海啸波作用下直立堤局部冲刷实验研究

基于波浪水槽动床实验,开展海啸波作用下直立堤局部冲刷实验研究。对海啸波上爬和回落过程、岸滩演变和直立 堤局部冲刷形态进行测量。在利用实测数据验证基础上,结合 FLOW 3D 进行数值模拟流场计算分析。研究结果表明,直立堤 的修建对岸滩起到明显的保护作用,但是直立堤两侧会出现明显的局部冲刷。直立堤向岸侧局部冲刷主要发生在海啸上爬时 刻,堤脚处形成的涡流是局部冲刷形成的主要原因。直立堤离岸侧的局部冲刷主要由海啸波回落水流越过堤顶生成水跌形成 的,随着直立堤堤顶高度的增加,最大局部冲刷深度会逐渐减小。     

植物对孤立波作用下直立堤局部冲刷影响实验研究

基于水槽实验,研究植物对孤立波作用下直立堤局部冲刷的影响。通过改变实验入射波高、植物带的宽度和密度,分析各要素对直立堤局部冲刷的影响。实验对波高沿程变化、孤立波越堤、回落过程以及地形演变进行全程的测量和记录,并进行有无植物带保护的直立堤局部冲刷对比分析。结果表明,植物带的存在,使得堤后相对最大冲刷深度显著减小,堤前冲刷形态由单峰式"L"型变为双峰式淤积沙坝形态,且冲刷位置由原堤脚前移至植物带所在位置,冲刷范围大幅增加。减小植物带密度或者植物带宽度会使近岸侧或是离岸侧的相对最大冲刷深度和相对最大淤积高度有增大的趋势,但是当入射波高增大时,二者的影响不显著。该研究对实际工程中植物带的合理布置提出了具有参考性的建议,对减少堤防工程的冲刷和损失有一定现实意义。     

环抱式港区水体交换能力数值研究——以闸坡渔港为例

环抱式港池的水体交换能力强弱对港池的水质有重要影响,水体交换通道是改善港池水质的有效措施。本研究以闸坡渔港防波堤改造工程为例,采用不规则三角网格和有限体积方法,在潮流数模研究成果的基础上,建立平面二维对流-扩散数学模型,开展闸坡渔港扩建前后水体交换能力数值模拟研究,评估工程前后港内水体半交换周期和水体交换率。研究结果表明,闸坡渔港的水体交换能力较强,工程前水体半交换时间为129 h,工程后闸坡渔港水体半交换时间为104 h。工程后洲仔峡防波堤被改为涵洞式桥梁,使渔港与外海形成了水体交换通道,增加了港池内外水体相互作用和水体交换量,相应的水体交换能力增强。而港池外的两个水产养殖区域由于与外海相连,水体交换能力较强,工程前后该区域水体交换能力变化不大。     

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。     

不规则波作用下垂直挡板式透空堤透浪系数试验研究

垂直挡板式透空堤作为一种新型的透空式防波堤结构,通过将挡浪板垂直设置于波能最集中的水体表层来消减波浪,透浪系数是其最关键的指标。通过物理模型试验,分析不规则波作用下入射波高、波周期、挡板相对入水深度、相对堤宽、相对挡板超高、相对面板超高等因素对垂直挡板式透空堤透浪系数的影响规律,并在Wiegel公式的基础上拟合了垂直挡板式透空堤透浪系数的计算公式。可作为今后类似透空式防波堤结构透浪系数的近似估算,具有一定的参考价值。     

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。     

多向聚焦波作用下透水潜堤消波特性数值模拟研究

本文采用非静压模型NHWAVE建立高精度三维波浪数值水槽,对多向聚焦波作用下透水和不透水潜堤消波特性进行数值模拟研究。通过计算结果与实验数据的对比,验证了该模型模拟多向聚焦波产生传播及多孔介质内流动的能力,进一步考虑了有效波高、水深、谱峰周期和传播角度等因素对潜堤消波特性的影响。结果表明：潜堤对多向聚焦波的最大波幅、最大水位、沿水深平均最大流速和波能均有显著消减作用,且透水潜堤因孔隙介质的存在消波性能更好。随着有效波高增大,堤顶处波浪破碎点前移,不透水潜堤消波性能受波高影响较大。水深越大,潜堤消波性能越低。透水潜堤对长周期波浪消减效果较差。传播角度越小,聚焦位置处波幅越大,波浪非线性作用越强。研究结果可为我们进一步保护沿海设施免受极端海洋环境的影响提供一定的参考     

