基于Boussinesq模型的刚性植被水域波浪传播特性数值分析

通过在Boussinesq水波模型中引入拖曳应力项来考虑植被对波浪的衰减作用,建立了波浪在近岸刚性植被水域传播运动的数值模型。在对模型进行验证的基础上,模拟分析了植被特征参数与入射波要素对波浪传播运动的影响。数值模拟结果表明,波浪在近岸植被区传播时,随着植被密度和植被淹没高度的增加,波浪传播中波高衰减率增大、波能损耗率增大;随着入射波高的增加,波浪传播中波高衰减率增大、波能损耗率增大。     

渗透海床上波浪传播特性的研究

波浪在渗透海床上传播时会发生波高的衰减.基于Dean和Dalrymple(1984年)提出的渗透海床上波浪传播的理论模型,推导了波浪运动的速度势表达式和色散关系,并采用迭代方法,提出了一种求解色散方程的简单高效的数值算法,从而求得波浪的空间衰减系数(即复波数虚部).在此基础之上,研究了不同渗透系数和不同水深条件下波高的衰减规律,结果表明,波浪在传播过程中波高按指数衰减,衰减速率随渗透系数的增大和相对水深的减小而增大,但由于波浪的空间衰减系数较小,波浪的衰减也较为缓慢,通常情况下,只有当波浪长距离传播时,海床渗透导致的波高衰减才较为显著.     

砂质海床特性对单桩所受波浪荷载的影响

砂质海床特性极大地影响波浪与海工单桩基础结构的相互作用,而将多孔介质海床简化为刚性、不可渗透固体海床,忽视了多孔介质海床对波浪能量的影响。研究砂质海床孔隙率、介质颗粒平均粒径对单桩所受波浪荷载的影响,设计5种不同海床特性的波浪水槽试验。研究结果表明:在相同波浪条件下,砂质海床结构内部的孔隙流对波浪能量产生衰减作用,随着颗粒直径的增大,波浪能量衰减愈加明显,单桩所受波浪荷载越小。当海床孔隙率较小,海床结构内部水流运动微弱,多孔结构对波浪消能作用不明显。当海床孔隙率进一步增加,海床结构内部水流运动增强,多孔结构对波浪消能作用显著,单桩所受波浪荷载明显减弱。     

盘锦某人工岛项目设计波要素数值模拟

针对盘锦某人工岛设计波要素的计算问题,采用MIKE21大范围波浪数学模型方法,在现状地形情况下,对工程实施前附近海域的波浪场进行模拟,计算了工程附近水域的重现期深水波要素和设计波要素。结果表明：1)外海波浪传播至工程区域时,工程位置主要受SW向及SSW向波浪作用。2)波高在-10 m等深线内变化相对较大,传播至工程区域波高衰减约50%左右。3)工程区域东西两侧为浅滩区域,波浪发生破碎,波高衰减明显。4)波浪主要沿深槽进入到工程护岸前沿,SSW向波浪的波高略大于SW向波浪。     

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。     

有限厚度非均质海床对非线性波浪响应的有限元模拟

本文在Biot多孔介质动力固结理论的基础上,对有限厚度砂质海床与非线性波浪的相互作用进行了有限元数值模拟.进行参量研究,分析了波浪非线性、海床非均质性和相对厚度等因素对海床土层内超孔隙水压力分布的影响.     

