立波作用下堤前冲刷特性及预报

本文对立波作用下堤前海床的冲刷进行了系统的研究,指出了立波作用下直立堤前海庆的冲刷形态;分析堤前冲刷机理;提出了堤前冲刷形态的判别标准;给出了反映粒径效应的堤前冲刷深度公式;研究了突基床尺度对堤前冲刷的影响规律.     

直立堤前海床的局部冲刷

对不规则波作用下直立堤前海床的局部冲刷进行了研究。研究了由于波浪作用导致床面的底沙运动,从而造成提前海床的局部冲刷,即所谓的“相对粒沙”的情况。报导了;(1)堤前海床面为水平、堤下无基床情况下的堤前局部冲刷,以及堤下有明基床时基床尺度对堤前局部冲刷的影响;(2)堤前海床面为斜坡面时堤前的局部冲刷,以及当堤下有明基床时基床尺度对堤前局部冲刷的影响;(3)从波浪作用下床面边界层的理论分析出发,对于在不规则波作用下,离堤面愈远处的冲刷坑深度愈小的事实给出了解释。     

深水工况下弧面胸墙沉箱堤的反射形态分析

为推广应用新型弧面胸墙沉箱堤,结合模型试验和数值模拟对比分析了深水工况下弧面胸墙沉箱堤和削角胸墙沉箱堤的反射形态。波面和波压的数值结果与试验数据吻合良好,验证了数值方法的有效性。反射系数表明,入射波浪在与弧面胸墙沉箱堤相互作用过程中的能量损耗最小,其反射强于削角胸墙沉箱堤。波面和流速包络图显示,两种堤型均在堤前形成了部分立波系统,腹点和节点以四分之一波长的距离增量交替出现,胸墙和直立部分产生的反射波存在相位差,导致初始腹点的位置向海侧偏移。弧面胸墙沉箱堤前叠合波的相位差影响最小,腹点包络高度最大,节点包络高度最小,反射效应最明显。两种堤型前中下层水流的周期平均速度均较小且对称,表明底床泥沙不会产生趋势性输移,但迎浪基床上方的环流系统可能引起局部冲刷。相对而言,弧面胸墙沉箱堤前的环流强度最弱,更有利于冲刷防护。     

半潮堤前的反射形态与时均流速场分析

采用模型试验和数值模拟研究了不同水深工况下半潮堤前的反射形态及时均流速场。基于Hilbert变换建立了叠合波的时频分离技术,同时获取了入射波和反射波的波面过程及相位关系,通过试验数据证明其适用于不同反射程度的波浪信号分析。不同水深工况下,半潮堤前形成了部分立波系统,腹点和节点分别以四分之一波长的偶数倍和奇数倍交替增加。半潮堤前底床水质点水平速度包络图与波面包络图相差四分之一周期的相位,水平速度的极大值和极小值分别出现在波面包络图的节点和腹点,意味着节点处易形成冲刷,腹点处易形成淤积。3种工况的周期平均速度场均在迎浪基床上方的堤脚处存在一个小型环流系统,可能引起局部冲刷,此处需加强防护。淹没工况下,半潮堤前的周期平均速度场形成一个大型环流系统,表层水流向堤后,中下层水流向海侧,意味着底床悬起的泥沙很可能向离岸方向流失。     

不完全立波的二维数值波浪水槽模拟

利用二维数值波浪水槽研究波浪在防波堤前的运动状态.模型选用Navier-Stokes方程作为基本方程,以有限元法对基本方程进行离散.以直立堤前完全立波和越浪条件的不完全立波、斜坡堤前的不完全立波等典型情况的模拟为基础,组合这些典型情况模拟削角堤前不完全立波运动,探讨其堤前波面、波节点及波腹点位置、波压力等特性变化.     