波浪作用下海上墩式建筑物周围局部冲刷的试验研究

本文主要是通过试验研究和分析手段，对波动场的海上墩式建筑物周围的冲刷机理、冲刷形态进行探讨，对最大冲刷深度及其发生位置提出满足近海工程需要的预报公式，最后对动床模型律进行探讨。     

聚焦波作用下立柱高阶波浪力特性研究

以方形立柱作为研究对象,对其在聚焦波作用下的波浪力特性进行研究。研究主要基于计算流体力学数值方法,对聚焦波作用下方形立柱在固定、单自由度纵荡、单自由度垂荡三种运动状态下所受波浪力进行研究。利用phase-inversion逆相位分解方法对其高阶力特性进行分析。首先对聚焦波生成方法、数值计算方法与参数设置进行简要介绍,其次展示了三种运动状态下立柱在聚焦波作用下所受波浪力,并对其进行分析,最后利用phase-inversion逆相位分解方法获得高阶波浪力成分并对其载荷特性进行分析讨论。研究发现逆相位分解方法可以有效分离波浪力高阶成分,不同运动状态下立柱所受波浪力会有显著不同。     

振荡流作用下圆柱体结构的水动力特性研究

圆柱绕流作为流体力学领域中的经典问题,近年来得到了广泛的关注和研究。开展振荡流下二维圆柱的水动力特性和漩涡发放形态研究将为认识和理解圆柱绕流特性提供重要参考。基于RANS方程,采用k-ωSST湍流模型,首先通过对比雷诺数10 000时均匀流下的受迫振动试验数据,验证了研究方法的可行性,进而开展了振荡流下圆柱绕流的数值模拟,对比讨论了5种KC数下流体力系数变化情况及漩涡脱落模式,并开展了升力系数时历分析。结果表明:在低振幅、低频率下,小KC数时激励力系数变化较大,大KC数时流态趋向于均匀流,激励力系数变化较小。在大KC数时可以观察到较为明显的2S脱落模式,升力系数在每一周期内出现两次振幅调制现象,小KC数时流体变化较快,规律性相对较弱。     

Numerical investigation on the dynamics of a vertical wall defenced by an offshore breakwater

The numerical and experimental investigations on the performance of an offshore-submerged breakwater in reducing the wave forces and wave run-up on vertical wall are presented. A two-dimensional finite-element model is employed to study the hydrodynamic performance of the submerged breakwater under the action of regular and random waves. The numerical prediction has been supported with experimental measurements. The wave forces and wave run-up on the vertical wall were measured for different breakwater configurations. The applicability of linear theoretical model in the prediction of wave forces on the wall by a submerged breakwater has been discussed.     

近岸区直墙波浪力的模拟

在水槽中进行了几种不同坡度的斜坡平台上规则波作用下直墙波浪力试验，系统分析了直墙上相对最大压强和相对最大总力，给出了它们之间的比较关系。还进行了不同坡度的不规则波模型试验，并讨论了波浪力之间的特性。结果表明采用1：10、1：15的斜坡与平台相结合的试验室模拟，可得到与平底地形相近的直墙波浪力。     

Numerical study on the characteristics of flow field and wave propagation near submerged breakwater on slope

