规则波作用下珊瑚礁直立式护岸波浪力大比尺模型实验研究

基于大比尺波浪水槽试验,采用弗劳德相似准则,按照1:15的模型比尺,开展了规则波作用下珊瑚礁地形上的波浪和直立式护岸的相互作用的研究,在不同水深和波浪条件下,测量了直立式护岸所受压强,并与规范值进行对比。实验结果表明实验测量值明显大于规范计算值;直立式护岸所受压强值与入射波波高和礁坪水深正相关,随护岸距礁缘距离增大而减小。通过将时均水深、增水、护岸距礁缘的距离无量纲化跟无量纲压强进行分析,得出结果表明当礁坪上水深足够深、护岸距礁缘距离小于0.5倍的波长的时候,所受压强只和入射波高有关;而波浪在礁坪上的增水越高,直立式护岸所受到的压强越大。因此综合考虑了周期、礁坪水深、增水和距离,拟合出基于该实验中筑堤珊瑚礁地形的直立式护岸波浪力估算公式,拟合公式计算精度高于现有规范公式。     

筑堤影响下岛礁三维波浪传播变形规律SWASH数值模拟研究*

为了探究筑堤对岛礁系统内波浪传播变形的影响,利用非静压波浪模型SWASH对三维岛礁模型试验数据进行验证对比,继而在岛礁上方不同位置建立不同长度的防波堤进行波流模拟。结果表明：礁坪特征断面内的波高随筑堤无明显变化,增减水则随筑堤变化明显,堤长越长、堤距越大,堤前增水越大,增水范围越广;裂口特征断面内的波高和增减水随筑堤均有明显变化,堤长越长、堤距越小,断面内波高越小,增减水越稳定。研究成果可为类似礁顶工程建设提供参考。     

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。     

基于OpenFOAM的礁坪上波浪底部切应力数值模拟研究

文章基于OpenFOAM的两相流求解器OlaFlow建立了考虑壁面函数边界条件的礁盘地形数值波浪水槽，利用礁盘地形上波浪传播物模试验结果验证了所建数模的可靠性。通过验证后的模型进行了不同入射波要素和水深条件下波浪在礁盘地形上传播的数值模拟，分析了波浪底部切应力在礁坪上的沿程变化，以及相对水深、入射波高和波周期对波浪底部切应力的影响。结果表明：随着礁坪上相对水深的增大，向岸和离岸切应力呈减小趋势；随着入射波高和周期增大，向岸和离岸切应力呈增大趋势；向岸切应力最大值主要出现在礁缘后方，随入射波周期增大，向岸切应力最大值出现位置向礁缘后方移动；离岸切应力最大值主要出现在礁缘处。     

波浪在珊瑚礁坪上传播的水槽试验研究

为研究波浪在珊瑚礁上的传播规律,分析波浪传至礁缘后破碎及传播情况,为设计波要素的确定提供参考依据。试验模拟了常年平均波浪和重现期50 a两种波浪条件。试验结果表明:波浪沿传播方向在礁坪边缘附近破碎后继续向坪内传播,并达到波面稳定状态,礁坪上的波浪传播特性表现为礁缘处波浪易破碎和礁坪上波浪衰减较快;波浪破碎表现为行进波破碎,且小于波浪在一般缓坡地形上的破碎指标,破碎波高水深比(Hb/d)约为0.5附近,重现期50 a大浪时礁缘处最大可达0.76。     

基于缓坡方程在岛礁地形上波浪破碎的模拟研究

波浪从深海传至近岸岛礁时,一般需要经过落差较大的礁坪边缘,水深急剧变化,导致波浪在传播过程中发生破碎,因此准确模拟波浪的破碎过程以及破碎后的波高大小,对于岛礁海岸工程建设具有重要的意义。缓坡方程是描述近岸波浪传播变形较好的数值模型之一,文章在采用自适应有限元求解缓坡方程所建立的数值计算模型的基础上,引入描述波浪破碎的模型,建立可以描述波浪破碎影响的近岸波浪数值模型。基于二维岛礁地形上的波浪实验,比较分析了4种不同的波浪破碎能量损失因子,给出了适合于岛礁地形条件下波浪传播破碎模拟的模型。     

波浪作用下岸坡动力响应试验研究

利用波浪水槽对波浪作用下岸坡孔隙水压力响应进行试验研究,观察分析岸坡坍塌破环现象和机理,试验入射波采用椭圆余弦波。试验结果分析表明,岸坡内孔隙水压力随波高和周期的增大而增大,岸坡土体介质与介质孔隙水压力密切相关,孔隙水压力对岸坡稳定性有重要影响。     

