Một đặc trưng phổ biến của dòng chảy trong sông, cửa sông và biển là xu hướng
của đáy cát tự hình thành một trong nhiều loại thành tạo đáy. Loại thành tạo (hoặc
đáy gồ ghề) phụ thuộc vào cường độ và trạng thái dòng chảy: dòng chảy ổn định,
dòng chảy thuỷ triều, sóng, hoặc kết hợp của chúng. Một vài loại đáy gồ ghề được thể
hiện trên hình 23. Dòng chảy ổn định trong sông hình thành các gợn cát nhỏ, các
đụn cát lớn và đôi khi là các gợn cát trên sườn các đụn cát. Các thành tạo tương tự
được hình thành do dòng chảy thuỷ triều trong cửa sông và trong biển, nơi trạng thái
dao động của thuỷ triều liên tục làm thay đổi bức tranh gợn cát, và có thể làm cho
hình dạng của đụn cát hoặc sóng cát đối xứng hơn.
13 trang |
Chia sẻ: lylyngoc | Lượt xem: 1439 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem nội dung tài liệu Động lực học cát biển Chương 7. Các thành tạo đáy, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
100
Chương 7. Các thành tạo đáy
7.1. Tổng quan
Một đặc trưng phổ biến của dòng chảy trong sông, cửa sông và biển là xu hướng
của đáy cát tự hình thành một trong nhiều loại thành tạo đáy. Loại thành tạo (hoặc
đáy gồ ghề) phụ thuộc vào cường độ và trạng thái dòng chảy: dòng chảy ổn định,
dòng chảy thuỷ triều, sóng, hoặc kết hợp của chúng. Một vài loại đáy gồ ghề được thể
hiện trên hình 23. Dòng chảy ổn định trong sông hình thành các gợn cát nhỏ, các
đụn cát lớn và đôi khi là các gợn cát trên sườn các đụn cát. Các thành tạo tương tự
được hình thành do dòng chảy thuỷ triều trong cửa sông và trong biển, nơi trạng thái
dao động của thuỷ triều liên tục làm thay đổi bức tranh gợn cát, và có thể làm cho
hình dạng của đụn cát hoặc sóng cát đối xứng hơn.
Tên gọi các thành tạo lớn hơn trong biển vẫn chưa được xác lập đầy đủ. Tên sóng
cát được nhiều nhà hải dương học sử dụng cho các thành tạo lớn về bề ngang, kể cả
các thành tạo tương tự như những thứ được gọi là đụn cát trong sông, và cách định
danh này được tuân thủ trong cuốn sách này. Tuy nhiên các kỹ sư thuỷ lực thường
giữ lại cái tên sóng cát đối với các thành tạo lớn nhất (độ dài bước sóng vài trăm hoặc
vài nghìn mét) thấy trong biển. Các tên sóng cát và sóng đáy đôi khi cũng được sử
dụng để chỉ bất kỳ loại nhiễu động nào có dạng sóng của đáy, kể cả gợn cát.
Một phạm vi rộng của các thành tạo khác, cả ngang và dọc theo dòng chảy, cũng
thấy trong biển. Nơi sóng là yếu tố thuỷ động lực nổi trội, gợn cát do sóng hình thành
theo một hình dạng đặc biệt khác với các gợn cát hình thành bởi dòng chảy. Sóng
cũng có thể tạo ra các thành tạo đáy rất lớn, như các doi cát ngăn sóng trong vùng
sóng đổ (xem hình 23d).
Các ứng dụng kèm theo các thành tạo đáy bao gồm sự bồi lấp các công trình lấy
nước, làm xói các đường ống dẫn đến việc ‘dãn rộng ra’ và có thể làm gãy chúng. Các
thành tạo đáy cũng có ảnh hưởng thống trị lên các đặc trưng ma sát và hình thành
rối trong dòng chảy, và có cả hiệu ứng trực tiếp (dịch chuyển đáy gồ ghề) lẫn gián
tiếp (làm tăng độ lơ lửng) lên vận chuyển trầm tích.
