滑坡涌浪對(duì)高樁碼頭船舶撞擊力的影響

王平義，韓林峰，喻濤，孟彩霞

(1.重慶交通大學(xué) 國家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心，重慶 400074； 2.重慶交通大學(xué) 省部共建水利水運(yùn)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400074)

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滑坡涌浪對(duì)高樁碼頭船舶撞擊力的影響

王平義1，韓林峰1，喻濤1，孟彩霞2

(1.重慶交通大學(xué) 國家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心，重慶 400074； 2.重慶交通大學(xué) 省部共建水利水運(yùn)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400074)

摘要：涌浪作為庫岸滑坡的主要次生災(zāi)害，給庫區(qū)碼頭、船舶以及水工建筑物帶來巨大的安全隱患。高樁碼頭是目前三峽庫區(qū)最為常見的碼頭結(jié)構(gòu)形式之一，船舶撞擊力對(duì)其在使用階段的穩(wěn)定性、安全性具有至關(guān)重要的影響。通過水槽模型試驗(yàn)，對(duì)滑坡涌浪作用下三峽庫區(qū)系泊船舶與高樁碼頭間的撞擊力進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：系泊船舶對(duì)高樁碼頭的最大撞擊力與涌浪初始波高、水體附加質(zhì)量等參數(shù)有關(guān)，與水深無關(guān)；而用《港口工程荷載規(guī)范》計(jì)算得到的船舶撞擊力與試驗(yàn)值相比偏小，不利于庫區(qū)碼頭的設(shè)計(jì)安全。結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出滑坡涌浪影響下高樁碼頭船舶撞擊力計(jì)算公式。

關(guān)鍵詞：滑坡涌浪；三峽庫區(qū)；高樁碼頭；船舶撞擊力；附加水體質(zhì)量系數(shù)

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隨著我國內(nèi)河航道和港口建設(shè)的發(fā)展，船舶噸位等級(jí)不斷提高，對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)型式的要求不斷增強(qiáng)，尤其在三峽工程蓄水后，庫區(qū)水位將發(fā)生較大的變化，受水庫調(diào)度的影響，庫區(qū)各港址的洪、枯水位差大都接近30 m左右，以致原有碼頭形式已不再適用。高樁碼頭由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自重輕，并能承受較大荷載，以及適用于大水位差船舶?？康忍攸c(diǎn)，已經(jīng)成為庫區(qū)碼頭的主要結(jié)構(gòu)形式之一，如重慶果園港高樁直立式碼頭、萬州港江南沱口集裝箱高樁碼頭均是采用此種碼頭結(jié)構(gòu)形式。

長(zhǎng)江三峽庫區(qū)地處我國地形第二階梯和第三階梯的過渡帶，地跨川東平行嶺谷低山丘陵區(qū)和川鄂低中山峽谷區(qū)，庫區(qū)自然地質(zhì)條件復(fù)雜，暴雨洪水頻繁，是我國地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)易發(fā)區(qū)之一，其中滑坡和崩塌是三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的主要類型[1]。據(jù)2009年7月湖北省、重慶市庫區(qū)26個(gè)縣(市、區(qū))政府上報(bào)統(tǒng)計(jì)資料及國土資源部調(diào)查，在新界定的三峽庫區(qū)范圍內(nèi)查出崩塌滑坡共5 300余處，總體積8.3×109m3，如此多潛在的滑坡災(zāi)害，其下滑后形成的涌浪所產(chǎn)生的巨大能量對(duì)庫區(qū)碼頭和船舶的安全存在較大威脅。

高樁碼頭受靜力與動(dòng)力荷載共同作用，同時(shí)承受垂直荷載與水平荷載，其中水平荷載在設(shè)計(jì)中往往起著控制作用[2]。船舶泊靠碼頭時(shí)所產(chǎn)生的撞擊力作為高樁碼頭設(shè)計(jì)的主要水平動(dòng)荷載之一，對(duì)高樁碼頭在使用階段的穩(wěn)定性、安全性具有至關(guān)重要的影響，而滑坡涌浪所產(chǎn)生的巨大能量使系泊船舶與碼頭之間的劇烈碰撞將給庫區(qū)深水高樁碼頭帶來更為嚴(yán)重的損害。現(xiàn)有《港口工程荷載規(guī)范》[3](以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)中有關(guān)船舶對(duì)碼頭撞擊力的計(jì)算公式?jīng)]有考慮滑坡涌浪對(duì)其的影響，缺少關(guān)于這方面的理論研究與試驗(yàn)研究。本文結(jié)合實(shí)際工程情況，通過模型試驗(yàn)研究滑坡涌浪條件下三峽庫區(qū)系泊船舶對(duì)高樁碼頭的最大撞擊力，對(duì)維護(hù)庫區(qū)碼頭的安全與穩(wěn)定具有重要意義。