岸礁地形对港内低频波浪共振影响的数值研究

采用一组完全非线性Boussinesq方程模型,模拟了双色波群在不同岸礁地形上向岸传播,进而诱发狭长矩形港内水体共振的物理过程.基于分离港内低频波浪的方法,系统研究了港湾处于最低共振模态下珊瑚礁外坡坡度和形状变化对港内锁相长波、自由长波以及它们相对成分的影响.结果表明:对于文中所研究的特定港口、珊瑚礁外坡坡度范围和外坡形状,港内自由长波波幅随着珊瑚礁外坡坡度的增大而逐渐增大;相比于自由长波,外坡坡度的变化对港内锁相长波波幅的影响则极为有限;珊瑚礁外坡形状的变化对港内低频波浪的影响则与珊瑚礁外坡宽度的大小密切相关.     

孤立波作用下四立柱结构附近水动力特性研究

本文通过基于Navier-Stokes方程的三维数值模型模拟了孤立波与四立柱结构相互作用的水动力特征,考虑了不同入射波高和柱间间隙的影响,并通过物理实验对比验证了四柱结构附近的自由液面、流速和动水压强。随后运用该模型进一步分析了四立柱结构前后排圆柱上波浪的爬高、结构附近的流场和涡量、前后排圆柱表面的动水压强以及结构所受的总波浪力。研究结果表明:随着入射波高与静水深比值Hi/h的增加,前排圆柱相对最大爬高增大,后排圆柱的相对爬高变化不明显,四立柱结构相对总波浪力则减小;当圆心距与柱直径的比值S/D 2.4时,前排圆柱的相对最大爬高随S/D的增大而减小,而后排圆柱则随之增大,相对总波浪力亦随之减小,四立柱结构整体背浪面形成尾涡对,前后排圆柱迎浪面动水压强的分布存在显著差异;当S/D≥2.4时,前后排相对最大爬高趋于一致,相对总波浪力趋于常值,单个圆柱后的尾涡可以独立地发展,前后排圆柱动水压强沿水深的分布相似。同时,本文通过回归分析得出了相对波浪爬高和相对总波浪力随Hi/h与S/D变化的幂函数型经验关系式。     

跨海桥梁大尺寸承台波浪力数值模拟研究

随着跨海桥梁深水化,桥墩尺寸和波浪荷载不断增加。为提高跨海桥梁安全性,通过Fluent软件建立了三维数值波浪水槽,进行了波浪作用大尺寸承台的数值模拟,分析了波高、淹没系数、周期以及承台长度对承台波浪力的影响。研究结果表明:在文章计算范围内,承台波浪力和波高基本呈线性变化关系。随着淹没系数C_s增大,承台水平力先增加后减小,而承台垂向力先减小后增加再减小。承台相对水平力f_x随承台相对长度kb先增后减,当kb=1.3左右时相对水平力达到最大。承台相对垂向力f_z随kb变化关系受承台淹没系数C_s影响:当C_s<1时,承台相对垂向力f_z随kb增加逐渐减小,其中当kb趋近于0时f_z=K_p,当kb趋近于+∞时f_z=0;当C_s>1时,承台相对垂向力f_z随kb增加先增后减,其中当kb趋近于0和+∞时f_x均趋近于0。     

规则波作用下挡浪板式防浪墙波浪力研究

通过物理模型,对挡浪板式防浪墙的波浪力进行研究。研究表明:规则波作用下挡浪板式防浪墙的水平波浪力和浮托力随时间变化呈双峰现象,水平总波浪力与浮托力随波高、水深的增大而增大,随波坦的增大先减小后增大;挡浪板式防浪墙挡浪板倾角的不同不影响波压力的分布规律,相同工况下,波浪力随倾角的减小而增加。据此,得出不同倾角下水平波压力换算系数公式,并对工程设计提出相应建议。     

破碎波对随机波统计特性影响的实验研究(英文)

The influence of wave breaking on wave statistics for finite-depth random wave trains is investigated experimentally. This paper is to investigate the influence of wave breaking and water depth on the wave statistics for random waves on water of finite depth. Greater attention is paid to changes in wave statistics due to wave breaking in random wave trains. The results show skewness of surface elevations is independent of wave breaking and kurtosis is suppressed by wave breaking. Finally, the exceedance probabilities for wave heights are also investigated.     

