大地震作用下构造物、地基与流体协同变形分析

本文利用有限单元方法，对1995年1月17日本阪神大地震中防波堤破坏进行了有效应力数值模拟。计算中考虑了混凝土沉箱结构、地基基础和海水的共同作用，土体非线性本构关系采用考虑动主应力轴方向偏转影响的多重剪切机构塑性模型。数值模拟结果与地震后实际观测值基本一致。计算结果还表明，地基液化及孔隙水压力升高对防波堤的抗震性能有重要影响。     

水平斜插板透空式防波堤消波性能数值模拟

通过改进已有的防波堤模型，建立了一种新型水平斜板透空式防波堤模型。基于VOF方法建立了波浪与水平斜板防波堤相互作用的数值模型。经数值模拟研究了该新型水平斜板防波堤结构对波浪透射系数的影响，主要考虑了斜板角度、波陡、相对板间距、相对板宽和相对出水高度等因素对防波堤消波效果的影响。模拟结果显示:①水平斜插板透空式防波堤比水平板透空式防波堤的消波效果好。在斜插板作用下，随着斜板角度增大，透射系数逐渐增大，但增幅逐渐减小；②随着波陡增大，透射系数先减后增；③随着水平板间距增加，透射系数增大；④随着防波堤相对板宽的增大，透射系数逐渐减小；⑤随着防波堤出水高度增加，透射系数先减后增。结果表明，该新型结构防波堤的消波效果显著，可以很好地消减波浪，应用前景良好。     

计算域中存在直立岛式结构物时波浪传播的数值模拟

针对计算域中存在直立岛式结构物的复连通区域，提出了岛体边界条件，利用缓坡方程建立了在计算域中存在直立岛式结构物时波浪传播的数值模拟模型。模型适用于变水深水域问题，克服了解析解只能适用于等水深水域的不足。直立圆柱和无穷小厚度岛式防波堤周围波浪传播的数值算例表明，数值解与解析解吻合良好，说明所建立的数值模拟模型能有效地模拟复连通区域内的波浪传播。矩形固定式防波堤周围波浪场的数值模拟说明该模型对工程实际有较强的适应性。     

气幕防波堤消波性能影响因素数值模拟研究

为研究气幕防波堤消波性能影响因素,将空气和水组成的两相流体处理为变密度单流体,通过UDF在连续方程中添加质量源项和动量方程中添加动量源项建立了气幕防波堤的数学模型,并将数值模拟结果与试验结果进行对比分析,二者具有较好的一致性,验证了气幕防波堤数学模型建立的合理性。以此为基础,对影响气幕防波堤消波性能的因素如入射波高、管道淹没深度进行了数值模拟计算,并通过分析、比较得出相关结论。这些结论对气幕防波堤的实际工程设计、施工等具有一定参考价值和指导意义。     

气幕防波堤消波性能数值模拟研究

该文将气液两相流看成是变密度单流体,以连续方程、雷诺平均方程和模型为控制方程,采用VOF方法追踪两相流界面,建立了气幕防波堤数值模型.基于Fluent软件平台,通过UDF在连续方程中添加附加质量源项实现了对气幕的数值模拟.数值计算得到的波浪透射系数同试验数据吻合较好.在此基础上讨论了入射波浪的周期和供气量等对气幕防波堤消波性能的影响.     

辽东湾区域性漂移海冰的SPH数值模拟

在海冰动力过程的数值模拟中引入SPH法，采用Hibler的粘塑性海冰本构方程，并考虑海冰的热力过程，对辽东湾海域区性漂移海水进行了96h数值模拟，计算结果与海冰的实际演化过程吻合，分析表明，海冰内力对冰速、冰厚和密集度的分布有较大影响，在区域性在海冰数值模拟中应予以考虑。     

