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滑坡涌浪作用下系泊船舶安全试验研究

文档作者：陈里１杨渠锋２喻涛３４王平义３４文档来源：１．三峡大学水利与环境学院２．贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司３．重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心４．重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室		点击数：	更新时间： 2021年05月07日
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ＤＯＩ： １０．１６１９８／ ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－６４０Ｘ．２０１７．０１．０１１ 陈里， 杨渠锋， 喻涛， 等． 滑坡涌浪作用下系泊船舶安全试验研究［Ｊ］． 水利水运工程学报， ２０１７（１）： ８０－ ＹＡＮＧ Ｑｕｆｅｎｇ， ＹＵ Ｔａｏ， ｅｔ ａｌ． Ｍｏｄｅｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｍｏｏｒｅｄ ｓｈｉｐ ｕｎｄｅｒ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｓｕｒｇｅ ａｃｔｉｏｎ［Ｊ］８．６Ｈ． ｙ（ｄＣｒｏＨ⁃ＳＥｃＮｉｅｎＬｃｉ，ｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１７（１）： ８０－８６． （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ））
第１ 期
２０１７ 年２ 月
水利水运工程学报
ＨＹＤＲＯ⁃ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｎｏ．１
Ｆｅｂ． ２０１７
收稿日期： ２０１６－０１－２２
基金项目： 西部交通建设科技项目（２０１１３２８８１４１１６０）
作者简介： 陈 里（１９８２—），男，河南信阳人，讲师，博士，主要从事航道整治理论及技术研究。
Ｅ⁃ｍａｉｌ：４２９６８３３６１＠ ｑｑ．ｃｏｍ
滑坡涌浪作用下系泊船舶安全试验研究
陈 里１， 杨渠锋２， 喻 涛３，４， 王平义３，４
（１． 三峡大学水利与环境学院， 湖北宜昌 ４４３００２； ２． 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司， 贵州
贵阳 ５５０００１； ３． 重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心， 重庆 ４０００７４； ４． 重庆交通大学水
利水运工程教育部重点实验室， 重庆 ４０００７４）
摘要： 随着我国逐步加快在长江中上游山区河流的水利水电和港口航道工程建设，内河库港在滑坡涌浪作用
下，如何保证船舶系泊安全成为一个极其关键的问题。为了提高滑坡涌浪对内河库港运行安全影响程度的认
识，以江南沱口直立式高桩码头为依托，选择内河３ ０００ ｔ 甲板驳船为研究对象进行物理模型试验。深入分析了
滑坡涌浪作用下系泊船舶系缆力和撞击能的影响因素，以及波高、水深等因素影响下系泊船舶系缆力和撞击能
的变化规律。结合规范和试验数据，得出了涌浪作用下船舶系缆力和船舶撞击能的经验计算式，确定了滑坡涌
浪对内河库港船舶系泊安全的影响程度，并提出了相应的对策和意见。
关 键 词： 滑坡涌浪； 系缆力； 撞击能
中图分类号： ＴＶ１３９． ２＋ ３ 文献标志码： Ａ 文章编号：１００９－６４０Ｘ（２０１７）０１－００８０－０７
随着我国内河航道和港口建设的发展，船舶吨位等级不断提高，港口泊位能力不断增强，现有研究和设
