斜向和多向不规则波在斜坡堤上越浪量的研究

论文摘要

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。本文的三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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的意义和目的
• 1.2 相关研究工作的回顾
• 1.3 本文工作
• 2 模型实验
• 2.1 越浪量和影响因素的无因次化处理
• 2.2 实验设备和实验仪器
• 2.3 模型的设计与布置
• 2.4 波浪要素及实验组次
• 2.5 实验方法
• 3 斜向和多向不规则波在斜坡堤上平均越浪量的研究
• 3.1 波向角对平均越浪量的影响
• 3.2 方向分布标准差对平均越浪量的影响
• 3.3 相对顶高对平均越浪量的影响
• 3.4 波陡对平均越浪量的影响
• 3.5 坡比对平均越浪量的影响
• 3.6 相对水深对平均越浪量的影响
• 3.7 扭工字块体护面结构对平均越浪量的影响
• 3.8 平均越浪量计算公式
• 4 斜向和多向不规则波在斜坡堤上单波越浪量的研究
• 4.1 混凝土护面斜坡堤上的单波越浪量
• 4.2 扭工字块体护面斜坡堤上的单波越浪量
• 5 数值模型的基本方程和数值方法
• 5.1 前言
• 5.2 基本方程
• 5.3 有限体积法
• 5.4 Riemann问题
• 5.5 迎风法
• 5.6 高精度解法
• 5.7 Roe方法
• 5.8 维分裂法和横向波动
• 5.9 平衡源项法
• 5.10 边界条件
• 5.11 二维溃坝问题
• 5.12 一维规则波越浪
• 6 斜向和多向不规则波在斜坡堤上越浪量的数值计算
• 6.1 前言
• 6.2 平均越浪量的数值计算结果
• 6.3 单波越浪量的数值计算结果
• 结论
• 对今后工作的展望
• 参考文献
• 创新点摘要
• 附表1 平均越浪量，越浪百分比和最大单波越浪量的实验结果
• 附表2 平均越浪量的数值计算结果和实验结果的比较
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