海堤波浪浅水变形的简化计算

对浙江地区海堤工程涉及的波浪浅水变形计算问题进行了分析研究,基于《浙江省海塘工程技术规定》及微积分原理,推导了波浪浅水变形后的波高直接计算解析式,并对平底海床、单斜坡海床、分段折线海床及三次抛物曲线海床情形下的波浪浅水变形计算进行了研究,分别给出了简洁计算解析式,以便于工程师计算参考,达到提高设计进度的目的。最后通过工程实例计算,验证了该波高直接计算解析式的精度完全满足工程要求。     

基于FLUENT的垂向二维数值波浪水槽的造波效果

建立精准的数值波浪水槽需要选取合适的造波方法、波浪方程和网格尺寸。利用FLUENT流体力学模型,采用源项法、推板法、速度边界法3种造波方法,分别建立不同网格尺寸和波陡条件下的数值波浪水槽。结合相应的波浪理论,比较采用各造波法的数值一阶线性波和二阶Stokes波、三阶Stokes波效果,得出数值波传播特点、适宜网格尺度及波陡对数值波效果影响。结果表明,源项造波法造波的波高沿水槽衰减最快,对网格尺寸变化最敏感;推板造波法数值造波效果最好;速度边界造波法计算效率最高,数值波高沿水槽衰减速度最小;在数值水槽的波浪传播有非线性作用影响,导致即使造波是线性波,传播到一定距离后,波面也有非线性变形。     

坡度对波浪统计特征的影响

为了明确坡度对不同波浪统计特征的影响,利用数值模型对波浪在不同坡度斜坡上的传播进行模拟,分析波浪的非线性参数和波高分布等,比较不同坡度下波浪的传播特性。结果表明,在相同条件下,随着波浪在斜坡地形上传播,波高会随着水深的变浅逐渐增大;坡度对于波浪的波高分布具有较大影响,当坡度较大时,波浪传播至斜坡较浅水深时的波高分布接近瑞利分布,当坡度逐渐减小时,相同波高的发生概率逐渐减小;而Ursell参数则不会随着坡度的变化有明显的变化。     

随机波浪作用下砂质海床中的孔隙水压力响应

本文以动弹性固结理论和线性渗流理论为基础，建立了求解随机波浪作用下饱和砂质海床中孔隙水压力响应的有限元方程，并用Wilson-θ法进行动力响应求解。海床可为具有任何边界条件的分层分块介质，作用波浪可为任何形态的随机波浪。忽略波浪和海床的动态相互作用，海床面上的波浪压力可先按各种波浪理论进行计算，之后作为边界塔荷载作用于海床。计算孔隙水压力与模型实验的量测值吻合较好。通过计算讨论分析了砂质海床中的孔隙水压力响应。     

航道开挖对波浪传播影响的试验研究

针对航道的开挖对于航道区域波浪传播变形影响较大的问题,基于波浪整体物理模型试验方法,对航道开挖后波浪在航道区域的传播规律进行研究。结果表明:航道迎浪侧最大比波高与波浪入射角度成反比,航道背浪侧的最小比波高与入射角度成正比。波浪小角度入射时,航道对波浪的折射作用较强,航道内波能衰减也较大;当波浪大角度入射时,航道对波浪的折射作用较弱,波浪穿越航道的能力较强,此时航道迎浪侧的比波高与谱峰周期成正比,航道内水深越小,航道对波浪的折射作用越强,迎浪侧的波能集中越大。     

不规则波在斜坡地形破碎区波高分布的数值试验研究

在近岸浅水波浪分布的研究中,格鲁霍夫斯基给出适用于深水波至破碎波的整个浅水域(相对水深η>2)的波高经验分布公式,但该式在波浪发生破碎后的适用性研究欠缺。基于FLOW-3D软件对深水不规则波传播到斜坡地形上波浪发生破碎进行模拟,验证波高沿程分布与试验值的一致性,并模拟在130斜坡地形条件下波浪从有限水深传播到近岸破碎区的沿程波高分布变化。结果表明,在该坡度相对水深η<2.75情况下,格鲁霍夫斯基经验分布公式出现较大误差,不再适用;破碎区各累积率波高与平均波高的比值随相对水深变小呈递减趋势,经验公式值与之相比,总体上呈现出大波偏大、小波偏小的情况。     

