软土地基沉箱防波堤失稳模式及稳定性分析方法

针对现阶段深水软黏土地基防波堤建设的设计理论和稳定性分析方法尚不成熟,结合实际工程,采用三维弹塑性有限元数值分析方法,研究在水平或竖直单一方向荷载以及复合加载条件下软黏土地基上沉箱防波堤的失稳模式,提出破坏包络线的稳定性判别方法。在波浪水平荷载作用下,深水软基上沉箱防波堤发生倾覆失稳破坏,失稳转动点为沉箱底面以下中轴线偏右的某点,不同于规范中规定的岩石或砂质地基沉箱倾覆转动点为其后踵点;在重力等竖向荷载作用下,沉箱的失稳模式为结构整体下陷,抛石基床及地基形成连贯的塑性区域,呈现较明显地冲剪破坏形式;在水平、竖向复合荷载作用下,软基上沉箱防波堤的破坏包络线由结构倾覆破坏线和地基承载力破坏线组成,包络线将荷载组合区分成稳定区、仅发生水平承载力不足倾覆破坏区、仅发生地基竖向承载力不足破坏区、同时发生水平承载力和地基竖向承载力不足破坏区4个区域。研究成果为深水软基沉箱防波堤建设提供参考和借鉴。     

基于PIV技术不同形式防波堤周围涡旋场特性研究(英文)

深水防波堤周围流场存在复杂的紊动变化,防波堤较容易发生失效破坏。本文利用PIV技术,基于模型实验,对规则波作用下防波堤周围的速度流场及其涡流特性进行了实验研究,获得了规则波流场的瞬时速度分布。通过对不同型式防波堤在不同的水力条件下的波浪流场实验数据的分析,定量地研究了防波堤堤身水域的涡旋流场的水力特性。     

中日直立式双板桩防波堤设计方法比较研究

直立式双板桩防波堤是一种对深水软土地基有较强适应性的防波堤结构,但是目前尚无系统的设计方法。本文以某外海深水直立式双板桩防波堤为例,分别采用国内规范和日本规范给出的方法计算直立式双板桩防波堤的入土深度和桩身内力。结果表明,中日规范在直立式双板桩防波堤的设计中均有一定的局限性:对于国内规范,当堤顶宽度较小时,其墙后主动土压力的计算会与实际情况有较大差别;对于日本规范,当堤顶宽度较大时,墙后填土产生的抵抗弯矩不符合实际情况。由此,对直立式双板桩防波堤的设计,建议同时采用中日两种计算方法进行设计并相互验证,共同拟定合理的结构断面。     

海浪波群的谱特征分析

海浪的波谱特征分析对认识海浪有重要的意义,因为海浪谱反映了海浪的结构成分。这对海工建筑、海洋运输、船舶制造、海浪预报和海浪模拟等均有重要的实用意义。 波群是伴随海浪经常出现的一种自然现象,且经常伴随大浪的出现而出现。实践证明,波群具有极大的破坏力,其破坏性远比单个波大得多,它是海浪破坏海工建筑物的重要因子,许多防波堤的破坏并非是由单个波的作用,而是由相继出现的几个大波(波群)作用的结果。早先,人们对波群这种习见的现象研究甚少。自1974年葡萄牙锡尼斯港深水防波堤的破坏之后,对波群的研究才日益受到重视。     

减少航道外波浪集聚对策研究

进港航道开挖引起波能重新分布 ,导致航道外近区域波能聚集 ,波高增大 ,从而影响防波堤稳定及港内泊稳条件。文章介绍了 Boussinesq方程的推导过程和发展过程 ,基于深水和缓变地形的色散关系 ,建立了波浪数学模型。该模型可用于研究深水和浅水地区波浪的浅水变形、折射、绕射和反射。并提出了减少波能聚集、降低堤前波高的多种措施。结合大窑湾港实际工程 ,经过多方面的数物模比选 ,利用数学模型优化出一种可行的喇叭口航道开挖方案并付诸实施 ,降低了防波堤的堤前波高 ,满足了预期的设计要求。     

直立式防波堤兼码头水工结构设计与试验研究

基于青岛崂山前海直立式防波堤兼码头工程的设计,通过规范计算值与断面物理模型试验数据的对比分析,合理确定断面尺度、堤顶高程和越浪量等重要设计参数。特别是通过多组试验的数据分析,对挡浪墙的外形尺度和护底宽度进行优化,采用通过增大护底块体重量的方式有效地减小护底长度,充分运用试验手段对于设计规范的护底相关规定做出了有益的探索和补充,为深水直立式防波堤的设计改进提供了借鉴。     