72. Các gợn cát và sóng cát do dòng chảy
Kiến thức
Đối với dòng chảy vượt quá ngưỡng chuyển động, một đáy phẳng ban đầu có thể
biến dạng thành nhiều loại đáy gồ ghề, xếp theo kích thước từ gợn cát nhỏ đến các bờ
cát lớn. Khi vận tốc dòng chảy tăng cao, và nơi nguồn cung cấp cát hạn chế, cát có
thể bị giữ lại thành các đụn cát hình răng cưa và/hoặc thành các lớp cát mỏng
101
chuyển động trên lớp cuội sỏi. Với vận tốc ôn hoà hơn, các đáy gồ ghề có hướng ngang
với dòng chảy, và có thể tạo ra các gợn cát, đụn cát và/hoặc sóng cát. Các bờ cát hình
thành khi thích nghi với bức tranh dòng chảy quy mô lớn.
Hình 23. Các loại đáy gồ ghề: a) gợn cát do dòng chảy b) gợn cát do sóng c) sóng cát / đụn cát d) doi
ngăn sóng
Các gợn cát là những thành tạo đáy nhỏ, độ cao và bước sóng của chúng rất nhỏ
so với độ sâu nước. Chúng hình thành trên đáy cát với cỡ kích thước hạt đến 0,8mm,
đối với vận tốc dòng chảy vượt quá ngưỡng chuyển động nhưng không lớn đến mức
làm trôi rửa các gợn cát.
Các hạt thô hơn 0,8mm không tạo nên các gợn cát, cho dù các sóng cát có thể
hình thành với mọi kích thước hạt, kể cả cuội sỏi, lúc đó chúng được gọi là sóng cuội.
Với vận tốc dòng chảy rất lớn (ví dụ U >1,5ms-1 đối với d = 0,2mm) các gợn cát bị rửa
trôi để trở thành một đáy phẳng với dòng trầm tích sát đáy vận chuyển trầm tích
mạnh. Với vận tốc dòng chảy thấp, dưới ngưỡng chuyển động, các thành tạo đáy giữ
nguyên hình dạng mà chúng có vào lúc dòng chảy có giá trị dưới ngưỡng. Hình dạng
102
này nói chung không biết được khi thực hiện tính toán cho một điểm riêng biệt theo
thời gian mà không xét đến lịch sử dòng chảy trước đó, do vậy để xác định nó thường
giả định rằng đáy là phẳng đối với các điều kiện dưới ngưỡng. Tuy nhiên, trong thực
tế, thường thấy rằng bức tranh gợn cát sẽ vẫn như vậy nếu vận tốc dòng chảy giảm
chậm hợp lý, do đó phỏng đoán tốt nhất để tính toán độ nhám đáy cho dòng chảy
dưới ngưỡng là coi chúng như gợn cát. Mặt khác, trong các khu vực có các hoạt động
sinh học mạnh, đáy gợn cát có thể hình thành bởi các động vật cày xới chỉ trong vài
giờ.
Gợn cát do dòng chảy sinh ra thường có mặt cắt bất đối xứng, với mái dốc hơn ở
sườn phía sau đỉnh (xem hình 23a). Chúng tạo ra bức tranh không đều, thiên về 3
chiều khi nhìn từ trên xuống, với độ dài đỉnh của một gợn cát riêng lẻ tiêu biểu
khoảng 1-3 lần bước sóng. Bước sóng r của gợn cát thường lấy xấp xỉ 1000 đường
kính hạt, độ cao r có thể đến 1/7 bước sóng:
501000dr (81a)
7/rr . (81b)
Một đánh giá trung bình cho tất cả các kích thước hạt dựa trên quan trắc tại đáy
biển, trên đáy cát phẳng chịu tác động nội thuỷ triều, và trong các máng thí nghiệm,
cho thấy gợn cát do dòng chảy sinh ra có bước sóng khoảng 0,14 m và độ cao khoảng
0,016 m.Các gợn cát chuyển động xuống hạ lưu rất chậm theo hướng dòng chảy.
