[发明专利]海岸工程STEM波生成与测试方法

说明书

本发明提供了一种海岸工程中直立式海洋结构物前STEM波的生成与测试方法。通过该方法对STEM波沿直立式结构物传播特性进行研究，分析不同入射角度与STEM波之间的关系，分析波浪在建筑物沿程波高、波谱形态、波周期等变化规律，分析结构物周围波浪场分布情况。该方法通过一系列不同组合的试验，可确定结构物前波高情况和结构物周围波浪长分布，是解决工程出现STEM波问题最科学合理的方法，为设计最为科学、经济、合理的海洋结构物提供技术支持和参考依据。

技术领域

本发明涉及一种海岸工程中STEM波的生成与测试方法，尤其用于直立式海洋结构物前STEM波的生成与测试方法。

背景技术

在海岸工程领域中，波浪反射指波浪在传播过程中与建筑物或其他障碍物相遇时从物体边界上产生出的反向传播现象。与几何光学的反射定律相同，波浪的入射角等于反射角。但在海工物理模型试验及实际工程应用中表明：当波浪与铅直障壁以小于某临界角度入射时，并不完全遵循反射定律被直墙反射，此时建筑物周围波浪场分布变化剧烈，波能迅速集中，沿程传播的波高及影响范围增大，形成STEM波。这与超音速流体力学中马赫反射现象相似：激波沿一固态边缘传导时，激波撞击所形成沿边缘的流场会产生一个二次反射激波，使该流场会平行于边缘。

STEM波的传播变化规律可通过物理模型试验和数学模型研究。通过以往的研究成果可知：STEM波发生时，沿程波高逐渐增大，甚至可达入射波高的两倍以上，这会对设计中确定码头面高程、防浪结构越浪量及稳定性的控制带来很大的问题。此外，我国现有港口工程大部分选址位于近岸区，波高较小水深较浅，防浪建筑物多与来浪方向垂直或夹角较小；随着港口工程面向海洋、面向深水发展，防浪建筑物布置形式与波浪情况日趋复杂，STEM波现象越来越多出现在工程中。因此，对STEM波的生成和测试是一个亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种海岸工程中直立式海洋结构物前STEM波的生成与测试方法。通过该方法对STEM波沿直立式结构物传播特性进行研究，分析不同入射角度与STEM波之间的关系，分析波浪在建筑物沿程波高、波谱形态、波周期等变化规律，分析结构物周围波浪场分布情况。该方法通过一系列不同组合的试验，可确定结构物前波高情况和结构物周围波浪长分布，是解决工程出现STEM波问题最科学合理的方法，为设计最为科学、经济、合理的海洋结构物提供技术支持和参考依据。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种海岸工程STEM波生成方法，包括如下步骤：

步骤A，布置STEM波生成的试验模型：试验箱内的一侧设有若干个造波机，造波机朝试验箱内相对的一侧输送波浪，试验选取直立结构物作为试验对象，直立结构物设有若干个，并排为一组，直立结构物与造波机之间为一斜坡，直立结构物位于下游位置，一组直立结构物与斜坡的坡顶边坡线相互垂直，试验中通过设定造波机来设置波浪与直立结构物的入射角度为0°， 5°，10°，15°，20°，25°，30°，35°，40°和45°，以形成试验所需的STEM波；

步骤B，传感器布置：直立结构物的前方水域均布有若干个波高传感器；

步骤C，STEM波的原始入射波浪的形成：原始入射波浪由电机伺服驱动推板吸收式造波机形成，可以产生规则波与不规则波。

进一步，所述步骤A中，直立结构物一组设有12个。

进一步，所述步骤B中，直立结构物的前沿水域部分均匀布置21个波高传感器，间距0.40m，在前沿水域部分的正前方为沉箱前方水域部分，均匀布置66个波高传感器，呈11*6矩阵布置，间距0.80×0.40m，沉箱前方水域部分的长度等于前沿水域部分的长度。

进一步，所述直立结构物为直立式沉箱，直立式沉箱的上端的边缘固定有胸墙，一组直立式沉箱的胸墙一字对齐，胸墙的纵截面为直角梯形结构，其倾斜面朝向沉箱前沿水域部分。

进一步，所述步骤A中，斜坡的坡度为1/40。