计规范已不能满足要求，尤其是在库区蓄水后，滑坡涌浪灾害［１－２］ 对于现有码头和船舶存在较大威胁。对波
浪作用下船舶运动响应的理论研究［３－７］ 和物理模型试验研究［８－１１］ 考虑的是海浪和风浪对系泊船舶的作用，
在计算分析时主要参考海港部门的研究成果。库岸滑坡涌浪从形成机理而言与风浪、海浪的性质完全不同，
现有理论分析和计算公式是否适用于库区水深条件下滑坡涌浪对系泊船舶作用的计算有待进一步探讨。因
此，结合工程实际，开展滑坡涌浪作用下船舶系缆力和撞击作用的物理模型试验研究，对涌浪作用下船舶系
泊安全的预估具有较大实际意义。
１ 模型设计与量测技术
为了获得原型和模型中的物理现象相似，首先必须满足３ 个相似条件，即几何相似、运动相似和动力相
似。滑坡下滑是重力作用为主的运动现象，故模型按重力相似准则设计，模型几何比尺λｌ 取１ ∶７０。因此，波
高、波长及水深均按几何比尺λｌ 计算，时间比尺λｔ ＝ λ０． ５ ｌ ，船舶系缆力比尺λＦ ＝ λ３ｌ
，波浪周期比尺λＴ ＝ λ０．５ ｌ ，
质量比尺λＭ ＝ λｌ ３，船舶撞击能比尺λＥ ＝ λ４ｌ
。
（１）河道和码头模型的依托工程为万州江南沱口码头河段，模型采用断面法制作并对河底地形进行概
化。原型码头结构平台长２５３ ｍ，宽３０ ｍ，将原型码头按比尺制模，按刚性结构处理，用塑胶将其连成一体固
定在河道模型内，两个码头分别布设在滑坡入水点正对岸及同岸，距滑坡入水点６． ３７ ｍ，具体布置见图１。
（２）资料统计表明，库区滑坡的坡度大多分布在２０°～６０°，因此，模型滑面倾角选取２０°，４０°和６０°，选择
万方数据
第１ 期陈 里， 等： 滑坡涌浪作用下系泊船舶安全试验研究
图１ 试验平面布置（单位：ｍ）
Ｆｉｇ． １ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｔｅｓｔ ｍｏｄｅｌ （ｕｎｉｔ： ｍ）
固定滑坡体模型长度为１ ｍ，宽度分别为０． ５，１． ０ 和１． ５ ｍ，
厚度为０． ２，０． ４ 和０． ６ ｍ 共９ 组块体方案。考虑三峡水库运
行的３ 个水位１４５，１５５ 及１７５ ｍ，相应的试验水深分别为
０． ７４， ０． ８８ 和１． １６ ｍ。综上所述，试验选用３ 种水深、３ 个水
平坡度和９ 个水平块体体积，共计８１ 组试验工况。
表１ 船舶主尺度参数
Ｔａｂ． １ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｍｏｏｒｅｄ ｓｈｉｐ ｓｉｚｅｓ
船型参数实船船模
船长／ ｍ ９０ １． ２８
型深／ ｍ ４ ０． ０５７
型宽／ ｍ １６ ０． ２２８
设计吃水／ ｍ ３． ３ ０． ０４７
方形系数０． ８ ０． ８
满载排水量３ ０００ ｔ ８ ７００ ｇ
（３）试验船型选择３ ０００ ｔ甲板驳船。考虑船模满载下吃
水、重量、重心位置、质量惯性矩和自振周期等与原型相似。
实船和船模主尺度及有关参数见表１。系缆布置采用八字
缆，首尾各１ 根，打缆角度均为３０°，缆绳长度、系缆位置以及
角度与原型相似，模拟采用３５ ｍｍ 尼龙缆。船舶撞击护舷模
拟考虑护舷受力变形曲线相似，其设置高度与原型护舷中心受
力点位置相同。模型护舷分别位于船首１／３ 处和船尾１／４ 处，
共４ 个测点分别位于两个码头。船舶系缆力和船舶撞击力采用
重庆交通大学自主研制的船舶系缆力传感器和撞击护舷传感器
测量，撞击能值通过撞击护舷传感器的力学性能曲线计算得出。
仪器采样精度为１００ Ｈｚ，所有数据利用计算机进行采集处理。
２ 涌浪作用下系泊船舶影响因素分析
滑坡涌浪作用下，系泊船舶运动过程和受力过程［１２］ 较为复
杂，影响系泊安全的主要是船舶系缆力和对码头的撞击力。滑坡涌浪作用下系泊体系的船舶运动响应规律
如下：当涌浪作用于系泊船舶时，船舶向码头方向运动，缆绳处于松弛状态，对船舶无拉拽作用，船舶将撞击
