波浪對(duì)雙層水平板防波堤作用試驗(yàn)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(diǎn)，將水平板設(shè)置在水面附近，波浪通過(guò)水平板時(shí)，一方面可發(fā)生破碎和紊動(dòng)能量損失;另一方面雙層水平板可改變波浪水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡和其周圍的流場(chǎng)形態(tài)，從而減小波能流向前傳播，以達(dá)到減小被掩護(hù)水域波浪之目的。與傳統(tǒng)型式防波堤比較，該型式防波堤具有以下顯著特點(diǎn):水深適應(yīng)性強(qiáng)，可根據(jù)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(jià)比;可允許水體通過(guò)，消浪的同時(shí)又可以保證良好的

2、水體交換進(jìn)而保護(hù)海洋水質(zhì)環(huán)境;將水平板設(shè)置為雙層，增強(qiáng)其對(duì)潮位變化的適應(yīng)性;對(duì)基礎(chǔ)承載力幾乎無(wú)要求。上述特點(diǎn)彰顯了它的廣闊應(yīng)用前景。雙層水平板的水動(dòng)力學(xué)問(wèn)題在二維正向波浪作用下的相關(guān)研究較為多見(jiàn)，但斜向波和畸形波條件下的水動(dòng)力特性研究尚欠深入乃至空白，如畸形波對(duì)其作用問(wèn)題就未見(jiàn)報(bào)道。研究隨機(jī)波浪（可能含畸形波）作用下，具有良好水深適應(yīng)性和環(huán)保特性、應(yīng)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(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)對(duì)促進(jìn)開(kāi)展畸形波對(duì)各

3、種海上結(jié)構(gòu)作用研究也具有一定的示范意義。
　　基于物理模型試驗(yàn)，分別采用正向、斜向入射的不規(guī)則波和畸形波，對(duì)固定式雙層水平板的水動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。分析不同試驗(yàn)條件下固定式雙層水平板的透射系數(shù)、反射系數(shù)、能損系數(shù)、波動(dòng)壓力分布和向下總力，得到以下主要結(jié)果:
　　(1)雙層水平板消浪機(jī)理是將波浪勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)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(shí)相當(dāng)于增強(qiáng)了水平板對(duì)能量的轉(zhuǎn)換功能，使得雙層水平板的消浪能力較

4、正向入射時(shí)有所增強(qiáng)。
　　(2)就單一參數(shù)的影響而言，平頂?shù)碾p層水平板透射系數(shù)與相對(duì)板寬、波陡呈冪函數(shù)的變化規(guī)律;與相對(duì)波高呈近似線性相關(guān);與RN數(shù)呈對(duì)數(shù)變化規(guī)律。透射系數(shù)與上述四個(gè)無(wú)因次參數(shù)耦合相關(guān)。
　　(3)試驗(yàn)確認(rèn)RN數(shù)(RNN)是描述平頂雙層水平板的一個(gè)有效參數(shù)。將其拓展為RNN'，可代替相對(duì)板寬B/L、相對(duì)波高H/d、波陡H/L、相對(duì)水深d/L四個(gè)參數(shù)，有效描述水平板的透射系數(shù)的變化規(guī)律，從而使得雙層水平板透射系

5、數(shù)的估算簡(jiǎn)潔。
　　(4)波浪斜向入射將導(dǎo)致透射系數(shù)減小，15°～45°入射波浪的透射系數(shù)可比正向入射時(shí)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(shù)無(wú)顯著差異。斜向波、畸形波作用時(shí)，平頂雙層水平板透射系數(shù)隨相對(duì)板寬、相對(duì)波高、波陡等因素的變化規(guī)律與沒(méi)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(shí)波浪荷載有顯著增大。試驗(yàn)范圍內(nèi)，畸形波作用時(shí)的最大壓強(qiáng)比不規(guī)則波作用時(shí)可約

6、增大21～81％。結(jié)構(gòu)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(yīng)考慮類似的特殊波浪。
　　(6)平頂雙層水平板的最大波動(dòng)壓力出現(xiàn)在水平板前區(qū)(x/B=0～0.2區(qū))，水平板尾端也會(huì)出現(xiàn)較大的波壓力（x/B=0.8～1區(qū)）。斜向波入射時(shí)沒(méi)有改變這一規(guī)律。
　　(7)基于物理模型試驗(yàn)結(jié)果，給出了一整套可考慮波浪入射方向和畸形波的計(jì)算平頂