明基床上开孔沉箱波浪力的研究

The perforated caisson, as a new type of coastal engineering structure, has been much used in practical engineering. Many studies have approved that perforated caissons can significantly reduce the reflection of coastal structures and wave forces, and thus can lighten the weight of structures and reduce the cost of engineering. The applicant and main collaborators once conducted a systematic study on perforated caissons located on the rubble filled foundations. Its principal research achievement, Study on Wave Forces Calculating Method of Perforated Caissons and their Applications, has won the second prize of National Award for Science and Technology Progress of 2007. In practice, perforated caisson breakwaters are generally constructed on rubble mound foundations. But, study on the wave forces acting on perforated caissons on rubble mound foundation has been scarcely referred so far. As further research of our previous work, the applicants wish to investigate the influence law of different influencing factors acting on perforated caissons under the condition of rubble mound foundations by means of experimental study and numerical simulation. Main works are as follows: (1). Establish a coupled numerical model for calculating the interaction between wave and perforated caissons breakwaters sitting on rubble mound foundations; (2). Propose simplified calculating methods of wave reflection and wave forces for practical engineering, on the base of numerical and experimental study. Expected research achievements would be of great value for the theoretical study and engineering application of perforated caisson structures which located on the rubble mound foundations.

开孔沉箱作为一种新的海工结构型式，已在工程中得到大量应用。该结构可显著降低结构物的波浪反射和波浪力，在保证结构安全可靠的前提下产生良好经济效益。申请人及主要合作者曾对暗基床上开孔沉箱进行了系统的研究，主要研究成果"开孔沉箱结构波浪力计算方法的研究及应用"获2007年国家科技进步二等奖。鉴于明基床是实际工程中更为常用（特别是对深水堤）的沉箱基础型式，而目前明基床上开孔沉箱的研究成果尚鲜见报道，作为申请者前期研究的深入和拓展，籍助物模试验和数值模拟等研究手段，探讨明基床条件下各种因素对波态和波浪力的影响规律。包括：(1)建立计算波浪与明基床上开孔沉箱相互作用的耦合数值模式，提出具有较大应用范围的计算明基床上开孔沉箱波况和波浪力的数值方法。（2）以数模为基础,并结合物模试验，分析提出可供实际工程应用的简便计算公式；研究成果（物模试验和数模计算）将对开孔沉箱结构的基础理论研究和工程应用具有重要意义

申请人课题组曾对暗基床上开孔沉箱结构进行过系统的研究，主要研究成果----“开孔消浪沉箱波浪力的计算方法与应用” 获2007年国家科技进步二等奖，成果已纳入《防波堤设计与施工规范（JTS154-1-2011）》之中。鉴于开孔沉箱广泛的工程应用前景，而明基床是实际工程中更为常用的沉箱基础型式，因此，开展明基床上开孔沉箱波浪力的研究，不仅是学科发展的深入，更具有重要的工程应用意义。本项目是申请者前期研究工作的拓展延续，立意探讨可渗明基床对开孔沉箱波况和波浪力的影响规律，研究范畴涵盖波浪和开孔沉箱、波浪和可渗基床的相互作用，着力研究“可渗明基床+开孔沉箱”这一复杂复合结构的消浪机理。本项目的执行过程中，实现了理论分析、物模试验、数值模拟的方法整合，综合考虑相对基床高度、消浪室相对宽度、相对水深、波陡和开孔率等诸多主要影响因素，给出了明基床上开孔沉箱波浪反射系数、波浪力和稳定性研究的系统成果。研究内容分作物模试验和数值模拟两部分，物模试验部分：为深入探讨基床高度对波浪反射系数、开孔沉箱波浪力的影响规律，在全部完成《申请书》中拟定的0.10m、0.15m两种基床高度物模试验内容的基础上，增加并完成了0.20m基床高度的相应试验内容，进而采用多元回归和支持向量回归机（SVR）两种试验数据分析方法，给出了明基床上开孔沉箱波浪反射系数、波浪力和稳定性分析的计算关系式；数值模拟部分：寻两种途径建立波浪与开孔沉箱作用的数学模型，目前已完成暗基床规则波和不规则波作用下开孔沉箱反射率的数模计算和明基床规则波作用下开孔沉箱反射率、波浪力的数值模拟，且数模成果和物模成果吻合良好。.本课题的研究成果既丰富了开孔沉箱结构的研究范畴，又具有较为突出的实际工程应用意义。由于课题研究给出了明基床上开孔沉箱波浪反射系数、波浪力和稳定性分析的系统成果，便于工程设计应用，也为现行《防波堤设计与施工规范》的后续修订，提供了可靠的技术储备。