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原文传递双层水平板防波堤水动力特性研究

论文题名：	双层水平板防波堤水动力特性研究
关键词：	双层水平板防波堤;数值模拟;透射系数;水动力特性;波浪总力;消浪性能
摘要：	双层水平板防波堤是一种新型的环保型防波堤结构，与传统防波堤相比有很多优点:(1)允许水体在防波堤内外自由交换，不破坏海洋环境;(2)结构简单，便于施工;(3)造价随水深的变化不敏感。该结构实用化的主要障碍在于缺乏消浪效果定量化评价方法及实用化荷载计算方法，因此开展双层水平板防波堤水动力特性的研究对于该结构推广应用具有现实意义。　　本文采用物理模型试验和数值模拟计算相结合的方法，对双层水平板防波堤的消浪效果和水动力特性进行了研究，对消浪机理进行了探讨，得到以下主要研究成果: 　　(1)关于透射系数和波浪总力的计算方法　　综合考虑了相对板宽B/L、相对波高H/D、波陡H/L、相对板间距S/D和相对潜深d/D五个影响因素，用最小二乘法拟合给出了透射系数和竖向波浪总力的计算公式。　　(2)关于双层水平板防波堤周围的流场结构和消浪机理　　双层水平板改变了波浪水质点运动形态。双层水平板防波堤周围的流场结构具体表现为:潜式堤双层板之间的流场呈水平往复流动状态，潜式堤和出水堤的下层板到水底之间的流动也接近水平往复流。潜式堤的上层板上表面到自由水面、出水堤的下层板上表面到自由水面之间存在涡动。最大涡强随波浪传播而移动。涡强度的时空变化及脱落的周期性与入射波浪周期一致，上述流场变化决定了水平板上压力的变化。　　双层水平板对堤前流场的影响范围不超过1倍板宽，对堤后流场的影响范围较大。不同位置分层剖面的波能流沿水平板有均匀差异。波能流在潜式堤的双层板之间以及在潜式堤和出水堤的下层板下方可以发生逆向传递。涡动能量损耗及双层板所在水域波能流的逆向传递是双层板防波堤消浪的主要机理。　　(3)关于双层水平板的消浪性能　　波浪与双层水平板防波堤作用后，双层水平板起到了消波（反射和损耗部分波浪能量）和改变波频的双重作用。潜式堤和出水堤堤后的波面含有2阶及以上谐波成分，特别是当相对板宽小于0.5时，高阶谐波成分占有能量比例较大，一定条件下可达到1阶谐波占有能量比例相当的程度。因此采用谐波能量叠加法定义的透射系数（式2.5）更具合理性。透射系数受诸多参数的耦合影响，并非双层水平板越宽，对单色波浪的消浪效果越好，在0.29～0.72倍相对板宽范围内，透射系数随相对板宽的变化呈波动型式;在相对潜深d/D=-0.25～+0.17试验范围内，相对潜深对透射系数的影响并不十分显著。　　(4)关于波压力及其分布　　潜式堤和出水堤的波压力以1阶频率为主，2阶、3阶频率较小，其它高阶频率可以忽略不计。双层水平板不同受力位置波动压力有较大差别，出水堤上层板露出水面时，上表面波压力很小，下表面前、后端易出现冲击压力;出水堤下层板淹没时，呈现出与潜式堤大体相同的时域特征。但潜式堤淹没较深时，下层板尾端易出现高频波动压力。对波压力包络分布而言，相对潜深d/D、相对板宽B/L和相对波高H/D均对波压力包络分布有影响，但是相对潜深d/D对上层板的上、下表面的波压力包络分布影响较大，即潜式堤的上层板上表面受到较大的波压力，而出水堤受到的波压力较小;出水堤的上层板下表面受到较大的冲击波压力，潜式堤的上层板下表面则未出现冲击特性。
作者：	李靖波
专业：	港口、海岸及近海工程
导师：	张宁川
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文