直立式防波堤口门区海啸局部冲刷规律实验研究

海啸作为世界上最严重的自然灾害之一,其巨大的破坏力使得近海建筑物遭受了严重的损害。基于波浪水槽实验,开展海啸波作用下不同口门距离的防波堤局部冲刷机理实验研究。实验结果表明,在海啸波越顶水流产生的水跌以及海啸波通过防波堤口门时产生的扰流共同作用下,口门中心线处产生明显的局部冲刷坑,随着口门距离的增加,防波堤局部冲刷先加剧后减弱。建立防波堤局部最大冲刷深度与海啸波波高、防波堤宽度及出水高度、口门间距的关系式,揭示了最大局部冲刷深度与海啸波波高、防波堤尺寸、口门距离的内在关系。     

直立式防波堤前护底层宽度设计的新方法

直立式防波堤可因堤前海底被冲刷的影响而发生破坏。过去对于在立波作用下的直立堤,一般认为由于在堤前四分之一波长,即波节点处发生最大底流速,将引起海底泥沙的被冲刷,因此要求堤前护底块石层的宽度采用为1/4～3/8倍设计波长。然而一些模型试验表明,冲刷并不一定发生在节点位置。而且我们认为即使是在节点发生冲刷的情况下,也不应当简单地规定必须防止在第一个节点处形成冲刷坑。在确定直立堤前的护底措施时,应当首先判断冲刷坑可能发生的位置,估计冲刷坑的深度及大小,然后在地基整体稳定计算(如圆弧滑动方法)中,具体考虑存在冲刷坑后对稳定安     

直立式防波堤前的冲刷

采用动床缩比尺模型，预测垂直结构物前由于波浪引起民的海底冲刷演变的一些问题。了解水动力条件与沉积过程的相互关系，主要目的是模拟冲刷的演变。在进行缩比尺研究之前，首先详细讨论了沉积过程，最终给出了沙质海底冲刷过程的结论和建议。     

不同破碎波对沙质海床作用的实验研究

破碎波对近海海岸地形以及海岸建筑物影响强烈,通过物理模型实验对孤立波、规则波作用下破碎带的床面形态以及孔隙水压力进行分析。破碎波冲击海床,破碎处床面上形成沙坝和沙坑,与规则波相比,孤立波破碎时对床面的冲刷更加剧烈,床面形成的沙坝和沙坑尺度更大,且土体内孔隙水压力幅值也较大。同时研究了波面变化对孔隙水压力的影响,发现波面变化历时曲线与孔隙水压力历时曲线相似,与孔隙水压力梯度历时曲线更为相似,说明波面变化更能反映海床内部孔隙水压力梯度的变化。通过探讨波浪与海床之间相互耦合作用,发现破碎带地形变化使得波浪出现不同破碎类型,分析得出卷破波比崩破波作用下孔隙水压力幅值大。     

淤泥质海岸近海风电塔基局部冲刷计算研究

在淤泥质海岸修建近海风电塔基时,局部冲刷深度是设计的主要参数,目前相关研究成果较少。针对苏北淤泥质海岸拟建的响水近海风电塔基,选取自然条件相似的胜利埕岛油田海洋平台桩基局部冲刷现场观测资料,对常用的三种桩基局部冲刷公式进行了验证比较,推荐较为适宜的计算公式。在此基础上,提出了考虑波浪作用的改进方法,并对响水近海风电塔基的局部冲刷深度进行了计算。研究结果表明:1)经过对比分析,韩海骞公式较为适宜用来计算淤泥质海岸近海风电塔基的局部冲刷深度;2)对于淤泥质海岸近海风电塔基来说,波浪作用较为重要,不可忽略,可以采用波生流的方法加以考虑。     

孤立波作用下沿海路基冲刷实验研究

基于波浪水槽实验,对孤立波作用下沿海公路局部冲刷开展实验研究。实验采用1/10与1/20组合坡模拟海岸地形,对岸滩进行逐个多次波浪作用,用地形仪对作用后地形进行测量。通过改变路基在冲刷槽的绝对位置和相对位置,探讨路基位置因素对局部冲刷影响。实验结果表明:孤立波作用下沿海路基向海侧出现明显冲坑,冲刷深度随波浪作用个数增加,最后达到平衡。路基位置是路基局部冲刷主要因素,随着路基位置远离海岸线,路基向海侧冲刷深度呈减小趋势。     

