长沙理工大学波浪与防波堤实验 指导书.docx

波浪与防波堤相互作用试验一、试验目的防波堤是港口水工建筑物的重要组成部分，能够有效的防备波浪的港区的 侵袭，在港工建筑物逐步进入深水区域时，传统意义上的防波堤因其造价较高、 技术简单、施工困难等已不能适应深水港进展的要求，且传统意义上的防波堤 在水体交换、环境爱护等方面有所欠缺，港口工程结构型式正逐步向透空式结 构、消能式结构及多功能型结构方向进展。但是现有的透空式防波堤结构相对 简单，造价较高，且消浪效果不佳。而且外海施工条件恶劣，迫切需要一种施 工简洁，施工周期短，安装、拆卸便利，且消浪效果好的新型防波堤结构。图1新型透空式双层板型防波堤（1-支撑桩，2-下横梁，3-预制板，4-上横梁）本试验针对一种新型透空式双层板型防波堤（见图1）的消波性能进行讨 论。该防波堤施工成本低廉，采用预制的小型钢筋混凝土构件，在海上现场装 配成相互锁扣的框架，因而施工便利、平安，海上施工工期缩短，适用于软土 地基，并且能实现内港与外港之间海水的循环。木试验的目的是，依据不同的 波浪参数，得出防波堤的相对波高、相对水深及相对预制板间隙与透射系数的 关系，验证此种型式的防波堤有效性和平安性，为在实际工程中的使用供应参 考。二、试验内容试验内容主要是对防波堤的透射系数和反射系数进行分析。透射系数是指透射波与入射波的波高比值：(二,/ (1) 式中：H i为堤前入射波高，H i为堤后透射波高。反射系数是值反射波与入射波的波高比值：Kr = H/H,(2)式中：Hi为堤前入射波高，Hr为反射波高。三、试验装置及仪器设施(1)造波系统及水槽(金盆岭校区港航中心港工厅)波浪水槽长X宽义高=45mX0.5mX0.8m,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。造波机后侧设有直立式消能网，水槽的另 一端设有消能坡，以消退波浪反射影响。(2)防波堤模型依据波浪模型试验规程JTJ/J234-2001,依重力相像准则设计正态模型， 依据试验室内波浪槽尺度及防波堤尺寸、水深、波浪要素和试验仪溶测量精度， 本模型采纳几何比尺为1:10。模型高度0.4m,顺水流方向长度B=lm,宽与水 槽宽度相同为0.5m,模型上下板间距S=0.1m,单个预制板：长X宽X厚=0.5 X0.05 XO.Olm,预制板之间的间隙可调，调动范围为0.010.03m,由上下板及 前后板组成的消浪室，其上下位置可变动。(3)浪高仪布置为避开模型处受到造波机二次反射波浪影响，模型放置在距离造波板与 处，模型顺水流方向的宽度B为1m,板间距S可调。共布置1#-5#共5个浪高 仪，浪高仪布置如图2所示。1#、2#和3#浪高仪布置在模型迎浪侧，其中3#浪高仪位于模型前七处，1#和2#浪高仪的间距为以一，2#和3#浪高仪的间距为 Ajc； 4#和5#浪高仪布置在模型的后面，其中4#浪高仪位于模型后5处，4# 和5#浪高仪的间距为Ax4_5 o图2试验布置图四、试验方案试验波浪参数试验采纳规章波进行，首先调整好防波堤上下板间距，往水槽放水，测出 预制板间隙、模型入水深度，模型水面以上高度，以保证模型顶面极少产生越 浪。模型安装完毕后，使用造波机造波，纪录好试验波浪参数，选取新的造波 参数(波高H、波周期T),重新开头试验，至少进行5组试验，见表1。表1试验参数试验 组次水深 d ( m)波高H ( m)波周期 T ( s)预制板间隙 j (m)上下板间距 S ( m)模型入水深度 q ( m)12345假如时间允许，可转变水深或上下板间距进一步开展试验。试验完毕后，对模型参数及试验波况参数依据比尺关系进行换算，将其换算为原型参数，见表2原型与模型对比表试验数据分析方法参数模型原型宽度（m）高度（m）预制板间隙（m）上下板间距（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）波长（m）试验中通过5个浪高仪分别同步纪录了堤前及堤后的波面过程数据。