陈汉宝[1]2004年在《斜向波与直立式防波堤相互作用研究》文中指出在港口水工建筑物布置中，最危险的波浪并不都是正向作用于防波堤的，考虑斜向波的作用更符合实际。通过研究可以找到斜向波作用的有利和不利的诸方面，为准确合理确定防波堤波浪荷载提供依据，使设计更加合理并推广应用到码头和其他水工结构中去。本文结合国家“九五”重点科技攻关项目“深水枢纽港建设关键技术及示范工程”中 “深水防波堤建设技术研究”之“斜向波与直立式防波堤相互作用研究”专题的“斜向波与直立式防波堤相互作用的试验研究”成果，得到波态、入射角、单体长度与波浪正向力、浮托力之间的关系。通过其他公式对入射角和单体长度的折减，比较试验成果并得出合理的折减方法。利用波浪数学模型再现防波堤周围的波浪场情况。就规则波与不规则波在试验中的异同进行研究，提出不规则波模拟的合理模式。通过研究表明：采用与建筑物单体长度、波长、入射角有关的参数进行波浪力的折减，经过试验数据表明是有效的，折减方法依据正向波浪力的计算方法，可采用文中提出的对应的公式。我国规范中对波态进行了判断，而随着入射角度的改变，波态也发生变化，正向破碎的，角度大后不一定破碎，此时采用与规范结合的公式有较大差别。经过与其他公式的对比，在试验范围内，各个公式都有其适合的条件，我国规范虽然正向波浪力划分详细，计算方法复杂，但结果与其他公式相差不大，其中对破波波浪力的计算公式是偏于危险的，可以采纳国外的经验，不提供推荐计算方法，而通过试验测定。通过不规则波模拟方法的研究以及不规则波波列的分析，可以看出不规则波中由于波高的随机性，必然带来相同统计概率波高在一定范围内的变动情况，同时其与周期的组合也将在一定范围内变动，在反射现象比较相似的角度范围（22.5o）内，不规则波的最大波浪力大于其对应最大统计概率规则波的波浪力是必然的。随着角度的加大，不规则波的立波效应不如规则波明显，这是因为累积效应不如规则波明显，在出现大波波群时，将出现大于规则波的数值。由于波浪对应周期的变化，不规则波作用时，建筑物底部浮托力将大于规则波作用时的浮托力。数值模拟的结果表明了反射随角度变化的规律性，堤头附近的绕射波将对相邻建筑物产生不利影响。本文不仅给出了斜向波与直立式建筑物的相互作用规律，还提供了与有关算法相衔接的波浪力计算方法，同时就规则波与不规则波进行了对比，成果可为研究、设计计算所采用。
刘勇[2]2007年在《波浪与Jarlan型开孔墙式防波堤的相互作用》文中提出Jarlan型开孔墙式防波堤的基本结构形式包括前开孔直立墙、后实体墙以及前后墙之间的消浪室，在工程应用中经常是将沉箱的前墙开孔，建成开孔沉箱式防波堤。开孔墙式防波堤可以有效地减小结构的反射系数、波浪力和结构前的波浪爬高，降低工程造价，产生良好的经济效益，因此，近年来开孔墙式防波堤在各国的港口和海岸防护工程中得到大量应用。已经有许多学者对波浪与开孔墙式防波堤的相互作用进行了研究，但是，开孔墙式防波堤的消浪机理十分复杂，这其中仍存在大量亟需解决的问题。本文对波浪与开孔墙式防波堤的相互作用进行了深入研究，得到了3个方面不同内容的研究成果。基于线性势流理，将匹配特征函数展开法与有限元法相结合，建立了规则波和不规则波与暗基床上带填料局部开孔沉箱相互作用的数学模型，可计算局部开孔沉箱的反射系数、总水平波浪力、总垂直力和总力峰值之间的相位差。为便于数学模型的实际应用，还通过将开孔结构反射系数和透射系数理论计算结果与大量试验结果的对比分析，得到开孔沉箱前开孔墙孔隙影响系数的简单确定方法。利用物理模型试验数据对数学模型的计算结果进行了验证。利用模型计算结果和试验结果，对开孔沉箱防波堤反射系数和波浪力的主要影响因素进行了讨论，将不规则波和规则波条件下开孔防波堤的反射系数和波浪力进行了比较。在不规则波模型基础上，给出明基床上局部开孔沉箱防波堤反射系数的近似计算方法。