椭圆余弦波作用下沙纹床面附近涡流运动特性

沙纹床面附近的涡动分离及其运动过程显著影响床沙的输运。该文采用Open FOAM开源程序包建立基于原始Navier-Stokes方程的三维数值模型,使用VOF方法追踪自由液面,利用k-ε湍流模型捕捉复杂的涡流运动,对波浪作用下沙纹床面附近涡流运动特性进行研究。结果表明,受沙纹床面的影响,波浪呈现非线性特征,波高增加、波峰尖锐,且相位有所滞后;一个波周期内涡动首先产生于沙纹背浪侧,并沿背水坡抬升至沙纹峰以上,继而向上游移动;上溯至最大位置后,在下一个波周期影响下转向下游移动直至完全耗散;受分离涡的影响,近底层流场极不稳定,但整体上一个波周期内逆波向流作用较大,这与涡流显著的上溯趋势相同;涡动上溯的最大水平距离ΔX随λ/a的增大而减小,而最大垂向距离ΔZ则无明显变化;上溯过程中旋涡中心点处的湍动能呈现减小趋势,其中ωt=150°之前减小速率较快而后有所减缓。     

波浪作用下沙纹上含沙量的时变特征

对规则波、不规则波和波群作用下沙纹峰上悬移质含沙量与波浪形态的关系进行了实验研究.结果表明:在规则波情况下的波峰和波谷时刻,含沙量都出现了相应的峰值,但波谷时刻对应的峰值要大于波峰时刻的峰值;在波群情况下,含沙量对于波浪的响应主要集中在波群周期上,在短波频率上所占分量很小.含沙量的时间平均值随着调制系数的增大而减小,但其波动部分的幅值是随着调制系数的增大而增大;不规则波情况下只在大波经过沙纹峰上的时刻,才有明显的泥沙悬移现象,含沙量主要是响应于波列中波群出现的频率,这表现在含沙量能量谱的峰值对应于波浪包络能量谱的峰值.实验结果也显示了波群和不规则波波高变化导致的泥沙悬移运动的滞后现象.     

分层流体中的椭圆余弦波

本文采用Friedrichs展开法导出了椭圆余弦波在分层流体中传播问题的解答,精度为σ的一次方。所得的结果表明:同分层流体中线性波传播一样,分层流体中的椭圆余弦波存在着两种可能的模态—快模态和慢模态,流体波动的水平流速与z无关,垂直流速为零,压力服从静压分布规律。另外,由本文结果还可求得两种极限情形—微幅波和孤立波在分层流体中传播的解答。     

椭圆余弦波爬坡与反射的解析研究

本文应用渐近匹配法对椭圆余弦波在中等陡度的岸坡上的爬高和反射进行了解析研究。给出了反射过程中内、外场波形及速度变化的解析表达,得到了坡面上水波最大和最小爬高的规律及它们出现的时间,并进而探讨了坡陡的影响。当波长无限增大时,该解析解收敛于孤立波的情况。这些新的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,在海岸防护和开发等工程领域中也具有现实的指导意义。     

椭圆余弦波与直墙的相互作用

本文基于椭圆余弦波理论研究了浅水立波对直墙的作用，并对工程常遇到的波浪范围进行了计算，为了检验理论成果，进行了模型试验，并根据试验结果修正了理论公式，为便于工程应用，拟合了适宜于设计者使用的经验公式。     

破碎波作用下沙坝附近悬浮泥沙浓度试验研究

岸滩中较大部分的侵蚀和淤积都集中发生在波浪破碎带,分析该区域的水动力特性有助于探寻沙坝附近悬浮泥沙变化规律。在波浪水槽中采用中值粒径为0.47 mm的原型沙铺设1：20坡度的底床进行了相关试验。试验结果显示：斜坡沙坝附近的悬浮泥沙浓度历时曲线呈倒“V”形分布,先增大再减小,最后趋于稳定;破碎带沙坝附近的悬浮泥沙浓度受波浪水深影响较大,并不随着波高的增大呈现规律性的变化;较小的沙坝顶悬浮泥沙浓度通常出现在入射波浪能量以及平均水流相对较小的波浪作用下;波浪相对平静期间,波浪流速的紊动强度较小,悬浮泥沙浓度较小。     

