柯桥海塘波浪断面模型试验研究.pdf

年月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y第 卷第 期收稿日期:基金项目:浙江水利水电学院校级科研培育项目(编号:x k y )作者简介:邵伟龙(),男,高级工程师,主要从事水利工程运行与管理方面的研究.通讯作者:茹国顺(),男,高级工程师,主要从事水利工程管理方面研究.柯柯桥桥海海塘塘波波浪浪断断面面模模型型试试验验研研究究邵伟龙,茹国顺,郭炳荣,郭知灼,朱炜圣,王冬雪(绍兴市柯桥区水利发展中心,浙江 绍兴 ;浙江水利水电学院 水利与环境工程学院,浙江 杭州 )摘要:为了研究海塘设计断面的越浪情况,提高防护等级.针对绍兴市柯桥区海塘进行了波浪断面物理模型试验,对挡浪墙设计高度的合理性进行了分析,并对护面结构开展了稳定性试验.结果表明:针对给定的K 设计推荐方案典型断面,防浪墙设计高度为 m时,遭遇 年一遇潮浪组合时,塘顶越浪量最大为 m/(ms),考虑加风后,越浪量有所增大,塘顶越浪量增大至 m/(ms);在 年一遇潮浪组合时,上斜坡四角空心方块整体能保持稳定,在 年一遇波浪组合多年平均高潮位时,下斜坡四脚空心方块整体能保持稳定.此结果可为海塘工程的设计提供科学依据,及类似项目设计时提供参考.关键词:柯桥海塘;波浪断面;模型试验中图分类号:P 文献标识码:A文章编号:()E x p e r i m e n t a l S t u d yo nW a v eC r o s s S e c t i o nM o d e l o fK e q i a oS e a w a l lS h a oW e i l o n g,R uG u o s h u n,G u oB i n g r o n g,G u oZ h i z h u o,Z h uW e i s h e n g,W a n gD o n g x u e(W a t e rC o n s e r v a n c yD e v e l o p m e n tC e n t e ro fK e q i a oD i s t r i c t,S h a o x i n g,Z h e j i a n g ,C h i n a;S c h o o l o fW a t e rC o n s e r v a n c ya n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g,Z h e j i a n gU n i v e r s i t yo fW a t e rR e s o u r c e s a n dH y d r o p o w e r,H a n g z h o u,Z h e j i a n g ,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t os t u d yt h eo v e r t o p p i n go fS e a w a l lD e s i g nS e c t i o na n d i m p r o v et h ep r o t e c t i o ng r a d e,b a s e do nt h ep h y s i c a lm o d e l t e s to fw a v es e c t i o no fs e a w a l l i nK e q i a oD i s t r i c to fS h a o x i n gC i t y,t h er a t i o n a l i t yo f t o pe l e v a t i o no fw a v e r e t a i n i n gw a l l i s a n a l y z e d,a n d t h e s t a b i l i t y t e s t o f p r o t e c t i v e f a c e i s c a r r i e do u t T h er e s u l t ss h o wt h a tt h em a x i m u ma m o u n to fo v e r t o p p i n gi s m/(ms)w h e nt h eh e i g h to f t h ew a v ew a l l i s ma n dt h ec o m b i n a t i o no f t h ew a v e so c c u r so n c ee v e r y y e a r s T h ea m