1模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)

滑坡體在碼頭對(duì)岸或同岸入水后，將激起一定高度的涌浪，隨著涌浪的傳播，會(huì)造成系泊船舶與碼頭之間發(fā)生劇烈碰撞。由于庫岸滑坡失穩(wěn)入水產(chǎn)生涌浪的時(shí)間較短、地點(diǎn)也不固定，而且涌浪作用下船舶對(duì)碼頭的撞擊作用又比較復(fù)雜，因此很難得到滑坡涌浪發(fā)生時(shí)船舶對(duì)碼頭撞擊力的原型觀測(cè)數(shù)據(jù)。而物理模型試驗(yàn)?zāi)軌蛳鄬?duì)真實(shí)地模擬庫岸滑坡涌浪的發(fā)生與傳播過程，為測(cè)量涌浪作用下系泊船舶對(duì)高樁碼頭的撞擊力提供一種切實(shí)可行的方法。

1.1河道與滑坡體模型設(shè)計(jì)

本文依托萬州港江南沱口碼頭河段地形資料，采用1∶70的幾何比尺建立河道模型，并對(duì)河底地形進(jìn)行概化。通過統(tǒng)計(jì)分析“三峽庫區(qū)三期地質(zhì)災(zāi)害防治監(jiān)測(cè)預(yù)警工程專業(yè)監(jiān)測(cè)崩塌滑坡災(zāi)害點(diǎn)涌浪分析與危害評(píng)估”報(bào)告中的122個(gè)滑坡體的幾何尺寸、下滑速度、臨水坡度等因素，采用正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)81組試驗(yàn)工況，對(duì)不同涌浪條件下系泊船舶對(duì)高樁碼頭的撞擊作用進(jìn)行全面研究。

1.2碼頭模型設(shè)計(jì)

萬州港江南沱口集裝箱高樁碼頭結(jié)構(gòu)平臺(tái)長(zhǎng)253 m，寬30 m，平臺(tái)排架間距7 m，共36榀排架，每榀排架設(shè)置6根樁基；前兩排樁基采用φ1600的鋼筋混凝土嵌巖樁，后四排采用φ1800鋼筋混凝土嵌巖樁，樁底均置于中風(fēng)化基巖層。模型碼頭的長(zhǎng)度按原型碼頭的一個(gè)泊位長(zhǎng)來考慮，根據(jù)比尺，模型碼頭長(zhǎng)1.5 m，寬0.43 m；碼頭樁基采用塑料管制作，直徑為2.28 cm，間距為10 cm；碼頭面板、橫梁和縱梁采用塑料板制作，面板兩端設(shè)置兩個(gè)系船柱，碼頭結(jié)構(gòu)按剛性結(jié)構(gòu)處理，固定在河道模型內(nèi)，如圖1所示。

圖1　模型碼頭布置圖Fig.1　The layout plan of wharf model

本次試驗(yàn)共制作兩個(gè)碼頭模型，分別位于滑坡體的對(duì)岸和同岸，距滑坡入水點(diǎn)距離均為6.37 m，其平面布置如圖2所示。

圖2　模型試驗(yàn)平面布置圖Fig.2　The layout plan of model test

1.3船舶模型設(shè)計(jì)

根據(jù)幾何相似、重力相似和運(yùn)動(dòng)相似原則，按照1∶70的比尺進(jìn)行船模設(shè)計(jì)，試驗(yàn)船型選擇3 000 t甲板駁船。對(duì)船舶的不同載重情況分別采用鐵制砝碼壓載配重，使船舶模型滿足吃水、重量、重心位置、質(zhì)量慣性矩和自振周期等與原型相似。表1為實(shí)體船與船模的參數(shù)統(tǒng)計(jì)表，本次試驗(yàn)考慮船舶裝載度為滿載情況，通過集裝箱的配比使船舶達(dá)到滿載狀態(tài)。