堤前远破波运动与冲淤形态

利用数值波浪水槽,对远破波作用下堤前波浪运动进行了数值模拟。分析了堤前速度场的变化,指出堤前波浪运动在一个波周期内可分为向堤波和离堤波。波浪在距堤约L/2处破碎后向堤冲击并沿堤面爬升,称为向堤波;波浪从堤面最高处回落与向堤波相遇并破碎,称为离堤波。堤前远破波的前半个周期的向堤波速度场大于后半个周期的离堤波速度场,且堤前波浪运动在一个波周期内的前半个周期和后半个周期完全不同。床面某点(L/4,3L/4)的速度在一个波浪周期内随时间呈向堤和离堤变化,向堤速度最大值大于离堤速度的最大值。利用堤前速度场的研究成果,进一步分析了远破波作用下堤前海床冲淤形成过程,完善了冲淤机理。     

混成堤直墙上破波作用

高基床混成堤前波浪将发生破碎，基床顶直（胸）墙上将承受破波或破后波作用。本文在以往研究的基础上，根据综合试验的大量资料，进一步揭示破波形成的主要条件和破波作用的基本规律，包括复合因素ξ~＊和浅水Ｄ／Ｌ因素相对基肩宽度ｂ／Ｌ、基床坡度系数ｍ的综合影响，并获得较完整的计算方法。     

直立式防波堤前护底层宽度设计的新方法

直立式防波堤可因堤前海底被冲刷的影响而发生破坏。过去对于在立波作用下的直立堤,一般认为由于在堤前四分之一波长,即波节点处发生最大底流速,将引起海底泥沙的被冲刷,因此要求堤前护底块石层的宽度采用为1/4～3/8倍设计波长。然而一些模型试验表明,冲刷并不一定发生在节点位置。而且我们认为即使是在节点发生冲刷的情况下,也不应当简单地规定必须防止在第一个节点处形成冲刷坑。在确定直立堤前的护底措施时,应当首先判断冲刷坑可能发生的位置,估计冲刷坑的深度及大小,然后在地基整体稳定计算(如圆弧滑动方法)中,具体考虑存在冲刷坑后对稳定安     

直立堤前波浪和波压力统计特征

基于1987年和1988年夏季在古镇口港直立堤前的实测资料,对波浪和波压力连续记录进行了统计分析和谱估计,研究了在堤前海浪不发生破碎条件下,堤前波浪和堤面不同高程上压力波的波面高度概率分布、堤前波浪波高和周期与波压力幅度和周期的概率分布特征、入射波行近提前过程中的谱变化及堤面不同高程上压力谱的变化特征。主要结果总结在本文最后一节。     

近破波作用下沉箱式防波堤运动特性的模型实验研究

对近破波作用下沉箱式防波堤的运动特性进行了模型实验研究。实验中测量了沉箱模型与基床的摩擦系数、基床刚度和阻尼系数;不同水位情况下作用于沉箱模型上的近破波波压力时程;近破波作用下沉箱模型的位移和转角响应时程等,并与数学模型计算结果进行了比较分析。实验结果表明,若沉箱的滑移力大于沉箱与基床间的摩擦力,在连续波浪作用下,沉箱将连续出现间歇式滑移运动,数学模型可较好地模拟这一运动过程。     

波浪作用下直立堤前床面边界层内传质速度

本文研究立波作用下的层流、紊流边界层内的流速和传质速度,并采用谱法将传质速度推广到不规则波情况.根据实验与计算分析,研究了床面边界层内传质速度在堤前冲刷中的应用.研究结果表明,在传质速度的峰值附近形成底沙的冲刷坑;由于不规则波作用下堤前传质速度的峰值沿程递减,因此相应冲刷坑的深度沿程减少.     

作用于直立堤上的波总压力概率分布

长期以来,海浪与直立堤的相互作用问题一直是海岸工程研究中为人们所重视的课题之一.至今,在工程设计计算中,关于海浪对直立堤作用的波压力计算方法,大都仍采用规则波的研究结果.几十年来,通过实验室和液体波动理论进行了大量的规则波与直立堤相互作用的研究,提出了相当数量的试验与理论成果,其中目前较为广泛采用的有森佛罗(Sainflou)、米许(Miche)-贝塞尔(Biesel)等一阶及二阶近似立波压力方法.     

