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原文传递波浪对双层水平板防波堤作用试验研究

论文题名：	波浪对双层水平板防波堤作用试验研究
关键词：	双层水平板防波堤;斜向波;畸形波;水动力荷载
摘要：	双层水平板防波堤作为透空式防波堤的一种新的型式，考虑波能集中在水体表面的特点，将水平板设置在水面附近，波浪通过水平板时，一方面可发生破碎和紊动能量损失;另一方面双层水平板可改变波浪水质点运动轨迹和其周围的流场形态，从而减小波能流向前传播，以达到减小被掩护水域波浪之目的。与传统型式防波堤比较，该型式防波堤具有以下显著特点:水深适应性强，可根据水深条件灵活采用固定式或浮式;深水水域有着较高的性价比;可允许水体通过，消浪的同时又可以保证良好的水体交换进而保护海洋水质环境;将水平板设置为双层，增强其对潮位变化的适应性;对基础承载力几乎无要求。上述特点彰显了它的广阔应用前景。双层水平板的水动力学问题在二维正向波浪作用下的相关研究较为多见，但斜向波和畸形波条件下的水动力特性研究尚欠深入乃至空白，如畸形波对其作用问题就未见报道。研究随机波浪（可能含畸形波）作用下，具有良好水深适应性和环保特性、应用前景可期的双层水平板防波堤的消浪性能和受力特征，具有现实意义。同时对促进开展畸形波对各种海上结构作用研究也具有一定的示范意义。　　基于物理模型试验，分别采用正向、斜向入射的不规则波和畸形波，对固定式双层水平板的水动力学特性进行了系统研究。分析不同试验条件下固定式双层水平板的透射系数、反射系数、能损系数、波动压力分布和向下总力，得到以下主要结果: 　　(1)双层水平板消浪机理是将波浪势能转化为动能、改变能量输移方向并局部损耗波浪能量。斜向波浪入射时相当于增强了水平板对能量的转换功能，使得双层水平板的消浪能力较正向入射时有所增强。　　(2)就单一参数的影响而言，平顶的双层水平板透射系数与相对板宽、波陡呈幂函数的变化规律;与相对波高呈近似线性相关;与RN数呈对数变化规律。透射系数与上述四个无因次参数耦合相关。　　(3)试验确认RN数(RNN)是描述平顶双层水平板的一个有效参数。将其拓展为RNN'，可代替相对板宽B/L、相对波高H/d、波陡H/L、相对水深d/L四个参数，有效描述水平板的透射系数的变化规律，从而使得双层水平板透射系数的估算简洁。　　(4)波浪斜向入射将导致透射系数减小，15°～45°入射波浪的透射系数可比正向入射时减小5～15％左右。具有相同波浪频谱的畸形波和不规则波的波浪透浪系数无显著差异。斜向波、畸形波作用时，平顶双层水平板透射系数随相对板宽、相对波高、波陡等因素的变化规律与没有发生明显变化。　　(5)具有相同波浪频谱的畸形波和不规则波相比，畸形波作用时波浪荷载有显著增大。试验范围内，畸形波作用时的最大压强比不规则波作用时可约增大21～81％。结构最大总浮托力比值在1.06～2.05间变化;最大向下总力比值在1.22～2.07之间变化。在特殊地形区域如工程波能集中区或地形陡变区，应考虑类似的特殊波浪。　　(6)平顶双层水平板的最大波动压力出现在水平板前区(x/B=0～0.2区)，水平板尾端也会出现较大的波压力（x/B=0.8～1区）。斜向波入射时没有改变这一规律。　　(7)基于物理模型试验结果，给出了一整套可考虑波浪入射方向和畸形波的计算平顶双层水平板的透射系数、最大波动压强及总浮托力的经验公式。经验证，该公式在试验范围内（相对板宽——规则波:B/L=0.22～1.4，不规则波:B/Ls=0.23～0.66;相对波高——规则波:H/d=0.1～0.4，不规则波:Hs/d=0.1～0.3;波陡——规则波:H/L=0.02～0.14，不规则波:Hs/Ls=0.01～0.07）具有较高的可靠性。
作者：	顾倩
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：	2017
正文语种：	中文