波浪正向入射对斜坡码头的打击压力试验分析

(重庆交通大学 重庆 400074)

波浪正向入射对斜坡码头的打击压力试验分析

任晶轩

(重庆交通大学重庆400074)

波浪正向入射对斜坡的作用是海岸工程面临的一个基础问题。本文通过在几种工况下的一系列试验，探究波浪在正向入射斜坡式码头时候，面板所承受的打击压力等因素的变化，并得出不同工况下波陡和最大波压陡的关系，为今后更进一步深入研究提供一些参考。

正向入射；波陡；最大波压陡

一、试验方法

(一)试验设备

规则造波机，30米水槽(重庆交通大学“重庆市水利水运工程重点实验室”30m*1m*0.5m波浪水槽)，不同倾角的50cm宽有机玻璃板做成的光滑斜坡，压力传感器3只，计算机一台，多功能信号记录仪一台，波高仪一套，铁架，相机，米尺等。

(二)试验内容

分别对10°、20°、25°和30°斜坡做三组实验。每组实验中分别选择水深为30cm和50cm，对每个水深分别用5个不同周期和波高的波浪进行实验。

波高、周期(控制在1s-1.6s的范围内)随机调整，使最大波压力作用点的位置对准传感器。

利用计算机采集每次实验获得的最大打击压力值，处理数据，分析最大打击压力随水深、波高、周期的变化规律。

(三)试验方案

1.实验步骤

(1)将斜坡设置到10°；水槽注水到水深为30cm;(2)启动造波机，调整转速和推程，观察波形，略微调整水深(调整幅度≤3%时，可视为不变)，关闭造波机，待水静止后测量水深，再次启动造波机，目的是为了使卷破波的水舌对准压力传感器，记录波高、周期。(3)待波浪打到斜坡上后，记录下传感器的值pmax；(4)在第二个波峰到达之前，坡面上的水完全回流或仅粘结少部分水时，再次记下传感器的值pmin(pmax-pmin可以消除传感器的零点偏移)；(5)关闭造波机,待水槽内波浪消散后,改用不同波高和周期的波浪，重复步骤(2)—(5)；(6)变水深为50cm，重复步骤(2)—(6)。(7)一组实验完成后，分别改变斜坡的倾角为20°、25°、30°，重复步骤(1)—(7)。

2.实验过程当中注意的问题：

(1) 两次造波间隔时间不应过小，待水面平稳后再开造波机。(2)调整臂调整时应停机进行。(3) 量测系统每天实时标定、校核，最大相对误差≤1%。(4) 波长或水深的差别≤3%时，可视为不变。

3.实验数据分析

对数据进行处理，这里以“水深50cm坡角10度”工况为例：

表1相应工况的波要素及最大打击压力

表2相应水深和坡角下的波陡和波压陡

通过对各参数之间作用机理和试验数据的分析研究，拟合出波浪正向入射对斜坡作用的一般关系式为Pkmax=c1ln(y+a)+c2(注：y——波陡H/L，c1、c2、a 为常数)。如图1～图3所示。(Φ——斜坡倾角。)

图1工况为水深50坡角10度时，波陡与最大波压陡的关系

图2 工况为水深30坡角25度时，波陡与最大波压陡的关系

图3 工况为水深50坡角25度时，波陡与最大波压陡的关系

由图1～图3可以看出，大部分工况下对数规律满足的较好，但是在有些工况下，如对工况为水深50坡角25和工况为水深30坡角25，使用对数拟合效果较差，其原因猜测可能由于本实验受实验设备的简陋，仅设置了三个测点，测点较少，卷破波的水舌落在斜坡上时可能并没有打到测点上，因此有些最大波压力数值可能没有测到。

二、结论

通过几种组合工况下的试验，我们计算出了不同水深不同坡角条件下对应的波要素及波浪对斜坡的最大打击压力，并且更进一步得出了不同工况下波陡和最大波压陡满足对数规律，并给出了对应工况下的计算公式，可用于今后工程实践中参考。

[1]吴望一.流体力学.北京：北京大学出版社，1981

[2]吴宋仁，严以新·海岸动力学·人民交通出版社·1995.5

[3]傅华，杨成渝，徐绩青，许光祥.波浪正向入射散体斜坡内最大波压力衰减规律的试验研究，水动力学研究与进展，2007.1

[4]徐绩青，杨成渝，杨斌，许光祥.波浪斜向入射对斜坡作用的研究，水动力学研究与进展，2006.1

任晶轩(1991.03-)，男，汉族，河南人，研究生在读，重庆交通大学，研究方向港口航道及近海工程。