斜坡上封闭水平板波浪上托力试验研究

波浪对平板的上托力是海上透空结构物设计的重要依据，不同布置形式的平板波浪上托力有不同的变化规律。本文通过系列模型试验，对斜坡上尾部封闭的水平板波浪上托力产生的机理进行了详细的分析和论述，认为影响其大小的直接因素与尾部透空情况相同，仍为几何因素、动力因素和空气垫层因素，但各因素对波浪上托力的影响程度发生了很大变化。试验结果表明，板下最大冲击压强与最大总上托力并不总是同步发生，其压强分布形式也不尽相同，应分别考虑。     

波浪与透空式水平板相互作用数值模拟研究

基于计算流体动力学软件Flow3D,建立了模拟规则波与透空式水平板相互作用的三维数值波浪水槽。将数值模拟结果与实验资料进行了对比验证,结果表明,所建三维数值波浪模型能准确计算出作用在平板上的波浪浮托力,并能很好地模拟出波浪遇平板发生的波面流场变化及作用在平板底部压强分布变化。将模型应用于计算作用在海洋平台主船体底部波浪浮托力,所得结果可为工程设计提供参考依据。     

孤立波对浸没平板作用的二维边界元数值分析

该文采用二维边界元方法研究孤立波与浸没固定式平板的相互作用,研究相对波高、相对宽长和相对浸没深度对水动力载荷的影响规律。通过孤立波在台阶上传播与分裂及孤立波中平底上浸没固定式平板的波浪载荷等算例,验证了基于势流理论与完全非线性自由表面条件的二维边界元计算方法的正确性。系列数值模拟结果表明,孤立波作用下浸没平板的上举力随相对板长的增大而增大,而向下的垂向力增大趋于一常数。与平底情况相比,浸没平板下的斜坡会使得垂向力增大。通过分析波形、流场速度分布以及板表面压强分布等角度分析了水动力载荷的变化机理。     

大尺度柱状结构物波流荷载研究

大型深水工程往往面临水深、浪大以及流急等复杂自然条件,将受到巨大的水平波流力,在工程设计中需准确考虑波流力的大小.通过在波流水槽进行圆柱、方柱和矩形柱波流力系列试验,进行大尺度柱状结构物波流荷载研究,同时建立数学模型,应用边界元法求解大尺度柱体上的波浪荷载,编写了Fortran程序计算波浪力,运用柱体绕流理论计算水流力.对比分析试验结果和数值计算结果提出了波流力工程计算方法:对于深水大尺度柱状结构物波流力可由波浪力线性迭加水流力再乘以1.04得到,计算中波浪要素采用水流影响下的要素,水流力采用柱体绕流求得.按此方法计算波流力,并与物理模型试验结果进行对比,两者误差较小,满足工程设计的精度要求.     

斜坡进水口段平面快速闸门底缘型式的水力试验研究

本文介绍了某在建大型水电站斜坡进水口平面快速闸门18种底缘模型的水力试验研究情况。文中给出并分析了各种底缘型式的底缘压力分布、闸门关闭过程中的压力变化以及上托力系数、临界开度等问题的试验结果;提出将底缘压力从正压变为负压所对应的闸门开度定义为零压力开度的概念。试验结果表明:在斜坡管道上布置的快速闸门,其底缘压力分布、上托力系数、临界开度和零压力开度等受水流重力的影响较大。     

孤立波对淹没平板作用力的经验预报模型

该文通过物理模型实验和理论推导,研究了孤立波对淹没结构的载荷经验预报问题。基于狭道流动假设,推导了孤立波中临界淹没平板的Froude-Krylov力,得到了表征水平波浪力、垂向波浪力和倾覆力矩等水动力载荷系数有关的无量纲复合因子。考虑波高和淹没深度对水动力载荷系数的影响,采用基于六分力天平组测量得到的孤立波经过平板时受到的水动力载荷,分别拟合了用复合因子和简单因子表征的经验公式,结果表明,基于复合因子给出的拟合公式较为简洁。基于无量纲复合因子,进一步考虑平板淹没深度的影响,在实验给定平板厚度和长宽比的条件下,建立了平板所受波浪载荷系数随孤立波相对波高、相对板长和相对淹没深度变化的经验公式。结果表明,在临界淹没状态下,随着相对波高增大,水平波浪力和垂向波浪力的首个极值系数均变大,其第二个极值系数均变小;俯仰力矩系数的前两个极值系数变大,而第三个极值系数变小;随着相对淹没深度增大,水平波浪力和垂向波浪力的极值系数均变小,俯仰力矩的第二个极值系数也变小。     

