碎石聚氨酯护岸材料波浪作用特性试验研究
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摘要
随着社会经济的发展,人们越来越重视保护沿海地区和河流沿线的岸坡,碎石聚氨酯护岸材料的出现就是这种关注的成果之一。碎石聚氨酯作为一种新型的护岸材料可以有效的减少波浪在岸坡上的爬高,降低波浪对岸坡的破坏作用。
波浪与护岸结构的相互作用是十分复杂的,物理模型试验就是研究这一课题的主要技术手段之一。根据相似准则,通过物理模型试验,可以有效的预测出护岸材料在波浪作用下工作状态。为科学研究提供重要的基础数据,并对实际工程有指导意义。
造波机是波浪水槽的重要设备,其工作的范围大小对波浪试验有重要影响。本文通过波浪模拟理论,运用比较流行的科学计算软件Matlab,编写适用于哈尔滨工程大学海岸综合实验室造波机的不规则波推程序列计算程序,对此次物理试验的造波机进行改进。
通过对碎石聚氨酯护岸材料进行大量的试验测试,本文给出了碎石聚氨酯护岸材料对波浪的反射率的影响,测定波浪在其表面的爬高,分析得出其糙率及渗透系数,对此种护岸结构的设计提供参考。通过对护岸结构在上下两个底面布置压力传感器,测得护岸结构在波浪作用下的表面波压力及底面扬压力的数据,并分析其与波浪因素及环境因素的变化规律。此外,通过对试验数据的分析,得出波浪作用在碎石聚氨酯护岸结构上下两面之间的衰减程度,在规则波与不规则波作用下的压力分布及变化规律。
With the rapid development of social economy, people pay more and more attention to protecting bank of coastal regions and riverbanks, so elastocoast revetment structure becomes one achievement of these concerns. As a new-type revetment material, elastocoast can effectively reduce the wave run-up on the bank slope, and lower the destructive effects of waves to the bank slope.
Physical model test is one of the main methods to research the complicated interaction between waves and revetment structures. According to the similarity criterion, the revetment materials'working state under the wave effects can be predicted by physical model tests. It provides important basic data for scientific research, and is of guiding significance for specimen engineering.
Wave generator is an important equipment of wave flume. Its scope of work size has important influence on the wave tests. This paper based on wave analog theory, using the popular science calculation software Matlab to compile irregular wave program sequence applied to the experiment conditions in Integrated Laboratory of Harbin Engineering University, make a new improvement on the wave generator.
Based on lots of physical model tests of elastocoast, this paper gives the elastocoast's influence on wave reflectance, obtains roughness and osmotic coefficient analyzing the wave run-up on it, thus provides the reference for elastocoast revetment structure design. Through the arrangement of pressure-transducers on the two bottom surfaces of elastocoast, the model test obtains the data of surface wave pressure and undersurface wave pressure under the wave effects, and the paper analyzes the changing rule of wave factors and environment factors. In addition, the paper obtains the wave effect's attenuation degree on the two bottom surfaces of elastocoast revetment structure, as well as the pressure distribution and changing rule between regular wave and irregular wave.
波浪与护岸结构的相互作用是十分复杂的,物理模型试验就是研究这一课题的主要技术手段之一。根据相似准则,通过物理模型试验,可以有效的预测出护岸材料在波浪作用下工作状态。为科学研究提供重要的基础数据,并对实际工程有指导意义。
造波机是波浪水槽的重要设备,其工作的范围大小对波浪试验有重要影响。本文通过波浪模拟理论,运用比较流行的科学计算软件Matlab,编写适用于哈尔滨工程大学海岸综合实验室造波机的不规则波推程序列计算程序,对此次物理试验的造波机进行改进。
通过对碎石聚氨酯护岸材料进行大量的试验测试,本文给出了碎石聚氨酯护岸材料对波浪的反射率的影响,测定波浪在其表面的爬高,分析得出其糙率及渗透系数,对此种护岸结构的设计提供参考。通过对护岸结构在上下两个底面布置压力传感器,测得护岸结构在波浪作用下的表面波压力及底面扬压力的数据,并分析其与波浪因素及环境因素的变化规律。此外,通过对试验数据的分析,得出波浪作用在碎石聚氨酯护岸结构上下两面之间的衰减程度,在规则波与不规则波作用下的压力分布及变化规律。
With the rapid development of social economy, people pay more and more attention to protecting bank of coastal regions and riverbanks, so elastocoast revetment structure becomes one achievement of these concerns. As a new-type revetment material, elastocoast can effectively reduce the wave run-up on the bank slope, and lower the destructive effects of waves to the bank slope.
