唐 雯， 胡 俊， 程永舟, 3, 胡有川

(1. 長沙理工大學(xué) 水利工程學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院, 湖北 武漢 430073； 3. 水沙科學(xué)與水災(zāi)害防治湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南 長沙 410004)

新型透空組合板式防波堤結(jié)構(gòu)型式及消浪特性分析

唐 雯1， 胡 俊2， 程永舟1, 3, 胡有川1

(1. 長沙理工大學(xué) 水利工程學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院, 湖北 武漢 430073； 3. 水沙科學(xué)與水災(zāi)害防治湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南 長沙 410004)

為提高透空式防波堤的消浪性能并減小結(jié)構(gòu)受力，在前人研究基礎(chǔ)上提出了一種新型透空組合板式防波堤，比較分析了該型式的防波堤(模型c)與另外兩種型式的防波堤(模型a和模型b)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。通過物理模型試驗(yàn)，探討了模型c在不同影響因素下的消浪特性，并對(duì)比分析了模型a與模型c的透射系數(shù)、反射系數(shù)和能量耗散系數(shù)在不同相對(duì)堤寬下的變化關(guān)系，比較了兩種模型的消浪效果。分析得出，由于模型c兼具開孔水平板式防波堤和開孔擋板式防波堤的作用，模型c的波浪反射小于模型a，消浪效果優(yōu)于模型a，且模型c這種結(jié)構(gòu)能有效減小防波堤結(jié)構(gòu)受力；當(dāng)模型寬度和相對(duì)間隙比同時(shí)較大時(shí)消浪效果更好，防波堤出水后的消浪性能要優(yōu)于淹沒狀態(tài)下的防波堤。

組合板式防波堤； 透射系數(shù)； 反射系數(shù)； 消浪特性

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)海洋防護(hù)工程建設(shè)的觀念也大有不同，如今的港口建設(shè)不僅需要防波堤具有防浪功能，還需要防波堤滿足海洋生態(tài)環(huán)境的要求。因此，研究消波性能好、安全穩(wěn)定且滿足環(huán)保要求的新型防波堤結(jié)構(gòu)已迫在眉睫。

國內(nèi)外學(xué)者通過理論分析和模型試驗(yàn)對(duì)板式防波堤和透空式防波堤做了一系列研究。1947年Ursell[1]研究了不同深度自由水面下單個(gè)插板式防波堤的波浪透射系數(shù)和繞射系數(shù)。Wiegel[2]繼續(xù)在Ursell的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，假設(shè)立板下波能不耗散，推導(dǎo)出了一定水深下的透射系數(shù)和反射系數(shù)的近似解析解。我國在1986年開始研究板式防波堤，邱大洪等[3]在國外有關(guān)成果的基礎(chǔ)上研究了單板式防波堤的消浪性能，奠定了我國板式防波堤研究的基礎(chǔ)。王科等[4-5]通過模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬，分析了單層擋板結(jié)構(gòu)防波堤的消浪性能和波浪力荷載的影響因素。王國玉[6]采用模型試驗(yàn)研究了多層水平板型防波堤結(jié)構(gòu)消浪特性，并分析了多層水平板型防波堤結(jié)構(gòu)消波性能的影響因素，發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)型式的防波堤消浪效果較好。唐琰林[7]通過數(shù)值模擬研究了雙層板式防波堤的消波性能和受力特點(diǎn)。Koutandos等[8]結(jié)合國內(nèi)外研究成果，對(duì)透空箱式防波堤結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，并對(duì)比了透空箱式防波堤后方有無間隙豎直板情況下的水動(dòng)力特性。王彥哲[9]在前人研究基礎(chǔ)上將管群式防波堤水平圓柱群與底部的沉箱組成了透空式防波堤，并利用物理模型試驗(yàn)研究了此種類型防波堤消浪特性的影響因素。董霞[10]將透空堤兩側(cè)擋板延伸至泥面高程得到直立堤，兩側(cè)沒有擋板時(shí)得到樁基無擋板透空堤，并利用物理模型試驗(yàn)研究了這3種防波堤的波壓力，得到了這3種防波堤的波壓力特性。

