不完全反射边界楔形堤和隅角堤波浪绕射理论解析解

本文给出具有部分反射边界、任意夹角的楔形堤和隅角堤非齐次第3类边值波浪绕射理论解析解.文中给出解析解的两种表达式--级数表达式和积分表达式、递推式以及便于定性物理分析和近似计算的渐近式.     

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。     

波浪作用下潜堤块体稳定性试验研究

本文主要探讨波高和堤顶水深变化对潜堤胸墙波压力和护面块体稳定性的影响。以长江口为研究背景，测试潜堤胸墙波压力和块体稳定性，得到波高和堤顶水深变化使潜堤胸墙和块体稳定最不利水位确定方法，并得到潜堤胸墙波压力计算方法及钩连块体在潜堤情况下的稳定系数，为今后潜堤胸墙设计和钩连块体重量确定提供参考。     

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.     

部分反射直墙前潜堤水动力特性研究

基于线性势流理论,对部分反射直墙前潜堤的水动力特性进行了理论研究。利用匹配特征函数展开法给出了潜堤透射系数和反射系数的计算方法,计算结果与边界元方法的计算结果一致。利用数值算例分析了潜堤透射系数和反射系数的主要影响因素。增大部分反射直墙的反射系数,将加大潜堤的透射系数。随着潜堤相对宽度或潜堤与直墙之间相对间距的增加,潜堤透射系数和反射系数呈周期性变化,但变化规律相反。     

直立堤上浮托力的统计分析

本文利用原体观测站测得的表面波与直立堤上浮托力的记录,计算了表面波与各测点浮托力的单谱及各测点浮托力与表面波之间的互谱,频率响应函数和凝聚函数等,揭示了直立堤上浮托力统计特征以及它们与堤前表面波间的频率、位相、量值关系.文中还介绍了浮托力观测装置及测点的位置分布.     

直立堤前斜向入、反射波谱的分离

本文在假定堤前波浪不发生破碎和空间上均匀稳定条件下,讨论了直立堤前入、反射波谱的分离.给出了波浪正向和斜向入射都适用的分离公式,由堤前海浪记录计算入、反射波谱及反射系数,并讨论了该方法的有效分离范围,文中还计算分析了几组实测资料,计算结果与实测结果吻合良好,验证了本文方法的正确性。     

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。     

深水斜坡堤胸墙波浪力研究进展

总结了近年来在斜坡堤胸墙前波浪破碎形态、波浪作用分布、胸墙受力设计等方面研究的进展,分析了斜坡堤上胸墙波浪力的计算方法。已有研究工作表明,深水情况下斜坡堤胸墙波浪作用分布与传统的均布形式有差异,《海港水文规范》中关于斜坡堤胸墙波浪力的计算方法在深水中的适用性应进一步研究。     

浮托力谱沿直立堤断面的变化

本文提出直立堤上浮托力沿断面分布的三种模式:其一是堤的宽度较大,波浪尺度较小的情况,浮托力为零的点在堤的中部;其二是波浪尺度和堤的宽度适中的情况,浮托力为零的点恰在堤的后踵处;第三种情况是堤的宽度小而波浪的尺度大,浮托力为零的点不在堤的断面上,而在离开堤的一个虚拟点上,浮托力的分布实为梯形分布。为了确定浮托力的分布,我们对浮托力作用范围也作了一些讨论和推断。文中就浮托力谱沿直立堤断面的衰减作了分析和论述,推导出浮托力谱系数沿断面变化的规律。     

长江口南沙头通道限流潜堤局部冲刷原因及对策分析

长江口南北港分汊口河段新浏河沙护滩潜堤及南沙头通道潜堤工程是典型的航道整治工程,经调查发现限流潜堤冲刷坑在两侧余排外对称分布,12 m以深等深线呈不连续坑状,南侧个别区段冲刷坑已侵入排内。基于工程地形监测和地质资料分析,通过现场水深测量、旁扫声纳扫测、潜水探摸、水文观测和三维潮流数学模型计算等手段,对限流潜堤排外局部冲刷情况和发生原因进行研究。研究结果表明潜堤排外冲刷是越顶水流长期作用所致,冲刷发展变化具有代表性,冲刷最大深度与地质条件有一定相关性。潜堤南侧护底余排边缘局部余排受外力损毁,引起排内冲刷,如进一步发展会影响堤身及结构安全,需对护底损坏部位进行修复以保证整治建筑物护底功能正常发挥。     

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。     

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。     

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。     

潜堤结构型式及其透射系数研究

针对胜利油田某保滩促淤工程，进行了多种方案不同潜堤结构型式的优选，比较了其中四种结构型式，并对这四种结构型式的潜堤分别进行了波浪水槽试验，测试其透射系数，在此基础上，给出了计算潜堤透射系数的经验公式，为工程设计提供依据。     

海浪对直立堤作用力的研究

海浪对水工建筑物作用的研究是具有十分重要意义的.目前直立堤在海岸工程中仍然是一种广为采用的结构型式.众所周知,很早以来,人们就波浪对直立堤的作用力问题进行了广泛的研究,获得了不少成功的结果.但至今在工程设计中,关于海浪对直立堤作用力的计算方法仍是把复杂的海浪抽象成为规则波的形式,根据规则波的波高、周期来计算,并且大都借室内规则波的模型试验进行验证与订正.在这种计算过程中,目前多数在求得海浪参数时,是考虑了海浪的不规则性的,但在波压力计算本身,则又从规则波理论出发.因此,为建立工程上实用的海浪对直立堤作用力的计算方法,国内外都从各种途径进行着研究.     

直立堤前为任意地形时立波运动的数值分析

本文利用MAC法(marker and cell method)对直立堤前求解域为任意形状(有突基床存在、海床起伏)的情况下立波波面及流场进行了数值分析,得到了实验资料及现有理论近似解的验证。在计算中为克服因堤面反射给入流界条件的确定带来的困难,我们根据立波形成的原理采用了”镜像法“技术。通过算例分析,揭示了当突基床尺度足够大时立波波节和波腹的位置向堤面方向前移从而波长缩短的原因,指出了因突基床的存在堤前立波节点附近离堤和向堤的水平流速分布的不对称性。     

中长周期波作用下的斜坡堤胸墙波浪力试验研究

在印度洋、大西洋沿岸,海岸工程设计波浪周期多在14 s以上,具有显著的中长周期波特征。通过以往工程项目的试验结果发现中长周期波下,规范计算的斜坡堤胸墙波浪力明显小于试验结果。因此,通过系列物理模型试验研究了中长周期波下的斜坡堤胸墙波浪力。分析斜坡坡度、肩台宽度和波浪条件对胸墙波浪力的影响。通过将试验结果与我国现有规范中的经验公式计算所得结果进行对比,发现规范更适用于胸墙底淹没的情况,而对于肩台出水情况,规范计算结果小于试验结果。由此提出了一种新的波浪力计算方法,计算准确度得到明显提高。     

软基上的空心方块斜坡堤

根据实际工程需要,提出了一种适宜建造在软土地基上的新的空心方块斜坡堤型式。这种新型结构是利用各空心方块之间以及空心方块本身的空隙,降低堤身单位体积的重量以及堤身断面总重量,从而满足软土地基承载力和整体稳定的要求：结合长江口深水航道治理工程的北导堤堤头部位2．6km长的软基段,对空心方块斜坡堤的设计和试验研究情况作概要介绍。     

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。