对模型前 的1 #、2#和3#测点的波面数据，选取其中不同的两点，应用Goda的两点法（见附录），分别出模型前的入射波高和反射波高，然后平均求得最终的入射波高 和反射波高，并计算透射系数和反射系数；对模型后的3#与4#测点的波面数 据，同样应用两点法，分别出模型后的透射波高，以消退水槽尾端消能网的反 射影响，从而可更为精确地确定模型的反射系数和透射系数。要求同学们依据附件（Goda两点法计算波浪反射系数）的原理，计算出反射系数和 透射系数。依据波浪参数，分析透射系数、堤前反射系数随相对板宽、相对板 间距、相对水深和波陡等参数变化的关系。4.1 试验步骤1）确定浪高仪测点位置，测出/、'_2、-2-3、/、/、4-5等坐标值；2）测定防波堤上下板间距，往水槽放水，测出水深、模型入水深度、模型水 面以上高度；3）启动造波机程序，开头造波；4）启动数据采集软件，通过各浪高仪纪录下各测点波面数据，用照相机纪录 下试验现象；Goda两点法FORTRAN程序计算反射系数、透射系数，绘制相关曲线； 6）撰写试验报告。五、试验报告试验报告应当包括如下几部分：1）试验目的和意义2）试验概述（包括试验地点，试验设施，试验仪器，试验布置描述包括造波 机位置、消浪设施、浪高仪布置等，绘制出试验布置图，给出浪高仪坐标 位置表）3）试验内容和步骤（具体的试验步骤，每个步骤测量过程和内容描述）4）试验现象描述（波浪在防波堤前、防波堤中、防波堤后的现象描述）5）试验数据分析（计算透、反射系数，并分析透射系数和反射系数随相对板 宽B/L、相对板间距S/L、相对水深d/L和波陡H/L等参数变化的关系，绘 制相关的关系曲线；并将模型参数及试验波况参数依据比尺关系进行换算， 将其换算为原型参数）表3透射系数、反射系数计算波高（m）周期（s）波长（m）波陡相对水深相对板宽相对板间 距透射系 数6）试验结论（试验总结，主要的试验结论）7）试验收获与体会试验图表应当法律规范。绘图要有图号、图名。图内应标明设施的名称、 浪高仪的距离等具体信息。坐标轴应出名称和单位。表格应有表号和表名，不 要遗忘写单位。公式应当分别编号。六、试验要求1）各小组依据本试验指导书自行设计方案（设计表1表3）,于试验当天上 交。2）试验前先预习，试验前每人登录网络教学平台提交预习报告，无预习报告 的试验成果为零，试验前抽查试验预习效果；试验时每人带上一份试验指 导书；试验预习报告的组成：1）谈谈你所了解的防波堤？ 2）查阅文献回答问题1和问题2。问题1：查阅相关资料简述传统型式防波堤和新型透空式防波堤的优缺点？问题2：查阅相关资料，选择一种防波堤解释其消浪机理？3）试验时每组带一个照相机和一个U盘；4）试验报告必需要有试验照片，报告中无照片或用其他组试验照片的，试验 成果不及格；5）试验完成后，原始数据必需要有指导老师的签字，否则试验成果为零。6）本试验指导书只作为参考，试验报告以实际做试验的状况来写。附主要参考文献：1）殷伟，卢学军，储标，刘映辉，呼萸俊.多个波高仪实现两点法分别合成波 浪.港工技术，2007（4）： 4-62）唐琰林.双层水平板型透空式防波堤消波性能讨论.大连理工高校硕士学 位论文，20063）王国玉.特种防波堤结构型式及水动力特性讨论.大连理工高校博士学位 论文，20054）何军.特种板式防波堤消浪及波压力特性讨论.长沙理工高校硕士学位论 文，2022.附Goda两点法计算波浪反射系数设水槽中任一点的波浪均由入射波系力和反射波系外叠加而成，它们可以分别表示成： M功。,1） = £ a1m cos&x - 2 乃 + ）（A.l）m=lM私（X，/）= Z %1n 8s（*X + 2nfmt + Jm）（A?）m-l由两个浪高仪同步测得的波形分别为（如图A.1所示）：7 （0 =力（，）+ %（，）（A3%（，） = /（，） +&L 勺（A.4） /1#浪高仪一 12#浪高仪 /1#浪高仪一 12#浪高仪图A. 1两点法示意图Fig A. 1 Skecth of two-point method另一方面，波形可展开成傅立叶级数：M(A.5)7。） = Z（4 85 2（，+sin 2，。m-lM(A.6)% «）= Z（4/°s 2nfmt + Blm sin W） m»1