o u n to fo v e r t o p p i n g i n c r e a s e dt o m/(ms),a n dt h eo v e r a l l s t a b i l i t yo f t h e f o u r f o o th o l l o wb l o c ko n t h eu p p e r s l o p e c o u l db em a i n t a i n e da t t h e c o m b i n a t i o no f o n e t i d e i n y e a r s T h eo v e r a l l s t a b i l i t yo f t h e f o u r f o o th o l l o wb o xo nt h e l o w e rs l o p ec a nb em a i n t a i n e da t t h ea v e r a g em u l t i y e a rh i g ht i d e l e v e l o f t h e y e a rw a v e c o m b i n a t i o n T h e r e s u l t sp r o v i d e s c i e n t i f i cb a s i s f o r t h ed e s i g no f S e a w a l lE n g i n e e r i n ga n dr e f e r e n c e f o r t h ed e s i g no f s i m i l a rp r o j e c t s K e yw o r d s:K e q i a os e a w a l l;w a v ec r o s ss e c t i o n;m o d e l t e s t 引言防波堤是港口水工建筑物中最常见的一种海岸工程结构物,其主要用于防御波浪对港口水域的侵蚀,可以保护港池或者海水浴场等免遭外海波浪的侵蚀,为船舶的正常作业提供了有力保障,在海邵伟龙,等:柯桥海塘波浪断面模型试验研究绿色创新研究:工程与技术岸防护工程中起着十分重要的作用 .码头的安全与稳定直接关系到港口的正常运营与安全,一直是港航界关注的焦点.目前,国际上对这一现象的研究多采用波浪剖面物理模型试验与数值模拟相结合的方法,但是由于波浪形态多样,波浪与建筑物相互作用的复杂性,对这一现象的成因机理尚不清楚,仍以可靠度高的波浪剖面试验为主 .近年来,诸多学者通过理论分析、物理试验 和数值计算 等方法对波浪和海岸结构物的相互作用进行了大量研究.戴永志等 在兴凯湖进行了多个生态护岸断面的波浪剖面物理模型实验,通过测量岸滩改变前后不同位置的波高及底流流速,对各设计断面的稳定性进行了测试,同时还观察了堤顶的越浪量.万志男等 以我国在建的某核电护岸工程为例,采用现有的理论计算方法,对该工程进行了波浪受力分析,并通过与波浪模型试验结果的比较,对该工程进行了优化设计.蔡小红 通过波浪剖面的物理模型试验,研究了不同海域防波堤的越浪、块体和胸墙等建筑物在波浪剖面上的稳定性.俞旭锋等 通过物理模型试验,对堤身稳定性、堤顶波浪越流特性、护面块体和护底块体的设计优化进行了研究.孙一艳等 系统地介绍了在室内进行防波堤断面物理模型试验的基本过程,主要涉及到实验原理、前期准备、实验过程、结果分析等有关问题.李绍武等 通过物理模型试验,研究了在大变形情况下,斜坡防波堤的堤体和护面结构的稳定性.李尧等 通过室内物理模型试验和数值模拟,研究了在规则波浪条件下,斜槽防波堤受到的波浪力和其他一些问题.李健东 通过物理模型试验,定量评估了某码头工程中的防波堤,并对其剖面上各部分的稳定性进行了记录与分析.邓夕贵等 以贝宁岛型码头防波堤为例,通过三维物理模型试验,系统地研究了防波堤护面块、垫层和挡浪墙的稳定性,以及防波堤的越浪能力.本文针对绍兴市柯桥区海塘进行波浪断面物理模型试验,对挡浪墙顶设计高度的合理性进行分析,并对护面结构开展稳定性试验.可以为海塘工程的设计提供科学依据,在类似项目设计时提供参考.工程概况绍兴市柯桥区海塘也称 绍围口门丘 北线海塘,位于 钱 塘 江 尖 山 河 湾 南 岸、曹 娥 江 口 门 左岸.起自萧绍交界处的东江闸,终至曹娥江口门大闸出口段左岸引堤,总长度 k m.属钱塘江临江一线海塘,是钱塘江南岸海塘的重要组成部分,也是钱塘江治江缩窄治理工程的重要组成部分,与其他南岸 海塘共同保护萧绍平原.工程区地理位置见图.图工程区地理位置 试验设计 试验目的柯桥海塘工程级别为I等,防潮标准为 年一遇的设计标准,防护等级较高,根据相关规范要求,应开展波浪模型试验.