李本霞[1]2003年在《斜向和多向不规则波对直立堤作用的研究》文中指出直立式防波堤是最常用的外海防护建筑物和护岸建筑物之一，作用于它的主要荷载是波浪力。传统的研究和工程规范多数为单向波正向击堤情况，对斜向不规则波特别是多向不规则波与直立堤相互作用的研究成果特别少。然而自然界中的波浪是多向不规则的，而且常斜向击堤，斜向波还可产生大于立波的波浪力，同时由于斜向波和多向波作用于堤长上的波力存在相位差，使整个单元堤(例如一个沉箱)上的总波力随波浪入射角的增大而减小，但对其减小规律和计算方法还不明确。为使工程设计更为经济合理，深入研究斜向和多向不规则波对直立堤的作用成为当务之急，本文利用物理模型试验和数值模拟的方法，系统研究了波浪斜向作用和多向不规则性对直立堤所受波浪力的影响。 本文的叁维物理模型试验在大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室的综合水池中进行。试验采用Goda建议的JONSWAP谱来模拟不规则波浪，方向分布函数采用光易型分布。波浪入射方向或主方向的范围为0°～60°，方向分布参数s分别取为10，40，∞(单向不规则波)。采用叁种深水波陡和叁个波高。 通过试验结果分析，给出了作用在直立堤上的单位堤长波浪力随波向角的变化规律，讨论了波浪方向分布宽度(波浪多向性)、波陡及相对波高等因素对单位堤长波浪力的影响。分析了考虑单元堤的长度影响时，斜向和多向波作用于单元堤上的波浪力的纵向分布规律及纵向折减规律，讨论了波向角、波浪方向分布宽度、波浪要素等对波浪力纵向分布和纵向折减的影响，利用最小二乘法进行曲线拟合，给出了单元堤上波浪力的纵向分布系数和纵向折减系数与单元堤相对长度的关系式，便于理论研究和工程设计参考应用。并通过与Battjes理论和Madrigal等试验成果的比较来验证本文所采用的分析方法的合理性。 建立了基于势流理论的正向和斜向不规则波与直立堤相互作用的数值计算模型。通过在计算域内设置一造波源造波，边界用海绵层消波来克服现有吸收式造波理论的缺陷，数值试验表明源项能连续地产生入射波浪而不受直堤产生的反射波的影响。计算时自由表面边界采用其原始的完全非线性形式而不做任何级数展开，能充分考虑波浪的非线性影响。垂向采用σ-坐标变换，将随时间变化的物理域变换为简单而“贴体”的固定计算域，并采用有限差分法进行数值离散和求解。数值结果与试验结果吻合良好，计算得到的单位堤长波浪力随入射角的变化规律与试验规律基本一致。
王丽勤[2]2006年在《二维与叁维随机波浪对半圆型防波堤作用的研究》文中研究说明斜向与多向不规则波浪对半圆型防波堤作用的研究此前尚未见文献报道。 综合考虑波陡H／L(π_1)、相对波高H／d(π_2)、堤顶相对水深d_1／d(π_3′)、波浪入射角或波浪主方向θ_0(π_4)和波浪方向分布参数s(π_5)等5个主要影响半圆型防波堤波浪荷载的因子，基于二维水槽和叁维水池物理模型试验，对二维(规则波与不规则波)和叁维(斜向规则波、斜向不规则波和多向不规则波)波浪条件下半圆型防波堤的受力特性及其机理作了较系统的试验研究和数值计算。给出了不同波浪条件下半圆型防波堤的波浪压力分布特征及单位堤长、单元堤长波浪力的计算方法。 半圆型防波堤波浪压力分布的基本特征受π_3′影响比较大。除π_3′外，π_1和π_2对压力分布的影响也不能忽略。规则波、不规则波和多向波作用下半圆型防波堤的波浪压力分布的基本特征无定性的差别。 在π_2和π_3′一定的条件下，正向水平波浪力、垂向波浪力和底板浮托力随着π_1的减小而增大；负向水平波浪力则随单因子π_1变化的趋势较缓；在π_1和π_3′一定的条件下，正向水平波浪力、垂向波浪力和底板浮托力随π_2的增大而增大；在π_1和π_2一定的条件下，无因次总水平力(正向与负向)随着π_3′的增大而减小。实验范围内，给出了单位堤长上半圆型防波堤的负向水平力大于正向水平力的以π_1、π_2和π_3′分界的临界指标。 