本文提出的組合板式防波堤是將豎直擋板結(jié)構(gòu)與水平擋板結(jié)構(gòu)相結(jié)合而成的一種新的防波堤結(jié)構(gòu)型式。將預(yù)制板裝配式防波堤、透空格柵板式防波堤與本文提出的新型透空組合板式防波堤進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，通過比較各防波堤的結(jié)構(gòu)型式特點(diǎn)，分析了模型c的反射系數(shù)和透射系數(shù)隨防波堤結(jié)構(gòu)參數(shù)以及堤頂相對(duì)潛深的變化關(guān)系，并對(duì)比分析了相對(duì)堤寬對(duì)模型a和模型c的消浪性能的影響，為今后實(shí)際工程應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 結(jié)構(gòu)型式比較

1.1 各模型介紹

谷文強(qiáng)[11]對(duì)前人的模型進(jìn)行改進(jìn)， 在上下板上開孔，提出了開孔雙層水平板式防波堤，雖然這種型式的防波堤能有效消能并減小上下板受力，但是僅對(duì)上下板的表面開孔仍然不能有效減小防波堤結(jié)構(gòu)受力。王晶等[12]在雙層水平板式防波堤上改進(jìn)并提出了預(yù)制板裝配式防波堤(模型a)，該結(jié)構(gòu)由雙層開孔板、前開孔擋板、后實(shí)體擋板組成，上下板之間錯(cuò)開布置，在前后擋板之間形成一個(gè)消浪室，消浪室用樁基支撐(如圖(1)模型a，其中1為樁基礎(chǔ)，2為下橫梁，3為單個(gè)預(yù)制板，4為上橫梁)。該結(jié)構(gòu)減小了單個(gè)板在順?biāo)鞣较蜷L度，增加了板在順?biāo)鞣较虻膫€(gè)數(shù)，針對(duì)不同的使用條件通過調(diào)節(jié)板在順?biāo)鞣较虻膫€(gè)數(shù)、間距及上下雙層板之間的間距，達(dá)到需要的消浪效果。但是考慮到預(yù)制板裝配式防波堤結(jié)構(gòu)上下板的有效作用有限，程永舟等[13]在模型a的基礎(chǔ)上提出了新型三層格柵板式防波堤結(jié)構(gòu)(如圖(1)模型b)，模型b相對(duì)于模型a在上下板中間增加了中層板，模型b上板在自由水平面，中板和下板有一定潛深，預(yù)制板之間存在一定寬度的空隙，且在背浪面有實(shí)體擋板阻擋波浪繼續(xù)傳播。有學(xué)者從破壞波浪水質(zhì)點(diǎn)水平方向和垂直方向運(yùn)動(dòng)軌跡的角度出發(fā)，研究了一些新的防波堤結(jié)構(gòu)型式，即將垂直擋板結(jié)構(gòu)與水平板結(jié)構(gòu)相結(jié)合形成組合板式防波堤。本文提出的模型c就是結(jié)合前人研究成果提出的新型透空組合板式防波堤，該結(jié)構(gòu)由多個(gè)開孔工字預(yù)制板組成(如圖(1)模型c所示)。該模型由雙層水平板、多排擋板和開孔豎直擋板組成，工字預(yù)制板翼板按一定間隙組成的雙層水平板和多排擋板能使波浪傳播變形并反射波浪來達(dá)到消能效果，翼板的間隙排列方式還能有效減小波浪浮托力，在工字預(yù)制板腹板上開孔還能減小結(jié)構(gòu)受力面積。綜上，模型c有望在保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的情況下提高消浪性能。

圖1 防波堤結(jié)構(gòu)Fig.1 Sketches of breakwaters

1.2 各結(jié)構(gòu)型式對(duì)比分析

防波堤的消浪性能與結(jié)構(gòu)型式有較大關(guān)系，現(xiàn)在對(duì)各模型的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行比較。

