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。     

风成沙纹形成过程模拟与形态分析

通过简单的跃移模型、蠕移模型和稳定模型对风成沙纹的形成过程进行了二维数值模拟研究。模拟结果表明沙纹波长和波高与床面蠕移沙粒的移动距离成正比，沙纹的波高随着床面的冲击密度的增加而增大，沙纹的稳定形态与蠕移距离大小有关。     

某工程堆石坝施工期砾石土心墙孔隙水压力与土压力分析

土石坝在施工过程中会在大坝心墙中产生超静孔隙水压力。坝体内部超静孔隙水压力的存在,导致心墙有效应力降低,从而影响心墙防渗结构的稳定性,在施工期产生的超静孔隙水压力幅度及消散对大坝的初蓄和运行安全有着重要的影响。结合某工程心墙监测资料,本文分析了地下水和施工填筑进度对心墙内土压力及孔隙水压力的影响,坝体内的高孔隙水压力对大坝的稳定性和安全性会产生重要影响。因此,加强施工期及初蓄期孔隙水压力及土压力的监测与对比分析工作,对指导施工与设计,保证大坝的安全具有重要意义。     

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。     

侵蚀基准面下降对弯道河床演变的影响

概化设计了一在出口处布设有高度可变的拦沙坎的弯曲河道模型,利用声学多普勒流速仪和数字波高仪测得13个特征断面的瞬时流速与瞬时水位数据,依托激光扫描技术获得试验床面的精确数字高程,以此来探讨侵蚀基准面下降对弯道河床演变的影响。结果发现：粗化层对河床有一定的保护作用,当侵蚀基准面小幅下降而导致流速小幅增大时,粗化层的保护作用可一定程度地抵减流速的增量,减弱甚至避免水流对河床的冲蚀;当侵蚀基准面下降幅度较大时,河床会被全局冲蚀,但各局部的被冲蚀程度并不相同,其中过渡段主流带的被冲蚀程度较小,弯段凹侧主流顶冲区的被冲蚀程度较大;越靠近侵蚀基准面的区域,侵蚀基准面的下降越易增强该区域的水流强度,越易使该区域的河床被冲蚀;在侵蚀基准面下降幅度较小且槽底未见裸露的情况下,连续弯道完整周期的床面高程频率分布总体上接近于正态分布,但若从细节上看其分布具有双峰特征;双峰特征为半周期床面高程频率分布所特有,完整周期床面高程频率分布的双峰特征只是半周期床面高程频率分布双峰特征叠加的结果;当侵蚀基准面下降至槽底时,主流顶冲区的槽底会严重裸露,连续弯道完整周期的床面高程频率分布仍具有双峰特征,但其总体形态已明显偏...     

波浪作用下半圆型防波堤及其地基动力响应的数值模拟

防波堤和地基在波浪作用下的动力响应分析需要考虑波浪-海床地基-防波堤的相互作用。该文在通用数值分析软件ABAQUS的动力显式分析框架中,利用其自带的光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟波浪与海床地基和结构的相互作用,通过二次开发,引入了求解饱和土动力固结方程的位移-孔压耦合单元,模拟海床地基中超静孔隙水压力生成、扩散和消散过程,使得ABAQUS可以进行波浪-地基-结构的动力相互作用求解。并以长江口深水航道治理二期工程为例,建立了半圆型防波堤及其地基在波浪作用下动力响应的数值分析模型。首先,通过对室内模型试验的模拟对比,验证了数值模型的可靠性;然后,通过不同工况下的数值模拟计算,分析半圆型防波堤及地基动力响应的特点和规律。数值分析表明：防波堤受到的最大水平力和垂直力不会同时出现,存在一定的相位差;防波堤受到的波压力随水深的升高而减小,随波高的增大而增大;地基土体的超静孔压随着波高的增大而增大,随水深的升高而减小;防波堤的沉降随波高的增加而增大,随水深的升高而减小。     

海岸底床剖面演变模拟与分析

近岸水下沙坝的位置与高度是河口海岸底床变化的主要原因,波浪与地形之间的耦合与反馈造成了沙坝向海连续迁移。使用LITPACK的添加模块LITPROF模拟沙质海岸剖面形态变化主要是沙坝的形成与迁移,通过模拟不同波浪入射角及剖面坡度对沙坝形成与迁移的影响,得出沙坝主要在波浪破碎点处形成,波浪入射角增大,沙坝离岸迁移越快;底床坡度越陡,沙坝产生与迁移越快,岸滩变形也越大。     