Trong dòng chảy thuỷ triều mạnh (triều cường) các gợn cát sẽ bất đối xứng, hướng và
độ dịch chuyển thay đổi theo sự biến đổi hướng dòng chảy.
Các đụn cát và sóng cát là các thành tạo lớn hơn phát sinh do dòng chảy, thường
có bước sóng khoảng vài chục mét và có độ cao vài mét (xem hình 23c). Độ cao và
bước sóng được khống chế bởi độ sâu nước và ứng suất trượt tại đáy. Một chỉ dẫn thô
đối với bước sóng của chúng là bằng 6 lần độ sâu nước. Có nhiều công thức kinh
nghiệm đối với độ cao s và bước sóng s cho các sóng cát, các công thức đáng tin cậy
nhất trong số chúng gồm có:
Yalin (1964):
0 s với crs 0 SC (82a)
s
cr
s
h
0
1
6
với crscr 6,170 SC (82b)
0 s với crs 6,170 SC (82c)
hs 2 SC (82d)
Van Rijn (1984):
0 s với crs 0 SC (83a)
sT
s
s Te
h
d
h s
25111,0 5,0
3,0
0
50
với crscr 260 SC (83b)
103
0 s với crs 260 SC (83c)
hs 3,7 SC (83d)
trong đó s = độ cao sóng cát
s = bước sóng cát
h = độ sâu nước
s0 = ứng suất trượt tại đáy do ma sát lớp đệm
cr = ngưỡng ứng suất trượt đối với chuyển động trầm tích
cr
crs
sT
0
d50= kích thước hạt trung vị.
Các công thức này được minh hoạ trong hình 24. Công thức Van Rijn được kiến
nghị sử dụng do nó được hiệu chỉnh theo tập hợp số liệu lớn nhất. Chú ý rằng Van
Rijn sử dụng ks= 3d90 để tính toán s0 , cho giá trị hơi lớn hơn so với nhận được bằng
ks= 2,5d50.
Hình 24. Các công thức đối với độ cao sóng cát
Các phương trình (82) và (83) áp dụng cho dòng chảy ổn định đơn hướng như
trong sông. Trong các điều kiện thuỷ triều, nơi vận tốc dòng chảy luôn thay đổi, đáy
gồ ghề không thể hoàn toàn đáp ứng dòng chảy, và công thức ít tin cậy. Trong dòng
chảy đơn hướng, các thành tạo đáy dịch chuyển chậm về hạ lưu. Trạng thái tương tự
quan trắc được trong các cửa sông và biển nếu có dòng chảy mạnh thống trị theo
hướng triều lên và xuống. Một ví dụ được cho trong hình 25, trong đó các sóng cát có
104
độ dài 15m và độ cao 0,8m dịch chuyển 1m/ngày trong một phần cửa sông Taw, Tây
Nam nước Anh, với dòng triều lên mạnh chiếm ưu thế.
Thuật ngữ đụn cát có xu hướng được sử dụng đối với các thành tạo đáy lớn trong
sông, trong khi thuật ngữ sóng cát được sử dụng trong biển. Không hoàn toàn rõ
ràng chúng có đồng nhất về mặt hình thái học hay không, nhưng trong biển các sóng
cát (có thể có độ dài vài trăm mét) thường có thành tạo đáy với kích thước trung bình
chồng lên chúng, và do vậy chúng được coi là đụn cát. Ngoài ra, các gợn cát có thể
cùng tồn tại với các đụn cát và/hoặc sóng cát.
Hình 25. Dịch chuyển sóng cát trong cửa sông Taw - khảo sát đáy hàng ngày; trục tung =10x
Độ dịch chuyển thành tạo đáy có thể sử dụng như một phương pháp đo đạc suất
vận chuyển dòng di đáy. Nếu giả thiết rằng tất cả các hạt di động lăn trên đáy gồ
ghề, ngược lên mái thượng lưu (theo sườn đón) và xuôi xuống mái hạ lưu (theo sườn
khuất), và nằm lại tại chỗ trũng, thì suất vận chuyển thể tích dòng di đáy qb có thể
tính toán theo phương trình:
migmb Vaq (84)
trong đó am= hằng số
= độ cao đáy gồ ghề
Vmig = vận tốc dịch chuyển.
