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...     

珠江三角洲快速客船船行波模拟及其爬高研究

采用不规则波生波技术模拟珠江三角洲快速客船实测船行波,分别在波浪水槽和波浪水池中进行了船行波模拟试验研究。确定了不同波要素、不同入射角以及不同护岸坡比、平台宽窄、护面层结构等对船行波在斜坡护岸上的爬高影响,取得了船行波在斜坡式护岸上爬高的经验关系式。为珠江三角洲内河航道快速客船船行波作用下护坡的设计提供参考依据。     

深水斜坡式防波堤人工垫层块体稳定性及反射系数研究

船舶大型化的趋势导致港口设施向深水发展。而对于深水防波堤,在较大设计波浪作用下,护面块体和垫层块石的重量往往超出现行技术规范的要求,针对大型天然块石垫层选料和施工困难,大量的开山选石损害自然环境等问题,本文总结了国内外人工块体的研究成果,阐明了人工块体垫层代替大型块石垫层的可行性,遴选了3种类型人工块体作为垫层,进行护面块体稳定性试验,经对比分析得出扭王字护面下带槽方块垫层的新结构,并确定其重量比值关系对护面稳定性的影响;对比传统垫层块石,给出遴选人工块体垫层的K_D值、堤前反射系数经验公式及波浪爬高糙渗系数推荐值。通过物理模型试验证明了深水斜坡防波堤通过采用人工垫层块体代替大型天然垫层块石的方法是可行的,为港口工程技术规范的修订提供了参考。     

波浪周期对防波堤护面块体稳定性影响的试验分析

波浪对斜坡堤护面结构的冲刷破坏作用受诸多因素的影响,如波浪要素、水深条件、坡面角度、护面块体型式等。在进行某项有关斜坡堤护面块体的课题研究中发现,当防波堤断面结构确定后,护面人工块体的稳定性主要取决于波高及波周期的变化。在进行这方面内容设计计算中,通常波高的取值都能给予足够的重视,但波周期对护面块体稳定性的影响容易被忽视。本研究通过物理模型试验,针对波浪周期对斜坡堤护面块体稳定性的影响进行了总结分析,为防波堤设计提供参考。     

陡墙式海堤平台对波浪爬高影响

通过物理模型试验研究陡墙式海堤复坡平台高程和宽度对波浪爬高的影响。平台越宽对波浪爬高影响越大,平台位于静水位处对波浪爬高影响最大,并得出了受平台影响的波浪爬高折减系数计算公式,可供工程参考使用。     

强非线性规则波在防波堤上爬高公式研究

为了研究波浪非线性对爬高的影响,解决防波堤等工程设计的实际问题,通过对数学模型试验、物理模型试验、规范公式得到的防波堤波浪爬高对比分析,分析了非线性主要影响参数厄塞尔数、相对水深和波陡对波浪爬高的影响规律,指出规范公式计算时存在的缺陷,并对其计算公式、适用范围进行修正、拟合,得到了强非线性规则波浪爬高的计算方法,可适用于斜坡堤断面的波浪爬高计算,与物理模型试验和数学模型试验结果对比表明,新的波浪爬高计算公式具有较好的计算精度,研究结果可为防波堤等实际工程设计提供重要参考。     

一种波浪爬高的视频测量方法

波浪爬高的测量是海岸环境监测中的一项重要内容,文中介绍一种采用视频方式测量波浪爬高的方法,并给出波浪爬高时间堆栈图像上端边缘曲线的提取步骤,为进一步求解波浪爬高的相关参数打下基础。     

波浪在岸滩上的爬高和破碎的数学模拟

为了建立波浪在浅滩海岸地区运动的数学模型,需要模拟波浪在岸滩上的破碎、爬高的全过程。本文提出了用紊流模型来模拟这一过程,研究了几种紊流模型在破碎波计算中的应用。一个新的计算技术—“窄缝法”被用来解决由于波浪在岸滩上的爬高而形成的移动边界问题。     

