陳 里,楊渠鋒,喻 濤,王平義
滑坡涌浪作用下系泊船舶安全試驗(yàn)研究
陳 里1,楊渠鋒2,喻 濤3,4,王平義3,4
(1. 三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院,湖北宜昌 443002; 2. 貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,貴州貴陽 550001; 3. 重慶交通大學(xué)國(guó)家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心,重慶 400074; 4. 重慶交通大學(xué)水利水運(yùn)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400074)
隨著我國(guó)逐步加快在長(zhǎng)江中上游山區(qū)河流的水利水電和港口航道工程建設(shè),內(nèi)河庫(kù)港在滑坡涌浪作用下,如何保證船舶系泊安全成為一個(gè)極其關(guān)鍵的問題。為了提高滑坡涌浪對(duì)內(nèi)河庫(kù)港運(yùn)行安全影響程度的認(rèn)識(shí),以江南沱口直立式高樁碼頭為依托,選擇內(nèi)河3 000 t甲板駁船為研究對(duì)象進(jìn)行物理模型試驗(yàn)。深入分析了滑坡涌浪作用下系泊船舶系纜力和撞擊能的影響因素,以及波高、水深等因素影響下系泊船舶系纜力和撞擊能的變化規(guī)律。結(jié)合規(guī)范和試驗(yàn)數(shù)據(jù),得出了涌浪作用下船舶系纜力和船舶撞擊能的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式,確定了滑坡涌浪對(duì)內(nèi)河庫(kù)港船舶系泊安全的影響程度,并提出了相應(yīng)的對(duì)策和意見。
滑坡涌浪; 系纜力; 撞擊能
隨著我國(guó)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,港口泊位能力不斷增強(qiáng),現(xiàn)有研究和設(shè)計(jì)規(guī)范已不能滿足要求,尤其是在庫(kù)區(qū)蓄水后,滑坡涌浪災(zāi)害[1-2]對(duì)于現(xiàn)有碼頭和船舶存在較大威脅。對(duì)波浪作用下船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的理論研究[3-7]和物理模型試驗(yàn)研究[8-11]考慮的是海浪和風(fēng)浪對(duì)系泊船舶的作用,在計(jì)算分析時(shí)主要參考海港部門的研究成果。庫(kù)岸滑坡涌浪從形成機(jī)理而言與風(fēng)浪、海浪的性質(zhì)完全不同,現(xiàn)有理論分析和計(jì)算公式是否適用于庫(kù)區(qū)水深條件下滑坡涌浪對(duì)系泊船舶作用的計(jì)算有待進(jìn)一步探討。因此,結(jié)合工程實(shí)際,開展滑坡涌浪作用下船舶系纜力和撞擊作用的物理模型試驗(yàn)研究,對(duì)涌浪作用下船舶系泊安全的預(yù)估具有較大實(shí)際意義。
(1)河道和碼頭模型的依托工程為萬州江南沱口碼頭河段,模型采用斷面法制作并對(duì)河底地形進(jìn)行概化。原型碼頭結(jié)構(gòu)平臺(tái)長(zhǎng)253m,寬30m,將原型碼頭按比尺制模,按剛性結(jié)構(gòu)處理,用塑膠將其連成一體固定在河道模型內(nèi),兩個(gè)碼頭分別布設(shè)在滑坡入水點(diǎn)正對(duì)岸及同岸,距滑坡入水點(diǎn)6.37m,具體布置見圖1。
圖1 試驗(yàn)平面布置(單位:m)Fig.1 Layout of test model (unit: m)
(2)資料統(tǒng)計(jì)表明,庫(kù)區(qū)滑坡的坡度大多分布在20°~60°,因此,模型滑面傾角選取20°,40°和60°,選擇固定滑坡體模型長(zhǎng)度為1 m,寬度分別為0.5,1.0和1.5 m,厚度為0.2,0.4和0.6 m共9 組塊體方案??紤]三峽水庫(kù)運(yùn)行的3個(gè)水位145,155 及175 m,相應(yīng)的試驗(yàn)水深分別為0.74, 0.88和1.16 m。綜上所述,試驗(yàn)選用3 種水深、3個(gè)水平坡度和9個(gè)水平塊體體積,共計(jì)81組試驗(yàn)工況。