斜向和多向波作用下单位堤长上波浪总力随主要影响因子π_1、π_2的变化规律与正向波浪作用时无定性的差别。但斜向波浪入射角度和多向波主波向的变化将会引起堤前波浪形态的变化(产生短峰波)，进而导致波浪力的变化。实验范围内，斜向波浪入射角度在15°～45°范围内变化时，不排除单位堤长正向水平波浪力大于正向波浪作用时正向水平力的可能性；单位堤长上负向水平力总体上不大于正向波浪作用时的负向水平力。当主波向方向θ_0=0°和θ_0=30°时，在s=2～70范围内，多向不规则波作用时单位堤长上波浪力基本不受方向分布宽度参数的影响。π_3′一定的条件下，单位堤长波浪力的折减系数K_(θ_0)与π_1和π_2有关。试验给出了单位堤长波浪力的折减系数K_(θ_0)。 波浪力的纵向分布受控于π_4和π_5。纵向分布的特征变化基本不受π_1和π_2的影响。波浪力的纵向分布是相对堤长L_c~*sinθ_0／L_p的函数。波浪能量的方向分布越宽，波浪力沿纵向的分布越不均匀。斜向波力纵向分布的不均匀性大于多向波的纵向分布的不均匀性。
张振平[3]2004年在《斜向和多向不规则波作用于直立堤上波浪力的概率分布和频域特性》文中研究说明直立式防波堤是最常用的海工建筑物之一，作用于它的主要荷载是波浪力。传统的研究和工程规范多数为单向波正向击堤情况，对斜向不规则波特别是多向不规则波与直立堤相互作用的研究则开展的比较少。实际上天然海浪是多向不规则的，而且常斜向击堤，在堤前形成短峰波，可能产生比立波更大的单位堤长波浪力。处理不规则波与建筑物的相互作用主要有4种方法，即特征波法、概率分析法、谱分析法和模型试验法。随着以概率论为基础的可靠度设计和优化分析在海岸工程结构中的应用，不规则波浪力的概率分布成为研究重点。谱分析法是研究波浪力的频率构成和能量分布特性，并且常与概率分析法结合起来，以确定不同波力谱下不同累积率的波浪力。本文在物理模型试验的基础上，系统研究了斜向和多向不规则波波浪力的概率分布和频域特性。 本文的内容为国家自然科学基金资助项目(50079001)的部分成果，物理模型试验在大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室的综合水池中进行。试验采用Goda建议的JONSWAP谱来模拟不规则波浪，方向分布函数采用光易型分布。波浪入射方向或主方向的范围为0°～60°，方向分布宽度s分别取为10，40，∞(单向不规则波)。采用叁种深水波陡：S_∞=0.02、0.03和0.04和叁种波高H_s=0.06cm、0.09cm和0.12cm，水深d=0.45m。 通过试验结果分析，给出了作用在直立堤上的单位堤长波浪力的概率分布形式，讨论了波向角、波浪方向分布宽度(波浪多向性)、波陡及相对波高等因素对单位堤长波浪力概率分布参数的影响，给出了斜向和多向波作用于直立堤上单元堤长的总力统计分布规律。分析了斜向和多向不规则波作用于直立堤上波浪力的频域特性。为了判别线性系统和非线性系统之间的界限，计算了波面和单元堤长上的波浪力之间的相干数，并给出了波向角、波浪方向分布宽度(波浪多向性)、波陡等因素对相干数变化规律的影响；采用理论推导和试验分析相结合的方法，导得了斜向和多向不规则波作用于直立堤上波浪力的传递函数，给出了线性系统和非线性系统的界限，以及非线性系统的频域特性：研究了波力谱特征值和统计特征值之间的关系，以及波向角和波浪多向性对这种关系的影响。
