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波浪与Jarlan型开孔墙式防波堤的相互作用

刘勇  
【摘要】: Jarlan型开孔墙式防波堤的基本结构形式包括前开孔直立墙、后实体墙以及前后墙之间的消浪室,在工程应用中经常是将沉箱的前墙开孔,建成开孔沉箱式防波堤。开孔墙式防波堤可以有效地减小结构的反射系数、波浪力和结构前的波浪爬高,降低工程造价,产生良好的经济效益,因此,近年来开孔墙式防波堤在各国的港口和海岸防护工程中得到大量应用。 已经有许多学者对波浪与开孔墙式防波堤的相互作用进行了研究,但是,开孔墙式防波堤的消浪机理十分复杂,这其中仍存在大量亟需解决的问题。本文对波浪与开孔墙式防波堤的相互作用进行了深入研究,得到了3个方面不同内容的研究成果。 基于线性势流理,将匹配特征函数展开法与有限元法相结合,建立了规则波和不规则波与暗基床上带填料局部开孔沉箱相互作用的数学模型,可计算局部开孔沉箱的反射系数、总水平波浪力、总垂直力和总力峰值之间的相位差。为便于数学模型的实际应用,还通过将开孔结构反射系数和透射系数理论计算结果与大量试验结果的对比分析,得到开孔沉箱前开孔墙孔隙影响系数的简单确定方法。利用物理模型试验数据对数学模型的计算结果进行了验证。利用模型计算结果和试验结果,对开孔沉箱防波堤反射系数和波浪力的主要影响因素进行了讨论,将不规则波和规则波条件下开孔防波堤的反射系数和波浪力进行了比较。在不规则波模型基础上,给出明基床上局部开孔沉箱防波堤反射系数的近似计算方法。 基于线性势流理论,利用匹配特征函数展开法给出了斜向波与带横隔板局部开孔沉箱防波堤相互作用的理论解。在理论解的推导中利用了开孔防波堤自身沿长度方向的周期性,同时考虑了波浪非传播模态的影响。将极限情况下理论解的计算结果与其他研究者的计算结果进行了对比验证。对带横隔板局部开孔沉箱防波堤反射系数、法向总水平波浪力以及横隔板所受总水平波浪力的主要影响因素进行了讨论,给出主要结论供实际工程参考。 提出两种改良型的开孔墙式防波堤结构:结构Ⅰ为消浪室内部带一淹没式水平多孔板的全开孔墙式防波堤,结构Ⅱ为消浪室内部带部分填料的全开孔墙式防波堤。利用匹配特征函数展开法得到正向规则波与这两种新结构相互作用的理论解,计算了结构的反射系数和波浪力,并将极限情况下理论解的计算结果与其他研究者的计算结果进行了对比验证。对两种新结构的水动力特性进行了分析和比较,给出了这两种新结构在工程设计应用上的建议参数。


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