港海专业实验讲义.PDFVIP

港海专业实验讲义 大连理工大学土木水利实验教学中心 港口航道与海岸工程实验室 2010 年 9 月 - 1 - 概 述 港口、海洋工程建筑物一般位于近海地区，经常受到波浪、水流等海岸动力 因素的作用。因此，在港口建设中规划其平面布置、设计各种海洋工程建筑物、 防浪建筑物时，都必须掌握海洋动力因素的变化规律，预计可能发生的对建筑物 的作用力。 研究解决此类问题，一般采用数学模型和物理模型两种方法。所谓数学模型 是将描写原体各量的关系数学表达式，进行数学计算的一种方法，它与物理模型 相比，设备简单，变换条件容易，节省人力和经费等优势；但由于有些实际工程 问题，所涉及到的自然现象和边界条件比较复杂，由此带来的计算技术方面的问 题是相当困难和复杂的，有时甚至一时无法计算。而物理模型则不同，它是将原 型有关的动力因素，根据相似原理，通过比尺的缩小，使原型有关现象在模型中 复演，比较直观，以便进行研究。 一、模型试验的目的 港口、海洋建设工程设计时，常产生一些问题，因在理论研究时，不可能完 全考虑复杂和多变的自然条件，所以在海岸建筑物的总体布置及建筑物的结构设 计中，常用实验室和现场实验的方法对某些问题进行研究。通过模型试验可以解 决下列问题： 1.对于难以计算的问题，提供设计依据 生产、设计和科研中提出的一系列问题，有许多问题现在还不能用计算分析 的方法解决，而必须用模型试验的方法，为设计提供依据。 2.验证应用理论的正确性 港口、海洋工程中的某些问题，可以用有关的理论来求解，但为了验证该理 论在某问题中的应用是否合适，可以用模型试验来验证，以直观的看出是否合适。 3.寻找规律，发现理论的解答 通过模型试验对自然界中所发生的各种现象进行研究，将各种试验资料累积 总结，人们就进一步掌握客观规律。如在防波堤等建筑物的波浪力计算中，所提 供的半理论经验公式，就是通过大量的试验资料分析而得。 4.配合数值计算解决问题 港口、海洋工程中的问题，有些可以应用计算机通过数值计算予以解决，但 计算中的某些参数，有时又难于确定，这样可通过物理模型试验确定有关参数， 供数值计算时应用。 另外，数值计算中的边界条件，可由物理模型试验提供，如各种边坡的反射 系数等。在应用物理模型与数学模型共同解决某一问题时，也可由数值计算给物 理模型试验提供边界条件。 - 2 - 总之，港口、海洋工程的模型试验为生产的发展和科学研究提供了依据，但 我们也应看到模型试验也有它的局限性，如做较大海湾的整体模型试验，考虑到 水本身的特性及比尺效应的影响，模型比尺不能取得太小，若取用合适比例则水 池可能放不下，这时就要考虑与数值计算相匹配合来进行研究。因此有些问题的 研究，需要物理模型、数值计算和现场观测相结合，才能使问题得到圆满解决