码头护舷。当护舷变形被压缩至最大值后，船舶在护舷反力作用和波浪共同作用下开始向反方向运动，当运
动一定距离后，缆绳迅速拉紧，船舶系缆力将达到最大值。随后，在涌浪、缆绳和护舷共同作用下，系泊船舶
将会出现和涌浪周期大致相同的往复运动。
作用于船舶上的波浪荷载，与波浪特性（波高、周期、波浪入射角度等）有关，同时也与船舶本身尺度（长
度、宽度、吃水深度）、载度（满载、半载、压载）和运动特性（横摇、纵摇、升沉）等有关。根据试验工况，考虑系
泊船舶系缆力和撞击能的影响因素，分别选取涌浪波高、周期及库区水深影响下的系缆力和撞击能值进行单
因素对比统计（见表２）。
表２ 典型涌浪参数工况
Ｔａｂ． ２ Ｔｙｐｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｓｕｒｇｅ
工况
入射波高／
ｃｍ
对岸船舶
系缆力／ ｋＮ
对岸船舶
撞击能／ ｋＪ 工况入射周期／ ｓ 对岸船舶
系缆力／ ｋＮ
对岸船舶
撞击能／ ｋＪ 工况水深／ ｍ 对岸船舶
系缆力／ ｋＮ
对岸船舶
撞击能／ ｋＪ
１ １． ８０ １７４． ５０ ５６． ４０ ２ ０． ６０ １６５． ２０ ６４． ３０ ３ ０． ７４ ２１３． ４０ ８４． ３０
７ ２． １０ １８４． ２０ ９０． ５０ １１ ０． ７０ １７４． ５０ ７５． ６０ １２ ０． ８８ ２２４． ６０ ７９． ６０
２ ２． ２０ １８３． ２０ １０２． ３０ ２０ ０． ８０ １８４． ６０ ５８． ７０ ２１ １． １６ ２０７． ８０ ８０． ４０
４ ２． ７０ １９８． ４０ １０４． ８０ ２８ １． １０ １９８． ６０ ７４． ５０ ２８ ０． ７４ ２４５． ６０ ８９． ６０
３ ３． １０ ２０９． ６０ １１３． ６０ ３７ １． ２０ １８４． ５０ ６０． ２０ ３７ ０． ８８ ２５８． ７０ ９１． ３０
８ ３． ６０ ２４６． ３０ １３２． ５０ ４６ １． ００ １９７． ３０ ７６． ３０ ４６ １． １６ ２３６． ５０ ８７． １０
５ ３． ７０ ２６７． ８０ １５４． ５０ ５５ １． ３０ ２０１． ３０ ８１． ２０ ５１ ０． ７４ ２１６． ９０ ８４． ６０
６ ４． ９０ ３８７． ６０ １９３． ４０ ６４ １． ５０ １９５． ４０ ７８． ６０ ６０ ０． ８８ ２１７． ３０ ７８． ６０
９ ６． ３０ ７７９． ８０ ２５８． ７０ ７３ １． ４０ １８７． ７０ ７２． ３０ ６９ １． １６ ２３６． １０ ７８． ４０
８１
万方数据
水利水运工程学报２０１７ 年２ 月
由表２ 可见，内河３ ０００ ｔ 甲板驳船满载时，在固定系缆方式和缆绳尺寸情况下，涌浪的入射波高越大，
作用于船舶上的波浪荷载越大。系缆力和撞击能值也越大，系缆力、撞击能与波高近似为线性关系，与以往
的模型试验研究结果及规范公式相符；在波高相同的工况下，涌浪周期不同，系缆力、撞击能值变化较小。由
于波浪周期变化范围与船舶的固有横摇周期相差较大，船舶横摇运动受涌浪周期变化影响较小，系缆力和撞
击能值也变化不大。以往的研究表明，若波浪周期与船舶固有横摇周期相差较小，船舶运动量大，将会导致
系缆力、撞击能增大。在相同涌浪入射波高和周期的工况下，库区水深的变化对系泊船舶的系缆力和撞击作
用影响较小。
３ 涌浪作用下船舶系缆安全预估
目前，《港口工程荷载规范》［１３－１４］ 公式中规定靠泊码头的船舶受到的总荷载包括风荷载、水流荷载和波
浪荷载，主要考虑风、浪、水流等因素作用下船舶系缆力的大小。公式中一般考虑港口在波浪较小情况下系
泊船舶的受力，对于较大波浪船舶系缆力的计算没有涉及，尤其是来自破坏能量较大的滑坡涌浪作用下船舶
系缆的安全计算。
３. １ 船舶系缆力的计算
规范中规定的波浪荷载船舶系缆力计算式，分别通过水流作用下船舶纵向力和横向力进行计算：
Ｎ ＝ Ｋ ／ ｎ ΣＦｘ ／ （ｓｉｎαｃｏｓβ） [ ＋ΣＦｙ ／ （ｃｏｓαｃｏｓβ）] （１）