Hằng số am là tích số của (1-) trong đó là độ xốp (xem mục 2.3) với một hệ số
mô tả hình dạng của thành tạo đáy. Nếu = 0,4 và có dạng hình tam giác, thì am=
0,60 x 0,5 = 0,30. Các giá trị quan trắc nói chung nằm trong phạm vi 0,22 < am<
105
0,37. Sử dụng giá trị am= 0,32 nếu hình dạng và độ xốp không được biết (Jinchi,
1992).
Phương pháp nói trên có thể sử dụng hoặc đối với gợn cát hoặc đối với đụn cát/
sóng cát.
Giả thiết mà phương trình (84) dựa trên đó có thể không hoàn toàn hiệu lực, bởi
vì nhiều hạt không nằm lại ở chỗ trũng, mà chỉ tiếp tục lăn dọc theo đáy, hoặc được
mang vào trạng thái lơ lửng. Do đó các đo đạc suất vận chuyển dòng di đáy theo sự
dịch chuyển thành tạo đáy có thể thiên lớn, đến 2 lần.
Với vận tốc dòng chảy lớn, các gợn cát và đụn cát bị trôi rửa, và đáy trở nên
phẳng với vận chuyển trầm tích mạnh xảy ra giống như dòng sền sệt hoặc dòng trầm
tích sát đáy trong bề dày khoảng vài mm trên đáy. Điều kiện này xảy ra phù hợp với
chỉ tiêu xấp xỉ:
8,0s (85a)
hoặc
dsgs 18,00 (85b)
trong đó s0 = ứng suất trượt tại đáy do ma sát lớp đệm
s = tham số ma sát lớp đệm Shields
g = gia tốc trọng trường
= mật độ nước
s = mật độ tương đối của trầm tích
d = đường kính hạt.
Trong biển, sự rửa trôi các gợn cát xảy ra trong nước nông với dòng chảy mạnh
hoặc dưới tác động sóng mạnh như trong vùng sóng đổ.
Quy trình
1. ví dụ 7.1. Kích thước sóng cát
- Để tính toán kích thước sóng cát
đối với điều kiện dòng chảy cho trước,
cho các giá trị của:
+ độ sâu nước h 10m
+ đường kính hạt d 0,200mm
+ vận tốc dòng chảy thuỷ triều cực đại U 1,0ms-1
- Tính toán ngưỡng
ứng suất trượt tại đáy (ví dụ 6.3) cr 0,176Nm
-2
- Tính toán ứng suất trượt tại đáy
thực tế do ma sát lớp đệm từ
phương trình (34) s0 0,952Nm
-2
106
Sử dụng phương pháp Van Rijn
- Tính toán Ts = crcrs 0 4,41
- Vì cr 0s 26cr , sử dụng
phương trình (83b) để tính toán s 0,78m
- Độ dài sóng
cho bởi phương trình (83d) là s 73m
- Công thức Yalin phương trình (82)
cho lời giải tương ứng là s = 1,36m
và s = 63m.
2. Để đo đạc vận chuyển trầm tích di đáy theo mức dịch chuyển sóng cát, đo lặp
nhiều lần bằng máy hồi âm dọc theo hướng dòng chảy ưu thế, hoặc trong vùng có
thuỷ triều, khảo sát lặpđi lặp lại bằng cọc thuỷ chí dọc theo đường vuông góc với các
đỉnh sóng cát. Trong cả hai trường hợp, đòi hỏi độ chính xác cao khi cố định vị trí.
Đối với thuỷ triều bán nhật, một chu kỳ 12,5 hoặc 25 h giữa các đợt khảo sát là phù
hợp.
