规则波作用下柔性植物蜂巢护岸水动力特性试验研究

将植物引入到生态护岸工程当中,利用植物削弱波浪、增强岸坡的稳定性,可以达到环境效益和经济效益兼得的效果.基于天津市水域岸坡的现场调研,选取坡度为1:3.5的单式护岸断面,在波浪水槽中建立考虑盐生植物的蜂巢生态护岸断面模型,研究其在不同规则波要素作用下的波浪爬高、越浪、近底波生流、护岸稳定性状况.研究结果表明:植物蜂巢生...     

多层水平板透空式防波堤消浪性能试验研究

从破坏波浪水质点垂向运动轨迹出发,提出一种由多层水平板组成的透空式防波堤新结构.通过物理模型试验,深入探讨了防波堤结构几何参数(相对宽度、相对间距)以及波陡等因素对防波堤消浪效果的影响,并对不同因素影响下的透射系数以及反射系数变化特征进行了比较和分析.试验结果表明,该结构具有良好的消浪性能,且对波浪的反射作用较弱.多层水平板透空式防波堤结构是对传统防波堤结构型式的发展,对促进透空式防波堤结构作为永久性建筑物的实际应用具有重要意义.     

新型开孔工字板组合式防波堤消浪特性与波浪力试验

为了进一步提高透空板式防波堤的消波性能,减小防波堤结构的波浪力荷载,提出了一种由多个开孔工字板组成的透空板式防波堤结构。基于物理模型试验,研究了规则波作用下新型开孔工字板组合式防波堤的消浪特性和波浪力荷载,探讨了防波堤透射系数、反射系数、能量耗散系数和波浪力荷载随着波陡H/L、堤顶相对潜深h/d、相对水深d/L的变化规律。研究结果表明,该防波堤的透射系数随着堤顶相对潜深h/d的增大而增大,随着相对水深d/L的减小而急剧减小;防波堤波浪力荷载以竖向受力为主,防波堤竖向总力远大于水平总力,且波浪力随着波陡H/L的增大而急剧增大。在试验范围内,该结构具有良好的消浪效果,且波浪反射较小,波浪能量耗散较大。     

滩地红树林引起的波浪衰减特性实验分析

根据中国南海红树林的外形特征,将桧柏树枝按照一定几何比例修剪,在波浪水槽中测试不同水深和波浪条件下,波浪通过不同宽度淤泥质滩地、平底有植物滩地和斜底有植物滩地的衰减率。结果表明有植物覆盖的滩地的消波效果约为淤泥质滩地的3~4倍;随着水深增加淤泥质滩地的波浪衰减率减小,而有植物覆盖的滩地的衰减率增加;植物带宽度为150cm的衰减率是宽度为45 cm时的2倍,且坡度为1∶25的斜底消浪效果略好于平底情况。选取影响波浪衰减的最主要因素水深、波高、波浪周期及植物带宽度等作为基本量,将其无量纲化,并根据实验数据进行多元回归分析,得到消浪系数公式。实验结果对建设防浪林有一定指导意义。     

新型箱—板组合浮式防波堤的水动力分析

为提高浮式防波堤的稳定性和消浪效果,提出并设计新型箱-板组合浮式防波堤,采用双水平板和双浮箱的结构型式,运用AQWA软件建立不规则波作用下浮体与锚链的耦合分析模型,研究浮箱与板的相对间距和水平板长度分别对消浪效果、浮体运动响应、锚链系泊力的影响分析。结果表明:(1)浮体的位移幅值和系泊力都随相对间距d的增加而减小,当相对宽度B/L在0.6~0.7之间时,浮体运动响应最小;(2)波浪透射系数Kt随B/L的增大而减小,Kt与浮体吃水深度有直接关系;但随着B/L的增大,d对Kt的影响越来越小,也表明该结构对短周期波的消波效果较好。(3)在一定范围内增加水平板的长度,可以有效减小结构的运动响应;结构在水平板长度为21 m左右时,结构的运动响应、透射系数和锚链系泊力都较小,达到最佳的锚泊状态。浮式防波堤主要设计特点是使结构在保持稳定的状态下,降低经济成本并提高消浪性能,本研究为结构优化设计提供重要参考。     

