【摘 要】
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水库岸坡的岩土体失稳后下滑,产生滑坡涌浪,滑坡涌浪对航行船舶、水工结构、沿岸人员的安全,构成巨大的威胁。实际工程中,对滑坡涌浪的空间传播特性、船舶通航安全及船舶操纵预控研究的不够深入,因此,研究滑坡涌浪水域船舶非线性运动机理及预控方法具有重要的理论和现实意义。本文基于滑坡体入水湍流运动耦合方法,利用动网格技术,建立滑坡涌浪入水砰击模型,细化滑坡体高速入水砰击的全过程,实现模拟过程中边界元的实时变化
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(No.51479015):山区河道型水库弯曲段滑坡涌浪特性及对航道通航影响机理的研究; 重庆市基础研究与前沿探索(重点)项目(cstc2017jcyjBX0070):三峡库区滑坡涌浪灾害预警及防控技术研究;
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水库岸坡的岩土体失稳后下滑,产生滑坡涌浪,滑坡涌浪对航行船舶、水工结构、沿岸人员的安全,构成巨大的威胁。实际工程中,对滑坡涌浪的空间传播特性、船舶通航安全及船舶操纵预控研究的不够深入,因此,研究滑坡涌浪水域船舶非线性运动机理及预控方法具有重要的理论和现实意义。本文基于滑坡体入水湍流运动耦合方法,利用动网格技术,建立滑坡涌浪入水砰击模型,细化滑坡体高速入水砰击的全过程,实现模拟过程中边界元的实时变化,研究滑坡体入水后各物理量及河道内各监测点水位变化情况;同时,设计相应的物理模型试验,分析滑坡涌浪的形成、传播过程;揭示滑坡体宽度、厚度、宽厚比对空间传播特性的影响规律;结合三峡库区实际货运量情况,研究滑坡类型、航行速度、航行位置、运动状态对船舶强非线性运动影响;获得河道断面处、河道弯曲段、直线河道区域内,滑坡涌浪传播过程中的波陡变化规律及滑坡涌浪爬升情况;围绕滑坡涌浪水域船舶非线性运动特性及预控方法等问题展开研究,取得主要成果如下:(1)滑坡体高速入水的砰击特性研究建立滑坡体的入水砰击模型,并对其进行验证,结合三峡库区航道特点,细化滑坡体的入水过程,研究滑坡体入水位移随着滑坡倾角、滑坡位置、滑坡体积的变化特点,揭示滑坡体的入水速度及自由面的变化规律。(2)滑坡涌浪的空间传播特性研究结合三峡库区的河道现状,采用物理模型试验的方法,剖析滑坡涌浪形成过程,研究滑坡体的宽度、厚度、宽厚比对首浪高度的影响,确定滑坡沿程涌浪在直线河道、弯曲河道、滑坡断面处的空间传播特性。(3)滑坡涌浪水域船舶非线性运动特性试验研究以滑坡涌浪空间传播为基础,探索船舶与滑坡涌浪相互作用全过程,针对典型工况,分析船舶横摇、纵摇、艏摇、横荡等自由度的运动特性,探讨航行位置、航行速度、滑坡方量、航行状态对船舶横摇运动特性影响。(4)滑坡涌浪波陡变化及爬升特性研究结合河道模型特点,研究滑坡断面、直线河道、河道弯曲等区域内滑坡涌浪波陡随传播距离的变化规律;揭示滑坡涌浪在船舶周围的爬升规律。(5)滑坡涌浪水域船舶通航安全预控方法研究分析滑坡涌浪水域船舶运动机理,设计系泊缆索的布置形式,研究各系泊状态船舶的横摇运动特性,提出滑坡涌浪水域船舶应急抛锚及转向的预控方法。(6)滑坡涌浪水域船舶操纵运动特性研究依据船舶操纵运动理论,建立滑坡涌浪水域船舶操纵运动模型,并对其进行验证;研究滑坡涌浪水域船舶运动轨迹,提出船舶通航安全的操纵运动方法。
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