不同海堤内坡护坡下的波浪溢流量特征及通用化计算方法

该文基于全尺度的大型水槽试验结果,分析了不同海堤内坡护面条件下的稳定溢流量和波浪溢流量特征,并针对每一种护面给出了计算方法,讨论了不同海堤内坡护面条件下波浪溢流量分布特征的产生原因。从稳定溢流与波浪溢流相关性的角度,对波浪溢流量进行标准化处理,提出了与海堤护坡条件无关的波浪溢流量计算方法,将该研究成果拓展到不同的海堤内坡护坡方式,为海堤的设计、评估和加固提供更好的参考依据。     

海堤工程波浪溢流问题研究进展

为了对全球气候变化背景下的海堤安全提供参考,回顾了波浪溢流研究的发展历程,从波浪溢流引起的越堤流量、内坡水流特征、越堤水流紊动特征等方面对波浪溢流相关的最新研究成果进行综述,认为波浪溢流的基本水力学参数均能够较为合理地计算得出。在此基础上分析了溢流、越浪、波浪溢流的等价性,指出了下一步需要针对波浪溢流区别于越浪的水动力特征及其对海堤作用与越浪对海堤作用的异同开展研究,为海堤的设计、评估和加固提供依据。     

杭州湾内台风浪模拟研究

杭州湾自然地理条件特殊、社会经济发达,研究杭州湾内台风浪特征对该地区的防灾减灾具有重要的现实意义.现选用藤田台风模型模拟台风场,采用基于动谱能量平衡方程的SWAN模型模拟台风浪,计算了台风Winnie过程中杭州湾内的波浪情况.通过分析台风过程中不同时刻杭州湾内波高分布图,得到波高的空间分布变化规律;并将波高数据进行回归分析,得到了杭州湾内波高与风速和水深的相关关系.     

不同护坡方式下的河道堤防内波水动力特征试验分析

文章结合室内水槽试验,对碾压混凝土护坡、浆砌石护坡、格宾石笼护坡、高性能加筋草皮护坡4种常用护坡方式下,下河道堤防内波水动力特征进行分析,结合试验结果建立了不同护坡方式下内波对应平均水深和平均流速之间的相关方程,并提出了特征波高与特征峰值水深之间的换算关系及波高与波速的简单计算公式。研究结果对于河道堤防稳定性设计具有重要的参考价值。     

开敞海域海堤设计波浪波高数值研究

由于水下地形和陆域边界的影响,近岸波浪设计要素随之变化,从而影响海堤的设计。因而海堤堤前设计波浪波高的确定对于安全、可靠、经济的海堤设计意义重大。文章以平海石井海堤为例,通过确定海域风浪条件、设计潮位与计算组合,构建研究区域数值模型,计算开敞海域波浪波高,计算成果为海堤设计提供参考。     

关于坡式护岸边坡内部稳定计算的拓展

护岸工程指在河口、江、湖、海岸地区,对原有岸坡采取砌筑加固的措施,用以防止波浪、水流的侵袭、淘刷和在土压力、地下水渗透压力作用下造成的岸坡崩坍。我国许多中小河流堤防、湖堤及部分海堤均采用坡式护岸,起到了很好的作用。因此,对坡式护岸边坡内部的稳定计算分析是非常有必要的。针对岸坡整体稳定计算中沿护坡底面的深层滑动的计算,往往令设计人员无从入手,仅依据规范中给定公式进行抗滑安全系数的比较。文章从沿护坡底面的滑动受力分解开始,层层深入,逐步分析推导演算过程,对坡式护岸边坡内部稳定计算提供了详细的论述。     

波浪荷载作用下桥墩码头动力响应分析

采用数学理论推导了规则波浪荷载与随机波浪荷载的计算表达式,并应用仿真数值模拟对波浪荷载作用下桥墩码头结构的动力响应进行了分析,研究了波浪的波高、周期、入射角、水深四个波浪参数对桥墩码头动力响应的影响。通过施加两种不同形式的极限波浪荷载,确定了桥墩主应力的分布规律以及危险区域。计算结果表明:波高和水深对桥墩码头的影响较大,但是波高的变化对桥墩的影响更为显著;周期对桥墩的影响有一定的局限性;入射角对桥墩码头影响最小;桥墩的最大主应力没有超过混凝土的抗拉设计强度,并富有一定的安全储备,桥墩是安全的。     

