[发明专利]一种波-流环境耦合试验系统

说明书

本发明提供一种波‑流耦合试验系统，包括：两个蓄水池、试验水槽、造流平台、造流装置、位于试验水槽内的造波装置和消波板，其特征在于，两个蓄水池一个是主蓄水池，一个是L形蓄水池，造流平台置于L形蓄水池的靠内一侧，通过造流平台和第一竖向挡板形成L形蓄水池，在造流平台上设置有开设有口的第二竖向挡板，造流装置置于两个竖向挡板之间的造流平台上，其出口连通到第二竖向挡板上的开口处；试验水槽的底部高于主蓄水池，一侧与主蓄水池相连通，另一侧与造流平台相连通，在试验水槽底部靠中间位置留有开口区域，在所述开口区域布置用于波‑流耦合试验的试验台；两个蓄水池的下部通过连通管相连通。本发明能够实现波浪‑水流耦合作用的模拟。

技术领域

本发明主要涉及土木和水利工程学科防震减灾领域，具体而言，是涉及一种波-流环境耦合试验系统。

背景技术

2018年，地震工程领域首个国家重大科技基础设施—大型多点地震工程模拟研究设施，由天津大学牵头建设。该装置总建筑面积预计达7.7万平方米，建设周期为5年，建设完成后，将为世界重大工程的抗震研究提供有效平台。基于此，一些海上长大结构(如：跨海大桥、海上平台和大型水电站等)，往往承担着重要的经济和社会功能。当地震和海啸等极端灾害发生时，我们不仅需要保证结构的安全性，还要保证结构功能的正常使用性。因此，为了提供更加科学可靠的试验分析，必须要考虑到复杂的环境因素对于海上长大结构的影响。其复杂之处在于，需要考虑波浪-水流环境耦合因素：波浪是水质点的振动引起的能量传递，水流是水质点的运动位移产生的冲击作用，分别属于不同的荷载，我们需要同时考虑到它们对于结构的影响。

但是，随着工程技术水平的发展和人们对于结构安全性要求的提升，现有的的试验方法只考虑单一的外部因素影响，已经不能满足一些海上长大结构的计算分析。当地震或者海啸发生时，只考虑波而忽略了流的作用，这样不能充分考虑环境耦合激励；若只考虑流而不考虑波的作用，又会低估环境对结构的作用，因而带来安全隐患。所以，基于海上环境因素的复杂性，此类长大结构需要同时考量在多种因素(波浪和水流耦合)作用下的地震研究分析，以及考量在各种极端条件下的结构安全性分析。

因此，我们必须要考虑到环境因素(波浪和水流耦合)作用对于海上长大结构的影响。考量波-流环境耦合作用，充分考虑环境耦合激励，对于分析海上结构在一些极端灾害条件下的安全性，具有重要意义。

发明内容

本发明为了考虑复杂的环境因素对于海上长大结构的安全性分析的影响，提供了一种波-流环境耦合试验系统。该系统能够同时考量结构在波-流环境耦合作用下的动力分析，提供更加科学可靠的试验分析。本发明采取以下技术方案：

一种波-流耦合试验系统，包括：两个蓄水池、试验水槽、造流平台、造流装置、位于试验水槽内的造波装置和消波板，其特征在于，两个蓄水池一个是主蓄水池，一个是L形蓄水池，造流平台置于L形蓄水池的靠内一侧，通过造流平台和第一竖向挡板形成L形蓄水池，在造流平台上设置有开设有口的第二竖向挡板，造流装置置于两个竖向挡板之间的造流平台上，其出口连通到第二竖向挡板上的开口处；

所述试验水槽的底部高于主蓄水池，一侧与主蓄水池相连通，另一侧与造流平台相连通，在试验水槽底部靠中间位置留有开口区域，在所述开口区域布置用于波-流耦合试验的试验台；两个蓄水池的下部通过连通管相连通；

造波装置和消波板分别位于试验水槽的两边，所述消波板包括消波前板和消波后板，两者上面间隔设置有开孔，且两者的开孔呈现交错布置；

在所述造流平台上设计从造流装置到试验水槽的八字形开口的稳流段，水流流入试验水槽时避开分别位于试验水槽的两边的造波装置和消波板，以将造流装置产生的水流均匀扩散到所需试验区域，防止水流直接冲击造波装置和消波板。

本发明具有的优点和积极效果是：

一)本系统能够实现对于结构在波浪-水流环境耦合作用下的研究。