1、1波浪正向入射对斜坡作用实验一、试验目的及意义波浪正向入射对斜坡的作用力是海岸工程等方面常见的基础问题。但因其作用机理相当复杂，经典波浪理论是基于不可压缩理想流体的势流理论，它反映的是波浪传播过程中的表现，面对波浪对斜坡作用时发生的涡旋，掺气、突变、分汊等复杂现象已经不合适了。目前，我们无法根据现有理论建立数学力学方程精确求解，再加上对其作用机理没有深刻的认识，也难以应用数值方法计算一般规律。所以国内、外尚未见相关的研究成果，在此领域基本属于一片空白，而工程实践又急需理论指导，有必要对其进行全面的试验研究。通过卷积波浪正向入射打击斜坡的实验，分析波浪对斜坡的作用力分布及最大压差分布。验理解“波
2、压陡”的概念并拟合出经验公式。二、试验条件试验是在实验室内 30 m（长）05 m（宽）1 m（高）水槽内进行的。采用推板式造波机造波，试验用倾斜斜坡应用宽 50 cm、厚 10 mm 的塑料板制作，斜坡上传感器在波峰波谷间多布置，安装了 8 支压力传感器，用计算机采集和处理数据。根据当天适时标定显示，量测系统最大相对误差1% 。三、实验方案1、水深条件0.1d/L 0.35式中，d 为水深，L 为波长，属于有限水深的范围；2、波周期T= 0.8s、1.0s、1.2s、1.4s、1.6s3、波高D =6cm、8cm、10cm、12cm、14cm 、4、采样频率f = 400 Hz；5、入射波向
3、角= 9026、斜坡倾角= 197、测量波周期、波高、水深、对斜坡的压力、波浪在斜坡上的爬高等。四、实验步骤（一） 实验准备阶段1、仪器的检查对实验设备做检查，确定能否正常工。如电脑、AD 板、线路、信号放大器、压力传感器、供电电源等。接通 8 个传传感器线路，开启电脑数据采集系统。对每一个传感器进行数据采集，并分析数据的正确性，以确定仪器是否连通及好坏。2、仪器的安装由于在仪器检查的时候发现部分原有安装的传感器已经损坏，因此，要对损坏的压力传感器进行更换。去掉已损坏的压力传感器部分线路，接通更换后的压力传感器，重新对 8 个压力传感器进行编号，确保各线路的正确连通。考虑压力传感器的测量频率及
4、精度等因素，在每个传感器线路上安装一个100uF 的电容，对采集数据的噪声点进行滤波处理。各压力传感器的线路连通及传感器做相应保护措施以后，重新对各个压力传感器做第一步的仪器检查，确保线路准确，各传感器采集数据正常等。3、仪器的标定仪器线路连通及采集数据正确的情况下，对各个传感器进行标定。标定的方法为：a) 打开电脑中压力传感器标定系统；b) 将压力传感器探头用橡皮管接到长 U 型玻璃管一端，另一端与大气压连通；c) 在 U 型玻璃管里加水，保持 U 型玻璃管两端的气压为大气压，密闭 U型玻璃管接有压力传感器一头，并对其加压使 U 型玻璃管两端保持一定的水位差，记录水位差，等待一段时间，观察水
5、位是否变化，确定 U 型玻璃管标定系统不漏气；d) 等待 U 型玻璃管两端水位持平，记录压力传感器 0 值（本实验以大气压3为零点） ；e) 改变压力传感器探头一头的气压，U 型玻璃管两端保持一定的水位差，结合系统数据采集进行标定，加压通常是等间距加压，并且是从小到大，再从大到小的一个往返加减压力过程。表 1 各传感器标定时的 K 值传感器编号 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8#K 值编号 K(0) K(1) K(2) K(3) K(4) K(5) K(6) K(7)K 值 0.8346 0.8657 0.8139 0.8338 0.9180 0.8404 0.8369 0.834
6、4（二） 实验测量阶段1、实验前仪器的校正压力传感器测量精度较高，对传感器摆放位置及大气压的变化反应比较敏感。且因标定时是套在橡皮管里且方向朝上和时间不同等因素，在准备测量前应对压力传感器进行校正。校正的方法与前面压力传感器标定时有所不同。在标定的过程中，主要是通过测量数据来确定各个传感器电压值与压力值的转换关系，即定出对应的斜率及初值。而在此阶段，主要是标定零点。因此，将压力传感器安装到斜坡上以后，通过电脑数据采集，验证各个传感器采集的数据是否接近零点，若不接近，则对相应的传感器初值进行调整，直到各个传感器采集到的数据在大气压力下接近零点为止。2、实验测量程序对实验各仪器校正好以后，将斜坡板
7、放到水槽里，安置好后就可放水试水。在实验的过程中，实验条件的各波要素是通过调节水深、造波机推行速度、造波机转动频率等来控制的。根据实验方案，调节水深、造波机推行速度、造波机转动频率，并观察波浪在卷积打击斜坡时的效果是否明显。若不明显，则要对造波机推行速度、造波机转动频率进行调节；若打击明显，则要查看打击处，即卷积波下落打到斜坡处，是否正好打击到压力传感器，可对水槽进行放水或加水（增加或减小水深） ，来调节打击点。以观测到波浪斜向入射打击斜坡时，压力最大值。反复调节水深、造波机推行速度、造波机转动频率等，观测 25 组数据。4五、实验数据分析（一）斜坡布置及结果图斜 坡 底 部水 槽 底 部 静