基于线性势流理论，利用匹配特征函数展开法给出了斜向波与带横隔板局部开孔沉箱防波堤相互作用的理论解。在理论解的推导中利用了开孔防波堤自身沿长度方向的周期性，同时考虑了波浪非传播模态的影响。将极限情况下理论解的计算结果与其他研究者的计算结果进行了对比验证。对带横隔板局部开孔沉箱防波堤反射系数、法向总水平波浪力以及横隔板所受总水平波浪力的主要影响因素进行了讨论，给出主要结论供实际工程参考。提出两种改良型的开孔墙式防波堤结构：结构Ⅰ为消浪室内部带一淹没式水平多孔板的全开孔墙式防波堤，结构Ⅱ为消浪室内部带部分填料的全开孔墙式防波堤。利用匹配特征函数展开法得到正向规则波与这两种新结构相互作用的理论解，计算了结构的反射系数和波浪力，并将极限情况下理论解的计算结果与其他研究者的计算结果进行了对比验证。对两种新结构的水动力特性进行了分析和比较，给出了这两种新结构在工程设计应用上的建议参数。
徐双全[3]2000年在《斜向波与直立式防波堤的相互作用》文中研究指明在海岸工程中，直立堤是经常被采用的防波堤型式。本文通过模型试验，对斜向波与防波堤的相互作用进行研究。 在模型试验中，采用了高基床和低基床两种基床形式，进行了在不同的波浪高度、波浪周期和斜向波角度的条件下，规则波、不规则波和方向谱对直立堤作用的测试。通过模型试验，得到各种条件下的斜向波对防波堤的波浪力和反射系数。 通过试验数据的分析，导出防波堤在斜向波下与在正向波下受力相比系数，得到斜向波对防波堤的波浪力与斜向波角度的相关关系，并获得反射系数与不同斜向波角度的关系。
刘俊[4]2012年在《比例边界有限元方法在波浪与开孔结构相互作用及电磁场问题中的研究》文中进行了进一步梳理本文发展了比例边界有限元方法(SBFEM)在波浪与开孔结构相互作用及电磁场问题中的研究。比例边界有限元方法是近年来提出和迅速发展的用来求解线性偏微分方程的一种半解析数值方法,它融合了有限元法和边界元法的优点,又有其特有的优点。该方法只需数值离散计算域边界,减少了一个空间维数；在没有离散的径向方向利用解析的方法求解,具有较高的计算精度。相对于边界元方法,它不需要基本解,也不存在奇异积分问题；对于无限域问题,也无需引入截断边界就能够自动满足无穷远处的辐射边界条件。比例边界有限元方法已成功地应用于弹性静、动力学、断裂力学、结构—无限地基动力相互作用、流固耦合、声波等领域,在许多领域有着非常大的应用前景。根据国家自然科学基金重点项目以及中德合作研究项目的研究需要,本文的第一部分开展了SBFEM对波浪与圆弧型开孔柱结构相互作用问题的研究。开孔结构由于具有良好的减小波浪反射和自身所受波浪力的特性,越来越多地受到人们的重视。然而,大多研究工作者侧重于二维平面波浪与直立方沉箱开孔结构的相互作用问题的研究。迄今为止,更能反映实际海洋状况的三维短峰波与圆弧型开孔柱结构的相互作用问题的研究很少。为此,基于线形势流理论并采用改进的圆形比例边界有限元坐标变换系统,本文充分利用SBFEM优点将短峰波与圆弧型开孔柱结构相互作用的波动问题控制方程转换为贝塞尔方程,可以方便地通过贝塞尔或汉克尔函数进行解析求解。据此,重点研究了以下不同类型开孔结构的水动力相互作用：圆弧型贯底式开孔介质防波堤、双层开孔圆筒柱结构、双层圆弧型开孔柱结构、圆筒外接圆弧开孔柱结构、外壁局部开孔双筒柱结构、双层外壁开孔带内柱的圆筒结构、双层外壁开孔带内柱的圆筒结构和圆柱外接双层圆弧型开孔柱结构。当存在圆弧型结构时,本文巧妙地将圆弧延伸构建出了虚拟同心圆,其中圆弧段与圆弧延伸段的孔隙影响系数可由对角矩阵G统一进行表达,以便构建虚拟圆处的边界条件。针对不同结构类型,SBFEM将各个结构分成若干个有限域和一个无限域。无论结构多复杂,SBFEM只需对最外层圆边界进行离散,使空间维数降低一阶,并在圆的半径方向保持解析。