斜入射椭圆余弦波对直立防波堤的波浪渗流作用

基于椭圆余弦波的浅水波理论,结合对Biot波浪渗流固结理论的推广应用,给出了固立于可渗透海床上的直立防波堤在浅水波斜入射条件下的反射波问题的数学解,并据此通过特征函数展开法推导了浅水波引起的海床内渗流压力的解析解式,同时计算了作用于防波堤底部的浅水波波浪渗流浮托力和倾覆力矩且与水平波浪力和力矩进行了比较。计算结果表明,在一定条件下,椭圆余弦波的波浪渗流载荷与波浪的直接载荷可能具有相同量级。浅水波入射角、海水和渗流条件以及防波堤几何条件等因素的相对变化对波浪渗流载荷均存在一定的影响,其中对渗流倾覆力矩的影响更为明显。椭圆余弦波理论所给波浪渗流载荷的估值明显高于浅水条件下Airy波理论的对应估值,反映了水波非线性因素的影响效应。

椭圆余弦波对圆弧型固立防波堤的绕射波浪力

基于椭圆余弦波绕射理论,应用特征函数展开法,推导浅水波对圆弧型固立防波堤绕射的波势解,据此计算作用于防波堤的水平波浪载荷。结果表明:浅水波入射角与非线性影响参数、海况条件以及防波堤几何条件等因素的相对变化对波浪作用均存在一定的影响。与微幅波理论对比可知:在一定浅水条件下采用椭圆余弦波一阶分量模型所计算的最大无量纲波浪力均明显高于微幅波理论的对应估值,反映了水波非线性因素的影响效应。

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。

椭圆余弦波的数值计算及其特性研究

椭圆余弦波能很好地描述浅水区域波浪运动特性,尤其是波浪破碎后形成的击岸波水质点运动规律、波速及波面形态,但按以往的理论,因椭圆积分计算上的繁杂往往给应用带来不便。按本文的方法对椭圆余弦波进行数值求解具有方法简便、正确迅速、便于应用的优点;同时,文中探讨了椭圆余弦波的各种特性,包括相对波峰高度、底面最大流速、波速、波能流及辐射应力和波浪破碎后的平均水面变化值。计算表明,这一方法比较符合试验资料及实际情况。

椭圆余弦波的位移法分析

为研究线性浅水波理论的适用范围,基于位移浅水波方程的椭圆余弦波解,计算在不同水深h、波高η0和波长L条件下,非线性椭圆余弦波与线性余弦波的相对差。数值计算结果表明:η_0/h越小或h/L越大,浅水波的非线性效应越弱;当η_0≤0.42h且η_0L^2/h^3≤5.34-12.85η_0/h时,非线性椭圆余弦波与线性余弦波的相对差小于0.05,可满足工程需要。

椭圆余弦波浅水变形实用计算法(Ⅰ)——对《海港水文规范》的一个补充

尽管线性波浪理论不适宜应用在近岸浅水海域,但我国《海港水文规范》中波浪浅水变形的计算方法仍是建立在线性波浪理论的基础上,且没有考虑外界因素(如风和海底摩擦)的影响,为弥补上述不足,基于波浪传播过程中能量守恒的原理建立了一个波浪浅水变形的数值模型,谊模型采用椭圆余弦波假定,并考虑了风和海底摩擦对波能的增加和损耗作用。在该数值模型基础上,分析大量工况下的计算结果、提出了便于工程设计初期用于确定近岸波浪要素的浅水变形实用计算方法(PCM)。

椭圆余弦波浅水变形实用计算法(Ⅱ)——对《海港水文规范》的一个补充

针对我国《海港水文规范》中基于线性波浪理论的浅水变形计算现状,本文的第Ⅰ部分提出了建立在椭圆余弦波理论基础上的浅水变形实用计算法(PCM),用于计算沿直线传播的波浪的浅水变形。在其基础上,考虑了海底地形变化引起的波浪折射影响,使得PCM方法能拓展用于缓变水域近岸浅水波要素的计算。最后给出一个算例,采用PCM方法分别计算了不同外界因素(理想情况、风、海底摩擦、风及海底摩擦)作用下的浅水变形结果,并与商业软件DHI-MIKE21的计算结果进行比较,结果比较吻合。

层结大气中非线性椭圆余弦波和孤立波的研究

在前文采用半地转近似和行波法来研究层结大气中的非线性波动的基础上，进一步探讨非线性方程及其级数近似方程的解的稳定性，波动解的存在条件和波动的一些特征。研究指出，在平衡点附近，将非线性方程用其级数近似方程代替是可行的、合理的。在初始拟能满足一定的条件下，椭圆余弦波和孤立波是存在的。文中还求得了椭圆余弦波解的周期、ｘ向波长和振幅以及孤立波的宽度和振幅。并指出，孤立波的宽度和振幅不但与波速有关，还与β因子和层结稳定度有关，而且在相同的某条件下，西行的混合Ｒｏｓｓｂｙ－重力孤立波比起东行的惯性重力孤立波来，宽度要小但振幅却大。

波动方程组的椭圆余弦波解

利用Jacobi椭圆函数得到了非线性波动方程ht+(hu)x+uxxx=0ut+hx+uux=0 uxxt-ut-hx-uux=0ht+ux=0的椭圆余弦波解及若干性质.

