桩基透空式防波堤的水平波压力试验研究

张可新 房宇航 桂劲松

摘 要：通过物理模型试验，采用规则波。研究了防波堤双侧挡板所受到的水平波压力随着波浪要素的变化关系，主要探究了水平波压力随着波坦、相对堤宽的变化关系。结果发现随着波坦的增大，挡板所承受的波压力也会变大;前挡板所受到的压力随着相对堤宽的增大先是降低，然后增大;后挡板是随着相对堤宽的增大而增大，然后减小，在0.4左右出现最大点。

关键词：规则波 防波堤 浪高

1.介绍

随着港口建设向深海发展，防波堤的建设条件也变得极为复杂，主要面临浪高、水深、急流、地基软弱、回淤强度大等问题。随着港口深水化和船舶大型化的发展，传统意义上的实体式防波堤因其随着水深的增加造价剧增、技术复杂、施工困难等因素已不能适应深水港发展的要求，在此背景下，桩基开孔组合板式防波堤应运而生。该种结构主要由双侧挡板、桩基、甲板等组成，该种防波堤不仅能够满足港内外海水交换，还能够满足海洋生态环境保护功能、生态渔业功能和公众休闲观光的要求。

许多学者对透空式防波堤结构受力问题进行了大量的研究，并根据不同的结构形式和模型简化方法得出了多种研究成果。国外Ursell最早提出该种结构，他和Wiegel等人从理论上研究了桩基挡板透空式防波堤的透射和反射性能。1970 年Ijima在Stoker 研究的基础上，研究了浸没水下一定深度的单板式防波堤，并给出了该种结构透射系数、反射系数的解析表达式。但是对有前后挡浪板且有水平面板的透空式防波堤的結构受力研究还比较少。因此，本文针对在波浪要素不同、前后挡板入水深度不同、前后挡板结构形式不同的情况，着重研究透空式防波堤的水平受力问题。

2.试验仪器以及设置

物理模型试验在大连海洋大学辽宁省海岸工程重点实验室波浪水槽中进行。水槽有效使用尺寸为长 40m，宽0.7m，深1.0m，可容纳最大水深0.7m。水槽的一端配有造波机（1.0m×0.7m）.造波机后部、水槽尾部均安装了直立式消能网 架、消能架空斜坡等消能设备，以尽量避免波浪的反射。试验水槽见图1。

3.试验布置以及数据采集

实验布置纵剖面及相关模型如图 2所示，共布置了4 个浪高仪。模型之前，浪高仪1和2用于测量堤前波高。编号3、4用与测量堤后波高。

波浪测量采用天津水利科学研究院研制生产的DS30型浪高水位仪测量系统该系统可同步测量多点波面过程并进行数据分析.

波浪力的测量采用DS30型点压力测量系统（见图3），该系统由DS30型点压力仪和YL1型点压力传感器组成。

采用中国水利水电科学研究院波面数据采集技术DJ800多功能监控系统.获取一个测量点的数据大约需要400μs。因此，采样频率随着测量点数量的增加而减少。

试验采用规则波，实验进行三次并取其平均值。

在本试验中保持堤岸宽度B= 70cm，水深d=30cm不变。试验所波浪元素如表1所示。前后挡板入水深度共设置为9种情况，如表2所示。

4.结果与讨论

4.1 水平波压力随L/H的变化关系

图4是水面以下，水平波压力随着波坦的变化关系。图5是水面以上水平波压力随L/H的关系

从图中可以看出，在水下无论是前挡板还是后挡板，随着波坦的增大，挡板所承受的波压力也会变大。从图3可以看出前挡板可以近似看成线性关系，L/H越大，波压力也越大。后挡板随着L/H的增大，水平波压力也会变大，不过当L/H在13.5左右的时候，后挡板所受到的水平波压力趋于平缓。

4.2水平波压力随相对堤宽B/L的变化

由图6可知，前挡板所受到的压力随着相对堤宽的增大先是降低，然后增大。在B/L在0.4时候出现拐点，在该点所受的波压力最小。后挡板是随着相对堤宽的增大而增大，然后减小，在0.4左右出现最大点。

5.总结

在海岸资源日益紧张的今天，桩基透空式防波堤因其特有的优点而逐渐被行业内所重视。但是对于该种防波堤受力的相关研究较少，本文通过物理模型试验对这一问题进行了探讨。通过物理模型试验，在规则波作用下，研究了双侧挡板所受到的水平波压力随着波浪要素的变化关系。研究发现，在水下无论是前挡板还是后挡板，随着波坦的增大，挡板所承受的波压力也会变大。前挡板所受到的压力随着相对堤宽的增大先是降低，然后增大。后挡板是随着相对堤宽的增大而增大，然后减小，在0.4左右出现最大点。

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