自由液面效应对跨海桥梁桩基波浪力的影响

目前应用Morison方程估算小尺度柱体波浪合力(矩)时大多仅沿静水深积分,而忽略波浪自由液面影响。为探讨波浪自由液面对小尺度柱体波浪合力(矩)的影响,基于Morison方程、修正的线性Airy波浪理论和非线性Stokes2波浪理论,推导考虑自由液面影响下柱体波浪合力(矩)的计算公式。运用该计算公式,分析不同波况下,波浪自由液面对柱体波浪合力(矩)峰值的影响,同时对比修正的线性Airy波和非线性stokes2波的数值计算结果。研究结果表明:与线性波相比,由于stokes2波浪理论造出的波形波峰尖而陡,波谷宽而缓,其波浪合力(矩)峰值较大且相位提前。随着波高H的增加,水深与波长相对比值d/L减小,波浪自由液面对小尺度柱体波浪力的影响越来越大。当d/L大于某一临界值时,波浪自由液面及波浪非线性对柱体波浪合力(矩)影响很小。特别地,当d/L=0.1,H=Hb时,考虑了波浪自由液面影响后,波浪非线性修正系数CFd+η,CMd+η达到最大,CFd+η≈7.4,CMd+η≈10.2,表明对于浅水大波高情况,此时务必要同时考虑波浪非线性及自由液面的影响。