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波浪作用下反弧面直墙防波堤堤前冲刷试验及数值模拟研究
| 论文题名： | 波浪作用下反弧面直墙防波堤堤前冲刷试验及数值模拟研究 |
| 关键词： | 反弧面直墙防波堤;波浪作用;堤前冲刷;物理模型试验;数值模拟 |
| 摘要： | 防波堤堤前冲刷引起的安全问题，在设计和建设过程中一直被重点关注。反弧面直墙防波堤作为一种新型防波堤，堤前冲刷尚未进行过研究，为了预估波浪作用下最大冲刷深度、堤前是否需要护坦及采取何种护坦措施，进行研究具有重要的工程意义。本文以物理模型试验为基础，结合流体计算软件Flow3D对堤前冲刷的相关问题进行了研究。 物理模型试验共27种工况，水深、波高和周期各3种取值，通过试验发现了如下现象和规律。根据观察，所有试验工况的堤前波浪形态可分为三类:一、近破波，产生于小水深的情况，此时堤前床面为不规则冲刷形态;二、远破波，产生于大水深大周期的情况，此时堤前床面为扇形冲刷形态;三、立波，产生于大水深小周期的情况，此时堤前为垂直于波浪传播方向的平行沙纹，分别描述了三种冲淤形态随时间的发展过程。分析了堤前水深和波要素的变化对堤前冲刷形态的影响，结果表明水深对堤前冲刷影响最大，周期其次，波高最小，且当水深相同时，堤前不冲不淤节点距堤脚的距离与波长的比值为定值，与波高无关。将堤前最大冲刷深度实测值与谢世楞公式计算值进行比较，发现在谢世楞公式基础上乘以放大系数1.1，计算值与实测值较为接近，可用于该新型防波堤堤前冲刷深度估算。 基于Flow3D软件建立数学模型，计算了堤前波高、波浪形态并与实测值进行了比较，吻合较好。在数值模型验证的基础上分析了堤前流场和紊动能量场的分布状况，发现在反弧面墙的外部会形成发散速度，堤前的冲淤形态由紊动能量和发散速度这两种因素共同决定，当发散速度起主导作用时，堤前床面冲刷形态为扇形分布;但若受到紊动的影响，扇形分布形态会转变成不规则形态。发散速度的作用会随着水深的增大而减小，意味着水深足够大时，反弧面墙防波堤堤前冲刷形态将与直立堤类似。 |
| 作者： | 邹俊飞 |
| 专业： | 水利工程 |
| 导师： | 赵利平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长沙理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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