斜坡式防波堤堤后波高试验研究

通过斜坡式防波堤物理模型试验，研究堤后次生波波浪透射系数的变化规律，建立了堤顶相对出水高度H_c/H_s和相对堤顶宽度B/H_s与波高透射系数的关系并拟合非线性回归公式。同时采用本文拟合公式和经验公式对不同工况下的堤后次生波波高进行计算，并与试验结果对比。结果表明，本文拟合公式与试验结果最为吻合，具有良好的适用性，然后分析了其他经验公式计算结果的差异性。该成果可为工程实际以及由斜坡式防波堤堤顶允许越浪生成的堤后次生波计算提供参考依据。     

不规则波作用下排桩式透空堤透浪系数试验研究

排桩式透空堤是一种新型的防波堤形式,通过三维的波浪物理模型试验,分析了不规则波作用下相对入射波高、相对波长、相对堤宽、不同波向以及桩间肋板等因素对排桩式透空堤透浪系数的影响规律。试验结果表明:透浪系数会随着相对入射波高和相对堤宽的增大而减小,随着相对波长的增大而增大;与正向波相比,波浪斜向入射时的透浪系数较大。此外,与桩间不带肋板的排桩式透空堤相比,带桩间肋板的排桩式透空堤具有更明显的消浪效应,对于透浪系数的衰减率在10%～60%之间。当排桩式防波堤主要受正向来浪作用时,整体物理模型值与整体数值模拟值和断面物理模型值的误差较小;然而,当排桩式防波堤受斜向来浪作用较为明显时,整体数值模型值和断面物理模型值与整体物理模型值之间存在不可忽视的误差,此时应该配套进行整体物理模型试验来进一步确定结构设计参数。     

科伦坡港口城外防波堤堤顶高程的确定

在地质条件及防波堤断面形式基本确定的前提下,防波堤堤顶高程是决定防波堤造价的主要因素之一。分析特许协议文件中外防波堤相关要求并考虑景观要求,认为堤顶高程应在3.0~4.0 m;分析工程所在区的自然条件及设计要素,确定防波堤的结构形式;在允许越浪的条件下,计算堤顶高程的范围;通过防波堤护面块体稳定性二维物理模型及波浪泥沙整体物理模型试验来验证护面块体稳定性和人工沙滩冲淤变化,并测量堤后不同位置处的绕射或越浪引起的次生波高;根据工程量及施工工艺选定较优的高程方案,为工程设计提供参考。     

直立码头前沿波高模型及数值模拟

立足港区平面规划布置实际需求,对防波堤掩护下的港域进行波浪物理模型试验。并基于MIKE21-BW模型的数值模拟,研究不规则波以一定角度入射直立式码头后泊位的波高情况。数值模拟及物理模型试验均可考虑波浪由外海传向近岸的绕射、反射及折射等过程。通过上述两种手段对比码头前沿提取的波高数据,结果吻合良好,说明MIKE21-BW模型能够应用于近岸波浪的传播变形及港区波浪条件研究中,为港区的平面布置提供科学的研究依据。     

加纳特马港防波堤稳定性局部物理模型试验研究

非洲西海岸几内亚湾涌浪周期长、风暴期间大浪持续时间长,加纳特马港新集装箱码头防波堤还受到斜向浪作用,为研究防波堤转弯段的护面稳定性,建立了港池局部整体物理模型。试验结果表明,防波堤各部位满足稳定要求,但转弯段和堤根段局部堤顶护面块石的失稳数较大。分析了波浪入射角对防波堤各部位稳定的影响,堤顶和堤后块石主要受越浪的作用,波浪和堤轴线夹角较大时,波浪入射角些许变化对堤顶及堤后块石稳定影响不明显;波浪和堤轴线夹角较小时,波浪入射角增大导致越浪量变大使堤顶及背浪面块石失稳数增大。     

