỉ cửa van do nước biển mặn U2T 17
2TU Hình 1.3. Sơ đồ sóng bình thường vỗ vào bờ biển (Lương Phương Hậu và nnk,
“Công trình bảo vệ bờ biển và hải đảo”,NXB Xây dựng 2001, 87tr) U2T . 18 6

2TU Hình 1.4. Sơ đồ sóng lớn gây xói lở bờ biển (Lương Phương Hậu và nnk, “Công
trình bảo vệ bờ biển và hải đảo”,NXB Xây dựng 2001, 87tr) U2T 18
2TU Hình 1.5. Các con hà bám vào tường cống ở Hải Hậu U2T . 19
2TU Hình 1.6. Xói lở bờ biển Hải Hậu-Nam Định U2T . 20
2TU Hình 1.7. Mặt cắt ngang đê biển mái nghiêng (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130-
2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT) U2T . 26
2TU Hình 1.8. Mặt cắt ngang đê biển dạng tường đứng (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130-
2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT) U2T . 27
2TU Hình 1.9. Mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp (một phần đứng, một phần nghiêng) U2T
. 28
2TU Hình 1.10. Hệ thống mỏ hàn và đê cản sóng bảo vệ bờ biển (Nguồn: Tiêu chuẩn
14TCN130-2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT) U2T . 29
2TU Hình 1.11. Cấu tạo đê giảm sóng (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130-2002“Hướng dẫn
thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT) U2T 30
2TU Hình 1.12. Hệ thống công trình phức hợp (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130-
2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT) U2T . 31
2TU Hình 1.13. Công trình cản sóng kiểu tường đứng (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130-
2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT) U2T . 32
2TU Hình 1.14. Công trình tường đứng kiểu cọc, cừ (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130-
2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT) U2T . 33
2TU Hình 1.15. Các sự cố công trình thường gặp U2T 34
2TU Hình 1.16. Các sự cố công trình thường gặp U2T 35
2TU Hình 1.17. Hư hỏng công trình đê biển do sụt mái phía đồng và xói chân đê phía
biển U2T 36
2TU Hình 1.18. Hư hỏng công trình do mất ổn định mái phía biển. U2T 36
2TU Hình 2.1. Các đặc trưng cơ bản của sóng U2T 49
2TU Hình 2.2. Biều đồ áp lực sóng tính toán lớn nhất tác dụng lên mái dốc (14TCN130-
2002) U2T 55
2TU Hình 2.3. Đồ thị để xác định phản áp lực của sóng U2T 57 7

2TU Hình 2.4. Các biểu đồ áp lực sóng lên một đoạn tường ngầm cản sóng 14TCN130-
2002 U2T . 58
2TU Hình 2.5. Các biểu đồ áp lực sóng lên tường cản sóng thành đứng 14TCN130-2002 U2T
. 62
2TU Hình 2.6. Các biểu đồ áp lực sóng lên tường chắn sóng thẳng đứng khi sóng rút
14TCN130-2002 U2T . 63
2TU Hình 2.7. Các biểu đồ áp lực sóng tác động lên một mỏ hàn 14TCN130-2002 U2T . 65
2TU Hình 3.1: Bản đồ vị trí vùng dự án U2T 85
2TU Hình 3.2: Sơ đồ vị trí công trình (ảnh chụp từ vệ tinh) U2T . 86
2TU Hình 3.3. Mặt cắt ngang điển hình – công trình đê biển Trà Vinh U2T . 90
2TU Hình 3.4. Hàm áp lực sóng dưới đáy biển tại gốc tọa độ giả định U2T 95
2TU Hình 3.5. Dạng biểu đồ phân tải trọng sóng lên đê biển mái nghiêng (14TCN 130-
2002) U2T 95
2TU Hình 3.6. Mặt cắt địa chất phục vụ phân tích ổn định công trình đê biển Trà Vinh U2T . 98
2TU Hình 3.7. Hệ số ổn định mái phía biển – PA0A U2T 101
2TU Hình 3.8. Hệ số ổn định mái phía đồng –PA0A U2T . 101
2TU Hình 3.7. Hệ số ổn định mái phía biển – PA0B U2T 101
2TU Hình 3.8. Hệ số ổn định mái phía đồng –PA0B U2T 101
2TU Hình 3.9. Hệ số ổn định mái phía biển –PA1 U2T . 102
2TU Hình 3.10. Hệ số ổn định mái phía đồng –PA1 U2T 102
2TU Hình 3.11. Hệ số ổn định mái phía biển –PA2 U2T . 102
2TU Hình 3.12. Hệ số ổn định mái phía đồng –PA2 U2T 102
2TU Hình 3.13. Hệ số ổn định mái phía biển –PA3 U2T . 103
2TU Hình 3.14. Hệ số ổn định mái phía đồng –PA3 U2T 103
2TU Hình 3.15. Hệ số ổn định mái phía biển –PA4 U2T . 103
2TU Hình 3.16. Hệ số ổn định mái phía đồng –PA4 U2T 103
2TU Hình 3.17. Hệ số ổn định mái phía biển –PA5 U2T . 104
2TU Hình 3.18. Hệ số ổn định mái phía đồng –PA5 U2T 104 8

