波浪作用下方块石护面稳定性研究

护面是海堤和护岸的重要结构,直接抵御波浪作用,可采用人工块体、块石等,种类繁多。采用紧密排列方块石作为护面结构是一种景观性较好的型式,依据方块石厚度不同能抵御不同大小的波浪作用。干砌条石及干砌块石护面曾有一些规范给出过计算方法,但现行规范没有相关内容可供设计参考,已有计算方法的理论分析还存在不足。当波浪与斜坡堤相互作用时,方块石护面出现位移或脱落可能发生在波浪回落最低阶段、波浪破碎打击阶段及破后爬高水流作用阶段,通过研究得到了不同阶段波浪对方块石护面作用力的计算方法。在波浪回落最低阶段,考虑了护面及其下方垫层渗透性影响,通过理论分析建立了低渗透护面浮托压强计算模型,采用物模试验将计算结果与试验测量值进行了对比分析,结果表明总体趋势符合,量值接近;在波浪破碎冲击阶段,基于射流冲击作用原理,提出了波浪在斜坡面破碎冲击压强计算方法,通过试验分析了波浪破碎水深波高比与破波相似参数的关系,利用浅水波理论计算了波浪破碎冲击水流流速;在爬高水流作用阶段,提出了水流引起的方块石护面垂直浮托力及水平拖曳力的计算方法,通过试验结果拟合了浮托力系数和拖曳力系数,验证了水流作用下护面的受力特征。最后,针对方块石护面实际工程应用,采用该方法对不同阶段的波浪作用压强进行了计算,分析了稳定性;该实际工程的物模试验表明,方块石护面在波浪作用下试验现象与稳定性计算分析定性结论符合。文中提出有关方块石护面稳定性的计算方法可供类似工程参考。

海堤安全风险评估技术研究

我国现行规范体系中,关于堤防工程安全标准的确定,主要根据工程级别确定设计重现期,从而选定工程设计参数。文中提出了依据安全风险评估的结果确定海堤安全风险等级方法。首先,通过对海堤灾害进行风险识别和分析,将洪水灾害和海堤结构自身安全失效作为海堤灾害两种主要形式,建立了海堤灾害故障树。然后,将水文动力条件作为随机变量,从频率分布角度定量计算海堤洪水灾害风险程度和结构安全失效风险,提出了海堤安全风险评价方法。最后,依据规范中关于海堤等级和重现期标准的规定,结合海堤洪灾安全风险和结构自身安全风险的评价结果,确定海堤安全风险等级。文中提出的海堤安全评价技术依据海堤风险定量计算结果,从海堤现状条件满足其设计功能目标有效程度,判定海堤安全等级的级别,是一种相对较新且更科学的方法。该海堤安全风险评估技术为海堤管理和建设提供科学支撑。

设有挡浪板透空堤波浪透射系数实验研究

首先从艾利微幅波理论出发,从能量角度对设有挡浪板透空堤的波浪透射进行分析,再通过物理模型实验,研究设有单挡浪板的透空堤的波浪透射系数与不同相对入水深度以及波陡的变化关系,在对比理论分析和实验结果的基础上,提出设有单挡浪板透空堤透射系数的近似计算方法。然后,通过物理模型实验,对设有两个挡浪板透空堤的透射系数与相对板间距的关系进行初步分析,给出定性的实验结论。

斜坡堤防浪墙型式合理性试验研究

在海堤、护岸等斜坡式防浪建筑物中,为满足越浪与稳定要求,减少工程投资,通常在堤顶设置防浪墙。通过对常用的直立式及几种圆弧式防浪墙进行物理模型试验,测量作用其上的波浪力和越浪量,分析不同防浪墙形式在受力和越浪上各自的特点,并讨论防浪墙型式引起的越浪和受力的相互关系,可供斜坡堤防浪墙设计参考。

海堤护面型式对波浪爬高和越浪的影响

在海堤护面设计中,通常在满足稳定的基础上,还希望通过采用适当的护面型式来减少波浪的爬高和越浪量,以降低堤顶高程,减少工程造价。通过具体工程不同护面型式波浪爬高和越浪试验,提出斜坡上波浪爬高和越浪量不仅与护面类型有关,还与护面消浪结构所处位置有关,可供工程设计参考。

苏南运河船行波现场观测及物理模型试验研究

对现场观测的苏南运河镇江段船行波相关资料采用物理模型试验进行了验证,并分析比较了500 t和1000 t货船在不同载重、不同航行线路情况下在直立岸壁附近产生的船行波最大波高与航行速度的关系,相关数据可供设计参考。