式中： Ｋ 为船柱受力不均匀系数； ｎ 为系船柱数目； α 为船缆的水平投影与码头前沿线的夹角； β 为系船缆与
水平面之间的夹角。
当水流与船舶纵轴平行或流向角θ ＜ １５°，θ ＞ １６５° 时，水流力船首横向分力Ｆｘ１，船尾横向分力Ｆｙ１ 及船
舶纵向分析Ｆｙ２ 的计算式为：
Ｆｘ１ ＝ Ｃｘ１ρＶ２Ｂ′ ／ ２， Ｆｙ１ ＝ Ｃｙ１ρＶ２Ｂ′ ／ ２， Ｆｙ２ ＝ Ｃｙ２ρＶ２Ｓ ／ ２ （２）
式中： Ｃｘ１ ， Ｃｙ１ 分别为船舶首、尾横向分力系数； ρ 为水体密度； Ｖ 为水流速度； Ｂ′ 为船舶以下吃水横向投影
面积； Ｓ 为船舶吃水线以下表面积。
当１５° ≤ θ ≤ １６５° 时，船首横向分力Ｆｘ１ ，船尾横向分力Ｆｙ１ 计算式分别为：
Ｆｘ１ ＝ Ｃｘ１ρＶ２Ａｘ１ ／ ２ （３）
Ｆｙ１ ＝ Ｃｙ１ρＶ２Ａｙ１ ／ ２ （４）
式中： Ａｘ１ ， Ａｙ１ 为船舶水下部分垂直和平行水流方向的投影面积。
通过测点所测入射涌浪的周期Ｔ 和水深ｈ ，用二分法迭代波浪的弥散方程，即可求出原始波波长Ｌ。通
过试验涌浪的波长Ｌ 和周期Ｔ 计算涌浪波速Ｖ ，将涌浪波速近似于水流速度代入规范计算式。由于同、对岸
码头涌浪入射角度分别为０°和９０°，计算得出波浪荷载对船舶的作用力。选择入射波高值范围为０． ２１ ～
７． １１ ｍ 的试验工况，其波长和周期范围分别为０． ６４～２． １３ ｓ，０． ８～３． ８ ｍ，通过计算对不同工况下船舶系缆
力的计算值和试验值进行对比分析（见图２）。
图２ 涌浪作用下船舶系缆力试验值和计算值对比
Ｆｉｇ． ２ Ｃｏｍｐｏｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｅｓｔ ｖａｌｕｅｓ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｓｈｉｐ ｍｏｏｒｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｂｙ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｇｅ
８２
万方数据
第１ 期陈 里， 等： 滑坡涌浪作用下系泊船舶安全试验研究
通过分析计算发现，由于规范中的计算公式未引入波高参数，涌浪入射波高Ｈ＜２ ｍ 时，对岸码头船舶的
系缆力计算值和试验值吻合较好，平均相对误差为１０． ３％；当船舶涌浪前波高大于２ ｍ，其偏离程度较大，平
均相对误差达１１０％；大于２． ５ ｍ 涌浪波高入射同岸系泊船舶时，其计算值与试验值吻合也较差，平均相对误
差达３０％。因此，涌浪波高较大时，规范中的计算公式已不适用于滑坡涌浪作用下船舶系缆力的计算。在
固定船型参数以及船舶满载情况下，主要考虑入射涌浪波高对系泊船舶的影响。结合本次模型试验并参考
以往研究的经验公式，对《港口工程荷载规范》系泊船舶的波浪荷载系缆力计算式进行修正。涌浪作用下船
舶系缆力与波高值近似线性关系，引入波高Ｈ 及水深ｈ 参数，通过无量刚化线性回归确定涌浪作用下船舶
系缆力的经验计算式为：
Ｎ ＝ Ｋｎ
（Ｈｈ
）η ΣＦｘ
ｓｉｎαｃｏｓβ
＋ ΣＦｙ
ｃｏｓαｃｏｓβ
「
[
||
]
」
||
（５）
式中： Ｈ 为波高；ｈ 为水深。通过线性回归计算，确定修正系数η 为－０． ７３。
对本次试验的试验值和修正式中的计算值进行比较，对岸码头系泊船撞击能的计算值和试验值具有较
好的相关性，相关系数为Ｒ ＝０． ９１；由于船舶系缆力的大小除了受环境荷载如滑坡涌浪等影响外，还与码头
系泊布置方式、船舶类型、吨位、缆绳类型和数量、缀绳初张力、护弦类型和数量及布置方式等因素有关。考
虑模型试验的局限性，该计算式只对相似船型、满载及双缆系泊时的船舶系缆力计算具有较高准确性，对其
他系泊条件下系缆力的计算具有一定的参考价值。３. ２ 船舶系缆安全的预估
