应用Boussinesq方程对非线性波与流相互作用的理论研究

本文应用了Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程，对潮汐势流与规则波和不规则波共存时的非线性二阶波一流相互作用现象进行了理论分析，得到了在等水深条件下非线性相互作用二阶波流计算公式。应用此一公式可分析发现波受水流的非线性作用，不同于波受地形等水深变化的影响，其二阶波流频率不变，仍保持一阶线性入射波频率。本文最后采用所推导得到的二阶波流计算公式，对不规则波与势流相互作用等现象进行工程验算。得到了与物模实验较为一致的计算结果。应用本文的计算公式可以对现有工程规范中波与流计算公式进行修正和补充。由于其简便易行，势必会被工程界人士所接受     

不同类型滑坡涌浪波爬坡的实验研究

该文采用二维水槽实验对不同类型滑坡涌浪波的爬坡特性进行了研究，对涌浪波的类型、对不同类型涌浪波波速与水深和波长等关系进行了分析。并分析了不同类型涌浪波爬坡破碎情况及判别方法，对不同类型涌浪波的爬坡高度与已有经验公式进行了对比，对公式的精度及适用范围进行了分析。结果表明：滑坡涌浪波首波表现出不同的波浪类型，主要为浅水波至中等水深波范围，其中耗散涌波为强非线性波，其波速大于孤立波波速；非线性过渡波波速接近于孤立波波速；弱非线性震荡波波速接近于线性波理论波速。非线性过渡波和弱非线性震荡波可采用已有的破碎判别方法判别其爬坡破碎情况。但已有的爬高预测公式不能适用于所有类型滑坡涌浪波爬坡预测，特别是对于弱非线性震荡波，其预测精度均较低，对此未来需要进一步展开研究。     

有收缩扩散的宽顶堰淹没界限公式

通过对工程常用的宽顶堰淹设界限、堰的入口形式、对下游扩散的影响及对堰上水流扰波的传播进行分析，以佛氏数为特征数，用波状水流波谷与波峰的独立关系来建立各种堰型的淹没界限公式，并通过实验数据对照，以证明所得公式的合理性。     

多支流多水库溃坝洪水计算

湖北大畈核电厂址上游已建及规划中的中型水库共有7座，众水库之间的关系较为复杂，如发生溃坝后洪水波不但沿河道演进还继续在富水水库库区内演进，危害严重。采用溃坝水力学和河道水力学公式对溃坝后的洪水波进行演进计算，并与影响厂址防洪安全性的洪水事件进行组合，分析了溃坝对厂址处的影响，为工程可行性研究阶段提供设计依据。     

岩体弹性波测试中超声波与地震波速度差异研究

岩体弹性波测试大量应用于工程岩体质量评价。地震波和声波测试同属于弹性波测试范畴,但在实际测试工作中不同频率的弹性波速度不一致,不同的规范对声波的使用有不同的要求。文章通过对频率差别较大的地震波和声波传播原理的分析,介绍了弹性波测试理论;通过对辽宁某工程场地地震波和声波测试数据的对比研究,得出地震波速度和声波速度的差异规律,建立了此场地声波速度转换为地震波速度的非线性折减公式,并应用折减后的声波速度计算了岩体完整性系数。     

淤泥质海岸波、流共存时悬移质挟沙力构建

淤泥质海岸波、流共存时悬移质挟沙力的确定,对于利用泥沙数学模型来模拟海岸泥沙运动和海床冲淤变化具有重要意义。根据Bagnold的悬浮功理论和Bijker的波、流共存时床面剪切应力,从能量平衡角度出发,建立了新的波、流共存时水体挟沙力公式。利用2009年8—11月连云港徐圩海域波浪潮流泥沙短期连续观测资料对公式中的系数进行率定,并验证所建立的公式。结果表明,建立的公式计算值与实测值符合程度良好。     

计算弯道环流的通用公式

针对罗索夫斯基弯道环流公式推导过程中存在的问题，在其模型方程中，增加底床不可滑动条件，耦合求解得到了弯道环流公式和水面横比降公式，并应用数值逼近方法，对弯道环流公式进行了简化，以便于弯道环流的理论计算和工程应用。通过对光滑和粗糙床面条件下弯道环流实验资料的验证，并与罗索夫斯基公式、Odgaard公式、张红武公式进行了比较，表明本文公式与实际值最为符合。因此，本文得到的弯道环流公式，形式较为简洁，易于计算，而且适合不同粗糙度的床面，是计算弯道环流的通用公式。     