本文首次利用变分原理方法推导了关于势函数的各个子域SBFEM方程。其中,有限域和无限域的包含未知展开系数势函数表达式可分别采用贝塞尔函数和汉克尔函数作为基底,并且通过开孔介质两侧的匹配边界条件可以求解待定的展开系数。针对每个结构,都通过数值算例验证了该方法是一种用很少单元便能得到精确结果的高效算法。进一步研究了诸如短峰波波浪参数、结构的几何参数以及孔隙影响系数G等因素对不同结构所受的波浪力和波浪绕射的影响。本文的研究成果为不同形式圆弧型开孔型结构的水动力分析和工程结构设计提供了有价值的参考。由于SBFEM的特殊优越性,作者所在的工程抗震研究所开展了与SBFEM的创始人之一澳大利亚新南威尔士大学宋崇民教授的长期国际合作,聘请其为大连理工大学海天学者。宋教授经常来我校讲学和交流,根据我们与宋教授的合作研究的协议以及电磁场问题在人们的日常生活及工程具有重要的意义,本文的第二部分将开拓比例边界元有限元方法在电磁场问题中的研究。尽管论文的两部分物理现象关联性很小,但幸运的是,圆弧型开孔柱结构的相互作用和一些电磁场问题之间的数学表述有很多相似之处,通过同时使用SBFEM对两部分问题的求解,可以非常方便地将论文两部分有机结合起来,同时也为开展交叉学科研究提供了一条有效的途径。在电磁场问题的研究中,论文首先将SBFEM应用于电磁场问题中的静电场问题。从拉普拉斯方程出发,利用变分原理并通过比例坐标和笛卡尔坐标变换,推导和求解出了静电场分析的比例边界有限元方程、电位求解公式以及电场求解公式,提出了一种分析静电场问题半解析方法。与此同时,本文还引入了两种新型比例边界坐标,一类是含平行侧边面的比例坐标,另外一类是含圆形域比例坐标,并且也推导和求解了相应的比例边界有限元方程。在此基础上,文中还重点求解了非齐次、侧边面含有电位以及无穷远电位不为有限值的比例边界有限元方程。通过10个算例计算结果与解析解和其他数值方法比较,结果表明此方法在处理一些电磁工程含有奇异点、非均匀介质和无限域等复杂问题中能显著提高计算效率和计算精度。其次,本文发展了SBFEM在另外一类电磁场问题—波导本征值问题中的研究。波导截止频率的计算是一个富有挑战性的问题,各种形式的波导有一定的传输频率范围和传输特性,这对于波导的设计具有非常重要的意义。本文也利用了变分原理并通过比例边界坐标变换,推导了TE波和TM波波导的比例边界有限元频域方程以及波导动刚度方程,同时给出了波导动刚度矩阵的连分式解形式,通过引入辅助变量进一步得出波导特征值方程并求出波导本征值。以矩形、L形波导和叶型加载矩形波导的本征问题分析为例,通过与解析解和其他数值方法比较,结果表明此方法具有精度高、计算工作量小的优点,随着连分式阶数增加收敛速度快,而且SBFEM使用很少的单元数就能很好地解决了含有奇异点问题。脊波导具有较低的截止频率、较宽的工作带宽、低特性阻抗等优点,使得脊波导在微波和毫米波器件中被广泛应用。便随着高容量现代通信系统日益增长的需求,四脊波导也被广泛采用,尤其是在天线和雷达系统。对于四脊加载波导,往往在实际工程应用中,会对加载矩形进行剪切,而对于该类波导本征值研究较少。由于这类型波导多个角点处含有奇异性,使有限元计算中遭到困难,不得不采用网格加密或者采用高阶超级单元办法,增加了计算的复杂性,边界元方法在处理这类奇异问题也比较棘手,例如奇异积分的存在。为此,本文采用SBFEM的优越性可以顺利克服这些缺点,使计算效率和计算精度有很大程度的提高。这其中就包括分析了三类角切四脊加载(正方形、圆形和椭圆)波导的传输特性,并且给出了其中角切四脊加载正方形波导中的部分模式的截止波数计算经验公式,为工程设计提供一定理论依据。本文的解法也对计算电磁学发展作出了有意义的贡献,同时对工程应用也产生很好的效果。
