岛礁护岸结构裂缝缺陷内脉动压强特征试验研究

摘要

波浪作用下珊瑚礁礁坪上会产生高速波生流，在高速水流的冲击下岛礁护岸结构易发生破坏、失稳．因此，开展了珊瑚礁礁坪上波生流与有裂缝缺陷护岸结构相互作用的物理模型试验，对裂缝内脉动压强的频谱密度、特征值分布、强度分布等特征进行了研究和分析，揭示了护岸结构裂缝缺陷内脉动压强的变化规律．研究表明，礁坪上护岸结构裂缝缺陷特征位置处脉动压强的主频值与入射波频率对应．护岸结构上、下部沉箱间的裂缝入口处脉动压强分布较为平稳，沿裂缝缺陷逐渐延伸分布的各测点脉动压强脉动剧烈程度提升，且复杂湍流在裂缝缺陷内发生扩散且于垂直方向摆动幅度提升．同时，湍流的脉动作用在裂缝缺陷内形成的负压持续增大，导致中间位置脉动压强均方根值突增，突变数值约为入口附近7倍．当礁坪长度分别取1 m、2 m和3 m时，裂缝缺陷内中间位置处脉动压强系数分别约为入口处的1.59倍、1.49倍和1.46倍．裂缝缺陷内沿程各测点位置处的脉动压强系数对于大坡度礁前斜坡更为敏感，且礁前斜坡率越大，脉动压强系数越大．存在1个临界坡度，当礁前斜坡率大于临界坡度且礁上相对淹没度位于0.61～1.04时，脉动压强系数值下降约34%；当礁前斜坡率小于临界坡度时，脉动压强系数沿程分布与礁前斜坡率之间相关性较弱．

关键词

珊瑚礁 / 护岸结构 / 波生流 / 裂缝缺陷 / 脉动压强

基金资助

山东省泰山学者工程专项经费资助项目(TS20190914); 国家自然科学基金资助项目(51739010)