窄缝坎的冲击波及水舌入水宽度的计算

为了研究窄缝坎的冲击波及水舌入水宽度,以某工程泄洪中孔为原型,开展窄缝坎物理模型试验。试验观察到在收缩段内存在一系列冲击波的波阵线。试验量测了窄缝坎冲击波的最大波角和最小波角,并根据试验结果提出了估算公式。在此基础上,根据冲击波理论和自由抛射体运动原理,通过理论分析和试验研究,得到了窄缝坎水舌最大入水宽度及其位置的估算公式。计算结果与试验结果比较表明,两者吻合良好。     

平面P波入射软弱结构面传播特征研究

软弱结构面在动载作用下易发生失稳破坏，影响工程与场地安全。基于软弱结构面理论模型，采用应力波理论，分别考虑粘结与滑移边界条件，推导了P波入射软弱结构面的透反射系数表达式，并采用数值方法对理论结果进行对比验证。讨论了P波入射角、频率等因素对应力波传播的影响。研究结果表明：粘结与滑移边界应力波透反射特性相近，但滑移状态下应力波存在能量损耗；软弱结构面存在高频滤波特性，需要关注低频时结构面的稳定性；软弱结构面等效摩擦角越大越难发生剪切变形；波阻抗比对应力波透反射系数的影响存在一个阈值，超过这个阈值则透射系数保持恒定；应力波透反射系数随着充填材料厚度增大呈现周期波动变化，该周期可能与入射P波波长相关。研究结论有助于在岩土工程中确定潜在滑移软弱结构面，为抗震加固、岩土爆破工程等提供理论依据。     

伏格特理论的研究

本文作者在白山重力拱坝的设计中对伏格特理论从波辛涅斯克解开始，从数学上进行了推导，发现推出的公式和国内书籍中列出的公式不同，和日本编写的《在电子计算机上计算拱坝的解析分析》一书所列的公式也不一样，并用自已推出的公式制成表格，发现原理论对Ｋ５和Ｋ３的处理是错误的，作者对此做了修正。另外经研究提出美国垦务局的Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４也有错误。     

Boussinesq方程的二阶椭圆余弦驻波解

等深浅水域中的流体运动可由Boussinesq方程描述.众所周知,该方程有行进波解(孤立波及椭圆余弦波).本文则以Boussinesq方程为控制方程,利用渐近匹配法对椭圆余弦波在直墙上反射进行研究,给出了反射过程中内、外场波形及速度变化的解析表达,从而得到了Boussinesq方程的二阶椭圆余弦驻波型的解析解,并讨论了这类驻波的若干性质.当波长无限增大时,所得解析解收敛于孤立波的情况.这些解析结果不仅有助于揭示岸坡对非线性浅水波影响的力学机理,在海岸防护和开发和岸壁附近结构物的设计条件等工程领域中也具有现实的指导意义.     

THE STATISTIC CHARACTERISTICS OF IRREGULAR BREAKING WAVE FORCES ON VERTICAL WALLS

ＴＨＥＳＴＡＴＩＳＴＩＣＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳＯＦＩＲＲＥＧＵＬＡＲＢＲＥＡＫＩＮＧＷＡＶＥＦＯＲＣＥＳＯＮＶＥＲＴＩＣＡＬＷＡＬＬＳ￥ＬｉＹｕ－ｃｈｅｎｇ；ＬｉｕＤａ－ｚｈｏｎｇ（Ｄｅｐｔ．ｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ...     