Ví dụ 7.2. Dịch chuyển các sóng cát
- Phân tích bản ghi để nhận được :
+ độ cao trung bình từ chân đến đỉnh 0,8m
+ vận tốc dịch chuyển trung bình,
bằng cách xếp chồng liên tiếp các mặt cắt
và xê dịch để nhận được sự khớp nhất Vvig 1,0m/ngày
- Sử dụng phương trình (84) với am=0,32
để nhận được suất vận chuyển thể tích
qb= 0,32 x 0,8 x 1,0 = 0,26m
2/ngày
- Suất vận chuyển trung bình,
lấy trung bình theo ngày = 0,26/(24 x 3600)
= 3,0 x 10-6m2s-1
73. Gợn cát do sóng
Kiến thức
Gợn cát do sóng thường đối xứng qua đỉnh trong mặt cắt ngang, với đỉnh tương
đối nhọn (xem hình 23b). Đỉnh của chúng thẳng hàng với đỉnh sóng nước, và khi
nhìn từ trên xuống, tạo nên bức tranh đều đặn các đường gần như song song với
chiều dài nối đỉnh rất dài, đôi chỗ bị gián đoạn do chập với gợn cát khác. Bước sóng
của chúng r nói chung bằng 1-2 lần biên độ quỹ đạo A = UwT/(2 ) của chuyển động
107
sóng tại đáy, trong đó Uw là biên độ vận tốc quỹ đạo và T là chu kỳ sóng. Độ cao
r của chúng thường giữa 0,1 và 0,2 lần bước sóng của chúng.
Gợn cát do sóng bị trôi rửa bởi vận tốc quỹ đạo rất lớn, làm cho đáy phẳng với
dòng trầm tích nhiễu động sát đáy. Chỉ tiêu để trôi rửa gợn cát được cho ở dạng tham
số ma sát lớp đệm Shields ws , với giá trị tới hạn tiêu biểu khoảng 0,8 (phương trình
(85a)), hoặc ở dạng số sóng di động với giá trị tiêu biểu khoảng 150, trong đó:
dg s
ws
cr
(86)
d)s(g
U w
1
2
. (87)
Các phương pháp khác nhau được đề xuất để tính toán r và r.
1. Grant và Madsen (1982)
Đối với crws
0 rr (hoặc các giá trị có từ trước) SC (88a)
Đối với Bwscr
Acrwsr
16,0)/(22,0 SC (88b)
04,0)/(16,0/ crwsrr SC (88c)
Đối với Bws
AD crwsr
15,08,05,1
* )/()4/(48,0
SC (88d)
04,06,05,1* )/()4/(28,0/ crwsrr D SC (88e)
với
6,05,1* )4/(8,1 DcrB SC (88f)
50
31
2
1
d
)s(g
D
/
*
2. Nielsen (1992) đưa ra công thức đối với các sóng (đều) trong phòng thí nghiệm
Đối với crws , 0 rr (hoặc các giá trị đã có từ trước) SC (89a)
Ar 5,0022,0275,0 với 156 SC (89b)
5,124,0128,0/ wsrr 831,0ws . SC (89c)
Đối với 156 hoặc 831,0ws , 0 rr SC (89d)
108
Điều kiện trôi rửa = 156 và ws = 0,831 không hoàn toàn tương thích với
nhau.
Phương pháp chi tiết hơn, dựa trên một khối lượng số liệu được đề xuất bởi
Mogride và nnk (1994).
Quy trình
1. Để tính toán độ cao, bước sóng của gợn cát trên đáy cát thạch anh trong nước
biển tại 10oC và 35o/oo, lúc đầu cho độ cao H và chu kỳ T sóng. Các sóng được giả
thiết đơn điệu.