滨海斜坡复式护岸断面波浪爬坡试验研究

通过物理模型试验,研究了不规则波作用下滨海斜坡复式护岸断面波浪最大爬坡距离和爬坡流厚度,探讨了最大爬坡距离和爬坡流厚度的影响因素及其影响规律,发现两者都随着护岸前沿平均越浪量的增大而增大,同时随着距护岸前沿距离的增大,爬坡流厚度减小.在此基础上建立了爬坡距离和爬坡流厚度与各影响因素的关系,并参考相关研究成果讨论了比尺效应对试验结果的影响,当坡度小于1∶8时,比尺效应的影响在5%以内.研究结果可为工程设计和相应的数值计算提供参考.     

考虑潮位变动的淹没水平板防波堤设置方案

淹没水平板借助上部波浪破碎、端部涡旋脱落、底部脉动回流等机理能够较好地抵御波浪入侵,是一种富有开发价值的透空型防波堤.然而淹没水平板多采用桩柱支撑,结构高程不随潮位的变化而改变.在潮差较大的海域,低潮位时水平板可能位于水面以上,而高潮位时其浸没深度又可能过大,两种情况下水平板防波堤均不能有效抵御波浪.为此,本文探讨如何设置双层水平板防波堤来削弱潮位变动对消浪性能的不利影响.研究基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法进行,首先建立了模拟波浪与淹没水平板相互作用的二维数值波浪水槽,接着以文献中记录的物理模型实验为目标,重现了孤立波和规则波与单层淹没水平板的相互作用过程.数值计算得到的波面形态、结构波浪力、基倍频波浪透射系数均与实测结果吻合较好.随后应用验证过的数学模型,对单层水平板和两种形式的双层水平板的消浪性能进行了比较.一方面展现出在变潮位环境下采用双层水平板的必要性,另一方面从所提出的两种双层水平板设置方案中确定出较优的形式.进一步地,综合对波浪透射系数和水平板垂向波浪力的分析,得出双层水平板防波堤的最佳板间距.研究结果表明,在高低潮位下各设置一层水平板所组合而成的双层水平板防波堤能够有效克服潮位变动对消浪性能的不利影响,且双层水平板的最佳板间距宜与潮差相等.     

斜向波浪作用下双层水平板式防波堤消防浪性能试验研究

基于物理模型试验,深入讨论了波浪入射角度、相对板宽、相对波高等因素对防波堤消浪效果的影响,并对不同影响因素下防波堤前后水域的波浪形态、透射、反射系数及波能衰减系数变化特征进行了比较和分析.试验结果表明,斜向入射波浪通过双层水平板防波堤传播过程中,防波堤前后水域的波浪形态与波浪正向入射时有显著差别:相对板宽B/L≤0.5、波浪入射角q0_0≥30°条件下,堤前波浪具有显著的三维波浪特征,能量方向分布范围可达60°–90°,但其主方向可保持基本与入射波浪方向一致;堤后波浪主波向与入射波方向有所偏离,表明双层水平板防波堤对斜向波浪有折射作用,0_0≥45°条件下,堤后波浪主要能量方向分布范围可达90°以上.就消防浪性能而言,波浪斜向入射时,与正向入射比较,波能衰减系数(能量损耗)有所降低,但反射系数有所增大.在波浪入射方向为0°–60°试验范围内,综合防浪效果以30°为最佳,其他方向入射时透射系数与正向入射比较差别约±15%左右.     

循环水槽多层孔板消波装置开发及消波特性数值模拟

基于k-ε湍流模型,在STAR-CCM+平台上建立数值波浪水池,开发透水式多层开孔板消波装置并研究其消波特性.波浪水池利用流体体积(Volume of Fluid, VOF)方法追踪自由液面,采用STAR-CCM+的VOF WAVE模块造波,出口边界设置阻尼消波区.通过对一系列指定波浪的模拟,验证了数值水池的准确性.改变波长、波高、水流的流速和方向,可得到消波装置在不同波流条件下的反射与透射系数.结果表明:反射系数和透射系数均随波长增加而增大;反射系数随波高增加而增大,透射系数随波高增加而减小;波流共同作用工况下,反射系数和透射系数远小于波浪单独作用工况;在模拟波流条件下,所开发的消波装置消波性能显著.     