表1　船舶參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

1.4船舶撞擊力模擬

船舶撞擊護(hù)舷模擬的相似條件主要考慮模型護(hù)舷與原型護(hù)舷受力變形曲線相似，其上設(shè)置高度與原型護(hù)舷高度幾何相似的剛性受力點(diǎn)，并使之與原型受力點(diǎn)位置相同。撞擊力測(cè)量采用重慶交通大學(xué)自主研制的船舶撞擊護(hù)舷傳感器，采樣頻率為100 Hz。船舶撞擊力測(cè)點(diǎn)分別位于船艏1/3處和船艉1/4處，如圖3、4所示。

圖3　系泊船舶撞擊力測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.3　The measure point layout diagram of the mooring ship′s impact force

圖4　系泊船舶實(shí)物圖Fig.4　The physical map of mooring ship

2 滑坡涌浪對(duì)船舶撞擊力的影響

船舶對(duì)碼頭的撞擊力采用重慶交通大學(xué)自主研制的撞擊護(hù)舷傳感器測(cè)量。傳感器由測(cè)量模型護(hù)舷

的變形和受力兩部分組成，通過測(cè)變形板上的電容變化和測(cè)力板上惠斯登電橋中的電阻變化，得到模型護(hù)舷的變形和受力值，從而得到碼頭模型受撞擊的能量。

2.1船舶撞擊力的變化規(guī)律

通過對(duì)比分析不同工況下撞擊護(hù)舷傳感器所采集的撞擊歷時(shí)曲線，找出涌浪作用下船舶撞擊力的共性，并繪制出隨著涌浪傳播高樁碼頭船舶撞擊力的變化過程(如圖5所示)，圖6為涌浪作用下滑坡體對(duì)岸高樁碼頭船舶撞擊力歷時(shí)曲線。

從圖5可以看出，撞擊力測(cè)量值均為脈沖值，且船艏、船艉測(cè)點(diǎn)撞擊力的首個(gè)脈沖值均為最大值。隨著時(shí)間的推移和涌浪的衰減，脈沖值逐漸減小，船艏、尾撞擊力變化規(guī)律基本一致。由于傳感器為懸臂梁且為彈性體，因此在恢復(fù)過程中會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，在分析過程中將正值的最大值作為撞擊力的最大值。

從圖6可以看出，同岸碼頭船舶撞擊力的測(cè)量值也為脈沖值，但首個(gè)最大撞擊力出現(xiàn)在多個(gè)震蕩周期之后，且反復(fù)出現(xiàn)最大值，船艏和船艉測(cè)點(diǎn)的變化規(guī)律基本一致。由此表明滑坡體滑入水后產(chǎn)生的初始涌浪對(duì)同岸碼頭船舶最大撞擊力的影響較小，而涌浪經(jīng)過反射和疊加所造成的影響要更大。造成這種現(xiàn)象的原因是涌浪經(jīng)過反射疊加后對(duì)同岸碼頭系泊船舶的作用角度要大于初始涌浪對(duì)船舶的作用角度。

圖5　對(duì)岸碼頭船舶撞擊力歷時(shí)曲線Fig.5　Duration curve of ship′s impact force in the opposite bank

圖6　同岸碼頭船舶撞擊力歷時(shí)曲線Fig.6　Duration curve of ship′s impact force in the same bank

2.2船舶撞擊力影響因素分析

船舶撞擊作用的影響因素眾多，比如船舶的類型、撞擊角度、碰撞概率、航道水深、流速以及撞擊穩(wěn)定性等。本文主要探討涌浪傳播對(duì)庫岸系泊船舶的影響。

2.2.1撞擊力隨初始波高的變化規(guī)律

在滑坡涌浪作用下船舶對(duì)高樁碼頭撞擊力的影響因素之中，涌浪傳遞到碼頭前的初始波高是個(gè)非常重要的參數(shù)。根據(jù)模型比尺，選取模型初始浪高范圍在1.2～20 cm，對(duì)應(yīng)的原型初始浪高在0.84～14 m的20組工況，將試驗(yàn)測(cè)得的船舶撞擊力隨初始波高的變化情況繪制如圖7所示。