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。     

风浪作用下库岸孔隙水压力响应试验研究

大多数水库都存在库岸坍塌问题,库区风浪波高明显高于成库前,风浪对库岸边坡稳定具有重要的影响.采用线性波和椭圆余弦波进行波浪水槽试验.结果表明,库岸内孔隙水压力随着波高、周期、水深的增大而增大,孔隙水压力沿库岸水平和垂直方向衰减速率不一致,浅层衰减较快,深层衰减较慢或已趋于稳定;黏土库岸浅层相应位置的孔压比沙土中的大,沿深度方向黏土中的孔压衰减较快,沙土库岸底层中相应位置的孔压比黏土中的大;沙土库岸内,线性波作用下孔隙水压力较大.不同波况作用下,孔隙水压力差值随波高增大而减小,随周期增大而增大,随水深增大其变化很小.     

椭圆余弦波作用下沙纹演化的试验研究

在波浪水槽中对椭圆余弦波作用下沙纹形成及动力机制进行试验研究。采用不同粒径(0.16mm、0.4mm、1mm)的3种非粘性泥沙在相同的条件下进行试验,随着粒径的增大,泥沙越难起动,观测范围内的沙纹个数也越多,相应的尺度越小。对粒径为0.4mm的泥沙进行研究,得出沙纹波长、波高与时间成正弦周期关系。对比平底和沙纹波谷的近底剪应力,沙纹波谷处的剪应力是平底时的1.4倍。沙纹的成因不单是水流与泥沙相互作用的结果,其周期性还受反射波的影响。沙纹波陡与波浪水质点近底床水平运动方向的轨迹直径、波浪流的无量纲切应力等呈函数关系,其对称性与波浪的底部质量输移速率和水质点近底床的水平方向运动速率的比值有关,随着比值的增大,沙纹的不对称性增大。     

Experimental research on unstable movements of sandbars under wave actions

This study is motivated by recognition of complex sandbar evolution patterns under wave actions inside the surf zone. A series of physical model experiments were conducted in a wave flume to investigate sandbar migration under various wave conditions, including wave groups, regular waves, and random waves. It was observed that under certain wave conditions sandbars move alternately shoreward and seaward rather than continuously in the same direction. The measurements show that the unstable movement of sandbars is closely related to the amplitude modulation of waves. Smaller amplitude modulation tends to produce more intense unstable bar movements. Data analysis further shows that the sandbar migration does not seem to be a passive response of the sea bed to wave forcing, but is most likely caused by the feedback interaction between waves and bed topography.     

极平缓岸坡上的底部波能损耗

本文分别分析与计算了波浪在粉沙质海床、沙纹海床和淤泥质海床上传播时波高的衰减。研究表明，波浪在粉沙质海床上传播的渗透损耗可以忽略不计；波浪在沙纹海床上传播的底摩阻损耗比平滑粉沙底床上传播的损耗大，前者的摩擦系数约比后者值大一个数量级。波浪在淤泥质海床上传播的能量损耗最大，其损耗机遇也很复杂。为了便于比较，将波浪在淤泥质海床上的衰减换算成等价摩擦系数。并运用宾汉模型和波浪作用通量守恒原理计算了波浪在极平缓淤泥质海滩上传播时的衰减及沿程等价摩阻系数。与连云港波浪观测资料对比，符合较好。此外。理论计算发现沿程等价摩阻系数与水深关系较大，由深水至浅水逐渐增大，且水深越浅，增速越快。     

DISSIPATION OF WAVE ENERGY ON VERY MILD SLOPE

1.　INTRODUCTIONOffshoreareasarewherepeoplefrequentlyengagevariouskindsofhumanactivities,forexamples,portbuilding.seawallconstruction,installationofoildrillingplatformandseashorepowerstation,etc.Whenstructuresplacedinshallowwateraredesigned,thedesignwaveheightalwaystakesthecriticalwaveheight-breakingwaveheight.ThecriticalwaveheightadoptedinChineseCodeisdeterminedbyGoda′smethod,whichiswidelyusedinmanycountries.Thismethodisbasedonthestudyofregularwavesonbottomslopei≥1/50.Themaximumwavehe…     

