veststuВестник Сибирского государственного университета путей сообщенияBulletin of Siberian State University of Transport1815-9265Сибирский государственный университет путей сообщения10.52170/1815-9265_2024_71_34veststu-132Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАBUILDING AND ARCHITECTUREМатематическое моделирование мероприятий по инженерной защите мостовых переходов от гидродинамических воздействий морской водной средыMathematical modeling of engineering protection measures for bridge crossings from hydrodynamic effects of the maritime environmentТлявлинаГ. В.TlyavlinaG. V.

Галина Вячеславовна Тлявлина, докторант кафедры «Мосты и тоннели», кандидат технических наук; заведующая лабораторией моделирования, расчетов и нормирования в гидротехническом строительстве

Москва

Сочи

Galina V. Tlyavlina, Doctoral Student of Bridge and Tunnels Department, Candidate of Engineering; Head of the Laboratory of Modeling, Calculation and Standardization in Hydraulic Engineering

Moscow

Sochi

TlyavlinaGV@Tsniis.comМакаровК. Н.MakarovK. N.

Константин Николаевич Макаров, академик Академии транспорта РФ, профессор кафедры строительства и сервиса, доктор технических наук

Сочи

Konstantin N. Makarov, Academician of Russian Transport Academy, Professor of the Construction and Service Department, Doctor of Engineering

Sochi

ktk99@mail.ruТлявлинР. М.TlyavlinR. M.

Роман Маратович Тлявлин, заместитель генерального директора, кандидат технических наук

Сочи

Roman M. Tlyavlin, Deputy Director General of the Central Research Institute of Transport Construction, Head, Candidate of Engineering

Sochi

TlyavlinRM@Tsniis.comРоссийский университет транспорта (МИИТ); Научно-исследовательский центр «Морские берега» – обособленное подразделение Научно-исследовательского института транспортного строительстваРоссияRussian University of Transport (MIIT); Central Research Institute of Transport Construction, R&D Centre “Morskie berega”Russian FederationСочинский государственный университетРоссияSochi State UniversityRussian FederationНаучно-исследовательский центр «Морские берега» – обособленное подразделение Научно-исследовательского института транспортного строительстваРоссияCentral Research Institute of Transport Construction, R&D Centre “Morskie berega”Russian Federation20243012202404Спецвыпуск2734Copyright © Тлявлина Г.В., Макаров К.Н., Тлявлин Р.М., 20242024Тлявлина Г.В., Макаров К.Н., Тлявлин Р.М.Tlyavlina G.V., Makarov K.N., Tlyavlin R.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikstu.ru/jour/article/view/132

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.

In this article, the object of research is the structures of engineering protection of bridge crossings from the hydrodynamic effects of the marine aquatic environment. The problems of design and evaluation of wave effects are considered in order to choose a method of engineering protection.

Mathematical modeling of wave conditions and lithodynamic processes in the coastal zone was performed using the example of a specific section of the Tuapse – Adler North Caucasian Railway. To protect against erosion by sea waves of five railway bridges located on this site, as well as the earthwork of the railway, three variants of engineering protection structures are considered: an artificial free beach (protective wave-extinguishing strip) with periodic operational replenishment, an artificial beach with beach-retaining structures (buns) and a wave- extinguishing berm made of stone.

The research was carried out by the method of mathematical modeling out according to the programs of Professor K. N. Makarov, implementing models of wave propagation and transformation, as well as lithodynamic processes of the coastal zone of the seas, which are the basis of the normative methods of SP 38.13330.2018 and SP 277.125800.2016.

Modeling of wave generation in deep water, their transformation and refraction in the coastal zone of the sea, as well as calculations of long-range sediment transport were performed using the developed digital terrain models.

Based on the results of mathematical modeling, the parameters of wind waves affecting structures in the offshore coastal zone of the site under consideration and the parameters of long-shore sediment transport were obtained. The volume of deposits to create a protective wave-damping band was determined, and the beach-holding capacity of the bun was evaluated. The parameters of the wave damping berm are determined.

берегозащитабермазащитный откосинженерная защитаматематическое моделированиеморские волнымостовой переходcoastal protectionbermengineering protectionmathematical modelingprotective slopesea wavesbridge crossingReferencesAtaei 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.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;(2202):93–101. DOI 10.3141/2202-12. EDN OEKJHF.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.Chen Q., Wang L., Zhao H., Douglass S. L. Prediction of storm surges and wind waves on coastal highways in hurricane-prone areas. Journal of Coastal Research. 2007;95(5):1304–1317.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.Wandji Zoumb P. A. Li X. Fourier regression model predicting train-bridge interactions under wind and wave actions. Structure & Infrastructure Engineering. 2023;19(10):1489–1503. DOI 10.1080/15732479.2022.2033281. EDN KVTTYS.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.Clavero M., Chiapponi L., Longo S., Losada M. A. Laboratory Tests on Wind-Wave Generation, Interaction and Breaking Processes. Advances on Testing and Experimentation in Civil Engineering. Cham: Springer; 2023. P. 259–281. https://doi.org/10.1007/978-3-031-05875-2_11.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.Santamaría M., Diaz-Carrasco P., Moragues M. V., Clavero M. [et al.]. Uncertainties of the actual engineering formulas for coastal protection slopes. The dimensional analysis and experimental method. Proceedings of the 39th IAHR World Congress. 2022. https://doi.org/10.3850/IAHR-39WC252171192022900.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.Ranasinghe D. P. L., Kumara I. G. I. K., Engiliyage N. L., Raveenthiran K. Effectiveness of dummy water levels in physical models to optimize the toe and the crest levels. Proc. 8th International Conference on the Application of Physical Modelling in Coastal and Port Engineering and Science Dec. 9–12 2020. Zhoushan, China. P. 42–51.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.Tlyavlina G. V. Laboratory and field studies to ensure the regulatory framework development and the transport facilities' safety in the wave effect conditions. Transport Structures, 2022. Vol. 9, No. 4. (In Russ.). DOI 10.15862/10SATS422.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».SP 277.1325800.2016 Costal protection constructions. Design rules. Approved by the order of the Ministry of Construction of Russia on the 16.12.2016 № 963/pr. (In Russ.).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».SP 416.1324800.2018 Engineering Protection of Tidal Sea Shores. Design rules. Approved by the order of the Ministry of Construction and Housing and Communal Services of the Russian Federation on the 30.11.2018 № 781/pr. (In Russ.).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.Tlyavlina G. V. Scientific Justification of the Regulatory Framework for the Design of Protection of Transport Structures from Hydrodynamic Effects of the Maritime Environment. Moscow: Econ-Inform; 2023. 173 p. ISBN 978-5-907681-28-6. EDN IMBNHK. (In Russ.).Макаров К. Н. Математическое моделирование в морской гидротехнике. Сочи : Стерх, 2008. 397 с.Makarov K. N. Mathematical modeling in marine hydraulic engineering. Sochi: Sterkh; 2008. 397 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.