波浪作用下空心块体堤身结构稳定性和消浪特性试验研究

为了研究波浪作用对空心块体稳定性与消浪效果的影响,依托长江口南槽航道治理一期工程,开展了系列水槽试验,分析了不同波浪要素(波高、周期)、水深和结构组合方式对空心块体堤身结构的稳定性、波浪力及结构前后波高的影响.结果 表明:在淹没状态下,空心块体主要受动水压力的作用,且试验水深越浅,空心块体所受到的最大波浪力越大,消浪效果越好.结构组合方式对空心块体的稳定性和消浪效果的影响不明显.不同位置的空心块体所受到的波浪力的大小不同,迎浪侧方块所受到的波浪力最大,背浪侧方块次之,中部方块最小.但空心块体总体受力较小,这有利于堤身结构的局部稳定.     

群波在斜坡上的爬落变化研究

通过理论推导，将群波分解为线性项和非线性项，讨论群波非线性项在不同水深条件下的影响情况，试验中取各组成波波高相等，频率间隔０．０２Ｈｚ，通过模型试验研究群波在斜坡上的爬落变化，并与相应于群波有效波高的规则波的试验成果和经验公式进行对比分析，发现群波和规则波在斜坡上的爬高和爬落幅度的规律大致相同，而落深存在一定差异，即当Ｉｒｉｂｒｒｅｎ数较小时，规则波没有回落现象，运用谱分析方法研究群波在斜坡上的爬     

双波群产生的低频波浪的实验研究

对五个不同海岸坡度（1：20、1：40、1：60、1：80和1：100）,进行双波群产生低频波浪的物理模型实验研究,研究所产生低频波浪的特征。结果表明,低频波浪的个数对大于1：80坡度的海岸是2个,而对1：100坡度的海岸是1个;低频波浪的波峰时间间隔近似等于波群周期;波谷时间间隔与波高无关,但依赖于波群周期和海岸坡度,本文根据实验结果给出该依赖关系的表达式。     

多波检测技术在超声厚度检测中的应用

目的确定超声反射测厚中反射波初至时间,提高反射法测量精度。方法运用多波分析技术,通过分析超声厚度检测中横波、直达纵波、反射纵波的不同传输特性,提出了斜率法判别反射波的起跳时间。结果根据斜率不同,在波场图中可以容易地得到反射曲线。结论解决了反射法测厚中反射初至时间确定难的问题,提高了测试精度。     

地震作用下层状岩质边坡动力响应

层状岩质边坡是川藏铁路沿线区域常见的地质体,边坡的地震稳定性对工程建设具有重要的影响.采用有限差分法软件FLAC3D建立顺层边坡及反倾边坡的数值模型,通过对比分析两种典型层状边坡的动力加速度响应,研究地震作用下层状边坡的动力响应特征及变形机理.研究结果表明:软弱夹层对层状边坡的波传播特征具有影响,使地震波在坡内传播过程中出现局部的放大效应;高程及软弱夹层对层状边坡的动力响应具有放大效应,相同高程条件下坡表的放大效应大于坡内;与反倾边坡相比,顺层边坡的放大效应随高程增加表现出强烈的非线性增加趋势;层状边坡的动力放大效应随地震动幅值的增加而增加,水平地震力作用下层状边坡的动力放大效应大于垂直地震力作用下层状边坡的动力放大效应;软弱夹层对层状边坡的动力变形特征具有控制性作用,最上层软弱夹层为潜在滑移面.     

斜坡上孤立波碎波指针之数值研究

为探讨孤立波波浪受海岸渐变之斜坡地形影响所产生之碎波效应，本文以边界元素法利用Lagrange描述水粒子运动之方法，配合对时间项前进差分之方式来探讨孤立波于斜坡上之碎波型态、碎波指针、碎波波高、碎波水深及碎波速度等。研究结果显示这些物理量可以经由几个基本参数包括海底斜坡之坡度、入射波之波高与波形之尖锐度等来加以表示，并提出一些关于孤立波碎波指针之数值近似经验公式，经与其它学者所发表之结果大致上均有相当吻合的趋势。     

