基于RANS方程的海堤越浪数值模拟

基于FLUENT商业化软件,以RANS方程为控制方程,基于有限体积法,采用k-epsilon湍流模型,运用一种“解析松弛”方法实现了适用于VOF方法的数值源造波技术。在该数值波浪水槽中对规则波在不可渗透简单斜坡堤上越浪过程进行了数值模拟,将越浪量计算值同物理实验结果及基于非线性浅水方程的数值结果进行了比对。结果表明：该数值模型能够较好地复演海堤越浪过程,同基于非线性浅水方程的数值结果相比,能更有效地模拟含有强烈卷吸、射流和破碎的海堤越浪问题。     

大亚湾石化海堤波浪越浪量及稳定性物理模型试验研究

通过物理模型试验,测试了大亚湾石化区已建4类海堤（ A类、 B1类、 B2类、 C类）断面在不同潮位的波浪作用下所产生的爬高及越浪量,同时验证海堤迎浪面护面块体的稳定性,为海堤设计提供了技术依据。     

海堤波浪爬高计算分析与越浪设计准则探讨

用国家堤防设计规范和欧美最广泛认可的van der Meer提出的斜坡复式海堤波浪爬高计算方法,对一系列工程实例计算对比之后,分析了有关影响因素,提出了对后者的修改和使用意见：对用van der Meer法计算的越浪量,与有关实验结果作定性对比分析,提出斜坡复式海堤越浪量计算中存在的问题和对有关公式的修改建议。相关分析表明,从海堤越浪安全和工程建设的角度看,现行规范规定的允许越浪或不允许越浪设计准则不够科学,应根据结构防护和功能要求直接以控制越浪量为设计准则。     

斜坡式海堤越浪量与堤顶最大打击力的试验研究

本文通过水槽模型试验，针对斜坡堤带挡浪墙，得到越浪量、堤顶最大打击力与波要素的经验公式，该公式适用的波要素范围较已有众多公式广，同时在内坡以干砌块石护面情况下，获得内坡的允许越流量。     

规则波中弧形返浪墙的非线性水动力载荷数值模拟

运用基于FLUENT软件平台的二维数值波浪水槽,采用流体体积(VOF)方法处理波浪自由面,应用"解析松弛"方法实现了数值造波-消波。模拟规则波下不同返浪墙断面形式情况下的流场和水动力。应用直墙驻波理论解和物理模型试验结果验证了数值波浪水槽的可行性。比较波浪力的数值模拟与物理模型试验结果可以发现,水动力冲量的均方差小于水动力最大值的均方差,且水动力冲量的误差也小于水动力最大值,说明以冲量作为特征量能更好地描述水动力载荷的变化。在给定堤顶超高的条件下,不同堤脚超高和弧形返浪墙高度的组合对越浪量有明显影响:低弧趾超高和大半径弧面组合有利于降低越浪量,但水动力载荷也较大;高弧趾超高和小半径弧面组合越浪量较大。     

海堤波浪越浪量常用计算方法评述

允许越浪的海堤设计理念逐步被设计人员接受,越浪量直接影响到海堤堤顶高程及堤身的稳定,该文将国内外常用的计算越浪量方法做了简要的分析和总结,探讨其应用范围及其局限性.     

大亚湾区海堤加固达标工程波浪越浪量优化试验研究

结合大亚湾区石化段A(海堤长1 436.28 m,迎浪面坡比1∶1.75)、B(海堤长5 638.31 m,迎浪面坡比1∶1.5)和C(海堤长955.28 m,迎浪面坡比1∶2.5)3种类型现状海堤断面的波浪越浪量研究成果,通过物理模型试验研究分析了B、C类海堤断面加固方案在不同潮位波浪作用下的波浪爬高及越浪量,验证了海堤迎浪面护面块体的稳定性,试验成果可为海堤设计提供相关的技术依据。     

