本规程适用于海岸、近海和内陆水域等水运工程的波浪、波浪与水流，及其与建筑物、岸滩等相互作用的物理模型试验和数值模拟试验。 JTJ/T 234-2001 波浪模型试验规程(附条文说明) JTJ/T234-2001 标准下载解压密码：www.bzxz.net

第9篇港口工程施工质量验收新规范波浪模型试验规程
JTJ/T234——2001
1总则　
1.0.1为统一波浪模型试验技术要求和分析方法，提高研究成果的可靠性，为水运工程建设提供科学依据，制定本规程。1.0.2本规程适用于海岸、近海和内陆水域等水运工程的波浪、波浪与水流，及其与建筑物、岸滩等相互作用的物理模型试验和数值模拟试验。1.0.3波浪模型试验除应符合本规程外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
2术语　
2.0.1波浪模型
模拟波浪为主要动力因素及其与建筑物、岸滩等相互作用的模型，包括物理模型和数值模拟两种方法。2.0.2物理模型
将研究对象按一定的相似准则缩制而成的实体模型。2.0.3数值模拟
针对研究对象和需要解决的问题，采用合适的数学物理方程，按定解条件进行数值求解的方法。
2.0.4模型比尺
原型与模型各对应物理量间的比值。2.0.5正态模型
水平长度比尺与垂直长度比尺相等的模型。2.0.6变态模型
水平长度比尺与垂直长度比尺不相等的模型。第9篇港口工程施工质量验收新规范2.0.8几何相似
模型与原型的线性尺度之间成固定比例关系。2.0.9运动相似
模型与原型各相应的速度、加速度的比值相等，且方向相同。2.0.10重力相似
模型与原型的惯性力和重力在相应方向上的分量比值相等。弹性相似
模型与原型的惯性力和弹性力在相应方向上的分量比值相等。2.0.12
相似准则
模型与原型的物理现象保持相似所必须遵守的规则。2.0.13规则波
波高、波周期不变的波浪。
2.0.14不规则波　
波高、波周期随机变化的波浪。2.0.15单向不规则波
单一方向传播的不规则波，文称二维不规则波。2.0.16多向不规则波
多方向传播的不规则波，文称三维不规则波。2.0.17频率谱
波浪能量随频率变化的分布。
2.0.18方向谱
波浪能量随频率和方向变化的分布。2.0.19方向分布函数
表征波能沿方向分布规律的函数。2.0.20谱峰频率
频率谱密度峰值相对应的频率。2.0.21 波能　
波动水体所具有的动能和势能
2.0.22波面
波动水体的自由表面。
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波峰线
第9篇港口工程施工质量验收新规范垂直于波浪传播方向相邻的波峰顶点的连线。2.0.24造波机二次反射
来自模型建筑物及试验水槽或水池壁的反射波传至造波机后再次发生的反射。
2.0.25波群
波列中大于某一波高的若干连续出现的波浪。2.0.26　比波高　
测点波高与原始入射波高或指定控制点波高的比值。2.0.27沿岸输沙
在波浪和水流作用下形成的沿岸方向的泥沙输移。2.0.28岸滩横部面
与岸线垂直的岸滩部面。
2.0.29验证试验
为检验和校正模型与原型相似程度的试验。2.0.30线性波
流体动力学方程和边界条件中只保留线性项所描述的波浪。2.0.313
非线性波
流体动力学方程和边界条件中，除线性项外，尚保留二阶或高阶项所摧述的波浪。
2.0.32边界条件
物理模型试验和数值模拟中边界上的控制条件。2.0.33初始条件
数值模拟中起始时的控制条件。3波浪物理模型试验的基本规定
3.1　一般规定　
3.1.1波浪模型试验应根据工程规划和设计要求选用物理模型试验或数值模拟试验。必要时，应同时进行物理模型试验和数值模拟试验。3.1.2波浪模型试验中所研究的问题能简化为二维时，可采用断面模— 1149 —
第9篇港口工程施工质量验收新规范型；当研究的问题不能简化为二维时，应采用整体模型。3.1.3波浪模型试验前，应根据试验任务的要求编制试验大纲。试验大纲应包括下列内容
