作用于二层海洋中大直径透空圆环墩柱上的波浪渗流力*

基于Biot渗流固结理论与层化海绕射波理论,应用特征函数展开法,研究了二层海洋中立于可渗弹性海床上透空圆环墩柱的波浪渗流力问题,给出了表面波和内波所致波浪渗流压力场的解析解式,由此计算了作用于固立透空圆环墩柱底部上由波浪渗流压力所导致的浮托力和倾覆力矩。计算结果表明圆环柱外表面的透空性对表面波和内波的波浪直接作用具有明显的减弱效应,而对波浪渗流倾覆力矩也具有一定的减弱效应。内波所致波浪渗流倾覆力矩可能超过表面波对应的作用。圆环墩柱内外柱半径比减小对波浪力矩的减弱效应较渗流倾覆力矩更为明显。     

双墩柱波浪渗流力

计算了在线性波或椭圆余弦波作用下双圆墩柱波浪渗流力，讨论了双墩 柱沿波向串列和并列布置时墩柱上渗流力随墩距的变化．计算中在内域采用 有限元方法，在外域使用了本文给出的外场解．进行了双墩柱波浪渗流压力 测量的模型实验．渗流压力的计算结果与实验结果符合较好．     

作用于可变形地基上墩柱底部的波浪渗流力

采用Ｂｉｏｔ固结理论，运用有限元方法研究了波浪和墩柱运动引起的土的响应和海床中的孔隙水压。在计算过程中，用了分开求解和直接求解两种方法，并且针对几种波况进行了对比，结果令人满意。     

作用于透空圆环墩柱的浅水波绕射波浪力与波浪渗流力

透空结构具有降低海浪作用的功效。该文基于椭圆余弦波一阶分量的浅水波理论和Biot渗流固结理论,分别推导了浅水区固立于可渗透弹性海床上透空圆环墩柱的绕射波浪压力以及由波浪所致海床内渗流压力的数学解,并据此对墩柱所受绕射波浪力与力矩以及渗流浮托力与倾覆力矩进行了实算。结果表明,海况条件和结构参数的变化对波浪所引起的各种载荷存在不同的影响效应,波浪渗流力与波浪直接作用可能具有相同量级。圆环柱外表面的可渗透性对浅水波的直接波浪作用具有明显的减弱效应,而对渗流倾覆力矩也具有一定的减弱效应。此外,圆环墩柱内外柱半径比存在优化取值,以使墩柱达到减载和稳定的双重效果。与Airy波浪理论计算结果相比,浅水波理论的结果能有效反映水波非线性因素的可能影响。     

二层流体中透空大直径桩柱的波浪特性分析

 采用典型的海工结构物——大直径垂直圆柱研究层化海洋中波浪对透空结构物的绕射作用。通过分析二层海洋条件下边值的匹配问题,利用特征函数法提出内、外流场流体绕射势解析解,并在二层海况下计算透空圆柱所受水平波浪力及柱内、外的自由波面波浪爬高。计算结果分别与均匀海中透空桩柱和二层海中非透空桩柱的相应结果加以比较,分析得出在层化海洋中结构物的透空性对减弱波浪力和波浪爬高有很大影响。     

二层海洋中波浪对透空双圆柱的绕射作用分析

结构表面布孔可以减弱波浪载荷,而海水的层化将导致表面波和内波的二重绕射作用机制。对此,本文分析并计算了在二层海洋条件下大直径透空双圆柱的水波绕射作用,并分别与均匀海中透空和非透空双柱的相应结果加以比较。计算结果表明,在层化海洋中结构物的透孔性对减弱波浪力有一定影响,密度比变化对内波波浪力影响显著。     

分层海洋中大直径桩柱的波浪力

研究了在两层流体中大直径桩柱的水动力特性。基于分离变量方法，建立了绕射势的级数解，导出了作用于大直径桩柱上的绕射力的计算公式。与单层流体不同的是，对两层流体，由于内波的存在，作用在大直径桩柱上的绕射力，除了自由表面波绕射力外，还存在内波绕射力的作用。对所建立的绕射力的求解模型进行了数值模拟，并与单层流体的情况进行了比较，得到了一些有意义的结果。     

二阶多色波对结构的绕射问题

引入二层海的层化海模型及二阶水波的多色波作用机制,对层化海条件下的二阶多色波的绕射作用问题进行了分析.推导了二层海二阶绕射波的远场解式.指出了二层海条件下二阶绕射波作用积分解建立的数学过程.     

波浪与外壁透空双筒柱的相互作用

对于波浪与透空外壁同轴双筒柱的相互作用问题,利用速度势的特征函数展开式和透空壁内流体速度与两壁间压力差成正比的线性模型,建立了一个线性解析解。应用这一模型开展了数值实验,用以检验孔隙系数和透空部分大小以及内外柱径之比对双筒柱上波浪力和波面高度的影响。计算结果表明,外壁孔隙系数和透空部分大小对波面升高和波浪荷载有很大影响,通过调整各个系数,应用双筒透空柱可以减小周围的波面高度及其上的波浪荷载。     

珊瑚礁地形上胸墙波浪力大水槽试验

基于大比尺波浪水槽试验,开展了珊瑚礁地形上的波浪与斜坡堤相互作用试验。在不同水深和波浪条件下测量斜坡堤胸墙的水平力和浮托力,并与规范值进行对比。试验结果表明:胸墙的波浪力受波浪破碎后的堤前壅水、破碎波高和水流冲击的共同影响;胸墙水平力呈矩形分布,浮托力呈三角形分布;由于波浪在珊瑚岛礁上传播过程中的能量耗散,平均水平力和前趾浮托力试验结果均小于采用深水波要素计算的规范值,所提出的基于胸墙距礁缘的相对距离和礁盘上相对水深的波浪力修正系数,修正后的公式计算结果与试验值吻合较好。     

两层流体中大直径圆柱体的水动作用力

研究了两层流体中大直径垂直圆柱体上的水动力特性．基于分离变量法,建立了绕射势和辐射势的解析解,导出了作用在大直径圆柱体上水动作用力的计算公式．与单层流体不同,对两层流体,作用在大直径圆柱体上的水动作用力,除了表面波模态的波浪力、附加质量和阻尼系数外,还有内波模态的波浪力、附加质量和阻尼系数．对所建立的求解模型进行数值计算分析的结果表明,在某个频率范围内,流体的分层效应对这些水动力量的影响是不可忽视的．