波浪正向入射對斜坡碼頭的打擊壓力試驗分析

(重慶交通大學 重慶 400074)

波浪正向入射對斜坡碼頭的打擊壓力試驗分析

任晶軒

(重慶交通大學重慶400074)

波浪正向入射對斜坡的作用是海岸工程面臨的一個基礎問題。本文通過在幾種工況下的一系列試驗，探究波浪在正向入射斜坡式碼頭時候，面板所承受的打擊壓力等因素的變化，并得出不同工況下波陡和最大波壓陡的關系，為今后更進一步深入研究提供一些參考。

正向入射；波陡；最大波壓陡

一、試驗方法

(一)試驗設備

規則造波機，30米水槽(重慶交通大學“重慶市水利水運工程重點實驗室”30m*1m*0.5m波浪水槽)，不同傾角的50cm寬有機玻璃板做成的光滑斜坡，壓力傳感器3只，計算機一臺，多功能信號記錄儀一臺，波高儀一套，鐵架，相機，米尺等。

(二)試驗內容

分別對10°、20°、25°和30°斜坡做三組實驗。每組實驗中分別選擇水深為30cm和50cm，對每個水深分別用5個不同周期和波高的波浪進行實驗。

波高、周期(控制在1s-1.6s的范圍內)隨機調整，使最大波壓力作用點的位置對準傳感器。

利用計算機采集每次實驗獲得的最大打擊壓力值，處理數據，分析最大打擊壓力隨水深、波高、周期的變化規律。

(三)試驗方案

1.實驗步驟

(1)將斜坡設置到10°；水槽注水到水深為30cm;(2)啟動造波機，調整轉速和推程，觀察波形，略微調整水深(調整幅度≤3%時，可視為不變)，關閉造波機，待水靜止后測量水深，再次啟動造波機，目的是為了使卷破波的水舌對準壓力傳感器，記錄波高、周期。(3)待波浪打到斜坡上后，記錄下傳感器的值pmax；(4)在第二個波峰到達之前，坡面上的水完全回流或僅粘結少部分水時，再次記下傳感器的值pmin(pmax-pmin可以消除傳感器的零點偏移)；(5)關閉造波機,待水槽內波浪消散后,改用不同波高和周期的波浪，重復步驟(2)—(5)；(6)變水深為50cm，重復步驟(2)—(6)。(7)一組實驗完成后，分別改變斜坡的傾角為20°、25°、30°，重復步驟(1)—(7)。

2.實驗過程當中注意的問題：

(1) 兩次造波間隔時間不應過小，待水面平穩后再開造波機。(2)調整臂調整時應停機進行。(3) 量測系統每天實時標定、校核，最大相對誤差≤1%。(4) 波長或水深的差別≤3%時，可視為不變。

3.實驗數據分析

對數據進行處理，這里以“水深50cm坡角10度”工況為例：

表1相應工況的波要素及最大打擊壓力

表2相應水深和坡角下的波陡和波壓陡

通過對各參數之間作用機理和試驗數據的分析研究，擬合出波浪正向入射對斜坡作用的一般關系式為Pkmax=c1ln(y+a)+c2(注：y——波陡H/L，c1、c2、a 為常數)。如圖1～圖3所示。(Φ——斜坡傾角。)

圖1工況為水深50坡角10度時，波陡與最大波壓陡的關系

圖2 工況為水深30坡角25度時，波陡與最大波壓陡的關系

圖3 工況為水深50坡角25度時，波陡與最大波壓陡的關系

由圖1～圖3可以看出，大部分工況下對數規律滿足的較好，但是在有些工況下，如對工況為水深50坡角25和工況為水深30坡角25，使用對數擬合效果較差，其原因猜測可能由于本實驗受實驗設備的簡陋，僅設置了三個測點，測點較少，卷破波的水舌落在斜坡上時可能并沒有打到測點上，因此有些最大波壓力數值可能沒有測到。

二、結論

通過幾種組合工況下的試驗，我們計算出了不同水深不同坡角條件下對應的波要素及波浪對斜坡的最大打擊壓力，并且更進一步得出了不同工況下波陡和最大波壓陡滿足對數規律，并給出了對應工況下的計算公式，可用于今后工程實踐中參考。

[1]吳望一.流體力學.北京：北京大學出版社，1981

[2]吳宋仁，嚴以新·海岸動力學·人民交通出版社·1995.5

[3]傅華，楊成渝，徐績青，許光祥.波浪正向入射散體斜坡內最大波壓力衰減規律的試驗研究，水動力學研究與進展，2007.1

[4]徐績青，楊成渝，楊斌，許光祥.波浪斜向入射對斜坡作用的研究，水動力學研究與進展，2006.1

任晶軒(1991.03-)，男，漢族，河南人，研究生在讀，重慶交通大學，研究方向港口航道及近海工程。