相同點(diǎn)：①3種模型均為透空式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能有效減小結(jié)構(gòu)的受力面積，并能使波浪在結(jié)構(gòu)內(nèi)部相互碰撞從而達(dá)到能量耗散的目的，有利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。②3種模型均具有多層水平板結(jié)構(gòu)，模型a為雙層水平板結(jié)構(gòu)，模型b為三層水平板結(jié)構(gòu)，模型c兼具上下水平板和豎直板結(jié)構(gòu)。③3種模型均為有間隙的預(yù)制板組成，有間隙的預(yù)制板能使入射波在堤前耗散，并使波浪變形甚至破碎。④3種背浪面均為實(shí)體擋板，能阻擋波浪的繼續(xù)傳播，并使已進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水體與傳至防波堤的水體紊動(dòng)加劇形成渦流使得波能耗散。

不同點(diǎn)：①相對(duì)于模型a，模型b在上下板之間加上中層板之后能加大對(duì)進(jìn)入防波堤內(nèi)部的波浪耗散，因此對(duì)水體的控制效果更好。②相對(duì)于模型a和模型b，模型c兼具開孔水平板式防波堤和開孔擋板式防波堤的作用。③模型c在豎直板上開孔，當(dāng)波浪入射時(shí)，結(jié)構(gòu)在堤前能反射一部分波能，波浪通過開孔時(shí)耗散一部分波能，進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)的水體被消浪室多次反射而消能，減小了結(jié)構(gòu)受力，有利于防波堤的安全與穩(wěn)定。④相對(duì)于模型a和模型b只有較少的消浪室，模型c中豎直板與水平板相互交疊使得模型c有多個(gè)消浪室，優(yōu)化了模型c的消浪效果。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備及儀器

本次物理模型試驗(yàn)在長沙理工大學(xué)港工廳的波浪水槽中進(jìn)行，該水槽長40 m、寬0.5 m、高0.8 m，工作水深0.2～0.6 m。水槽的一端安裝有大連理工大學(xué)海岸與近海工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的液壓式造波機(jī)，可產(chǎn)生單向規(guī)則波、不規(guī)則波；水槽另一端安裝有消能網(wǎng)，能減少波浪反射。波浪的采集儀器是加拿大RBR有限公司研制的電容式浪高儀，該浪高儀型號(hào)為WG-50 ，精度0.4%，探測高度0.1～0.2 m，線性度0.2%，反饋時(shí)間2 ms。

2.2 模型參數(shù)及試驗(yàn)條件

試驗(yàn)按照重力相似準(zhǔn)則進(jìn)行，綜合考慮試驗(yàn)儀器精確度、造波機(jī)能力等因素來確定試驗(yàn)參數(shù)。防波堤模型a由迎浪面的有間隙預(yù)制板、背浪面的實(shí)體擋板和上下部有間隙預(yù)制板組成，模型b在模型a的上下板之間增加了中層板，模型a和模型b中單個(gè)預(yù)制板尺寸為：長×寬×高=0.50 m×0.05 m×0.01 m，模型c由多個(gè)腹板開孔的工字板按一定的間隙組裝而成，單個(gè)工字板的尺寸為：長×寬×高=0.50 m×0.05 m×0.12 m，工字板的腹板和翼板厚度均為0.01 m。

試驗(yàn)水深d=0.36～0.44 m，入射波高H=0.08～0.14 m，入射波周期T=1.0～1.6 s，防波堤模型寬度B=0.23～0.60 m。預(yù)制工字板翼板間隙j的變化范圍是0.01～0.04 cm，預(yù)制工字板的開孔率分別為40%,50%,60%。此外，通過固定水深d=0.4 m，調(diào)節(jié)防波堤堤頂高度來研究防波堤堤頂潛深h對(duì)防波堤消浪性能的影響。模型試驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

