改进系列模型延伸法的原理及在海岸工程中的应用

本文对系列模型延伸法的改进主要有两点：一是以无因次的综合参数取代单一的几何参数做自变量从而将常常用于河流动力学的系列模型延伸法推广到了海岸动力学的研究领域；二是用一个模型的不同实验结果进行延伸得到原体的主变量，从而可以减少工作量，节约投资。文章中对改进的系列模型延伸法中模型的设计原理及无因次综合参数的选取作了理论上的论证和探讨，并以海岸港口航道淤积、海上人工岛周围的局部冲刷、波浪作用下砂质海床和淤泥质海床上沉入式大圆筒的稳定性等为例，阐述了如何利用改进的系列模型延伸法解决海岸动力学领域中的各种研究课题。     

孤立波作用下单排桩附近床面冲刷实验研究

为揭示海啸波冲击下桩式防波堤的桩基附近泥沙冲刷特性,文章通过物理模型实验研究了孤立波作用下单排桩柱结构附近床面的局部冲刷问题,测试了入射波高和水深对冲刷坑形态发展的影响。结果表明:床面冲刷主要发生在相邻柱体的间隙处;在冲刷过程的前期阶段,排桩不同间隙附近床面冲刷的演变存在一定的差异;到冲刷后期,各间隙床面三维形态上的差异逐渐消失;达到冲刷平衡后,在间隙附近形成显著的冲刷坑,冲刷坑的下游则出现淤积的沙坝;沿间隙中心线剖面上的最大冲刷深度出现在柱中心偏下游位置,最大淤积高度出现在柱中心下游的几倍圆柱直径范围内。冲刷坑沿槽宽方向的发展随着波高的增大而增大,随着水深的增大变化不明显;平衡剖面上最大冲刷深度、最大淤积高度和冲刷坑水平长度亦随着波高的增大而显著增加。试验成果可为进一步建立相应的三维泥沙冲刷数值模型提供校核依据。     

长江下游双涧沙守护工程局部冲刷水槽试验研究

双涧沙守护工程中的护滩潜堤与南北顺堤过渡段河床受越堤翻滚流作用冲刷剧烈,为此采用系砼块软体排进行护底。排体的守护范围是决定该段工程稳定的制约因素,而排体外缘冲刷坑最大深度是确定余排长度的关键因素。采用80、120和200三种比尺的水槽分别对潜堤过渡段不同部位进行冲刷试验,通过系列模型延伸法对比研究不同守护范围下的局部冲刷范围和深度。结果表明,护底宽度增加后,河床最大冲深值减小明显。     

用模型延伸法进行丹东电厂排水口冲刷形态及防护的试验研究

本文采用系列沙粒模型延伸法，对华能丹东电厂排水口的冲刷形态进行了试验研究，并确定了相应的最佳工程防护方案。文中系统介绍了系列沙粒模型延伸法的理论依据，将此方法成功地用于海岸工程泥沙试验。采用三种天然海沙作系列模型沙，来延伸模拟原型结果，取代常规的人工轻质沙试验，这不但节约了大量资金，而且技术先进，简便易行，经一系列试验，取得了较圆满的试验结果。     

高山峡谷区陡坡河道泥沙输移与河床演变规律研究

随着人们对山区河流的开发利用的推进,人们迫切需要了解陡坡河道的特性。文中通过水槽试验来研究高山峡谷区陡坡河道的泥沙输移与河床演变规律,研究该河槽的泥沙输移、河床粗化及河槽纵向变形规律。试验发现虽然伴随冲刷发展,床面存在一定的粗化现象,但总体上来流流量越高,河道平均输沙率越大。河床粗化程度与来流流量呈正相关关系。沟床侵蚀过程并不是单一的下切为主,伴随着床面的粗化,水流的侧蚀作用可引起岸坡的崩塌,侧岸补给的泥沙甚至可能导致河床的整体淤高。     

路堤边坡冲刷侵蚀机理研究

本文通过物理模型模拟实验对路堤边坡冲刷侵蚀破坏展开研究,结合土体组成体系分析冲刷侵蚀机理,建立冲刷侵蚀模型推导冲刷强度与土体参数的函数关系。土体是多粒径尺度的不均匀材料,具有多尺度、分层次的物理力学特性,路堤边坡表层土粒冲刷侵蚀是一个发育的过程,侵蚀的强度与发育时间相关,受土体自身内因和水力条件的影响。     

长江中游航道整治建筑物作用区水沙特性研究综述*

关于航道整治建筑物作用区水沙运动以及由此产生的建筑物变形和损毁的研究是航道治理研究的重要组成部分,有着重要的现实意义。文章对长江中游航道整治建筑物中丁坝、护滩（底）和护岸3种形式建筑物结构形式及作用区水沙特性研究进行了梳理和总结,发现目前相关理论推导和数值计算的成果众多,列举了代表性较强的研究成果,从研究角度和考虑因素两方面对比分析了已有成果,提出今后可在床面冲刷位置和规模综合作用下的破坏阈值问题、床面冲刷发展模式及修复方式、极端水文条件对建筑物运行损毁的影响等方面继续深入研究。     

