Предварительное исследование устойчивости и гидравлических характеристик волноломов из геотекстильных контейнеров для песка, заполненных песком и цементом.

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 15244 (2022) Цитировать эту статью

3403 Доступа

1 Цитаты

Подробности о метриках

Волнорезы являются важными сооружениями, обеспечивающими спокойствие портов и портовых сооружений при отсутствии мер естественной защиты. Традиционно эти массивные конструкции строятся из натуральных камней весом в тонны. В нынешнем сценарии добыча огромных природных камней сложна и неэкологична. Контейнеры для песка из геотекстиля (GSC) становятся подходящей альтернативой каменной брони волноломов, и различная литература подтверждает ее эффективность. Настоящее исследование направлено на анализ производительности GSC при заполнении расчетным количеством цемента и песка. Анализ гидравлических характеристик и устойчивости моделей волноломов из геотекстиля, наполненных цементом и песком, проводится в монохроматическом волновом лотке в масштабе 1:30. Когда волноломы GSC заполнены песком и цементом, наблюдается повышение устойчивости до 43% со значительным уменьшением наката, стекания и отражения волн, чем у волноломов, заполненных одним песком. В результате, агрегаты GSC, наполненные цементом и песком, могут быть предложены в качестве возможной альтернативы агрегатам, заполненным только песком, где необходимо противодействовать вандализму.

Волнорезы обычно строятся так, чтобы рассеивать энергию волн, создавая спокойные условия внутри гавани для облегчения погрузки и разгрузки груза с пришвартованного судна в порту. Кроме того, спокойная портовая зона способствует бесперебойному функционированию портов и гаваней. Океанские волны часто вызывают серьезную береговую эрозию в сезон дождей и могут иметь катастрофические последствия для прибрежной экосистемы, средств к существованию и сообществ. Глобальное изменение климата и связанное с ним повышение уровня моря могут вызвать серьезные волновые воздействия, наводнения и прибрежные наводнения в прилегающих прибрежных районах1. Повторяющиеся циклоны и связанные с ними штормовые нагоны в последнее время вызывают обеспокоенность2,3,4. Поэтому неизбежно наличие защитных сооружений, способных снизить негативное воздействие разрушительных волн на прибрежные территории.

Береговые защитные сооружения обычно могут быть жесткими или мягкими. Обход песка, пополнение дюн, защита растительности, восстановление пляжей и т. д. считаются мягкими решениями5,6. В качестве жестких решений принимаются затопленные и вышедшие волноломы, дамбы, дамбы, дамбы, волноломы и т. д.7,8. На протяжении многих лет насыпи из щебня или каменные бронированные конструкции были наиболее распространенной системой волноломов9. Тревожный рост стоимости природного камня, сокращение его доступности и запрет на разработку карьеров во многих штатах требуют создания жизнеспособных альтернатив каменным конструкциям10. За прошедшие годы в подразделениях искусственной брони произошли огромные инновации. Бетонные Кубы, Четвероногие, Аккроподы, Долосы, Core Loc и т. д. — некоторые известные единицы брони9,11,12,13,14,15. Расширены исследования в области проектирования инновационных волноломов. Некоторые заметные достижения в этом отношении включают полу- и четвертькруглые волноломы16,17, пластинчатые волноломы18, тандемные волноломы19, плавучие трубчатые волнорезы20,21, свайные волноломы22,23 и т. д. Наряду с этим геосинтетические материалы также широко используются для различных применений в прибрежной инженерии. Геосинтетика относится к широкому спектру природных или искусственных полимерных материалов, которые могут быть использованы для различных целей гражданского строительства24. Геосинтетика включает геотекстиль, геомембраны, геосетки и т. д. (используемые в гражданском строительстве, включая дорожное строительство, утилизацию отходов, защиту склонов и т. д.), причем геотекстиль широко используется в прибрежном строительстве25,26. Применения геотекстиля в береговой инженерии включают облицовки27, насыпи28, волнорез29, броню волноломов30,31 и другие берегозащитные сооружения8,12,32,33,34,35. Доказано, что контейнеры с геосинтетическим песком (GSC) обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными каменными конструкциями36. Он может поставлять широкий спектр броневых единиц одинакового размера, что очень сложно в случае с камнями37,38. Стоимость единицы объема может быть снижена, если размер контейнеров большой, что значительно сокращает время строительства. Коэффициент заполнения влияет на стабильность и форму из-за сцепления и гибкости. Его также можно устанавливать на более крутых склонах по сравнению с обычными конструкциями. Еще одной привлекательной особенностью геотекстильных конструкций является возможность заполнения трубок или контейнеров на месте местными материалами, что делает строительство экономически эффективным и быстрым39. Несмотря на то, что агрегаты GSC производят визуальный эффект, вышеуказанные преимущества делают геотекстильные блоки, наполненные песком, жизнеспособной альтернативой основным и вторичным бронеблокам обычного волнолома из булыжной насыпи. Было меньше попыток количественно оценить эффективность элементов геотекстиля в волноломе, что побудило продолжить настоящее исследование.