表1 物理模型試驗(yàn)參數(shù)Tab.1 Physical model experiment parameters

考慮水槽的尺寸、造波機(jī)的造波能力以及試驗(yàn)儀器測量精確度，防波堤模型固定在波浪水槽中間偏后的地方，距離波浪水槽前端造波機(jī)推板約為22 m，本次試驗(yàn)一共布置了6個(gè)浪高儀(圖2)，模型前布置1#，2#，3#，4#；1#浪高儀用以測定防波堤模型前入射波高，2#，3#，4#浪高儀用于測量防波堤模型前合成波高，5#，6#浪高儀用于測量防波堤后透射波高。1#浪高儀布置在距離波浪水槽前端造波機(jī)推板約為10 m，4#浪高儀距離防波堤模型前端2.0 m，3#和4#浪高儀、2#和3#浪高儀的間距均為0.40 m；5#浪高儀布置在防波堤模型后2.0 m處，5#和6#浪高儀間距為1.0 m，試驗(yàn)數(shù)據(jù)全部由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集和處理，每次試驗(yàn)待水面平靜后開始造波，當(dāng)波浪平穩(wěn)后開始采集，浪高采集頻率為51.2 Hz。

圖2 試驗(yàn)布置Fig.2 Sketch of experiment plan

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過5#浪高儀所測的波浪歷時(shí)曲線，處理后得到透射波高。根據(jù)2#和3#浪高儀所測的波浪歷時(shí)曲線，通過Goda等的[14]兩點(diǎn)法分離出入射波高和反射波高，從而求出透射系數(shù)Kt和反射系數(shù)Kr。反射系數(shù)為反射波高與入射波高的比值，可表示為：Kr=Hr/Hi，其中，Hr為反射波高；Hi為入射波高。透射系數(shù)為堤后波高與入射波高的比值，Kt=Ht/Hi，其中，Ht為堤后波高。

3.1 新型透空組合板式防波堤(模型c)消浪效果分析

3.1.1防波堤結(jié)構(gòu)參數(shù)相對(duì)間隙比和寬度對(duì)模型c消浪效果影響 取水深d=0.4 m，波高H=0.1 m，周期T=1.0，1.2，1.4，1.6 s，間隙j=0.01 m，研究新型透空組合板式防波堤受堤寬變化的影響程度。圖3(a)顯示，固定j/L不變時(shí)(此處L為入射波長)，透射系數(shù)隨著模型寬度的增大而減小，當(dāng)防波堤寬度B為0.23和0.35 m時(shí)，可以看到透射系數(shù)基本大于0.5，說明當(dāng)防波堤寬度較小時(shí)，至少有50%的波浪會(huì)越過防波堤，當(dāng)防波堤過短時(shí)，結(jié)構(gòu)只能阻擋一小部分波浪，隨著防波堤寬度的增加，結(jié)構(gòu)與波浪相互作用的面積也增大，從而提高了防波堤對(duì)波浪的消能效果；固定B不變時(shí)，透射系數(shù)隨相對(duì)間隙比的增大而減小，說明相對(duì)間隙比的增加能加大防波堤內(nèi)部水體紊動(dòng)并使內(nèi)部波浪變形并破碎來達(dá)到消能目的，j/L變大，即波長變小，說明當(dāng)?shù)虒捯欢〞r(shí)，此種型式的防波堤對(duì)短周期波消浪效果更好，并且當(dāng)模型寬度越大時(shí)，透射系數(shù)隨相對(duì)間隙比的變化幅度越大，說明當(dāng)模型寬度較小時(shí)，增加相對(duì)間隙比也只能消去一部分波能，只有當(dāng)模型寬度和相對(duì)間隙比同時(shí)較大時(shí)防波堤的消浪效果最好。