植草型双模袋生态混凝土护坡抗冲性能试验研究

植草型双模袋生态混凝土护坡是自主研发设计的一种新型护坡结构,试验自制试水流冲刷试验装置,设定最大设计流速为3m/s,对3种不同形式的护坡模型进行冲刷试验,计算护坡植被区的床面切应力及摩阻流速,分析各护坡的抗冲特性,试验结果表明:随着冲刷流速的增大,模型箱植被区的床面糙率逐渐减小,而模型箱植被区所受到的床面切应力逐渐增大。植草型双模袋生态混凝土护坡的抗冲刷性能明显优于其它型式护坡。当试验水流以最大设计流速3m/s的流速连续冲刷5.37h后,植草型双模袋生态混凝土护坡发生破坏,此时的床面切应力为285.3N/m2,摩阻流速为0.53m/s。     

海底振动管道局部泥沙冲刷数值研究

文章基于迎风有限元方法,对流动方程和泥沙输运方程进行求解,建立起振动管道与泥沙冲刷的耦合运动模型。模型中通过SST k-ω湍流模型对湍流效应进行模拟;管道振动和海床变形引起的不确定边界通过ALE方法进行实时追踪;模型考虑了悬移质输沙率以及推移质输沙率对底床变形的影响作用。数值模型首先与其他已发表的数据进行了比较,表明文章所建立的振动管道局部冲刷程序能够对冲刷深度进行较为准确地预测。文章利用所建数值模型进一步对海底振动管道局部冲刷问题开展了数值研究。相关数值分析结果表明:相对于固定管道的情况,管道振动对局部冲刷有较大的影响作用,管道的振动使管道局部最大冲刷深度增大,管道后方冲刷范围变宽,最大冲刷深度位置后移。     

淤泥质海床上人工岛水流冲刷试验

港珠澳大桥人工岛局部冲刷是大桥工程设计亟待解决的关键技术问题。在现场资料分析与物理模型验证的基础上,采用正态系列模型延伸法,在潮汐宽水槽中研究了淤泥质海床上人工岛周围流态变化和局部冲刷的发展过程。研究结果表明,在洪季大潮情况下,东、西人工岛最大冲深分别为10.3 m和9.0 m,冲刷坑集中在岛桥结合部和隧道防护段及防撞墩附近;最大冲刷深度与人工岛的几何形状、流速、工程水域的沙土特性以及水深等相关,冲刷坑的平面形态则与岛型、水流夹角、涨落潮流速差以及潮流历时有密切关系。     

长洲枢纽下游人工节埂防冲措施研究

针对长洲水利枢纽建成后,下游河床冲刷引起的枯水位下降,可能导致枯水期船闸下闸首门槛水深不足的问题,应用二维悬移质泥沙数学模型对枢纽建成后下游河床的冲刷下切及枯水期水位降落情况进行预测,结合当地的河床形态及地质条件,提出在坝下河道布置一系列的护底工程,形成不连续的人工控制节埂的防冲措施,以达到抑制河床冲刷、抬高近坝段枯水水位的目的。研究表明:通过在长洲枢纽下游河道合理布置人工节埂,可以有效地抑制下游河床冲刷,减小坝下枯水水位的下降值。     

显式和隐式方法求解防波堤可靠度的差异分析

半圆形防波堤具有稳定性高、结构简单、便于施工等优点。以往对其进行可靠度计算时,根据波高与周期,计算防波堤受到的荷载作用,将荷载作为随机变量,估计其概率分布模型,建立显式的极限状态方程,再进行求解。计算得到的波浪荷载序列对于最优分布线型的离散程度较差。采用基于隐式功能函数的防波堤可靠度分析方法,将波高和周期作为随机变量,无需计算波浪荷载这一中间序列,规避了误差的产生,简化了计算流程。分别采用隐式与显式两种方法对半圆形防波堤进行了可靠性分析。结果表明,两种方法得出的可靠度指标存在差异,这种差异是由于波浪荷载拟合时所产生的误差造成的。     

枢纽下游河床冲刷深度估算方法

根据沙量守恒原理,从宏观上建立了清水冲刷深度估算公式。公式涉及到床沙可悬百分数;推移质单宽率输沙量及其变化过程;冲刷过程中水流条件的变化;粗化层厚度及其级配等疑难问题。通过水槽试验和理论分析给出了这些问题的计算关系式,获得了冲刷深度估算方法。经试验资料检验,精度良好。     