波浪在有平台的斜坡上的爬高

本文在海堤模型试验研究的基础上,分析了平台宽度和平台高程对波浪爬高的影响,得出了具有平台斜坡上波浪爬高的经验计算式。     

波浪在混合式海堤上的爬高

本文通过模型试验以及对影响波浪爬高诸主要因素的递推分析法,分析了波高、波长、平台宽、平台顶高程、斜坡坡比及相对水深等因素对混合式海堤上波浪爬高的影响,并给出了计算波浪爬高的经验公式。     

福建沿海浪潮耦合漫堤风险评估:以台风天兔为例

漫堤是天文潮、风暴潮与海浪等物理要素作用于海堤后海水翻越海堤的物理过程。本文利用天文潮-风暴潮-台风浪耦合模式(ADCIRC+SWAN)、基于非结构三角形网格和高分辨率地理数据(海堤位置和高程、岸线和水深等)构建福建沿海精细化漫堤风险等级评估系统。该系统在近岸网格分辨率最高达50m,可精确刻画福建沿海复杂地形。利用模拟的水位与海浪参数,采用波浪爬高公式计算得到各海堤堤前波浪爬高。按照总水位与波浪爬高之和与海堤高程的对比,将漫堤风险分为五个等级。对2013年的超强台风天兔过程进行后报检验。结果显示,该系统计算的漫堤情况与灾后调查的漫堤实况基本一致,结果准确,说明本研究中采用的漫堤风险评估标准和方法是可行的。在此基础上,设计了4种不同的台风强度等级,对福建沿海206条海堤进行了漫堤风险等级评估,探究台风强度对漫堤风险的影响。结果表明:波浪爬高对漫堤风险的影响高于单纯的风暴潮增水;风暴潮增水随台风强度的增强增量较小,对于漫堤的风险影响较小;福建沿海波浪爬高普遍较高,随着台风强度的增强,波浪爬高会显著增加漫堤的风险等级,且应重视台风浪对海堤造成的冲击所导致的溃堤灾害。本研究可为沿海防灾减灾提供科学依据。     

波浪爬高

本文论述了斜面坡度、波陡、堤前水深对规则波爬高的影响。认为可以用伊里巴伦数I_r来区分堤前波浪运动形态的变化。利用本次室内模型试验的数据,得到了斜坡和陡墙上的波浪爬高曲线以及斜坡上波浪爬高计算公式。     

防波堤断面结构型式及护面块体稳定性模型试验研究——2008北京奥运会青岛帆船比赛基地水工模型试验

为确保2008北京奥运会青岛帆船比赛基地内工程的水工建筑物安全可靠，对给定的2种防波堤断面结构型式及护面块体稳定性进行物理模型试验。准确掌握在极端高水位、设计高水位、设计低水位和极端低水位时．SW向、25a和50a一遇波浪作用下，试验断面所承受的波浪作用力，及SE向50a一遇波浪作用下块体的稳定重量。并绘制各工况1％峰值波压力分布图，得出断面波压力的分布规律。对断面结构和护面块体稳定性进行分析。     

波浪反射系数谱的特征分析

应用斜向不规则波反射系数的改进两点法(MTPM),用模型试验研究了混凝土护面堤和块石护面堤波浪反射系数的频率谱和方向谱,结果表明,分析的反射系数随入射波频率的增加、结构坡度的减小和入射角的加大而减小.给出了波浪反射系数频率谱及其随Iribarren数变化的规律,提出了反射系数三维谱的经验公式,由此可定量地描述斜向不规则波的反射系数随无量纲特征参数Iribarren数和入射波角度的变化规律.     

多向不规则波浪作用下群墩结构上爬高的计算研究

波浪的方向分布对波浪的传播及其与工程结构物的作用都具有明显影响，目前现有的研究大多是基于单向波浪进行的。为了研究方向分布对群墩结构上的爬高影响，基于规则波浪与群墩作用的理论解，结合多向不规则波浪的造波方法，建立了多向不规则波浪与群墩作用的计算模型，同时进行了物理模型试验对模型的有效性进行了验证。系统地对群墩周围及表面上的波浪爬高进行了计算分析，结果表明，方向分布对波浪爬高具有较大的影响，且不同位置处的影响并不相同，在实际的工程设计中如果按照单向波浪计算，可能低估或者高估群墩周围的爬高。     

