斜堤护面块体在斜向波作用下的稳定性

通过三维模型试验 ,研究了在斜向波作用下 ,扭工字块体、钩连块体、四脚空心方块和抛填块石等 4种块体在斜向波浪作用下的稳定性 ,给出了实用计算方法。     

多向不规则波绕射的数值模拟

采用有限元求解Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程数值计算模型,对单突堤和双突堤的波浪绕射进行了数值模拟,并与物模试验进行对比验证。模拟结果表明入射波浪的方向分布对波浪的绕射具有明显的影响,使防波堤后的波浪增大,开阔区域的浪浪减小,波浪的方向分布对港内波浪的分布具有一定的均化作用。     

多向不规则波有效试验区的扩展法

实验室中一般采用分段式造波机来产生斜向或多向波，但其中存在几个问题，最主要的是有效试验区较小。扩大有效试验区的常用方法是采用边墙反射法。本文首先叙述了应用边墙反射产生斜向波和多向波的方法，通过物理模型试验对该方法进行了验证，试验结果表明采用边墙反射的确可以扩大有效试验区的范围。     

斜向和多向不规则波对直立堤平均越浪量研究

通过三维波浪模型试验研究了斜向和多向不规则波对直立堤的越浪量。分别按平均越浪量和单波最大越浪量进行研究,探讨了平均越浪量随相对堤高、波浪方向、波浪方向分布宽度、波陡和相对水深等影响因素的变化规律,导得了斜向和多向不规则波作用于直立堤上的平均越浪量的计算公式。     

多向不规则波作用下九桩群桩效应试验研究

小尺度群桩应用广泛,一直是学者研究的重点,小尺度有别于大尺度桩柱,由于桩柱周围存在漩涡的脱落,使得受力特性复杂。以往的研究过程中,波浪主要采用单向不规则波浪,并且试验模型多以两桩或三桩组成的群桩结构为主,桩数相对较少。多向不规则波与群桩结构的作用特点有别于单向不规则波且研究较少。通过物理模型试验,针对多向不规则波对于9桩桩排群桩结构的作用进行了研究。首先综合考虑KC1/3数和相对桩径的影响,提出以参数KCLD 1/3数来衡量群桩的效应,并分析了正向力与横向力随着参数KCLD 1/3数和相对桩距的变化关系,研究了群桩中不同桩位桩柱波浪力的变化规律和方向分布宽度对于群桩波浪力的影响。研究结果表明,群桩中各桩的正向力随着方向分布标准差的增大而减小,而横向力在相对桩距较大时随着方向分布标准差的增大而增大,同时群桩中不同位置桩上的波浪力具有较大的差异。     

大水深斜坡堤护面块体稳定重量的确定

近年来,军队和地方港口建设中,在一些水深达20 m的水域,选择了造价相对较高、但安全性和耐久性较好的斜坡式结构防波堤。但在确定护面块体稳定重量时却发现,按照相关规范计算的重量值偏小,不能满足安全性的要求。结合某船厂防波堤的断面物模试验,对大水深的斜坡堤护面块体的稳定性进行了初步分析,发现在该试验中块体的临界重量为8.15 t。并提出在计算块体稳定重量时应考虑水深的影响,适当降低块体稳定系数的取值。     

多向不规则波浪的确定性模拟

波浪波动时间过程及波列的模拟,对于开展实际波浪对于工程建筑物的作用具有重要的意义。本文采用线性叠加的单叠加模型,建立了多向不规则波浪的确定性模拟方法。基于理论模拟的规则波、单向不规则波和多向不规则波,验证了波浪确定性模拟方法的有效性。定性地对比分析了模拟波列和已知波列的一致性;定量地研究了模拟波浪在空间范围rr/L_s的误差分布情况(rr表示指定位置与给定位置的空间距离,L_s为有效波长)。并且建议,采用本文方法进行波浪确定性模拟时,最佳的浪高仪间距应小于0.12L_s。     