波、流及其共同作用下桩墩局部冲刷问题试验研究现状

要研究波流共同作用下桩墩的基础冲刷问题,首先需要了解水流和波浪单独作用下桩墩冲刷的机理和特征。针对波、流及其共同作用下桩墩的局部冲刷问题,从流速、水深、桩径、波长、波高、相对底层流速、粒径和粒径级配等方面系统地简述了恒定流、波浪和波流作用下桩、墩局部冲刷的研究进展。根据实验资料比较了各家经典计算公式的计算结果发现我国规范65-1式计算值偏大,65-2式计算值偏小等结论。桩墩局部冲刷是一个复杂的过程,今后可以针对淤泥质海岸底床、粉沙质海岸底床、复杂桩群结构、物理模型比尺效应、非恒定水动力条件、复杂基础形式方面对波流作用下基础冲刷的最大冲刷深度、冲刷过程、冲刷范围进行研究,以弥补桩墩局部冲刷在这些方面的不足。     

立波作用下的底沙运动

立波作用下的底沙运动关系到港口的规划和建筑物的安全。本文以实验为基础，综合前人研究成果，得到立波作用下床面形态及冲刷类型。对较粗颗粒底沙在立波作用上进行受力分析，得到了一周期内沙粒累计推移距离，净输沙率及冲刷强度。认为冲刷形态的不同与近底速度和加速度的分布密切相连。     

离岸人工岛对砂质海岸的影响

海阳人工岛拟建在砂质海岸外。运用冲淤数值模拟方法,模拟了海阳人工岛建成后在无风理想状况和各向大风条件下海底的蚀淤变化,据此分析人工岛建设对砂质海岸可能产生的影响。研究结果表明,人工岛建成后,周边区域整体呈微淤积状态,基本维持了在工程建设前的状态;人工岛北侧和南侧始终处于微冲刷状态,不会形成连岛沙坝;其东侧、西侧局部区域呈微冲刷状态,利于砂质海岸的维护;在波、流综合作用条件下人工岛工程的建设不会使北侧的海滩产生较明显的蚀淤变化。     

底部透空不透水建筑物波压力研究

底部透空不透水建筑物是近海工程中的一种新型结构,与传统水工建筑物相比,其能灵活适应基床不发生变形、阻止波浪进入后方造成破坏。本文通过构建物理模型,在波浪水槽中进行试验,测试了底部透空不透水直立建筑物不规则波作用,得到了不同水深、相同波浪要素时,该型直立建筑物迎浪面和底面的水平总力最大时各测点正向波压力和负向波压力数据。对比分析了不同水深下底部透空不透水直立建筑物的水平总力及垂直力,总结了波峰和波谷作用下波浪力沿建筑物表面的分布规律,可为海岸工程结构设计提供依据。     

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。     

沙质海岸波浪动床模型设计—毛里塔尼亚友谊港下游冲刷试验模型

本文结合毛里塔尼亚友谊港下游冲刷模型的试验研究探讨了海岸波浪动床模型的相似律和试验波浪要素的确定。作者推导获得了同时满足波浪作用下岸滩剖面冲淤相似、沿程冲淤部位相似、泥沙起动相似和沉降相似的综合相似比尺公式：λρｓ－ρ＝λ＾１／３ｌ．λ＾１／６Ｄ；λｄ＝（λＤ／λｔ）＾２／３解决了波浪冲刷动床模型的基本相似问题和砂的选砂问题。对于常浪向与强浪向不一致的海岸，作者提出了采用综合考虑波高、波周期（或波     

立波作用下堤前冲刷特性及预报

本文对立波作用下堤前海床的冲刷进行了系统的研究,指出了立波作用下直立堤前海庆的冲刷形态;分析堤前冲刷机理;提出了堤前冲刷形态的判别标准;给出了反映粒径效应的堤前冲刷深度公式;研究了突基床尺度对堤前冲刷的影响规律.     

