海啸波与海堤相互作用的模拟研究

摘要

近年,全球范围内海啸灾害的不断发生不仅导致了大量的人员伤亡,还摧毁了众多诸如海堤、港口等沿岸建筑.为了优化海堤设计,提高海堤对其后港口的保护,开展海啸波与沿岸海堤间相互作用研究显得十分重要.利用溃坝波模拟海啸波开展了海啸波与近岸海堤之间相互作用的物理模型实验及数值模拟研究.实验中海堤为斜坡式,溃坝水体上游水位为20cm,下游水位为与堤身同高的11cm.实验利用高速相机记录海啸波与海堤相互作用过程,采用图像识别技术得出不同时刻的自由液面图、并利用ADV测出海堤周围不同断面上不同水深流速测点的流速变化过程.此外,还利用基于CIP方法的数学模型,对海啸波与海堤之间相互作用过程进行了数值模拟.通过将数值结果与实验数据对比发现本模型不仅能再现此过程中出现的如波面曲率快速变化、射流、波浪破碎、气泡形成等强非线性自由面大变形现象,还能较准确预测断面液位变化以及海堤周围不同断面不同水深流速测点流速随时间变化规律,验证了本数值方法对于开展海啸波与近岸海堤相互作用研究的实用性与可靠性.此外,本研究结论可为今后沿岸港口海堤的防海啸设计提供可靠参考.