斜坡堤护面块体安放过程及稳定性数值模拟

利用基于光滑粒子流体动力学(SPH)数值方法的开源软件DualSPHysics进行数值试验,模拟斜坡式防波堤上扭王字护面块体的安放过程,研究护面块体的稳定性。首先以DualSPHysics为平台开发了护面块体的安放功能模块,并对护面块体的安放效果进行评价,实现了按指定安放密度进行块体安放。块体安放完成后,在数值波浪水槽中研究护面块体在规则波作用下的运动及受力响应,并分析护面块体失稳的典型形式和失稳标准,通过系统化的参数分析,探讨波浪要素及块体安放等因素对块体稳定性的影响。结果表明,扭王字块体稳定性系数的取值范围为21.64~26.20,是规范推荐值的1.5倍左右。块体鼻轴方向的相对位置主要影响单个块体的上举脱出失稳,鼻轴方向在坡面上赤平投影图越分散,护面块体层整体上越稳定。坡面坡度变缓时,护面块体层整体下滑趋势减弱,但更易发生上举脱出失稳;单个块体缺失会加大周围块体的上举失稳概率。     

规则波和不规则波作用下消波建筑物前的波高分析

消波建筑物在国内外已得到广泛应用。本文采用近似方法分析了明基床上直立式消波建筑物前的波高及消波室内的波高，从而确定建筑物的消波效果。并在规则波的基础上将成果推广至不规则波作用下的情况。     

斜向不规则波对直墙作用的实验研究

通过长峰不规则波和方向波谱对直墙作用的实验研究 ,分别给出了每延米斜向不规则波波浪力与正向力之比 ,方向波谱波浪力与斜向长峰不规则波波浪力之间的关系 ,通过与规则波实验结果的比较给出了斜向规则波与不规则波波浪力之间的相对关系 ;并对斜向不规则波的反射系数与正向波时的变化作出了分析     

波浪作用下方块石护面稳定性研究

护面是海堤和护岸的重要结构,直接抵御波浪作用,可采用人工块体、块石等,种类繁多。采用紧密排列方块石作为护面结构是一种景观性较好的型式,依据方块石厚度不同能抵御不同大小的波浪作用。干砌条石及干砌块石护面曾有一些规范给出过计算方法,但现行规范没有相关内容可供设计参考,已有计算方法的理论分析还存在不足。当波浪与斜坡堤相互作用时,方块石护面出现位移或脱落可能发生在波浪回落最低阶段、波浪破碎打击阶段及破后爬高水流作用阶段,通过研究得到了不同阶段波浪对方块石护面作用力的计算方法。在波浪回落最低阶段,考虑了护面及其下方垫层渗透性影响,通过理论分析建立了低渗透护面浮托压强计算模型,采用物模试验将计算结果与试验测量值进行了对比分析,结果表明总体趋势符合,量值接近;在波浪破碎冲击阶段,基于射流冲击作用原理,提出了波浪在斜坡面破碎冲击压强计算方法,通过试验分析了波浪破碎水深波高比与破波相似参数的关系,利用浅水波理论计算了波浪破碎冲击水流流速;在爬高水流作用阶段,提出了水流引起的方块石护面垂直浮托力及水平拖曳力的计算方法,通过试验结果拟合了浮托力系数和拖曳力系数,验证了水流作用下护面的受力特征。最后,针对方块...     

Deformation of multi-directional random waves passing over an impermeable submerged breakwater installed on a sloping bed

This study investigates the wave deformation of multi-directional random waves passing over an impermeable submerged breakwater installed on the slope. Experiments were conducted in a three-dimensional wave basin equipped with a multi-directional random wave generator. Measurements of the free surface elevations around an impermeable submerged breakwater were carried out using 19 capacitance-type wave gages. In addition, a numerical model is proposed in three-dimensional random wave field. It is shown that the numerical results reproduce the general trend of the experimental results well. Investigations are made to study the effect of the spreading parameter S_max and bottom topography (bottom slope and submerged breakwater) on the wave deformation. It is pointed out that concentration of wave energy with larger values of the spreading parameter S_max is located within narrow limits in onshore side of the submerged breakwater. Furthermore, the supplementary discussion is made by means of numerical results.     