8、 水 深图 1 试 验 方 案 布 置 图图 2 第 一 组 试 验 图 静 水 深水 槽 底 部斜 坡 底 部1#2#3#4#5#67#8#1#2#3#4#5#67#8# 静 水 线 波 浪 爬 高 最 高 点 静 水 线8#765#432#1斜 坡 底 部水 槽 底 部 静 水 深图 4 第 三 组 试 验 图图 第 二 组 试 验 图静 水 深水 槽 底 部斜 坡 底 部 1#234#567#8静 水 线 波 浪 爬 高 最 高 点波 浪 爬 高 最 高 点波 浪 爬 高 最 高 点波 浪 爬 高 最 高 点静 水 线8#765#432#1斜 坡 底 部水 槽 底 部 静 水 深图 5
9、第 四 组 试 验 图图 6 第 五 组 试 验 图 静 水 深水 槽 底 部斜 坡 底 部1#23#456#78静 水 线 图 8 第 七 组 试 验 图图 7 第 六 组 试 验 图 静 水 深水 槽 底 部斜 坡 底 部 1#234#5678#静 水 线 波 浪 爬 高 最 高 点波 浪 爬 高 最 高 点静 水 线8#654#321#斜 坡 底 部水 槽 底 部 静 水 深5静 水 深水 槽 底 部斜 坡 底 部 1#234#5678#静 水 线 波 浪 爬 高 最 高 点波 浪 爬 高 最 高 点静 水 线8#7654#321#斜 坡 底 部水 槽 底 部 静 水 深图 9 第 八
10、组 试 验 图图 10 第 九 组 试 验 图 图 12 第 十 一 组 试 验 图图 1 第 十 组 试 验 图 静 水 深水 槽 底 部斜 坡 底 部 1#234#5678#静 水 线 波 浪 爬 高 最 高 点波 浪 爬 高 最 高 点静 水 线8#7654#321#斜 坡 底 部水 槽 底 部 静 水 深静 水 深水 槽 底 部斜 坡 底 部 1#234#5678#静 水 线 波 浪 爬 高 最 高 点波 浪 爬 高 最 高 点静 水 线8#765#4321#斜 坡 底 部水 槽 底 部 静 水 深图 第 十 二 组 试 验 图图 14 第 十 三 组 试 验 图 图 16 第 十 五
11、 组 试 验 图图 15 第 十 四 组 试 验 图 静 水 深水 槽 底 部斜 坡 底 部 1#234#567#8静 水 线 波 浪 爬 高 最 高 点波 浪 爬 高 最 高 点静 水 线8#765#432#1斜 坡 底 部水 槽 底 部 静 水 深静 水 深水 槽 底 部斜 坡 底 部 1#234#567#8静 水 线 波 浪 爬 高 最 高 点波 浪 爬 高 最 高 点静 水 线8#765#432#1斜 坡 底 部水 槽 底 部 静 水 深图 第 十 六 组 试 验 图图 1 第 十 七 组 试 验 图 图 20 第 十 九 组 试 验 图图 19 第 十 八 组 试 验 图 静 水 深
12、水 槽 底 部斜 坡 底 部 1#234#5678#波 浪 爬 高 最 高 点波 浪 爬 高 最 高 点静 水 线8#7654#321#斜 坡 底 部水 槽 底 部 静 水 深静 水 线6静 水 线 静 水 深水 槽 底 部斜 坡 底 部 1#23#456#78静 水 线 波 浪 爬 高 最 高 点波 浪 爬 高 最 高 点8#765#432#1斜 坡 底 部水 槽 底 部 静 水 深图 21 第 二 十 组 试 验 图图 2 第 二 十 一 组 试 验 图 图 24 第 二 十 三 组 试 验 图图 23 第 二 十 二 组 试 验 图 静 水 深水 槽 底 部斜 坡 底 部 1#23#45
13、6#78 波 浪 爬 高 最 高 点波 浪 爬 高 最 高 点静 水 线8#765#432#1斜 坡 底 部水 槽 底 部 静 水 深静 水 线静 水 线 静 水 深水 槽 底 部斜 坡 底 部 1#23#456#78 波 浪 爬 高 最 高 点波 浪 爬 高 最 高 点8#765#432#1斜 坡 底 部水 槽 底 部 静 水 深图 25 第 二 十 四 组 试 验 图图 26 第 二 十 五 组 试 验 图静 水 线（二）实验测量数据1、流浪打击斜坡时传感器实测数据7892、流浪打击斜坡后静水压力01234567压力值8 7 6 5 4 3 2 1压 力 传 感 器 编 号A1组 实 验
14、流 浪 打 击 斜 坡 后 静 水 压 力 值01234567压力值8 7 6 5 4 3 2 1压 力 传 感 器 编 号A3组 实 验 流 浪 打 击 斜 坡 后 静 水 压 力 值103、最大压力分布图012345678压力值8 7 6 5 4 3 2 1压 力 传 感 器 编 号A1组 实 验 流 浪 打 击 斜 坡 最 大 压 力 值01234567压力值8 7 6 5 4 3 2 1压 力 传 感 器 编 号A2组 实 验 流 浪 打 击 斜 坡 最 大 压 力 值01234567压力值8 7 6 5 4 3 2 1压 力 传 感 器 编 号A3组 实 验 流 浪 打 击 斜 坡 最 大 压 力 值