（1）试验依据和遵守的技术标准；(2）项目概况，试验目的、内容和要求（3）试验依据的基本资料，试验方法和实施方案；（4）试验设备和测量仪器：
（5）主要试验人员、试验进度计划、预期的目标和试验结果。3.1.4在物理模型试验前，应对试验设备和测量仪器进行校验。3.1.5试验成果报告应按下列格式编写：（1）封面，包括试验成果的名称、承担单位、参加单位和编制日期：（2）页，包括法人代表、技术主管、项目负责人、报告编写人和试验参加人员；
（3）摘要，简述试验目的和方法及试验主要结论：（4）目次，包括试验成果报告的章、节名称和起始页码：(5）正文；
（6）参考文献。
3.1.6试验成果报告的正文应包括下列内容：（1）引言，包括试验的背景、目的和采取的技术路线等：(2）试验依据的基本资料，包括工程概况、工程布置、建筑物结构、水位、波浪、地形及其它水文、气象、泥沙和地质等资料：（3）试验内容和技术要求；
（4）模型设计或数值模拟方法，包括物理模型的相似条件、模型比尺的选择、模型的布置及试验设备和测量仪器等；数值模拟的基本控制方程、边界条件、求解方法、离散格式和参数的确定：（5）模型制作，包括图纸资料、边界和制作精度：（6）试验结果分析：
(7）结语，包括试验主要结果、存在的问题及建议。3.1.7进行验证试验的项目，其试验成果报告的正文应包括验证试验相似性和合理性的内容。
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第9篇　港口工程施工质量验收新规范3.2相似准则
波浪物理模型试验宜采用正态模型。正态模型的长度比尺应满足下列要求。3.2.2.1
断面物理模型长度比尺应符合表3.2.2的规定。表3.2.2
断面物理模型长度比尺
建筑物型式
斜坡式、直墙式、水下管线
桩基、墩柱
模型长度比尺入
3.2.2.2整体物理模型长度比尺不应大于150。当有船舶模型置于其中时，模型长度比尺不应大于80。船行波试验时，模型长度比尺不宜大于30。
3.2.2.3模型的原始入射波，规则波波高不应小于 2cm，波周期不应小于0.5s；不规则波有效波高不应小于2cm，谱峰值周期不应小于0.8s。3.2.3模型设计应根据波浪等动力因素及其与建筑物、岸滩等相互作用的特点，采用不同的相似准则，并应符合下列规定。3.2.3.1波浪、波浪与水流及其与建筑物、岸滩等相互作用的模型设计，应满足重力相似，其比尺按下列公式确定：α-t
t = 入1/2
=入-1/2
入u=入1/2
>F = 入3
入Q =>5/2
入q = >3/2
(3.2.3 -1)
(3.2.3-2)
(3.2.3-3)
(3.2.3 -4)
(3.2.3 -5)
(3.2.3 -6)
(3.2.3-7)
(3.2.3-8)
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第9篇港口工程施工质量验收新规范E = 入4
式中　入——
模型长度比尺：
l.原型长度；
模型长度；
时间比尺；
频率比尺；
速度比尺；
压强比尺；
力比尽；
流量比尺；
单宽流量比尺；
入E—能量比尺。
(3.2.3 -9)
3.2.3.2波浪与斜坡式、直墙式建筑物相互作用的建筑物模型设计，应满足几何相似。与稳定性试验有关的建筑物构件的模型设计，除应满足几何相似外，尚应满足质量、重心位置相似。3.2.3.3波浪与浮式建筑物相互作用的建筑物和船舶的模型设计，除应满足几何相似外，尚应满足惯性矩和自摇周期相似，其锚系结构尚应满足长度、质量和弹性相似。
3.2.3.4波浪与桩基、墩柱建筑物和水下管线相互作用的建筑物及其构件的模型设计，应满足与原型何相似，当速度力起主要作用时，应分析雷诺数的影响；当桩和水下管线模型刚度较小时，应计入弹性影响。3.2.3.5波浪作用下系泊船舶对码头撞击力的护模型设计，应满足弹性相似。