地下隧道软土地层变形研究综述

在综述已有文献的基础上，将隧道施工引起软土地层变形的研究方法分为不考虑施工过程的方法和部分考虑施工过程的方法两大类．由施工中的观察结果提出的较为简单的经验公式及弹性、弹塑性和粘弹性解析解法是不考虑施工过程对地层变形的影响的，而各种数值计算方法以其灵活性在计算时可以部分考虑施工过程对地层变形的影响．由于隧道施工的复杂性及一些不确定因素的影响，要在理论分析中精确模拟施工过程还有一定的难度．文中论述了每类方法的最新研究水平及存在的问题，指出了尚需进一步研究的课题     

数字波浪槽在防波堤预设计中的应用

传统的以物理模型进行的防波堤断面实验被以计算机进行的数字波浪槽代替,边界造波为Bretschneider/Mit-suyasu波浪谱,防波堤断面根据海港水文规范(简称“规范”)设计。以改进的Boussinesq波浪方程,通过引入波浪反射项以数值模拟实现了波浪在水槽中传播的全过程。通过数值水槽获得了波浪在本文防波堤断面前0.45的反射系数,将数值模拟的结果和规范中的反射系数进行了对比得出,数字波浪水槽有满意的精度以及在规范中使用了一定的安全系数,表明数字波浪槽在防波堤的预设计中有重要作用。     

孤立波与碎石型防波堤相互作用的CFD-DEM数值模拟

该文基于计算流体动力学(CFD)与离散单元法(DEM)的基本原理,建立了CFD-DEM耦合数值模型。应用所建立的三维CFD-DEM耦合数值模型模拟了不同工况下孤立波与防波堤离散体相互作用的详细过程,验证了离散体颗粒之间的屏障效应和离散体结构受孤立波作用而产生变形的物理过程。模拟结果符合预期和物理规律,验证了该耦合数值模型的有效性及模拟精度。该CFD-DEM耦合数值模型可以为进一步研究波浪与离散体结构防波堤相互作用中结构的稳定性问题和水动力特性提供非常有效的研究手段。     

河道对爆破地震波传播规律的影响分析

跨河道传播爆破地震波的问题在水电工程建设中较常见,通过理论分析,计算了爆破地震波通过河道水体时的透反射情况,通过动力有限元数值模拟,讨论了河道内有水和无水两种情况下,地震波通过基岩传播引起的两岸地面质点及河道表面质点的峰值震速分布情况.通过数值模拟结果可知,在爆破地震波跨河道传播中,不考虑水体影响时岩体内各点的峰值震速较考虑水体影响情况下的峰值要大.理论计算结果和不考虑水体影响时的数值计算结果是偏于安全的.     

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。     

新型透空组合板式防波堤结构型式及消浪特性分析

为提高透空式防波堤的消浪性能并减小结构受力,在前人研究基础上提出了一种新型透空组合板式防波堤,比较分析了该型式的防波堤(模型c)与另外两种型式的防波堤(模型a和模型b)的结构特点。通过物理模型试验,探讨了模型c在不同影响因素下的消浪特性,并对比分析了模型a与模型c的透射系数、反射系数和能量耗散系数在不同相对堤宽下的变化关系,比较了两种模型的消浪效果。分析得出,由于模型c兼具开孔水平板式防波堤和开孔挡板式防波堤的作用,模型c的波浪反射小于模型a,消浪效果优于模型a,且模型c这种结构能有效减小防波堤结构受力;当模型宽度和相对间隙比同时较大时消浪效果更好,防波堤出水后的消浪性能要优于淹没状态下的防波堤。     

柔性浮式防波堤消浪特性研究

针对圆柱形柔性浮式防波堤的消浪效果展开断面试验研究,分析其在规则波和不规则波作用下的消浪特性。通过大量水槽试验给出了圆柱形柔性浮式防波堤透射系数、反射系数、衰减系数与锚固方式、试验水深、相对宽度的变化关系。研究结果表明:该结构形式的浮式防波堤对短周期波浪消浪效果明显,而对长周期波浪消浪效果不佳;锚固方式和水深对消浪效果的影响较小;相对宽度是影响消浪效果的主要因素。研究成果可为由该结构连接成的"V"形浮式防波堤的锚固方式和摆放角度的设计提供参考。     