降雨和坡度对坡面流水动力学参数的影响

坡面流是土壤侵蚀和泥沙输移的动力,其水力学参数是构建侵蚀物理模型的基础.本文通过上方来水和模拟降雨试验,探讨了降雨和坡度（2.6%—25.9%）对坡面流水力学特性的影响.结果表明,坡面流速随坡度的增大而增大,而水深与坡度呈反势.总体上坡面水流呈条带状或斑点状分布,降雨具有增大陡坡表层流速效应,且平均流速与表层流速之比主要在0.4—0.7之间.一般地,坡面流有滚波产生,滚波数随坡度的增大而增加,而波高和波长在坡度为5.2%时达峰值,尔后呈减小趋势.降雨可触发更多滚波产生,但对波形影响不显著.随着坡度的增大,水流弗劳德数和阻力系数分别呈增大和减小趋势,且降雨对它们均无显著影响.在试验条件下,弗劳德数与水流阻力关系较雷诺数更为密切,这可能说明弗劳德数对坡面流阻力具有重要意义.     

岩石边坡失稳的瑞利面波频散响应特征

根据边坡失稳的地球物理模型,系统研究了岩石边坡失稳的瑞利面波基阶模的相速度、波数响应特征,总结了边坡从稳定→失稳演化过程的瑞利面波基阶模频散特征变化规律,从中提取边坡失稳的瑞利面波基阶模相速度、波数、频散曲线等特征标志,使瑞利面波法不仅能用于探测边坡失稳的滑动面或结构面,而且还能评价边坡的稳定性,对边坡失稳进行综合预测预报.     

孤立波作用下斜坡堤越浪量的数值模拟

海啸对海面上的船舶、建筑物及周围环境破坏极大,而对于海啸的研究通常采用孤立波来模拟.为了探究海啸对斜坡堤越浪的问题,在FLUENT软件中,建立二维数值波浪水槽,采用用户定义函数(user defined function,UDF)边界造波,流体体积函数(volume of fluid,VOF)方法追踪自由表面,模拟出孤立波波高随时间变化的情况.并利用斜坡堤数值波浪水槽模拟堤顶处的越浪量,与实验数据对比.进而,研究相对波高、相对超高、相对堤顶宽度对越浪量的影响.研究结果表明,孤立波在斜坡堤作用下,越浪量数值模拟的结果与实验值吻合较好;无量纲越浪量随着相对波高的增大而增大;随着相对超高、相对堤顶宽度的增大而减小;通过模拟不同堤顶宽度的越浪量,总结出孤立波越浪量沿堤顶宽度衰减的经验公式.     

水库消落带植被混凝土抗侵蚀性能研究

基材的抗侵蚀性能是生态护坡成功的关键因素之一.通过设计的实验装置对3组不同边坡进行了侵蚀实验,探讨了植被混凝土的抗侵蚀机理,比较了3种边坡的抗侵蚀性能.实验表明:植被混凝土生态防护边坡具有良好的抗侵蚀性能,在同等条件下无植被防护土质边坡的坡面侵蚀速率比有植被防护土质边坡的坡面侵蚀速率高出两个数量级.     

基于坡度视角的黄土高原退耕还林(草)工程碳汇效应分析

【目的】探究退耕还林(草)背景下黄土高原不同坡度退耕地的固碳效应及存在的差异,根据不同坡度碳储量的变化优化新一轮退耕还林工程。【方法】基于2000—2020年黄土高原固碳数据和2000—2015年土地利用数据,运用GIS空间分析法,分析了近20年黄土高原固碳量的时空变化,以及不同坡度退耕地的碳汇效应。【结果】2000—2020年黄土高原固碳量前期增幅较大,后期增幅较平缓,固碳量变化与森林覆盖面的走向基本一致,呈现南高北低的现象;2000—2015年黄土高原土地利用结构发生明显改变,耕地显著减少,林、草地覆盖率增长至56.42%,且各土地利用类型单位面积固碳量呈增加态势,林地单位面积上固碳量最多;此外,坡度15°～25°林地单位面积上固碳量最大,约716.93 g/m²,8°～15°草地的单位面积固碳量最大,约748.65 g/m²。【结论】黄土高原退耕还林还草工程带来了巨大的碳汇效应,不同坡度林、草地的固碳能力存在明显差异,缓坡度地带草地固碳能力最强,中高坡度地带林地固碳能力最强。