风暴潮对广东省沿海港航设施影响及防护对策研究

通过实地调研,结合历史记录资料,初步研究了风暴潮对广东省沿海港航设施的影响状况和特点,提出了相应的防护措施。研究发现,广东省沿海港口设施受风暴潮影响的主要特点为防波堤受损最为严重,施工期受风暴潮影响损坏普遍存在,码头护岸受损较普遍,大型码头结构受损较少,中、小型码头结构特别是渔港结构受损较多。损坏成因主要包括波浪基础资料不足、设计波浪偏低、护面块体偏小等。从技术、工程和管理三个方面提出了防护措施。技术措施主要为加强波浪观测和科学研究;改进设计波浪推算方法。工程措施包括适当提高设计波浪标准;适当提高护面块体标准;优化平面布置,缩短无防护施工期;设立安全岛和避险安全区;加强对已建港航设施的现状调查、复核和分析,采取针对性的加固措施等。管理措施包括设立沿海港口风暴潮预警预报系统;编制风暴潮应急预案;加强港航设施的维护等。     

港珠澳大桥西人工岛桥结合段波浪演变数值模拟

近年来海洋极端天气频发,港珠澳大桥西人工岛地处外海,与其相连接的桥梁非通航跨的桥面高程较低,容易受到海浪侵袭,威胁到岛桥功能的正常发挥和结构自身安全。针对西人工岛桥结合部周围的复杂地形条件,采用OpenFOAM^®开源程序,分别对S、SSW和SW三个方向的极端波浪进行了数值模拟。通过数值计算结果与物理模型试验测量值的比较验证了的模型的准确性。分析了不同方向入射波的波高和沿岛体斜坡爬高的变化规律。随着波浪入射角的增大,人工岛南侧斜坡的波浪爬高呈逐渐减小,但在岛体西端靠近桥梁的位置处,波浪爬高逐渐增大;同时也反映了越浪和桥面上水风险的大小。研究旨在为实际工程的管理和设计提供参考。     

岛屿地形下的核电厂护岸防洪设计研究

对国内第一个岛屿地形下核电厂的护岸防洪设计进行了研究,提出直立式护岸结构方案以满足核电厂防洪和避让毗邻海岛的要求。在波浪数值模拟计算结果基础上,开展了波浪整体物理模型试验、波浪局部整体物理模型试验和波浪断面物理模型试验,对护岸的越浪量和结构稳定性进行了优化验证。研究结果表明,岛屿地形下,波浪破碎和波能集中导致护岸堤身坡脚处波高增大,须加高挡浪墙和优化挡浪墙结构型式;在相同的越浪量标准下,采用直立堤结构相对斜坡堤结构对应的护岸挡浪墙的高程须明显加高;利用部分海岛地形斜坡高地作为厂区护岸一部分时,原状海岛地形斜坡高地处的波浪爬高效应明显,须加高邻近护岸挡浪墙的高程。     

刚性植物对聚焦波爬坡影响的数值模拟

基于开源程序非静压模型NHWAVE(Non-Hydrostatic Water Wave Model),建立了高精度二维数值波浪水槽,系统研究了非淹没刚性植物对聚焦波爬坡的影响规律,并分析了有效波高、植物区密度和长度等因素对局部最大波高衰减系数、总波能耗散系数和最大波浪爬高的影响。研究结果表明：当聚焦波向岸传播时,局部最大波高衰减系数和总波能耗散系数均随有效波高、植物区密度和植物区长度的增大而增大。聚焦波的最大爬高随有效波高的增大而增大,随植物区密度和植物区长度的增大而减小。随着植物区密度和长度的增大,波峰聚焦的聚焦波相比波谷聚焦的聚焦波有着更大的最大波浪爬高。结果可为进一步认识沿岸防浪林对聚焦波浪的衰减效应和沿海地区的防灾减灾建设提供参考依据。     

波浪爬高随消波平台宽度变化的一种现象

笔者在水槽中用带平台的复坡式海堤进行断面要素和堤前波要素对波浪爬高影响的试验中,发现在某些条件下,随平台加宽,波浪爬高起先减小,然后增加,接着又减小。在试验范围内,增加的数值已达到0.41米。就笔者接触到的文献中,均未提及这一现象,现有的波浪爬高计算公式中也未予考虑,如果忽视,可能会对海堤工程的安全产生不良后果。