海堤越浪量及后坡越浪流研究进展

主要介绍当前国内外海堤越浪量及后坡越浪流方面研究工作的进展情况,归纳和总结了国内外平均越浪量及越浪流参数的计算公式,指出由于海堤结构型式的差异各国相关计算方法存在着局限性,提出国内今后需要进一步研究的内容和方向。     

允许越浪条件下海堤越浪量可靠度分析*

基于可靠度理论,进行了允许越浪条件下海堤越浪量的可靠度分析,建立了允许越浪条件下海堤越浪量的极限状态方程。以青岛某斜坡式海堤为例,将有效波高和谱峰周期作为基本随机变量进行越浪量可靠度分析。首先对有效波高和谱峰周期进行Log-normal、Gumbel分布拟合,根据拟合结果,二者均采用Log-normal分布,然后采用Monte Carlo模拟计算了该海堤越浪量的可靠性指标。计算结果表明:进行允许越浪条件下海堤越浪量的可靠度分析是可行的,并且海堤越浪量的可靠性指标概率意义明确,比允许越浪量标准更合理。     

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。     

海塘越浪过程SPH模拟

随着计算机软硬件水平的不断发展,数值模拟技术已经越来越广泛地应用到海岸工程领域中。现今波浪爬高越浪的数值模拟技术主要有网格方法和无网格方法两种。和网格方法相比,无网格方法在计算海塘越浪的连续性和大变形问题上体现出了优势。     

复式海堤结构越浪量计算方法比较

针对复式海堤斜坡堤结构下的越浪量计算,国内尚无规范可循。在实际海堤工程建设中,迎浪侧设置平台的海堤结构的选用较为普遍,因此为该海堤结构形式设计提供依据十分必要。通过分析比较国内外常见的复式海堤结构的越浪量计算方法,得出各家公式计算越浪值随堤顶超高、平台上水深、平台宽度以及挡浪墙高度变化的关系,并通过比较不同结构形式下的复式海堤物理模型试验数据,推荐采用EurOtopⅡ和陈国平公式计算复式海堤结构的越浪量,再进行比选和验算。     

海堤护面型式对波浪爬高和越浪的影响

在海堤护面设计中,通常在满足稳定的基础上,还希望通过采用适当的护面型式来减少波浪的爬高和越浪量,以降低堤顶高程,减少工程造价。通过具体工程不同护面型式波浪爬高和越浪试验,提出斜坡上波浪爬高和越浪量不仅与护面类型有关,还与护面消浪结构所处位置有关,可供工程设计参考。     

三维不规则波作用下海堤和防波堤的越浪量计算

对１９９５年国际水力研究协会等２６届大会上发表的有关三维不规则波作用下海堤和防波堤越浪量的最新研究成果进行综合介绍。     

港珠澳大桥珠澳口岸人工岛填海工程海堤越浪量的优化设计

为安全可靠地降低防浪墙顶高程,在分析国内外规范对越浪量标准界定的基础上,为港珠澳大桥珠澳口岸人工岛填海工程海堤拟定了运营工况、设计工况和校核工况这3种工况组合和相应的允许越浪量标准,结合物理模型试验,对海堤越浪量进行优化设计,使人工岛地面与挡浪墙之间的高差减少到人体正常身高范围,可为过境旅客提供海天一色的景观视线。     

港珠澳大桥珠澳口岸人工岛填海工程海堤越浪量的优化设计

为安全可靠地降低防浪墙顶高程,在分析国内外规范对越浪量标准界定的基础上,为港珠澳大桥珠澳口岸人工岛填海工程海堤拟定了运营工况、设计工况和校核工况这3种工况组合和相应的允许越浪量标准,结合物理模型试验,对海堤越浪量进行优化设计,使人工岛地面与挡浪墙之间的高差减少到人体正常身高范围,可为过境旅客提供海天一色的景观视线。     

国内外斜坡式海堤平均越浪量计算方法的对比分析

介绍了国外常用的EurOtop(2007)中平均越浪量的计算方法,结合国内《海港水文规范》及国内专家学者提出的计算方法进行对比分析,并通过实际工程案例情况进行验证比较,得出了EurOtop(2007)中关于斜坡式海堤平均越浪量的计算方法考虑的影响因素更加全面、相对更具参考价值的结论。     

空隙率对丁坝周围水位影响数值模拟研究*

丁坝是航道整治常用的整治建筑物之一,实际工程中多采用散抛石丁坝,此类丁坝具有一定透水性,不同的空隙率对改善透水丁坝附近水位具有不同的效果。基于计算流体力学FLOW-3D 软件,研究空隙率对透水丁坝坝身段、坝头前端以及主流带区各个位置水位变化影响。结果表明：在丁坝坝身段、坝头前端以及主流带区水位与空隙率变化关系基本一致,丁坝上游段,当空隙率小于15.4%时,水位随空隙率增大先降低后升高,当空隙率大于15.4%时,水位减小至某一值后趋于稳定;坝体轴线处,水位随着空隙率增大呈现上下波动;各透水丁坝坝后水位均高于实体丁坝,但坝后水位与空隙率并非呈正相关变化。     