半地转近似下的混合Rossby－重力椭圆余弦波

在半地转近似［１］下，利用层结大气中的涡度方程、散度方程、连续方程和绝热方程结合行波解的方法得到了关于垂直速度的单一变量方程。这是与ＫｄＶ方程相应的非线性常微分方程，可得到椭圆余弦波或弧立波。此波动的频率有两种，表明层结大气中存在着两种性质不同的非线性波动。其一是东传的惯性重力椭圆余弦波，另一是混合Ｒｏｓｓｂｙ－重力椭圆余弦波，其性质介于Ｒｏｓｓｂｙ椭圆余弦波与西传的惯性重力椭圆余弦波之间。这两种非线性波的相速不但与波数和振幅有关，而且与β因子和静力稳定度有关，即纬度越低，则传播越慢；大气越稳定，则传播越快。

椭圆余弦波理论在波峰面上升高度计算中的应用

在开敞式高桩码头的设计中,波峰面上升高度是确定上部结构顶面高程的重要因素。针对波峰面上升高度的计算理论问题,对二阶斯托克斯波和椭圆余弦波理论进行论述。结合西非某工程案例,采用不同理论计算各控制点的波要素。结果表明:在长周期波浪作用海域,计算波峰面上升高度前应首先计算相对水深,当d<0.125L时,采用二阶斯托克斯波理论计算结果误差较大,采用椭圆余弦波理论计算结果更符合实际情况。

椭圆余弦波作用下海床的响应

根据椭圆余弦波理论,计算了在滨浅海区域波浪作用下海床表面的波压力.通过参数分析,研究了海床弹性参数、渗透性以及孔隙水的压缩性对椭圆余弦波作用下海床孔压响应的影响.研究表明:孔隙水的压缩性、海床的渗透性、剪切模量、泊松比对海床的孔压响应有明显的影响,海床的渗透各向异性对孔压响应影响较小.

椭圆余弦波作用下海床动态响应及液化分析

对于相对波高小于1/20浅水地区,传统线性理论不再适用,应该选用适用性更好的椭圆余弦波理论,但由于椭圆余弦函数计算的难度较大,椭圆余弦波理论的应用一直有待推广。本文采用精细积分算法模拟椭圆余弦波,结合考虑土骨架加速度及流体速度的u-p动力模式,建立椭圆余弦波-海床模型,得到椭圆余弦波作用下海床的孔压及竖向有效应力分布情况,进行液化分析。对渗透系数,饱和度等参数进行研究可以得出椭圆余弦波对孔隙水压力的影响比线性波大。

椭圆余弦波对薄物体的透射与反射的解析研究

应用渐近匹配法得到椭圆余弦波在二维薄浮体上透射与反射的解析解,给出了透射波波高和相位变化的规律以及反射波的特性,并探讨了浮体与水底间间隙及波长对椭圆余弦波透射与反射的影响.

椭圆余弦波作用下考虑桩身振动的桩-土相互作用

针对海洋中浅水区域的单桩基础,建立了包含波浪、海床和单桩的三维数值模型,考虑浅水环境中椭圆余弦波与海洋风浪引起的桩身振动的共同作用,研究了桩-土耦合系统的动态响应问题.其中,波浪模型的椭圆余弦波采用Navier-Stokes方程控制,海床模型视为各向同性的多孔介质,并采用Biot方程模拟土体与孔隙水的动态响应,单桩视为可变形弹性体,并引入周期性的水平位移来模拟桩身振动.同时,在验证模型准确性的基础上,分析了椭圆余弦波作用下桩身位移、桩周的海床孔隙水压及海床液化等变化情况,并对波浪及海床的主要特性参数进行了分析.结果表明:桩身振动会导致桩顶区域的海床孔隙水压出现局部变化,并使孔隙水压沿海床深度方向的减小趋势变缓;波浪与海床的特性参数对孔隙水压的分布影响显著.

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。

椭圆余弦波对外圆弧透空薄壁双圆筒柱的绕射

依据椭圆余弦波一阶绕射理论,推导了浅水波对不同圆心角双层外圆弧透空薄壁内接圆柱绕射的波场解析解。通过对该结构的最大波浪力与最大波面实算,揭示了椭圆余弦波绕射的作用规律。结果表明:外层圆弧透空薄壁将大幅度减弱浅水波对内接圆柱的作用。波浪与海况条件、双外层薄壁和内圆柱的各类几何条件以及结构的透空系数等因素对椭圆余弦波作用均存在一定的影响。在一定浅水条件下,采用浅水波理论计算的最大波浪作用大于Airy微幅波理论对应结果;结构的实际最大波浪力将随着浅水波特征参数的增大而增大。

椭圆余弦波理论研究工作的进展

精确地描述近岸波浪运动有着重大的意义,随着计算机技术的发展,椭圆余弦波理论已广泛地应用到研究近岸波浪运动特性、泥沙输移等方面。本文将综述近年来椭圆余弦波理论研究工作的进展,简评其数值计算的几种方法和应用方面的一些研究成果。

椭圆余弦波对V形防波堤绕射波浪力的解析计算

应用椭圆余弦波理论,给出了V形薄壁防波堤的浅水波绕射理论解,对现有Airy微幅波理论进行了有效拓展。通过对V形防波堤的浅水波浪力进行试算,揭示了椭圆余弦波对防波堤的作用规律。计算结果表明:椭圆余弦波理论计算的V形防波堤的最大无量纲波浪力明显大于相同浅水条件下Airy微幅波理论的对应结果,该方法有效拓展了无限长直立薄壁堤的反射波理论。此外,浅水波入射角、V形堤张角和防波堤臂长与水深比等参数的变化均将对V形堤的波浪作用产生相关影响,而V形堤的实际绕射波浪力幅值将随浅水波特征参数值的增大而增大。

波浪槽产生椭圆余弦波的理论分析

本文基于浅水波动理论探讨了在波浪槽中产生椭圆余弦波的方法,介绍了造波板位移曲线的计算方法。若希望在水深为 d 的波浪槽中产生高为 H、周期为 T 的椭圆余弦波,可根据本文建议的简单方法求出造波板的控制信号。