寬肩臺防波堤穩定性數值模擬方法研究

作者：李彥卿,別社安

摘要：寬肩臺堆石堤是海岸工程中的一種海堤形式,其以結構簡單、施工快捷、布局靈活和造價經濟的特點在工程中得到了廣泛應用。寬肩臺防波堤以堆積塊石為主體,在海區波浪作用下達到穩定的堆積結構。進行寬肩臺式防波堤穩定性的研究是設計寬肩臺防波堤的重要基礎。介紹了波浪水槽的光滑粒子動力學(SPH)理論和建立方法,驗證了造波結果。提出了一種塊石單元法(GEM)模式,以塊石單元為獨立剛體來模擬寬肩臺防波堤上的塊石在波浪作用下的受力狀態和運動過程。建立了一種垂向二維光滑粒子動力學方法SPH與GEM耦合的波浪和塊石模型,采用SPH與GEM相結合,對防波堤堆石孔隙外部的波浪運動和內部的孔隙環流進行模擬計算,并根據Forchheimer公式確定孔隙內部的壓力。用SPH方法模擬堆石堤外部流場的波浪破碎壓力,用孔隙環流模擬堆石堤內部的孔隙壓力。使用耦合模式模擬了寬肩臺防波堤孔隙流場,驗證了孔隙壓力分布。模擬了波浪作用于塊石和塊石對波浪動力響應過程,給出了靜態平衡到動態平衡的流固場變化,模擬結果與物理模型試驗結果基本一致。耦合模型的建立為寬肩臺堆石堤的穩定性研究提供了理論依據,同時也為同類型工程研究提供了新思路。

發文機構：天津大學水利工程仿真與安全國家重點實驗室

關鍵詞：寬肩臺防波堤光滑粒子動力學方法(SPH)塊石單元法(GEM)耦合數值模型穩定性模擬wide shouldered berm breakwatersmooth particle dynamics method(SPH)gravel unit method(GEM)coupled numerical modelstability simulation

分類號： U656.2[交通運輸工程—港口、海岸及近海工程]TV32[交通運輸工程—船舶與海洋工程]