基于δ-SPH方法的多孔潜堤共振反射数值模拟研究

基于δ-SPH方法,通过在控制方程中引入介质阻力项,建立波浪与多孔潜堤相互作用的数值波浪水槽。对比数值模拟结果与物理模型试验结果,发现二者符合良好,验证了数值模型的可靠性。通过数值算例分析,研究了波浪参数、多孔潜堤参数等对双排梯形多孔潜堤Bragg共振反射的影响。研究表明:当入射波长约为2倍潜堤中心间距时,潜堤发生主频共振反射;波浪未破碎情况下,入射波高的变化对共振反射影响较小;降低堤顶水深、增加潜堤中心间距或增加潜堤宽度能够增强共振反射;当梯形潜堤顶宽固定时,主频反射系数随坡度增大而减小,当潜堤底宽固定时,主频反射系数随坡度增大而增大。文章数值模型能够有效模拟波浪与多孔介质潜堤的相互作用,可为工程设计提供参考。     

斜坡堤后坡砌石护面稳定厚度的模型试验研究*

防波堤工程中堤顶越浪量的增加易导致堤后破坏,造成重大生命财产损失。针对这一问题,对防波堤后坡干砌块石护面进行系列物理模型试验,根据越浪对堤后不同砌块厚度的冲刷破坏情况,讨论堤后砌块护面稳定厚度与越浪量之间的关系。在此基础上,对平均越浪量进行分析,并对比国内外现有越浪量计算公式,结合我国常用防波堤结构形式,提出不规则波作用下的平均越浪量计算公式。最终给出不规则波作用下后坡干砌块石稳定厚度的计算公式。结果表明,公式与试验结果吻合度较好,可为我国防波堤后坡护面结构设计提供重要参考依据。     

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.     

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。     

越南茶荣沿海港口波浪三维整体物理模型稳定性研究*

三维波浪整体物理模型试验已广泛运用于防波堤工程实践中。三维整体物模试验较传统的波浪断面物理模型而言,对于波浪与结构物的作用有着更加完备的刻画。三维随机波浪整体物理模型试验可量化波浪的浅水变形、折绕射、越浪量及海工结构物三维稳定性。以越南茶荣沿海港口防波堤工程为例,利用134.3三维整体波浪物理模型,针对不同波向及重现期波浪条件下防波堤堤头、堤身三维稳定性与防波堤越浪量进行测试研究。试验结果表明：1）防波堤头堤石为5 t、主干为3.5 t时结构布置可靠稳定。2）仅在极端高水位和设计高水位部分组次发生少量越浪或者溅浪。     

不同沉箱结构形式防波堤对港内泊稳影响的试验研究

通过对韩国某港北防波堤工程波浪整体物理模型试验研究,分别对比了普通直立式和开孔直立式2种沉箱结构的防波堤对港内泊稳条件的掩护效果。试验采用SSE、SE两个代表波向,采集并分析港内及防波堤周围水域的波高及分布。试验结果表明,采用相同入射波条件时,2种结构防波堤均可对港内形成一定程度的掩护。但由于工程海域波高较大,次生波的出现影响了泊稳条件。两方案相比,开孔沉箱结构的防波堤对拟建港区的掩护效果略好,综合比较最后推荐开孔沉箱结构的防波堤方案。     

大型港口潜堤越浪后港内波况研究

采用波浪物理模型和数学模型相结合的方式,研究了大型港口潜堤越浪后港内的波况。基于断面物理模型试验,测定了波浪在潜堤的堤前和越堤后的传播规律,通过数学模型研究了波浪传播到港内的波况。对天津临港工业区的港内波况进行了分析研究,分别对TK-2D的缓坡方程波浪数学模型和MIKE21的BW波浪模型的模拟结果进行对比,结果表明2种波浪数学模型均可模拟潜堤越浪对港内波高的影响,但对于潜堤越浪后次生波的衰减特性模拟均不够准确,有待于进一步研究。     