表1 船舶主尺度參數(shù)
(3)試驗(yàn)船型選擇3 000 t甲板駁船。考慮船模滿載下吃水、重量、重心位置、質(zhì)量慣性矩和自振周期等與原型相似。實(shí)船和船模主尺度及有關(guān)參數(shù)見表1。系纜布置采用八字纜,首尾各1根,打纜角度均為30°,纜繩長(zhǎng)度、系纜位置以及角度與原型相似,模擬采用35 mm尼龍纜。船舶撞擊護(hù)舷模擬考慮護(hù)舷受力變形曲線相似,其設(shè)置高度與原型護(hù)舷中心受力點(diǎn)位置相同。模型護(hù)舷分別位于船首1/3處和船尾1/4處,共4個(gè)測(cè)點(diǎn)分別位于兩個(gè)碼頭。船舶系纜力和船舶撞擊力采用重慶交通大學(xué)自主研制的船舶系纜力傳感器和撞擊護(hù)舷傳感器測(cè)量,撞擊能值通過撞擊護(hù)舷傳感器的力學(xué)性能曲線計(jì)算得出。儀器采樣精度為100 Hz,所有數(shù)據(jù)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行采集處理。
滑坡涌浪作用下,系泊船舶運(yùn)動(dòng)過程和受力過程[12]較為復(fù)雜,影響系泊安全的主要是船舶系纜力和對(duì)碼頭的撞擊力。滑坡涌浪作用下系泊體系的船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)規(guī)律如下:當(dāng)涌浪作用于系泊船舶時(shí),船舶向碼頭方向運(yùn)動(dòng),纜繩處于松弛狀態(tài),對(duì)船舶無拉拽作用,船舶將撞擊碼頭護(hù)舷。當(dāng)護(hù)舷變形被壓縮至最大值后,船舶在護(hù)舷反力作用和波浪共同作用下開始向反方向運(yùn)動(dòng),當(dāng)運(yùn)動(dòng)一定距離后,纜繩迅速拉緊,船舶系纜力將達(dá)到最大值。隨后,在涌浪、纜繩和護(hù)舷共同作用下,系泊船舶將會(huì)出現(xiàn)和涌浪周期大致相同的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
作用于船舶上的波浪荷載,與波浪特性(波高、周期、波浪入射角度等)有關(guān),同時(shí)也與船舶本身尺度(長(zhǎng)度、寬度、吃水深度)、載度(滿載、半載、壓載)和運(yùn)動(dòng)特性(橫搖、縱搖、升沉)等有關(guān)。根據(jù)試驗(yàn)工況,考慮系泊船舶系纜力和撞擊能的影響因素,分別選取涌浪波高、周期及庫(kù)區(qū)水深影響下的系纜力和撞擊能值進(jìn)行單因素對(duì)比統(tǒng)計(jì)(見表2)。
表2 典型涌浪參數(shù)工況
由表2可見,內(nèi)河3 000 t甲板駁船滿載時(shí),在固定系纜方式和纜繩尺寸情況下,涌浪的入射波高越大,作用于船舶上的波浪荷載越大。系纜力和撞擊能值也越大,系纜力、撞擊能與波高近似為線性關(guān)系,與以往的模型試驗(yàn)研究結(jié)果及規(guī)范公式相符;在波高相同的工況下,涌浪周期不同,系纜力、撞擊能值變化較小。由于波浪周期變化范圍與船舶的固有橫搖周期相差較大,船舶橫搖運(yùn)動(dòng)受涌浪周期變化影響較小,系纜力和撞擊能值也變化不大。以往的研究表明,若波浪周期與船舶固有橫搖周期相差較小,船舶運(yùn)動(dòng)量大,將會(huì)導(dǎo)致系纜力、撞擊能增大。在相同涌浪入射波高和周期的工況下,庫(kù)區(qū)水深的變化對(duì)系泊船舶的系纜力和撞擊作用影響較小。
目前,《港口工程荷載規(guī)范》[13-14]公式中規(guī)定靠泊碼頭的船舶受到的總荷載包括風(fēng)荷載、水流荷載和波浪荷載,主要考慮風(fēng)、浪、水流等因素作用下船舶系纜力的大小。公式中一般考慮港口在波浪較小情況下系泊船舶的受力,對(duì)于較大波浪船舶系纜力的計(jì)算沒有涉及,尤其是來自破壞能量較大的滑坡涌浪作用下船舶系纜的安全計(jì)算。
3.1 船舶系纜力的計(jì)算
