波浪對雙層水平板防波堤作用試驗研究.pdf

1、雙層水平板防波堤作為透空式防波堤的一種新的型式，考慮波能集中在水體表面的特點，將水平板設置在水面附近，波浪通過水平板時，一方面可發(fā)生破碎和紊動能量損失;另一方面雙層水平板可改變波浪水質點運動軌跡和其周圍的流場形態(tài)，從而減小波能流向前傳播，以達到減小被掩護水域波浪之目的。與傳統型式防波堤比較，該型式防波堤具有以下顯著特點:水深適應性強，可根據水深條件靈活采用固定式或浮式;深水水域有著較高的性價比;可允許水體通過，消浪的同時又可以保證良好的

2、水體交換進而保護海洋水質環(huán)境;將水平板設置為雙層，增強其對潮位變化的適應性;對基礎承載力幾乎無要求。上述特點彰顯了它的廣闊應用前景。雙層水平板的水動力學問題在二維正向波浪作用下的相關研究較為多見，但斜向波和畸形波條件下的水動力特性研究尚欠深入乃至空白，如畸形波對其作用問題就未見報道。研究隨機波浪（可能含畸形波）作用下，具有良好水深適應性和環(huán)保特性、應用前景可期的雙層水平板防波堤的消浪性能和受力特征，具有現實意義。同時對促進開展畸形波對各

3、種海上結構作用研究也具有一定的示范意義。
　　基于物理模型試驗，分別采用正向、斜向入射的不規(guī)則波和畸形波，對固定式雙層水平板的水動力學特性進行了系統研究。分析不同試驗條件下固定式雙層水平板的透射系數、反射系數、能損系數、波動壓力分布和向下總力，得到以下主要結果:
　　(1)雙層水平板消浪機理是將波浪勢能轉化為動能、改變能量輸移方向并局部損耗波浪能量。斜向波浪入射時相當于增強了水平板對能量的轉換功能，使得雙層水平板的消浪能力較

4、正向入射時有所增強。
　　(2)就單一參數的影響而言，平頂的雙層水平板透射系數與相對板寬、波陡呈冪函數的變化規(guī)律;與相對波高呈近似線性相關;與RN數呈對數變化規(guī)律。透射系數與上述四個無因次參數耦合相關。
　　(3)試驗確認RN數(RNN)是描述平頂雙層水平板的一個有效參數。將其拓展為RNN'，可代替相對板寬B/L、相對波高H/d、波陡H/L、相對水深d/L四個參數，有效描述水平板的透射系數的變化規(guī)律，從而使得雙層水平板透射系

5、數的估算簡潔。
　　(4)波浪斜向入射將導致透射系數減小，15°～45°入射波浪的透射系數可比正向入射時減小5～15％左右。具有相同波浪頻譜的畸形波和不規(guī)則波的波浪透浪系數無顯著差異。斜向波、畸形波作用時，平頂雙層水平板透射系數隨相對板寬、相對波高、波陡等因素的變化規(guī)律與沒有發(fā)生明顯變化。
　　(5)具有相同波浪頻譜的畸形波和不規(guī)則波相比，畸形波作用時波浪荷載有顯著增大。試驗范圍內，畸形波作用時的最大壓強比不規(guī)則波作用時可約

6、增大21～81％。結構最大總浮托力比值在1.06～2.05間變化;最大向下總力比值在1.22～2.07之間變化。在特殊地形區(qū)域如工程波能集中區(qū)或地形陡變區(qū)，應考慮類似的特殊波浪。
　　(6)平頂雙層水平板的最大波動壓力出現在水平板前區(qū)(x/B=0～0.2區(qū))，水平板尾端也會出現較大的波壓力（x/B=0.8～1區(qū)）。斜向波入射時沒有改變這一規(guī)律。
　　(7)基于物理模型試驗結果，給出了一整套可考慮波浪入射方向和畸形波的計算平頂