港珠澳大桥岛桥结合跨箱梁波浪力试验研究

通过三维物理模型系列试验,对港珠澳大桥工程西人工岛、岛桥结合跨进行模拟。试验测量了不同波浪入射角度、波高、波周期以及梁底净高等影响因子下的岛桥结合跨箱梁所受的浮托力和水平力,分析了受力随波陡、相对梁底作用高度以及波浪入射角度的变化规律。研究表明,在一定条件下箱梁浮托力和水平力,随波陡的增大而减小,随梁底相对作用高度的增加而增大,波浪入射方向的影响主要表现为与箱梁沿波浪传播方向的有效长度相关。由于岛桥结合跨的特殊性,改进的Douglass公式并不适用于岛桥结合跨箱梁受力的计算。通过主要影响因子的量纲分析,建立针对岛桥结合跨箱梁浮托力和水平力的计算公式。研究成果可为今后同类工程以及数值模拟提供借鉴与参考。

波浪概率模型试验方法研究

目前常用的确定性模型试验不能满足海岸工程结构可靠度设计的要求。针对设计波高、周期、作用方向和水位四个水动力因素的不确定性,提出了波浪概率模型试验及其分析方法,供实验室物理和数学模型实验应用。

开孔沉箱消浪性能试验研究

开孔沉箱的开孔率是影响其消浪性能的重要参数,迎浪面上的开孔范围也会影响开孔沉箱的消浪性能。通过物理模型试验,测量了不同开孔率情况下开孔沉箱前的波高,采用多点法分析了波浪反射系数,研究了其消浪效果,给出了波浪反射系数与沉箱开孔率之间相互关系的试验结果;同时,通过试验研究了开孔沉箱的开孔区域上下端距静水位高度对沉箱消浪性能的影响,对比了两种不同开孔沉箱断面宽度情况下波浪反射系数。

护坡垫层渗透系数对面层波浪上举力的影响

在工程应用中,对于波浪作用下的护岸工程,护坡通常采用面层-垫层-堤心土的设计模式,其垫层一般采用反滤层结构。但在实际工程中垫层结构往往被简化,直接将土工布铺设在砂层上。通过理论分析和模型试验,主要针对这种垫层结构在波浪作用下所受的影响进行了研究,得出了结论:当面层渗透系数小于垫层渗透系数时,在垫层内部会产生对面层的上举力,从而可能引起面层失稳。该成果对类似工程有一定的借鉴作用。

桩基透空堤上部结构形式对防浪特性影响

在考虑堤顶越浪的情况下,对典型的设有挡浪墙和挡浪板的桩基透空式防波堤进行防浪特性研究。分析不同结构形式对堤后波高及其变化规律的影响;通过测量上部结构所受波浪力,对比防浪墙结构形式对结构受力的影响;并就结构形式对堤后波高和结构受力的影响关系进行研究。结果表明:合理的上部结构设计,可以在满足防浪要求的同时有效减少结构所受波浪力。

两种风荷载模拟方法下的邮轮系泊撞击能量试验研究

以22.5万t邮轮为例,分别进行单风、单浪和风浪共同作用下的系泊撞击能量试验,研究在风机法和挂重法两种不同的风荷载模拟方法下单风、单浪和风浪共同作用时对邮轮撞击能量的影响。试验结果表明:在风浪共同作用时,运用风机法时的系泊撞击能量比挂重法的大17.4﹪;另外,风浪共同作用时,风荷载对邮轮系泊撞击能量的影响较大,风浪共同作用时的撞击能量远大于单浪作用时的撞击能量。

长周期波浪在礁盘陡变地形上的变形研究

随着岛礁工程建设的发展,长周期波浪在岛礁地形上变形研究有非常重要的现实意义。以马尔代夫机场岛近岸礁盘地形为研究背景,通过格林法则、椭圆余弦波等理论方法对波浪浅水变形进行计算,利用断面物理模型试验进行对比分析;开展岛礁地形的整体物理模型试验,研究长周期波浪在岛礁地形上的变形,分析岛礁地形上的波高增大系数。

波流共同作用下混凝土块软体排稳定性研究

混凝土块软体排是一种经济有效的冲刷防护手段,在河流护岸工程和航道工程中得到广泛应用,在一些潮流波浪较大的近海工程中也有采用。首先对水流和波浪作用下混凝土块软体排的受力进行了分析,然后通过物理模型试验对3种不同厚度的混凝土块软体排在单独水流作用下、单独波浪作用下和波流共同作用下的稳定性进行了试验。通过试验测量其失稳临界流速和特定水流流速下失稳临界波高,并对试验结果进行了对比分析。