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。     

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。     

航道尺度对波高分布的影响

港口建设中进港航道的开挖对于波浪的传播有重要的影响。根据物理模型试验的结果,对波浪在航道区域的传播规律进行探讨,分别阐述波浪入射角、航道水深、航道宽度对波浪传播变形的影响。当波浪小角度入射时,航道中心比波高随着传播距离的增长而减小,在两侧边滩形成较大波高带。波浪人射角度较大时,易在航道迎浪侧产生波能集中,在背浪侧波高减小。此外,航道水深增大使得在一定长度范围内航道的折射作用增强。另一方面,宽深航道对于波浪在航道边坡的折射作用较窄浅航道更为显著。根据试验,同时分析了各航道尺度对港内区域波高分布特征的影响。研究成果对港口航道工程的规划设计具有指导意义。     

明基床上开孔沉箱不规则波水平力试验研究

通过不规则波作用下明基床上开孔沉箱的波浪力物模试验,并综合考虑消浪室相对宽度、相对基床高度、波陡、相对水深、开孔率等影响因素,采用多元回归的方法,拟合给出开孔沉箱所受波浪总垂直力极值时刻对应的总水平力的计算关系式。经对比分析,计算值与试验值吻合良好。     

中外航道设计中波浪富裕水深确定方法对比

通过对比国内外航道设计规范中波浪富裕水深的确定方法,系统分析影响波浪富裕水深的主要因素,结合全球波浪要素的分布情况讨论各国方法的适用范围,并通过实例计算对波浪要素的影响进行对比分析。结果表明,各国规范大多以波高、船浪夹角、波周期为自变量来确定波浪富裕水深,波浪富裕水深与波高成正比,最不利船浪夹角通常是90°或45°左右,波浪富裕水深通常会随波浪周期的增大而增大,当船舶固有周期接近遭遇波浪周期时有极大值。     

威海船厂港域泊稳试验研究与数值模拟

针对威海船厂搬迁工程进行了港域波高物理模型试验研究。试验表明在2 a一遇波浪条件下大多数泊位满足泊稳要求,个别泊位不满足要求但相差不大。采用MIKE21-BW模型,考虑波浪的反射、绕射、破碎等物理现象建立近岸波浪数学模型,对港域单向不规则波传播变形过程进行数值模拟,将数值计算结果与试验结果进行比较。二者在港池外有效波高最大差值为0.29 m,港池内最大差值为0.1 m,吻合度较高,表明BW模型可用于威海船厂近岸波浪传播变形与泊稳计算。     

基于正交试验的弧形胸墙波浪载荷对波要素的敏感性分析

以复合式海堤弧形胸墙为研究对象,选择3个因素——水深、波高、波周期,每个因素取4个水平,按照正交表L16(43)设计相关试验组次研究上述因素对复合式海堤弧形胸墙波浪载荷的影响显著性。同时研究弧形胸墙波压力分布规律和波浪载荷时程变化规律。结果表明:对于弧形胸墙压力即时分布,点位与点位之间没有固定的大小关系,但整体上来说,胸墙迎浪面下半部分的波压力普遍大于上部分;在单个波浪周期作用过程中,水平波浪力存在2个峰值,垂向波浪力存在1个峰值2个谷值,垂向波浪力峰值与水平波浪力第1个峰值几乎同时达到,此时对胸墙的稳定性最为不利;水深对波浪载荷的影响最为显著,波高其次,波周期的影响相对最小。     

潜堤掩护水域波浪计算方法

采用波浪断面物理模型试验和数学模型耦合的方法,研究了抛石潜堤后方掩护水域的波浪计算方法。潜堤后方掩护水域波高由潜堤越浪后的再生波、潜堤间口门绕射波和小风区浪组成,其主要影响因素有潜堤结构形式、入射波浪要素、风区长度等。采用耦合模型,根据物理模型试验的结果,验证数模计算成果,考虑了越浪波高传递的沿程衰减,波浪相互作用时的能量损耗等因素,通过调整波浪破碎指标和波浪能量耗散参数,直接计算堤前设计波浪要素,计算结果更符合实际,为工程设计提供科学依据。