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破碎波作用下砂质海床孔隙水压力响应试验研究

作　者: 汪文诚
导　师: 程永舟
学　校: 长沙理工大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 破碎波 孔隙水压力 砂质海床 水槽试验
分类号: TV139.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


波浪传播到近岸水深较浅处会发生破碎,海床破坏与破碎波浪冲击作用下孔隙水压力的分布有着密切的关系。本文采用理论分析、模型试验相结合的方法,揭示了波浪破碎、海床变形及孔隙水压力分布之间的关系,为海洋工程设计提供可参考的依据。本文基于1:30的斜坡床面上的波浪水槽试验,研究砂质海床上破碎波作用时海床孔隙水压力响应规律,观察波浪破碎区的地形变化并分析其形成原因。试验使用影像处理技术,观察底床受破碎波浪作用后的变形情况。由此找出扰动与未扰动砂层交界剖面,从中了解波浪对底床掏刷程度。试验将传感器埋设于破碎带区域,获得底床内部压力变化并进行分析。试验结果表明,在波浪破碎前后孔隙水压力变化不同。波浪破碎处地形变化剧烈,破碎带处孔隙水压力竖向衰减幅度均比破碎前、后大。孔隙水压力在沙床顶部的变化比底部变化明显。不同碎波形态的孔隙水压力横向沿程变化没有明显区别,但不同碎波形态对砂层作用的表现方式不同,波浪发生卷破时,主要表现为对砂层大幅度的掏刷与堆积;波浪发生崩破时,主要表现为对已破坏的砂层有一定程度的整平作用。破碎带内砂层掏刷,孔隙水压振幅变大;砂层堆积,振幅变小。若砂层处于掏刷作用后又堆积的情形,新堆积的砂层不如初始状态紧密,仍有较大的振幅,在波浪的持续作用下,振幅才明显减小。若初始孔隙水压力振幅大于该深度理论静土压力,波浪对底床有着较大的影响深度与砂层移动能力。破碎带内若传感器均处于未扰动砂层之中,上下两传感器间的压力梯度差值较小。而若上层传感器由于砂层在波浪的持续作用下开始松动,上下两传感器间有着最大的压力梯度差值。波浪的持续作用,上下两传感器间的覆土均被扰动,此时压力梯度差值较小。若波浪对底床的侵蚀作用持续,上述现象会发生于更深层的传感器之间。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 研究目的及意义  10
  1.2 国内外研究现状与分析  10-15
    1.2.1 海床动力响应的理论分析与数值模拟  10-12
    1.2.2 海床动力响应的水槽模型试验研究  12-15
  1.3 研究内容和研究方法  15-16
    1.3.1 主要研究内容  15
    1.3.2 研究方法  15-16
第二章 破碎波与孔隙水压力理论  16-22
  2.1 破碎波  16-19
    2.1.1 破碎波定义  16
    2.1.2 破碎波分类  16-17
    2.1.3 破碎指标  17-19
    2.1.4 破碎波的影响  19
  2.2 孔隙水压力的理论分析  19-22
第三章 试验设计及分析  22-30
  3.1 试验设计  22-25
    3.1.1 试验仪器设备  22
    3.1.2 模型设计及测点布置  22-23
    3.1.3 试验组次与数据采集  23-25
  3.2 试验过程  25
  3.3 数据处理方法  25-27
    3.3.1 波高数据处理  25-26
    3.3.2 流速数据处理  26-27
    3.3.3 孔隙水压力数据处理  27
  3.4 试验现象及分析  27-30
    3.4.1 试验现象  27-28
    3.4.2 斜坡地形变化的原因分析  28-30
第四章 破碎波作用下海床孔隙水压响应分析  30-48
  4.1 浪高及孔隙水压力沿程变化  30-36
    4.1.1 浪高沿程变化  30-32
    4.1.2 孔隙水压力沿程变化  32-35
    4.1.3 孔隙水压力垂向瞬时梯度沿程变化  35-36
  4.2 波浪参数变化对破碎带孔隙水压力的影响  36-41
    4.2.1 孔隙水压力历时曲线变化图  36-38
    4.2.2 不同水深对孔隙水压力的影响  38
    4.2.3 不同周期对孔隙水压力的影响  38-39
    4.2.4 不同入射波高对孔隙水压力的影响  39-40
    4.2.5 不同碎波形态对孔隙水压力的影响  40-41
  4.3 破碎带地形变化分析  41-43
  4.4 破碎带流速分布分析  43-47
    4.4.1 破碎带瞬时流速分布  43-44
    4.4.2 脉动强度与雷诺应力  44-47
  4.5 本章小结  47-48
第五章 孔隙水压变化与砂层输移的关系  48-60
  5.1 砂层输移研究  48-49
  5.2 砂层影像资料处理方法  49-51
    5.2.1 砂层侧向变化一致性的验证  49-50
    5.2.2 砂层坡面线  50-51
  5.3 孔隙水压力振幅变化与砂层输移量  51-53
  5.4 孔隙水压力振幅变化与理论静压力  53-56
  5.5 孔隙水压力梯度变化与理论静压力  56-59
  5.6 本章小结  59-60
第六章 结论与展望  60-62
  6.1 结论  60-61
  6.2 展望  61-62
参考文献  62-66
致谢  66-67
附录A 攻读学位期间发表论文目录  67-68
附录B 攻读学位期间从事科研项目目录  68-69
详细摘要  69-76

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水利工程基础科学 > 水力学 > 波浪水力学
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