多向聚焦波作用下透水潜堤消波特性数值模拟研究

本文采用非静压模型NHWAVE建立高精度三维波浪数值水槽,对多向聚焦波作用下透水和不透水潜堤消波特性进行数值模拟研究。通过计算结果与实验数据的对比,验证了该模型模拟多向聚焦波产生传播及多孔介质内流动的能力,进一步考虑了有效波高、水深、谱峰周期和传播角度等因素对潜堤消波特性的影响。结果表明：潜堤对多向聚焦波的最大波幅、最大水位、沿水深平均最大流速和波能均有显著消减作用,且透水潜堤因孔隙介质的存在消波性能更好。随着有效波高增大,堤顶处波浪破碎点前移,不透水潜堤消波性能受波高影响较大。水深越大,潜堤消波性能越低。透水潜堤对长周期波浪消减效果较差。传播角度越小,聚焦位置处波幅越大,波浪非线性作用越强。研究结果可为我们进一步保护沿海设施免受极端海洋环境的影响提供一定的参考     

Experimental study of the breaking limit of multi-directional random waves passing over an impermeable submerged breakwater

This study investigates experimentally the breaking wave height of multi-directional random waves passing over an impermeable submerged breakwater. Experiments have been conducted in a three-dimensional wave basin equipped with a multi-directional random wave generator. A special type of wave gauge has been newly devised to record the water surface elevations in the breaker zone as accurately as possible. The records are analyzed to estimate the location and limit of wave breaking. Comparisons have also been made with the results of regular waves. The influence of the incident wave conditions on the breaking wave height normalized by the breakwater dimensions has been investigated. Empirical formulae have been presented to estimate the breaking limit of multi-directional random waves based on the experimental records. The formulae have been tested and found to work well not only for multi-directional random waves, but for regular waves as well.     

斜向波浪作用下双层水平板式防波堤波浪荷载试验研究

In this study, systematic physical model tests were performed to investigate the wave forces on the twin-plate breakwater under irregular waves. Based on the experimental results, the effects of the relative plate width B/L,wave height Hs/D and incident angle θ0 on the wave forces were analyzed and discussed. The results showed that:(1) The envelopes of the total wave pressure were generally symmetrical along the direction of plate width under the incident angles(θ0) being 0°, 15°, 30°, 45° and 60°. In particular, the envelopes of wave pressure atθ0=30° were larger than all other cases.(2) The synchronous pressure distribution of the breakwater under oblique wave action was more complicated comparing to the normal incident waves.(3) Based on data analysis, an empirical formula was obtained to estimate the total vertical force of the twin-plate breakwater.This empirical formula can be a good reference for the design basis of engineering applications under specified wave conditions.     

Diffraction of random wind-generated waves by detached breakwater or breakwater gap

The diffraction coefficient in some areas of the geometric shadow behind a detached breakwater or a breakwater gap proves to be markedly greater for random wind-generated waves than for periodic waves. The cause becomes clear in the light of the general theory of three-dimensional wave groups, which shows how some exceptionally large wave heights can occur in the geometric shadow.     

基于OpenFOAM三维多向畸形波数值模拟研究

基于二次开发开源计算流体力学(CFD)软件包Open FOAM中的非稳态不可压缩两相流求解器inter Foam建立数值模型,增加了基于方向谱的三维造波边界和吸收边界,成功模拟了三维多向畸形波过程。通过与模型试验波面和目标谱对比,验证了数值模型模拟三维多向畸形波的有效性。另外,分析了网格尺度和柯朗数对模拟结果的影响,并使用连长统计和SIWEH两种方法分析了包含畸形波波列的群性。研究结果表明:在本研究范围内,网格尺度设置0.02 m×0.01 m×0.02 m,最大柯朗数选择0.25,模拟出的三维畸形波效果最好;从能量角度描述畸形波的群性更为合理。