不同坡度下扭王字块体护面斜坡堤越浪量的试验研究

现行《港口与航道水文规范》中没有给出带胸墙扭王字块护面斜坡堤越浪量的计算关系式。借助物理模型试验,综合考虑坡度、相对坡肩宽度、波陡、相对块体尺寸、相对胸墙高度、相对水深和相对堤顶超高等诸多影响因素,依据单一变量法分析,通过多元回归拟合得到不规则波入射时扭王字块体斜坡堤护面结构影响系数的计算关系式和平均越浪量的计算关系式,并对公式的可适性和计算精度进行验证。     

规则波作用下斜坡堤越浪量的数值模拟

台风过境产生极端波浪造成斜坡式海堤越浪,现有计算越浪量的经验公式都存在适用性的问题.为探求台风天气下舟山区域斜坡堤越浪量计算公式,基于VOF方法,对Navier-Stokes方程和k-ε方程进行求解,建立速度边界造波和阻尼消波的数值波浪水槽.在水槽中建立斜坡堤模型,通过改变影响越浪量的相关因素,模拟台风浪条件下规则波作...     

模拟斜坡堤上越浪量一种新的数值模式

利用FLUENT软件,基于粘性不可压缩流体的雷诺时均N-S方程和k-ε湍流模型,采用有限体积法对控制方程进行离散,建立数学模型。基于质量源造波和动量源消波的方法,在连续方程和动量方程中加入造波源项和消波源项,采用VOF方法捕捉自由表面,开发了无反射造波的二维数值波浪水槽,通过数值模拟值和理论值的对比,对该数值波浪水槽进行了验证。进而,利用该数值波浪水槽模拟斜坡堤的越浪问题,分析了平台宽度、斜坡坡度对越浪量的影响,并将数值模拟结果和前人物模试验结果相对比,二者趋势一致,吻合良好,表明了该模型在处理斜坡堤越浪问题方面的有效性和精确性,从而建立了利用FLUENT模拟斜坡堤越浪问题一种新的数值模式。     

不规则波作用下斜坡堤越浪的数值模拟

基于OpenFOAM建立三维数值波浪水槽生成不规则波,利用体积平均的RANS方程和包含非线性项的渗流方程描述斜坡堤内部的水体流动,通过网格划分工具对斜坡堤外层扭王护面块体进行全尺度精细划分模拟,研究了正向入射不规则波与扭王块体护面斜坡堤的相互作用。模型模拟实验室尺度及原型尺度斜坡堤得到的平均越浪量分别与试验结果及按照重力相似准则换算原型结果吻合较好,所建立的数值模型可以描述实际工况下扭王块体护面斜坡堤的越浪过程。     

波浪在斜坡堤上传播的数值模拟

基于VOF自由表面追踪技术,通过直接求解Navier-Stokes方程及κ-ε方程,建立了求解波浪与建筑物相互作用的数值波浪水槽,并将其用于研究波浪在不透水斜坡堤上传播的物理过程。首先,通过对水平床上非线性波传播过程的模拟分析验证了该数值波浪水槽的模拟精度;在此基础上,对规则波在斜波堤上传播的水动力过程,包括波浪爬坡、越浪及越流等进行了数值模拟,并通过物理模型试验结果对堤前水位及越浪量变化的模型模拟结果进行验证。     

采用SVR法分析扭王字块体护面斜坡堤越浪量

现行《港口与航道水文规范》未给出扭王字块体护面有胸墙斜坡堤的平均越浪量与单波越浪量计算公式。文章综合考虑了坡度、波陡、相对坡肩宽度、相对胸墙高度、相对块体尺寸、相对堤顶超高和相对水深等诸多因素,开展波浪水槽的物理模型试验。为规避多元回归分析方法在拟合回归方程时的人为因素干扰,采用支持向量回归(SVR)分析方法进行试验的数据分析。通过与传统回归分析方法比较,发现SVR模型的计算精度更高,研究成果可供工程设计参考应用。     

