桩基挡板式透空堤透浪系数计算及试验研究

在威格尔对直板透浪系数研究基础上,采用微幅波理论并结合不同透空堤结构尺寸(挡浪板宽度与挡板间距之和D,桩基的宽度b及挡浪板间距△D组合)推导透空堤透浪系数计算公式.并基于广东新港荔枝湾防波堤模型试验,研究了挡浪板的相对入水深度、挡浪板间距、不同波浪重现期对透浪系数的影响,验证了理论推导透浪系数计算公式的合理性,计算了波浪条件d/L≤0.245和t/d=0.35～0.78范围内的透空堤透浪系数,为确定合理的透空式防波堤结构提供设计依据.     

波浪作用下抛石堤的稳定性及消浪特性

波浪作用下抛石堤的稳定及消浪效果的确定是生产上迫切需要解决的问题。我们进行的试验,除通常所考虑的波高、波长、堤前水深和堤坡坡度等因素外,还考虑了静水位到堤顶的高度及堤顶宽度的影响,所得结果可用于出水堤(包括越浪与不越浪)和潜堤的稳定及消浪计算。     

规则波作用下潜堤透浪系数数值模拟

潜堤透浪系数是衡量潜堤削弱波浪能力的主要指标。基于Boussinesq型方程的MIKE21-BW模型建立波浪数值水槽,进行规则波作用下潜堤透浪系数的数值模拟。根据Dingemans物理模型试验结果对BW模型进行参数率定和验证,验证结果良好。在此基础上,进一步分析了影响潜堤透浪系数的无因次影响参数,包含相对淹没深度、波陡、相对堤顶宽度、斜坡堤坡度等,研究不同因素组合情况下潜堤透浪系数的变化规律。建立了规则波作用下潜堤透浪系数的计算式,应用MATLAB数学软件对式中的系数进行拟合,拟合式计算值与BW模型计算值相关系数为0.858,相关性较好。另外,将拟合式与杨正己公式进行比较,并分析数据的差异与原因。研究表明:MIKE21-BW模型可以进行规则波作用下潜堤透浪系数的数值模拟。     

不同护坡条件下波浪溢流海堤内坡水动力特征

波浪溢流指强风暴潮引起堤前水位超过堤顶,海堤受到的越浪与溢流联合作用。波浪溢流一旦发生,极易引起大范围的海堤内坡侵蚀乃至溃堤,产生灾难性后果。基于1:1的大型水槽试验,分析了波浪溢流过程中不同海堤内坡护坡条件下(碾压混凝土、铰接式护坡砖和高性能加筋草皮)海堤内坡水力学特征;建立了相应的内坡平均水深和平均流速计算模型,计算结果表明波浪溢流过程中海堤内坡上的波高分布仍符合瑞利分布,并分析了内坡上的特征波高和特征峰值水深之间的换算关系;提出了波浪溢流过程中海堤内坡上的均方根波高和波速经验计算式。     

V形贯底式防波堤上波浪作用力的解析研究

用解析方法计算V形贯底式防波堤在波浪绕射作用下周围流域任意点的速度势,研究波浪作用在V形贯底式防波堤上的波浪力。假定防波堤刚性、薄壁、不透浪、水深恒定。假想的圆柱面将整个流场划分为三个区域,分别在每个区域内将速度势用特征函数展开,然后在公共边界上按照速度连续,速度势连续的原则进行匹配,求得流域中任意一点的速度势和作用在V形贯底式防波堤上的总波力和总波力矩。数值结果给出了作用在防波堤上的波浪力随防波堤张角、入射波波长、入射角变化的曲线。结果表明:作用在V形贯底式防波堤上的波浪力与水深、防波堤的张角、入射波的波长等因素有关。     

潜堤上波浪传播过程数值研究

以RANS方程结合Level-Set方法为研究基础,采用五阶WENO有限差分格式进行空间离散、三阶TVD Runge-Kutta格式进行时间推进、Level-Set方法追踪波浪与空气间自由面以及解析松弛法来实现数值水槽中的造波消波,建立了一种求解潜堤上波浪传播问题的数值计算模型。选取经典的潜堤上波浪传播物理试验模型对数值模型进行了验证,水位计算结果与试验值吻合较好。进一步研究了波高、潜堤顶部淹没深度以及潜堤坡度等参数对潜堤上波浪传播过程的影响。结果表明:波高越高、淹没深度越浅、潜堤向波坡度越小,波浪受浅水作用越明显;潜堤背波坡度越小,波浪受反浅水作用稍大,但并不明显。     