波浪在斜坡堤上传播的数值模拟

基于VOF自由表面追踪技术,通过直接求解Navier-Stokes方程及κ-ε方程,建立了求解波浪与建筑物相互作用的数值波浪水槽,并将其用于研究波浪在不透水斜坡堤上传播的物理过程。首先,通过对水平床上非线性波传播过程的模拟分析验证了该数值波浪水槽的模拟精度;在此基础上,对规则波在斜波堤上传播的水动力过程,包括波浪爬坡、越浪及越流等进行了数值模拟,并通过物理模型试验结果对堤前水位及越浪量变化的模型模拟结果进行验证。     

模拟斜坡堤上越浪量一种新的数值模式

利用FLUENT软件,基于粘性不可压缩流体的雷诺时均N-S方程和k-ε湍流模型,采用有限体积法对控制方程进行离散,建立数学模型。基于质量源造波和动量源消波的方法,在连续方程和动量方程中加入造波源项和消波源项,采用VOF方法捕捉自由表面,开发了无反射造波的二维数值波浪水槽,通过数值模拟值和理论值的对比,对该数值波浪水槽进行了验证。进而,利用该数值波浪水槽模拟斜坡堤的越浪问题,分析了平台宽度、斜坡坡度对越浪量的影响,并将数值模拟结果和前人物模试验结果相对比,二者趋势一致,吻合良好,表明了该模型在处理斜坡堤越浪问题方面的有效性和精确性,从而建立了利用FLUENT模拟斜坡堤越浪问题一种新的数值模式。     

长江河口段平均海面数值模拟研究

为更好研究长江河口段平均海面的特性,建立了大通至长江口感潮河段的二维水动力数学模型,通过模拟径流与潮汐共同作用下的水动力过程,并设置上下游不同条件的对照组,分析了河口段平均海面的影响因子及响应规律。结果表明,长江河口段年平均海面A0值由上游径流和外海潮波共同作用产生,外海潮波给予了河道内平均水位一个沿程定值,而径流使得其产生了沿程衰减的趋势,这是河口段A0特征不同于外海的原因,也说明径流是其主要影响因子。A0只受径流和外海潮位的年平均值影响,而不受两者的年内变化影响。径流量的变化会导致上游A0值比下游发生更加显著的响应;外海A0值的变化会使沿程发生大致等量的变幅。未来全球海平面上升后,河口段A0也将上升相近幅度。     

考虑护面块体影响的越浪数值模拟

为了在斜坡堤数值计算中考虑护面块体的影响,借鉴海绵阻尼层的消波方式,在湍流模型的控制方程中引入等效护面块体系数μ*的概念,并将等效系数μ*与规范中常用的糙渗系数KΔ相联系,构建了基于糙渗系数KΔ求解等效系数μ*的数值转换途径。该方法拓展了波浪数值模型的应用范围,在波浪与结构物相互作用的数值研究方面具有新意。     

不规则波作用下斜坡堤越浪的数值模拟

基于OpenFOAM建立三维数值波浪水槽生成不规则波,利用体积平均的RANS方程和包含非线性项的渗流方程描述斜坡堤内部的水体流动,通过网格划分工具对斜坡堤外层扭王护面块体进行全尺度精细划分模拟,研究了正向入射不规则波与扭王块体护面斜坡堤的相互作用。模型模拟实验室尺度及原型尺度斜坡堤得到的平均越浪量分别与试验结果及按照重力相似准则换算原型结果吻合较好,所建立的数值模型可以描述实际工况下扭王块体护面斜坡堤的越浪过程。     

不规则波作用下斜坡堤越浪量试验研究

考虑允许部分越浪对海堤设计十分重要。通过具体工程波浪断面物理模型试验,研究了不同波要素和断面尺度对斜坡堤越浪量的影响,比较了随机、规则两种扭王字块体摆放型式的消浪效果。结果表明:堤顶超高对越浪量的影响最大,随着相对堤顶超高的增大,越浪量呈指数形式递减。肩台及平台宽度和波陡对越浪量也有影响,相对肩台及平台宽度越大,越浪量越小;波陡越大,越浪量越小。护面层空隙率相同的不同扭王字块体摆放型式下,斜坡堤越浪量基本相同。典型越浪量公式计算值与文章试验值相比都偏小,陈国平公式计算结果较为准确。     

规则波作用下斜坡堤越浪量的数值模拟

台风过境产生极端波浪造成斜坡式海堤越浪,现有计算越浪量的经验公式都存在适用性的问题.为探求台风天气下舟山区域斜坡堤越浪量计算公式,基于VOF方法,对Navier-Stokes方程和k-ε方程进行求解,建立速度边界造波和阻尼消波的数值波浪水槽.在水槽中建立斜坡堤模型,通过改变影响越浪量的相关因素,模拟台风浪条件下规则波作...     

阶梯形丁坝局部冲刷特性数值模拟*

阶梯形丁坝局部冲刷特性研究对河道整治工程方案设计具有重要意义。应用平面二维水流泥沙数学模型,研究来流条件及丁坝尺度对阶梯形丁坝局部冲刷的影响。结果表明：在清水恒定流作用下,冲刷达到平衡所需历时主要受来流条件影响,而受丁坝几何尺度的影响相对较小;随着弗劳德数Fr的增大,冲刷坑面积A、最大冲深hs总体均呈线性增加,Fr≤0.565时平均冲深 随Fr增长较慢,Fr＞0.565时 随Fr增长相对较快;一级丁坝高度、二级丁坝长度对局部冲坑形态及冲深发展的影响具有一定的等效性;hs与 均随一级丁坝相对高度ψ的增加而增大,当ψ＞0.7时其增幅趋于平缓。