基于非静压方程的斜坡堤越浪数值模拟

越浪是波浪与建筑物相互作用的一种重要现象,越浪量的大小往往影响到斜坡堤顶高程的设计。为研究斜坡堤越浪问题并对越浪量做出预报,基于非静压波浪数学模型模拟了规则波及不规则波在光滑不可渗斜坡堤上的越浪过程,并分别与小尺度和大尺度水槽的越浪量实验研究成果进行了比较,结果表明基于非静压方程的波浪数学模型能够较好地模拟规则波及不规则波在斜坡堤上的越浪。     

关于海岸水工建筑物顶部单波越浪量的研究

在防波堤与堤后结构物的安全性评价和堤顶行人与车辆等的危险因素分析中,单波越浪量比常用的平均越浪量能更真实地反映出堤顶越浪的影响,是更为合适的越浪量评估指标。重点介绍直立堤和斜坡堤上单波越浪量的计算方法,并通过具体算例对相似的计算方法进行对比分析,针对不同计算方法的选用原则提出相关建议,可供防波堤工程设计参考。     

透空式防波堤透浪的数值模拟

基于FLUENT求解器,以N-S方程为控制方程,采用动量源方法及追踪自由面的VOF方法,建立了同时具有造波和消波功能的数值波浪水槽。利用该数值水槽对透空堤的透浪、越浪问题进行数值模拟,并与物理模型试验进行比较,结果表明:数值模拟能较好地复演防波堤越浪、透浪过程。     

有护面块体掩护的斜坡堤弧形胸墙波压力研究

弧形胸墙可以有效减小斜坡堤越浪、降低胸墙顶高程,因此越来越多地在工程中采用。但在规范中对斜坡式防波堤弧形胸墙波压力计算方法没有明确规定。结合工程实例,将弧形胸墙波压力物理模型实测结果与现行规范直立胸墙波压力计算结果进行对比分析,总结了该工程防波堤弧形胸墙在有掩护条件下所受的波压力情况,供工程设计参考。     

基于FLUENT扭王字块体护面斜坡堤越浪量的数值研究

采用FLUENT软件对斜坡堤越浪进行数值模拟,可以通过改变多孔介质区中的惯性阻力系数来模拟护面块体消浪作用的大小,但不同护面块体对应的惯性阻力系数不同,如何具体确定惯性阻力系数的值是数值模拟计算斜坡堤越浪量的难点所在。基于FLUENT软件平台并结合斜坡堤越浪的物模试验,综合考虑多种影响因素,运用多元回归方法,给出了扭王字块体的惯性阻力系数的计算公式;在此基础上,对比越浪量的数模计算值与物模试验值,二者吻合良好,表明文中构建的数值方法合理有效,可以较为准确地计算扭王字块体护面斜坡堤越浪量,为FLUENT软件数值模拟计算扭王字块体护面斜坡堤越浪量的研究开辟了一条新途径。     

基于OpenFOAM的海岸结构越浪数值模拟

海浪遇到海岸建筑物时可能会发生越浪。越浪会对海岸建筑物产生冲刷,并对后方的人员及设施造成威胁。防波堤作为一种常见的海岸建筑物,其越浪量一直受到关注。本文基于开源计算流体力学软件OpenFOAM,建立数值波浪水槽,模拟斜坡式防波堤上的越浪过程。在防波堤结构顶部设置通量面,采集越浪量。验证所建立数值波浪水槽耗散性良好,未出现明显的波高衰减,所得越浪量与物理模型实验结果进行对比,结果表明数值模拟所得越浪量合理,可以进一步开展海岸结构越浪研究。     

波浪作用下陡坡和缓坡地形对护岸工程的影响

波浪是护岸工程设计的主要动力因素,实际工程建设中,港区内航道、港池的开挖形成陡峭边坡,会使作用在护岸上的波浪形态发生显著变化,从而对护岸结构产生不同影响。为探寻不同波浪形态下护岸越浪量及波压力等变化规律,通过波浪水槽断面试验,测量了斜坡式护岸堤前波高、胸墙越浪量和波压力,研究陡坡和缓坡地形对护岸的影响。结果表明,护岸前存在陡坡和缓坡地形时,波浪对护岸的作用有明显差别。在陡坡段护岸,波浪主要在护岸中部破碎;缓坡段护岸,波浪主要在护岸上部破碎。相对而言,陡坡段护岸的堤前波高较小,越浪量较少,胸墙水平力变大,浮托力变小。由于反浪弧的影响,胸墙水平力试验值远大于规范计算值,浮托力与规范值较为接近。     