取水深d=0.4 m，波高H=0.1 m，周期T=1.0，1.2，1.4，1.6 s，防波堤寬度B=0.6 m，間隙j=0.01，0.02，0.03，0.04 m，研究新型透空組合板式防波堤受相對(duì)間隙比變化的影響程度。從圖3(b)可以看出，透射系數(shù)隨相對(duì)間隙比的增加而急劇減小，并且j/H越小，減小的幅度越大，說明防波堤消能效果與相對(duì)間隙比有很大關(guān)系，j/H一定，j/L越大，消浪效果越好。從圖中還能發(fā)現(xiàn)，j/H為0.1和0.2時(shí)，透射系數(shù)基本相同，但j/H=0.1和0.4時(shí)透射系數(shù)相差較大，j/H增大，即預(yù)制板間隙增大，說明當(dāng)預(yù)制板間隙在一定范圍內(nèi)增加時(shí)對(duì)消能效果影響不大；但當(dāng)預(yù)制板間隙增大到一定程度后，進(jìn)入防波堤內(nèi)部的水體也變多，消能效果變差。

圖3 防波堤結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)Kt的影響Fig.3 Effect of B and j/L on Kt

3.1.2堤頂相對(duì)潛深h/d對(duì)模型c透射、反射系數(shù)的影響 取水深d=0.4 m，波高H=0.1 m，周期T=1.0～1.6 s，波長L=1.46～2.84 m，通過改變堤頂潛深h來研究h/d對(duì)防波堤透射系數(shù)和反射系數(shù)的影響。從圖4發(fā)現(xiàn)，透射系數(shù)隨相對(duì)潛深的增大而增大，反射系數(shù)隨相對(duì)潛深的增大而減小。H/L=0.035，0.038，0.042和0.046時(shí)，4條曲線的透射系數(shù)隨相對(duì)潛深變化的幅度較平緩，且這4條曲線的透射系數(shù)也比較接近。當(dāng)H/L從0.052增大到0.068時(shí)，這3條曲線中的透射系數(shù)隨相對(duì)潛深變化的幅度較大，反射系數(shù)隨相對(duì)潛深的變化規(guī)律與透射系數(shù)基本相反。說明防波堤堤頂相對(duì)潛深越大消浪效果越弱，這是因?yàn)楫?dāng)模型高于水面時(shí)，由于有水平擋板和豎直擋板的存在能加大波浪的堤前反射，并且防波堤的出水高度越大波浪越過防波堤繼續(xù)傳播的難度也越大，大部分波浪將無法越過堤頂而被擋板反射回去。當(dāng)?shù)添斞蜎]時(shí)，一部分波浪在防波堤上方破碎，但絕大部分波浪會(huì)越過結(jié)構(gòu)繼續(xù)傳播，所以波浪的反射系數(shù)小透射系數(shù)大。當(dāng)H/L= 0.068時(shí)，隨著相對(duì)潛深的增大透射系數(shù)也基本在0.15附近，說明此模型對(duì)短周期波消浪效果良好，當(dāng)H/L=0.068時(shí)，透射系數(shù)也基本在0.5左右，說明新型透空組合板式防波堤對(duì)較長周期波也有較好的消波效果。

圖4 堤頂相對(duì)潛深h/d對(duì)Kt，Kr的影響Fig.4 Effect of h/d on Kt and Kr

3.2 模型間透射、反射、能量耗散系數(shù)影響因素分析比較

在相同入射波要素條件下，將本文的新型透空組合板式防波堤結(jié)構(gòu)(模型c)與王晶等[12]提出的新型透空板式防波堤結(jié)構(gòu)(模型a)的消浪性能進(jìn)行比較。圖5給出了4種不同入射波高情況下，相對(duì)堤寬B/L對(duì)兩種結(jié)構(gòu)的透射系數(shù)Kt、反射系數(shù)Kr、能量耗散系數(shù)Kl的影響。實(shí)線為模型c，虛線為模型a。