斜坡堤砌体护面在波浪作用下稳定性的试验研究

本文根据对斜坡堤铺砌块体护面上法向波浪反压力的试验研究,分析了斜坡上最大反压力包络图,指出护坡块体失稳首先发生在破碎水深与打击点之间,该处法向波浪反压力最大。文中探讨了波高、波坦、相对水深、堤坡坡度等参数对该包络图图形的影响;反压力与波面的相位关系等。根据测试数据,应用数理统计方法,给出了反压力包络图的经验表达式和护坡块体最不利受力区域的范围。     

波浪作用与海堤外护坡适应型式分析

该文介绍福建沿岸海区的波浪特点以及波浪和海堤外护面之间的作用,分析了波浪大小与海堤外护坡的适应型式,可供海堤防护设计参考。     

波浪辐射应力对风暴增水的影响研究

波浪辐射应力引起的增水是风暴增水的重要组成部分,研究台风过程中波浪辐射应力在风暴增水中的作用对于准确预报风暴潮有十分重要的意义。选用藤田台风模型模拟台风场,采用SWAN模型模拟台风浪以及辐射应力,应用垂向积分的二维数学模型ADCIRC计算风暴潮。首先模拟理想地形条件下,规则波和不规则波斜向岸边入射过程中的波浪变化,研究波高、波浪辐射应力和增水的沿程分布特征;然后计算了台风Winnie过程中浙江沿海的波浪情况,通过计算得到了波浪辐射应力增减水的空间分布特征和随时间的变化趋势,并分析了其对风暴增水的影响。     

海堤背水坡加筋草皮抗冲蚀能力试验研究

在台风和寒潮等极端事件条件下海堤背水坡易受到越浪和溢流的侵蚀作用,海堤背水坡的保护越来越受到重视;同时人们对海岸工程也提出了更多的生态和景观要求。加筋草皮作为一种新兴的护坡方式,发挥了土工织物防冲固草和草根系固土的作用,既提高了植被护坡的抗水力侵蚀能力,也满足生态功能。为研究背水坡加筋草皮的护坡性能,基于室内水槽试验,探究了不同加筋草皮方式在背水坡遭受高速持续水流冲刷和越浪水体斜向冲刷两种作用下抗侵蚀性能。试验结果表明:不同方式的加筋草皮抗侵蚀有差异,抗侵蚀性能由强到弱为三维土工网垫与土工格栅联合加筋、三维土工网垫＞土工格栅＞天然草皮。相同流量下卷破波斜向冲刷作用下较持续水流正向冲刷破坏更为强烈。     

AN EXPERIMENTAL OBSERVATION OF A SOLITARY WAVE IMPINGE-MENT,RUN-UP AND OVERTOPPING ON A SEAWALL

A sequence of laboratory experiments using solitary waves was performed to model the effect of leading form of three types of tsunamis(a bore,an impinging wave and an overtopping wave)on a seawall on a sloping beach.The wave evolution process,impinging pressure along the seawall surface,total overtopping discharge behind the seawall and the maximum run-up height on the rear slope were measured and compared.Laboratory data were employed to re-examine relevant empirical formulae in the literature.The effect of the presence of the seawall in reducing maximum run-up height using the present setup was briefly discussed.The present data can be used for calibrating numerical and mathematical models.     

斜坡式海堤结构尺度对越浪量的影响研究

为系统研究坡式海堤结构尺度对越浪量的影响,开展了相关波浪水槽试验,在观察越浪量试验现象的基础上,分别研究了斜坡坡度、防浪墙顶超高、防浪墙高度对斜坡式海堤越浪量的影响。结果表明:防浪墙顶超高对越浪量的影响最为显著,越浪量随防浪墙顶超高的增大而减小,且减小趋势随之变缓,无量纲形式下的越浪量随相对防浪墙顶超高的增大呈现较明显的指数递减关系;随着斜坡坡度的增大,因斜坡面上损耗能量的增加大于反射能量的减少,越浪量总体呈现减小的变化趋势,斜坡坡度对越浪量的影响不及防浪墙顶超高;防浪墙顶超高一旦确定,防浪墙高度对越浪量的影响相对较小。     