波浪作用下沙纹床面上底部剪应力的实验研究

在沙质床面上传播的波浪当其强度超过一定条件时,将使沙质床面的形态发生变化而形成沙纹床面,沙纹床面上的底部剪应力与平床面上的底部剪应力有不同的形成机理。而沙纹床面上底部剪应力的研究是波浪沿程衰减和输沙研究的基础。本研究成功地实测了沙纹床面上的底面剪应力,并根据实验成果给出了沙纹床面底部摩阻系数和剪应力的计算公式。     

江苏东台潮滩沙纹形态特征及其演变过程的数值模拟研究

主要研究了江苏东台潮滩下部沙纹形态特征及其主要影响因素。基于潮滩下部水深、流速、沙纹形态的观测及表层沉积物的粒度数据,分析了研究区沙纹形态特征及其与潮汐水动力条件、沉积物粒度间的关系。并建立了地貌动力学模型,模拟了不同沉积物粒度和不同水深变化条件下沙纹尺度(波长、波高)的变化和沙纹的演化过程。研究结果表明:潮滩表面主要形成尺度较小的不对称沙纹,其形态的主要影响因素是流速和沉积物粒度,在一定范围内,流速越大,沉积物颗粒越细,沙纹尺度越大。在一个潮周期内沙纹形态经历以下过程:平底→不对称性指示涨潮方向的沙纹→平底→不对称性指示落潮流方向的沙纹。     

同伦分析方法在椭圆余弦波相互作用上的应用

该文运用同伦分析方法求解Korteweg-de Vries(Kd V)方程,研究了两个椭圆余弦波相互作用时因共振引发的无穷奇点问题。通过选取合适的辅助线性算子和初始猜测解,简单高效地克服了因无穷奇点的存在而引起该问题求解上的困难。同时,通过对比相关研究中其他辅助线性算子和初始猜测解所获得的结果,验证了同伦分析方法在选取辅助线性算子和初始猜测解上具有自由性,并且发现在该文所选取的辅助线性算子和初始猜测解的条件下,波形函数的稳态级数解具有更高效的收敛性。     

椭圆余弦波对透空直立防波堤波浪力解析计算

根据椭圆余弦波理论与水波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了浅水区水波对透空防波堤的波浪作用,并取得了满足椭圆余弦波一阶分量边值问题提法的反射和透射波势的数学解。由此得出作用于直立透空防波堤的水平波浪力和力矩算式,并与浅水条件下的Airy波理论加以比较,说明浅水条件下椭圆余弦波理论更能反映非线性因素变化对波浪力及力矩的影响。     

波浪作用下饱和砂土孔压发展规律试验研究

利用空心圆柱扭剪仪和动单剪试验仪分别对饱和砂土进行了循环耦合剪切和动单剪试验,研究比较两种不同方法下,饱和砂土内部孔隙水压力发展规律及其差异。结果表明,两种孔压发展规律具有显著差异,且分别可以采用传统孔压增长模型和幂函数关系加以描述;空心扭剪试验中,双向动荷载的幅值比值λ对孔压增长具有显著影响,但对归一化孔隙水压力发展模式没有显著的影响;动单剪试验中,存在循环振次临界转换值,该值决定了孔压增加随动剪应力的变化趋势。     

波浪作用下双孔射流压强特性试验研究

管道污水向海排放是一种典型的射流运动形式。在射流前行的过程中,波浪所引起的水体往复运动明显制约了射流的形成与发展,射流与波浪的相互作用的研究相对较少。利用数字压力传感器对波浪作用下双孔射流进行物理模型试验研究,分析波浪作用下双孔射流横断面压强分布及轴线衰减规律。试验结果表明:波浪条件下双孔射流横断面压强分布规律与静水条件相似,但是波浪条件下的射流压强大于静水条件下的射流压强,波周期越大,压强峰值增加越大;双孔射流的发展经历了单孔主导、双孔射流间的吸附和混掺、合并等过程;单孔主导区,射流压强分布与静水条件相似;吸附和掺混区,各孔衰减呈现出差异,第1孔与单孔射流类似,第2孔压强衰减较第1孔小,合并区双孔射流已为一股射流,其水动力特性与单孔射流类似;波浪对双孔射流的混掺合并有促进影响,随着周期的增大这种促进作用有增强的趋势,波周期的增大也使得射流合并断面提早出现。表明波周期对射流压强特性有显著影响。     

