ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Лабораторные эксперименты из "Сейсмические морские волны цунами " Эти эксперименты относятся к цунами, вызванным землетрясениями. Такахаси [618] был одним из первых, кто провел лабораторные эксперименты по возбуждению цунами, исследуя форму свободной поверхности и характер волнового движения, обусловленные смещением участка морского дна. Он также использовал закон подобия для связи своих лабораторных экспериментов с натурой. [c.81] Измерения длин волн были менее определенными, но в целом длины оставались примерно неизменными, за исключением случаев очень медленного движения поршня, когда длина волны увеличивалась. [c.82] Эти эксперименты были проведены в бассейне размером 19,5X45,7X0,85 м. В качестве волнопродуктора использовался железный ящик размером 2,4X1,2x0,2 м. Его крышка имела 10 круглых отверстий с диаметром 0,3 м каждое. Соответствующей комбинацией открытых и закрытых отверстий предполагалось имитировать различные формы подводных смещений дна. [c.83] Были выполнены четыре вида экспериментов. В первом эксперименте в качестве генерирующего механизма использовался гидравлический цилиндр, во втором — один воздушный поршень, а в третьем и четвертом использовалось соответственно два и шесть поршней. При постоянном смещении поршня 4,4 см было сделано 22 эксперимента с одним поршнем, 33 — с двумя, 14 — с шестью. Каждый эксперимент состоял из серии вертикальных смещений вверх и вниз, каждое из которых возбуждало волновой цуг. [c.83] В лабораторном эксперименте коэффициент взаимодействия К очень мал, и второй член в правой части (2.47) может не учитываться. Причина малого значения К заключается в том, что диаметр поршня очень мал по сравнению с длиной звуковой волны, излучаемой источником. В реальных цунами, где области смещения дна велики, акустическое излучение может быть достаточно сильным, чтобы создать, и создает, ударную волну, которую находящиеся поблизости суда могут ощущать как толчок. Однако эта энергия акустических волн не может эффектно трансформироваться в энергию цунами. [c.85] Волновая энергия цунами, образовавшегося при землетрясении в Санрику в 1933 г., равнялась 1,6-10 эрг. Землетрясение имело магнитуду 8,3 и его энергия оценивалась в 2,8 102 эрг. Это означает, что примерно 717,5 энергии землетрясения было преобразовано в энергию цунами (см. также раздел 2.1). [c.85] Хванг и Так [260] выполнили также лабораторные эксперименты, в которых подвешенная пластина, способная двигаться вверх, моделировала движение дна. Они признают, что из-за ограниченности их теории и экспериментов сопоставление было только качественным. [c.86] ПОДВОДНОГО откоса Мендосино около Калифорнии. Он выполнил также четыре серии лабораторных экспериментов для проверки своих численных вычислений. [c.86] Его эксперименты были выполнены в лотке размером 18,ЗХ Х0,3 м. Подъем или опускание воды могло создаваться в одном конце лотка при сохранении жидкости в покое, на противоположном конце размещался поглотитель энергии волн. Вертикальное движение воды регистрировалось в пяти различных точках по длине лотка. В этих экспериментах важными параметрами были невозмущенная глубина воды О, высота ц подъема или депрессия и горизонтальные размеры возмущения Ь. Эксперименты были выполнены при следующих значениях этих параметров ), равном 6,1 10,7 15,2 и 70,1 см т], равном 3,0 6,1 и 4=9,1 см и равном 10 30,5 и 61 см. [c.87] Параметры а и р и положение гребней определяют характерную длину /о, используемую для нормировки X, а характерная высота а/о (где а — уклон пляжа) использована для нормировки параметра ц. Батлер вычислил возвышение йак функцию времени для двугорбых волн при условии, что их передний край достиг пляжа и скорость частиц здесь в начальный момент равна нулю. [c.89] Уильямс и Джордан выполнили лабораторные эксперименты для проверки вычислений Батлера. Их волновой лоток, сделанный прозрачным, имел размер 7,6X0,3 м с максимальной глубиной 0,46 м и уклоном пляжа Vt. Волнопродуктор, сделанный из