那婧[5]2012年在《透空管式防波堤消浪性能试验研究》文中指出近年来，国内外学者对各种透空式防波堤的消浪性能进行大量研究。透空式防波堤结构特点是上部消浪结构由桩柱支撑，下部结构可以透水。其优点是下部结构的水域可以自由交换，减少港内淤积，防止“死水”现象的发生，并且其结构简单，造价经济。其缺点是目前的工程应用领域有一定的限制条件，在长周期的波浪条件下，消波效果不是很理想。由于其消波机理复杂，目前国内外学者主要针对透空式防波堤开展物理模型试验研究。本文提出一种由上至下管径逐渐增大的透空管式防波堤，其管道断面为圆形，当波浪穿过管道时，管道内部会发生水质点的振动，同时波浪与管道内部空气及管壁相互作用从而消耗波浪能量，达到消波的目的。本文主要围绕三个方面对透空管式防波堤的消浪性能展开研究，并且分析结构参数及波浪要素对反射系数及透射系数的影响。在理论方面，总结了国内外学者对透空式防波堤透空系数及反射系数理论公式的研究，并且主要分析了国内学者针对透空管式防波堤反射系数计算公式的推导过程。在物理模型试验方面，本文主要分析了透空管式防波堤结构参数相对宽度、堤前及堤后坡度、管径大小及波浪要素波陡对透射系数及反射系数的影响，同时选取消浪效果较好的一种结构与透空水平板结构进行了消浪效果对比，结果发现透空管式防波堤的消浪效果较好。在数值模拟方面，本文主要利用Fluent软件对透空管式防波堤进行了二维数值模拟，通过模拟过程分析防波堤的消浪作用，并将数值模拟与物理模型试验结果进行对比，两种分析结果的透射系数及反射系数变化规律一致，但数值模拟结果偏大。基于透空管式防波堤消波性能的理论总结、物理模型试验及数值模拟，可以发现该防波堤消波性能较好、构造简单、造价低，在近海工程中有一定的实用价值。
王丽勤[6]2006年在《二维与三维随机波浪对半圆型防波堤作用的研究》文中进行了进一步梳理斜向与多向不规则波浪对半圆型防波堤作用的研究此前尚未见文献报道。 综合考虑波陡H／L(π_1)、相对波高H／d(π_2)、堤顶相对水深d_1／d(π_3′)、波浪入射角或波浪主方向θ_0(π_4)和波浪方向分布参数s(π_5)等5个主要影响半圆型防波堤波浪荷载的因子，基于二维水槽和三维水池物理模型试验，对二维(规则波与不规则波)和三维(斜向规则波、斜向不规则波和多向不规则波)波浪条件下半圆型防波堤的受力特性及其机理作了较系统的试验研究和数值计算。给出了不同波浪条件下半圆型防波堤的波浪压力分布特征及单位堤长、单元堤长波浪力的计算方法。 半圆型防波堤波浪压力分布的基本特征受π_3′影响比较大。除π_3′外，π_1和π_2对压力分布的影响也不能忽略。规则波、不规则波和多向波作用下半圆型防波堤的波浪压力分布的基本特征无定性的差别。 在π_2和π_3′一定的条件下，正向水平波浪力、垂向波浪力和底板浮托力随着π_1的减小而增大；负向水平波浪力则随单因子π_1变化的趋势较缓；在π_1和π_3′一定的条件下，正向水平波浪力、垂向波浪力和底板浮托力随π_2的增大而增大；在π_1和π_2一定的条件下，无因次总水平力(正向与负向)随着π_3′的增大而减小。实验范围内，给出了单位堤长上半圆型防波堤的负向水平力大于正向水平力的以π_1、π_2和π_3′分界的临界指标。 斜向和多向波作用下单位堤长上波浪总力随主要影响因子π_1、π_2的变化规律与正向波浪作用时无定性的差别。但斜向波浪入射角度和多向波主波向的变化将会引起堤前波浪形态的变化(产生短峰波)，进而导致波浪力的变化。实验范围内，斜向波浪入射角度在15°～45°范围内变化时，不排除单位堤长正向水平波浪力大于正向波浪作用时正向水平力的可能性；单位堤长上负向水平力总体上不大于正向波浪作用时的负向水平力。当主波向方向θ_0=0°和θ_0=30°时，在s=2～70范围内，多向不规则波作用时单位堤长上波浪力基本不受方向分布宽度参数的影响。π_3′一定的条件下，单位堤长波浪力的折减系数K_(θ_0)与π_1和π_2有关。试验给出了单位堤长波浪力的折减系数K_(θ_0)。 波浪力的纵向分布受控于π_4和π_5。纵向分布的特征变化基本不受π_1和π_2的影响。波浪力的纵向分布是相对堤长L_c~*sinθ_0／L_p的函数。波浪能量的方向分布越宽，波浪力沿纵向的分布越不均匀。斜向波力纵向分布的不均匀性大于多向波的纵向分布的不均匀性。