考虑３ ０００ ｔ 甲板驳船满载下的系缆方式，模拟采用３５ ｍｍ 尼龙缆，缆绳破断力应按产品规格确定，当缺
乏资料时，对于聚丙烯尼龙缆绳其破断力可按下式计算： Ｎｐ ＝ ０． １６Ｄ２，其中： Ｎｐ 为聚丙烯尼龙缆绳的破断力；
Ｄ 为尾缆绳直径。通过计算３ ０００ ｔ 船舶系缆力的标准值为２００ ｋＮ。典型涌浪波高下船舶系缆力值见表３。
表３ 典型涌浪波高下船舶系缆力值
Ｔａｂ． ３ Ｔｙｐｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｓｈｉｐ ｍｏｏｒｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｂｙ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｓｕｒｇｅ
工况初始波高／ ｍ 入射波高／ ｍ 对岸码头船首系缆力／ ｋＮ 对岸码头船尾系缆力／ ｋＮ 同岸码头船首系缆力／ ｋＮ 同岸码头船尾系缆力／ ｋＮ
１９ ０． ８４ ０． ２１ １９５． ５０ １７１． ５０ ８５． ７０ ４１． ９０
１０ １． ０５ ０． ４２ １９８． ２０ １３７． ２０ １０２． ９０ ３１． １０
７３ ２． ４５ ０． ９０ ２００． ６０ １８５． ２０ １７４． ５０ ５４． ２０
３７ ３． ５０ ０． ９３ １９８． １０ １８８． ６０ １６５． ３０ ６６． ６０
５６ ４． ２０ １． ２６ ２８６． ８０ ２５０． ３０ １７９． ８０ １２５． ３０
６１ ５． ２５ １． ３３ ３０６． ８０ ２２９． ８０ ２０１． ３０ １１４． ３０
３１ ８． ０５ １． ６８ ４２８． ９０ ４０８． １０ ３４７． ３０ １３２． ５０
４１ ７． ５６ １． ７３ ４３３． ４０ ２３７． ００ ３４７． ７０ １７４． ５０
４２ １１． ６２ ２． １７ ６７０． ９０ ３４８． ００ ７１４． ２０ １９８． ６０
５４ １４． ００ ３． ２２ ８１０． ８０ ４５６． １０ ７８４． ２０ ３００． ９０
表３ 表明，初始波高３． ３ ｍ 以上，涌浪入射波高大于０． ９ ｍ 时，对岸码头船舶首缆系缆力均大于标准值；
对于船舶尾缆，初始波高３． ５ ｍ 以上，涌浪入射波高大于１． １ ｍ 时，其系缆力均大于标准值；同岸码头船舶首
缆系缆力只有１／３ 工况下满足船舶系缆力的标准值，而尾缆系缆力有一半以上工况满足船舶系缆力的标准
值；同岸码头首缆系缆力的初始波高和入射波高额定值分别为２． ４ 和０． ９ ｍ；尾缆系缆力的初始波高和入射
波高额定值分别为２． ８ 和１． ３ ｍ。因此，将０． ９ ｍ 的入射波高值作为本次试验工况下系泊船舶系缆力的安
全极限（警戒）波高值。
４ 涌浪作用下船舶撞击安全预估
４. １ 船舶撞击能计算
《港口工程荷载规范》中规定在横浪作用下，系泊船舶的有效撞击能量计算式为：
８３
万方数据
水利水运工程学报２０１７ 年２ 月
Ｅ ＝ αＣｍＭｇＨ（Ｈ ／ Ｌ）（Ｌ ／ Ｂ）（ｄ ／ Ｄ）２． ５ｔａｎｈ（２π／ （Ｌｄ）） （６）
式中： Ｅ 为横浪作用下系泊船舶有效撞击能量（ｋＪ）； α 为系数， 采用橡胶护舷时为０． ００４； Ｃｍ 为船舶附加水体
质量系数；Ｍ 为船舶满载排水质量； Ｈ 为浪高； Ｂ 为船舶型宽； Ｄ 为船舶吃水深； ｄ 为码头前沿水深；Ｌ 为波长。
试验包括高、中、低３ 个水位，发现当波高Ｈ 一定时，水深ｄ 的变化并不会引起撞击力和撞击力能的变
化，且系泊船舶型深远小于水深ｄ 。通过理论及试验数据分析表明，当初始涌浪传播至系泊船舶处，入射波
高对系泊船舶撞击力和撞击能起着决定性的作用。因此，在固定船型参数以及船舶满载的情况下，主要考虑
涌浪入射波高对船舶撞击能的影响。结合模型试验资料分析，参考以往研究的经验公式，对规范中系泊船舶
的有效撞击能量的经验公式进行修正，确定滑坡涌浪作用下船舶撞击能的经验计算式为：
