基于SPH的新型人工块体TB-CUBE设计优化和水动力特性数值模拟

为探究高透空性新型人工块体TB-CUBE的最优结构尺寸型式及其水动力特性,利用基于光滑粒子方法(smoothed particle hydrodynamics,SPH)的DualSPHysics开源代码开展斜坡堤新型人工块体TB-CUBE数值模拟研究,探究其在规则波作用下的爬高和越浪等水动力特性及波浪变化规律。结果表明:数学模型模拟的爬高和越浪与物理模型试验的实测值误差分别在6%和9%以内,可较好地刻画波浪在人工块体上的演变过程。基于此验证模型,分析不同细部尺寸参数下块体的水动力特性,综合块体爬高、反射系数、越浪、块体孔隙率和材料用量等因素,得到最优消浪效果所对应TB-CUBE块体的球相对半径R1、圆柱相对半径R2与块体边长h的关系。在此基础上,以优化后的TB-CUBE块体为对象,分析其爬高和越浪的过程,揭示出该块体的消浪机理主要为相邻块体之间的圆孔对波浪的爬高和回落均有阻滞作用,且块体内部孔隙可以容纳水体并形成紊流效能,可以相应地减少波浪的爬高。此外,研究斜坡坡度、堤前水深、入射波高和波周期等对波浪爬高的影响,得到TB-CUBE块体爬高随入射波高和波坦的增大而增大,而随坡度的变化呈现单峰曲线的变化趋势。进一步考虑不同波浪破碎形态对波浪爬高的影响,拟合得出TB-CUBE块体的爬高经验公式,公式拟合值与模型计算值相关系数达0.981,能够真实反映该块体的爬高情况,为今后该块体在海岸工程中的实践运用提供科学依据。

斜坡堤新型人工块体TB-CUBE的波浪爬高和反射试验研究

针对新型人工块体TB-CUBE在斜坡堤上对于规则波爬高及反射的影响效果,进行试验研究。研究结果表明:波浪爬高随斜坡堤坡度增加呈现先增加后减小的趋势,并随水深增加先减小后增加;同时,堤前反射系数随水深和坡度增加呈现逐渐减小的趋势。依据波浪在新型护面块体TB-CUBE上爬高的相关因素,并以此拟合出波浪在该块体上爬高的经验公式,并与JTS 145—2015《港口与航道水文规范》进行了对比分析。结果表明:拟合的经验公式对TB-CUBE块体的适用性比规范中的计算公式更好。

人工块体替代垫层块石的数值试验研究

针对大垫层块石选料困难和抛填理坡施工难度大、较难控制施工质量及进度的问题,通过水工物理模型试验及数值模拟的手段,对人工块体替代垫层块石可行性进行了初步探究。基于水工试验结论,利用CAD与CFD相结合的方式,建立了符合真实海况的三维防波堤水动力数学模型,并通过波面方程和物理模型试验对其有效性进行了验证。数值试验给出了不同垫层形式对波浪爬高的影响,探讨了护面块体的受力和块体间隙的流场分布。结果表明人工块体作垫层有一定可行性。为进一步探究护面层失稳的动力特征提供了依据,对工程设计中人工块体代替垫层块石的可行性提供参考。

人工块体护面防波堤与宽肩台防波堤对比

斜坡式抛石防波堤的护面结构,是防波堤结构设计中至关重要的部分。通过对福建某防波堤护面块体的研究,将人工块体护面的斜坡堤与宽肩台斜坡堤进行分析对比,并通过物理模型试验验证,得出两种不同结构形式在掩护效果、护面稳定性、石料用量、工程造价等方面的不同特点和差异性,对类似防波堤工程护面结构选型具有参考价值。

截流人工块体稳定性分析

本文主要讨论不同形状的截流人工块体的稳定机理和稳定特性。根据正四面体和正方体在水流中受力的作用．建立起这两种块体在水流中作滑动和滚动运动的平衡方程，对块体的稳定性进行了计算。通过两向和三向水流模型，对各种形状的人工块体作不同方式的抛投试验，试验记录较好地验证了计算结果，从而得出各种块体的稳定特性，并提出在截流现场中如何根据不同形状块体的稳定性灵活运用的意见，以供施工参考。

