斜向波浪对半圆型防波堤作用的实验研究

介绍半圆型防波堤和河口导堤在国内外的应用概况及在长江口深水航道治理工程中对半圆型导堤的设计创新和优化——半圆型浮式沉箱的导堤结构型式,提出堤顶淹没情况下半圆型导堤波浪力的计算方法以及半圆型结构的优化设计方法等。

　以时变雷诺方程为控制方程,用k＿ε模型封闭该方程,采用体积函数(VOF)方法来跟踪波动自由表面,建立了二维垂向波浪数学模型,并用已有的实验资料进行了验证·　随后用该模型模拟了半圆型防波堤与孤立波在淹没、平顶水位、完全露顶且不越浪3种典型工况下的相互作用过程·　得到了半圆堤附近的流场、压强场和波面的变形过程·　结果表明,在淹没状态下,半圆堤背浪面的底部会产生涡旋;平顶水位时,由于越浪的冲击作用,在半圆堤的背浪面将逐渐形成一对较大的涡旋,而半圆堤背浪面的底部,速度始终相对较小;而在露顶不越浪时,半圆堤的迎浪面会出现波浪的二次爬升的现象·　为进一步研究结构物附近的污染物的输移扩散和泥沙运动提供基础·

本文采用边界元与有限差分相结合的数学模型研究了半圆型防波堤上波浪压力的作用规律 ,并总结出了适用于堤顶淹没、半淹没和不淹没情况下的总压力和抗滑稳定系数的简化计算公式。

以淹没状态下的半圆型防波堤为研究对象 ,采用不规则波断面模型试验 ,结合典型实例分析了堤体波压分布的特点 ,指出波浪经过堤顶破碎与否直接影响到堤体所受波力的大小 ,并建议了开孔办法和波力计算方

通过长江口半圆型导堤的方案设计和试验研究,表明当导堤结构处于淹没状况时,若采用通常的作用于半圆型防波堤上的波浪力经验公式来设计断面,将是不安全的。