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。     

V形贯底式防波堤上波浪作用力的解析研究

用解析方法计算V形贯底式防波堤在波浪绕射作用下周围流域任意点的速度势,研究波浪作用在V形贯底式防波堤上的波浪力。假定防波堤刚性、薄壁、不透浪、水深恒定。假想的圆柱面将整个流场划分为三个区域,分别在每个区域内将速度势用特征函数展开,然后在公共边界上按照速度连续,速度势连续的原则进行匹配,求得流域中任意一点的速度势和作用在V形贯底式防波堤上的总波力和总波力矩。数值结果给出了作用在防波堤上的波浪力随防波堤张角、入射波波长、入射角变化的曲线。结果表明:作用在V形贯底式防波堤上的波浪力与水深、防波堤的张角、入射波的波长等因素有关。     

波浪对圆柱外接圆弧型防波堤绕射的解析计算

在微幅波绕射理论的基础上,使用特征函数展开法,推导了圆柱外接圆弧型防波堤复合结构的水波绕射的解析解,并据此计算了该结构所受到的波浪载荷以及绕射波面分布。计算结果表明:与单一圆柱相比,外接圆弧型防波堤的存在可明显降低作用于圆柱的波浪载荷和圆柱表面的波浪爬高;采用外接堤表面密实或透空而内圆柱表面透空的结构形式可以取得圆柱防浪的较佳效果;结构透空系数、波浪入射角度、外接堤张角、外堤半径与水深比、水深与波长比等因素的变化对绕射波浪作用均存在一定影响。     

新型透空格栅板式防波堤消浪性能试验

为提高透空式防波堤的消浪效果,提出了一种新型透空格栅板式防波堤结构。通过水槽试验,分析了该防波堤的消波性能,探讨了上下层平板相对间距以及格栅板间隙比等参数对防波堤透射系数和反射系数的影响。结果表明,该结构防波堤消波性能良好,且防波堤出水状态下的消浪效果要好于淹没状态;随着相对板间距的增大,防波堤透射系数变小;上下层各格栅板间隙比为0.1时,防波堤的消波效果最佳。     

波浪荷载对半圆型潜堤作用的数值分析

基于动量源数值造波原理,运用Fluent软件模拟了半圆型潜堤表面波压的分布及变化规律,采用π定理分析了波陡、水深及波长对半圆型潜堤表面波浪力的影响,并通过统计潜堤表面各点所受压力（最大波压力与最小波压力的差值）最大值的分布,给出了半圆型潜堤表面压力最大值出现的位置及概率.分析结果表明,在水深较深时,波陡的改变会使波压力在堤顶至背浪侧发生明显变化;水深波长比的改变,会引起半圆堤两侧波压力不同的变化;波压力的最大值一般发生在堤顶处及其偏向背浪侧附近;半圆堤面上的动波压力最大值主要出现在两侧堤脚附近,随着波高的增加,堤面上各点的动波压力由近似对称分布向两侧受力不同转变.     

大直径薄壁圆筒直立堤变形机理分析

本文在对大直径薄壁圆筒直立堤变形特征详细调查的基础上,结合钻探、测量、水下检查及不利因素分析,对薄壁圆筒直立堤中部及拐角部位的变形特征和变形机制进行了研究,并结合变形机制确立了补救措施。研究表明:大直径薄壁圆筒的倾斜与筒内填料高度变化之间有着相互因果关系;中部圆筒变形是筒内填料原始缺失,抗倾能力低所致,回填筒内填料即可保障运行;拐角位置圆筒直立堤变形是因为该位置波浪作用大,抗冲刷能力低,导致堤前护坦石缺失、基床受损,圆筒产生变形后,顶部与圆筒结构相独立的胸墙在圆筒变形及重力的双重作用下产生了协调变形,修复堤前护坦石并柔性处理胸墙间接缝即可保障运行;该圆筒直立堤的变形均非破坏性的变形,在采取一定的补救措施后,即可抑制变形发展,保证圆筒直立堤正常运行。