直立防波堤振动──滑移运动分析的模型和方法

建立了一个动力系统模型及相应分析方法,对破碎波冲击作用下直立式防波堤的振动-滑移运动过程进行数值模拟,预测特殊波浪力作用下防波堤可能出现的滑移量.用本文模型和方法对一沉箱防波堤在破碎波作用下的运动过程进行了计算,并分析了沿基床顶面的滑移对沉箱位移、摇摆角、滑移力和倾覆力矩的影响.     

双层直立圆弧型防波堤上绕射波浪力的解析计算

基于微幅波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了双层直立圆弧型透空防波堤的波浪绕射解析解,从而将已有的比例边界有限元法拓展为解析算法,并据此对外层与内层防波堤所受波浪载荷进行了解析计算。计算结果表明:应用本文方法对直立透空圆环柱的绕射波浪载荷进行验证计算,所得结果与现有的解析解完全吻合,说明方法可靠。双层堤较单层堤能更有效地减弱波浪作用。波浪的入射角度和特征参数、防波堤张角与半径、防波堤透空系数以及水深等因素的相对变化对双层堤的波浪作用均存在一定影响。     

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.     

淹没矩形防波堤透反射系数特性研究

采用解析方法研究了斜向入射波作用下淹没矩形防波堤的透反射系数特性.首先利用特征函数展开法导出了绕射势函数的分析解和透反射系数的计算公式,然后利用边界元方法验证了解析解,在此基础上利用解析解分析了若干工况下的防波堤透反射特性.计算结果表明,淹没矩形防波堤截面的宽度、高度和相对位置以及入射角的改变都不同程度影响反射系数和透射系数.在中等深度条件下,对于一定频率的波浪,位置和尺寸适当的淹没矩形堤可以反射大部分斜向入射波.研究结果对设计淹没的矩形防波堤具有重要的参考价值.     

汕头近岸区的台风波浪(三)各种重现期台风波浪要素的确定

本文以现场的实测资料和４４年间台风波浪后报结果为基础,考虑到各种重现期波浪出现时伴随着台风增水对计算点各种累积率波高的影响,通过对复合极值分布法,皮尔逊Ⅲ型曲线法和短期资料外推法的比较,给出进行波和破碎波条件下的各种重现期台风波浪要素。     

破碎立波对直墙建筑物作用机理的研究

建立二维非线性数值波浪水槽,模拟了规则波条件下破碎立波对直墙建筑物的作用.从直墙上压力分布和各测点的压力过程线等方面与物理模型实验结果进行比较,讨论了破碎立波的作用特点,分析了压力过程线出现马鞍形变化的原因.将破碎立波波浪力与按规范方法和立渡理论方法计算的结果进行了比较.通过对计算结果的的分析比较,验证了该数值模型的有效性.     

深水斜坡堤胸墙波浪力计算方法研究

通过物理模型试验研究中国《海港水文规范》(JTJ213-98)中斜坡式防波堤顶部胸墙波浪力计算公式在深水情况下的适用性.试验测量4种不同水深波浪作用下斜坡堤顶部胸墙的波浪力和作用高度.通过对胸墙迎浪面的波浪压强分布、总水平作用力和波浪作用高度的试验结果与《海港水文规范》结果的对比分析,发现胸墙迎浪面的实测波压分布不同于规范采用的均匀分布;规范计算得到的总水平力和波浪作用高度均小于实测值.本文改进规范中斜坡堤胸墙波浪力计算方法,使其更适用于深水堤顶部胸墙受力计算.     

随机波浪作用下座床式大直径薄壁圆筒防波堤的动力分析空间模型

随机波浪作用下座床式大直径薄壁圆筒防波堤的动力运动过程分为:摇摆、摇摆—小滑移运动和摇摆—大滑移运动三种运动模态,引入了控制侧向滑移的阻滑板—弹簧—阻尼器运动模型,建立了相应的动力分析空间模型。在大型有限元软件ANSYS中利用参数化设计语言APDL进行二次开发实现其空间模型,并把此空间模型计算结果与文献[1]中建立的平面模型计算结果比较,获得了一些有价值的结论,表明了本模型和方法对随机波浪荷载作用下大直径薄壁圆筒防波堤动力响应的数值模拟的可行性和有效性。     

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。     

斜向波对直立式防波堤堤头作用的试验研究

直立式防波堤堤头在斜向波浪作用下波浪力的计算在现行的技术规范中尚属空白。通过物理模型试验给出了堤头结构设计所需的波压分布图，指出了波浪入射方向和地形对堤头所受波浪力的贡献有时可以超过波高和波周期，根据现行规范按波浪正向入射计算堤头所受的波浪力偏于安全。     

斜向波作用下防波堤衔接段块体的稳定性和沉箱结构上波浪力试验研究

在斜向波浪作用下,防波堤结构衔接段会产生波能集中、壅水和漩涡等复杂的水动力情况,对该区域块体稳定性和沉箱结构产生极不利的影响,本文开展了三维整体波浪物理试验研究,以揭示不同角度斜向波与块体稳定性和沉箱结构受力敏感性的关系.同时将得到的试验结果与规范公式计算结果进行比较分析,得出两者之间的差异性.试验结果可为工程设计中结...     

