渗透潜堤对沙滩剖面演化影响的物理模型试验研究

由于对海岸景观和生态环境影响较小,渗透潜堤被广泛用于沙滩整治修复和侵蚀防护。在波浪水槽中开展物理模型实验,研究潜堤对沙滩剖面演化的影响。采用浪高仪阵列和激光扫描仪采集了水面高程变化和沙滩剖面高程,分析了波浪传播的相关水动力特征,包括波高沿程分布、透射系数、波浪能谱以及非线性指标(偏度和斜度),不同入射波浪和潜堤设置情况时沙滩剖面的变形特征,统计了沙滩侵蚀关键因子(岸线蚀退距离、单宽侵蚀量等),探讨了沙滩侵蚀与波浪条件、渗透潜堤特征参数之间关系,提出了沙滩侵蚀量与渗透潜堤无量纲特征参数的估算公式。研究表明:在堤顶破碎、大孔隙介质阻力和堤前反射综合作用下,入射至近岸沙滩的波浪能量降低,潜堤具有消浪和沙滩侵蚀防护作用;泥沙整体离岸输运,潜堤向岸侧淤积;对于实验考虑的工况,潜堤位置变化对沙滩防护效果的影响较小,堤顶宽度增加更利于消浪和滩面防护,潜堤对于较强的波浪表现出更好的沙滩防侵蚀效果。     

倒T型导管墙桩基防波堤桩基土抗力及稳定性简化计算方法

倒T型导管墙桩基防波堤作为新型港工结构,主要依靠桩基和自身重力维持稳定。以天津港水文地质条件为算例,建立三维弹塑性有限元模型,通过荷载-位移关系曲线,确定稳定性安全系数。分析极限状态下桩基沿环向与竖向的土压力分布,得出桩侧极限水平土抗力,并将有限元结果与美国规范API土抗力计算方法进行比较。造成防波堤结构失稳的原因主要有两个,即结构自身无法满足强度要求和土体达到极限。结构自身强度达到极限时,可用p-y曲线有限差分迭代法求取安全系数;土体达到破坏极限时,可分别假定转动点位于桩轴线上和偏离桩轴线两种情况,利用极限平衡法,建立抗倾稳定性简化计算方法。经验证,理论方法得到的稳定性安全系数与有限元结果比较接近。     

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.     

波浪周期对防波堤护面块体稳定性影响的试验分析

波浪对斜坡堤护面结构的冲刷破坏作用受诸多因素的影响,如波浪要素、水深条件、坡面角度、护面块体型式等。在进行某项有关斜坡堤护面块体的课题研究中发现,当防波堤断面结构确定后,护面人工块体的稳定性主要取决于波高及波周期的变化。在进行这方面内容设计计算中,通常波高的取值都能给予足够的重视,但波周期对护面块体稳定性的影响容易被忽视。本研究通过物理模型试验,针对波浪周期对斜坡堤护面块体稳定性的影响进行了总结分析,为防波堤设计提供参考。     

波浪作用下曲面防波堤水力特性及波能损耗研究

执行了一系列规则波与曲面防波堤相互作用实验。采用π定理确定了两种曲面防波堤(半圆堤和圆弧堤)反射透射水力特性的三个主要影响因素,包括入射波陡、相对水深和堤顶相对超高。基于实验数据对比分析了两种曲面防波堤的反射和透射特性,从能量守恒角度计算了波浪与曲面防波堤相互作用过程中的能量损耗率,并利用数值模拟探讨了波浪越堤过程中两种曲面防波堤波能损耗差异的机理,表明圆弧堤背浪面更强的尾涡区使得其局部能耗总体上高于半圆堤。     