斜坡非淹没刚性植被影响下孤立波爬高的研究

该文通过物理模型实验和数值模拟研究了孤立波与斜坡上非淹没刚性植被的相互作用。物理模型实验在波浪水槽中进行,运用CCD高速相机测量了斜坡上波浪的爬高,分析了入射波波高和植被密度对爬高的影响,结果表明爬高与入射波高的比值近似为常数,其值取决于植被的密度。采用Boussinesq方程成功地模拟了波浪在斜坡上的传播变形及爬高过程:植被的阻水作用通过添加拖曳力项来实现,底床摩擦阻力系数通过模拟孤立波在无植被影响斜坡上的爬高确定,根据实验数据校核数值模型得到不同入射波高下植被的拖曳力系数。研究发现孤立波作用下斜坡上植被的平均拖曳力系数与平底床恒定流的情况并无明显差异。     

斜坡堤波浪爬高影响因素分析及其外坡轮廓设计

海堤断面型式有斜坡式、陡墙式和混合式之分,不同断面型式波浪爬高的计算方法相异,爬高的大小直接关系到堤顶的高低,进而影响整个断面的尺寸、工程量和投资。为此,本文对斜坡堤波浪爬高的诸影响因素进行分析,以期对复式斜坡堤外坡轮廓尺寸的设计提供一定依据。     

波浪正向入射散体斜坡内最大波压力衰减规律的试验研究

通过概化模型试验,研究了波浪正向入射时散体斜坡内法线方向最大波压力的衰减趋势,找出了影响波压力变化的相关因素。结果表明:破波压力从坡面向内部传递与方向、坡度没有明显关系,而与波陡、沿程相对位置相关。计算结果列出附表,便于工程应用。本研究成果为进一步研究波浪对散体斜坡破坏机理提供依据,对库岸工程防护有较高的应用价值。     

小尺寸双柱式桥墩波浪力的数值分析

Morison 方程适用于小直径孤立柱的波浪力计算,对于双柱式桥墩的波浪力计算已不能直接采用 Morison 方程。为了能利用 Morison 方程求解双柱式桥墩的波浪力,定义了双柱式桥墩前柱、后柱及整体结构的波浪力干扰系数。采用线性波浪理论,利用推板式造波方法模拟线性波,将 ANSYS Workbench平台作为 FLUENT 和 ANSYS 的数据传递平台,对深水环境下双柱式桥墩受到的波浪力以及波浪场作用下双柱式桥墩的结构变形进行单向流固耦合数值模拟。数值模拟结果表明,双柱式桥墩前、后柱波浪力的干扰系数在一定柱距范围内均随柱距的增大近似的成线性增大,当柱距超过一定值后趋于稳定。由于双柱间存在相位差,双柱墩波浪力的总干扰系数以及双柱墩的结构变形却随着双柱中心距的增大而减小。这些变化曲线为实际工程中深水桥梁双柱式桥墩的波浪荷载计算提供了一种更为简便的算法。     

EXPERIMENTAL STUDY ON TOTAL UPLIFT FORCES OF WAVES ON HORIZONTAL PLATES

The total uplift forces of waves acting on horizontal plates are the important basis for the design of maritime hollow-trussed structures. In this paper, an experimental study on the total uplift forces of waves on horizontal plates was conducted by a series of model tests. The results show that the maximum total uplift forces do not necessarily occur with the maximum impact pressure intensity synchronously. On the basis of the test results, formation mechanism of the total uplift forces of waves as well as its influencing factors were analyzed in detail, and an equation for calculation of the maximum total uplift forces of waves on plates was put forward. Lots of test data shows the present equation is in good agreement with the test results.     

在冲坑底部岩块上脉动上举力的实验研究

本文以瞬变流模型为基础，在三峡溢流坝断面模型冲坑底部，详细地量测了不同尺寸岩块上的脉动上举力，获得脉动上举力的统计资料，验证了瞬变流理论的分析成果，为探讨基岩的冲刷机理和水垫塘内混凝土底板块的设计提供了科学依据。     

水垫塘底板稳定性控制指标的探讨

基于几个高坝水垫塘底板水力模型试验研究，对稳定性控制指标进行了探讨。从脉动压强、上举力和冲击压强之间关系的角度，得出了冲击压强所表示水动力荷载的量化指标。文中所述成果可用以评价类似工程的底板稳定性并作为设计依据。     

