二維與三維隨機波浪對半圓型防波堤作用的研究.pdf

1、本文綜合考慮波陡H/L(π1)、相對波高H/d(π2)、堤頂相對水深d1/d(π3′)、波浪入射角或波浪主方向θ0(π4)和波浪方向分布參數(shù)s(π5)等5個主要影響半圓型防波堤波浪荷載的因子，基于二維水槽和三維水池物理模型試驗，對二維(規(guī)則波與不規(guī)則波)和三維(斜向規(guī)則波、斜向不規(guī)則波和多向不規(guī)則波)波浪條件下半圓型防波堤的受力特性及其機理作了較系統(tǒng)的試驗研究和數(shù)值計算。給出了不同波浪條件下半圓型防波堤的波浪壓力分布特征及單位堤長、單元

2、堤長波浪力的計算方法。 半圓型防波堤波浪壓力分布的基本特征受π3′影響比較大。除π3′外，π1和π2對壓力分布的影響也不能忽略。規(guī)則波、不規(guī)則波和多向波作用下半圓型防波堤的波浪壓力分布的基本特征無定性的差別。在π2和π3′一定的條件下，正向水平波浪力、垂向波浪力和底板浮托力隨著π1的減小而增大；負向水平波浪力則隨單因子π1變化的趨勢較緩；在π1和π3′一定的條件下，正向水平波浪力、垂向波浪力和底板浮托力隨π2的增大而增大；在π1

3、和π2一定的條件下，無因次總水平力(正向與負向)隨著π3的增大而減小。實驗范圍內(nèi)，給出了單位堤長上半圓型防波堤的負向水平力大于正向水平力的以π1、π2和π3′分界的臨界指標。 斜向和多向波作用下單位堤長上波浪總力隨主要影響因子π1、π2的變化規(guī)律與正向波浪作用時無定性的差別。但斜向波浪入射角度和多向波主波向的變化將會引起堤前波浪形態(tài)的變化(產(chǎn)生短峰波)，進而導致波浪力的變化。實驗范圍內(nèi)，斜向波浪入射角度在15°～45°范圍內(nèi)變化

4、時，不排除單位堤長正向水平波浪力大于正向波浪作用時正向水平力的可能性；單位堤長上負向水平力總體上不大于正向波浪作用時的負向水平力。當主波向方向θ0=0°和θ0=30°時，在s=2～70范圍內(nèi)，多向不規(guī)則波作用時單位堤長上波浪力基本不受方向分布寬度參數(shù)的影響。π3′一定的條件下，單位堤長波浪力的折減系數(shù)Kθ0與π1和π2有關。試驗給出了單位堤長波浪力的折減系數(shù)Kθ0。 波浪力的縱向分布受控于π4和π5?？v向分布的特征變化基本不受π

5、1和π2的影響。波浪力的縱向分布是相對堤長Lc*sinθ0/Lp的函數(shù)。波浪能量的方向分布越寬，波浪力沿縱向的分布越不均勻。斜向波力縱向分布的不均勻性大于多向波的縱向分布的不均勻性。 波浪斜向入射角越大，作用在同一長度單元堤上的波浪力的折減系數(shù)越小。波向角相同時，波浪力的折減系數(shù)隨單元堤長度的增大而減小。多向波力的縱向折減與波浪能量的方向分布寬度有關，方向分布越寬，波浪力的縱向折減越大。多向波作用在單元堤上的總水平波力的縱向折減

6、系數(shù)小于斜向波作用時的縱向折減系數(shù)。斜向和多向波作用于單元堤上的水平波浪力和垂向波浪力可通過單位堤長波浪總力、縱向折減系數(shù)、及單元堤長度的乘積得到。文中給出了不同波浪條件下的波浪力縱向折減系數(shù)γ計算公式。 斜向與多向不規(guī)則波浪對半圓型防波堤作用的研究此前尚未見文獻報道。本文通過數(shù)值模型計算得到的作用在半圓型潛堤斷面上的波壓分布、正向水平波浪力和負向水平波浪力的計算結果與試驗結果吻合較好，半圓堤上波壓力的變化主要依賴于堤體周圍速度