“厂”形板式防波堤消波性能数值模拟

根据水平板形防波堤和倾斜板形防波堤的特点,提出一种“厂”形组合板式防波堤,通过数值模拟方法对防波堤的消波性能进行研究。首先,利用FLUENT软件建立二维规则波数值波浪水槽,并验证水槽应用的有效性。通过模拟得到堤后波高-时间过程线,分析防波堤的透射系数,探讨透射系数随波高、周期、开孔率、相对板宽、波陡、倾斜板与水平板角度、超高等参数的变化关系。结果表明,在模拟范围内防波堤透射系数较小,消波性能优良,特别是对长周期波也有较好的消波效果。研究成果可以为新型防波堤设计提供参考。     

单排与双排气幕防波堤消波性能数值模拟

将气液两相流看成是变密度单流体,以连续方程、雷诺平均方程和磊叩模型为控制方程,采用VOF方法追踪两相流界面,通过UDF在连续方程中添加附加质量源项的方法,建立了气幕防波堤数学模型。通过数值计算得到的波浪透射系数同试验数据吻合较好。在此基础上讨论了不同原型入射波浪要素、不同气幕间距以及不同供气量等对单排与双排气幕防波堤消波性能的影响,进而通过分析得出相应的结论,为气幕防波堤的设计提供有意义的依据。     

航道水深对波浪传播影响的数值模拟研究

利用CGWAVE波浪数值模型探讨波浪入射角度不同时航道水深对波浪传播的影响,得出航道与两侧岸滩不同水深比条件下的波浪临界入射角。通过与物理模型试验的对比验证该数值模型的可信度,并将其应用于曹妃甸中心渔港一期工程项目中,本研究的相关成果可用于指导航道工程设计和建设。     

新型透空板式防波堤消浪效果试验研究

为增大双层板式防波堤的波能耗散和防波堤结构的稳定,提出了的一种新型桩基双层板式防波堤,通过物理模型试验,对比分析了该防波堤结构（模型 c）与另两种结构型式的防波堤（模型 a、b）在不同的波浪参数下透射系数、反射系数的变化关系,探讨了新型桩基双层板式防波堤（模型 c）透射系数、反射系数随相对波高、相对水深及相对淹没深度的变化关系,分析了其波能损耗情况。结果表明,在试验范围内,对于长周期波,模型 c 比其他两种型式的防波堤消波效果好;当水深与模型顶平齐时新结构（模型 c）对波能的消耗大于淹没和出水两种情况,说明防波堤高程与水位平齐时其消波效果较好。     

波浪入射角度对立柱周围波面扰动特性的影响研究

基于N-S方程和连续性方程建立了三维数值波浪水池,并在该水池内对固定直立柱在不同浪向下的波浪爬升和绕射问题进行了数值模拟。为了验证数值计算的准确性,对立柱近壁面处的波浪爬升效应展开了模型试验研究,计算值与试验值吻合较好,证明了该方法的可行性。研究了入射角度的变化对立柱周围波浪爬升幅度和非线性特征的影响,同时从垂直浪向的投影面积和相对浪向的投影面形状这两个因素出发,探讨了不同浪向角下立柱周围的波浪叠加、波面放大率以及二次波峰效应,并对自由面漩涡生成特性进行了较为深入的机理性研究,可为今后进一步研究不同的入射角度下,复杂的海洋结构物周围的波浪非线性效应提供有价值的参考。     

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。     

新型捕能消波浮式防波堤数值模拟与试验研究

采用数值模拟和物理试验研究方法,研究了新型捕能消波浮式防波堤savonius型桨叶两种布置形式的捕能及消波性能。利用STAR-CCM+数值仿真软件,通过调用重叠网格、时间二阶离散、增加数值迭代的方法,建立了浮式防波堤三维水动力模型并进行数值模拟。研制了该防波堤物理试验系统,测试浮式防波堤捕能消波性能,综合分析数值模拟与物理试验的结果。结果表明,该新型浮式防波堤在桨叶转动频率与波浪频率相近时捕能功率最大,桨叶并列布置方式的消波性能比桨叶垂直布置方式更为优越。