波浪作用下直立堤前床面边界层内传质速度

本文研究立波作用下的层流、紊流边界层内的流速和传质速度,并采用谱法将传质速度推广到不规则波情况.根据实验与计算分析,研究了床面边界层内传质速度在堤前冲刷中的应用.研究结果表明,在传质速度的峰值附近形成底沙的冲刷坑;由于不规则波作用下堤前传质速度的峰值沿程递减,因此相应冲刷坑的深度沿程减少.     

防浪建筑物影响下珊瑚礁海岸波浪传播变形试验

通过测试一系列不规则波工况研究了防浪建筑物存在下珊瑚礁海岸附近短波、低频长波和增水的变化规律,并对比了防浪建筑物的不同位置情况。分析结果表明：波浪在沿礁传播过程中,短波波高沿礁坪持续衰减,低频长波波高沿礁坪逐渐增大,波浪增水则沿礁坪基本保持不变;海岸附近短波随着防浪建筑物与礁缘距离的变大而减小,低频长波则在防浪建筑物处于礁坪后部时达到最大,防浪建筑物位置的变化对于礁坪波浪增水的影响可以忽略。通过理论分析证明了珊瑚礁地形上低频长波是由于群波破碎造成的破碎点移动而产生的;当特定波况作用于特定位置的防浪建筑物时,低频长波在礁坪上会发生一阶共振效应导致其能量在海岸附近达到最大值。     

波浪作用下沙坝不稳定性实验研究

对波群、规则波和不规则波作用下沙质海岸上沙坝运动进行了实验研究。研究沙坝产生的机理和不稳定性,以及不同波浪下所产生的海岸平衡剖面形状。实验中发现,波浪作用下沙坝处于向岸和离岸运动的不稳定状态,其原因可由地形不稳定性分析。探讨了波群调制系数对沙坝运动的影响,讨论了不同波况对海岸剖面形态的影响。     

管式透空防波堤试验研究

管式透空防波建筑物,在第二次世界大战期间美军在德国的(?)尔曼地登陆时,作为临时工程(1943)曾获得有效的作用。以后各国曾做过试验研究及应用,都获得一定的效果。做为防护性的透空建筑物,具有很多优点。本文是由山东省交通厅工程师甘隆富同志提出,作为山东岚山头港防波堤的一种方案进行试验研究,1978年苟乃静同志参加了试验工作。     

侵蚀浪条件下沉水植被对沙坝-潟湖海岸的冲淤影响研究

全球海岸生态系统正遭受气候变化及人类活动带来的威胁, 本文基于沙坝-潟湖系统海岸典型剖面形态, 通过设计实施动床波浪水槽试验, 定量研究了侵蚀浪条件下沉水植被对该系统海岸冲淤的影响。结果表明: 沉水植被明显削弱了沙坝前坡波浪破碎区前缘的波高增大幅度, 并使坝后波高衰减; 植被作用使波浪反射和透射系数减小、耗散系数增大; 侵蚀浪作用下, 沙坝坝顶冲刷较明显, 潟湖内呈淤积趋势, 海岸前丘受波浪冲刷呈陡坎形态。植被影响下沙坝和前丘区域最大侵蚀厚度均减小; 植被可减少沙坝净侵蚀量、潟湖内淤积量及离岸输沙量, 对海岸前丘有较好的保护作用。     

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。     

二维沙质海滩剖面形态试验研究

海滩形态是近岸过程与海岸工程的一个重要研究内容,为探讨人工沙滩平衡剖面的形成及其形态特征和波浪作用下的滩面泥沙运动,从泥沙与波浪运动的相似规律出发,采用天然沙以正态整体模型进行二维沙质海滩的形态试验.试验证明人工沙质海滩在波浪作用一定时间之后,其剖面基本趋于一种平衡状态,沙源的向岸推移和向海下拉的情况也基本稳定.试验显示混合波的冲刷要大于单纯斜向波,单纯斜向波的冲刷大于单纯正向波,因此人工沙质海滩施工时应考虑到不同来波方向对剖面的影响.对比各个系列的整个人工沙质海滩剖面变化情况,可以看出整个沙滩剖面呈冲刷形态:从岸向海方向,在滩肩平台上形成一定的沙源堆积体;在滩肩缘到斜坡中部侵蚀最大,在斜坡下部侵蚀较小且向海呈逐渐减小趋势.