高滩陡坡地形下电力设施海堤的越浪量试验

以浙江舟山某海岛高滩陡坡地形下的电力设施海堤为例,通过物理模型试验,分别研究了平台宽度、平台超高、防浪墙高度对海堤越浪量的影响,并采用方差分析法进行了敏感性分析。结果表明:平台超高对越浪量的影响最为显著,防浪墙高度次之,平台宽度影响最小;无量纲形式下的越浪量随防浪墙顶超高的增大呈现较明显的指数递减关系。据此提出了电力设施海堤防浪结构的合理设置方式。     

不规则波在一种复杂断面海堤上越浪的数值模拟研究

以不可压缩黏性流体的Navier-Stokes方程为控制方程,利用VOF方法追踪运动的自由表面,建立了立面二维数值波浪水槽。基于经典溃坝算例验证了数值模型的可靠性,然后采用动边界造波技术生成不规则波浪,对复杂断面海堤上的不规则波越浪进行了模拟和分析,计算结果与实验结果符合。     

海堤工程立体组合消浪关键技术及应用

为了更科学的优化海堤抵御波浪破坏的技术方法,并提升海堤生态与景观功能,研发了一种采用混凝土扭王字块体、混凝土四脚空心块体、钢筋混凝土栅栏板、反弧型防浪墙等消浪防浪体的优化组合技术,在考虑波浪的大小及运动轨迹特点的基础上,在坡面的不同位置设置不同的消浪块体,充分利用每种消浪块体的特点,提高海堤结构经济性和安全性,达到更好的工程应用效果,并通过应用案例验证了设计采用的立体组合式消浪体系,不仅保证岸线景观效应,更具有良好的消浪效果,有较高的实用价值,为类似工程提供了有益参考。     

滑坡涌浪传播及翻坝过程数值模拟

将滑坡体概化为滑块,并给定其水下运动规律,利用UDF自定义函数对Fluent进行二次开发,模拟了滑块入水产生的涌浪性质,并分析了涌浪首浪传播及翻坝过程。仿真结果表明:若将滑坡概化为滑块,在给定水下运动形式下,产生的涌浪性质与孤立波类似,即涌浪只影响水面以下一定范围,对水底影响不大;涌浪顺水流方向的运动对动压起主要贡献;首浪在传播过程中涌浪波幅会减小而波宽会增大,且波高沿着传播方向其衰减速率在逐渐变小;滑块排挤的库区水体体积小于自身体积;小体积的滑坡对大库容的水库影响程度很小。对比分析不同体积滑坡激发涌浪翻坝的过程发现,滑块体积越大,激发的涌浪传播速度越快,高度越高,形成的翻坝流量越大,对下游的危害性越大。     

NUMERICAL SIMULATION OF TWO-DIMENSIONAL OVERTOPPING AGAINST SEAWALLS ARMORED WITH ARTIFICIAL UNITS IN REGULAR WAVES

A new mathematical model for the overtopping against seawalls armored with artificial units in regular waves was established. The 2-D numerical wave flume, based on the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations and the standard k-ε turbulence model, was developed to simulate the turbulent flows with the free surface, in which the Volume Of Fluid (VOF) method was used to handle the large deformation of the free surface and the relaxation approach of combined wave generation and absorbing was implemented. In order to consider the effects of energy dissipation due to the armors on a slope seawall, a porous media model was proposed and implemented in the numerical wave flume. A series of physical model experiments were carried out in the same condition of the numerical simulation to determine the drag coefficient in the porous media model in terms of the overtopping discharge. Compared the computational value of overtopping over the seawall with the experimental data, the values of the effective drag coefficient was calibrated for the layers of blocks at different locations along the seawalls.     

孤立波爬坡，漫顶以及再生的数值模拟

本文用数值模拟的方法对孤立波翻越倾斜坡岸的全过程进行了研究.计算过程稳定,同Hall&Watts和NicholasDodd的实验结果吻合良好,某些情况下比NicholasDodd方法更接近实测值.能很好地模拟出波浪爬坡,漫顶以及越过物体后再次形成波浪的全过程.     