在岩缝中脉动压力传播机理探讨

高坝下游挑跌水流在基岩缝隙内引起较强的压力动是造成基岩破坏的重要因素，本文根据脉动压力波的瞬变特征，利用瞬变流模型，论述了压力波在缝隙中的传播特性和瞬时上举力的成因，并提出计算可能最大上举力的方法。     

滩海人工岛安全监测技术研究

通过对冀东南堡1-3号人工岛围堤吹填工程四个观测断面的原型监测,论述了对该类具有水深大,吹填高度高,吹填区域软土地基强度低等特点人工岛的安全监测技术。在设计的吹填进度下,地基中的超静孔隙水压力、沉降速率和土体侧向水平位移值均在安全许可范围内,地基未出现破坏或失稳征兆。认为采用海底铺设软体排,袋装砂重力式斜坡堤结构作围堤,岛心吹填砂形成的结构设计方案是可行的。通过对人工岛附近水域的冲淤观测,动态掌握一定范围内的堤外滩地在施工过程中的冲淤变化,以便及时采取措施,保障工程安全。取得的研究成果对类似工程具有指导意义。     

间歇性波浪扰动下河口底泥中磷释放特性研究

作为反映河流、海洋水体受污历史的载体,河口底泥在污染达到一定程度时易在海洋动力作用下释放沉积其中的污染物,影响水体水质。为了明确秦皇岛近岸海域内污源染,量化波浪扰动下底泥释放对水质的影响,该研究以波流水槽为动力试验设备,选取秦皇岛污染最严重的河流之一大蒲河的河口底泥为研究对象,试验研究河口底泥在间歇性波浪扰动下磷的释放特性。总磷在波浪扰动下的释放可分为浓度迅速增加的初期和浓度随时间线性增加的稳定期两个阶段,浓度随波高增大而升高,且在波高大于8 cm时与浊度呈显著正相关。溶解性总磷受浓度梯度和波浪引起的孔隙水压力影响向上覆水体迁移扩散,随时间呈小幅增加。总磷在波浪扰动初期的释放强度为2.00×10~(-3)–8.75×10~(-3) mg/m2/s,是稳定期释放强度0.50×10-4–2.25×10~(-4) mg/m~2/s的18–40倍,且两个阶段的释放强度均随波高呈指数增长。当波浪强至起动底泥,原先的泥水界面释放转为底泥起动悬浮释放,水体中颗粒态磷取代溶解态磷成为磷的主要赋存形态。间歇性波浪扰动静置期,颗粒态磷的吸附沉降使得水体中总磷浓度和颗粒态磷的比例大幅降低。     

多孔连续介质渗透压力对变形应力影响的数值模拟方法探讨

渗流场对应力和变形影响计算中渗流荷载普遍采用渗透体积力+浮托力方式,这是一种简化近似算法,即忽略了渗透压力作用下固体介质自身的变形。这种近似对于土、砂等细颗粒离散介质的误差是可以忽略的,但对于混凝土、裂隙岩体等多孔连续介质或等效孔隙介质则因忽略了孔隙压力对固体介质变形的影响,夸大了浮托力的作用,导致变形和有效应力失真。本文从孔隙水压作用下的应力应变关系出发,将孔隙压力的作用按初应变(或初应力)推导有限元渗透荷载公式(孔隙压力初应力/应变法)。用算例比较了不同方法对结果的影响,结果表明,渗透体积力+浮托力的算法,有效应力和变形误差过大,有些情况下会得到错误的变形结果。而孔隙压力初应力/应变法,可以正确地得到渗流场中渗透压力作用下的应力和变形。     

小浪底—陶城铺河段河床沙波的模型分析

对小浪底—陶城铺河段模型河床的沙波尺寸进行了量测统计,分析了模型试验条件下不同水沙条件、不同河段床面沙波的分布特征和沙波形态变化规律。结果表明:沙波尺寸自上游向下游逐渐减小,洪水对河床沙波形态的塑造比较均匀,连续性比较好,沙波尺度也较小;经过持续小水后,沙波形态变得比较离散,沙波的尺度也比较大;弯道河段的沙波尺度较过渡直河段偏大一些,河湾不同部位的沙波尺度变化不大;河道来水条件和河床比降、床沙中径等因素对河床沙波的形成及几何形态特征具有明显影响。