应对超高水位的海堤加高方案波浪模型试验研究

通过对波浪越浪量、波压力等要素的测定与分析,对超高水位及相应台风大浪下的海堤加高方案进行了初步探索。试验实例表明,在堤顶内侧设置一定高度的挡墙可挡住越浪水体下部的楔形连片水体,从而有效减少作用于海堤背坡的越浪量,该例中堤顶内侧挡墙的实测最大越浪压力达到148.8 kPa,作用位置可在挡墙底部或近底部。     

高滩陡坡地形下电力设施海堤的越浪量试验

以浙江舟山某海岛高滩陡坡地形下的电力设施海堤为例,通过物理模型试验,分别研究了平台宽度、平台超高、防浪墙高度对海堤越浪量的影响,并采用方差分析法进行了敏感性分析。结果表明:平台超高对越浪量的影响最为显著,防浪墙高度次之,平台宽度影响最小;无量纲形式下的越浪量随防浪墙顶超高的增大呈现较明显的指数递减关系。据此提出了电力设施海堤防浪结构的合理设置方式。     

钱塘江斜坡式海塘遭遇超强台风渗流特性研究

钱塘江河口潮汐以非正规浅海半日潮为主,一日两涨两落,最高潮位主要受台风暴潮控制,当风暴潮来临时,会带来大量潮水入河口区,潮水位短时内升高较快。采用有限元方法模拟潮水骤升骤降状态对斜坡式海塘进行不稳定渗流分析。模型计算结果表明,采用有限元模型能够模拟海塘内浸润线随潮水的升降而适时的变化情况,与稳定渗流相比,其渗流浸润线前、后坡都较低。将50 a一遇设计潮位工况与超强台风工况下的非稳定渗流进行比对得出,相同的涨落潮时刻海塘后坡的浸润线基本相同。     

NUMERICAL SIMULATION OF TWO-DIMENSIONAL OVERTOPPING AGAINST SEAWALLS ARMORED WITH ARTIFICIAL UNITS IN REGULAR WAVES

A new mathematical model for the overtopping against seawalls armored with artificial units in regular waves was established. The 2-D numerical wave flume, based on the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations and the standard k-ε turbulence model, was developed to simulate the turbulent flows with the free surface, in which the Volume Of Fluid (VOF) method was used to handle the large deformation of the free surface and the relaxation approach of combined wave generation and absorbing was implemented. In order to consider the effects of energy dissipation due to the armors on a slope seawall, a porous media model was proposed and implemented in the numerical wave flume. A series of physical model experiments were carried out in the same condition of the numerical simulation to determine the drag coefficient in the porous media model in terms of the overtopping discharge. Compared the computational value of overtopping over the seawall with the experimental data, the values of the effective drag coefficient was calibrated for the layers of blocks at different locations along the seawalls.     

波流共同作用下细沙粉沙质海岸复合沿岸输沙率计算

应用能量原理建立波浪作用下沿岸输沙率公式时,通常采用波浪的“载沙量”与沿岸流的乘积推导而得.对于一般的沙质海岸,由于岸滩坡度较陡,波浪破碎带较窄,破波带内潮流流速与破波产生的沿岸流相比较小,常可忽略.而对于细沙粉沙质海岸,岸滩坡度相对较缓,风暴潮期间,近岸波浪较大,破波水深较深,破波带较宽,近岸潮流流速也较大.因此,细沙粉沙质海岸风暴潮期间波浪和潮流共同作用下的复合沿岸输沙率计算应当考虑波浪和潮流的共同作用.在以往波浪作用下沙质海岸沿岸输沙率研究的基础上,通过波浪潮流共同作用下近岸水流特性和沿岸输沙率特性港池试验研究,得出了波流共同作用下复合沿岸流计算公式,据此,将能量输沙原理导出的沿岸输沙率计算公式推广应用到波流共同作用下的复合沿岸输沙率计算,经与模型试验结果和现场实测资料对比,吻合良好.该公式可以有条件地推广应用到细沙粉沙质海岸波浪潮流共同作用下复合沿岸输沙率计算.     

带异形块体海堤越浪的数值模拟

该文在FLUENT软件平台上，发展了数值消波-造波技术，通过在动量方程里添加多孔介质源项，建立了带有多孔介质模型的二维数值波浪水槽。应用该数值波浪水槽，数值模拟了在斜坡堤坡面上铺设异形块体情况下的越浪过程，给出了越浪量。为了率定异形块体的等效惯性阻力系数，进行了典型工况的物理模型实验，给出了在斜坡堤坡面上不同位置处铺设一层异形块体情况下多孔介质模型的等效阻力系数。