一种新型单层人工块体Crablock的工程应用

为了研究中东某防波堤项目采用的一种新型单层人工块体Crablock的设计参数,整理分析该块体已有的物模试验研究成果,并将该块体的参数与当前国际主流的4种单层人工块体Accropode TM、Accropode TM II、Core-Loc、Xbloc进行对比研究。结果表明:1)该块体的稳定数N s为2.8~3.3,对应k D值为16~27,稳定性比其余4种块体有较大的提高;2)与其余4种块体采用随机安装不同,该块体在矩形规则安装时能够获得良好的块体联锁和安装密度;3)与其余4种块体设计垫层时采用110块体质量不同,该块体建议采用比传统设计更小的125块体质量的垫层;4)该块体的越浪糙率系数还未在试验中确定,但不小于0.45。设计时应以物模实测越浪为准。

斜坡式建筑物上异形人工护面块体的发展及应用

人工护面块体是近海工程中常用的结构形式,用来削减波浪侵袭作用,保护斜坡式建筑物主体的结构安全。文中分类对不同类型常用人工块体的发展过程做了简要的回顾和介绍,最后对这些块体的基本性能和工程指标做了对比分析。

斜坡堤人工护面块体特性分析

为全面系统比较分析现有各类人工护面块体的优劣,介绍代表性人工护面块体的发展,并分析了其稳定原理。归纳比较主流护面块体的稳定系数K_(D)和稳定数N_(s),用于评价块体稳定性;引入单位面积混凝土用量和块体数量,用于评价其经济性。在此基础上选取6种常见的人工护面块体,定量比较其稳定性和经济性。借鉴国外规范及最新研究成果对JTS 154—2018《防波堤与护岸设计规范》(简称国标)中扭王字块的计算和使用要求提出建议。最终得出结论:常用人工护面块体稳定性及经济性的定量比较结果可供设计人员在比选护面块体方案时借鉴。对国标中扭王字块的使用提出几点完善建议,可使我国设计企业更好地接轨国外客户。

潮流作用下水工建筑物防冲刷技术进展综述

文中对潮流作用下水工建筑物冲刷机理的理论研究进行了梳理总结,对目前已有的一些防冲刷措施和工程实例进行了调研,通过对四面六边体透水框架防护、主动式勾连体防护、双工字透水框架防护、固化土防护、海底仿生防冲刷系统等新的防护技术及其应用实例的分析,对各新技术的优缺对比提出几种可行的潮流作用下水工建筑物防护方案构想。

两种不同消浪块体护面的斜坡堤对比研究

非洲几内亚湾区域某工程项目为实现对升级后的港口形成良好掩护效果建设防波堤结构,结合工程地质情况以及当地的施工条件,防波堤采用抛石斜坡堤结构。防波堤结构分别采用双联块体和扭王字块体两种块体作为护面结构开展了试验研究,通过计算分析以及物理模型试验对防波堤断面在波浪作用下的稳定性、越浪量和波后堤高进行验证,经对比分析两种块体均可以满足设计及使用要求,在稳定性上具有同级别的安全性,为类似工程设计提供了技术支撑。

某工程海堤护面结构优化研究

某工程中10 km的护岸设计采用大块石进行防护,然而由于石料市场供应不足,块石价格快速上涨,原设计方案面临着工期和造价失控的问题。通过分析原设计方案的断面特点,对护岸的护面结构进行了优化,采用人工块体Accropode护面,通过2D物模试验验证了优化设计方案的护面稳定性,同时对比分析了护岸优化前后的断面,采用Accropode块体,护面的稳定性更好,越浪量更小,且对整体稳定性影响不大,在石料供应不足的情况下,采用人工块体护面在性能、工期和造价方面有优势。

工程海堤护面结构优化研究

工程海堤是为了防止海洋水体侵蚀陆地而建造的一种护岸工程。在海岸线保护和防洪防潮方面,工程海堤扮演着重要的角色。然而,海堤作为一种人工结构,常常受到海洋波浪、潮汐、风浪等自然力的严重侵蚀,长期以来,人们一直在探索如何提高海堤的抗侵蚀能力和稳定性。在工程海堤护面结构的研究背景下,主要有以下几个方面的需求和挑战:海洋波浪、潮汐和风浪等海洋力量对海堤护面造成严重侵蚀,因此需要寻找抗侵蚀的材料和结构,以确保海堤的长期稳定性。海堤护面结构需要能够承受外部海洋力的作用,以及内部水压力、土压力等力的作用,保持结构的稳定性和完整性。海堤护面结构的材料选择需要考虑到抗腐蚀、耐久性、可持续性等因素,以适应恶劣的海洋环境。海堤护面结构的建造和维护成本也是需要考虑的因素,需要在保证抗侵蚀能力和稳定性的前提下,尽可能降低工程投资。工程海堤的建造对海洋生态环境有一定影响,因此需要考虑如何最大程度地减少对生态系统的影响,保护海洋生态平衡。综上所述,工程海堤护面结构的研究背景涉及到多个方面的技术和工程问题,解决这些问题将有助于提高海堤的防护能力,保护海岸线和海洋生态环境,确保水利工程和社会发展的可持续性。

