无防护管袋堤坝在波浪作用下的稳定性试验

试验研究了在波浪及水流作用下无防护管袋堤坝的稳定性，试验中无防护管袋堤坝模型的坝高分别为12cm，18cm，24cm；斜坡坡比分别为1.25，1.5，2.0，2.5；波陡分别为1/20和1/25。研究了波浪作用下无防护管袋堤坝所受堤前波压力、管袋底上抬波压力与波高、坡比及波陡间的相互影响关系，观察了波浪作用下无防护管袋堤坝位移的产生及发展，得出了各工况下无防护管袋堤坝失稳的临界波高。     

扁平管袋堤坝在波浪作用下稳定性试验研究

我国的河口及海岸防护工程、围海造陆工程等已广泛采用扁平型充填管袋筑堤技术,而国外采用的是圆形管袋.不同断面型式的管袋在波浪作用下其失稳的机理不同,当前扁平型充填管袋堤坝工程鲜有可以依据的设计准则.为此,模型试验主要对波浪作用下无防护扁平管袋堤坝的稳定性进行了研究.试验中无防护扁平管袋堤坝模型的原型坝高为4.2、6.3、8.4 m,顶宽5.25 m,管袋堤坝边坡坡比为1.25、1.5、2.0、2.5.研究了扁平型管袋堤坝失稳时的临界波高,提出了波浪作用下管袋堤坝的稳定公式,并对其进行了比较分析,可为扁平型充填管袋堤坝工程设计提供设计依据.     

植物护岸对波压力的影响试验研究

在堤外滩地上合理地种植适生植物能够起到保护岸滩、消减波浪的作用,是一种有效的生物护岸形式。该研究采用规则波和不规则波模拟河道中的波浪,通过不同滩地水深、不同波高和不同种树带宽度的组合试验,系统分析了防浪林宽度、滩地水深、浪高、波长等因素对刚性树干和带有柔性枝叶的模型树模拟堤外滩地防浪林消浪的影响,以及波高、最大波压力、波浪爬高及堤前底部波浪流速的分布规律; 该文重点研究植物护岸对最大波压力的影响。试验表明:在滩地上种植防浪树可以大大消减波浪能量,降低波浪对大堤的冲击力,从而起到保护堤岸的作用。     

斜坡堤堤心石尺寸对波浪传播影响的试验研究

采用典型斜坡堤断面结构,试验研究了不考虑越浪情况下不同尺寸堤心石对斜坡堤堤后波浪传播的影响,讨论了堤心渗透引起的波高及其与入射波要素和堤宽等因素的关系,给出了采用不同尺寸堤心石时堤后波高传递系数与无因次水动力参数和堤心结构B/D之间的经验公式.试验结果表明,不同尺寸堤心石对波浪传播的影响是显著的.     

孤立波作用下斜坡堤越浪量的实验研究

为了研究海啸等浅水大波对海堤等海岸结构物的作用,采用孤立波作为输入波形,在波浪水槽中进行了孤立波在斜坡堤上越浪过程的系列实验。通过物理模型实验,获得了孤立波作用下斜坡堤越浪量的测量结果,并基于PIV方法测量得到的海堤越浪流速度场计算了越浪量。以堤顶相对超高和来波相对波高为无量纲参数,基于越浪量实验数据建立了斜坡堤上孤立波越浪量的经验预报公式。孤立波堤顶越浪流的PIV测量结果表明,在实验工况条件下越堤流流场可近似为几乎平行的流动;基于PIV测量结果得到孤立波越浪量与越浪量的直接测量结果一致性较好。对简单斜坡堤而言,无量纲的孤立波越浪量随来波相对波高的增大而增加,随着堤顶相对超高的减小呈指数增大。     

V形挡板式透空堤后的波高分布数值分析

该文基于有限体积法开源软件OpenFOAM,求解不可压缩流体的连续方程和Navier-Stokes方程,建立了V形挡板式透空堤的波浪透射、绕射和越浪的三维数值波浪水池模型。控制体采用三维长方体,结构物周围进行了网格加密。在将数值计算结果与实验结果比较后验证了数学模型的准确性基础上,对60°夹角V形挡板式透空堤后的波高分布进行数值模拟,分别计算了竖板顶部高出静水面时仅有透浪和竖板顶部位于静水面时透浪加越浪情形下,相对水深d/L对V形挡板式透空堤后波高分布的影响。计算结果表明:仅有透浪情形,相对水深对V形挡板式透空堤后的比波高分布有较大的影响,V形挡板式透空堤对较短周期的波浪有较好的掩护效果。对比竖板相对入水深度t/d相同时仅有透浪和透浪加越浪情形,可见竖板顶部的越浪量主要影响堤后竖板附近区域的波高分布。     