從圖7可以看出，無論是對(duì)岸碼頭還是同岸碼頭，船舶撞擊力的總體變化趨勢(shì)是隨著初始波高的增大而增大，但且船艏、尾撞擊力的變化基本一致。由此可見，初始波高的大小對(duì)船舶撞擊力起著十分重要的作用。

圖7　船舶撞擊力隨初始波高變化圖Fig.7　Chart of impact force with the wave height

2.2.2撞擊力隨水深的變化規(guī)律

考慮到三峽水庫運(yùn)行期間庫區(qū)水位在145～175 m變動(dòng)，因此在其他條件相同的情況下，選取試驗(yàn)水深為74、88、102、116 cm四組工況分別模擬三峽水庫實(shí)際運(yùn)行水位在145、155、165、175 m四種水深下涌浪對(duì)船舶撞擊力的影響，船舶最大撞擊力隨水深的變化曲線如圖8所示。

圖8　船舶撞擊力隨水深變化圖Fig.8　The chart of impact force with water depth

從圖8中可以看出，無論同岸碼頭還是對(duì)岸碼頭，在三峽庫區(qū)正常運(yùn)行的情況下，船舶撞擊力隨水深的變化不是很明顯，水位的漲落對(duì)涌浪作用下船舶撞擊力的影響較小。

2.2.3不同部位撞擊力的對(duì)比分析

通過對(duì)所有試驗(yàn)工況下船舶撞擊力的統(tǒng)計(jì)分析，并通過比尺反算，得到滑坡涌浪作用下系泊船舶對(duì)高樁碼頭撞擊力的統(tǒng)計(jì)值，見表2。

通過表2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，系泊船舶船首和船艉撞擊力的大小相差不大，船艏撞擊力略大于船艉撞擊力，這說明在涌浪和系纜繩拉拽的共同作用下，系泊船舶船艏和船艉對(duì)碼頭的撞擊力基本一致。對(duì)比同岸碼頭與對(duì)岸碼頭船舶撞擊力的大小發(fā)現(xiàn)，滑坡體對(duì)岸碼頭船舶的撞擊力遠(yuǎn)大于同岸碼頭船舶的撞擊力，同岸碼頭船舶撞擊力約為對(duì)岸碼頭撞擊力的60%，這是由于涌浪對(duì)系泊船舶作用的角度不同，對(duì)岸碼頭涌浪的入射角度接近90°，而涌浪在沿同岸傳播時(shí)受到的阻擋作用要更強(qiáng)。因此，在距滑坡體入水點(diǎn)相同距離的情況下，涌浪對(duì)對(duì)岸碼頭船舶撞擊力的影響更大。

表2 　系泊船舶撞擊力統(tǒng)計(jì)表

3船舶最大撞擊力的分析計(jì)算

3.1船舶撞擊力的理論計(jì)算方法

目前，船舶撞擊力的計(jì)算理論主要有3種[4]：動(dòng)量理論、振動(dòng)理論、動(dòng)能理論。動(dòng)量理論即根據(jù)剛體碰撞時(shí)動(dòng)量的變化等于沖量的原理來計(jì)算船舶撞擊力，其存在的主要問題是：實(shí)際船舶與碼頭間的碰撞并非理想剛體碰撞，無論船舶還是碼頭都會(huì)在撞擊過程中出現(xiàn)塑性變形，吸收部分能量；振動(dòng)理論是依據(jù)船舶與碼頭碰撞過程中發(fā)生單振或復(fù)振原理計(jì)算船舶撞擊力，其理論比較完善，但計(jì)算過程十分繁瑣，且有些參數(shù)難以確定，因此動(dòng)量理論與振動(dòng)理論在具體操作時(shí)的限制因素較多，所以未被廣泛運(yùn)用?！兑?guī)范》采用動(dòng)能理論來計(jì)算船舶撞擊力，即船舶撞擊碼頭時(shí)產(chǎn)生的有效撞擊能量，通過護(hù)舷、碼頭和船舶的變形全部轉(zhuǎn)化為外力做功。