港内波浪要素计算方法研究

为分析不同计算方法在推算港内波要素中的适用性,分别采用JTS 145-2-2013《海港水文规范》计算方法和数学模型计算方法计算了防波堤为单突堤、双突堤和岛式堤三种典型布置型式的港内波浪.将计算结果与物理模型试验结果进行了对比,分析了不同布置型式时3种方法得到的结果之间的差异性,给出了在计算不同防波堤布置型式下的港内波浪要素时上述3种方法的适用程度.     

台风波浪的波型及其与海岸工程设计波浪要素的关系

本文以实测台风波浪资料为依据,分析了台风影响过程中固定点波型的演变,讨论了台风过程波浪的波陡与波型、风速与波型、波高与风速和波向与风向之间的关系.从而得出,在受台风直接影响的海区内,台风影响过程中出现较大波浪时的波型属于风浪,不同重现期台风波浪的波型也属于风浪的结论.本文以大亚湾海滨区的100年重现期设计波浪要素的计算为例,讨论了台风波浪的波型与设计波浪要素的取值关系.     

渤海湾西部海域波浪特征分析

本文利用本海区的实测波浪资料,对波浪的基本特征、变化规律、风与浪的相关关系,以及工程中所需要的不同重现期设计波要素及波浪破碎范围等进行了统计、分析、计算,为本海区的近岸经济开发建设提供参考依据。     

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。     

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。     

直立式防波堤迎浪面波压力计算研究

以Navier-Stokes方程为控制方程,使用VOF方法追踪自由液面,由连续性方程和动量方程推导出源函数。基于非线性波浪理论和UDF对FLUENT进行二次开发,在数值水槽的各个功能区将不同的源项添加到动量方程中,实现动量源造波和消波的功能。此法可以有效地消除波浪在水槽出流边界的反射及波浪遇到结构物后在入射边界形成的二次反射,从而得到稳定的波动场。本文将这种方法应用于直墙防波堤上波浪压力的数值模拟,分析了造波和消波的有效性,对直立式防波堤波浪力进行了数值研究。为了得到更精确的结果,采用结构化网格和非结构化网格相结合,在直墙防波堤附近使用三角形网格,在其他区域使用四边形结构化网格,为了较好地捕捉自由液面,在液面上下一个波高的范围内对网格进行加密。将计算结果与二阶stokes波理论解进行对比,该方法计算结果与理论解一致,表明该方法能够产生历时较长的稳定的非线性规则波浪,能够很好地吸收波浪遇到建筑物产生的反射波,可以有效消除建筑物反射波的影响,为实际工程方案的设计提供参考,有较高的实用价值。通过计算得到极端高水位,设计高水位,设计低水位时候的各个测点的最大正向波压力和最大负向波压力,并将计算结果与物理模型试验数据和经验公式结果进行对比,结果吻合较好。并且由于该数值方法可以考虑防波堤迎浪面不同倾角的工况,其适应范围比经验公式范围更广,因此可以为海岸结构设计提供依据。     

浮式防波堤性能理论计算

本文论述了在任意浪向微幅入射波作用下,浮式防波堤性能理论计算。在求解其绕射势和辐射势边值问题后,引入无穷远处波浪速度势渐近表达式,应用波浪能量守恒原理,分别计算出由浮式防波堤横荡、垂荡和横摇运动引起的堤后波和当其被固定时在入射波作用下在堤后所兴起的波浪。最后计算出表达浮式防波堤防波效果的,以堤后波幅值与入射波幅值之比所定义的堤后波系数G_T。 本文对二个计算实例进行了理论计算,结果与试验相比吻合良好。     

淹没状态下半圆型防波堤的水力特性研究

以淹没状态下的半圆型防波堤为研究对象,采用不规则波断面模型试验,结合典型实例分析了堤体波压分布的特点,指出波浪经过堤顶破碎与否直接影响到堤体所受波力的大小,并建议了开孔办法和波力计算方法.     

沿岸流中混合系数的实验研究

进行了在规则波作用下破波带内水平混合系数测量的物理模型实验。通过在沿岸流流场中投放墨水点源和采用CCD摄像机摄像,测量了点源扩散过程。利用水深平均二维扩散方程近似解析解得到了由实验结果计算混合系数的方法。实验结果表明:扩散系数仅依赖于当地水深,与波浪参数(周期和波高)无关。沿岸流沿水深变化产生的离散作用导致顺流方向(纵向)混合系数远大于横流方向(横向)混合系数。横流方向混合系数中由波浪产生的扩散系数占总扩散系数约40%,其余为波浪破碎引起的湍流产生的扩散系数。