通过波浪断面试验,研究海塘设计断面的越浪情况,对挡浪墙顶设计高度的合理性进行分析,并对护面结构开展稳定性试验,为海塘工程的设计提供科学依据.试验内容根据提供的设计推荐方案断面及比选方案断面,开展越浪量试验,为防浪墙顶设计高度的设计及确定提供参考.在设计推荐方案断面试验基础上,开展塘前护面块体稳定性试验.本次试验对象为K 设计推荐方案典型断面,针对该断面,开展典型断面结构形式在有、无风条件下的塘顶越浪量试验及护坡结构稳定性,具体试验组次见表.年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期表试验组次汇总组次断面波浪重现期潮位/mH/mT/s风速/(m/s)试验内容越浪量试验稳定性试验K 设计推荐方案断面 年一遇 /试验设备与方法本项目拟在浙江省水利河口研究所海工实验室的“不规则波水槽”中开展,该水槽长度 m,宽度 m,高度 m,首端为伺服造波机,能模拟规则波,椭圆余弦波,叠加破碎波,以及国内外常用的“不规则波”.本文所用的实验设备为非规则波浪造波系统以及电阻式波高仪,均由大连理工大学国家重点实验室研制,见图.图波浪水槽(m m m)为了减少海浪的反射,水池底部设有比例的消波滩,滩面安装了格子和漂浮的泡沫板来吸收海浪的能量,消波设备运作良好,基本可以消除海浪的反射.水槽试验段被分成 和 m个部分,m宽的部分被用来放置模型截面并进行模型试验,另一个部分被用来扩散造波板的二次反射波.利用波高仪对该模型进行率定,与实测值呈较好的线性相关,率定结果是稳定、可靠的.在测试过程中,系统实现了对测试数据的自动采集和实时分析.在将模型置于波浪水槽前,首先使用置于试验断面前的波高仪,根据表所列的工况率定波浪因子,然后将其放入设计断面进行测试.将容器放置在堤坝后面,接受波浪的传递,通过称量就可以得到波浪的重量.为减少随机因素的影响,对各工况进行了次重复测量,并取其平均值.相似比尺考虑堤身高度、波浪要素、水深及水槽尺寸等因素,采用模型比尺M,即长度比尺LH,时间比尺T,该比尺符合 波浪模型试验规程 的要求.海洋工程结构物在波浪中进行试验时通常不考虑水体粘性的影响,在本试验中,只保持模型与实物之间的F r o u d e数和S t r o u h a l数相同,即满足重力和惯性力的相似准则,因此:Vmg LmVsg Ls()VmTmLmVsTsLs()式()、()中V、L、T分别为物体的线速度、线尺度和时间(或周期),注脚m及s分别为模型及原型.根据上述相似准则,原型和模型各物理量之间的关系如表所示.表原型与模型物理量之间的关系名称符号比尺长度Ls/Lm线速度Vs/Vm/角度s/m周期Ts/Tm/面积As/Am体积Ds/Dm重量Gs/Gm 试验计算方法试验采用间隙式生波方式,以消除波浪的多次反射,不规则波每组波列的持续时间约 m i n,波数为 个,然后停机,待水面平静后继续进邵伟龙,等:柯桥海塘波浪断面模型试验研究绿色创新研究:工程与技术行下一组试验,每组试验重复次以减小偶然因素的影响.越浪水体采用接水箱接取测量后称重,转换为相应的体积后,按下式计算单宽平均越浪量:qVb t()式()中:q为单宽平均越浪量m/(ms);V为个波列作用下的总越浪水量(m);b为收集越浪量的接水宽度(m);t为个波列作用的持续时间(s).四脚空心方块护面结构在波浪作用下的累积位移超过单个块体的几何尺寸时,即失稳.失稳率按下式进行计算:nndN ()()式()中:n为失稳率();nd为静水位上、下各倍设计波高范围内块体的失稳数;N为静水位上、下各倍设计波高范围内块体的总数.护坡稳定性需满足在累计作用原型波h后,斜坡护坡护面没有发生明显变形.试验结果 典型组次试验现象组次防浪墙设计高度 m,潮位 m,H m,不加风.在 年一遇波浪组合 年一遇设计潮位 m,塘前有效波高H m,平均周期T s,开展海塘断面越浪量试验.试验过程中,入射波浪传至塘脚处开始变形和衰减,部分大波传至一级平台 m处明显变形,绝大多数波传至二级平台 m上发生破碎 图(a),然后继续向前运动,冲击四脚空心方块组成的斜坡,随即撞击防浪墙,然后向上运动,在弧形防浪墙作用下水体垂直向上,部分水体翻越防浪墙形成越浪,部分水体向海侧飞起,最终落入海侧水体中 图(b).随后回落水体落入水中后与下一个入射波相遇撞击 图(c),水花飞溅至防浪墙后及塘顶路面,而后继续冲击护坡及防浪墙.图组次试验结果组次防浪墙设计高度 m,潮位 m,H m,加风.在 年一遇波浪组合 年一遇设计潮位 m,塘前有效波高H m,平均周期T s,风速 m/s,开展海塘断面越浪量试验.