季新然[4]2015年在《多向不规则波浪与大尺度群墩作用的研究》文中研究指明群墩结构是海岸及海洋工程建筑物的典型结构,通常由一系列大尺度墩柱(墩柱直径D与波浪波长λ之比D/λ=0.15)组成。随着对海洋资源的进一步开发,越来越多的离岸建筑物采用群墩结构的形式,例如跨海大桥和海上风机的基础、海上钻井平台和浮式机场等。而波浪是海洋工程结构物上的主要荷载,因此精确计算波浪对群墩结构物的作用对于工程设计具有重要的意义。然而,目前的研究和工程设计规范大多考虑的是单向波浪,而在实际的海洋中,波浪是多向不规则的,其能量不仅分布在一定的频率范围内,而且分布在相当宽的方向范围内。波浪的方向分布对于海浪预报、波浪绕射和折射、波浪作用下泥沙运动以及波浪对建筑物的作用等都具有较大的影响。因此,对多向不规则波浪与群墩作用的研究具有重要的现实意义和应用价值。物理模型实验是研究多向不规则波浪与群墩作用的重要方法。本文首先详细的介绍了多向不规则波浪与群墩作用的实验布置以及实验过程,然后通过模型实验系统地研究了多向不规则波浪与大尺度墩柱作用时的波浪荷载。通过对波浪荷载的时间过程线进行统计分析得到了作用在墩柱上的正向力、横向力和爬高。当入射波浪为单向波浪时,由于墩柱两侧的波压力差为零,并不会出现横向力。但是当波浪为多向波时,由于波浪的能量分布在一定的方向范围内,波浪的波峰线较短且是随机的,此时墩柱两侧的波压力差不恒为零,因此出现了横向力。横向力受波浪方向分布的影响比正向力显着,随着方向分布集中度参数s的减小,即波浪的方向分布宽度逐渐增大,作用在墩柱上的横向力明显增大。波浪的方向分布对墩柱表面上的爬高也有一定的影响,最大爬高发生在圆柱迎浪面的最前点,但是最小点的位置却随着方向分布集中度参数而发生变化,当s较小,即方向分布较宽时,a=180°处的爬高最小,当s较大时,a=135°处爬高最小同时,本文基于波浪与群墩作用的线性理论,通过传递函数的方法,建立了多向不规则波浪与大尺度墩柱及群墩结构作用的计算方法。通过计算和实验结果的对比,对该计算方法进行了验证。进一步计算研究了多向不规则波浪与大尺度墩柱及群墩的作用。多向不规则波浪与群墩结构作用时,随着方向分布宽度的变大,波浪场中大多数位置处的波高与单向不规则波浪作用结果的比值都随之变大,部分位置可增加50%。波浪的方向分布对群墩结构所受波浪力也有明显的影响,对于串列群墩,由于波浪方向分布的原因,最大横向力一般发生在后排的墩柱上。这与单向波浪作用时的结果是完全不同的,在实际的工程设计中需予以注意。同时对常用的群墩系数进行了研究,给出了不同布置形式群墩结构的群墩系数。此外,波浪俘获现象不仅在规则波作用下会发生,在多向不规则波浪作用时也会发生,使得墩柱所受波浪荷载明显变大。进一步,为了考虑波浪非线性的影响,本文采用基于OpenFOAM建立的数值波浪水池来模拟多向不规则波浪与大尺度墩柱的作用。针对基于求解Navier-Stokes方程的OpenFOAM波浪水池在模拟多向不规则波浪时计算量较大、速度较慢的缺点,本文采用势流理论与OpenFOAM建立了耦合的数值计算方法,该方法可以减少OpenFOAM波浪水池的计算量、提高计算效率。并采用耦合模型模拟了多向不规则波浪与大尺度墩柱的作用,数值模拟得到的作用在墩柱上的波浪力和爬高与实验值更接近。
赵凤亚[5]2006年在《直立堤上斜向和多向不规则波的越浪量研究》文中进行了进一步梳理海堤设计中,为了降低堤顶高程,以减小工程造价,通常按允许越浪量标准设计。但越浪会给堤后附近地区的车辆运输和人的活动的安全和效率带来很大的威胁和影响,并且在一定程度上影响着结构物自身的安全。因此,控制越浪量的大小是海堤、护岸工程设计中需要考虑的重要内容。过去的研究多数为单向波正向击堤的情况,对斜向不规则波特别是多向不规则波作用于直立堤的越浪量研究特别少。然而自然界中的波浪是多向不规则的,而且常斜向击堤,斜向波还可能发生大于正向波时的越浪量。为了使工程设计更为经济合理,填补直立堤越浪量在我国规范中的空白,深入研究斜向和多向不规则波作用于直立堤上的越浪量成为当务之急。本文在物理模型试验的基础上,系统研究了研究斜向和多向不规则波浪作用于直立堤上的越浪量。 本文物理模型试验在大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室的多功能水池进行。试验采用Goda建议的JONSWAP谱来模拟不规则波浪。方向分布函数采用光易型分布。