3.2涌浪作用下船舶最大有效撞擊能

滑坡體入水后，將產(chǎn)生向前的入射沖擊波，當(dāng)入射沖擊波到達(dá)碼頭附近時(shí)，對(duì)系泊船舶產(chǎn)生較大作用，船舶將撞向碼頭護(hù)舷，當(dāng)護(hù)舷被壓縮變形至最大時(shí)，撞擊力達(dá)到最大值。在護(hù)舷反作用力作用下，船舶將向碼頭相反方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)一定距離后，纜繩迅速拉緊，此時(shí)船舶系纜力達(dá)到最大值。隨后，船舶在后續(xù)沖擊波作用下再一次撞擊護(hù)舷，如此往復(fù)，對(duì)碼頭造成連續(xù)傷害。從試驗(yàn)結(jié)果來看，涌浪傳遞至碼頭前沿時(shí)的初始浪高造成的船舶撞擊力最大，對(duì)碼頭危害最深，因此本文在固定船型參數(shù)的情況下將初始浪高作為決定船舶最大撞擊力的一個(gè)重要因素。

《規(guī)范》給出了橫浪作用下系泊船舶有效撞擊能的計(jì)算公式：

(1)

(2)

式中：Ewo為橫浪作用下系泊船舶的有效撞擊能，kJ；k為偏心撞擊能量折減系數(shù)，滿載情況下取0.94，半載及壓載情況下取值相對(duì)小些；Cm為船舶附加水體影響系數(shù)；m為船舶質(zhì)量，t，按與船舶計(jì)算裝載度相應(yīng)的排水量計(jì)算；VB為系泊船舶在橫浪作用下的法向撞擊速度，m/s；H為計(jì)算波高，m；T為波浪平均周期，s；L為波長(zhǎng)，m；B為船寬，m；D0為船舶滿載吃水，m；D為與船舶裝載度相對(duì)應(yīng)的平均吃水，m；α、β、γ為碼頭結(jié)構(gòu)影響系數(shù)，由于高樁碼頭透水性強(qiáng)，波浪不發(fā)生反射，參照以往經(jīng)驗(yàn)影響系數(shù)分別取0.3、1.35、1.0。

由水波動(dòng)力學(xué)可知，當(dāng)行波按有限水深行波考慮時(shí)：

(3)

根據(jù)三峽庫區(qū)實(shí)際情況和試驗(yàn)結(jié)果來看，庫區(qū)水深h與涌浪產(chǎn)生的行進(jìn)波波長(zhǎng)L的關(guān)系為：h/L>1，因此可將涌浪行進(jìn)波按深水行進(jìn)波考慮，可令kh=2πh/L>2π，于是有：

(4)

(5)

則

(6)

將式(2)、(3)、(6)代入式(1)，整理得

(7)

式中α1取0.006 8。

將式(7)中的波要素分別按涌浪傳遞至碼頭前沿處的初始波高H0與初始波長(zhǎng)L0考慮，則滑坡涌浪作用下高樁碼頭船舶最大有效撞擊能為

(8)

考慮到滑坡涌浪沿程衰減規(guī)律為先急劇衰減后緩慢衰減[6-7]，因此當(dāng)碼頭與滑坡體間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，式(8)中的波高與波長(zhǎng)可按沿程涌浪波高H1和波長(zhǎng)L1計(jì)算。

通過試驗(yàn)可知，當(dāng)三峽水庫正常運(yùn)行時(shí)，庫區(qū)碼頭前沿水深h的變化將不會(huì)引起船舶撞擊力的改變，且?guī)靺^(qū)船舶的吃水深度要遠(yuǎn)小于碼頭前沿水深。2010年之前的《規(guī)范》在計(jì)算船舶撞擊力時(shí)將D0/D項(xiàng)用h/D來代替，導(dǎo)致h/D量級(jí)過大，夸大了水深對(duì)于船舶撞擊力的影響，因此不適宜在庫區(qū)船舶撞擊力的計(jì)算中使用。

3.3涌浪作用下船舶附加水體質(zhì)量系數(shù)

(9)

由于Cm值總是大于1.0的，通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合，得到滑坡涌浪作用下系泊船舶附加水體質(zhì)量系數(shù)的估算公式為

(10)

式中：H為碼頭前沿沿程波高；h為碼頭前沿水深；D為船舶吃水；αm、βm為碼頭結(jié)構(gòu)形式影響系數(shù)，本文采用高樁直立式碼頭，αm=0.96，βm=0.25。碼頭前船舶附加水體質(zhì)量系數(shù)的擬合結(jié)果見圖9，相關(guān)系數(shù)R=0.98。

圖9　 附加水體質(zhì)量系數(shù)擬合結(jié)果Fig.9　Regressive values of added mass coefficients

