不同护面形式下复式海堤的波浪爬高试验研究*

复式海堤作为重要的护岸基础设施,能够保护海岸免受潮流和波浪侵蚀。通过物理模型试验,研究不同块体护面复式海堤对波浪爬坡高度的影响,发现：1）三向孔块体护面下的爬坡高度最小,单向孔块体护面下次之,光滑护面下最大。2）对于同一块体护面,随着入射波波高或周期的增大,爬坡高度总体上逐渐增大。3）采用Wave Overtopping of Sea Defences Structures and Related Structure Assessment Manual（简称EurOtop）规范中波浪爬高经验公式推算不同块体护面的糙渗系数,评估不同块体护面消减波浪爬高的性能,三向孔块体结构在实际海岸工程中具有较好的应用价值。     

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。     

水平式混合直立护岸波浪力试验研究

通过二维物理模型试验,研究了相对波高、波陡、相对水深和直墙前斜坡块石棱体上扭王块体对水平式混合堤结构所受波浪力的影响规律。通过分析试验结果得出如下结论:直立结构各处所受波压强总体随相对波高和相对水深增大而变大;波陡对结构所受波压强的影响较小;直墙前斜坡块石棱体上的扭王块体能明显减小结构所受波浪力。通过试验值和各公式值比较可知,合田公式计算值与掩护良好的直墙受力情况相近,合田修正公式计算值能较好拟合挡浪墙的受力规律。拟合出规范修正公式计算没有被掩护直墙处的波压强。     

基于斜坡堤圆弧面灯桩结构的波浪力研究

斜坡堤上圆弧面灯桩结构的波浪力研究对防波堤的设计和稳定具有重要意义。通过在波浪水槽内进行物理模型试验,对不同位置波压力随时间的变化过程、波压力沿结构表面分布规律以及当水平力或垂直力最大时各测点的同步波压力分布特性进行分析,再将试验结果与规范直立式胸墙的波浪力计算结果进行对比。结果表明,无掩护部分的波压力主要由冲击压力和缓变压力组成,有掩护部分的波压力表现为缓变压力;从灯塔顶部到上灯桩基础,波压力随相对高度的减小而先增大后减小,当水位超过结构物一定高度,且有块体掩护时,底部波压力近似均匀分布;水平力最大时的最大波压力发生在无块体掩护的灯塔的中下部;半掩护条件下,灯桩结构所受波浪水平力比无掩护条件下小,比全掩护条件下要大;基于海港水文规范公式得出修正系数以及拟合公式,可用于计算斜坡堤上此结构形式的波浪水平力。     

不规则波在斜坡地形破碎区波高分布的数值试验研究

在近岸浅水波浪分布的研究中,格鲁霍夫斯基给出适用于深水波至破碎波的整个浅水域(相对水深η>2)的波高经验分布公式,但该式在波浪发生破碎后的适用性研究欠缺。基于FLOW-3D软件对深水不规则波传播到斜坡地形上波浪发生破碎进行模拟,验证波高沿程分布与试验值的一致性,并模拟在130斜坡地形条件下波浪从有限水深传播到近岸破碎区的沿程波高分布变化。结果表明,在该坡度相对水深η<2.75情况下,格鲁霍夫斯基经验分布公式出现较大误差,不再适用;破碎区各累积率波高与平均波高的比值随相对水深变小呈递减趋势,经验公式值与之相比,总体上呈现出大波偏大、小波偏小的情况。     

波浪作用下新型六角块体固沙效果试验研究

采用框格结构固土的生态护岸是护岸工程的新趋势,框格固土能力是生态护岸建设成败的关键一环。介绍多宫格块体这种新型的生态护岸六角块体,并通过室内水槽试验研究块体空腔内部泥沙在波浪作用后的侵蚀深度。试验结果表明:斜坡堤上多宫格块体内部泥沙侵蚀深度符合沿堤从上到下先增后减的规律,同时泥沙侵蚀深度会随波高的增大而增大,斜坡堤不同位置以及单个块体不同部位泥沙侵蚀深度不同,改变块体空腔内填充的泥沙类型会影响侵蚀深度但不影响斜坡堤上侵蚀的整体规律。相比于框格栅栏板,多宫格块体具有更好的固沙效果,可以为植物护岸提供良好的生长环境。     

卷破波冲击下透空式面板受力特性数值模拟

卷破波是近海环境中常见的破碎波浪，对近海结构物具有较大的破坏性。基于CFD软件FLOW-3D建立二维波浪水槽，对比5种形态的卷破波冲击下透空式面板的受力特性和波浪爬高情况，并讨论了面板相对净空高度、相对水深和迎浪面倾角的影响。研究表明：5个形态的卷破波中，P2形态卷破波的水平波浪力最大，P3形态卷破波的爬高最显著，P1至P3形态卷破波的竖向波浪力趋于相等；面板相对净空高度、相对水深和迎浪面倾角对卷破波冲击作用力和爬高有较大影响，相对净空高度的增大能有效削减卷破波冲击力和爬高，而相对水深的增加将导致透空式面板受到的卷破波水平、竖向波浪力和波浪爬高增大；随着迎浪面倾角从0°增大到60°,波浪爬高逐渐减小，卷破波作用力先增大后减小，P1形态卷破波的水平、竖向波浪力的变化幅度最大，P4形态卷破波的竖向波浪力减小幅度最大，P3形态卷破波的爬高减小最显著。     

波浪周期对扭王字块体稳定性的影响

通过物理模型试验,研究不规则波作用下、斜坡堤采用随机摆放扭王字块体时,波浪周期、堤顶高程改变对斜坡堤上前坡、堤顶及后坡上扭王字块体稳定性的影响。试验结果表明:随着波浪周期的变大,前坡扭王字块体稳定性逐渐增大,堤顶和后坡扭王块体稳定性反而减小,波浪对斜坡堤扭王护面的破坏位置由前坡向堤顶和后坡转移。同时,前坡扭王字块体稳定性随着堤顶超高的增加而减小,堤顶和后坡扭王块体随着堤顶超高的增加先减小后增大。     

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。     

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。