波浪入射方向或主波向的范围为θ=0°～45°,方向分布宽度分别采用δ=0°,13°,25°,采用叁种深水波陡和五个波高。 通过试验结果分析,讨论了堤顶高度、波浪方向、波浪多向性、堤前水深和波陡等因素对单位堤长平均越浪量和单波最大越浪量的影响。综合各因素的影响,应用最小二乘法进行曲线拟合,得到了斜向波和多向波作用于直立堤上的平均越浪量的计算公式、单波最大越浪量的计算公式、单波最大越浪量和平均越浪量的关系式、越波率计算公式以及单波越浪量的统计分布形式,并通过与按照我国规范中斜坡堤越浪量计算公式形式拟合得到的直立堤越浪量公式和俞聿修,魏德彬的试验结果、Franco C,Franco L试验结果的比较来验证本文所采用的分析方法的合理性、试验结果的可靠性,以便于理论研究和工程设计参考应用。
俞聿修, 赵凤亚, 李晓亮, 鲁桂荣[6]2007年在《斜向和多向不规则波对直立堤平均越浪量研究》文中研究表明通过叁维波浪模型试验研究了斜向和多向不规则波对直立堤的越浪量。分别按平均越浪量和单波最大越浪量进行研究,探讨了平均越浪量随相对堤高、波浪方向、波浪方向分布宽度、波陡和相对水深等影响因素的变化规律,导得了斜向和多向不规则波作用于直立堤上的平均越浪量的计算公式。
李晓亮[7]2007年在《斜向和多向不规则波在斜坡堤上越浪量的研究》文中提出斜坡式海堤和护岸是常见的海岸建筑物,斜坡堤上的越浪量是设计堤顶高程的主要参数。以往对斜坡堤上越浪量的研究主要限于单向波正向入射的情况,对波浪斜向入射和波浪本身就是多向不规则波的情况则研究的很少,然而在实际工程环境中波浪多是斜向入射的多向不规则波。另外以往对越浪量的研究大多只限于平均越浪量,对反映越浪短期效果的单波越浪量研究很少,然而少数大波的越浪往往会危及周围行人和车辆的安全。因此对斜向和多向不规则波在斜坡堤上的越浪量,特别是单波越浪量进行深入系统的研究对提高工程的设计水平将是很有意义的。本文的叁维物理模型实验在大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室的综合水池中进行。采用Goda建议的JONSWAP谱来模拟不规则波浪,采用光易型分布模拟波浪的方向分布。波浪的入射方向或主方向为0°-45°,方向分布参数s分别取10,40,∞(单向不规则波)。模型堤护面分混凝土护面和扭工字块体护面,前者的坡比为1.5,2.0和3.0,后者的坡比为1.5。实验中采用自行研制的越浪量测量系统对平均越浪量、越浪波个数和单波越浪量进行测量。讨论了波向角、方向分布宽度、相对顶高、护面形式和坡比等因素对越浪量的影响,给出了计算斜向波和多向波在斜坡堤上的平均越浪量的公式和计算单波越浪量超值概率以及最大单波越浪量的公式。本文以非线性浅水方程为基本公式,有限体积法为数值方法建立了可以计算斜向和多向不规则波在斜坡堤上越浪量的数值模型。数值模型计算的结果与物模实验的结果符合的较好,基本可以正确地反映越浪量随影响因素的变化规律。为了进一步考察波向角和方向分柿的对平均越浪量的影响,利用数值模型在更大的范围内对这两个影响因素进行了考察,并给出了相关的变化规律。
陈汉宝[8]2004年在《斜向波与直立式防波堤相互作用研究》文中指出在港口水工建筑物布置中，最危险的波浪并不都是正向作用于防波堤的，考虑斜向波的作用更符合实际。通过研究可以找到斜向波作用的有利和不利的诸方面，为准确合理确定防波堤波浪荷载提供依据，使设计更加合理并推广应用到码头和其他水工结构中去。本文结合国家“九五”重点科技攻关项目“深水枢纽港建设关键技术及示范工程”中 “深水防波堤建设技术研究”之“斜向波与直立式防波堤相互作用研究”专题的“斜向波与直立式防波堤相互作用的试验研究”成果，得到波态、入射角、单体长度与波浪正向力、浮托力之间的关系。通过其他公式对入射角和单体长度的折减，比较试验成果并得出合理的折减方法。利用波浪数学模型再现防波堤周围的波浪场情况。