带胸墙斜坡堤单波越浪量的数值研究

基于FLUENT软件,采用有限体积法离散粘性流体的连续性方程、雷诺时均N-S方程及RNG k-ε湍流模型,VOF法捕捉流体自由表面,结合主动吸收式造波理论,建立了二维不规则波数值水槽。在验证数值水槽性能的基础上,利用其模拟斜坡堤越浪。通过数值计算结果与已有物模试验值的对比验证,表明了该数值模式计算的无胸墙斜坡堤平均越浪量、单波越浪量及带胸墙斜坡堤平均越浪量有较高的精度。藉此依据数值模拟结果,分析给出了带胸墙斜坡堤超值累积频率1%的单波越浪量的计算关系式。根据关系式,可通过带胸墙斜坡堤平均越浪量计算其1%单波越浪量。研究成果可为带胸墙斜坡堤单波越浪量的基础研究及相关工程设计提供一定的参考。     

海岸防护工程胸墙稳定性及越浪量研究

文章采用物理模型试验对日照港石臼港区海岸防护工程中胸墙的越浪量和稳定性进行了研究。首先,利用物理模型对不同高程下胸墙越浪量进行研究,确定了胸墙顶高程为7.5 m时,可满足越浪量控制要求;然后,对有无潜堤作用下,防护工程胸墙的越浪量和稳定性进行试验研究。研究结果表明:极端高水位时,50 a一遇波高作用下,潜堤对后方防护措施影响较小,但是100 a一遇波浪作用时,由于波浪在潜堤处产生了破碎从而导致波高发生衰减,因此提高了后方防护设施胸墙的稳定性。     

斜向浪作用下潜堤透射系数的计算公式

在港口水工建筑物布置中,波浪大多数是斜向作用于建筑物的,考虑斜向浪的作用更符合实际。针对这一问题,分析杨正己计算公式、Daemrich计算公式、邹红霞计算公式对本试验结果的拟合效果,并分析规则波正向入射时各影响因素对潜堤透射系数的影响,拟合出相应的计算公式。在此基础上,根据斜向规则波作用于潜堤的试验结果,分析得出斜向规则波作用下潜堤透射系数的计算公式。分析斜向不规则波试验结果,提出斜向不规则波作用下潜堤透射系数的计算公式,经检验,公式合理,可为我国潜堤结构设计提供科学的参考依据。     

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。     

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。     

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。     

一种新型透空式潜堤消浪促淤特性试验研究

通过物理模型试验的方法,采用规则波和不规则波对新型空心立方体潜堤进行一系列消浪特性研究。同时,对2种不同空心率的空心立方体潜堤和实心堤透浪系数进行试验对比。对实验数据的统计分析结果表明:当选取合适空心率时,空心立方体堤的消浪效果与实心堤的消浪效果基本相同,并能达到一定的促淤效果,说明选取空心立方体作为潜堤堤身结构材料的方法是合理且有效的。     

斜坡堤L型胸墙结构型式的探讨

本文结合工程实例、试验成果对斜坡堤胸墙结构型式进行研究与讨论，对L型和反L型胸墙的稳定性进行分析，提出了反L型胸墙型式在实际工程应用中的合理性。     

空心方块斜坡堤块体稳定质量计算方法*

空心方块斜坡堤与传统斜坡堤在断面和块体形状上具有较大差异，使用规范中公式难以进行块体稳定质量计算。针对这一问题，通过物理模型试验研究了规则波和不规则波作用下，空心六面块体在不同水位、不同波高、不同波周期条件下的稳定情况。试验结果表明，无量纲稳定质量Wr随着Irribbarren数增大呈现出线性增大的趋势。最后结合研究结果拟合了规则和不规则波作用下，综合考虑波陡影响的块体稳定质量计算公式，并建议稳定系数取为9.1，为空心方块斜坡堤结构设计提供参考。     

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。     

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。     

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。     

斜向波浪作用下直立式防波堤前沿波浪特性试验研究

在波浪与结构物相互作用过程中,若入射波波向与结构物小于某个角度时,会产生沿着建筑物传播的Stem波。它的波能在传播过程中迅速集中,对堤结构的稳定性以及港内波浪条件产生重要的影响。通过三维波浪物理模型试验,对比分析了规则波和不规则波下Stem波的波高分布随波浪入射角的变化规律以及不同结构形式防波堤前Stem波的波高分布。研究结果表明：规则波和不规则波作用下直立堤前Stem波波高垂直于堤轴线方向均呈部分驻波的分布形式,规则波作用下直立堤前Stem波波高垂直于堤轴线方向的变化幅度明显大于不规则波。对于不开孔直立堤,相同入射波浪周期下,波陡较大时Stem波比波高较小;而在不同波浪周期下,波浪入射角较小时,波陡对Stem波比波高影响不大;在波浪入射角度较大时,波陡较大则Stem波比波高较小。波浪入射角和直立堤开孔与否对直立堤前Stem波比波高的影响较大,且规律明显。     

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。     

对斜坡堤胸墙上波浪力折减系数取值的探讨

胸墙抗滑和抗倾稳定性是设有胸墙的斜坡堤结构计算的重要内容,而波浪力是胸墙产生稳定性破坏的唯一原因,因此准确计算进行波浪力计算是进行胸墙断面设计的重要依据。在进行威海港靖海湾港区张家埠新港作业区防波堤工程胸墙设计过程中,通过对作用于胸墙上的波浪力计算值与模型试验值进行了比较,总结分析了在胸墙前有块体掩护情况下水平波浪力和波浪浮托力折减系数取值情况,供类似设计参考。     

不同坡度下扭王字块斜坡堤胸墙受力的试验研究

综合考虑堤型结构参数和水动力因素,开展扭王字块斜坡堤不同坡度下胸墙受力的物理模型试验,探讨坡度、相对堤顶超高、相对胸墙高度、相对坡肩宽度、波陡、相对水深和相对块体尺寸等对扭王字块护面斜坡堤胸墙所受波浪力影响的变化规律,并通过多元回归非线性拟合法,总结出扭王字块体斜波堤胸墙水平波浪力的计算关系式。验证表明,该计算公式有良好的精确性。研究成果对防波堤工程设计具有重要参考价值。     

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。     

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。     

随机波浪作用下的防波堤三维稳定性及越浪量试验研究

对于防波堤和护岸工程设计,三维随机波试验已开始广泛应用于防波堤研究中,因为相对于传统的二维随机波试验,三维随机波试验对于波浪绕射、越堤水量、三维稳定性、透浪以及它们之间的相互影响等问题均可以给出更好的解释。本研究在不同波向及重现期波浪作用下,对包含堤头、堤身与堤根的全尺寸防波堤进行三维稳定性与越浪量测试,试验中各段护面块体(12、18、24 t双联块体)均可保持稳定,而各水位重现期50 a最大越浪量为10 L(m·s)。与二维波浪水槽试验结果进行对比,稳定性结论一致,但越浪量存在较为明显的差异,在设计高水位时,二维断面试验的越浪量比三维试验中的要大10%~30%不等,与日本PARI相关研究得到的三维不规则波的越浪量约要比二维不规则波时低20%~30%结论较为接近,而在极端高水位时其差距变得更大,甚至达到了50%~60%。由于二维断面试验中采用正向浪作用,且无法模拟波能沿堤传输扩散等实际现象,加之易出现堤前壅水情况,因此其越浪结果有所偏大,而采用三维稳定性试验更接近真实情况。