破碎波作用下沙质海床动力响应及其对泥沙运动的影响

破碎波浪冲击沙质海床产生的波动水压力引发海床内孔隙水压力变化可导致海床液化，加剧泥沙输移，导致海床侵蚀、海岸变形及海岸结构物破坏。本项目将在波浪水槽中采用具有代表性的原型沙铺设三种坡度的海床进行试验研究，详细测量波高、海床中孔隙水压力、悬沙浓度、流场等，探讨在规则波破碎、不规则波破碎时冲击沙质海床引发的动力响应，揭示破碎波作用下沙质海床液化机理，阐明波浪紊动特性和海床内孔隙水压力对泥沙运动的影响机制，分析波浪破碎引致的海床内孔隙水压力响应对悬移质泥沙含沙量时空分布的影响，建立破碎波作用下沙质海床动力响应耦合数学模型，揭示破碎波作用下液化和非液化海床上的泥沙扩散输移机理，分析泥沙扩散输移过程，为海岸治理和海岸建筑物的规划设计提供理论依据。

波浪传播到近岸水深较浅处会发生破碎，海床上泥沙运动、床面形态演变等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。在波浪水槽中采用具有代表性的原型沙铺设不同坡度的海床进行试验研究，详细测量了波高、海床中孔隙水压力、悬沙浓度、床面形态、流场等，探讨了波浪破碎冲击沙质海床引发的动力响应，揭示了海床内孔隙水压力对泥沙起动的影响机制，分析了波浪破碎引致的海床内孔隙水压力响应对悬移质泥沙含沙量时空分布的影响，进一步讨论了波浪破碎引致泥沙扩散输移过程；定义了相对波高变化率、沙坝高和沙坝长的比值，通过分析两者的变化，得到波浪变形和床面形态演变两者的相互关系；并通过测量和计算沙坝尺度、沙坝移动速度及破碎带输沙率，分析了多种工况波浪作用下斜坡海床上的沙坝演变过程和破碎带床面形态演变；根据SPH方法建立了Navier-Stokes方程的SPH形式的水动力数学模型，并对其相关数值处理技术进行了研究，证明其能较好的解决一些自由面大变形问题。研究成果提高了斜坡沙质海床上破碎波引起的泥沙输运机制和海床动力响应机理认识，可为海岸治理和海岸建筑物的规划设计提供理论依据。