风积沙路基压实特性试验研究

风积沙是沙漠地区路基的主要填料,其压实质量直接影响着公路的强度与稳定性。通过重型击实试验和振动试验并结合理论分析,研究了含水率、颗粒级配、振幅、振动频率、振动时间等因素对风积沙压实的影响规律,用以指导路基施工。同时试验方法不同,测得的最大干密度值存在差异,为了能用压实度合理评价路基压实质量,对试验适用范围进行了界定。     

小浪底水库深水抽沙操作技术研究

高含沙水流远距离管道输送试验中,深水抽沙技术是关键技术。为了进行水下抽沙试验,改进研制了满足深水库区抽沙要求的深水抽沙泵,并在小浪底库区进行了深水抽沙试验。结果表明:深水抽沙泵入水时要把水下胶管、水枪胶管和电缆一起固定在卷扬机钢丝绳上,以防止水下胶管滑落和缠绕;水下抽沙时要先开启高压水枪再开启抽沙泵,在抽沙的过程中要时刻关注各仪表数据,据此调整抽沙泵的高度,控制含沙量大小;抽沙结束后,需要将泵提至清水层抽清水冲洗输沙管道,直到符合停泵要求时再关闭抽沙泵。     

斜拉桥单塔结构在波浪作用下的数值模拟与试验研究

为了更准确的得到斜拉桥单塔结构的群桩承台基础上的波浪力,采用CFD方法,依据Stokes二阶波理论在FLUENT中运用边界造波法进行造波,数值模拟波浪作用下斜拉桥单塔结构的桩和承台上的一些点的动水压力,将这些动水压力与试验测得的动水压力进行对比,验证了CFD方法在模拟群桩承台结构波浪力方面的有效性。用有限元软件ANSYS建立斜拉桥单塔结构有限元模型,分别对结构的加速度、位移、应力结果进行分析。将数值模拟的加速度与试验加速度对比分析,验证了将点的动压转化为波浪集中力及施加到有限元模型上的方法是合理的。对位移和应力分析可知,斜拉桥单塔结构在波浪作用下是安全稳定的,与试验观测到的现象相一致。     

爆炸压实饱和砂土的试验研究

 根据深层药包爆炸压实试验的实测资料,本文论述了饱和砂爆压过程的基本特性及其压实机理,总结了砂体内爆炸压力、质点振动加速度及超孔隙水压力的作用规律,同时提出了较合理的压实参数实用公式。     

粉质砂土的土-水特征及一维应力变形试验研究

浅层非饱和土的力学特性与其土-水特征密切相关,研究自重应力作用下土体的土-水特征曲线及一维应力变形对于边坡、基坑等工程的稳定性分析具有重要意义。采用应力相关的压力板仪对西南某地区的粉质砂土进行了干燥试验及k₀固结试验。结果表明:在较低的竖向应力状态下,应力大小变化对粉质砂土的土-水特征曲线影响不大;在一定的净竖向应力状态下,粉质砂土的体积应变随吸力的增加呈线性增大;在一定的吸力状态下,粉质砂土的k₀固结变形是非线弹性的,净竖向应力越大,土体的体积应变越大,孔隙比越小。     

波浪对三维浮体的二阶作用

本文通过求解二阶势的方法对波浪与任意形状三维物体的相互作用问题做了研究，波浪运动的二阶势应用高阶边界元方法进行计算，为了高阶边界元法的应用，本文给出了一个无速度势二阶空间导数，无奇异积分的新的积分方程。     

随机荷载作用下饱和松砂的动力特性试验研究

随机波浪荷载是海洋结构物设计中需考虑的主要荷载,根据波浪的特点,采用线性波浪叠加法生成随机波,形成随机加载序列。应用CKC多功能应力路径三轴仪在不同围压下,分别对饱和松砂试样施加随机荷载和相应的代表波荷载,通过正序和逆序随机加载研究随机荷载波形对砂土动力特性的影响。研究结果表明,与代表波荷载相比,砂土在随机荷载作用下孔隙水压力和轴向应变的变化模式不同,试样达到液化的时间明显减少,随机波正序和逆序加载对于砂土动力响应的影响不大。更多还原