房卓[7]2011年在《梳式防波堤的水动力学特性研究》文中指出梳式防波堤结构是我国在“九五”期间自主研发、具有独立知识产权的一种新型水工结构。作为示范工程,一种透浪型式的梳式防波堤结构在大连港大窑湾岛堤工程建设中得到成功应用,该结构与传统直立式防波堤相比,具有减小波浪反射、降低波浪总力、有效吸收波能和造价低廉等优点；在后续工程中,考虑到港内靠泊的实际需求,拟采用一种非透浪的梳式防波堤结构,而在施工期间一次较小风浪作用下,结构的翼板和胸墙却均发生了损坏。由此推断,梳式防波堤的水动力学特性会随着翼板位置和透空尺寸的改变而发生较大改变,导致梳式防波堤的受力和消防浪机理也变得复杂。目前已有关于梳式防波堤的研究都是基于有限的结构参数和工况下的物理模型试验,提出的关于梳式防波堤的波浪力和反射系数的经验公式应用范围相对有限,结构的受力作用机理也未明确,仍存在大量有待解决的问题。本文以物理模型试验和数值模拟相结合的方法,对波浪作用下梳式防波堤的水动力学特性开展了系统的研究,主要取得了四个方面的研究成果。首先通过物理模型试验研究了波浪与一种非透浪梳式防波堤结构的相互作用,研究发现：梳式防波堤具有与传统直立堤不同的受力特性,其结构翼板部分作用力受水深影响较大,并非随着水位的增加而增大,而是当水位在胸墙底板以下一定范围内时为危险水位；翼板上部波浪压力具有极强的冲击压力特性,极易超过翼板结构强度承受能力。在此基础上针对性研究了胸墙下底板开长条孔、空腔内置斜坡堤和胸墙下底板加设“工”字体挡板等三种改进结构的受力特性及消浪特性,主要分析对比了不同水深、波高因素下的结构水动力荷载和反射系数,确定“工”字体挡板梳式结构为优选结构,为非透浪梳式防波堤的设计和工程实施方案的确定提供依据。建立了时域内的三维数值波浪水槽模型,以三维Reynolds平均的Navier- Stokes方程为基本控制方程,采用质量源造波法生成波浪,自由表面追踪采用VOF方法,并在水槽的两端采用阻尼层进行消波。经验证,该数值水槽具有较小的数值耗散和较好的波浪均匀性,可以精确模拟线性波浪、Stokes波浪以及随机波浪。进一步通过模拟波浪与简单的直墙防波堤、水面单箱和三箱问题验证了本文数值模型的网格依赖性和波浪力计算的有效性。在上述数值工作基础上,首次开展了波浪与梳式防波堤结构相互作用的三维时域数值计算。模拟了不规则波对物理模型试验中的原非透浪梳式防波堤作用,通过对波压力时域数值模拟结果与物理模型试验结果进行对比验证,证明该数值模型能够准确地模拟出不规则波浪作用下结构翼板上承受冲击压力的特性。应用数值模型对该非透浪梳式防波堤结构的异型空腔内流场进行分析,对结构受冲击压力机理进行研究,结果表明：结构所受冲击压力源于翼板和胸墙下底板构成的异型空腔内流场速度矢量及涡量的变化；空腔内水体强紊动、气流漩涡和回流导致翼板与上顶板构成的直角空间附近出现异常大的流速,导致翼板受到较大冲击波浪力；同时,异型空腔内漩涡强度及中心位置变化导致了翼板最大波浪力位置的变化。结合该梳式防波堤的受力过程与作用机理,提出该结构的优化设计方法：通过抬高胸墙顶标高的方法来增大空腔空间,或者在原结构的胸墙底板下方开矩形孔洞可有效减小局部冲击波浪力。数值模拟了波浪与40种不同翼板尺寸的透浪式梳式防波堤的相互作用,计算工况共284组次。首先利用数值模型研究了透浪式梳式防波堤的受力机理。