3.2.4当整体物理模型的试验条件受到限制时，可采用变态物理模型。变态物理模型试验应符合下列要求。3.2.4.1变态整体物理模型设计，应根据现场资料和试验要求进行分析，满足主要相似条件，合另选择模型比尺，并应对相似条件进行验证。3.2.4.2变态整体物理模型应按重力相似设计，模型的变率应根据不同条件及要求选取，但不应大于5。3.2.4.3变态整体物理模型设计应满足下列要求：— 1152 —
第9篇港口工程施工质量验收新规范（1）以波浪折射为主时，波长、波周期和时间比尺按下列公式确定：L = 入h
>T = Xl/2 = XL/2
^t = 入T
式中　^———波长比尺;
入h——模型垂直长度比尺；
>T———波周期比尺;
入——时间比尺。
(3.2.4 -1)
(3.2.4-2)
(3.2.4 -3)
2）以波浪绕射为主时，波长、波周期和时间比尺按下列公式确定： =
入T：
式中　^——波长比尺;
模型水平长度比尺；
波周期比尺；
入(tanh2nh）
( tanh 2rch)
>t = >T
2元h之比：
原型与模型的 tanh
-水深；
-波长；
入——时间比尺。
(3.4.4 -4)
(3.2.4-5)
(3.2.4 -6)
(3）研究波浪反射时，建筑物模型和边界的反射系数与原型一致。3.3 波浪与水流模拟
3.3.1波浪和水流的模拟应满足重力相似准则。3.3.2波浪模型试验宜模拟单向不规则波。必要时，应模拟多向不规则波。单向不规则波和多向不规则波的模拟应满足下列要求。3.3.2.1单向和多向不规则波宜模拟工程水域的实测波谱。无实测波谱时，可采用现行行业标准《海港水文规范》（JTJ213）中规定的波谱或其它合适的波谱。必要时，应模拟波列及波群。— 1153
第9篇港口工程施工质量验收新规范3.3.2.2单向不规则波模拟的允许偏差应满足下列要求：（1）波能谱总能量的允许偏差为±10%；(2）峰频模拟值的允许偏差为±5%；（3）在谱密度大于或等于0.5倍谱密度峰值的范围内，谱密度分布的允许偏差为±15%；
(4）有效波高、有效波周期或谱峰周期的充许偏差为±5%：(5）模拟的波列中1%累积频率波高、有效波高与平均波高比值的允许偏差为± 15% 。
3.3.2.3±
多向不规则波宜按频率、方向对应法模拟波画，并按下列公式进行模拟：
t) = Zamicos [wmi'-kmi (xcos§;+ysind) +emi]n(x，y，t)
m=1i=1
(3.3.2 -1)
ami = /2S (m，0) A
Wm = WL + (m -
O; =Omin +(i-
Wmi=wm
式中n（x，y，t）—
x，y，t
Wmi，kmi
maxmir
(i-l+ Rmi) α
波动水面相对于静水面的瞬时高度（m）：(3.3.2 -2)
(3.3.2 -3)
(3.3.2 -4)
(3.3.2 -5)
(3.3.2 -6)
(3.3.2 -7)
分别为波动水面的水平位置（m）和时间（s）；频域分割数，通常取50～100；
方向等分数，通常取20；
第m个频率、第i个方向的组成波振幅（m）；第 m个频率、第i个方向的组成波圆频率（rad/s）和波数（rad/m);
;—第i个组成波的方向角（rad)；1154-
第9篇港口工程施工质量验收新规范emi第m个频率、第i个方向的组成波初相位，在（0，2元）域内均布的随机数（rad）：S（m，）一一圆频率为m、方向为 ; 的方向谱密度［m2/（Hzrad)J;
圆频率分割点间隔（rad/s);
△o—方向等分点间隔（rad);
H，L-
Omax，Omin
分别为频谱的最高、最低圆频率（rad/s）；分别为方向谱的最大、最小方向角（rad）：Rmi
第m个频率、第i个方向的组成波在（0，1）域内均布的随机数。
3.3.3当波浪模型试验采用规则波时，规则波平均波高和波周期的允许偏差应为±5%。
3.3.4水流的模拟应包括流速和流向的模拟。水流平均流速的充许偏差应为±5%。模型区的水流应保持平稳，流向应与原型一致。3.3.5波浪和水流共同作用时，波浪和水流应采用同一比尺，并应符合下列规定。
3.3.5.1试验基本资料分别给出波浪和水流要素时，应在试验水槽或水池放置建筑物模型前，在研究区域先模拟水流的流速和流向，再模拟无流时的波浪，并进行合成。
