斜坡型潜导堤波浪力特性的数值研究

为研究各水位期不同波高作用条件下,斜坡型潜堤所受波浪力的特性,基于某潜导堤工程设计与物理模型资料,采用FLUENT软件建立二维波浪数值水槽,用物理模型试验数据验证模型的可靠性,对不同淹没水深和波高下斜坡型潜导堤所受波浪力进行数值计算,分析波浪力与相对波高、相对淹没水深之间的关系,结合其他形式潜堤波浪力的经验计算公式拟合得出该斜坡型潜导堤堤顶面最大波浪力计算公式。结果表明:波浪力大小受相对波高、相对淹没水深的影响较为显著,其影响机理与波浪场流体运动特征相关;相对于波高的变化,波浪力对淹没水深的变化更为敏感,且波浪力在不同的淹没水深区间和不同的作用位置均呈现出不同的变化规律。     

斜向波浪对斜坡堤胸墙作用力的试验研究

斜坡堤胸墙的稳定性主要受到波浪作用的影响,而且实际工程中斜坡堤多受斜向波浪作用。通过斜向与正向不规则波对斜坡堤胸墙作用的物理模型试验研究,分析斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数随水位和波浪入射角度的变化规律,并与斜向波浪对单元直立堤的作用情况进行对比。结果表明:斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数总体上随着水位的降低而变小,随着波浪入射角度的减小而变小;斜向波浪总浮托力的折减系数一般小于总水平力的折减系数;在不同水位和波浪入射角下,斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数与单元直立堤有一定差别。     

斜向波对斜坡堤胸墙波浪力的折减效应研究

总结对比了国内外现有斜向波作用下直立堤和斜坡堤胸墙波浪力折减计算方法。以北非某港口新建斜坡堤为例进行计算,并与二维、三维物理模型试验结果对比验证。结果表明：波向角呈30°作用于斜坡堤时,van Gent公式计算的单位堤长波浪力折减系数与实测值最接近,各直立堤单位堤长波浪力折减公式对斜坡堤胸墙计算整体偏保守;Mares-Nasarre公式计算的总波浪力纵向折减系数与实测值整体吻合较好,但未考虑水平力与浮托力的折减效应差异,与试验结果仍存在一定偏差;李玉成等的直立堤总波浪力纵向折减公式不适用本斜坡堤胸墙算例。研究成果可为类似港口工程提供参考。     

水平式混合直立护岸波浪力试验研究

通过二维物理模型试验,研究了相对波高、波陡、相对水深和直墙前斜坡块石棱体上扭王块体对水平式混合堤结构所受波浪力的影响规律。通过分析试验结果得出如下结论:直立结构各处所受波压强总体随相对波高和相对水深增大而变大;波陡对结构所受波压强的影响较小;直墙前斜坡块石棱体上的扭王块体能明显减小结构所受波浪力。通过试验值和各公式值比较可知,合田公式计算值与掩护良好的直墙受力情况相近,合田修正公式计算值能较好拟合挡浪墙的受力规律。拟合出规范修正公式计算没有被掩护直墙处的波压强。     

不同护面块体潜堤的消浪特性试验研究

以斜坡式潜堤为研究对象,通过物理模型试验的方法,选取相对淹没水深、护面结构形式的糙渗系数、坡度等因素的变化对潜堤消浪特性的影响进行了研究。首先,分析了在规则波作用下相对淹没水深、护面结构形式的糙渗系数、坡度等因素对潜堤透射系数的变化规律,得到了各因素对潜堤透射系数影响程度,同时给出了波浪在潜堤附近传播时沿程波高变化情况。其次,采用与规则波相同的研究方法,分析了在不规则波作用下相对淹没水深、护面结构形式的糙渗系数、坡度等因素对潜堤透射系数的变化规律,得到了各因素对潜堤透射系数的影响程度,并给出了波浪在潜堤附近的沿程变化情况。     

不同因素对潜堤波浪传播的影响

针对波浪穿过梯形潜堤时的波浪形态沿程变化问题,以梯形潜堤为研究对象,通过二维水槽试验,研究梯形潜堤上规则波的传播特征。以比波高为参数分析不同波浪要素(波高、周期和水深等)对波浪传播变形的影响。试验结果表明,其他条件不变时,入射波高越大、波浪周期越小、堤顶淹没水深越小时,波高在潜堤上方衰减越明显。在有足够水深,且波高较小时,波浪对潜堤均有良好的穿透性;波高较大时,波浪在潜堤上部发生破碎,波浪穿过潜堤后波高衰减,此时潜堤的消波作用明显;在波浪不发生破碎情况下,较长周期波浪在潜堤顶部比波高增大,且出现双峰值。     

周期和波高对斜坡式防波堤透浪特性影响试验研究

通过物理模型试验,针对实际工程中典型的可渗透斜坡堤结构,在不考虑越浪情况下,对斜坡堤在较长周期波浪作用下的透浪特性进行分析研究,主要讨论了斜坡堤透浪系数与入射波周期、入射波高、相对宽度等因素的关系。根据试验结果分别拟合出在堤心石一定质量级配规则波和不规则波作用下斜坡堤透浪系数经验公式,为防波堤工程建设提供一定的参考依据。     

