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波浪对防波堤的作用实验
一、实验目的
防波堤是港口水工建筑物的重要组成部分,能够有效的防御波浪的港区的侵袭,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、技术复杂、施工困难等已不能适应深水港发展的要求,且传统意义上的防波堤在水体交换、环境保护等方面有所欠缺,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发展。但是现有的透空式防波堤结构相对复杂,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单,施工周期短,安装、拆卸方便,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
支撑桩,2-下横梁,3-预制板,4-上横梁)
本实验对长沙理工大学水利工程学院程永舟教授最近提出的一种新型透空式双层板型防波堤
(见图1)的消波性能进行研究。该防波堤施工成本低廉,利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,因而施工方便、安全,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。本实验的目的是,根据不同的波浪参数,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安全性,为在实际工程中的使用提供参考。
二、实验内容
实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:
(1)
式中:Hi为堤前入射波高,Ht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:
(2)
式中:Hi为堤前入射波高,Hr为反射波高。
三、实验装置及仪器设备
(1)造波系统及水槽
波浪水槽长×宽×高=45m××,,,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,以消除波浪反射影响。
(2)防波堤模型
根据《波浪模型试验规程》JTJ/J234-2001,依重力相似准则设计正态模型,根据试验室内波浪槽尺度及防波堤尺寸、水深、波浪要素和试验仪器测量精度,本模型采用几何比尺为1:10。,顺水流方向长度B=1m,,模型上下板间距S=,单个预制板:长×宽×厚=××,预制板之间的间隙可调,~,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
为避免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
处,1#和2#浪高仪的间距为,2#和3#浪高仪的间距为;4#和5#浪高仪布置在模型的后面,其中4#浪高仪位于模型后处,4#和5#浪高仪的间距为。
图2 实验布置图
四、实验方案
试验波浪参数
实验采用规则波进行,首先调节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,记录好试验波浪参数,选取新的造波参数(波高H、波周期T),重新开始实验,至少进行5组试验,见表1。
表1 试验参数
试验组次
水深
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