Các thành tạo đáy

100 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 101 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 102 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: 501000dr  (81a) 7/rr  . (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): 0 s víi crs  0 SC (82a)        s cr s h 0 1 6   víi crscr  6,170  SC (82b) 0 s víi crs  6,170  SC (82c) hs  2 SC (82d) Van Rijn (1984): 0 s víi crs  0 SC (83a)   sT s s Te h d h s         25111,0 5,0 3,0 0 50  víi crscr  260  SC (83b) 103 0 s víi crs  260  SC (83c) hs 3,7 SC (83d) trong ®ã s = ®é cao sãng c¸t s = b­íc sãng c¸t h = ®é s©u n­íc s0 = øng suÊt tr­ît t¹i ®¸y do ma s¸t líp ®Öm cr = ng­ìng øng suÊt tr­ît ®èi víi chuyÓn ®éng trÇm tÝch cr crs sT     0 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 s0 , 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 104 ®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: migmb Vaq  (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< 105 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: 8,0s (85a) hoÆc  dsgs 18,00   (85b) trong ®ã s0 = øng suÊt tr­ît t¹i ®¸y do ma s¸t líp ®Öm 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 + vËn tèc dßng ch¶y thuû triÒu cùc ®¹i U 1,0ms-1 - TÝnh to¸n ng­ìng øng suÊt tr­ît t¹i ®¸y (vÝ dô 6.3) cr 0,176Nm -2 - TÝnh to¸n øng suÊt tr­ît t¹i ®¸y thùc tÕ do ma s¸t líp ®Öm tõ ph­¬ng tr×nh (34) s0 0,952Nm -2 106 Sö dông ph­¬ng ph¸p Van Rijn - TÝnh to¸n Ts =   crcrs  0 4,41 - V× cr  0s  26cr , sö dông ph­¬ng tr×nh (83b) ®Ó tÝnh to¸n s 0,78m - §é dµi sãng cho bëi ph­¬ng tr×nh (83d) lµ s 73m - C«ng thøc Yalin ph­¬ng tr×nh (82) cho lêi gi¶i t­¬ng øng lµ s = 1,36m vµ s = 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 qb= 0,32 x 0,8 x 1,0 = 0,26m 2/ngµy - 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 107 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:  dg s ws cr      (86) d)s(g Uw 1 2   . (87) 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 crws   0 rr  (hoÆc c¸c gi¸ trÞ cã tõ tr­íc) SC (88a) §èi víi Bwscr   Acrwsr 16,0)/(22,0   SC (88b)  04,0)/(16,0/  crwsrr  SC (88c) §èi víi Bws   AD crwsr 15,08,05,1 * )/()4/(48,0   SC (88d)  04,06,05,1* )/()4/(28,0/  crwsrr D  SC (88e) víi 6,05,1* )4/(8,1 DcrB   SC (88f) 50 31 2 1 d )s(g D / *          2. Nielsen (1992) ®­a ra c«ng thøc ®èi víi c¸c sãng (®Òu) trong phßng thÝ nghiÖm §èi víi crws   , 0 rr  (hoÆc c¸c gi¸ trÞ ®· cã tõ tr­íc) SC (89a)  Ar 5,0022,0275,0  víi 156 SC (89b)  5,124,0128,0/ wsrr   831,0ws . SC (89c) §èi víi 156 hoÆc 831,0ws , 0 rr  SC (89d) 108 §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, sö dông h×nh 14, (sãng ®¬n ®iÖu) Uw 0,310ms -1 - 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) theo ®­êng cong Shields cr 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 ma s¸t líp ®Öm ws 0,183 - TÝnh to¸n tham sè di ®éng sãng ph­¬ng tr×nh (87)  31,0 - TÝnh to¸n ®é cao gîn c¸t sö dông ph­¬ng ph¸p Nielsen ph­¬ng tr×nh (89b) r 0,0452m - TÝnh to¸n ®é dµi gîn c¸t sö dông ph­¬ng tr×nh (89c) r 0,265m 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, 109 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 f0 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 f0 , 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: r r rf az  2 0   SC (90) 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: 25,0 500 7,0)5,0(33,5                cr ws crt dsz    . SC (91) 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: 50 5,0 0 )05,0(67,5 dz wst   . 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: 25,2 0 00533,0 wt Uz  SC (93) trong ®ã z0t tÝnh b»ng mÐt vµ Uw b»ng ms -1. 110 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:   2/106,05,2  s SC (94) trong ®ã  dsg 1 0      dsg s s 1 0     0 = øng suÊt tr­ît tæng céng s0 = 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=   903)/25exp(11,1 dsss   . 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). 111 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 10 oC vµ 35o/oo: + Cho ®é s©u n­íc h 10m + Cho vËn tèc trung b×nh ®é s©u U 0,5ms-1 - X¸c ®Þnh b­íc sãng cña gîn c¸t ph­¬ng tr×nh (81a) r 0,20m - X¸c ®Þnh ®é cao sãng cña gîn c¸t ph­¬ng tr×nh (81b) r 0,0286m - TÝnh to¸n theo ph­¬ng tr×nh (90)   20,0 0286,01 2 0 z 0,00408m - 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 2 0 50,000346,01027  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: Engelund 0,965Nm-2 White vµ nnk 0,384Nm-2 Van Rijn 0,600Nm-2 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: + ®é cao sãng gîn c¸t r 0,0452m 112 + b­íc sãng gîn c¸t r 0,265m - Ph­¬ng ph¸p Nielsen ®Ó tÝnh to¸n z0f sö dông ph­¬ng tr×nh (90) víi ar= 0,267 z0f 2,06 x10 -3m - TÝnh to¸n thµnh phÇn vËn chuyÓn trÇm tÝch z0 theo ph­¬ng tr×nh (92) z0t 4,14 x 10 -4m - TÝnh to¸n thµnh phÇn ma s¸t líp ®Öm z0 theo ph­¬ng tr×nh (25) z0s 1,67 x 10 -5m - TÝnh to¸n z0 tæng céng sö dông ph­¬ng tr×nh (43) z0 2,49 x 10 -3m - 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 tæng céng sö dông ph­¬ng tr×nh (57) w 6,84Nm -2 §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.