重力式沉箱防浪墙型式对顶部越浪量的影响

随着我国沿海港口建设的不断发展,防波堤的越浪量及其产生的堤后次生波高成为影响港内泊稳条件的重要因素。本文针对福建省某一级渔港防波堤工程,采用1:36正态物理模型,进行了波浪断面物理模型试验。试验模拟了各种潮位、不规则波条件下重力式沉箱防波堤与波浪的相互作用,测量了不同重力式沉箱防浪墙型式在各级水位及相应100年一遇和50年一遇波浪作用下的堤顶越浪量和堤后次生波高,对原设计方案进行了优化,供今后的工程设计借鉴。     

波浪对圆柱外接圆弧型防波堤绕射的解析计算

在微幅波绕射理论的基础上,使用特征函数展开法,推导了圆柱外接圆弧型防波堤复合结构的水波绕射的解析解,并据此计算了该结构所受到的波浪载荷以及绕射波面分布。计算结果表明:与单一圆柱相比,外接圆弧型防波堤的存在可明显降低作用于圆柱的波浪载荷和圆柱表面的波浪爬高;采用外接堤表面密实或透空而内圆柱表面透空的结构形式可以取得圆柱防浪的较佳效果;结构透空系数、波浪入射角度、外接堤张角、外堤半径与水深比、水深与波长比等因素的变化对绕射波浪作用均存在一定影响。     

管桩抛石顺坝在侵蚀性海岸保滩工程中的应用

借鉴上海奉贤南门港和滨海六合庄采用透空式管桩顺坝的成功经验，结合本地管桩生产条件，采用外径D＝50cm的管桩抛石顺坝方案，桩的透空间距为35cm，透空率41％，经模型试验和实际工程验证，具有明显的消浪保滩效果，减小了作用在陡墙式主海堤的波高，并明显减弱了堤后波浪刷滩的动力，有效地保护顺坝坝后与主海堤之间的滩地。     

孤立波作用下斜坡堤越浪量的实验研究

为了研究海啸等浅水大波对海堤等海岸结构物的作用,采用孤立波作为输入波形,在波浪水槽中进行了孤立波在斜坡堤上越浪过程的系列实验。通过物理模型实验,获得了孤立波作用下斜坡堤越浪量的测量结果,并基于PIV方法测量得到的海堤越浪流速度场计算了越浪量。以堤顶相对超高和来波相对波高为无量纲参数,基于越浪量实验数据建立了斜坡堤上孤立波越浪量的经验预报公式。孤立波堤顶越浪流的PIV测量结果表明,在实验工况条件下越堤流流场可近似为几乎平行的流动;基于PIV测量结果得到孤立波越浪量与越浪量的直接测量结果一致性较好。对简单斜坡堤而言,无量纲的孤立波越浪量随来波相对波高的增大而增加,随着堤顶相对超高的减小呈指数增大。     

基于OpenFOAM的挡板透空式防波堤水动力特性数值分析

基于有限体积法理论,应用开源计算流体力学软件OpenFOAM求解黏性不可压缩流体的连续性方程和动量方程,建立了二维数值波浪水槽,并通过规则波作用下挡板式透空结构的物理模型试验数据(波面、压力和流速)对数值波浪水槽进行了验证;计算并比较分析了不同入射波浪条件下挡板相对入水深度对透射系数和挡板底部流速的影响.结果表明,当挡...     

防波堤透浪特性的研究

用大尺寸块石或人工块体建筑的斜坡式防波堤是港口工程中常用的一种形式。有时在防波堤一侧直接修筑码头,在这种情况下,不允许波浪从堤顶越过。由于堆石堤孔隙很大,波浪能量容易通过堤身将部分能量传递到堤的另一侧,这部分能量将产生一个新的波浪。 波能量在堤身内传递,工程上所关注的是波能量的传递规律,也就是波浪的衰减规律。若原始波高为H_0,传过堤身到达另一侧的波高为H,K_t=H/H_0称为透浪系数,K_t的大小直接与堤身尺寸和块石直径有关。     

