破碎波與直立堤相互作用的研究.pdf

1、直立堤是港口工程中一種常見的結(jié)構(gòu)形式，波浪力是其承受的主要荷載之一。破碎波特別是沖擊性強(qiáng)的近和遠(yuǎn)波，對直立堤的破壞極大，而由于波浪的破碎機(jī)理復(fù)雜，破碎過程中伴隨著摻氣、劇烈的紊動等，至今人們對破碎波對直立堤的作用機(jī)理尚不清楚。
　　 為研究破碎波壓力的特點(diǎn)及壓力變化與流場變化之間的關(guān)系，本文依托國家自然科學(xué)基金：“破碎波對直立建筑物作用機(jī)理及其波浪力的研究”(N0.50679008)，采用數(shù)值模擬和物理模型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，對規(guī)

2、則波條件下的破碎立波和近破波與直立堤的相互作用進(jìn)行了研究。物理模型實(shí)驗(yàn)利用先進(jìn)的瞬態(tài)全場測量技術(shù).粒子圖像測速法(PIV)技術(shù)，得到與壓力同步的流場矢量圖，為研究流場變化和壓力的關(guān)系提供基礎(chǔ)。數(shù)值模擬采用有限元方法和Volume of Fluid(VOF)技術(shù)建立二維非線性數(shù)值波浪水槽，通過求解流體的控制方程得到破碎波與直立堤作用的流場和波壓力。
　　 通過將數(shù)值計(jì)算得到的破碎立波，中、高基床近破波的壓力分布、波浪力、壓力歷時(shí)曲

3、線及流場等與物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，說明數(shù)值模型可以較好地計(jì)算出破碎波對直立堤作用的波浪力，及模擬出波浪在直立堤前的變形、破碎過程，驗(yàn)證了數(shù)值模型的可靠性。
　　 破碎立波屬表面破碎，流場過程與立波類似。其壓力歷時(shí)曲線呈馬鞍形變化主要是由波浪非線性造成的，而破碎使馬鞍形變化更明顯，按規(guī)范方法計(jì)算破碎立波波浪力偏于保守。
　　 近破波破碎后沖擊直立堤時(shí)，沖擊作用對壓力有明顯的貢獻(xiàn)，第一個(gè)壓力峰值的形成受沖擊壓力的影響；隨著水

4、體沿直立堤的上升，沖擊作用減小，波浪破碎水質(zhì)點(diǎn)不連續(xù)，壓力值隨之減?。徊ǚ鍟r(shí)上部水體和下部水體分離，導(dǎo)致波面下落時(shí)上部水體對下部水體產(chǎn)生沖擊，這對第二個(gè)壓力峰值的形成有重要影響。
　　 基床高度不同造成波浪的破碎形式不同，中基床條件下發(fā)生崩破形式的破碎，對直立堤的沖擊較為緩和，高基床條件下發(fā)生卷破形式的破碎，破碎后形成整塊水體直接沖擊直立堤，對直立堤的沖擊作用非常劇烈。而不同的破碎形式造成了壓力歷時(shí)曲線形式的不同，中基床時(shí)為馬鞍