河道港口工程模型试验

正态模型和变态模型 　模型分为正态模型和变态模型。常用的正态模型的长度、宽度和深度都按同一几何比尺缩小，它的几何形状与原体是相同的。有时限于场地、设备、材料等条件，模型比尺较小，正态模型水深过小，使水流成为层流，这与一般原体中水流是紊流就有本质上的不相似，而且泥沙颗粒的缩尺过小，不仅模型沙难于配制，还会产生物理化学性质的不相似。这时就要采用变态模型，以满足主要方面的相似。变态模型的平面比尺和垂直比尺的数值不同。平面比尺和垂直比尺之比，称为变率。变率一般不能过大。

动床模型和定床模型 　天然河道和港口水域的水流和泥沙是随时变化的，这就要求模型水流是夹沙的，模型边界是可冲刷的。如满足这些要求的模型叫作动床模型。如水流夹沙很少，河床、港池冲淤变化缓慢，则可把模型制成固定的，用清水做试验，这种模型就是定床模型。它可用于研究河道和港口的水流流态和水流结构的变化。动床模型的试验技术比定床模型复杂。

定床模型要求的相似条件是重力相似和阻力相似。重力相似要求原体和模型的惯性力与重力的比值相等；阻力相似要求原体和模型内的阻力与重力的比值相等。二者都是满足水流运动相似的条件。

动床模型要求的主要相似条件是:水流运动相似,这与定床模型所要求的相同；输沙量相似，即要求原体和模型的相对输沙量(输沙量与输沙能力的比值)相等；输沙量沿程变化相似，即要求原体和模型的相对流速（水流流速与泥沙起动流速的比值）相等，以及原体和模型的泥沙沉降、悬浮的指标相等。

动床模型，特别是变态动床模型，由于在相似条件和理论计算方面不够严格、精确，在进行课题试验前须先作验证试验，即在模型中复演原体中一段时间的水文、泥沙过程资料，按照所要求的比尺换算成模型中的相应过程，将模型中发生冲淤变化与原体中的变化进行比较，以与原体符合为准，并据以调整模型试验的条件或参数，例如改变输沙量比尺及河床变形的时间比尺，直至试验结果和原体符合为止。

近年来，中国学者从相似理论出发，导出全沙模型相似条件，已能将悬沙和底沙同时在一个模型中进行试验，其结果已为原体所验证。2100433B

1875年法国学者J.法格第一个用平面比尺为百分之一的模型，研究法国加龙河的整治问题。模型的流量和深度、宽度比尺是任意的。1885年英国学者O.雷诺制成一个比较正规的潮汐河口模型，研究梅西河口的航道治理问题。1898年德国学者H.恩格斯创建第一个河道水力学试验室，他被公认为河道水力学和河道模型试验的奠基人。

20世纪30年代，H.恩格斯曾受中国委托进行了黄河的悬沙模型试验（但无较完善的模型相似律）。随着测试技术的改进和河道、港口工程建筑的发展，世界各国愈来愈多地用模型试验来研究河道和港口治理问题。河道工程和港口工程模型试验已由定床模型发展到动床模型；由一种泥沙的分别模拟发展到全沙的统一模拟；由人工操作发展到半机械化操作的阶段。

该职业资格共分三级：助理港口工程师、港口工程师、高级港口工程师。

地质力学模型试验是岩石力学研究领域的重要手段，尤其是在理论尚不完备、非连续数值模拟技术尚未成熟的现阶段，地质力学模型试验在深部岩体力学研究中占据重要地位。

地质力学模型试验最早由格恩库兹涅佐夫于1936年提出，是仿照真实结构并按照一定比例关系复制而成的试验代表物，它具有原型结构的全部或部分特征。地质力学模型试验根据相似理论，用适当的比例尺和相似材料制成与原型相似的试验对象，再现原型结构的实际工作状态，最后按照相似判据整理试验结果，推算原型结构的实际状态。地质力学模型试验的科学性取决于模型与原型具有相同物理性质的变化过程，要满足物理现象的单值相似条件，还要求对应的相似判据相等。

地质力学模型试验能形象、直观地模拟工程结构的受力、变形及破坏的全过程，可以比较全面、真实地模拟复杂的地质构造，揭示可控影响因素对人们关心的工程灾变孕育演化过程的影响，为建立新的理论和数学模型提供依据，从而为避免和防控工程灾害提供技术支持。

从20世纪70年代开始，清华大学、山东大学、中国矿业大学、长江科学院等高校和院所，结合水利、采矿、交通、国防等工程中的岩石力学问题，开展了大量的模型试验研究，取得了系列创新成果，为岩石力学的发展做出了重要贡献。如，清华大学李仲奎 等研制了离散化多主应力面加载和控制系统，成功地解决了复杂三维初始地应力场的模拟问题，提出基于击实功复合作用系数以及密度随填筑深度非线性逆向控制的模型制作方法，提高了模型材料力学性质的稳定性；山东大学张强勇等在试验台架研制、相似材料制备、试验数据采集等方面开展了大量的工作，也取得了丰硕的成果。

地质力学模型试验在大模型制作、控制加载、监测量测、相似材料制备等方面得到了全面发展，逐步实现了模型由平面到立体、应力状态由平面到真三轴、加载边界由刚性到柔性、监测量测由概略到精细、材料性质相似由粗放到严格的转变。但是，在部分深部特有问题模拟上，如深部岩体的含能状态、初始状态、边界条件以及与时间相关的变形破坏过程等，仍存在一些值得商榷之处。 2100433B

专业核心课程与主要实践环节：港口工程技术、施工技术和管理