椭圆余弦波对V形防波堤绕射波浪力的解析计算

应用椭圆余弦波理论,给出了V形薄壁防波堤的浅水波绕射理论解,对现有Airy微幅波理论进行了有效拓展。通过对V形防波堤的浅水波浪力进行试算,揭示了椭圆余弦波对防波堤的作用规律。计算结果表明:椭圆余弦波理论计算的V形防波堤的最大无量纲波浪力明显大于相同浅水条件下Airy微幅波理论的对应结果,该方法有效拓展了无限长直立薄壁堤的反射波理论。此外,浅水波入射角、V形堤张角和防波堤臂长与水深比等参数的变化均将对V形堤的波浪作用产生相关影响,而V形堤的实际绕射波浪力幅值将随浅水波特征参数值的增大而增大。     

浅水波与圆弧型贯底式防波堤的相互作用

该文基于椭圆余弦波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了浅水波对圆弧型贯底式多孔介质防波堤绕射的波势解,并据此解析计算了作用于防波堤的水平波浪载荷与浅水波波面分布。计算结果表明:浅水波入射角与非线性影响参数、海况条件以及防波堤几何条件等因素的相对变化对波浪作用均存在一定的影响,结构透空可以明显减弱防波堤所受波浪作用。与微幅波理论对比可知:在一定浅水条件下采用椭圆余弦波一阶分量模型所计算的最大无量纲波浪力、力矩和波面分布值均明显高于微幅波理论的对应估值,反映了水波非线性因素的影响效应。     

RESEARCH ON THE METHOD AND CALCULATION OF THE NEW SLENDER-SHIP WAVE RESISTANCE THEORY

BRIEFINTRODUCTIONOFTHEPAPER :　InChapter 1,anoverviewmainresearchactivitiesaboutwaveresistancesincethefamouspioneeringstudyofMichellin 1898aregiven .InChapter 2 ,Noblesse’snewslender shiptheoryofwaveresistanceisinvestigatedindetail.InChapter 3,calculationformulasofzeroth first andsecond orderwaveresistancearederivedandcorrespondingcalculation programsarecom piled .InthesingleanddoubleintegralpartsofGreen’sfunction ,thekernelfunctionofwave makingresistanceexpression ,specialfunct…     

直墙波浪力计算中几个问题的探讨

由于近岸波浪动力受地形等主要因素的影响变化剧烈,尤其伴随着波浪破碎,增加了直墙上波浪力确定的困难。直墙上波浪力的确定在现阶段仍以物理模型试验为主。然而,不同的研究者所得的结果往往差异较大。文中通过物理模型试验,对直墙上波浪力计算中几个常见的问题进行了进一步的研究和探讨,提出同时刻压强沿水深的分布型式主要有局部冲击型、均匀分布型和过渡型三种。分析结果可为直墙波浪力更为准确的确定提供依据。     

直墙上不规则波近破波的波浪力

本文基于物模试验、因次分析和实例验证等综合分析方法对直墙上不规则波近破波的水平力计算方法、其压力分布图式和墙底浮托力的计算方法进行了研究。文中推荐方法与工程实例符合较好。     

振荡层流边界层运动的格子Boltzmann模拟

将波浪作用下的振荡边界层问题化为振动平板边界层问题，利用格子Boltzmann方法中不可压缩的模型模拟了线性波和椭圆余弦波作用下的层流边界层流速变化，并和理论解进行了比较。算例表明，不同波浪条件下的数值模拟结果和理论解吻合较好，仅在流速较小的相位时两者在近床面处有较大误差，误差的形成主要与边界条件的精度有关。     

Numerical study on flow structure near two impermeable trapezoid submerged breakwaters on slop bottoms

Studying on hydrodynamic characteristics in water waves propagating over two impermeable trapezoid submerged breakwaters is of great significance to research design and construction of this type of submerged breakwaters. The turbulent characteristics are discussed with cnoidal waves in the wave flume with 1:20 smooth slope.The governing equations of the vertical 2D model are the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. The Reynolds stress terms are closed by a nonlinear (anisotropic) k − ε turbulence transportation model. Using a VOF method for tracking the free surface and source function wave generating method. Furthermore, the supplementary discussion is made by means of numerical results.

     

NUMERICAL MODELING OF WAVE EVOLUTION AND RUNUP IN SHALLOW WATER

Based on the Navier-Stokes (N-S) equations for viscous, incompressible fluid and the VOF method, 2-D and 3-D Numerical Wave Tanks (NWT) for nonlinear shallow water waves are built. The dynamic mesh technique is applied, which can save computational resources dramatically for the simulation of solitary wave propagating at a constant depth. Higher order approximation for cnoidal wave is employed to generate high quality waves. Shoaling and breaking of solitary waves over different slopes are simulated and analyzed systematically. Wave runup on structures is also investigated. The results agree very well with experimental data or analytical solutions.