圖5(a)表明兩種模型的透射系數(shù)隨相對(duì)堤寬的改變都變化較大，透射系數(shù)均隨相對(duì)堤寬的增加急劇減小，相對(duì)于模型a，模型c透射系數(shù)的變化更加顯著。固定相對(duì)堤寬B/L=0.352，入射波高H=0.08，0.10，0.12，0.14 m時(shí)，模型c的透射系數(shù)明顯小于模型a的透射系數(shù)。相對(duì)堤寬B/L變化即為波長L改變，兩種模型的透射系數(shù)均隨波長增加而增大，說明兩種模型均對(duì)較短周期波消浪效果更好。從圖5(a)可以看出，模型a與模型c的透射系數(shù)始終小于0.5，這表明兩種模型至少能消去50%的波浪。當(dāng)相對(duì)堤寬B/L=0.4時(shí)，模型c的透射系數(shù)為0.07，此時(shí)僅有小部分波浪通過。觀察模型c的圖像還能發(fā)現(xiàn)，當(dāng)H=0.08，0.10，0.12時(shí)，透射系數(shù)隨著波高的增大而增大，說明波高在某一范圍內(nèi)越大越容易越過防波堤進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，但是當(dāng)H=0.14時(shí)的透射系數(shù)反而比H=0.10的透射系數(shù)要小，這是由于當(dāng)波高達(dá)到一定高度時(shí)波浪就會(huì)在堤前自行破碎。

圖5(b)可以看出，兩種模型的反射系數(shù)均有隨相對(duì)堤寬的增加先減小后增大的趨勢(shì)，且模型c的反射系數(shù)始終小于模型a的反射系數(shù)。由于模型a只有前后水平擋板反射波浪消能，模型c加上了豎直擋板，兼具水平板式和垂直板式的作用，波浪在遇到防波堤后水體沿原運(yùn)動(dòng)軌跡反向運(yùn)動(dòng)，一部分波浪沿原軌跡繼續(xù)傳播，一部分波浪通過豎直擋板時(shí)將會(huì)被反射，水平有間隙的預(yù)制板可以使入射波波長變短甚至破碎從而進(jìn)一步消散波能，所以相對(duì)于模型a而言，模型c在堤前反射的波能更大。從圖中還能看出，反射系數(shù)隨著波高的增大而減小，這一規(guī)律恰好與透射系數(shù)相反，當(dāng)波高較小時(shí)，很大一部分波能被擋板反射回去；當(dāng)波高較大時(shí)波浪便越過防波堤進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，所以反射系數(shù)變小。

對(duì)比圖5(c)兩種模型的能量耗散系數(shù)變化曲線，可以看出，隨著相對(duì)堤寬的變化，兩種模型的能量耗散系數(shù)變化較大。模型a的能量耗散系數(shù)隨相對(duì)堤寬的增大先增加后減小，而模型c的能量耗散系數(shù)隨相對(duì)堤寬的增大而一直呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，且模型c的能量耗散系數(shù)始終大于模型a，這說明模型c消浪性能更佳。

對(duì)比模型a，c的透射系數(shù)、反射系數(shù)和能量耗散系數(shù)來看，模型c的透射系數(shù)和反射系數(shù)均小于模型a，而能量耗散系數(shù)始終大于模型a。從圖5(c)可發(fā)現(xiàn)模型a的能量耗散系數(shù)受波高影響變化顯著，這說明模型a受波高影響更大。模型c的能量耗散系數(shù)始終大于模型a，當(dāng)B/L=0.4時(shí)，模型c的能量耗散系數(shù)約為0.96，此時(shí)很大一部分波能已經(jīng)被消去，說明模型c的消波性能更好。

圖5 兩種模型的透射系數(shù)Kt，反射系數(shù)Kr和能量耗散系數(shù)Kl隨相對(duì)堤寬B/L的變化關(guān)系Fig.5 Variation of Kt， Kr and Kl with B/L

4 結(jié) 語

本文對(duì)比了3種防波堤的結(jié)構(gòu)型式特點(diǎn)，探討了新型透空組合板式在不同影響因素下的消浪特性，并對(duì)比分析了其中兩種模型的透射系數(shù)、反射系數(shù)和能量耗散系數(shù)在不同相對(duì)堤寬B/L下的變化關(guān)系。