防波堤施工期的台风防御设计及模型试验

防波堤施工期的台风防御是工程中的一个难题．现采用在防波堤施工坡面上临时安放已预制的人工块体进行护坡，以提高糙渗性能，减小波浪力．在合理确定防台方案的潮位、波浪标准的基础上，在堤顶用块体堆筑临时胸墙，在坡面上采用人工块体进行全护坡、半护坡和不护坡等三种方案，并分别进行模型试验论证．结论表明这种技术措施对台风大浪的防御是有效的。

深水斜坡式防波堤人工垫层块体稳定性及反射系数研究

船舶大型化的趋势导致港口设施向深水发展。而对于深水防波堤,在较大设计波浪作用下,护面块体和垫层块石的重量往往超出现行技术规范的要求,针对大型天然块石垫层选料和施工困难,大量的开山选石损害自然环境等问题,本文总结了国内外人工块体的研究成果,阐明了人工块体垫层代替大型块石垫层的可行性,遴选了3种类型人工块体作为垫层,进行护面块体稳定性试验,经对比分析得出扭王字护面下带槽方块垫层的新结构,并确定其重量比值关系对护面稳定性的影响;对比传统垫层块石,给出遴选人工块体垫层的KD值、堤前反射系数经验公式及波浪爬高糙渗系数推荐值。通过物理模型试验证明了深水斜坡防波堤通过采用人工垫层块体代替大型天然垫层块石的方法是可行的,为港口工程技术规范的修订提供了参考。

外文武海堤损坏原因分析与防治对策

长乐外文武海堤是我省第一个开敞式海堤,位于开敞式海域大浪区,波浪对海堤冲击破坏力巨大。该文分析了外文武海堤运行过程中损坏的原因,并据此提出了具体防治对策,可供类似工程参考。

青草沙水库闸下海漫段加糙体消能效应的数值模拟

为了进一步提高青草沙水库的换水能力,从雷诺平均Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流方程出发,基于流体力学的相关理论和SIMPLE算法,数值模拟加大青草沙水库排水量条件下,下游水闸闸门下游水流特性以及对底部冲刷效应。结果表明:在海漫段布置四脚空心块体进行加糙时,可以调整海漫段近底流速分布,降低海漫段近底流速,而且布置四脚空心块体数量越多,增加糙率的效果越显著。从工程经济角度出发,在距离海漫段入口13 m处布置2排交错排列的四脚空心块体、在35 m和57 m处各布置1排四脚空心块体的方案能达到最佳的消能效果。此外,护面块体间距的减小有利于增大底部的粗糙率和壅高水位,但是对减小护滩段下游的近底流速并不显著。

宽肩台斜坡式防波堤施工

斜坡堤是海港防波堤工程中最常用的结构型式。它的发展大体可分为3个阶段：第一阶段是在19世纪中叶建造的抛石斜坡堤。它们主要用质量较轻的不分级配的块石抛筑而成，在风浪作用下，堤坡被打平，甚至堤顶被打平，然后增补堤身块石，直至形成在水位变动区上下附近坡度很平缓的相对稳定断面。第二阶段为斜坡堤型式。主要由堤心、垫层和护面块石(或人工块体)组成。为了减轻护面块石的质量，并可充分利用采石场中各种质量等级的块石，在20世纪80年代初发展了宽肩台式斜坡堤的新堤型。

关于防波堤工程总体设计方案的研究

目前,随着水运航运经济的发展,码头向大型化、航道向深水化发展趋势愈发明显。防波堤为水域内船舶航行、靠泊及作业提供重要的支撑和保护的重要性不可替代,但防波堤面临的海况愈发复杂。科学合理的防波堤设计方案不仅可以节省造价,而且直接影响水域范围内航运经济长久健康的发展。本文从防波堤设计的总平面布置和主要结构形式的选择进行探讨,为今后防波堤总体设计及应用提供参考。