在此基础上,将研究分为水位在胸墙底板以上和以下两种情况来探讨结构的水动力学特性：当水位在胸墙底板以上时,在已有研究的基础上,进一步发现结构的反射系数除了受参数b/L影响以外,还随着相对堤前水深c/d的增加而线性增加；结构的透浪系数也主要受参数b/L和c/d的影响；并根据计算结果提出水位在胸墙底板以上时反射系数和透射系数的经验公式。当水位在胸墙底板以下时,研究了水平波浪力折减系数KF-R、透浪系数KT随翼板参数、水深、波高和周期等主要参数的变化规律；对梳式防波堤的最大波峰力与平均最大波峰力的关系,波峰与波谷作用力的关系进行了系统研究；得到了相对于透浪式梳式防波堤翼板部位的最危险水位范围；并基于数值计算结果,总结出了相应的经验计算公式。对已有的基于物理模型实验结果的经验公式进行了有效的扩展。
马永洁[8]2017年在《三维浮式防波堤消波性能研究》文中研究指明对于港口、浮动式码头、浮式栈桥和海岛的防护工程,浮式防波堤的研究则能很好地解决这个问题,其优点有具有低廉的造价,环境友好,结构便于安装和移动、有效的消波性能以及较低的海底地质要求等诸多优点。因此,浮式防波堤的研究越来越受到大家的关注,对三维浮式防波堤的研究是急需发展的方向,但是以往多数研究针对二维防波堤构型,对三维防波堤的研究比较少。本文采用了解析和数值模拟两种方法研究了三维防波堤周围波浪场,解析方法计算快速,数值方法则不受防波堤构型的限制,通过对防波堤波浪场的研究,对防波堤的构型进行优化。本文的解析方法运用传统势流理论,根据几何模型的不同,将防波堤周围的流场划分为不同的流体域,通过对各个流体域的边界条件,采用各个分区特征函数展开和相邻流体域之间匹配的解析方法,对特殊形式的防波堤(圆弧型,V型)进行研究,可以得到其周围流场的速度势的表达式,式中的未知数可通过物面和控制面的边界条件所确定,得到各个流体域的速度势后,通过波面方程可知流体域中每一点的波高,进而可以得到防波堤的透射系数和反射系数。其次通过改变入射波波长和防波堤所对的不同圆心角,得到防波堤周围波幅的等高线图与参数变化之间的关系。通过解析解与AQWA软件模拟的箱型防波堤波浪绕射场作比较,得到可将圆弧防波堤简化为箱型防波堤时圆弧半径的取值关系。倒Π型浮式防波堤由上下两浮体构成,分别是箱型浮体和底部的薄板。倒Π型浮式防波堤具有很好的消波性能,它的两部分有不同的消波方式,箱型浮体主要靠波浪反射消弱入射波,底部的薄板主要是利用其破坏水质点进行消波的。通过水动力分析软件ANSYS-AQWA对单体倒Π型浮式防波堤在频域情况下计算透射系数,在时域情况下计算模型的运动响应和系泊系统的相应的参数。本文还进行了倒Π型浮式防波堤模型试验,在规则波情况下,得到模型在不同波高和周期下的运动响应、透射系数、反射系数和系泊张力。通过浮式防波堤数值计算的得到的结果和模型实验的结果进行对比,得到倒Π型浮式防波堤消波性能的基本数据,对于浮式防波堤工程实践具有有效的指导意义。
周援衡[9]2011年在《波浪与抛石防波堤相互作用及其砂质海床动力响应分析》文中研究说明波浪作用下海床地基的动力稳定性是近海岸及离岸工程建筑物在设计和建造过程中必须充分考虑的重要问题之一。海洋上传播的波浪在海水与海床的交界面处施加了循环波压力荷载。在这种循环的波压力作用之下,会引起海床内孔隙水压力与有效应力变化,致使海床出现土体位移和变形,在一定条件下可能发生土体剪切破坏和砂土液化现象；而波浪与防波堤相互作用及其海床和抛石介质的动力响应问题求解也是海洋工程中普遍存在的另一技术难题,对基岩特性的忽视和不适当的工程处置可能导致海床失稳,乃至海床上建筑物的破坏。因此研究波浪与防波堤相互作用及其海床动力响应和基岩特性影响问题具有重要理论及工程意义。