波浪與防波堤相互作用實(shí)驗(yàn)

1、波浪與防波堤相互作用實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆啦ǖ淌歉劭谒そㄖ锏闹匾M成部分，能夠有效的防御波浪的港區(qū)的侵襲，在港工建筑物逐步進(jìn)入深水區(qū)域時(shí)，傳統(tǒng)意義上的防波堤因其造價(jià)較高、技術(shù)復(fù)雜、施工困難等已不能適應(yīng)深水港發(fā)展的要求，且傳統(tǒng)意義上的防波堤在水體交換、環(huán)境保護(hù)等方面有所欠缺，港口工程結(jié)構(gòu)型式正逐步向透空式結(jié)構(gòu)、消能式結(jié)構(gòu)及多功能型結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。但是現(xiàn)有的透空式防波堤結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，造價(jià)較高，且消浪效果不佳。而且外海施工條件惡劣，迫切需要一種施工簡單，施工周期短，安裝、拆卸方便，且消浪效果好的新型防波堤結(jié)構(gòu)。圖1 新型透空式雙層板型防波堤（1- 支撐樁，2-下橫梁，3-預(yù)制板，4-上橫梁）本實(shí)驗(yàn)針對(duì)

2、一種新型透空式雙層板型防波堤（見圖1）的消波性能進(jìn)行研究。該防波堤施工成本低廉，利用預(yù)制的小型鋼筋混凝土構(gòu)件，在海上現(xiàn)場裝配成相互鎖扣的框架，因而施工方便、安全，海上施工工期縮短，適用于軟土地基，并且能實(shí)現(xiàn)內(nèi)港與外港之間海水的循環(huán)。本實(shí)驗(yàn)的目的是，根據(jù)不同的波浪參數(shù)，得出防波堤的相對(duì)波高、相對(duì)水深及相對(duì)預(yù)制板間隙與透射系數(shù)的關(guān)系，驗(yàn)證此種型式的防波堤有效性和安全性，為在實(shí)際工程中的使用提供參考。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是對(duì)防波堤的透射系數(shù)和反射系數(shù)進(jìn)行分析。透射系數(shù)是指透射波與入射波的波高比值：式中：Hi為堤前入射波高，Ht為堤后透射波高。反射系數(shù)是值反射波與入射波的波高比值：式中：Hi為堤前

3、入射波高，Hr為反射波高。三、實(shí)驗(yàn)裝置及儀器設(shè)備（1）造波系統(tǒng)及水槽（金盆嶺校區(qū)港航中心港工廳）波浪水槽長×寬×高=45m×0.5m×0.8m，最低工作水深0.2m，最高工作水深0.6m，模型布置在水槽中心位置。造波機(jī)后側(cè)設(shè)有直立式消能網(wǎng)，水槽的另一端設(shè)有消能坡，以消除波浪反射影響。（2）防波堤模型根據(jù)波浪模型試驗(yàn)規(guī)程JTJ/J234-2001，依重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)正態(tài)模型，根據(jù)試驗(yàn)室內(nèi)波浪槽尺度及防波堤尺寸、水深、波浪要素和試驗(yàn)儀器測量精度，本模型采用幾何比尺為1:10。模型高度0.4m，順?biāo)鞣较蜷L度B=1m，寬與水槽寬度相同為0.5m，模型上下板間距

4、S=0.1m，單個(gè)預(yù)制板：長×寬×厚=0.5×0.05×0.01m，預(yù)制板之間的間隙可調(diào)，調(diào)動(dòng)范圍為0.010.03m，由上下板及前后板組成的消浪室，其上下位置可變動(dòng)。（3）浪高儀布置為避免模型處受到造波機(jī)二次反射波浪影響，模型放置在距離造波板處，模型順?biāo)鞣较虻膶挾菳為1m，板間距S可調(diào)。共布置1#-5#共5個(gè)浪高儀，浪高儀布置如圖2所示。1#、2#和3#浪高儀布置在模型迎浪側(cè)，其中3#浪高儀位于模型前處，1#和2#浪高儀的間距為，2#和3#浪高儀的間距為；4#和5#浪高儀布置在模型的后面，其中4#浪高儀位于模型后處，4#和5#浪高儀的間距為。圖2 實(shí)

5、驗(yàn)布置圖四、實(shí)驗(yàn)方案4.1 試驗(yàn)波浪參數(shù)實(shí)驗(yàn)采用規(guī)則波進(jìn)行，首先調(diào)節(jié)好防波堤上下板間距，往水槽放水，測出預(yù)制板間隙、模型入水深度，模型水面以上高度，以保證模型頂面極少產(chǎn)生越浪。模型安裝完畢后，使用造波機(jī)造波，記錄好試驗(yàn)波浪參數(shù)，選取新的造波參數(shù)（波高H、波周期T），重新開始實(shí)驗(yàn)，至少進(jìn)行5組試驗(yàn)，見表1。表1 試驗(yàn)參數(shù)試驗(yàn)組次水深 d（m）波高 H（m）波周期T（s）預(yù)制板間隙j（m）上下板間距S（m）模型入水深度q（m）12345如果時(shí)間允許，可改變水深或上下板間距進(jìn)一步開展實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)完畢后，對(duì)模型參數(shù)及試驗(yàn)波況參數(shù)根據(jù)比尺關(guān)系進(jìn)行換算，將其換算為原型參數(shù)，見表2。表2 原型與模型對(duì)照表參數(shù)