不规则波作用下海堤越浪量试验研究

通过物理模型试验,研究不规则波作用下海堤越浪量,结果表明越浪量与爬高的影响因素基本相同,随各主要因素的变化规律也十分相似,采用波浪爬高和堤顶超高2个主要因子可较好反映越浪量的变化规律。提出了不规则波越浪量的计算公式,并根据越浪量对堤后不同防护情况下的冲刷破坏情况,提出了允许越浪量标准,为工程设计提供参考。     

不规则波作用下波浪爬高计算方法

通过物理模型试验,研究了不规则波作用下光滑不透水单坡和复坡上的波浪爬高,分析了主要影响因素波陡、坡度、波浪入射角、平台宽度和高程对波浪爬高的影响规律,得到了海堤结构波浪爬高的计算公式及其不同累积率换算关系,并提出了多级平台海堤断面波浪爬高计算方法,可适用于复杂海堤断面的爬高计算,与40多个实际工程的模型试验结果对比,具有较好的计算精度,可供工程设计参考.     

不规则波作用下波浪爬高计算方法

通过物理模型试验,研究了不规则波作用下光滑不透水单坡和复坡上的波浪爬高,分析了主要影响因素波陡、坡度、波浪入射角、平台宽度和高程对波浪爬高的影响规律,得到了海堤结构波浪爬高的计算公式及其不同累积率换算关系,并提出了多级平台海堤断面波浪爬高计算方法,可适用于复杂海堤断面的爬高计算,与40多个实际工程的模型试验结果对比,具有较好的计算精度,可供工程设计参考。     

不规则波作用下带挑檐直立堤爬高与越浪量试验

通过物理模型实验,对带挑檐直立堤在不规则波作用下的爬高和越浪量进行观测,分析墙顶超高、挑檐宽度以及波坦等影响因素。结果表明:直立堤波浪爬高主要与波高有关,周期影响不大;堤顶超高、挑檐宽度和波坦是直立堤越浪量的重要影响因素,但挑檐宽度对直立堤越浪量的影响程度与堤顶超高有关。根据试验结果,提出了直立堤波浪爬高和越浪量计算方法,为实际工程设计提供参考。     

不规则波作用下的泊位长周期波浪试验研究

基于港口波浪整体物理模型试验并将泊位水域的波浪进行长短波分离,对不规则波作用下的泊位水域长周期波高的分布规律进行研究。结果表明:旧防波堤的反射对泊位处的长周期波高影响较大,其反射性能越强,泊位受长波危害越严重,在进行港口规划建设过程中可以通过减少港域原有建筑物的反射性能来减小港内长波;单向不规则波在泊位处的长波波高明显大于多向不规则波,在港口前期建设规划时用单向波来考虑长周期波浪对港内泊稳的影响更偏安全;泊位处的长周期波高随着入射波高、周期的增大而增大且波向的改变对港内的长波有一定的影响,但只当波向变化较大时,长波波高随波向的变化规律才明显。     

不规则波中二阶辐射问题时域数值模拟

能够有效地模拟不规则波中非线性的波物相互作用是深海工程领域一直关心的热点问题,因此有必要采用时域理论对不规则波中非线性的波物相互作用进行研究和分析。对自由面和物面条件进行Taylor 级数和Stokes摄动展开得到一阶和二阶边值问题。使用基于Rankine源的边界元法计算每一时刻的流场,并在自由面上采用积分格式的自由面条件;在远方控制面上采用多次透射边界条件以及其耦合阻尼区的边界条件;对做不规则垂荡运动的截断圆柱所受到的水动力进行了时域数值模拟。结果表明：文中方法可以用于时域研究不规则波中的二阶问题,在人工边界处达到无反射的效果。     

基于二阶造波理论的聚焦波实验室模拟

目前实验室中的聚焦波均是利用线性叠加原理产生的,其中造波板位移为各组成波浪按线性造波理论所得分量之和。但是聚焦波浪特性会受到线性造波板位移产生的自由伪谐波的影响。文章采用二阶造波理论建立实验室中聚焦波浪造波软件,并分别采用一阶理论和二阶理论进行物理水槽和数值水槽造波实验,结果表明采用二阶造波理论可以有效地提升水槽聚焦波浪的模拟精度。     

谱方程模型在设计波要素计算中的应用

为分析谱方程模型在设计波要素计算中的适用性,以长江口口内水域的设计波要素推算为例,首先利用海图数据及长江口河口段地形数据构建波浪数学模型(MIKE21-SW模块),并验证了寒潮期间南槽东测站的风浪过程。然后对长江口附近气象站风速资料进行分析,确定计算水域的设计风速。最后在验证模型适用性的基础上,计算得到特定水域的设计波浪要素。