Ví dụ 7.3. Gợn cát do sóng
- Cho độ cao sóng H 1m
- Cho chu kỳ sóng T 6s
- Cho độ sâu nước h 10m
- Cho kích thước hạt tại đáy d50 0,2mm
- Tính toán vận tốc quỹ đạo,
sử dụng hình 14, (sóng đơn điệu) Uw 0,310ms
-1
- Tính toán biên độ quỹ đạo 0,310 x 6/2 A 0,296m
- Tính toán ngưỡng tham số Shields (xem ví dụ 6.3)
theo đường cong Shields cr 0,0633
- Tính toán hệ số ma sát sử dụng
phương trình (60) Swart fwr 0,0118
- Tính toán tham số Shields
ma sát lớp đệm ws 0,183
- Tính toán tham số di động sóng
phương trình (87) 31,0
- Tính toán độ cao gợn cát
sử dụng phương pháp
Nielsen phương trình (89b) r 0,0452m
- Tính toán độ dài gợn cát
sử dụng phương trình (89c) r 0,265m
2. Để so sánh, phương pháp Grant và Madsen cho r =0,0579m, r = 0,373m.
74. Ma sát do đáy gồ ghề
Kiến thức
Khi có mặt gợn cát, đụn cát hoặc sóng cát, chúng phát sinh sức cản hình dạng
bởi trường phân bố áp suất động lực trên bề mặt của chúng. Đây là sức cản cả khối,
109
tương tự như sức cản của gió lên một cái ôtô. Sức cản hình dạng có thể lớn hơn nhiều
lần ma sát lớp đệm tác động lên các hạt cát và thường là nguyên nhân thống trị của
sức cản mà sông hoặc dòng chảy thuỷ triều trong cửa sông và biển cảm nhận được.
Đối với mục đích vận chuyển trầm tích, ma sát lớp đệm os có bổn phận đối với
vận chuyển dòng di đáy và sự cuốn theo cát từ đáy, trong khi sức cản hình dạng
f0 liên quan đến rối mạnh, làm khuếch tán trầm tích lơ lửng vào dòng chảy. Các
thảo luận tiếp theo về os và f0 , và sự bổ sung của của chúng để nhận được ứng
suất tổng cộng được cho trong mục 1.4, mục 3.4 và phương trình (39).
Đối với gợn cát do dòng chảy, ứng suất tổng cộng thường nhận được bằng cách
lấy độ dài nhám z0, hoặc độ nhám Nikuradse ks, trong đó ks= 30z0. Bảng 7 đưa ra giá
trị trung bình từ các đo đạc trên đáy gợn cát trong biển có z0= 6mm. Như vậy, thành
phần sức cản hình dạng zof có thể liên quan đến độ cao r và bước sóng r của gợn
cát:
r
r
rf az
2
0
SC (90)
trong đó các khảo sát khác nhau cho ta ar trong phạm vi 0,3 < ar < 3, với giá trị tiêu
biểu ar= 1,0.
Độ dài nhám tổng cộng z0 nhận được bằng cách sử dụng phương trình (43), trong
đó thành phần vận chuyển trầm tích zot có thể phù hợp.
Ma sát trên gợn cát do sóng có thể dẫn xuất theo cách tương tự. Phương trình
(90) được sử dụng với giá trị phù hợp của ar để nhận được z0r, và có thể bổ sung thành
phần vận chuyển trầm tích. Một vài phương pháp được đề xuất.
1. Grant và Madsen (1982) sử dụng ar= 0,923 trong phương trình (90) với r và
r được tính toán bằng phương pháp riêng của họ (phương trình (88)), cộng với
thành phần vận chuyển trầm tích:
25,0
500 7,0)5,0(33,5
cr
ws
crt dsz
. SC (91)
2. Nielsen (1992) sử dụng ar=0,267 trong phương trình (90) với r và r được tính
toán bởi phương pháp riêng của ông (phương trình (89)), cộng với thành phần vận
chuyển trầm tích:
50
5,0
0 )05,0(67,5 dz wst . SC (92)
3. Raudkivi (1988) sử dụng ar= 0,533 trong phương trình (90) với r và r được
tính toán bởi phương pháp Nielsen (phương trình (89)), cộng với thành phần vận
chuyển trầm tích:
25,2
0 00533,0 wt Uz SC (93)
trong đó z0t tính bằng mét và Uw bằng ms
-1.