Physical model test is one of the main methods to research the complicated interaction between waves and revetment structures. According to the similarity criterion, the revetment materials'working state under the wave effects can be predicted by physical model tests. It provides important basic data for scientific research, and is of guiding significance for specimen engineering.
Wave generator is an important equipment of wave flume. Its scope of work size has important influence on the wave tests. This paper based on wave analog theory, using the popular science calculation software Matlab to compile irregular wave program sequence applied to the experiment conditions in Integrated Laboratory of Harbin Engineering University, make a new improvement on the wave generator.
Based on lots of physical model tests of elastocoast, this paper gives the elastocoast's influence on wave reflectance, obtains roughness and osmotic coefficient analyzing the wave run-up on it, thus provides the reference for elastocoast revetment structure design. Through the arrangement of pressure-transducers on the two bottom surfaces of elastocoast, the model test obtains the data of surface wave pressure and undersurface wave pressure under the wave effects, and the paper analyzes the changing rule of wave factors and environment factors. In addition, the paper obtains the wave effect's attenuation degree on the two bottom surfaces of elastocoast revetment structure, as well as the pressure distribution and changing rule between regular wave and irregular wave.
引文
[1]段文忠.河道治理与防洪工程.湖北科学技术出版社.2000,5
[2]刘刚.透水框架体水流特性及护岸应用试验研究[D].南京.河海大学.2006
[3]RWHemPhil.MEBrmael河渠护岸工程.北京.中国水利水电出版社.,2001,1
[4]刘黎明.邱卫民.许文年等.传统护坡与生态护坡比较与分析[J].三峡大学学报,2007,29(6)：529-530页.
[5]吴得文.福建省区域发展与空间结构研究[D].福州.福建师范大学硕士学位论文,2005.
[6]杨芸.论多自然型河流治理法对河流生态环境的影.四川环境,1999,18(1)：19-24页.
[7]王文野,王德成.城市河道生态护坡技术的探讨.吉林水利,2002(11)：24-26页.
[8]保洛·迪·皮特罗.上壤生物工程与生态系统.水利水电快报,2002,23(4)：32-33页.
[9]Gray D H, Sotir B R. Biotechnical and soil bioengineering slope stabilization:a practical guide for erosion control. Toronto:John Wiley&Sons,1996:180-182 P
[10]Sotir R B. Soil bioengineering experiences in North America. Barker D H. Vegetation and Slopes Stabilization, protection and ecology. London:Thomas Telford,1995: 190-201P.
[11]Brow F, Clark J. The west coast road in stlucia, an approach to slope stabilization. Barker D H. Vegetation and Slopes Stabilization, protection and ecology. London:Thomas Telford,1995.
[12]Andy G. Coir Rolls Combat Bank Erosion On Monmouthshire& Brecon Canal[J].British Waterways,2005,6:1-4P.
[13]Thyy V, Sobey I, Truong P.Canal And River Bank Stabilization For Protection Against Flash Flood And Sea Water Intrusion In Central Vietnam[R].Cantho City:Cantho Press, 2006,2:1-12P.