(1)本文提出的新型透空組合板式防波堤(模型c)相對(duì)于另外兩種模型的水平板結(jié)構(gòu)來說，模型c同時(shí)具有水平擋板和豎直擋板的作用，開孔豎直擋板的存在有效減小了防波堤前波浪反射并減小了結(jié)構(gòu)受力。由于模型c有豎直板的存在，豎直板與水平板相互交疊使得模型c有多個(gè)消浪室，優(yōu)化了模型c的消浪效果。

(2)分析模型c的試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)模型寬度和相對(duì)間隙比同時(shí)較大時(shí)消浪效果最好，模型寬度B越大，模型c的消浪效果越好。相對(duì)間隙比在一定范圍內(nèi)增加時(shí)模型c消浪效果也越好，但預(yù)制板間隙增大到一定程度后，進(jìn)入防波堤內(nèi)部的水體變多，消浪效果反而變差。堤頂相對(duì)潛深的大小對(duì)結(jié)構(gòu)消波特性也有很大影響，結(jié)構(gòu)淹沒深度越大，消浪特性越差；結(jié)構(gòu)出水高度變大，消浪性能變好且結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。

(3)對(duì)比模型a與模型c的消浪特性發(fā)現(xiàn)，兩種模型均對(duì)較短周期波的消浪效果更好。在不同的波浪參數(shù)影響下，模型c的反射系數(shù)始終小于模型a的反射系數(shù)，且模型c的能量耗散系數(shù)始終大于模型a的能量耗散系數(shù)，說明模型c這種結(jié)構(gòu)型式能反射更多波能，消能效果更好。

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Analysisofstructureandwavedissipationcharacteristicsofanewtypeofperforatedcompositeplatebreakwater

TANG Wen1， HU Jun2， CHENG Yongzhou1, 3， HU Youchuan1

(1.SchoolofHydraulicEngineering,ChangshaUniversityofScience&Technology,Changsha410004,China; 2.CollegeofPostandTelecommunication,WuhanInstituteofTechnology,Wuhan430073,China; 3.KeyLaboratoryofWater-SedimentSciencesandWaterDisasterPreventionofHunanProvince,Changsha410004,China)

In order to improve the wave dissipation performance of perforated breakwater and to reduce the stress of the structure, a new type of perforated composite plate type breakwater (Model c) is proposed. The structural features of the breakwater (Model c) are analyzed by comparison with the other two types of breakwaters (Models a and b) . The physical model test is carried out to study the wave dissipation characteristics under different influence factors. The comparative analysis of transmission coefficients, reflection coefficients and energy dissipation coefficients of Model a and Model c is made, under different relative structure widths. And the wave absorbing effects of Models a and c are compared. The results indicate that Model c has the function of both the opening horizontal plate type breakwater and the perforated baffle type breakwater; the wave reflection of Model c, with a better wave dissipation effect, is smaller than that of Model a, and the structure of Model c can effectively reduce the force acting on the breakwater structure. When the width and the relative clearance ratio of the model are both large, the wave dissipation effect is better, and the wave dissipation performance of the breakwater in the unsubmerged state is better than that in the submerged state.

composite plate breakwater; transmission coefficient; reflection coefficient; wave dissipation characteristic

U656.2

A

1009-640X(2017)05-0037-08

10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.05.006

唐雯， 胡俊， 程永舟， 等. 新型透空組合板式防波堤結(jié)構(gòu)型式及消浪特性分析[J]. 水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào), 2017(5): 37-44. (TANG Wen, HU Jun, CHENG Yongzhou, et al. Analysis of structure and wave dissipation characteristics of a new type of perforated composite plate breakwater[J]. Hydro-Science and Engineering, 2017(5): 37-44. (in Chinese))

2016-09-13

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41176072,51679015)； 交通運(yùn)輸部應(yīng)用基礎(chǔ)項(xiàng)目(2012-329-825-160)

唐 雯(1993—), 女， 湖南衡陽人， 碩士研究生， 主要從事河流海岸動(dòng)力學(xué)研究。

E-mail: 514953062@qq.com 通信作者： 程永舟(E-mail: chengyongzhou@163.com)