規(guī)范中規(guī)定的波浪荷載船舶系纜力計(jì)算式,分別通過水流作用下船舶縱向力和橫向力進(jìn)行計(jì)算:
(1)
式中:K為船柱受力不均勻系數(shù);n為系船柱數(shù)目;α為船纜的水平投影與碼頭前沿線的夾角;β為系船纜與水平面之間的夾角。
當(dāng)水流與船舶縱軸平行或流向角θ<15°,θ>165°時(shí),水流力船首橫向分力Fx1,船尾橫向分力Fy1及船舶縱向分析Fy2的計(jì)算式為:
Fx1=Cx1ρV2B′/2,Fy1=Cy1ρV2B′/2,Fy2=Cy2ρV2S/2
(2)
式中:Cx1,Cy1分別為船舶首、尾橫向分力系數(shù);ρ為水體密度;V為水流速度;B′為船舶以下吃水橫向投影面積;S為船舶吃水線以下表面積。
當(dāng)15°≤θ≤165°時(shí),船首橫向分力Fx1,船尾橫向分力Fy1計(jì)算式分別為:
Fx1=Cx1ρV2Ax1/2
(3)
Fy1=Cy1ρV2Ay1/2
(4)
式中:Ax1,Ay1為船舶水下部分垂直和平行水流方向的投影面積。
通過測(cè)點(diǎn)所測(cè)入射涌浪的周期T和水深h,用二分法迭代波浪的彌散方程,即可求出原始波波長(zhǎng)L。通過試驗(yàn)涌浪的波長(zhǎng)L和周期T計(jì)算涌浪波速V,將涌浪波速近似于水流速度代入規(guī)范計(jì)算式。由于同、對(duì)岸碼頭涌浪入射角度分別為0°和90°,計(jì)算得出波浪荷載對(duì)船舶的作用力。選擇入射波高值范圍為0.21~7.11m的試驗(yàn)工況,其波長(zhǎng)和周期范圍分別為0.64~2.13s,0.8~3.8m,通過計(jì)算對(duì)不同工況下船舶系纜力的計(jì)算值和試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比分析(見圖2)。
圖2 涌浪作用下船舶系纜力試驗(yàn)值和計(jì)算值對(duì)比Fig.2 Comporison between test values and calculation values of ship mooring force by action of surge
通過分析計(jì)算發(fā)現(xiàn),由于規(guī)范中的計(jì)算公式未引入波高參數(shù),涌浪入射波高H<2 m時(shí),對(duì)岸碼頭船舶的系纜力計(jì)算值和試驗(yàn)值吻合較好,平均相對(duì)誤差為10.3%;當(dāng)船舶涌浪前波高大于2 m,其偏離程度較大,平均相對(duì)誤差達(dá)110%;大于2.5 m涌浪波高入射同岸系泊船舶時(shí),其計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合也較差,平均相對(duì)誤差達(dá)30%。因此,涌浪波高較大時(shí),規(guī)范中的計(jì)算公式已不適用于滑坡涌浪作用下船舶系纜力的計(jì)算。在固定船型參數(shù)以及船舶滿載情況下,主要考慮入射涌浪波高對(duì)系泊船舶的影響。 結(jié)合本次模型試驗(yàn)并參考以往研究的經(jīng)驗(yàn)公式,對(duì)《港口工程荷載規(guī)范》系泊船舶的波浪荷載系纜力計(jì)算式進(jìn)行修正。涌浪作用下船舶系纜力與波高值近似線性關(guān)系,引入波高H及水深h參數(shù),通過無量剛化線性回歸確定涌浪作用下船舶系纜力的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為:
(5)
式中:H為波高;h為水深。通過線性回歸計(jì)算,確定修正系數(shù)η為-0.73。
對(duì)本次試驗(yàn)的試驗(yàn)值和修正式中的計(jì)算值進(jìn)行比較,對(duì)岸碼頭系泊船撞擊能的計(jì)算值和試驗(yàn)值具有較好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為R=0.91;由于船舶系纜力的大小除了受環(huán)境荷載如滑坡涌浪等影響外,還與碼頭系泊布置方式、船舶類型、噸位、纜繩類型和數(shù)量、綴繩初張力、護(hù)弦類型和數(shù)量及布置方式等因素有關(guān)。考慮模型試驗(yàn)的局限性,該計(jì)算式只對(duì)相似船型、滿載及雙纜系泊時(shí)的船舶系纜力計(jì)算具有較高準(zhǔn)確性,對(duì)其他系泊條件下系纜力的計(jì)算具有一定的參考價(jià)值。