带胸墙斜坡堤越波量的试验研究

带胸墙斜坡式防波堤堤顶标高的合理确定，有赖于越波量的正确计算。本文基于水力学中流量系数的概念，建立越波量的计算公式。对影响流量系数的几个主要因素：波高、波陡、胸墙高、平台宽度、相对水深和护面结构等，进行了较系统的试验和讨论，提出了确定流量系数的经验公式。另外，还根据越波量的大小及越波波态，将堤分为：不越水堤、少量越水堤、越水堤及半潜堤四类，可作为合理确定堤顶标高时参考。     

潜堤研究中的几个问题

本文综述现有国内外一些潜堤方面的研究成果,对潜堤设计中的几个问题,如合理的断面型式;合理的堤顶相对标高α/H(α——潜堤堤顶水深,H——潜堤堤前原始波高);消波性能(即波高传递率)n=H_1/H(H_1——潜堤堤后波高,)及潜堤块体稳定重量 W_z 等进行了分析比较并对上述几个问题进行了探讨。     

风浪对直立堤的作用力

本文就计算风浪对直立堤作用总压力的线性理论进行了修正.这种修正在于:(1)风浪对堤作用引起的动压力场采用非线性的伯努利方程;(2)计算风浪作用于直立堤的波总压力时,不同于Крылов等人的方式,我们考虑了堤前海面波动的影响,堤前波面高度分布采用Gram-Charlier分布. 文中以最为普遍的形式给出了风浪对堤作用的总压力期望值和方差的表示式,同时讨论了求最大峰、谷总压力的方法.经用沙子口港和古镇口港实测资料检验,计算结果令人满意.     

波浪作用下曲面防波堤水力特性及波能损耗研究

执行了一系列规则波与曲面防波堤相互作用实验。采用π定理确定了两种曲面防波堤(半圆堤和圆弧堤)反射透射水力特性的三个主要影响因素,包括入射波陡、相对水深和堤顶相对超高。基于实验数据对比分析了两种曲面防波堤的反射和透射特性,从能量守恒角度计算了波浪与曲面防波堤相互作用过程中的能量损耗率,并利用数值模拟探讨了波浪越堤过程中两种曲面防波堤波能损耗差异的机理,表明圆弧堤背浪面更强的尾涡区使得其局部能耗总体上高于半圆堤。     

直立式防波堤前的冲刷形态及其对防波堤整体稳定的影响

由于水波作用而在海岸建筑物前(或周围)引起的冲刷问题,是海岸工程领域中的一个重要课题,已经有很多研究工作者针对不同类型建筑物前的冲刷问题开展了不少研究, 为了确定在立波作用下直立堤前冲刷剖面的形状和尺度,作者在荷兰德尔夫特工业大学流体力学实验室的两条波浪水槽中,用四种不同的沙径进行了模型试验,在大部分的试验组次中采用规则波,少数几组采用不规则波.     

潜堤对波浪传播变形的物理模型试验研究

以不可渗透光滑潜堤为研究对象,基于波浪水槽试验,分析了规则波和不规则波通过淹没梯形潜堤时的波浪外部形态变化以及内部能量变化规律。探讨了不同波浪要素(周期、波高、淹没水深)对潜堤附近波高影响的变化规律。同时,探究了潜堤斜坡坡度、堤顶淹没水深对波浪频谱在频域分布的影响。研究结果表明:当波浪通过潜堤时,波浪主频能量衰减,波浪能量由低频向高频移动;潜堤斜坡坡度越大、堤顶水深越小,波浪主频能量衰减越剧烈;波浪通过潜堤后高频波能量占潜堤次生波能量的1%~30%。     

利用SAR遥感卫星资料研究东海内孤立波时空分布特征

通过分析欧洲空间局的地球资源卫星(ERS-1/2)从1995—2010年的合成孔径雷达(SAR)图像,研究了东海内孤立波的时间分布特征,绘制了东海内孤立波的空间分布图,并且反演了个别海区内孤立波的传播速度。研究结果表明:东海内孤立波主要分布在两个海域,台湾东北部海域和长江口、杭州湾以及外舟山群岛附近海域。在这两个海域,大潮期间的强潮流有利于内孤立波的出现。在长江口及附近海域,跃层强时,内孤立波出现的概率相对较高。台湾东北部内孤立波波速约为0.6—0.8 m/s,长江口及附近海域内孤立波波速约为0.6 m/s左右。     

波浪作用下堤前冲淤研究综述

总结了近年来国内外对波浪作用下堤前冲淤的研究状况,包括规则波和不规则波作用下堤前海床的冲淤形态、冲淤形态判别标准、冲淤机理等.针对该课题的研究现状,提出了需进一步研究的问题.