6、模型原型寬度(m)高度(m)預(yù)制板間隙(m)上下板間距(m)防波堤入水深度(m)防波堤水面以上高度(m)波高(m)波周期(s)波長(m)4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法試驗(yàn)中通過5個(gè)浪高儀分別同步記錄了堤前及堤后的波面過程數(shù)據(jù)。對(duì)模型前的1#、2#和3#測點(diǎn)的波面數(shù)據(jù)，選取其中不同的兩點(diǎn)，應(yīng)用Goda的兩點(diǎn)法（見附錄），分離出模型前的入射波高和反射波高，然后平均求得最后的入射波高和反射波高，并計(jì)算透射系數(shù)和反射系數(shù)；對(duì)模型后的3#與4#測點(diǎn)的波面數(shù)據(jù)，同樣應(yīng)用兩點(diǎn)法，分離出模型后的透射波高，以消除水槽尾端消能網(wǎng)的反射影響，從而可更為準(zhǔn)確地確定模型的反射系數(shù)和透射系數(shù)。要求同學(xué)們根據(jù)附件（Goda兩點(diǎn)法

7、計(jì)算波浪反射系數(shù)）的原理，計(jì)算出反射系數(shù)和透射系數(shù)。根據(jù)波浪參數(shù)，分析透射系數(shù)、堤前反射系數(shù)隨相對(duì)板寬、相對(duì)板間距、相對(duì)水深和波陡等參數(shù)變化的關(guān)系。4.3 實(shí)驗(yàn)步驟1) 確定浪高儀測點(diǎn)位置，測出、等坐標(biāo)值；2) 測定防波堤上下板間距，往水槽放水，測出水深、模型入水深度、模型水面以上高度；3) 啟動(dòng)造波機(jī)程序，開始造波；4) 啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集軟件，通過各浪高儀記錄下各測點(diǎn)波面數(shù)據(jù)，用照相機(jī)記錄下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；5) Goda兩點(diǎn)法FORTRAN程序計(jì)算反射系數(shù)、透射系數(shù)，繪制相關(guān)曲線；6) 撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)該包括如下幾部分：1) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x2) 實(shí)驗(yàn)概述（包括實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)

8、驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)布置描述包括造波機(jī)位置、消浪設(shè)施、浪高儀布置等，繪制出實(shí)驗(yàn)布置圖，給出浪高儀坐標(biāo)位置表）3) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟（具體的實(shí)驗(yàn)步驟，每個(gè)步驟測量過程和內(nèi)容描述）4) 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象描述（波浪在防波堤前、防波堤中、防波堤后的現(xiàn)象描述）5) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析（計(jì)算透、反射系數(shù)，并分析透射系數(shù)和反射系數(shù)隨相對(duì)板寬B/L、相對(duì)板間距S/L、相對(duì)水深d/L和波陡H/L等參數(shù)變化的關(guān)系，繪制相關(guān)的關(guān)系曲線；并將模型參數(shù)及試驗(yàn)波況參數(shù)根據(jù)比尺關(guān)系進(jìn)行換算，將其換算為原型參數(shù)）表3 透射系數(shù)、反射系數(shù)計(jì)算波高（m）周期（s）波長（m）波陡相對(duì)水深相對(duì)板寬相對(duì)板間距透射系數(shù)6) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論（實(shí)驗(yàn)總結(jié)，主要的實(shí)驗(yàn)結(jié)論）

9、7) 實(shí)驗(yàn)收獲與體會(huì)實(shí)驗(yàn)圖表應(yīng)該規(guī)范。繪圖要有圖號(hào)、圖名。圖內(nèi)應(yīng)標(biāo)明設(shè)備的名稱、浪高儀的距離等詳細(xì)信息。坐標(biāo)軸應(yīng)有名稱和單位。表格應(yīng)有表號(hào)和表名，不要忘記寫單位。公式應(yīng)該分別編號(hào)。六、實(shí)驗(yàn)要求1) 各小組根據(jù)本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書自行設(shè)計(jì)方案（設(shè)計(jì)表1表3），于實(shí)驗(yàn)當(dāng)天上交。2) 實(shí)驗(yàn)前先預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)當(dāng)天每人上交一份預(yù)習(xí)報(bào)告（用信紙寫），無預(yù)習(xí)報(bào)告的實(shí)驗(yàn)成績?yōu)榱?，?shí)驗(yàn)前抽查實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果；實(shí)驗(yàn)時(shí)每人帶上一份實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書；實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告的組成：1）談?wù)勀闼私獾姆啦ǖ蹋?）查閱文獻(xiàn)回答問題1和問題2。問題1：查閱相關(guān)資料簡述傳統(tǒng)型式防波堤和新型透空式防波堤的優(yōu)缺點(diǎn)？問題2：查閱相關(guān)資料，選擇一種防波堤解釋其消浪機(jī)理？3) 實(shí)驗(yàn)時(shí)每組帶一個(gè)照相機(jī)和一個(gè)U盤；4) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告必須要有實(shí)驗(yàn)照片，報(bào)告中無照片或用其他組實(shí)驗(yàn)照片的，實(shí)驗(yàn)成績不及格；5) 實(shí)驗(yàn)完成后，原始數(shù)據(jù)必須要有指導(dǎo)老師的簽字，否則實(shí)驗(yàn)成績?yōu)榱恪?) 本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書只作為參考，實(shí)驗(yàn)報(bào)告以實(shí)際做實(shí)驗(yàn)的情況來寫。附主要參考文獻(xiàn)：1) 殷偉，盧學(xué)軍，儲(chǔ)標(biāo)，劉映輝，呼萸俊. 多個(gè)波高儀實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)法分離合成波浪. 港工技術(shù)，2007(4)：4-62)