Математическое моделирование мероприятий по инженерной защите мостовых переходов от гидродинамических воздействий морской водной среды

В настоящей статье объектом исследований являются сооружения инженерной защиты мостовых переходов от гидродинамических воздействий морской водной среды. Рассматриваются проблемы проектирования и вопросы оценки волновых воздействий с целью выбора метода инженерной защиты.

На примере конкретного участка Туапсе – Адлер Северо-Кавказской железной дороги выполнено математическое моделирование волновых условий и литодинамических процессов в береговой зоне. Для защиты от размыва морскими волнами пяти железнодорожных мостов, расположенных на данном участке, а также земляного полотна железной дороги рассмотрены три варианта сооружений инженерной защиты: искусственный свободный пляж (защитная волногасящая полоса) с периодическими эксплуатационными пополнениями, искусственный пляж с пляжеудерживающими сооружениями (бунами) и волногасящая берма из камня.

Исследования выполнены методом математического моделирования по программам проф. К. Н. Макарова, реализующим модели распространения и трансформации волн, а также литодинамических процессов береговой зоны морей, являющимся основой нормативных методик СП 38.13330.2018 и СП 277.125800.2016.

Моделирование генерации волн на глубокой воде, их трансформации и рефракции в прибрежной зоне моря, а также расчеты вдольберегового транспорта наносов выполнены с использованием разработанных цифровых моделей местности.

По результатам математического моделирования получены параметры ветровых волн, воздействующих на сооружения в морской береговой зоне рассматриваемого участка, и параметры вдольберегового транспорта наносов. Определены объемы отсыпок для создания защитной волногасящей полосы, проведена оценка пляжеудерживающей способности бун. Установлены параметры волногасящей бермы.

1. Ataei N., Stearns M., Padgett J. E. Response sensitivity for probabilistic damage assessment of coastal bridges under surge and wave loading // Transportation Research Record. 2010. No. 2202. P. 93–101. DOI 10.3141/2202-12. EDN OEKJHF.

2. Prediction of storm surges and wind waves on coastal highways in hurricane-prone areas / Q. Chen, L. Wang, H. Zhao, S. L. Douglass // Journal of Coastal Research. 2007. Vol. 95, No. 5. P. 1304–1317.

3. Wandji Zoumb P. A., Li X. Fourier regression model predicting train-bridge interactions under wind and wave actions // Structure & Infrastructure Engineering. 2023. Vol. 19, No. 10. P. 1489–1503. DOI 10.1080/15732479.2022.2033281. EDN KVTTYS.

4. Laboratory Tests on Wind-Wave Generation, Interaction and Breaking Processes / M. Clavero, L. Chiapponi, S. Longo, M. A. Losada // Advances on Testing and Experimentation in Civil Engineering. Cham : Springer, 2023. Р. 259–281. https://doi.org/10.1007/978-3-031-05875-2_11.

5. Uncertainties of the actual engineering formulas for coastal protection slopes. The dimensional analysis and experimental method / M. Santamaría, P. Diaz-Carrasco, M. V. Moragues [et al.] // Proceedings of the 39th IAHR World Congress. 2022. https://doi.org/10.3850/IAHR-39WC252171192022900.

6. Effectiveness of dummy water levels in physical models to optimize the toe and the crest levels / D. P. L. Ranasinghe, I. G. I. K. Kumara, N. L. Engiliyage, K. Raveenthiran // Proc. 8th International Conference on the Application of Physical Modelling in Coastal and Port Engineering and Science Dec. 9th –12th 2020, Zhoushan, China. P. 42–51.

7. Тлявлина Г. В. Лабораторные и натурные исследования в обеспечение развития нормативной базы и безопасности транспортных сооружений в условиях волнового воздействия // Транспортные сооружения. 2022. Т. 9, № 4. DOI 10.15862/10SATS422. EDN JVREME.

8. СП 277.1325800.2016. Сооружения морские берегозащитные. Правила проектирования : утверждены приказом Минстроя России от 16 декабря 2016 г. № 963/пр. Доступ из справочно-нормативной системы «NormaCS».

9. СП 416.1324800.2018. Инженерная защита берегов приливных морей. Правила проектирования : утверждены приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 30 ноября 2018 г. № 781/пр. Доступ из справочно-нормативной системы «NormaCS».

10. Тлявлина Г. В. Научное обоснование нормативной базы по проектированию защиты транспортных сооружений от гидродинамических воздействий естественной водной среды. Москва : Экон-Информ, 2023. 173 с. ISBN 978-5-907681-28-6. EDN IMBNHK.

11. Макаров К. Н. Математическое моделирование в морской гидротехнике. Сочи : Стерх, 2008. 397 с.