In this study,characteristics of flow field and wave propagation near submerged breakwater on a sloping bed are investigated with numerical model. The governing equations of the vertical twodimensional model are Reynolds Averaged Navier Stokes equations. The Reynolds stress terms are closed by a nonlinear k ε turbulence transportation model. The free surface is traced through the PILC-VOF method. The proposed numerical model is verified with experimental results. The numerical result shows that the wave profile may become more asymmetrical when wave propa-gates over breakwater. When wave crest propagates over breakwater,the anticlockwise vortex may generate. On the contrary,when wave hollow propagates over breakwater,the clockwise vortex may generate. Meanwhile,the influenced zone of vortex created by wave crest is larger than that created by wave hollow. All the maximum values of the turbulent kinetic energy,turbulent dissi-pation and eddy viscosity occur on the top of breakwater. Both the turbulent dissipation and eddy viscosity increase as the turbulent kinetic energy increases. Wave energy may rapidly decrease near the breakwater because turbulent dissipation increases and energy in lower harmonics is transferred into higher harmonics.     

扭王字块体护面斜坡堤胸墙受力试验研究

现行规范中未就扭王字块体护面斜波堤胸墙水平波浪力的计算方法做出具体规定,造成工程设计时使用不便。为解决上述问题,通过物模试验分析在波陡等六种因素的影响下,扭王字块体护面斜波堤胸墙水平波浪力的变化趋势。同时运用非线性拟合方法,遵循π定理,给出斜坡堤在扭王字块体条件下胸墙水平波浪力的计算公式。并对计算公式进行有效验证,该公式具有较好的精确性与适用性。研究成果丰富了规范内容,并为斜坡堤工程设计中胸墙水平波浪力折减系数的合理取值提供了参考依据。此研究成果对于斜坡堤科学研究领域和工程设计领域,都具有很大的参考价值。     

波浪作用下锚链系泊浮式防波堤动力响应的数值模型研究

浮式防波堤充分利用波能在水深方向的分布特性,在满足工程消浪要求的同时对海域水沙交换影响较小,且能够快速布置,在某些实际工程有一定应用前景。为了深入了解波浪作用下浮式防波堤的动力响应,基于OpenFOAM标准求解器olaFlow,在刚体运动求解计算中植入锚链求解模块MOODY(mooring cable dynamics),实现了基于重叠网格方法的浮体运动与锚链受力耦合求解,建立了锚链系泊浮式防波堤动力响应的二维数值模型。利用该数值模型对锚链系泊单方箱浮式防波堤在波浪作用下的透射系数、运动响应、锚链张力进行了模拟,并和相关试验结果进行了比较。结果表明,模型能够准确模拟二维波浪和浮式防波堤的相互作用,并用于三维模型的改进。     

直墙前矩形月池水波振荡研究分析

月池内流体存在活塞和晃荡两类振荡现象。基于线性势流理论,推导了波浪斜向入射下,直墙前矩形月池辐射和绕射问题的解析解。通过分离变量法和特征函数展开法求解了速度势函数,根据边界条件来确定速度势函数中的未知系数,由速度势函数计算斜向波与矩形月池相互作用的水动力系数和波浪激励力,对它们的变化规律进行了分析讨论,研究了底部开口大小、波浪入射角度对矩形月池水动力特性的影响以及直墙远近对波浪力的影响。结果表明,月池底部开口大小对流体水平作用的影响较小,而对流体垂直作用的影响较大;波浪入射角度的变化对矩形月池横荡和横摇运动时的水动力特性有一定的影响;在一定条件下,直墙的存在会使得月池在水平方向所受到的波浪力比开敞水域中的要大。     

水位波动对临海重力式挡墙基坑稳定性的影响

近年来临海(江)建设的地下工程逐渐增多,与常规静水补给条件下的基坑工程相比,受波浪、潮汐等动水作用影响的基坑可能展现出不同的性状,对该类水力条件下基坑响应问题的研究具有重要的工程意义。依托港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道海域段基坑工程,采用PLAXIS软件对波浪、潮汐作用下重力式挡墙两侧的水土压力、基坑的稳定性进行了探讨分析。结果表明,对于均质砂质地基上的重力式挡墙,当基坑距防波堤一定距离时,波浪对其稳定性的影响可以忽略不计;潮汐在海床和基坑中的传播有滞后效应,当潮汐为最高潮位时,基坑并非处于最危险状态;潮汐作用下临海重力式挡墙基坑的稳定性可以通过拟静水位法近似分析。