[14]史云霞.陈一梅.国内外内河航道护岸型式及发展趋势[J].水道港口,2007,28(4)：261-262页.
[15]屠毓敏.俞亚南.齿坎式护岸结构抗滑稳定性分析[J].土木工程学报,2000,33(5)：97-100页.
[16]沈欢.沈蓓蕾.张丽丽.上海市郊区河道整治中3种固土护坡草的效果.浙江农业科学,2009,4：685页.
[17]谢先坤.孔伟.仿木桩工艺在河道生态护坡中的应用及质量控制.上海水务,2001,21(1)：19页.
[18]王铁桥.许文年.叶建军.挖方岩石边坡绿化技术与方法探讨[J].三峡大学学报：自然科学版,2003,25(2)：101-104页.
[19]杜永柏.郭奔.尤先兵.喷射厚层基材植被护坡适应性应用研究[J].交通科技,2006(3)：70-72页.
[20]李燕君.刘宜海.边坡生态防护工程现状与可持续发展的探讨[J].[2005-06-07].http://co.163.com/fo-rum/content/1794-454731-1.htm.
[21]姚仕明、卢金友、周宜林.长江中下游护岸工程技术与防护效果研究.中国水利学会第三届青年科技论坛论文集：432-435页
[22]吴再法.宾网石笼护垫在护坡工程中的应用.甘肃水利水电技术,2009,45(8)：46-47页.
[23]于强.傅妮.新型护岸材料FORESHORE浆垫的分析与应用.水利水电技术,2001,11(32)：50-51.页
[24]张从联.钟伟强.江洧.惠来电厂护岸和灰堤波浪特性试验研究.水运工程,2005,(6)
[25]姚仕明.卢金友.两种护岸新材料的应用技术试验研究.泥沙研究,2006,4(2)：19-20.页
[26]姚仕明.卢金友.岳红艳.小颗粒石料护岸工程技术研究.泥沙研究,2007,6(3)：7页.
[27]吉红香.黄本胜.邱秀云等.植物护岸对波压力的影响试验研究.广东水利水电,2006,4(2)：17页.
[28]李松.代斌.柳淑学.景观护岸工程混合式直立圆筒结构断面设计与物理模型试验验证及优化.水运工程,2009,6(6)：8-9.页
[29]俞聿修 随机波浪及其工程应用[M]第一版 大连理工大学出版社,2000,100-111页
[30]Sorensen.R.M.Basic Wave Mechanics.For Coastal and Ocean Engineers, John Wiley and Sons,1993.
[31]Hiromaru Hirakuchi.et al. Application of a piston-type absorbing wave-maker to irregular wave experiments[J].Coastal Engineering,1990,33(1):82-89.P
[32]Peter Frigaard and Michael Brorsen.A time-domain method for separating incident and reflect irregular waves[J].Coastal Engineering,1995,24:P205-215.
[33]S.H.Salter(英国).吸收式造波机和宽式波浪槽[J].海岸工程,1996,15(4)：67-75页.
[34]张瑞波.港工波浪模拟设备的研究.天津.天津理工大学,2008.
[35]柳淑学等.无反射不规则波造波机系统的研究[J].水动力学研究与进展,2003,18(5)：532-539页.
[36]王崇贤.二维波浪水槽造波控制系统研究.天津,天津大学,2005年.
[37]柳淑学.吴斌.李木国.无反射不规则波造波机系统的研究.水动力学研究与进展,2003,9(5)：539页.
[38]殷伟.卢学军.储标.多个波高仪实现两点法分离合成波浪.港工技术,2007,8(4)：4页.
[39]娄洪恩.波高样本的采集及其经验分布.水利水运科学研究,1985,8(2).
[40]蒋念东.单片机在定时数据采集器上的应用.海洋技术,1991,12(4)：15.
[41]廖康明.林雨良.林中彬.近海遥测波浪仪的数据采集与处理.台湾海峡,1992,9(3)：268页.