福建崇武半月湾渔港防波堤建成后下游海滩地形变化及养护对策研究

渔港硬式构筑物如防波堤等对海岸的影响显著。以福建泉州崇武半月湾渔港防波堤修建前后的海滩变化为例,通过对2003²011年不同阶段海滩地貌形态、岸线变化分析以及2个海滩剖面多期监测比较发现,防波堤修建后海湾下游西侧海滩发生显著蚀退,西端侵蚀强度最大,向东(靠近防波堤遮蔽段)逐渐减小,中东部遮蔽段转为淤涨。海滩变化的主要原因:1)E2011年不同阶段海滩地貌形态、岸线变化分析以及2个海滩剖面多期监测比较发现,防波堤修建后海湾下游西侧海滩发生显著蚀退,西端侵蚀强度最大,向东(靠近防波堤遮蔽段)逐渐减小,中东部遮蔽段转为淤涨。海滩变化的主要原因:1)E^SE向主入射波浪受到防波堤的阻挡作用,在堤头发生绕射,港内波影区动力变弱;2)防波堤阻碍了从东向西的沿岸流运动,形成东向为主的沿岸输沙,使得东端发生堆积,造成下游的西侧海岸的沉积物亏损,发生侵蚀。针对海岸变化机理提出了海滩养护防御措施,并通过数值模拟预测说明养护海滩以由西向东输沙为主,年均输沙量约3万m3,堆积于遮蔽段,最后,提出采用周期性抽取遮蔽段养护沙补充到西端的方法来实现海滩循环养护。     

一种施工期间堤防稳定性分析方法

在Hilf分析法的基础上,对Hilf分析法进行了改进。将孔隙气压力和孔隙水压力作为独立变量,推导了孔隙气压和孔隙水压计算表达式。给出了考虑强度随孔隙气压和孔隙水压力变化的填土堤防强度随固结度增加而增长的饱和土堤防稳定性分析方法。计算结果表明随着基质吸力的增加,计算所得的稳定安全系数随之增加,忽略孔隙气压的作用所得的软土堤防的稳定安全系数偏大。当 等于 时,孔隙气压对抗剪力没有影响,此时计算所得的安全系数相同。因此施工期间软土地区堤防既要考虑孔隙气压和孔隙水压对堤防稳定性的影响,同时也要考虑地基固结提高对堤防稳定性的影响     

行波激励下防波堤地震动力响应分析

考虑到行波效应对防波堤地震动力响应的影响,建立了基于弹塑性本构的防波堤-地基系统三维有限元模型。分析中考虑了结构间的动态接触作用,并采用基于接触负载均衡的显式并行计算方法,解决了大规模非线性有限元问题的求解困难。计算给出了不同视波速下行波效应对防波堤挡浪墙沉降、防波堤残余变形以及挡浪墙截面弯矩的影响程度及规律。结果表明：挡浪墙震后沉降随视波速增大而增大,并逐步逼近一致激励响应;行波效应对防波堤残余变形模式几乎没有影响,行波激励与一直激励下所得的残余变形模式基本一致,横波地震动输入下引起的震后残余变形要大于纵波输入下的残余变形;多数情况下,行波激励下的挡浪墙弯矩会比相应的一致激励下的响应大。分析方法及结果为防波堤三维整体抗震设计提供了参考。     

Seismic dynamics of offshore breakwater on liquefiable seabed foundation

Offshore structures, such as composite breakwaters, are generally vulnerable to strong seismic wave propagating through loose or medium-dense seabed foundation. However, the seismically induced failure process of offshore structures is not well understood. In this study, seismic dynamics of a composite breakwater on liquefiable seabed foundation is investigated using a fully coupled numerical model FSSI-CAS 2D. The computation results show that the numerical model is capable of capturing a variety of nonlinear interaction phenomena between the composite breakwater and its seabed foundation. The numerical investigation demonstrates a three-stage failure process of the breakwater under seismic loading. In this process, the far-field seabed can become fully liquefied first, inducing excessive settlement of the structure, followed by significant lateral movement and tilting of the structure when the near-field soil progressively liquefies. The study demonstrates great promise of using advanced numerical analysis in geotechnical earthquake design of offshore structures.     

Three-dimensional analysis of wave attenuation by a submerged, horizontal, bottom-mounted, flexible shell

The effectiveness of a submerged, bottom-mounted, flexible breakwater is investigated numerically. The structure is a horizontal, hemicylindrical shell filled with water. Potential flow is considered, and steady-state motions caused by monochromatic waves are studied. The three-dimensional response to normal and oblique waves is determined using the finite element method and a boundary integral method. Results are presented for a shell with a length of 150 m and a radius of 4 m, situated in water having a mean depth of 6 m. They indicate that the structure is effective in reducing the incident wave intensity over a wide range of frequencies.