2TU Hình 3.19. Hệ số ổn định trượt mái phía biển theo thời gian so sánh các phương án U2T
. 106
2TU Hình 3.20. Hệ số ổn định trượt mái phía đồng theo thời gian so sánh các phương án U2T
. 107
2TU Hình 3.21. Hệ số ổn định trượt mái phía biển và phía đồng so sánh các phương án
tính toán có động đất U2T . 108
2TU Hình 4.1a. Phạm vi có thể hóa lỏng (Uc > 3.5) U2T . 114
2TU Hình 4.1b. Phạm vi có thể hóa lỏng (Uc < 3.5) U2T 115
2TU Hình 4.3. Hệ số bù của giá trị N tương đương tương ứng với các hàm lượng cỡ hạt
nhỏ U2T . 118
2TU Hình 4.4. Phương pháp hiệu chỉnh giá trị N bằng hàm lượng hạt nhỏ và chỉ số dẻo U2T
. 120
2TU Hình 4.5. Bản ghi gia tốc động đất cấp VI (a URU max URU =0.0491g) U2T 123
2TU Hình 4.6. Bản ghi gia tốc động đất cấp VIII (a URU max URU =0.3g) U2T . 123
2TU Hình 4.7. Các hàm tỷ số ứng suất cắt Hình 4.8. Hàm tỷ số áp l ực nước lỗ rỗng
dư U2T . 124
2TU Hình 4.9. Vùng có khả năng hóa lỏng (PA1) U2T 126
2TU Hình 4.10. Vùng có khả năng hóa lỏng (PA2) U2T 126
2TU Hình 4.11. Vùng có khả năng hóa lỏng (PA3) U2T 126
2TU Hình 4.12. Vùng có khả năng hóa lỏng (PA4) U2T 126
2TU Hình 4.13. Vùng có khả năng hóa lỏng (PA5) U2T 127
2TU Hình 4.14. Vùng có khả năng hóa lỏng (PA6) U2T 127
2TU Hình 4.15. Vùng có khả năng hóa lỏng (PA7) U2T 127
2TU Hình 4.16. Vị trí điểm trích rút kết quả áp lực kẽ rỗng U2T . 128
2TU Hình 4.17. Biến thiên áp lực kẽ rỗng tại điểm khảo sát (PA1, PA2, PA3) U2T . 128
2TU Hình 4.18. Biến thiên áp lực kẽ rỗng tại điểm khảo sát (PA4, PA6) U2T 129
2TU Hình 4.19. Biến thiên áp lực kẽ rỗng tại điểm khảo sát (PA5, PA7) U2T 129
2TU Bảng PL1. Kết quả tính sóng nước sâu theo phương pháp Bretshneider U2T 136 9

2TU Hình PL1. Địa hình và lưới tính toán lớn U2T 2TU Hình PL2. Địa hình và lưới tính
toán chi tiết U2T 141
2TU Hình PL3. Kết quả trường sóng tính toán với tốc độ gió 24m/s – Lưới tính lớn U2T 142
2TU Hình PL4. Kết quả trường sóng tính toán khu vực ven bờ - Lưới tính chi tiết U2T . 143
2TU Hình PL5: Hàm áp lực sóng dưới đáy biển tại gốc tọa độ giả định U2T 146
2TU Hình PL6. Dạng biểu đồ phân tải trọng sóng lên đê biển mái nghiêng (14TCN 130-
2002) U2T 146
2TU Hình PL7. Hệ số ổn định mái phía biển PA6 U2T 148
2TU Hình PL8. Hệ số ổn định mái phía đồng PA6 U2T . 148
2TU Hình PL9. Hệ số ổn định mái phía biển PA7 U2T 148
2TU Hình PL10. Hệ số ổn định mái phía đồng PA7 U2T . 148


DANH MỤC BẢNG BIỂU
2TU Bảng 1.1. Một số giải pháp bảo vệ bờ biển U2T . 23
2TU Bảng 2.1. Hệ số k UR t R2T . 56
2TU Bảng 2.2. Hệ số P URU tcl UR2T . 56
2TU Bảng 2.3. Hệ số K URU th UR2T . 59
2TU Bảng 2.4. Hệ số K UR W R2T 59
2TU Bảng 2.5. Hệ số k URU Zd UR2T . 61
2TU Bảng 2.6. Hệ số K UR α R2T . 64
2TU Bảng 3. Tính toán áp lực sóng lên mái phía biển công trình đê biển Trà Vinh U2T 96
2TU Bảng 3.1. Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền kè (Công ty TNHH tư vấn công nghệ
kè bờ Minh Tác, 2009) U2T 97
2TU Bảng 3.2. Các kịch bản mô phỏng ổn định công trình U2T 99
2TU Bảng 3.3. Kết quả tính toán hệ số ổn định và khả năng hóa lỏng nền U2T 100
2TU Bảng 4.1. Dự đoán và đánh giá việc hoá lỏng của lớp đất theo các phạm vi I tới IV U2T
. 121 10

2TU Bảng 4.2. Các kịch bản mô phỏng hóa lỏng nền công trình đê biển Trà Vinh U2T . 122
2TU Bảng PL2. Tính toán truyền sóng ngoài khơi vào khu vực công trình U2T . 138
2TU Bảng PL3. Kết quả tính toán sóng tại khu vực công trình theo phương pháp giải tích
như sau U2T 140
2TU Bảng PL4. Kết quả tính toán sóng sử dụng Mike 21SW (Mike DHI 2007, Đan
Mạch) U2T 142
2TU Bảng PL5. Tính toán áp lực sóng lên mái phía biển công trình đê biển Trà Vinh U2T . 147