[42]商雪.李树森.电动造波机的研究与设计.港工技术,2008,4(2)：28-29页.
[43杨志国.摇板式造波机性能实验研究.应用科技,2004,8(8)：13页.
[44]黄振兴.高军伟.官晟.基于Lab VIEW的摇板式造波机监控系统设计.青岛大学学报,2010,9(3)：1-2页.
[45]薛海.刘亚敏.邵宇.波浪数据采集系统的改进与应用.华北水利水电学院学报,1999,20(4)：4-5页.
[46]刘世萱.王孝坤.牟长青.新型波浪采集系统平台设计.海洋技术,2004,6(2)：90.
[47]孔丽丽.基于EtherCA丁波高数据采集系统的研究[D].大连,大连理工大学,2009.
[48]李玉柱.贺五洲工程流体动力学[M].第一版清华大学出版社,2006
[49]吴持恭.水力学下册[M].第三版.高等教育出版社,2003
[50]BIJLSMA, E. The elastocoast system, a study of possible failure meachanisms. [D] MSc Thesis, Delft University of Technology, Delft,2008
[51]BIJLSMA, E., ET AL Elastocoast pilots in the Netherlands, storm season 2007/2008[D]. Arcadis.Hoofddorp,2008.
[52]R.W.Sluijsmans.Analysis of wave impact on the Elastocoast system [D] MSc Thesis, Delft University of Technology, Delft,2009
[53]顾德华.碎石聚氨酯护坡应用的初步研究[J]中国科技论文线,2008
[54]闵美松.海洋波浪理论[M].第一版.哈尔滨船舶学院与海洋工程系,1991
[55]吴宋仁.海岸动力学[M].第二版.人民交通出版社1995：10-100页
[56]邱大洪.工程水文学下册·海岸水文[M].第二版人民交通出版社,1988
[57]张志显.虚拟仪器技术在水槽造波机控制系统中的应用研究[D].天津大学硕士学位论文,2006
[58]高杰.水槽无反射造波理论的研究和应用[D].天津大学硕士学位论文,2006
[59]路宽.实验室水槽造波控制系统的开发[D].天津大学硕士学位论文,2006
[60]徐绩青.波浪对斜坡作用力的研究[D].重庆交通学院硕士学位论文,2005
[61]廖可阳.波浪作用下GABION(格宾)护岸试验研究[D].长沙理工大学硕士学位论文,2008
[2]刘刚.透水框架体水流特性及护岸应用试验研究[D].南京.河海大学.2006
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[16]沈欢.沈蓓蕾.张丽丽.上海市郊区河道整治中3种固土护坡草的效果.浙江农业科学,2009,4：685页.
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[25]姚仕明.卢金友.两种护岸新材料的应用技术试验研究.泥沙研究,2006,4(2)：19-20.页
[26]姚仕明.卢金友.岳红艳.小颗粒石料护岸工程技术研究.泥沙研究,2007,6(3)：7页.
[27]吉红香.黄本胜.邱秀云等.植物护岸对波压力的影响试验研究.广东水利水电,2006,4(2)：17页.
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[47]孔丽丽.基于EtherCA丁波高数据采集系统的研究[D].大连,大连理工大学,2009.
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[49]吴持恭.水力学下册[M].第三版.高等教育出版社,2003
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[52]R.W.Sluijsmans.Analysis of wave impact on the Elastocoast system [D] MSc Thesis, Delft University of Technology, Delft,2009
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[58]高杰.水槽无反射造波理论的研究和应用[D].天津大学硕士学位论文,2006
[59]路宽.实验室水槽造波控制系统的开发[D].天津大学硕士学位论文,2006
[60]徐绩青.波浪对斜坡作用力的研究[D].重庆交通学院硕士学位论文,2005
[61]廖可阳.波浪作用下GABION(格宾)护岸试验研究[D].长沙理工大学硕士学位论文,2008