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。     

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。     

沉箱式防波堤蛇行破坏的期望滑移量模型

防波堤是港工建筑物中的一个重要组成部分,主要作用为保护港湾免受波浪、冰、沙等海洋动力因素的侵袭.综合以往的相关文献,对于防波堤断面破坏形式,如滑移、倾覆、地基滑动等有了非常充分的研究,可以定量计算出其损坏程度.而对于防波堤平面形态的损坏,如蛇行破坏等,只是较深入研究了失效机理,并没有一个能够定量计算其后果的模型.本文第一部分将期望滑移量模型和绕射模型结合,建立了计算半无限长沉箱式防波堤在使用期限内蛇行破坏程度的模型.第二部分则利用实测的波浪数据设计并计算了一个沉箱式防波堤实例.结果表明,各个堤段的期望滑移量呈现出一定周期性变化的规律,堤头附近区域的滑移量远大于较远的堤段,这对于防波堤施工过程中的堤头防护具有参考价值.本文为建立防波堤平面形态损坏定量计算模型提供了一种思路.     

基于水边线的遥感影像防波堤提取方法

通过对遥感影像上防波堤的空间关系特征和其他特征的分析,设计了一种基于水边线的遥感影像防波堤提取方法。该方法首先对海岸带影像进行水边线提取;然后,将提取的水边线作为海陆分界线,进行海陆分割,得到海陆二值图;最后根据遥感影像上防波堤的空间关系特征和其他特征将防波堤从水边线中分割出来,并剔除伪防波堤的干扰。实验结果表明,该方法能够实现防波堤的自动准确提取,并且提取速度快、稳定性好。     

圆弧面防波堤波浪力初步研究

圆弧面防波堤是在半圆形防波堤基础上开发的一种新型防波堤。首先通过与半圆形防波堤相同条件下的波浪试验,检验圆弧面防波堤的稳定性,并利用数值波浪水槽对圆弧面防波堤的水力特性进行初步研究,探求造成圆弧面防波堤与半圆形防波堤波浪力差别的主要原因。通过圆弧面防波堤与半圆形防波堤波浪力的对比试验,提出了圆弧面防波堤波浪力的简化计算方法,以半圆堤正向水平波浪力乘以一修正系数,在堤顶淹没情况下修正系数可取1.3,在堤顶出水情况下修正系数可取1.1。     

聚焦波作用下透水潜堤消波特性数值模拟研究

基于非静压数值计算模型,本文系统研究了聚焦波作用下透水潜堤的消波特性,通过设置合理的计算工况,详细分析了波高、堤顶水深、谱峰周期、孔隙率以及堤顶宽度5种因素对透水潜堤消波特性的影响。与此同时,本文将透水潜堤的计算结果同不透水潜堤的计算结果进行了对比分析。计算结果表明:透水潜堤对聚焦波的消减作用要强于不透水潜堤,从而说明,透水潜堤能更有效地降低畸形波对海岸基础设施的影响;波高和堤顶水深是影响潜堤消波特性的重要因素,随入射波高增加、堤顶水深减小,透水潜堤对波浪的消减作用逐渐增强。透水潜堤对长周期波浪的消波效果较差。在本文考虑的孔隙率范围内,孔隙率越大,透水潜堤消波效果越好;当孔隙率为0.4,堤顶宽度为0.612 5 m时,透水潜堤可消减54%的入射波能,比不透水潜堤对入射波能的消减增加36.1%。本文研究结果可为进一步认识透水潜堤的消波特性和海岸防护工程设计提供相应的参考。     

V形防波堤与圆弧型防波堤之浅水波绕射作用的比较

应用椭圆余弦波的绕射理论,推导了V形防波堤的浅水波浪绕射解析解,从而对现有的Airy微幅波理论进行了有效拓展。据此理论对V形防波堤的浅水波绕射作用进行了解析计算,并与几何形状相近的圆弧型防波堤结果加以了对比。结果表明：椭圆余弦波理论计算的V形防波堤最大波浪力和最大绕射波面明显大于微幅波理论的对应值。本方法适用于张角180°的有限长直立薄壁防波堤的浅水波绕射作用计算,从而将无限长直立薄壁堤的反射波理论加以有效拓展。张角同为120°的V形堤与圆弧堤的堤后防浪效果相近,而180°圆弧堤的堤后防浪效果优于张角90°的V形堤。     