波浪作用下人工沙滩剖面横向输沙试验研究

随着在滩涂之上建设人工沙滩的举措逐渐增多,人工沙滩剖面横向输沙研究有非常重要的现实意义。在与海岸动力相互适应的原岸滩上建造人工沙滩是较为复杂的问题,并且实际工程中的人工沙滩还受到工程措施的影响,剖面形态较难预测。在原海滩上建造人工沙滩较复杂,它适应了海岸的力量;实际工程中的新滩受工程测量的影响,因此其剖面形状难以预测。针对这个问题,采用物理模型试验的方法,针对受挡沙坝及护岸限制的人工沙滩剖面在不同水位及波浪条件下的形态变化进行试验研究,并应用工程中常用的平衡剖面模型对相对稳定的剖面进行计算比较,得出了形成稳定的剖面形态所需要的条件。试验结果验证了初始岸滩坡度1∶15的适用性,得出了当波浪受结构物影响较小时可以形成均衡沙滩剖面的结论。

中科炼化码头工程墩台上托力试验研究

依托中科炼化离岸式码头工程,通过波浪物理模型试验,对码头桩基墩台底面压强和上托力进行研究。首先,在不同墩台底面相对超高条件下,分析了墩台底面波浪压强作用过程以及分布,对作用的两种压强类型(冲击压强和缓变压强)进行探讨,给出了墩台底面同步平均相对压强与墩台底面相对超高的变化关系。然后,在不同墩台底面相对超高条件下,分析了墩台上托力变化过程,并将最大相对上托力与最大相对同步压强进行比较分析。最后,将上托力试验结果与几种典型方法的计算结果进行比较。相关研究提供了深水离岸式码头的桩基墩台上托力计算依据,可供类似工程借鉴。

不同结构形式潜堤消浪性能物理模型试验研究

波浪经过透水结构的传播是波波相互作用非线性的过程,难以用数学模型进行准确模拟。针对这一复杂问题,选取了矩形、梯形、三角形、半圆形4种结构形式的潜堤,采用波浪断面物理模型试验的方法对这4种结构形式潜堤的消浪特性进行了研究。选取常用的影响因子,分析4种潜堤在波浪作用下透射系数随影响因子的变化规律,并通过经验公式对试验结果进行验证。研究结果表明潜堤消浪性能受入射波浪要素、潜堤相对堤顶水深、潜堤自身尺寸等因素影响较大。

港珠澳大桥西人工岛桥结合段波浪演变数值模拟

近年来海洋极端天气频发,港珠澳大桥西人工岛地处外海,与其相连接的桥梁非通航跨的桥面高程较低,容易受到海浪侵袭,威胁到岛桥功能的正常发挥和结构自身安全。针对西人工岛桥结合部周围的复杂地形条件,采用OpenFOAM®开源程序,分别对S、SSW和SW三个方向的极端波浪进行了数值模拟。通过数值计算结果与物理模型试验测量值的比较验证了的模型的准确性。分析了不同方向入射波的波高和沿岛体斜坡爬高的变化规律。随着波浪入射角的增大,人工岛南侧斜坡的波浪爬高呈逐渐减小,但在岛体西端靠近桥梁的位置处,波浪爬高逐渐增大;同时也反映了越浪和桥面上水风险的大小。研究旨在为实际工程的管理和设计提供参考。

波浪作用下趸船对高桩码头的受力影响

在以往研究成果的基础上,通过对不同水位波浪作用下码头前无趸船、有趸船但不与码头连接和有趸船并采用引桥连接3种布置方案进行物理模型试验,测量了码头受到的水平力和上托力,分析了3种布置方案趸船对码头受力的不同影响。试验结果表明:趸船和引桥的传递作用会使码头受到的水平力增大,趸船对波浪的阻碍作用会使码头受到的上托力减小。

复杂礁盘地形对防波堤堤脚稳定性影响试验研究

针对礁盘地形上波浪运动形态的复杂性及相关防波堤工程设计中的结构稳定性问题,对礁盘地形附近某工程及相关海域的海床地形进行模拟,并通过波浪整体物理模型试验验证工程区防波堤堤脚的稳定性情况。试验结果表明:礁盘地形上堤脚块石稳定重力若按规范计算偏危险。研究结合试验现象及结果对堤脚进行优化,提出礁盘地形上防波堤堤脚开槽的优化方案。