港口、海岸工程水力模型实验教程

内容简介

本书是作者根据多年从事科研教学活动所积累的专业知识，按照港口、海洋工程最新颁布实施的工程技术规范，以及港口、海洋工程中的新理论、新结构、新方法和新技术编写而成。全书涵盖了模型设计、量测技术、实验资料的统计分析等基本理论，并详细介绍了港口、海岸工程教学试验的若干重要实例，包括港内波况模型试验、斜坡式防波堤试验、直立堤试验、船舶泊稳模型试验以及波浪荷载对桩柱的作用力试验。同时对实验目的、实验原理、实验步骤与方法、实验资料整理与实验报告要求等，系统地加以归纳，便于学生掌握和运用。2100433B

海岸工程水力模型概况

在模型中复演天然波浪运动，用以研究港口防浪掩护、港口淤积、海岸演变、波浪与海岸工程建筑物的相互作用、水流波浪作用下浮体系泊系统问题等。1838年，英国J.S.拉塞尔曾通过实验研究了孤立波运动；1936年荷兰建造了专门的波浪水槽进行波浪爬高、越顶等试验；中国于1952年试制了第一台冲击式生波机。但都限于规则波试验。1962年，荷兰特尔夫脱水工试验所试制了不规则波的生波设备。

海岸工程水力模型研究内容

港口防浪掩护试验，一般采用正态定床的整体模型，模型按重力相似设计。研究内容包括：搞清防波堤等建筑物的平面布置和结构形式，航道轴线走向及其尺度等对港内波高分布的综合影响，确定满足船舶泊稳条件下港口的合理平面布置。

港口淤积和海岸演变模型，除保证波浪运动相似条件外，还需考虑泥沙运动的相似。它被用来研究港口在波浪、水流作用下的淤积规律性和可能采取的防淤措施；预测港口或其他海岸工程建筑物建成后，可能使邻近海岸发生的冲淤变化；天然海岸岸滩在波浪、水流作用下的冲淤变化等。

波浪与海岸工程建筑物相互作用的试验一般采用断面模型，应按重力相似设计。通过试验，研究波浪对斜坡式、直墙式、透空式、浮式等建筑物的作用。如确定建筑物上的波浪荷载，建筑物整体或局部的稳定性，建筑物周围水位变化和消浪特性等。

海岸工程水力模型实验方式

水流、波浪作用下浮体系泊系统问题的试验，一般需用空间模型。除波浪运动相似外，还需考虑船舶的质量相似和惯性相似，码头建筑物自身的重力相似（重量相似），自振频率相似，码头防冲系统相似，锚链系统弹性模量相似等。

波浪模型试验的主要设备有波浪槽或试验港池，也有能同时进行水流、波浪试验的综合港池。这些设备中都需要装生波机，通常采用机械、气压、风吹方式产生波浪，也有用机械与风吹相结合的方式生波。现今已有采用电子计算机进行控制并模拟天然波浪系列，反映出其统计特征的不规则生波机。（见彩图[港口波浪模型试验]）

建立物理模型应按一定的相似条件，确定原型与模型各个物理量的比值（又称模型的比尺）。水力模型相似条件，主要包括模型与原型的几何相似、运动相似、动力相似等 3个方面。常用的海岸工程水力模型，有河口、港湾潮汐水流模型和港口、海岸波浪模型。

为进行海岸工程研究，根据相似原理，采用物理模型复演，或按流体力学理论运用数学手段模拟天然海洋环境中波浪、水流等海岸动力因素的运动状态的水力模型。水力模型主要用于研究海岸动力因素同岸滩、海工建筑物相互作用的规律，预测海岸工程设施的实际效果和影响，论证工程方案的技术合理性和实施可能性。它是研究海岸工程的一种重要方法。