波浪作用下沙床中孔隙水壓力的大小和分布規(guī)律與波浪的特性和沙床土的材料特性是相關(guān)的。本實(shí)驗(yàn)采用PDA型微型土壓力傳感器加上透水石改裝成的微型孔隙水壓力傳感器量測(cè)在具有不同特征參數(shù)的波浪作用下,砂質(zhì)海床中的孔隙水壓力的大小和分布規(guī)律,用以檢驗(yàn)海床對(duì)波浪的響應(yīng)的理論模型。
01實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)中的波浪采用規(guī)則波和不規(guī)則波。規(guī)則波在周期和波高上進(jìn)行了多種變化,不規(guī)則波采用了JONSWAP 譜波,各種波譜的規(guī)則波浪又在譜峰周期和平均波高上進(jìn)行了多種變化。以上各種波浪均考慮了3種水深的變化。沙床模型采用了均質(zhì)粗沙,各組實(shí)驗(yàn)中量測(cè)了沙床中不同點(diǎn)處的孔隙水壓力時(shí)程。
該實(shí)驗(yàn)傳感器是通過(guò)PDA型微型土壓力傳感器(厚度為1mm,直徑為6.5 mm,量程為200kPa)加上透水石改裝成為微型的孔隙水壓力傳感器,來(lái)測(cè)量非飽和土的空隙水壓力。
PDA微型壓力傳感器主要用于結(jié)構(gòu)模型,小型巖土模型的壓力測(cè)試,其結(jié)構(gòu)可用于短期的水下測(cè)量。測(cè)試精度高。7.6mm的直徑可方便的安裝在不同模型的關(guān)鍵部位,用來(lái)測(cè)量模型在受力情況下的壓力狀況。
02實(shí)驗(yàn)裝置
圖1 波流水槽示意
圖2 傳感器布設(shè)
03實(shí)驗(yàn)結(jié)果
將傳感器采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并繪制曲線。圖中給出了部分有代表性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,包括波浪條件下孔隙水壓力響應(yīng)的幅值。圖中z為傳感器距離泥面線的距離;u 為孔隙水壓力;D為水深;H 為波高;T 為波浪周期(對(duì)于不規(guī)則波則為平均周期或譜峰周期);h 為沙層厚度。
圖3 規(guī)則波波壓力歷時(shí)曲線
圖4 泥面下0.03 m 處規(guī)則波引起的孔壓響應(yīng)
圖5 泥面下0.13 m 處規(guī)則波引起的孔壓響應(yīng)
圖6 泥面線下0.03 m 處規(guī)則波引起的土壓響應(yīng)
圖7 不同水深時(shí)規(guī)則波作用下孔壓響應(yīng)理論與實(shí)測(cè)值對(duì)比
圖8 不同周期時(shí)規(guī)則波作用下孔壓響應(yīng)理論與實(shí)測(cè)值對(duì)比
圖9 不同波高時(shí)規(guī)則波作用下孔壓響應(yīng)理論和實(shí)測(cè)值對(duì)比
圖10 JONSWAP 波壓力歷時(shí)曲線
圖11 泥面0.03 m 下JONSWAP 波引起的孔壓響應(yīng)
當(dāng)周期和波高不變時(shí),由波浪引起的孔隙水壓力隨水深的增加而逐漸減小。同一水深和波高條件下,由波浪引起的孔隙水壓力隨周期變大而變大;當(dāng)水深和周期固定時(shí),由波浪引起的孔隙水壓力隨波高的增加而增加。
相關(guān)儀器
*參考文獻(xiàn):《波浪作用下砂質(zhì)海床孔隙水壓力的響應(yīng)規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究》.鐘佳玉,鄭永來(lái),倪寅
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