[發明專利]坡面破波沖擊壓力計算方法

有效

• 申請號: 201810273874.2
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108460234B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 楊星;錢鈞;高士佩;胡曉東;翁松干;吳蘇舒;吳沛沛;郭劉超;李志清;徐季雄;肖鵬;尹子龍
• 申請（專利權）人: 江蘇省水利科學研究院
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F119/14
• 代理公司: 北京知呱呱知識產權代理有限公司 11577
• 代理人: 呂學文;武媛

本發明公開了一種坡面破波沖擊壓力計算方法，目前，坡面破波沖擊壓力計算是斜坡式海堤工程設計的重要環節，且卷破波又是最嚴重最危險的一種破波類型，為此，基于簡化的假設條件，提出一個半經驗半理論卷破波沖擊壓力計算公式，并利用已有的規則波水槽試驗數據和現場觀測數據，對比分析了本公式以及國內外現狀采用的一些經驗公式，結果顯示：現狀國內規范采用的蘇聯公式在波高較大的計算條件下，存在計算結果偏小的情況；本發明與Stanczak改進公式計算結果相近，且對所使用的驗證試驗數據具有較好的包裹性。

技術領域

本發明涉及一種坡面破波沖擊壓力計算方法。

背景技術

一般而言，破波施加于海洋結構物上的沖擊力遠大于沒有破碎時的波浪力,所以受波浪破碎沖擊影響，海堤護面結構易因強度設計不足而遭受損壞，從而誘發局部海堤破壞，這也是常見的海堤破壞形式之一，在海堤防護設計中必須予以充分的重視與考慮。常見的三種破波類型，即崩破波(spilling breaker)、卷破波(plungling breaker)和激破波(surging breaker)中，又以卷破波對海堤的沖擊力最大，破壞作用最強。波浪破碎是一種復雜的物理現象，其中波浪摻混氣泡的不穩定性，即便是室內相同規則波浪的破碎試驗，測力數據也可能存在較大的差異性，而且受限于另外兩個關鍵技術瓶頸：一是此類問題理論基礎的不完備；二是野外現場測驗電磁環境或其他因素的干擾，導致目前相關破波研究成果主要還以易于控制的室內模型試驗為主，并且現有廣泛使用的破碎波浪沖擊力計算公式也主要依托室內試驗按經驗或半理論半經驗推求。值得關注的是，波浪破碎數值模擬技術作為一種便利的研究工具，也伴隨著相關基礎理論的進步而獲得了一定的發展。

實用化的破波沖擊力公式主要來源于美國、日本、德國等國家，比較有名的如美國的Morison公式(1950年)，初期公式只考慮了波浪對小尺度結構物(樁柱、輸油管道等)的慣性力和拖曳力作用，后期改進過程中增加了破波沖擊力子項；還比如CH92-60公式，以及在其基礎上通過大型水槽試驗結果進一步改進獲得的СНиПII57-75公式,是直接針對斜坡堤的。我國《海堤工程設計規范》(GB/T 51015-2014)中波浪破碎對斜坡堤坡面的沖擊力計算公式引用CHипII57-75公式；德國的and Sparboom公式，該公式的雛形在1986年形成，乃通過規則波的斜坡海堤水槽試驗依據經驗推導而來，后進行了改進，增加了海堤坡度參數，2009年，Stanczak又對該公式進行了改進，增加了波周期參數；日本Ikeno andTanaka公式，該公式2003年提出，也是在舊有公式的基礎上改進而來，是目前相對較新的破波沖擊力計算公式。Kato等通過波浪水槽模擬研究海嘯作用下生成的孤立波、在傾斜式海堤坡面破碎形成的沖擊力，并與Ikeno and Tanaka公式計算結果做了對比。Lin等則通過一個尺寸相對較小的波浪水槽研究了類似問題。以上試驗雖然顯示實測數據略大于計算結果，但基本認可了該經驗公式的可靠性。

然而，盡管在破波沖擊力方面已有大量的研究成果，但現場測驗數據的匱乏，以及理論研究、數值模擬、物理模型試驗的復雜性，尚沒有研究機構能從理論或試驗角度明確“實際最大可能的波浪沖擊力”。另外，已知海堤斜坡上的破波沖擊力與破波類型、入射波高、入射波角度、波長、波陡、以及坡比等密切相關，已有的經驗公式尚難以予以全面考慮，不同經驗公式推求的試驗方法不同，采取驗證的實驗數據也不一樣，導致不同的經驗公式必然存在一定的差異性和適用性。實際上，已有的國內少量破波經驗公式的對比研究成果，盡管主要集中在現有公式的對比分析上，結果顯示不同現有公式之間也存在較大的差異性。

發明內容

本發明基于半理論半經驗方法，提出參數考慮相對齊全的傾斜式海堤卷破波沖擊力半經驗公式，并基于相對權威的發明獻試驗數據，通過對浙江溫嶺東浦新塘海堤現場觀測數據，從而對新公式和現狀主要破波沖擊壓力經驗公式進行對比分析。

為實現上述目的，本發明的技術方案為一種坡面破波沖擊壓力計算方法,包括以下步驟；