水動力特性試驗

圓弧型結構和矩形結構在防波堤工程上應用的優點，提出一種上部為開孔圓弧加矩形浮箱，下部是錨鏈和水底相連的新型浮式防波堤結構。對於錨鏈式浮式防波堤結構而言，透射係數（Ct）和錨鏈受力固然是研究的主要內容，同時結構的運動特性（特別是橫蕩運動幅值） 也不能忽略，因為這直接關係到海上作業的安全、有效海域的使用效率、當地管線與纜線的敷設和其他船隻在該水域的錨泊等一系列問題。為此通過二維物理模型試驗研究了該種浮堤模型的透射係數、運動幅值及錨鏈受力等水動力特性與相對寬度及相對吃水的關係，並與傳統方箱浮堤進行了比較。

1.試驗設備與量測儀器

試驗在海岸和近海工程國家實驗室的溢油水槽中進行，水槽長23m，寬0.8m，最大水深0.7m。水槽前端配有自行研製的DL-3型液壓伺服不規則波造波機，可產生單向規則波和不規則波，水槽的尾端安裝有消能網。

波浪數據測量採用2000型數據採集處理系統採集，並結合Goda的兩點法測定模型的透射係數；錨鏈力採用DYL-1A型，量程0～50kN，精度≤1%RL的應變式拉力傳感器測定；模型運動通過CCD圖像採集系統採集。

2.模型設計及其在水槽中的佈置

模型的三視圖及模型在水槽中的佈置：模型放置在水槽中央距造波機12m處。模型延長度方向與水槽的長度方向正交（波浪正向入射）。

堤處地形平整，堤前造波坡度為1∶150。採用白鋼錨鏈，總長為600mm，根據懸鏈線理論知懸鏈線段長692mm，無拖地段長度。錨鏈剛度採用彈簧線形模擬，彈簧剛度為1.8kN/cm。

3.試驗組次與試驗方法

分別對3種模型的兩種吃水進行試驗，3種模型矩形方箱尺寸相同、錨鏈特性與佈置方式相同。模型1，傳統浮箱，s/d=0.3375；模型2，開孔圓弧加矩形浮箱，s/d=0.3375；模型3，開孔圓弧加矩形浮箱，s/d=0.450。

試驗採用規則波，共有2種波高，8種週期，2種吃水，1種水深，試驗波要素為：水深0.40 m；波高0.07，0.10m；週期0.70，0.73，0.81，0.91，1.10，1.28，1.46，1.55 s；模型吃水0.135，0.180m。模型放置前，於水槽內軸線處測定原始波要素。波面採樣時間距為0.02s，採樣長度為1024。模型放置後，於堤前、後各放置2個工字形浪高儀測定堤前後的波面歷時曲線，利用2000型數據採集處理系統得到透射係數；同時採用CCD處理系統和拉力傳感器測定模型的運動和錨鏈受力歷時曲線。所有試驗重複3次，結果取其平均值作為試驗值 ^[1]  。

為了使試驗所得結論具有代表性，能夠反映浮堤結構的普遍規律，特對所得到的試驗數據進行無因次化處理。

透射係數Ct=Ht/H0是反映結構消浪性能的主要指標，由於其本身已是無因次量，因此不需要無因次化。在這裏，Ht表示模型後的透射波高；H0表示入射波高。

對於模型的二維運動特性中的垂蕩和橫蕩，用RAOs（結構運動幅值/波浪幅值）加以描述；對於結構的橫搖則透過它除以波陡kA使無因次化。其中，k是波數；A是入射波的波幅。

通過規則波物理模型試驗，對一種由開孔圓弧、矩形方箱及錨鏈系統組成的浮式防波堤新結構的水動力特性進行了研究，得出以下結論：

1） 結合開孔圓弧和矩形方箱以及錨鏈系統在防波堤工程上的優點，提出的新型浮堤結構有着良好的應用前景。

2） 相對寬度較小（W/L<0.20）時，與傳統的浮堤結構相比，新型浮堤有着較好的消浪性能，這也為探討浮堤衰減較長週期波提供了一種新的結構設計思路。

3） 與傳統的浮堤結構相比，新型浮堤的橫蕩、垂蕩以及橫搖幅度都較小，有着良好的運動特性。

4） 由於開孔圓弧結構在有效減小受力方面的優點，因此新型浮堤結構所受錨鏈力較傳統方箱大大減小。

對這種浮堤結構進行了初步的實驗室單向規則波下的探討，實際的海浪總是多向且不規則的，建議下一步的工作進行這方面的研究，同時開發數學模型 ^[2]  。