斜向波作用下斜坡堤平均越浪量的折减效应

总结对比了国内外现有斜向波作用下斜坡堤平均越浪量计算方法，以北非某港口新建斜坡堤为例，计算并与3D物理模型试验结果对比验证。结果表明：波向角在0°～20°,斜向波对平均越浪量的折减效应较不明显，设计可按正向波考虑；波向角大于20°,折减效应逐渐显著，宜考虑折减效应。对于波向角为30°、Accropode^TM作护面的斜坡堤，神经网络法和van Gent公式(组合2)计算结果贴近试验值；Galland、van der Meer和van Gent公式(组合1)结果相近且偏小；国标公式计算结果偏保守；Lykke公式偏冒险，不建议采用。     

斜坡堤在涌浪作用下的越浪量试验研究

影响波浪作用下防波堤的越浪量大小的因素很多,对于周期影响的分析成果差异很大。首先分析了三个代表的计算公式的越浪量与周期的对应关系,再针对8种典型的单坡无胸墙斜坡堤,通过二维水槽物理模型试验进行不同周期波浪条件下越浪量的测定,进行试验值与计算值的对比。针对计算值与实测值的差别,对波浪爬高进行了计算,表明越浪量小数值离散大的组次是溅浪的情况。在长周期波浪作用下,水体在斜坡上雍高,表明浅水效应明显,因此引入与深水波陡有关的因子,对周期较长情况下的越浪量计算公式进行了修正,符合情况良好。     

斜坡堤越浪量试验研究

研究斜坡堤的越浪量对于防波堤的设计有重要意义。通过波浪断面物理模型试验的方法,研究了波高、波陡和堤顶超高的变化对斜坡堤越浪量的影响规律,比较了4种不同护面形式的消浪效果。试验结果显示:斜坡堤越浪量随着有效波高的减小和波陡的增大而减少;斜坡堤越浪量随着堤顶超高的增大,成指数形式递减;护面形式对斜坡堤越浪量有一定影响,扭王字块和栅栏板的消浪效果差别不大,且均优于四角空心方块。将物模试验值与现有斜坡堤越浪量公式计算值进行对比,推荐了陈国平公式作为计算斜坡堤越浪量的公式。     

数值波浪水槽在半圆堤波浪力计算中的应用

以N-S方程为控制方程,以k-ε模型为紊动封闭模型,采用VOF方法重构自由表面,建立了垂向二维数值波浪水槽。模拟了规则波与半圆堤的作用过程,结果表明,单点数模波压力过程与物模实测结果符合良好。研究中发现,数模计算中若堤后计算区域设置过短,堤上越浪可以引起堤后水量累积和水位上升现象,从而造成堤身背浪面压强总体增大,由此算得的防波堤总水平波浪力最大值偏小16%~20%。提出了将堤后计算区域延长到4~5倍波长的办法,计算结果表明,堤身背浪面压强上升及堤身总水平力下降现象基本消失。     

斜坡堤越浪流厚度及堤后次生波的试验研究*

通过断面物理模型试验,对于斜坡堤的平均越浪量、堤上越浪流厚度以及堤后次生波的波高、周期的变化情况等进行了较系统的研究,初步建立了堤上越浪流的厚度、堤后次生波的波浪透射系数、周期变化系数与无因次平均越浪量的关系.该成果可为工程实际及斜坡堤堤项越浪情况数学模型的参数调整提供依据.     

不规则波作用下斜坡堤越浪量试验研究

考虑允许部分越浪对海堤设计十分重要。通过具体工程波浪断面物理模型试验,研究了不同波要素和断面尺度对斜坡堤越浪量的影响,比较了随机、规则两种扭王字块体摆放型式的消浪效果。结果表明:堤顶超高对越浪量的影响最大,随着相对堤顶超高的增大,越浪量呈指数形式递减。肩台及平台宽度和波陡对越浪量也有影响,相对肩台及平台宽度越大,越浪量越小;波陡越大,越浪量越小。护面层空隙率相同的不同扭王字块体摆放型式下,斜坡堤越浪量基本相同。典型越浪量公式计算值与文章试验值相比都偏小,陈国平公式计算结果较为准确。     

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。