3.3.5.2试验基本资料给出波浪和水流合成要素时，可先进行波、流分离，再模拟要求的水流和波浪。3.4试验设备和测量仪器
3.4.1波浪模型试验水槽的有效段长度应大于10倍波长，水槽宽度宜大于0.5m。水槽两侧壁与水槽中轴线距离允许偏差应为±2mm。水槽和水池的首尾两端应设消浪装置，且尾部消浪装置应能消除90%以上的反射波，并应采取措施消除或减小造波机二次反射波的影响。有斜向反射时，水池的两侧也应设消浪装置。
3.4.2波浪模型试验的生波和生流等设备应满足下列要求：（1）生波设备产生的波形平稳，重复性好：— 1155 —
第9篇港口工程施工质量验收新规范(2）生流设备产生的水流平稳。3.4.3波浪模型试验测量仪器应满足下列要求。3.4.3.1置于水中的传感器不应破坏波形和流场。3.4.3.2测量系统应满足灵敏度和稳定性的要求，在满量程条件下2h内的零漂充许偏差应为±5%，波高仪线性允许偏差应为±2%，总力仪、波压仪和波动流速仪的线性充许偏差应为±5%。3.4.3.3测波浪力时，测力系统的自振频率不宜小于测力频率的4～6倍，不规则波的测力频率宜取高频一侧力谱能量为总能量30%处的频率，当不能满足要求时，应按下列公式修正：F=μF;
μ=[(1-m)+(2e)1
式中　F—修正后的力（N);　
F;——实测的力（N);
μ—修正系数;
作用力的圆频率（rad/s）；
wo——未考虑阻尼时测力系统的自振圆频率（rad/s);ε—测力系统阻尼系数（s-1)。3.5试验数据采集和处理
3.5.1波浪数据采集和处理应符合下列规定(3.4.3-1)
(3.4.3-2)
3.5.1.1不规则波试验的波浪数据采集时间间隔应小于有效波周期的1/10，且不宜大于高频截止频率对应周期的1/4，在波浪平稳条件下，连续采集的波浪个数不应少于 100个，多向不规则波不应少于300个，并应按附录A计算波高和波周期的统计特征值，必要时，可按附录A计算波高、波周期的经验频率分布，按附录B和附录C进行谱分析。3.5.1.2规则波试验的波浪数据采集时间间隔应小于平均波周期的1/20。在波浪稳定条件下，连续采集的波浪个数不应少于10个，并取其平均值作为代表值。
波高和波周期分析应采用跨零点法，并应设國值。3.5.1.4试验数据处理前，应进行数据可靠性检查，并去除异常值。— 1156
第9篇港口工程施工质量验收新规范数据的取值应与仪器测量精度相匹配，并按有效数学运算。3.5.2多象不规则波试验的数据测量和处理尚应符合下列规定。3.5.2.1应由多个波高仪或流速仪组成阵列，同步测量多点波面或多个波动量变化过程，可采用贝叶斯法分析多向不规则波的方向谱。采用波高仪阵列时，同步测量的波高仪不宜少于4个，波高仪之间的最小距离宜小于谱峰周期对应波长的3/10
3.5.2.2多向不规则波平均波向、综合平均波向、方向分布宽度和综合方向分布宽度等参数，可分别按下列公式计算2元
TG （f， ) sindde
Om = arctan
fG (f, ) cosdd
= argl!mo
exp（iom）df
5 G (f, ) (-Om)2d0) 1/2
S (f) (f)wwW.bzxz.Net
式中?m—平均波向（rad);
G（f，）——方向分布函数（rad-1)f频率（Hz);
θ—波向(rad);
综合平均波向（rad）：
频率谱密度（m2/Hz）：
波浪频率谱的零阶矩（m）：
fi，fz
波能分布的频率范围（Hz）：
e（f）——方向分布宽度（rad)；oe——综合方向分布宽度（rad)。(3.5.2 -1)
(3.5.2 -2)
(3.5.2 -3)
(3.5.2 -4)
3.5.2.3当多向不规则波遇有建筑物反射时，在建筑物前同步测定的波动量不宜少于5个，并将入射波和反射波分离，确定建筑物的反射系数，计算多向入射波和反射波的参数。3.5.3波浪爬高和落深数据采集和处理，应在静水位处设阈值，并以— 1157 —
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