нескольких полос, опускался в воду вертикально, и создаваемые таким образом волновые профили записывались датчиками сопротивления. Эффекты поверхностного натяжения около пляжа уменьшались за счет покрытия пляжа смесью воды и детергента. [c.89] Результаты эксперимента не дали хорошего согласия с теоретической формой волны вероятно, теория недостаточно полно описывает двугорбые волны. Для интерпретации прибрежных записей цунами требуются дальнейшие теоретические исследования и эксперименты. [c.89] Механизм волнопродуктора состоял из длинного поршня, подвешенного на одном конце, который при подъеме в верхнее положение находился над самой поверхностью воды, а при опускании погружался на глубину 1 см. Ширина поршня (6,4 см) по сравнению с шириной лотка (40 см) была невелика. Согласно Ван Дорну, при быстром опускании поршня могла образоваться положительная полуволна с максимальной амплитудой 0,25 см и длиной 5 м. Для измерения движения поршня служил датчик смещения, а датчики давления использовались для измерения высот волн в четырех различных точках Т — на мелководном конце лотка, 2 — на 5 м, где глубина начинает увеличиваться, Гз — на 8 м, где глубина возрастает до полного значения, и Г4 — в глубоководном конце лотка. [c.90] Было проделано большое количество экспериментов при различных начальных условиях и скоростях поршня. Ван Дорн [654] отобрал и включил в свою работу две записи, которые были близки к данным самописцев уровня моря на о. Уэйк. На рис. 2.18 (кривая Го) показано примерно синусоидальное движение поршня из своего нижнего, центрированного относительно поверхности положения вверх с последующим возвратом в начальное положение примерно через 8 с такой ход моделирует первоначальное опускание морского дна, сопровождаемое некоторым подъемом. [c.90] Ван Дорн [654, с. 42] интерпретировал рис. 2.18 следующим образом Записи дают временной ход уровня в точках регистрации с учетом отражения от дальнего конца канала. Кривая Т2 показывает, что цунами на краю континентального шельфа состоит из головной ложбины, сопровождаемой двойным импульсом (А). Отраженный цуг волн, зарегистрированный в той же точке ( ), имеет более мелкую ложбину и дисперсный цуг, что напоминает мареограмму на о. Уэйк . [c.91] В более ранней работе Зауэра н Вигеля (не опубликована) волна возбуждалась крупным гравием, который быстро высыпался с железного листа в один из концов лотка. Однако это не создавало планируемого оползня, а получался сброс. Поэтому в более поздних экспериментах для моделирования подводного оползня они использовали ящик, сползающий по наклонной плоскости. Позже Вигель [690] выполнил опыты, в которых погружаемое тело падало вертикально в воду различной глубины с различной высоты. Были также проделаны эксперименты при различных уклонах плоскости, по которой сползало погруженное тело. Большинство экспериментов было сделано в волновом лотке размером 18,3X0,3X0,9 м при глубине воды 0,76 м. Хотя на дальнем конце канала для уменьшения отражения волны был устроен наклонный пляж, некоторое отражение все-таки наблюдалось, особенно после второго гребня. [c.93] Результаты этих экспериментов могут быть обобщены следующим образом. В общем случае при условиях данного эксперимента вертикальное падение тела или соскальзывание его по наклонной плоскости образует дисперсные волны. Исключением явился случай падения плоской пластины в мелкую (глубиной 3,0—6,1 см) воду, в результате чего образовалась волна типа Эри, в хвосте которой наблюдались волны с дисперсией. Анализ колебаний уровня вблизи источника показал, что первым всегда образуется гребень, за которым следует ложбина с амплитудой, равной 1—3 амплитудам первого гребня (это зависит в основном от уклона наклонной плоскости), далее идет гребень с амплитудой, примерно равной амплитуде ложбины. Из-за дисперсности волн по мере их удаления от источника продолжают образовываться дополнительные гребни и ложбины, в то же время амплитуды первоначальных гребней и ложбин уменьшаются. [c.93] Вернуться к основной статье