植物护岸对波压力的影响试验研究

在堤外滩地上合理地种植适生植物能够起到保护岸滩、消减波浪的作用,是一种有效的生物护岸形式。该研究采用规则波和不规则波模拟河道中的波浪,通过不同滩地水深、不同波高和不同种树带宽度的组合试验,系统分析了防浪林宽度、滩地水深、浪高、波长等因素对刚性树干和带有柔性枝叶的模型树模拟堤外滩地防浪林消浪的影响,以及波高、最大波压力、波浪爬高及堤前底部波浪流速的分布规律; 该文重点研究植物护岸对最大波压力的影响。试验表明:在滩地上种植防浪树可以大大消减波浪能量,降低波浪对大堤的冲击力,从而起到保护堤岸的作用。     

斜坡堤堤心石尺寸对波浪传播影响的试验研究

采用典型斜坡堤断面结构,试验研究了不考虑越浪情况下不同尺寸堤心石对斜坡堤堤后波浪传播的影响,讨论了堤心渗透引起的波高及其与入射波要素和堤宽等因素的关系,给出了采用不同尺寸堤心石时堤后波高传递系数与无因次水动力参数和堤心结构B/D之间的经验公式.试验结果表明,不同尺寸堤心石对波浪传播的影响是显著的.     

波浪荷载对半圆型潜堤作用的数值分析

基于动量源数值造波原理,运用Fluent软件模拟了半圆型潜堤表面波压的分布及变化规律,采用π定理分析了波陡、水深及波长对半圆型潜堤表面波浪力的影响,并通过统计潜堤表面各点所受压力（最大波压力与最小波压力的差值）最大值的分布,给出了半圆型潜堤表面压力最大值出现的位置及概率.分析结果表明,在水深较深时,波陡的改变会使波压力在堤顶至背浪侧发生明显变化;水深波长比的改变,会引起半圆堤两侧波压力不同的变化;波压力的最大值一般发生在堤顶处及其偏向背浪侧附近;半圆堤面上的动波压力最大值主要出现在两侧堤脚附近,随着波高的增加,堤面上各点的动波压力由近似对称分布向两侧受力不同转变.     

斜坡堤护面稳定性的试验研究

为了验证某港口防波堤护面的稳定性,在港池内对堤头和附近堤身建立物理模型,通过波高采集装置得到工程区域的特征波高分布,用目测观察法计算不同区域斜坡堤护面块体的失稳个数并描述越浪情况。结果表明:四角锥体护面块体在斜向波入射时,其稳定性较波浪垂直入射要好,堤身满足稳定性要求,该物理模型较好的反应了波浪对结构物影响的实际情况。根据试验结果在原设计方案的基础上进行优化,通过试验验证得到优化方案符合工程要求,优化方案可行。     

水平斜插板透空式防波堤消波性能数值模拟

通过改进已有的防波堤模型，建立了一种新型水平斜板透空式防波堤模型。基于VOF方法建立了波浪与水平斜板防波堤相互作用的数值模型。经数值模拟研究了该新型水平斜板防波堤结构对波浪透射系数的影响，主要考虑了斜板角度、波陡、相对板间距、相对板宽和相对出水高度等因素对防波堤消波效果的影响。模拟结果显示:①水平斜插板透空式防波堤比水平板透空式防波堤的消波效果好。在斜插板作用下，随着斜板角度增大，透射系数逐渐增大，但增幅逐渐减小；②随着波陡增大，透射系数先减后增；③随着水平板间距增加，透射系数增大；④随着防波堤相对板宽的增大，透射系数逐渐减小；⑤随着防波堤出水高度增加，透射系数先减后增。结果表明，该新型结构防波堤的消波效果显著，可以很好地消减波浪，应用前景良好。     

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。     

防护林分布条件下开敞水域堤前波浪要素计算分析

长乐滨海路路堤项目外海朝向开敞式海域,波浪在传播过程中不断发生浅水变形,采用理论的波浪变形条件难以取得满意的成果。工程设计时,在分析路堤堤前波高破碎因素,并充分考虑外海侧滩地地形条件和防护植物分布的情况下,对破碎波高进行数值分析计算,获得计算波高的准确数值,为优化堤顶高程和降低工程投资提供了技术依据。该文对此进行总结,可供类似工程参考。     

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。