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。     

波浪作用下方箱-水平板浮式防波堤时域水动力分析

在线性化势流理论范围内求解方箱-水平板浮式防波堤的波浪绕射和辐射问题,从时域角度分析了浮式防波堤的水动力特性.采用格林函数法将速度势定解问题的控制微分方程变换成边界上的积分方程进行数值求解,浮式防波堤的运动方程采用四阶Runge-Kutta方法求解.对不同层数水平板的浮式防波堤的波浪透射系数、运动响应和锚链受力进行了计算分析,结果表明方箱相对宽度对方箱-水平板浮式防波堤的波浪透射作用有重要的影响,透射系数随着方箱相对宽度的增加而减小.对于方箱加二层水平板的浮式防波堤,在本研究的计算条件下,当方箱相对宽度从0.110增加至0.295时,透射系数从0.88减小至0.30.水平板有利于增加浮式防波堤对波浪的衰减作用,但随着水平板层数从0增加至2,这种波浪衰减作用增加的程度趋弱.方箱-水平板的浮式防波堤的运动量小于单一方箱防波堤的运动量.与此对应,方箱-水平板防波堤的锚链受力小于单一方箱防波堤的锚链受力.     

弧板式透空堤消浪性能影响因素数值研究

弧板式透空堤是由弧型板组成的新型防波堤结构。为探讨其透射系数的影响因素,利用Fluent软件基于N-S方程构建了波浪与板式透空堤相互作用的数值模型,讨论了相对潜深、入射波周期、相对波高、相对板宽和结构型式对透射系数的影响。结果表明:弧板式透空堤的透射系数随着相对波高和入射波周期的增大而增大,在静水面附近透射系数最小,尤以静水面和略高于静水面时的消浪效果最佳;在相同波浪要素条件下,静水面及其上0.02 m和0.04 m位置处,弧板式透空堤的消浪效果明显优于平板式透空堤。     

Mitigation of earthquake-induced damage of breakwater by geogrid-reinforced foundation

A strong earthquake often precedes a tsunami, and a breakwater may settle during the earthquake. Such seismic subsidence of the breakwater may reduce its ability to block the tsunami, and the tsunami may easily enter coastal areas by overflowing it. This study deals with the instability of a breakwater due to an earthquake. In addition, to protect a breakwater from damage caused by an earthquake, a new concept of using geogrid for reinforcing the foundation of a breakwater is introduced. To determine the behavior of unreinforced foundation and to evaluate the effectiveness of the proposed reinforced foundation under different earthquake loadings, a series of shaking table tests were performed. It was observed that the earthquake generated excess pore water pressures and deformations of foundation ground were main reasons of failure of the breakwater. The reinforced foundation was found effective to reduce the earthquake-induced damage of the breakwater, and finally it makes the breakwater resilient against earthquake-induced forces. Numerical simulations were also performed to elucidate the mechanism of reinforcement–breakwater–soil–water system under different earthquake loadings.     

Analytical Research on Wave Diffraction on Arc-Shaped Bottom-Mounted Perforated Breakwaters

An analytical method is developed to study wave diffraction on arc-shaped and bottom-mounted perforated breakwaters.The breakwater is assumed to be rigid,thin,vertical,immovable and located in water of constant depth.The fluid domain is divided into two regions by imaginary interface.The velocity potential in each region is expanded by eigenfunctions.By satisfying the continuity of pressure and normal velocity across the imaginary fluid interface,a set of linear algebraic equations can be obtained to determine the unknown coefficients of eigenfunctions.Numerical results,in the form of contour maps of the relative wave amplitude around the breakwater,are presented for a range of wave and breakwater parameters.Results show that the wave diffraction on the arc-shaped and bottom-mounted perforated breakwater is related to the incident wavelength and the porosity of the breakwater.The porosity of the perforated breakwater may have great effect on the diffracted field.     

Wave diffraction on arc-shaped floating perforated breakwaters

An analytical method is developed to study the sheltering effects on arc-shaped floating perforated breakwaters. In the process of analysis, the floating breakwater is assumed to be rigid, thin, vertical, and immovable and located in water with constant depth. The fluid domain is divided into two regions by imaginary interface. The velocity potential in each region is expanded by eigenfunction in the context of linear theory. By satisfying continuity of pressure and normal velocity across the imaginary fluid interface, a set of linear algebraic equations can be obtained to determine the unknown coefficients for eigenfunction expansions. The accuracy of the present model was verified by a comparison with existing results for the case of arc-shaped floating breakwater. Numerical results, in the form of contour maps of the non-dimensional wave amplitude around the breakwater and diffracted wave amplitude at typical sections, are presented for a range of wave and breakwater parameters. Results show that the sheltering effects on the arc-shaped floating perforated breakwater are closely related to the incident wavelength, the draft and the porosity of the breakwater.