110
Ma sát do đụn cát và sóng cát có thể xử lý theo 2 cách:
- Trong sông, ứng suất trượt tổng cộng 0 thường được mô tả bằng một hàm của
ma sát lớp đệm 0s. Phương pháp này, được gọi là phương pháp 'ma sát bồi tích' dựa
trên giả thiết rằng các thành tạo đáy cân bằng với dòng chảy, và rằng các đặc trưng
ma sát của chúng được xác định đơn trị bởi dòng chảy tổng hợp.
- Phương pháp 2 giai đoạn, trong đó độ cao sóng và bước sóng của sóng cát được
xác định trước hết, sau đó chúng được sử dụng để xác định ma sát.
Phương pháp thứ 2 phù hợp hơn đối với biển, bởi vì dòng chảy thuỷ triều và sóng
mặt biến đổi nhanh với quy mô thời gian tính bằng giờ, trong khi các sóng cát phản
ứng hơi chậm hơn với quy mô thời gian tính bằng ngày, do đó dòng chảy nói chung
không ở trạng thái cân bằng với thành tạo đáy. Nếu các giá trị đo đạc độ cao sóng và
bước sóng của sóng cát có sẵn, thì có thể sử dụng trực tiếp chúng để nhận được các
tính toán ma sát chính xác hơn.
Một phương pháp ma sát bồi tích có trước đó nhưng đơn giản được Engelund
(1966) đưa ra:
2/106,05,2 s SC (94)
trong đó dsg 1
0
dsg
s
s 1
0
0 = ứng suất trượt tổng cộng
s0 = ứng suất trượt ma sát lớp đệm
g = gia tốc trọng trường
= mật độ nước
s = mật độ tương đối của trầm tích
d = đường kính hạt.
Một phương pháp ma sát bồi tích nổi tiếng khác là của White và nnk (1980).
Phương pháp khá phức tạp, và người đọc cần tham chiếu đến bản gốc hoặc Fisher
(1993), trong đó quy trình từng bước và ví dụ thực hiện được đưa ra.
Một ví dụ của phương pháp 2 giai đoạn là của Van Rijn (1984). Độ cao sóng s
và bước sóng s của đụn cát được dự báo bằng cách sử dụng phương trình (38a-d).
Sau đó chúng được sử dụng để có ks theo phương trình sau đây:
ks= 903)/25exp(11,1 dsss . SC (95)
Giá trị ks này sau đó sử dụng trong công thức Chezy (tương tự phương trình (37))
để nhận được ứng suất trượt tổng cộng 0 .
Các chi tiết hơn và các ví dụ của các phương pháp nói trên được cho bởi Fisher
(1993).
111
Quy trình
1. Ví dụ 7.4. ứng suất trượt tổng cộng do dòng chảy
- Để tính toán ứng suất trượt tổng cộng
0 phát sinh do dòng chảy thuỷ triều
trên một đáy biển gợn cát
với d50= 0,200 mm trong nước biển tại 10
oC và 35o/oo:
+ Cho độ sâu nước h 10m
+ Cho vận tốc trung bình độ sâu U 0,5ms-1
- Xác định bước sóng của gợn cát
phương trình (81a) r 0,20m
- Xác định độ cao sóng của gợn cát
phương trình (81b) r 0,0286m
- Tính toán theo phương trình (90)
20,0
0286,01 2
0 z 0,00408m
- Sử dụng phương trình (37) nhận được
CD={0,40/[1+ln(0,00408/10)]}
2= 0,00346
- Sử dụng phương trình (30)
để tính toán ứng suất trượt tổng cộng
2
0 50,000346,01027 0,887Nm
-2
2. Khi áp dụng đối với các giá trị số nhận được trong ví dụ 7.4 với đáy cát thạch
anh có d35= 0,175 m, d50= 0,200 m, d65= 0,230m m, d90= 0,313m m, phương
pháp đối với sông đưa ra các dự báo sau đây cho ứng suất trượt tổng cộng:
Engelund 0,965Nm-2
White và nnk 0,384Nm-2
Van Rijn 0,600Nm-2
Các phương pháp này dự báo đụn cát là phần tử nhám chủ yếu, thay vì gợn cát.
3. Ví dụ 7.5.