Ｅ ＝ ＫαＣｍＭｇＨ（Ｈ ／ Ｂ）（Ｄ０ ／ Ｄ）２． ５ （７）
式中：Ｋ 为修正系数；Ｄ０ 为船舶型深。
对滑坡涌浪作用下的试验数据进行整理分析，运用线性回归法确定参数Ｋ ，得到涌浪作用下船舶最大
撞击能量的经验计算式为：
Ｅ ＝ ０． ０２３ ２αＣｍＭｇＨ（Ｈ ／ Ｂ）（Ｄ０ ／ Ｄ）２． ５ （８）
比较所有工况的试验值和公式中的计算值，对岸码头系泊船撞击能的计算值和试验值具有较好相关性，
相关系数为Ｒ ＝０． ９３。式（８）适用于相似船型及系泊条件的船舶撞击能的计算，对其他船型或不同装载情况
下船舶撞击能的计算有一定参考价值。
４. ２ 船舶撞击安全预估
《港口工程荷载规范》中船舶有效撞击能的计算式为： Ｅ０ ＝ ρＭＶｎ
２ ／ ２，其中， Ｅ０ 为船舶有效撞击能（ｋＪ）； ρ
为有效动能系数（取０． ７～０． ８）； Ｖｎ 为船舶法向撞击速度（ｍ／ ｓ）。根据规范中河船方向靠岸速度的统计表，
取Ｖｎ ＝０． ３ ｍ／ ｓ。通过计算，码头原型橡胶护舷设计标准值Ｅｎ ＝１０８ ｋＪ。
撞击能经验式计算及试验数据统计分析见表４。由表４ 可见，初始波高大于３． ３ ｍ，入射波高大于０． ９ ｍ
时，对岸码头船首撞击能均大于橡胶护舷设计标准值；对于船尾撞击能，在初始波高大于３． ５ ｍ，入射波高大
于１． １ ｍ 时，其撞击能均大于标准值。同岸码头船首撞击能值只有１／３ 工况下满足橡胶护舷设计要求，船尾
撞击能值２／３ 工况下满足橡胶护舷设计标准值。同岸码头船首撞击能在初始波高和入射浪高分别小于２． ４
和０． ９ ｍ 时，满足橡胶护舷的设计要求；船尾撞击能的初始波高和入射波高额定值分别为１１． ０ 和２． ８ ｍ。
因此，将０． ９ ｍ 的入射波高值，作为本次试验工况下船舶撞击能的安全极限（警戒）波高值。
表４ 典型涌浪波高下船舶撞击能值
Ｔａｂ． ４ Ｔｙｐｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｉｍｐａｃｔ ｅｎｅｒｇｙ ｂｙ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｓｕｒｇｅ
工况初始波高／ ｍ 入射波高／ ｍ 对岸码头船首撞击能／ ｋＪ 对岸码头船尾撞击能／ ｋＪ 同岸码头船首撞击能／ ｋＪ 同岸码头船尾撞击能／ ｋＪ
１９ ０． ８４ ０． ２１ ５６． ４０ ４１． ５０ １６． ２０ ２１． １０
１０ １． ０５ ０． ４２ ９０． ５６ ７５． ２０ ２７． ８０ １４． ８０
７３ ２． ４５ ０． ９２ １０２． ３６ ８９． ８２ ２７． ５０ ２１． ００
３７ ３． ５０ ０． ９３ １５７． ５０ １４３． ００ １１７． ２０ １０１． ３０
５６ ４． ２０ １． ２６ １９３． ４０ １６２． ５０ １３４． ３０ １２２． ４０
６１ ５． ２５ １． ３３ ２５８． ７０ ３４９． ４０ ２１５． ４０ １８１． ２０
３１ ８． ０５ １． ６８ ５２２． ５０ ３４３． ９０ ２８０． ５０ ２８９． ６０
４１ ７． ５６ １． ７３ ８９８． ４０ ８４２． ３０ ３２８． １０ ２７３． ２０
４２ １１． ６２ ２． １７ ８６７． ２０ ８２３． ２０ ４１０． ６０ ３７０． ８０
５４ １４． ００ ３． ２２ ９８５． ２０ ９２７． ００ ６７３． ９０ ６１２． １０
５ 结 语
模型试验研究建立了滑坡涌浪作用下系缆力和撞击能经验计算式，其中系缆力的计算引入了波高参数，
计算结果提高了对滑坡涌浪作用下库区船舶及港口影响程度的认识。另外，当初始波高达到一定高度时，如
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万方数据
第１ 期陈 里， 等： 滑坡涌浪作用下系泊船舶安全试验研究
工况６２， ６９ 和８１（初始波高分别为１５． ３，１５． ６ 和１６． ０ ｍ，入射波高分别为７． ３，７． ６ 和７． ８ ｍ）等，波浪荷载
