波浪與防波堤相互作用實驗

1、波浪與防波堤相互作用實驗一、實驗?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入深水區(qū)域時，傳統(tǒng)意義上的防波堤因其造價較高、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)相對復(fù)雜，造價較高，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）本實驗針對

2、一種新型透空式雙層板型防波堤（見圖1）的消波性能進行研究。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，并且能實現(xiàn)內(nèi)港與外港之間海水的循環(huán)。本實驗的目的是，根據(jù)不同的波浪參數(shù)，得出防波堤的相對波高、相對水深及相對預(yù)制板間隙與透射系數(shù)的關(guān)系，驗證此種型式的防波堤有效性和安全性，為在實際工程中的使用提供參考。二、實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容主要是對防波堤的透射系數(shù)和反射系數(shù)進行分析。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、實驗裝置及儀器設(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)波浪模型試驗規(guī)程JTJ/J234-2001，依重力相似準(zhǔn)則設(shè)計正態(tài)模型，根據(jù)試驗室內(nèi)波浪槽尺度及防波堤尺寸、水深、波浪要素和試驗儀器測量精度，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。（3）浪高儀布置為避免模型處受到造波機二次反射波浪影響，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

5、驗布置圖四、實驗方案4.1 試驗波浪參數(shù)實驗采用規(guī)則波進行，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，使用造波機造波，記錄好試驗波浪參數(shù)，選取新的造波參數(shù)（波高H、波周期T），重新開始實驗，至少進行5組試驗，見表1。表1 試驗參數(shù)試驗組次水深 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如果時間允許，可改變水深或上下板間距進一步開展實驗。實驗完畢后，對模型參數(shù)及試驗波況參數(shù)根據(jù)比尺關(guān)系進行換算，將其換算為原型參數(shù)，見表2。表2 原型與模型對照表參數(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 實驗數(shù)據(jù)分析方法試驗中通過5個浪高儀分別同步記錄了堤前及堤后的波面過程數(shù)據(jù)。對模型前的1#、2#和3#測點的波面數(shù)據(jù)，選取其中不同的兩點，應(yīng)用Goda的兩點法（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，并計算透射系數(shù)和反射系數(shù)；對模型后的3#與4#測點的波面數(shù)據(jù)，同樣應(yīng)用兩點法，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兩點法

7、計算波浪反射系數(shù)）的原理，計算出反射系數(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)隨相對板寬、相對板間距、相對水深和波陡等參數(shù)變化的關(guān)系。4.3 實驗步驟1) 確定浪高儀測點位置，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) 啟動造波機程序，開始造波；4) 啟動數(shù)據(jù)采集軟件，通過各浪高儀記錄下各測點波面數(shù)據(jù)，用照相機記錄下實驗現(xiàn)象；5) Goda兩點法FORTRAN程序計算反射系數(shù)、透射系數(shù)，繪制相關(guān)曲線；6) 撰寫實驗報告。五、實驗報告實驗報告應(yīng)該包括如下幾部分：1) 實驗?zāi)康暮鸵饬x2) 實驗概述（包括實驗地點，實驗設(shè)備，實

8、驗儀器，實驗布置描述包括造波機位置、消浪設(shè)施、浪高儀布置等，繪制出實驗布置圖，給出浪高儀坐標(biāo)位置表）3) 實驗內(nèi)容和步驟（具體的實驗步驟，每個步驟測量過程和內(nèi)容描述）4) 實驗現(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) 實驗數(shù)據(jù)分析（計算透、反射系數(shù)，并分析透射系數(shù)和反射系數(shù)隨相對板寬B/L、相對板間距S/L、相對水深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)及試驗波況參數(shù)根據(jù)比尺關(guān)系進行換算，將其換算為原型參數(shù)）表3 透射系數(shù)、反射系數(shù)計算波高（m）周期（s）波長（m）波陡相對水深相對板寬相對板間距透射系數(shù)6) 實驗結(jié)論（實驗總結(jié)，主要的實驗結(jié)論）

9、7) 實驗收獲與體會實驗圖表應(yīng)該規(guī)范。繪圖要有圖號、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)有表號和表名，不要忘記寫單位。公式應(yīng)該分別編號。六、實驗要求1) 各小組根據(jù)本實驗指導(dǎo)書自行設(shè)計方案（設(shè)計表1表3），于實驗當(dāng)天上交。2) 實驗前先預(yù)習(xí)，實驗當(dāng)天每人上交一份預(yù)習(xí)報告（用信紙寫），無預(yù)習(xí)報告的實驗成績?yōu)榱?，實驗前抽查實驗預(yù)習(xí)效果；實驗時每人帶上一份實驗指導(dǎo)書；實驗預(yù)習(xí)報告的組成：1）談?wù)勀闼私獾姆啦ǖ蹋?）查閱文獻回答問題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？問題2：查閱相關(guān)資料，選擇一種防波堤解釋其消浪機理？3) 實驗時每組帶一個照相機和一個U盤；4) 實驗報告必須要有實驗照片，報告中無照片或用其他組實驗照片的，實驗成績不及格；5) 實驗完成后，原始數(shù)據(jù)必須要有指導(dǎo)老師的簽字，否則實驗成績?yōu)榱恪?) 本實驗指導(dǎo)書只作為參考，實驗報告以實際做實驗的情況來寫。附主要參考文獻：1) 殷偉，盧學(xué)軍，儲標(biāo)，劉映輝，呼萸俊. 多個波高儀實現(xiàn)兩點法分離合成波浪. 港工技術(shù)，2007(4)：4-62)