就规则波与不规则波在试验中的异同进行研究，提出不规则波模拟的合理模式。通过研究表明：采用与建筑物单体长度、波长、入射角有关的参数进行波浪力的折减，经过试验数据表明是有效的，折减方法依据正向波浪力的计算方法，可采用文中提出的对应的公式。我国规范中对波态进行了判断，而随着入射角度的改变，波态也发生变化，正向破碎的，角度大后不一定破碎，此时采用与规范结合的公式有较大差别。经过与其他公式的对比，在试验范围内，各个公式都有其适合的条件，我国规范虽然正向波浪力划分详细，计算方法复杂，但结果与其他公式相差不大，其中对破波波浪力的计算公式是偏于危险的，可以采纳国外的经验，不提供推荐计算方法，而通过试验测定。通过不规则波模拟方法的研究以及不规则波波列的分析，可以看出不规则波中由于波高的随机性，必然带来相同统计概率波高在一定范围内的变动情况，同时其与周期的组合也将在一定范围内变动，在反射现象比较相似的角度范围（22.5o）内，不规则波的最大波浪力大于其对应最大统计概率规则波的波浪力是必然的。随着角度的加大，不规则波的立波效应不如规则波明显，这是因为累积效应不如规则波明显，在出现大波波群时，将出现大于规则波的数值。由于波浪对应周期的变化，不规则波作用时，建筑物底部浮托力将大于规则波作用时的浮托力。数值模拟的结果表明了反射随角度变化的规律性，堤头附近的绕射波将对相邻建筑物产生不利影响。本文不仅给出了斜向波与直立式建筑物的相互作用规律，还提供了与有关算法相衔接的波浪力计算方法，同时就规则波与不规则波进行了对比，成果可为研究、设计计算所采用。
张华昌, 沈如军, 于龙基[9]2015年在《直墙上波压力与墙面纵向位置及波向间关系研究》文中研究指明利用整体波浪物理模型试验,通过沿直墙式建筑物纵向布设测点,测量了直墙式建筑物不同位置在不同方向波浪作用时的波浪力;通过数据分析,找出了直墙式建筑物各位置波压力随入射波方向的变化规律,以及不同方向波浪作用时波压力随墙面位置的变化规律,阐述了直墙式建筑物墙面所受波压力与墙面纵向位置及波浪方向间的辩证关系。
李本霞, 俞聿修, 张宁川[10]2004年在《多向随机波作用在直立堤上的波浪力》文中研究表明通过叁维随机波浪对直立堤作用的试验研究,分析了单位堤长上波浪力的变化规律,着重研究了主波向角和波浪方向分布对波浪力的影响,发现波浪入射角小于45°时,波陡较小的单向波作用力随波向角呈明显的增大趋势.给出了波浪力沿堤长的纵向分布,以及单元堤上波浪力纵向折减系数的计算公式;建议了2种计算斜向波和多向波作用在整个单元堤上最大总波力的方法,可供理论研究和工程设计参考应用.
参考文献：
[1]. 斜向和多向不规则波对直立堤作用的研究[D]. 李本霞. 大连理工大学. 2003
[2]. 二维与叁维随机波浪对半圆型防波堤作用的研究[D]. 王丽勤. 大连理工大学. 2006
[3]. 斜向和多向不规则波作用于直立堤上波浪力的概率分布和频域特性[D]. 张振平. 大连理工大学. 2004
[4]. 多向不规则波浪与大尺度群墩作用的研究[D]. 季新然. 大连理工大学. 2015
[5]. 直立堤上斜向和多向不规则波的越浪量研究[D]. 赵凤亚. 大连理工大学. 2006
[6]. 斜向和多向不规则波对直立堤平均越浪量研究[J]. 俞聿修, 赵凤亚, 李晓亮, 鲁桂荣. 海洋工程. 2007
[7]. 斜向和多向不规则波在斜坡堤上越浪量的研究[D]. 李晓亮. 大连理工大学. 2007
[8]. 斜向波与直立式防波堤相互作用研究[D]. 陈汉宝. 天津大学. 2004
[9]. 直墙上波压力与墙面纵向位置及波向间关系研究[J]. 张华昌, 沈如军, 于龙基. 海洋湖沼通报. 2015
[10]. 多向随机波作用在直立堤上的波浪力[J]. 李本霞, 俞聿修, 张宁川. 大连理工大学学报. 2004
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