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《中国海洋大学》 2010年
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允许部分越浪海堤越浪量及越浪流的研究

孙苗苗  
【摘要】:在全球气候变暖导致的海平面上升和风暴潮灾害加剧的影响下,我国沿海地区若干堤防工程将面临防护标准不足的问题。一味加高海堤不仅需要巨大的建设和维护投资,而且使溃堤风险和损失加大,沿岸居民和其他土地使用者不安全感增加,海岸生态环境恶化。兴起于欧洲的允许部分越浪植物加固海堤背海边坡从而形成能抵抗部分越浪冲刷的多功能生态海滨防护体系,已在北海等沿岸国家得到推广,并被证明是符合可持续发展生态海岸要求的护岸方法。这一体系的重点在于允许部分越浪海堤的断面选择与设计。在工程设计中,传统上通过物理波浪水槽断面实验确定设计断面的越浪量,为海堤断面的优化设计提供依据。研究达到工程实用水平的数值波浪水池是国际海岸与近海工程界关注的热点,近年来得到迅速发展。本文基于FLUENT商业软件,在粘性流体的理论框架下,采用在动量方程中添加附加源项的方法,基于有限体积法,采用k-ε湍流模型,实现了适用于VOF方法的数值造波技术,通过计算,验证了数值波浪水槽造波的有效性,将此技术应用于越浪的数值模拟。 本文在对以往相关研究成果进行回顾和分析后,在数值波浪水槽中对规则波在不可渗透简单斜坡堤上越浪过程进行了数值模拟,并越浪量计算结果同Holger Schuttrumpf (2002)物理实验结果及Holger Schuttrumpf (2002)理论公式进行比对。模拟结果表明:本数值模型能够较好地复演海堤越浪时爬坡,越过堤顶及背浪坡的过程,本数值模型的越浪量结果与试验结果的吻合较好,与理论公式结果同实验结果相对差值在同一个量级。 许多研究表明,仅用平均越浪量来考虑越浪对背浪坡的破坏是不完全确切的。平均越浪量在背浪坡滑坡中起控制作用,但是无法描述背浪坡冲刷性破坏,需了解越浪水流在堤顶及背浪坡的流深、流速分布,估算海堤堤顶及背浪坡的侵蚀性和渗透性破坏。对本文第四章模拟的海堤越浪结果进行逐个分析,依据Holger Schuttrumpf理论公式,对海堤越浪水流在向浪坡,堤顶,背浪坡的流深、流速进行研究,结果表明,本数值模拟能较好的模拟波浪越浪后的各个过程,能有效模拟波浪在向浪坡爬高、流深、流速及越堤后在堤顶及背浪坡的水流流深、流速的问题。 海堤的不同结构型式影响越浪流的流深、流速分布。在数值水槽内模拟了不同结构型式海堤的越浪过程。给出了不同海堤堤宽、不同海堤背浪坡坡度、不同海堤堤面粗糙程度对越浪流的影响。1)海堤堤顶宽度在3m-6m之间,增加堤顶宽度能使到达海堤堤顶与海堤背浪坡交界处越浪流的流深和流速减小。2)海堤背浪坡坡度1:m在1:2-1:4之间,增加m值能减小越浪流经过海堤背浪坡的流速。3)增大海堤堤顶及海堤背浪坡堤面的粗糙程度,能有效减小越堤水流流经海堤堤顶及海堤背浪坡的流速。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U656.2

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 郭晓宇;数值波浪水槽及其应用研究[D];上海交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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