对系泊船舶的作用力极大。系泊船舶因为横摇的剧烈运动而导致缆绳崩断，从而引发船舶撞坏码头或者倾
覆。试验结果表明，初始波高达到１５ ｍ 以上，入射涌浪在７ ｍ 左右时，船舶发生严重横摇和倾覆，此时，系缆
力和撞击能的数值已经不是真实数据。
因此，滑坡涌浪作用下现有库区港口运行和设计规范已不能满足实际要求，实际运行中，为减小滑坡涌
浪对库区港口的危害程度，可采取以下相应有效措施：
（１）提高系泊船舶系缆绳强度等级。根据本次系泊船舶系缆力试验数据的研究，可针对类似船舶类型
提高船舶系缆绳强度３０％左右。其他类型船舶的系缆绳强度的提高，可作相应参考。
（２）减小系泊船舶系缆力。为减小涌浪作用下系泊船舶系缆力，在实际运行过程中，可增大系缆绳的预
张力。在条件允许情况下，可改变布缆方式，采取多缆系缆方式，增加首缆、腰缆和尾缆。通过多缆方式，将
较大系泊船舶系缆力分散在不同位置缆绳上。
（３）提高库区港口码头橡胶护舷设计标准。根据本次系泊船舶撞击能的试验数据，建议提高库区港口
码头橡胶护舷设计标准３０％左右。
（４）改变库区港口码头橡胶护舷的布置方式。港口码头橡胶护舷的基本形式主要有连续布置和间断布
置。在间断布置情况下，可考虑加大间断布置橡胶护舷的密度。
（５）当出现极具破坏性的滑坡涌浪波高时，应停止系泊船舶的作业，驶离码头，转移到安全区域。
参 考 文 献：
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万方数据
水利水运工程学报２０１７ 年２ 月
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Ｍｏｄｅｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｍｏｏｒｅｄ ｓｈｉｐ
ｕｎｄｅｒ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｓｕｒｇｅ ａｃｔｉｏｎ
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（１． Ｃｈｉｎａ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００２， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ａｃａｄｅｍｙ Ｃｏ．，
Ｌｔｄ．，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００１， Ｃｈｉｎａ； ３． Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｉｎｌａｎｄ Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００７４， Ｃｈｉｎａ； ４． Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ａｎｄ Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，
Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００７４， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： 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．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｓｕｒｇｅ； ｍｏｏｒｉｎｇ ｌｉｎｅ ｆｏｒｃｅ； ｉｍｐａｃｔ ｅｎｅｒｇｙ
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