文中针对波浪与带有抛石介质防波堤的相互作用及其相应的砂质海床和没有建筑物的纯砂质海床的动弹性响应问题,通过国内外广泛调研、理论分析、模型试验和数值模拟计算对其进行了深入研究,获取的研究成果主要有以下几方面：(1)通过室内物理模型试验,研究了线性波或浅水椭圆余弦波作用下不同海床介质、波浪类型、波高、周期和水深等因素影响下抛石潜堤、海床和带抛石基床防波堤海床的动力响应问题,获得了孔隙水压力等物理量分布及其响应变化规律；(2)基于对波浪域和孔隙流体域的理论分析,建立波浪域的紊流Navier-Stokes方程和抛石多孔介质孔隙流体域的Forchheimer方程,采用VOF方法对自由表面进行跟踪,引入k-e模型来封闭雷诺方程,籍之构建了整个波浪场的控制方程,来描述非线性较强的波浪行为及大颗粒多孔介质内部的孔隙流；(3)基于描述波浪-抛石介质相互耦合作用的VOFFDM计算模型程序,计算得到了不同入射波要素、水深、抛石介质孔隙率和堤断面尺寸等因素影响下海床的动力响应规律,揭示了堤前堤后波高、堤内孔隙水压力和孔隙流场随波浪性质、波要素、水深以及抛石介质孔隙率和堤断面尺寸等因素影响下的变化特征,为进一步分析防波堤下卧海床内沿程动力响应以及抛石单体和防波堤整体的稳定性提供了重要依据。物模试验结果验证了VOFFDM程序的有效性与可靠性。(4)针对天然饱和海床固有的各向异性特征,将天然海床假定为横观各向同性的饱和多孔介质,基于横观各向同性饱和多孔介质Biot动力渗透-固结理论,文中首次建立了横观各向同性饱和海床的动力方程,编制了动力固结有限元程序BCFEM,模型试验结果验证了程序的有效性与可靠性。(5)应用动力固结有限元程序BCFEM,对线性波和浅水椭圆余弦波作用下的均质各向同性饱和海床、非均质各向异性饱和海床的动力响应问题进行了深入研究,获取了不同波浪要素组合下及其有无防波堤海床内孔隙水压力等参数的变化规律,揭示了海床对波浪的动力响应是由波浪要素和海床介质特性共同决定的,其中波高和波周期是其主要的控制参数,海床固有的非均质性和各向异性特征对其孔隙水压力和有效应力等分布具有较显著影响。
王彦哲[10]2010年在《复合式防波堤消波性能试验研究》文中研究说明目前透空式防波堤的研究和实际应用取得了一定的进展,但透空式防波堤当前作为海岸工程的永久性防浪设施,尚存在如下的诸多问题：防波堤透空后,部分波浪能量可进入港内,使港内波浪增大,影响港内的泊稳条件,尤其在长周期波浪作用下,透空式防波堤难以达到较佳的掩护效果；另外透空式防波堤上部结构所受到的较大波浪力,主要由下部支墩和基础来承担,在恶劣海况下其安全性与稳定性将受到严重的威胁。因此设计出一种合理结构的透空式防波堤对于我国港口发展具有实际意义。本文提出一种由水面附近的水平圆柱群与底部的沉箱组成的复合式透空防波堤结构,通过物理模型试验,测量防波堤对波浪的反射系数和透射系数,深入分析防波堤的结构参数(相对宽度B/L、沉箱、水平柱排数、水平柱位置、管径等)对消浪性能的影响。研究结果表明,本文提出的复合透空式防波堤具有较好的消波性能,相对宽度B/L、沉箱、水平柱排数、水平柱位置、管径等因素对其消波效果均有影响。其中以相对宽度,水平柱位置和管径影响最为明显,沉箱对较大周期波浪影响也较明显。对于短周期波浪,由于水面处水平圆柱的存在,能够破坏波浪固有的运动模式,可促使表层波浪破碎,进而达到衰减短波浪的目的。而对于较长周期波浪,除了上部水平圆柱可衰减部分波浪外,由于底部沉箱的存在,也可反射部分波浪,以降低较长周期波浪的透射率。另外,同现有的各种透空式防波堤相比,该结构在水平及竖直方向上均有望降低防波堤所受到的波浪力,从而保证结构自身的安全。可见,这种新型复合式透空防波堤对促进透空式防波堤结构作为永久性建筑的工程实际应用具有重要意义。
参考文献：
[1]. 斜向波与直立式防波堤相互作用研究[D]. 陈汉宝. 天津大学. 2004
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