3.2 船舶系纜安全的預(yù)估
考慮3 000 t甲板駁船滿載下的系纜方式,模擬采用35 mm尼龍纜,纜繩破斷力應(yīng)按產(chǎn)品規(guī)格確定,當(dāng)缺乏資料時(shí),對(duì)于聚丙烯尼龍纜繩其破斷力可按下式計(jì)算:Np=0.16D2,其中:Np為聚丙烯尼龍纜繩的破斷力;D為尾纜繩直徑。通過計(jì)算3 000 t船舶系纜力的標(biāo)準(zhǔn)值為200 kN。典型涌浪波高下船舶系纜力值見表3。
表3 典型涌浪波高下船舶系纜力值
表3表明,初始波高3.3 m以上,涌浪入射波高大于0.9 m時(shí),對(duì)岸碼頭船舶首纜系纜力均大于標(biāo)準(zhǔn)值;對(duì)于船舶尾纜,初始波高3.5 m以上,涌浪入射波高大于1.1 m時(shí),其系纜力均大于標(biāo)準(zhǔn)值;同岸碼頭船舶首纜系纜力只有1/3工況下滿足船舶系纜力的標(biāo)準(zhǔn)值,而尾纜系纜力有一半以上工況滿足船舶系纜力的標(biāo)準(zhǔn)值;同岸碼頭首纜系纜力的初始波高和入射波高額定值分別為2.4和0.9 m;尾纜系纜力的初始波高和入射波高額定值分別為2.8和1.3 m。因此,將0.9 m的入射波高值作為本次試驗(yàn)工況下系泊船舶系纜力的安全極限(警戒)波高值。
4.1 船舶撞擊能計(jì)算
《港口工程荷載規(guī)范》中規(guī)定在橫浪作用下,系泊船舶的有效撞擊能量計(jì)算式為:
E=αCmMgH(H/L)(L/B)(d/D)2.5tanh(2π/(Ld))
(6)式中:E為橫浪作用下系泊船舶有效撞擊能量(kJ);α為系數(shù), 采用橡膠護(hù)舷時(shí)為0.004;Cm為船舶附加水體質(zhì)量系數(shù);M為船舶滿載排水質(zhì)量;H為浪高;B為船舶型寬;D為船舶吃水深;d為碼頭前沿水深;L為波長(zhǎng)。
試驗(yàn)包括高、中、低3個(gè)水位,發(fā)現(xiàn)當(dāng)波高H一定時(shí),水深d的變化并不會(huì)引起撞擊力和撞擊力能的變化,且系泊船舶型深遠(yuǎn)小于水深d。通過理論及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明,當(dāng)初始涌浪傳播至系泊船舶處,入射波高對(duì)系泊船舶撞擊力和撞擊能起著決定性的作用。因此,在固定船型參數(shù)以及船舶滿載的情況下,主要考慮涌浪入射波高對(duì)船舶撞擊能的影響。 結(jié)合模型試驗(yàn)資料分析,參考以往研究的經(jīng)驗(yàn)公式,對(duì)規(guī)范中系泊船舶的有效撞擊能量的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行修正,確定滑坡涌浪作用下船舶撞擊能的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為:
E=KαCmMgH(H/B)(D0/D)2.5
(7)
式中:K為修正系數(shù);D0為船舶型深。
對(duì)滑坡涌浪作用下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析,運(yùn)用線性回歸法確定參數(shù)K,得到涌浪作用下船舶最大撞擊能量的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為:
E=0.023 2αCmMgH(H/B)(D0/D)2.5
(8)
比較所有工況的試驗(yàn)值和公式中的計(jì)算值,對(duì)岸碼頭系泊船撞擊能的計(jì)算值和試驗(yàn)值具有較好相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為R=0.93。式(8)適用于相似船型及系泊條件的船舶撞擊能的計(jì)算,對(duì)其他船型或不同裝載情況下船舶撞擊能的計(jì)算有一定參考價(jià)值。
4.2 船舶撞擊安全預(yù)估