重力式沉箱防浪墙型式对顶部越浪量的影响

随着我国沿海港口建设的不断发展,防波堤的越浪量及其产生的堤后次生波高成为影响港内泊稳条件的重要因素。本文针对福建省某一级渔港防波堤工程,采用1:36正态物理模型,进行了波浪断面物理模型试验。试验模拟了各种潮位、不规则波条件下重力式沉箱防波堤与波浪的相互作用,测量了不同重力式沉箱防浪墙型式在各级水位及相应100年一遇和50年一遇波浪作用下的堤顶越浪量和堤后次生波高,对原设计方案进行了优化,供今后的工程设计借鉴。     

单坡堤上不规则波越浪量的估算

通过对影响单坡堤上不规划波越浪量的主要物理因素的分析，根据模型试验结果，讨论了各相关因子对越浪量的影响，从而可由波浪特征值及建筑物形态来确定越堤水量。     

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.     

管袋结构在波浪作用下的稳定尺度试验

针对土工管袋结构在波浪作用下的变形分析,试验采用堤体模型高度D_c ＝50 cm,分别测得40cm和47cm两种堤前水深下的临界波高值范围,同时观察和记录在临界稳定状态下管袋的具体位置和长度l。通过抗滑和抗倾覆稳定公式计算出管袋在相同波浪条件下以及在结构中同一位置处保持稳定所应具有的理论长度,最后通过对两者的分析比较给出结论和建议。     

波浪作用下抛石堤的稳定性及消浪特性

波浪作用下抛石堤的稳定及消浪效果的确定是生产上迫切需要解决的问题。我们进行的试验,除通常所考虑的波高、波长、堤前水深和堤坡坡度等因素外,还考虑了静水位到堤顶的高度及堤顶宽度的影响,所得结果可用于出水堤(包括越浪与不越浪)和潜堤的稳定及消浪计算。     

异质潮滩波浪衰减特性研究——以长江口崇明东滩为例

为研究不同底质潮滩对波浪衰减的影响,在长江口崇明东滩南北两侧光滩,对潮滩波浪和底质特点展开了现场观测.结果表明:潮滩沉积物组成对波浪衰减有显著影响,淤泥质潮滩对波浪的衰减作用要大于粉砂质潮滩.水平方向上,淤泥质潮滩波能密度、平均波高和有效波高的衰减率分别为0.27 ％/m、0.12％/m、0.12％/m,粉砂质潮滩相应衰减率分别为0.18％/m、0.09％/m、0.08 ％/m,前者衰减率是后者的1.4倍;垂直方向上,淤泥质潮滩波能密度、平均波高和有效波高的衰减率分别为1.95％/cm、0.84％/cm、0.83 ％/cm,粉砂质潮滩相应衰减率分别为0.65％/cm、0.30％/cm、0.30％/cm,前者衰减率为后者的2.9倍.波浪高频部分的衰减率大于低频部分,相对波高值(平均波高/水深)越大,波浪衰减越强.     

防波堤透浪特性的研究

用大尺寸块石或人工块体建筑的斜坡式防波堤是港口工程中常用的一种形式。有时在防波堤一侧直接修筑码头,在这种情况下,不允许波浪从堤顶越过。由于堆石堤孔隙很大,波浪能量容易通过堤身将部分能量传递到堤的另一侧,这部分能量将产生一个新的波浪。 波能量在堤身内传递,工程上所关注的是波能量的传递规律,也就是波浪的衰减规律。若原始波高为H_0,传过堤身到达另一侧的波高为H,K_t=H/H_0称为透浪系数,K_t的大小直接与堤身尺寸和块石直径有关。     

