斜向不规则波作用下直立式防波堤越浪及受力研究

为研究斜向不规则波作用下环抱形直立式防波堤的越浪量及波压力分布特性,以指导某港口延伸堤头工程的设计,本文综合采用了物理模型试验与数值模拟相结合的研究方法。首先,系统梳理并比选了适用于斜向波的直立堤越浪量计算方法(包括Franco C法、美国海岸工程手册法及大连理工大学法等)与波压力计算方法(包括合田良实法、永井庄七郎法、港口与航道水文规范法等)。依据弗洛德相似律(几何比尺1:55)开展了整体物理模型试验,在长40 m、宽30 m的波浪港池中,模拟了不同水位即波向组合条件下的作用工况,测量了防波堤堤顶越浪量及波压力分布情况。试验结果表明:偏正向作用是波浪作用下的越浪量最大;波压力沿堤身分布呈先增大后减小的规律,最大值出现在静水面附近;越浪量试验结果与Franco C法计算结果最为接近,波压力分布则与合田良实法吻合良好。此外,基于OpenFOAM建立了三维精细化数值波浪水池,经物理试验数据验证,该模型在模拟波浪传播、越浪过程及波压力分布时误差可控(波压力平均误差约6%),具有良好的准确性。研究成果为类似环抱形直立式防波堤工程的设计计算提供了可靠的方法参考与实践依据。