越浪水体对堤后靠船墩的冲击试验研究

通过三维的波浪物理模型试验,研究了斜坡堤掩护下的靠船墩受力特性,分析不规则波作用下越浪高度和不同波向对靠船墩波浪力的影响规律。试验结果表明:1)当波浪传播到斜坡堤上时,一部分波浪破碎后越过堤顶直接冲击在靠船墩上,另外一部分波浪则会绕过斜坡堤在堤身后方形成绕射波对靠船墩形成冲击。2)由于波浪垂向作用的冲击特性较强,作用在靠船墩上的垂向波浪力要大于正向波浪力和横向波浪力。3)随着越浪高度增大,作用在靠船墩上的垂向波浪力和正向波浪力增大,横向波浪力则没有明显的增大趋势。同时更大的越浪高度也会导致垂向波浪力与横向波浪力的比值增大。4)当越浪高度较小时,波浪正向入射与斜向入射造成的波浪力相差不大;当越浪高度较大时,斜向入射的波浪会引起靠船墩上更大的波浪力,此时波浪的绕射效应也会增强,正向波浪力与横向波浪力的比值会减小。     

潜堤次生波波高规律的试验研究

在物理模型试验的基础上,选取斜坡型潜堤为研究对象,对不规则波作用下潜堤的透射特性进行研究。同时选取相对堤顶水深、相对堤前水深和波陡作为主要影响因素,分析不同因素对堤后波高的影响,提出了波高透射系数的计算公式,并对不同的波高透射系数计算公式进行对比。研究结果表明文中提出的计算公式可行,可以为潜堤次生波的研究提供参考。     

斜向长周期涌浪作用下斜坡式防波堤结构稳定性优化

海外港口工程大部分位于以长周期涌浪影响为主的海域,长周期涌浪对防波堤的作用尚未得到全面认识和研究,尤其是斜向入射的情况。以某一具体港口防波堤工程为例,通过波浪局部整体物理模型试验,对斜向长周期涌浪作用下斜坡堤结构的稳定性进行了研究,并根据试验结果对原方案进行优化,提出了稳定的斜坡堤结构。研究结果表明,斜向波浪作用时,相同水深、波向以及波高情况下,入射波浪周期越长则护面块石失稳率越大;相同水深、波高以及波浪周期情况下,波浪15°角斜向入射时沿堤形成的沿堤流对护面的冲蚀破坏作用比波浪基本顺向入射时的情况更为强烈,护面块石失稳率相比较大。     

不同护面形式对潜堤透射系数的影响

针对实际工程中广泛应用的潜堤结构,采用物理模型试验的方法,对不规则波作用下不同护面形式对潜堤透射系数的影响进行了研究,讨论相对堤顶水深、相对堤顶宽度、深水波陡对潜堤透射系数的影响以及不同护面块体对消浪特性的影响。在前人研究成果的基础上,提出了改进的经验计算公式,为潜堤的工程设计提供理论参考。     

可渗潜堤波浪透射系数试验研究

针对实际工程中广泛应用的潜堤结构,采用断面物理模型试验的方法,对规则波作用下波浪与可渗潜堤的相互作用进行研究,讨论了淹没水深R_C与波高H之比R_C/H、波高H与周期的平方T~2之比H/(gT~2)、堤顶宽度B与波长L之比B/L、潜堤坡度m以及堤心石粒径D与波高H之比D/H等无因次参数与潜堤堤后透射系数K_t的关系。在前人研究成果的基础上,提出了改进的经验计算公式,为潜堤的工程设计提供理论参考。     

孤立波作用于V形薄壁防波堤的绕射波浪力

在一定条件下浅水波可能以孤立波形态作用于离岸结构。基于波浪绕射理论,推导V形薄壁防波堤的一阶孤立波绕射理论解。通过对孤立波作用于防波堤的波浪力进行计算,研究孤立波对V形防波堤的作用规律。通过对180°张角的有限长薄壁V形堤足够长时的绕射波浪力计算,与无限长直立薄壁堤的孤立波反射波浪力进行有效的相似性比较。结果表明:孤立波的最大无量纲波浪力明显大于相同浅水条件下Airy微幅波理论的对应结果,由此反映浅水波的非线性效应;孤立波入射角、V形堤张角、防波堤臂长与水深比以及孤立波特征参数等因素的变化均将对波浪荷载产生一定的影响。     

不规则波作用下潜堤透射系数的计算方法及统计分布

通过物理模型试验的方法,研究了不规则波作用下抛石潜堤的透射系数及堤后稳定波高的统计分布。潜堤采用梯形断面形式。通过因次分析,得出影响潜堤透射系数的因子为相对浸没深度(a/H)、相对宽度(B/H)、波陡(H/L)、相对水深(d/H)。根据物理模型试验的结果,得出潜堤前后的稳定波高及潜堤透射系数与主要影响因子的变化规律。其中影响潜堤透射系数最主要的因子为相对浸没深度(a/H)、相对宽度(B/H)。借助MATLAB数学软件平台,将数据进行回归分析,得出不规则波作用下潜堤透射系数的经验公式。最后,得出不规则波作用下潜堤后稳定波高的统计分布。     

规则波作用下组合式潜堤消浪性能试验研究

通过物理模型试验对梯形和矩形组合式潜堤的消浪性能进行研究,比较组合式潜堤与单排布置潜堤的消浪性能,分析堤顶水深、波高、间距及组合堤排数等因素对潜堤透射系数Kt的影响。试验结果表明:组合式潜堤的透射系数随着堤顶水深的增加而增加,随着波高的增大而减小;组合式潜堤排数越多消浪效果越好,可根据实际工程需要恰当地选择潜堤的布置排数。     

不同形式护面块对斜坡式防波堤波浪爬高的影响

我国现行的几种规范关于波浪爬高的计算存在着诸多不足,特别是在长波条件下,提供的经验公式的适用条件比较局限,甚至未考虑长波因素,故其计算值与实际结果偏差很大,造成安全隐患。通过系列断面物理模型试验,研究斜坡堤上不同护面形式对不规则波浪爬高的影响规律,提出相关系数和经验计算公式,为水面开阔地区迎水面护面设计提供理论参考。