沿直立堤外侧波高分布

直立堤在波浪作用下,由于入射波,反射波与散射波迭加,在堤前形成短峰波,使堤外侧波浪力分布不均匀,从而引起灾害。现行《港口工程技术规范》对此未作规定。本文参照Sommerfeld绕射理论,导得沿直立堤外侧规则波的干涉波高与入射波高之比的简化公式,给出干涉波高极大值及其发生的位置。结合随机波理论分析,用光易谱、会战谱计算了沿直立堤的不规则波波高分布。计算表明,不规则波沿堤波高分布较规则波高分布均匀,工程设计如采用规则波计算沿堤波高分布,必须考虑散射波的影响才较为安全。     

斜坡堤护面稳定性的试验研究

为了验证某港口防波堤护面的稳定性,在港池内对堤头和附近堤身建立物理模型,通过波高采集装置得到工程区域的特征波高分布,用目测观察法计算不同区域斜坡堤护面块体的失稳个数并描述越浪情况。结果表明:四角锥体护面块体在斜向波入射时,其稳定性较波浪垂直入射要好,堤身满足稳定性要求,该物理模型较好的反应了波浪对结构物影响的实际情况。根据试验结果在原设计方案的基础上进行优化,通过试验验证得到优化方案符合工程要求,优化方案可行。     

潜堤上波浪传播过程数值研究

以RANS方程结合Level-Set方法为研究基础,采用五阶WENO有限差分格式进行空间离散、三阶TVD Runge-Kutta格式进行时间推进、Level-Set方法追踪波浪与空气间自由面以及解析松弛法来实现数值水槽中的造波消波,建立了一种求解潜堤上波浪传播问题的数值计算模型。选取经典的潜堤上波浪传播物理试验模型对数值模型进行了验证,水位计算结果与试验值吻合较好。进一步研究了波高、潜堤顶部淹没深度以及潜堤坡度等参数对潜堤上波浪传播过程的影响。结果表明:波高越高、淹没深度越浅、潜堤向波坡度越小,波浪受浅水作用越明显;潜堤背波坡度越小,波浪受反浅水作用稍大,但并不明显。     

管袋坝袋间接缝侧壁损漏冲刷模型试验

针对管袋内充填砂从管袋侧壁缺损处外漏流失问题,采用自行研制的管袋坝袋间接缝侧壁损漏冲刷稳定性试验研究装置,进行了单向流和波浪作用下管袋坝袋间接缝侧壁损漏冲刷试验,总结了冲刷过程及接缝管路内砂颗粒的运移规律,并分析了单向流工况下破损口大小对冲刷稳定性的影响。结果表明:单向流工况管袋坝袋间接缝侧壁损漏冲刷稳定性与最粗砂颗粒的起动流速、接缝内水流流速及破损口大小有关,破损口越大、水流流速越大、最粗砂颗粒起动流速越小,越容易发生冲刷破坏;波浪工况下,选择临界峰值水压力作为管袋坝袋间接缝侧壁损漏冲刷稳定性的判定指标,通过比较实际工程中管袋坝接缝所受峰值水压力与临界峰值水压力可以判断波浪工况下的冲刷稳定性。     

斜坡堤砌体护面在波浪作用下稳定性的试验研究

本文根据对斜坡堤铺砌块体护面上法向波浪反压力的试验研究,分析了斜坡上最大反压力包络图,指出护坡块体失稳首先发生在破碎水深与打击点之间,该处法向波浪反压力最大。文中探讨了波高、波坦、相对水深、堤坡坡度等参数对该包络图图形的影响;反压力与波面的相位关系等。根据测试数据,应用数理统计方法,给出了反压力包络图的经验表达式和护坡块体最不利受力区域的范围。     

考虑绕射效应的沿堤波浪力波动分析

回顾了波浪绕射的理论基础,提出了等水深单突堤的总波浪力相位差修正公式,结合绕射效应解析解和波压计算方法,探讨了波高和波浪力的沿堤波动.分析结果表明,波高沿堤波动导致波浪力沿堤也呈正弦形式的周期性衰减,这正是蛇行破坏现象的内在原因.当不考虑堤后绕射波影响时,堤头附近水平波浪力最大峰值约为立波时的1.2倍,当考虑堤后绕射波影响时,最大峰值可达1.4倍以上.这表明立波系统只是一种总体平均情况,考虑到波浪力的沿堤波动,工程中应加强局部重点堤段的防护.     

单坡堤上不规则波越浪量的估算

通过对影响单坡堤上不规则波越浪量的主要物理因素的分析，根据模型试验结果，讨论了各相关因子对越浪量的影响，从而可由波浪特征值及建筑物形态来确定越堤水量。