带键槽透水底板上举力特性模型试验研究

为保护高坝下游河床和岸坡不受泄洪高速水流的严重冲刷,危及大坝安全,需修建各类消力塘防护结构以构建大坝安全第一道防线。各类消力塘防护结构的安全是高坝泄洪安全的前提保障。随着对高坝下游防护工程的研究不断深入,相继提出了带键槽消力塘底板、透水底板等不同结构形式的底板,增加消力塘的稳定性,消力塘形式也从"被动防护"模式向"主动防护"模式转变。对"主动防护"与"被动防护"相结合的带键槽的透水底板进行研究,通过模型试验从最大值、概率密度分布、幅值和功率谱等角度分析上举力的特性。结果表明,与带键槽的底板相比,增加透水孔可以降低上举力;上举力概率密度分布基本符合正态分布;上举力幅值降低;功率谱密度更加的趋近于低频。     

扬压力超过设计值时的重力坝抗滑稳定复核

鉴于棉花滩大坝5号坝段的实测扬压力系数超过了设计值,对典型断面进行了抗滑稳定复核。计算过程中采用最大可能值法来确定设计工况下的扬压力值。采用规范规定方法进行复核,并以非线性有限元强度折减系数法的结果作为参考。复核结果表明该坝段满足抗滑稳定要求,但与类似工程相比强度储备系数偏小。     

椭圆余弦波对V形防波堤绕射波浪力的解析计算

应用椭圆余弦波理论,给出了V形薄壁防波堤的浅水波绕射理论解,对现有Airy微幅波理论进行了有效拓展。通过对V形防波堤的浅水波浪力进行试算,揭示了椭圆余弦波对防波堤的作用规律。计算结果表明:椭圆余弦波理论计算的V形防波堤的最大无量纲波浪力明显大于相同浅水条件下Airy微幅波理论的对应结果,该方法有效拓展了无限长直立薄壁堤的反射波理论。此外,浅水波入射角、V形堤张角和防波堤臂长与水深比等参数的变化均将对V形堤的波浪作用产生相关影响,而V形堤的实际绕射波浪力幅值将随浅水波特征参数值的增大而增大。     

Upstream Cutoff and Downstream Filters to Control of Seepage in Dams

The finite element method was used in this study to investigate cutoff walls and downstream filters to control seepage, the exit hydraulic gradient, and uplift forces for dams. Experimental data was used for validating the numerical modelling. The effective parameters are the length of filter and its distance downstream from the dam, the depth of the cutoff walls, the upstream dam head, and the thickness of alluvial foundation. The results show that by increasing filter length, the exit hydraulic gradient, uplift force, and seepage are reduced. The optimum relative length of the filter is L/H?=?0.028 which results in a decrease of about 65% in the exit hydraulic gradient, a 35% decrease in seepage and 10% reduction in the uplift force at the upstream foundation and a 60% decrease in the uplift force at the downstream foundation. Increase of cutoff wall depth reduces the exit hydraulic gradient, uplift force, and seepage. Using two cutoff walls both upstream and downstream of the dam decreases seepage, hydraulic gradient, and uplift force 132%, 450% and 11% respectively. However, using an upstream cutoff and downstream filter decreases seepage, hydraulic gradient, and uplift force by 180%, 490%, and 119% respectively. Thus, based on this study, recommendations for suitable combinations of upstream cutoff and downstream filter are provided.

     

上拔力-水平力-扭矩组合荷载作用下斜桩承载特性模型试验

斜桩广泛应用于桥梁、水上钻井平台及风力发电基础等工程中,其承载特性十分复杂。为揭示上拔力-水平力-扭矩共同作用下斜桩单桩的承载特性,利用自主设计制作的加载设备,在砂土地基中开展了4根斜桩室内模型试验,研究了桩身倾角、上拔及水平荷载对受扭斜桩桩顶水平位移、扭转角及桩身扭矩、弯矩的影响。试验结果表明：斜桩水平承载力随桩身倾角的增大而增大;倾角及上拔荷载的增大均会导致斜桩极限扭转承载力的减小;斜桩最大弯矩受到桩身倾斜角度及桩顶上拔荷载的影响,随其增加而增加;组合荷载作用下的斜桩存在有效荷载传递深度。     

Wave-current impacts on surface-piercing structure based on a fully nonlinear numerical tank

Fully nonlinear wave-body interactions for a surface-piercing structure with combined wave-current flow in different water depths are studied by using a 2-D numerical tank. The model is based on Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) equations and renormalization group(RNG) k- model. The mean and maximum wave-current impacts, including forces in two directions and rotational moment, are calculated and discussed. The effects of U/ C and water depth condition on forces and moment have been investigated and the results for combined irregular waves and currents are compared with those induced by combined regular waves and currents.