《港口工程荷載規(guī)范》中船舶有效撞擊能的計(jì)算式為:E0=ρMVn2/2,其中,E0為船舶有效撞擊能(kJ);ρ為有效動(dòng)能系數(shù)(取0.7~0.8);Vn為船舶法向撞擊速度(m/s)。根據(jù)規(guī)范中河船方向靠岸速度的統(tǒng)計(jì)表,取Vn=0.3m/s。通過計(jì)算,碼頭原型橡膠護(hù)舷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值En=108kJ。
撞擊能經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算及試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析見表4。由表4可見,初始波高大于3.3m,入射波高大于0.9m時(shí),對(duì)岸碼頭船首撞擊能均大于橡膠護(hù)舷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值;對(duì)于船尾撞擊能,在初始波高大于3.5m,入射波高大于1.1m時(shí),其撞擊能均大于標(biāo)準(zhǔn)值。同岸碼頭船首撞擊能值只有1/3工況下滿足橡膠護(hù)舷設(shè)計(jì)要求,船尾撞擊能值2/3工況下滿足橡膠護(hù)舷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值。同岸碼頭船首撞擊能在初始波高和入射浪高分別小于2.4和0.9m時(shí),滿足橡膠護(hù)舷的設(shè)計(jì)要求;船尾撞擊能的初始波高和入射波高額定值分別為11.0和2.8m。因此,將0.9m的入射波高值,作為本次試驗(yàn)工況下船舶撞擊能的安全極限(警戒)波高值。
表4 典型涌浪波高下船舶撞擊能值
模型試驗(yàn)研究建立了滑坡涌浪作用下系纜力和撞擊能經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式,其中系纜力的計(jì)算引入了波高參數(shù),計(jì)算結(jié)果提高了對(duì)滑坡涌浪作用下庫(kù)區(qū)船舶及港口影響程度的認(rèn)識(shí)。另外,當(dāng)初始波高達(dá)到一定高度時(shí),如工況62, 69和81(初始波高分別為15.3,15.6和16.0 m,入射波高分別為7.3,7.6和7.8 m)等,波浪荷載對(duì)系泊船舶的作用力極大。系泊船舶因?yàn)闄M搖的劇烈運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致纜繩崩斷,從而引發(fā)船舶撞壞碼頭或者傾覆。試驗(yàn)結(jié)果表明,初始波高達(dá)到15 m以上,入射涌浪在7 m左右時(shí),船舶發(fā)生嚴(yán)重橫搖和傾覆,此時(shí),系纜力和撞擊能的數(shù)值已經(jīng)不是真實(shí)數(shù)據(jù)。
因此,滑坡涌浪作用下現(xiàn)有庫(kù)區(qū)港口運(yùn)行和設(shè)計(jì)規(guī)范已不能滿足實(shí)際要求,實(shí)際運(yùn)行中,為減小滑坡涌浪對(duì)庫(kù)區(qū)港口的危害程度,可采取以下相應(yīng)有效措施:
(1)提高系泊船舶系纜繩強(qiáng)度等級(jí)。根據(jù)本次系泊船舶系纜力試驗(yàn)數(shù)據(jù)的研究,可針對(duì)類似船舶類型提高船舶系纜繩強(qiáng)度30%左右。其他類型船舶的系纜繩強(qiáng)度的提高,可作相應(yīng)參考。
(2)減小系泊船舶系纜力。為減小涌浪作用下系泊船舶系纜力,在實(shí)際運(yùn)行過程中,可增大系纜繩的預(yù)張力。在條件允許情況下,可改變布纜方式,采取多纜系纜方式,增加首纜、腰纜和尾纜。通過多纜方式,將較大系泊船舶系纜力分散在不同位置纜繩上。
(3)提高庫(kù)區(qū)港口碼頭橡膠護(hù)舷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)本次系泊船舶撞擊能的試驗(yàn)數(shù)據(jù),建議提高庫(kù)區(qū)港口碼頭橡膠護(hù)舷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)30%左右。