河道平面二维泥沙数学模型

为了研究水库下游河道冲刷及由此而引起的对防洪、航运等造成的影响,本文给出了非均匀沙的平面二维动床数学模型,模型中考虑了悬移质不饱和输移、非均匀沙推移质输移及床沙级配的调整,利用ADI法对水流泥沙方程进行数值离散。利用该模型模拟了葛洲坝下游枝城至枝江河段涨水期淤积和落水期冲刷过程,冲淤量及冲淤部位跟实测值吻合较好。     

波浪作用下斜坡堤前沙质海底冲淤形态的试验研究

本文研究了波浪对斜坡堤前沙质海底的冲刷作用,在部分立波的作用下,沙底呈现两种基本冲刷形态,其间又有一种过渡形态。可以通过本文定义的无量纲参数u′,确定冲刷形态。冲刷位置、深度、长度可按文中公式估算。文中不规则波的试验结果可用等效规则波,如T_(1/3)、H_(1/3)来表达。     

丹江口水库下游河床冲刷与水位降落对航道的影响

在冲积性河流上修建水库以后,因水库的调节作用水库下游的水、沙过程发生巨大改变,导致河床新的变形,直接影响航道水深的变化,给航道带来不同影响。本文根据水库下游丹江口至碾盘山河段的观测资料和河床演变分析,论证了在水库调节作用下河底降低与水位下降关系的五种变化类型,分析了五种类型产生的原因和条件,这不仅对汉江中游的航道整治具有重要意义,而且对水库下游冲积性河流的冲刷,特别是三峡工程兴建后河床冲刷对航深的影响均具有一定的参考价值。     

复合垂直防波堤基础稳定性实验研究（英文）

A series of 2D model tests were conducted to assess the foundation stability of composite vertical breakwaters. In this paper, the results from the experimental study are presented conjointly with a formula to estimate the stability number of foundation, which is the most important parameter for evaluation of foundation stability of such structures. The influences of wave height, wave period and the berm width on the stability of composite breakwaters with different armor stone sizes were investigated. Forty-five tests were performed to cover the influences of these parameters. According to the present research, berm width is a significant parameter concerning erosion of armor foundation. As the berm width increases, the amount of berm erosion decreases. Comparisons are made between results of present study and the estimated stability number proposed by Kimura et al.(1994), which is extension of Tanimoto formula. Results show that the later formula underestimates the stability number. However, by applying an enhancement factor about 1.7 meters to Kimura et al. formula, results correlated with the present experimental results..     

Error correction of a predictive ocean wave model using local model approximation

Constructing models from time series with nontrivial dynamics is a difficult problem. The classical approach is to build a model from first principles and use it to forecast on the basis of the initial conditions. Unfortunately, this is not always possible. For example, in fluid dynamics, a perfect model in the form of the Navier–Stokes equations exists, but initial conditions and accurate forcing terms are difficult to obtain. In other cases, a good model may not exist. In either case, alternative approaches should be examined. This paper describes an alternative approach of combining observations and numerical model results in order to produce an accurate forecast. The approach is based on application of a method inspired by chaos theory for building nonlinear models from data called Local Models. Embedding theorem based on the time lagged embedded vectors is the basis for the local model. This technique is used for analysis and updating of numerical model output variables to forecast and correct the errors created by numerical model. The local model approximation is a powerful tool in the forecasting of chaotic time series and has been employed for wave prediction in a forecasting horizon from a few hours to 24 h. The efficacy of the local model as an error correction tool (by combining the model predictions with the observations) compared with the predictions of linear auto regressive models has been brought up. In the present study, the parameters driving the local model are optimized using evolutionary algorithms.     

采用GPS和水压测深法进行整平机框架定位测量及变形修正方法

深水抛石整平船整平机框架水下测量定位方法问题是深水抛石整平关键技术问题之一。相同的测量器材配置可以有不同的定位计算方法。文中对采用GPS和水压测深法进行整平机框架定位测量的公式进行了推导,并对变形修正进行了分析,通过合理选取变量和计算模式最大限度消除了柔性变形造成的偏差。有关成果的正确性已在实际应用中得到验证。采用GPS和水压传感器进行水下空闾三维浸4量定位,实现了机械化整平的高精度控制。     

长江下游典型分汊河段河床演变分析及趋势预测

以多年实测资料为基础,从河段水流动力条件和河床演变分析着手,结合三峡工程的影响,对安庆河段的河势进行研究。该河段河道演变特点为:洪水河势基本稳定;新河口边滩生成后以小幅冲淤变化为主;鹅眉洲与潜洲此消彼长;新中汊的演变与新河口边滩、鹅眉洲和潜洲的变化密切相关。结合航道整治工程的实施,对安庆河段河床演变的趋势进行预测。