斜坡式海堤结构尺度对越浪量的影响研究

为系统研究坡式海堤结构尺度对越浪量的影响,开展了相关波浪水槽试验,在观察越浪量试验现象的基础上,分别研究了斜坡坡度、防浪墙顶超高、防浪墙高度对斜坡式海堤越浪量的影响。结果表明:防浪墙顶超高对越浪量的影响最为显著,越浪量随防浪墙顶超高的增大而减小,且减小趋势随之变缓,无量纲形式下的越浪量随相对防浪墙顶超高的增大呈现较明显的指数递减关系;随着斜坡坡度的增大,因斜坡面上损耗能量的增加大于反射能量的减少,越浪量总体呈现减小的变化趋势,斜坡坡度对越浪量的影响不及防浪墙顶超高;防浪墙顶超高一旦确定,防浪墙高度对越浪量的影响相对较小。     

堰塞坝漫顶溃决试验及相关数学模型研究

针对当前堰塞坝溃决试验粒径取值偏低和粒径相差不大的现状,采用两组粒径差别明显的砂样进行了堰塞坝垭口漫顶溃决试验。试验表明,同条件下粗、细两种颗粒坝体的溃决现象有着较明显的不同。垭口挡板提起后,细颗粒坝体以下切侵蚀为主,冲刷强度比较剧烈,坝体较容易发生溃决;而粗颗粒坝体则是以渗流出流形成的溯源冲刷为主,冲刷强度较低,溯源面逐渐向上发展,只有当其发展到垭口下端附近时坝体才有可能迅速发生溃决。试验还发现,下游坝坡对溃决过程的影响比较显著,坝坡越陡,坝体越易溃决,溃口的平均展宽速率也越大。此外以deVries输沙率公式为基础建立了具有物理意义的概念性溃口出流计算模型,并采用试验实测数据对该模型进行了验证,结果表明该模型具有良好的适用性。     

孤立波翻越防波堤流动的湍流数值模拟

应用湍流数学模型和流体体积法模拟孤立波翻越防波堤的流动和自由表面变化。数模成功地再现了波浪涌顶和喷射、射流入水、自由表面破碎和漩涡产生等复杂流动过程,并获得了孤立波翻越防波堤时的压力分布。     

黏性波浪场与半潜平台相互作用的数值模拟

以N-S方程为控制方程,采用动量源方法,结合追踪自由面的VOF方法,基于FLUENT求解器,建立了同时具有造波和消波功能的数值波浪水槽.利用该数值水槽对黏性波浪场与半潜平台的相互作用问题进行了数值模拟,获得了黏性波浪场作用下半潜平台水动力载荷及其立柱表面波浪爬高的时历特性.研究表明,利用所建立的数值波浪水槽来研究黏性波浪场与深海平台非线性相互作用是一条有效的途径.     

土石坝漫顶破坏溃口发展数值模型研究

我国已溃决土石坝中由于漫顶破坏而造成的比例高达50%以上,因此,开展土石坝漫顶溃决机理和溃口发展过程研究,正确预测溃口流量过程线及溃坝致灾后果很有必要.本文首先根据现场溃坝调查资料和大型溃坝试验结果,研究分析了土石坝的溃决机理和溃决过程,在此基础上提出了一个描述土石坝漫顶破坏溃口发展过程的数值模型.该模型采用高速水流泥沙输移公式来计算溃坝水流对溃口纵横向的连续冲蚀;采用溃口边坡稳定性分析来模拟边坡失稳坍塌所引起的间歇性横向扩展;通过楔块体力的平衡计算来模拟坝体突发性崩塌所引起的溃口增大现象;通过下游坝体冲槽和坝顶溃口流量平衡来建立两者发展过程的相互影响.最后利用该模型计算分析了板桥水库土石坝发生漫顶溃决的溃口发展过程及溃口流量过程线,模拟结果与实测资料基本一致,从而证实了该模型的合理性.