3.4涌浪作用下高樁碼頭船舶撞擊能的計(jì)算比較

前面通過分析推導(dǎo)得到了滑坡涌浪作用下三峽庫區(qū)高樁碼頭船舶最大撞擊能的計(jì)算公式，為了驗(yàn)證其計(jì)算結(jié)果是否合理，現(xiàn)利用胡小衛(wèi)等人[13]的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)本文公式(8)、《規(guī)范》公式的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。圖10為對(duì)岸碼頭與同岸碼頭各公式的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比圖。

從圖10中可以看出，本文公式對(duì)對(duì)岸碼頭船舶撞擊能的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合，對(duì)同岸碼頭船舶撞擊能的計(jì)算結(jié)果稍稍偏大，可在計(jì)算結(jié)果后面乘上一個(gè)系數(shù)η，η取0.91。而《規(guī)范》公式計(jì)算的結(jié)果整體偏小，不利于工程安全。因此本文公式(8)在計(jì)算三峽庫區(qū)滑坡涌浪作用下系泊船舶對(duì)高樁碼頭的最大撞擊力時(shí)更為可靠，有利于庫區(qū)碼頭的安全穩(wěn)定。

圖10　 船舶撞擊能計(jì)算結(jié)果比較Fig.10　Comparison of ship impact energy in different methods

4結(jié)論

1)在涌浪作用下，系泊船舶對(duì)位于滑坡體對(duì)岸碼頭的最大撞擊力接近滑坡體同岸碼頭所受最大撞擊力的兩倍。且對(duì)岸碼頭船舶撞擊力隨時(shí)間急劇衰減，而同岸碼頭船舶撞擊力則在一段時(shí)間內(nèi)最大值出現(xiàn)反復(fù)震蕩。

2)系泊船舶對(duì)高樁碼頭的撞擊力受滑坡涌浪初始波高的影響強(qiáng)烈，并隨初始波高的增大而增大；但受庫區(qū)水深影響很小，在三峽庫區(qū)水深范圍內(nèi)，水深對(duì)碼頭撞擊力的影響可以忽略不計(jì)。

3)由于內(nèi)河航道受風(fēng)浪、潮汐影響較小，水面平靜，幾乎沒有波浪產(chǎn)生。因此按《規(guī)范》計(jì)算庫區(qū)碼頭在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)可能遭遇的船舶最大撞擊力時(shí)，忽略了滑坡涌浪可能引起的系泊船舶與碼頭間的劇烈碰撞，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏小，碼頭結(jié)構(gòu)有可能因設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足而遭到破壞。

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收稿日期：2015-03-11.

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51479015)；西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目(20113288141160).

作者簡(jiǎn)介：王平義(1964-)，男，教授，博士生導(dǎo)師; 韓林峰(1988-)，男，博士研究生. 通信作者：韓林峰，E-mail: linfengyue@126.com.

DOI:10.11990/jheu.201503032

中圖分類號(hào)：U656.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-7043(2016)06-0878-07

Effects of landslide generated impulse waves on ship impact force for pile wharf

WANG Pingyi1, HAN Linfeng1, YU Tao1, MENG Caixia2

(1. National Engineering Technology Research Center for Inland Waterway Regulation, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China; 2. Co-established by Province and Ministry Key Laboratory of Water Conservancy and Transport Engineering of Education Ministry, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

Abstract：As the main secondary result of reservoir bank landslides, surges pose enormous potential risk to wharves, ships, and hydraulic structures in the Three Gorges Reservoir (TGR) area. The high-pile wharf is currently one of the most common wharf structures in TGR. Ship impact has a significant effect on the stability and safety of working wharves. Using flume model experiments, the landslide surge impact force between ships and wharves in the TGR was studied. The results show that the maximum impact force correlates to the height of the leading wave and the added water mass coefficient, but is not correlated to the water depth. The ship impact forces computed by the "Lode Code for Harbor Engineering" are smaller than the experimental values and therefore are unsuitable for safe wharf design. Combined with relevant experimental data, this paper proposes an equation for landslide surge impact force between ships and high-pile wharves.

Keywords：landslide generated surges; Three Gorges Reservoir; pile wharf; ship impact force; added mass coefficient

網(wǎng)絡(luò)出版日期：2016-04-21.