(4)改變庫(kù)區(qū)港口碼頭橡膠護(hù)舷的布置方式。港口碼頭橡膠護(hù)舷的基本形式主要有連續(xù)布置和間斷布置。在間斷布置情況下,可考慮加大間斷布置橡膠護(hù)舷的密度。
(5)當(dāng)出現(xiàn)極具破壞性的滑坡涌浪波高時(shí),應(yīng)停止系泊船舶的作業(yè),駛離碼頭,轉(zhuǎn)移到安全區(qū)域。
[1]陳里, 喻濤, 王平義, 等. 庫(kù)區(qū)滑坡涌浪試驗(yàn)研究綜述[J]. 人民長(zhǎng)江, 2015, 46(7): 84- 87. (CHEN Li, YU Tao, WANG Pingyi, et al. Summary of experimental study on landslide-induced surge in reservoir area[J]. Yangtze River, 2015, 46(7): 84- 87. (in Chinese))
[2]路鼎, 王平義, 喻濤, 等. 滑坡涌浪影響下船舶航行限制范圍試驗(yàn)研究[J]. 水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào), 2014(4): 70- 74. (LU Ding, WANG Pingyi, YU Tao, et al. Experimental studies of restricted waterway for ships during landslide generated waves[J]. Hydro-Science and Engineering, 2014(4): 70- 74. (in Chinese))
[3]SCHELLIN T E, OSTERGAARD C. The vessel in port: mooring problems[J]. Marine Structures, 1995(8):451-497.
[4]MIILLER M, CHARYPAR D, GROSS M. Particle-based fluid simulation for interactive applications[C]∥Proceedings of the 2003 ACM SIGGRAPH/Eurographics Symposium on Computer Animation. 2003: 154- 159.
[5]SAKAKIBARA S, KUBO M. Characteristics of low-frequency motions of ships moored inside ports and harbors on the basis of field observations[J]. Marine Structures, 2008, 21: 196- 223.
[6]SAKAKIBARA S, TAKEDA S, IWAMOTO Y, et a1. A hybrid potential theory for predicting the motions of a moored ship induced by large-scaled tsunami[J]. Ocean Engineering, 2010, 37(17): 1564- 1575.
[7]孟祥瑋, 高學(xué)平, 張文忠, 等. 波浪作用下船舶系纜力的計(jì)算方法[J]. 天津大學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 44(7): 593- 596. (MENG Xiangwei, GAO Xueping, ZHANG Wenzhong, et al. A calculation method of mooring force induced by waves[J]. Journal of Tianjin University, 2011, 44(7): 593- 596. (in Chinese))
[8]BLENDERMANN W. Estimation of wind loads on ships in wind with a strong gradient[J]. 14th Intl Conf on Offshore Mechanics & Arctic Engng, 1995.