试验过程中,入射波浪的破碎、越浪、回落水体撞击等现象见图.加风后由图可见,上爬越浪水体在风的作用下,大部分水体飘落到防浪墙后,形成越浪.且受风力作用,塘前波浪破碎及回落水体与来波的撞击均更加剧烈.图组次试验结果 越浪量试验结果根据设计院提供的K 海塘设计推荐方案的典型断面,水文条件考虑 年一遇潮浪组合,开展了防浪墙设计高度为 m的海塘越浪量试验.试验结果见表.试验结果表明,K 设计推荐方案的典型断面,防浪墙设计高度为 m时,年一遇波浪组合 年一遇高潮位时,海塘塘顶越浪量最 年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期大为 m/(ms),考虑加风后,越浪量有所增大,塘顶越浪量增大至 m/(ms).当塘前有效波高H 为 m,不加风工况下,越浪量为 m/(ms),加风工况下,越浪量为 m/(ms);当塘前有效波高H 为 m时,不加风工况下,越浪量为 m/(ms),加风工况下,越浪量为 m/(ms);以塘前有效波高H 为 m时,越浪最大.表K 设计推荐断面越浪量试验结果组次防浪墙设计高度/m波浪重现期/a潮位/mH/m周期/s风速/(m/s)越浪量/(m/(ms)/稳定性试验 潮位 m在 年一遇潮浪组合条件下,试验波要素塘前有效波高H m,平均周期T s,开展海塘迎浪护面的稳定性试验.试验过程中,由于 年一遇高水位在上斜坡约/处,因此大部分入射波在二级平台上破碎后,继续向前运动,直接冲击四脚空心方块组成的斜坡.在累积作用原型波在h过程中,上斜坡四角空心方块除个别有轻微翘起,海塘迎浪面各部位均能保持稳定.潮位 m在 年一遇波浪组合潮位 m条件下,试验波要素塘前有效波高H m,平均周期T s,开展海塘迎浪护面的稳定性试验.在试验过程中,由于塘前水深较小,入射波浪传至一级平台上时已发生剧烈变形,部分大波发生破碎 图(a),然后继续向前运动,冲击四角空心方块(t)组成的斜坡,见图(b).累计作用原型波h过程中,下斜坡四脚空心方块基本不动,海塘迎浪面各部位均能保持稳定.图稳定性试验结果 结论与讨论针对给定的K 设计推荐方案典型断面,防浪墙设计高度为 m时,遭遇 年一遇潮浪组合时,塘顶越浪量最大为 m/(ms),考虑加风后,越浪量有所增大,塘顶越浪量增大至 m/(ms).在 年一遇潮浪组合时,上斜坡四脚空心方块整体能保持稳定;在 年一遇波浪组合多年平均高潮位时,下斜坡四脚空心方块整体能保持稳定,护坡稳定性均能满足要求.参考文献:陈吉余,戴泽蘅,李开运中国围海工程M北京:中国水利水电出版社,:俞聿修斜坡式防波堤技术的新进展J港工技术,():杨锦凌,孙大鹏,吴浩,等斜坡堤波浪爬高和越浪数值模拟J海洋工程,():姜云鹏,陈汉宝,赵旭,等长周期波浪冲击下胸墙受力试验J水运工程,():郝青玲华润电力海丰电厂防波堤工程防波堤断面物理模型试验研究J中国水运(下半月),():L a u r oED,L a r aJL,M a z aM,e t a l S t a b i l i t ya n a l y s i so f an o n c o n v e n t i o n a l b r e a k w a t e r f o rw a v e e n e r g y c o n v e r s i o nJ C o a s t a lE n g i n e e r i n g,():姜云鹏,张烨,郑子龙波浪作用下护岸三维稳定试验研究J水道港口,():(下转第 页)侯湘庆,等:基于永磁同步电机参数新型辨识算法的MT P A控制方法绿色创新研究:工程与技术图不同转速与负载下的控制器效率曲线解决欠秩问题,提高系统的控制精度与稳定性,本文通过实验标定电机定子电阻与永磁体磁链,结合递推最小二乘法在线辨识电感,其辨识结果应用于永磁电动机调速系统(MT P A控制),实验结果表明系统的转矩与转速控制精度高,控制器效率高,易于工程实现.为永磁电机的电驱系统高效运行及降低能源消耗,对于轨道交通、工业驱动及船舶工业等领域有着重要的工程意义和实用价值.参考文献:李绿山,张博利稀土永磁电机应用现状与发展J机电产品开发与创新,():李红梅,陈涛永磁同步电机参数辨识研究综述J电子测量与仪器学报,():夏超英,谷海青,寇丽萍考虑总漏感随频率变化的异步电机参数离线辨识算法J电机与控制学报,():符荣,窦满峰电动汽车驱动用内置式永磁同步电机直交轴电感参数计 算 与 实 验 研 究 J电 工 技 术 学 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