[9]張日向, 劉忠波, 張寧川. 系泊船在風(fēng)浪流作用下系纜力和撞擊力的試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)海洋平臺(tái), 2003, 18(1): 28- 32. (ZHANG Rixiang, LIU Zhongbo, ZHANG Ningchuan. An experimental study on the mooring line forces and impact forces of a moored ship under the combined action of wind,wave and current[J]. China Offshore Platform, 2003, 18(1): 28- 32. (in Chinese))
[10]李焱, 鄭寶友, 高峰, 等. 浪流作用下系泊船舶撞擊力和系纜力試驗(yàn)研究[J]. 海洋工程, 2007, 25(2): 57- 63. (LI Yan, ZHENG Baoyou, GAO Feng, et al. Model test study on the impact forces and mooring line forces of a moored ship under the combined action of wave and current[J]. The Ocean Engineering, 2007, 25(2): 57- 63. (in Chinese))
[11]陳里. 山區(qū)河道型水庫(kù)巖體滑坡涌浪特性及對(duì)航道的影響試驗(yàn)研究[D].重慶: 重慶交通大學(xué), 2014. (CHEN Li. Experimental study on characteristics of rock-type landslide surge and impact for navigable conditions of the river-channel type reservoir in mountainous area[D]. Chongqing: Chongqing Jiaotong University, 2014. (in Chinese))
[12]吳秀恒. 船舶操縱性與耐波性[M]. 北京: 人民交通出版社, 1999. (WU Xiuheng. Ship maneuverability and seakeeping[M]. Beijing: China Communications Press, 1999. (in Chinese))
[13]JTJ 215—1998 港口工程荷載規(guī)范[S]. (JTJ 215—1998 Load code for harbor engineering[S]. (in Chinese))
[14]JTS 144-1—2010 港口工程荷載規(guī)范[S]. (JTS 144-1—2010 Load code for harbor engineering[S]. (in Chinese))
Model experimental studies of safety of moored ship under landslide surge action
CHEN Li1, YANG Qufeng2, YU Tao3, 4, WANG Pingyi3, 4
(1.ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China; 2.GuizhouTransportationPlanningSurveyandDesignAcademyCo.,Ltd.,Guiyang550001,China; 3.NationalEngineeringResearchCenterforInlandWaterwayRegulation,ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400074,China; 4.KeyLaboratoryofHydraulicandWaterwayEngineeringofMinistryofEducation,ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400074,China)
With a fast development of hydraulic engineering, the hydropower engineering and port waterway engineering in the middle-upper reaches of the Yangtze River, how to ensure the safety of the moored ships in the inland navigation ports under the action of landslide surge is an extremely important issue. In order to well understand the influence degrees of the landslide surge impacting the inland navigation ports, model test researches were carried out by taking 3 000 t deck barges moored in the Jiannan Tuokou port as a research object. On the basis of analyses and studies of the impact factors of the mooring force and the impact energy by the action of the landslide surge, the change law of the mooring force and the impact energy was found out from the surge wave height and water depth. According to the specifications and test data, the empirical formula for the mooring force and impact energy was given by a regression analysis. Ascertaining the influence degrees of the landslide surge impacting the inland navigation port, some countermeasures and suggestions were put forward for the port operation and management. The research results show that the findings have a high practical value and can be applied to the forecast and prevention of the landslide surge impacts on the navigation ports located at mountain rivers.
landslide surge; mooring line force; impact energy
10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.01.011
2016-01-22
西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目(20113288141160)
陳 里(1982—),男,河南信陽人,講師,博士,主要從事航道整治理論及技術(shù)研究。 E-mail:429683361@qq.com
TV139.2+3
A
1009-640X(2017)01-0080-07
陳里, 楊渠鋒, 喻濤, 等. 滑坡涌浪作用下系泊船舶安全試驗(yàn)研究[J]. 水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào), 2017(1): 80-86. (CHEN Li, YANG Qufeng, YU Tao, et al. Model experimental studies of safety of moored ship under landslide surge action[J]. Hydro-Science and Engineering, 2017(1): 80-86. (in Chinese))