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坡岸失稳引起的多向波浪效应数值模拟研究

目录

一、坡岸系统基本特性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

1.1坡岸系统的组成构件解析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

1.2坡岸结构在水动力载荷下的作用机理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

1.3坡岸系统稳定性评价指标与模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

二、坡岸失稳机制探讨．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

2.1坡岸地质破坏的力学模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

2.2水动力学作用下坡岸稳定性动力学方程推导．．．．．．．．．．．．．．．．17

2.3透镜式试验技术与动理学结合的实验设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．19

三、多向波浪效应对系统稳定性影响研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20

3.1多向波浪的动态特性与传播方向分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

3.2多向波浪在地质结构中的动力载荷效应．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

3.3非稳态波浪动力方程的建立及求解方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26

四、数值模型建立与验证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29

4.1数值仿真选择与建模仿真流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

4.2模型参数辨识与敏感性分析方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35

4.3验证数据集准备与模型精度评价．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38

五、数值模拟案例分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40

5.1椭圆防御结构下坡岸稳定性的数值模拟．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41

5.2不同波向角对坡岸侵蚀形态的影响分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44

5.3数值模拟结果与现场观测数据的对比．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45

六、结论与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46

6.1研究成果的核心贡献与科技创新点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47

6.2激光扫描技术在坡岸稳定性研究中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．49

6.3多向波浪效应对深厚水下坡岸的工程风险评估．．．．．．．．．．．．．．50

一、坡岸系统基本特性分析

在进行坡岸失稳引发的波浪相互作用数值模拟研究之前，对研究涉及的坡岸系统和基础特性进行全面深入的理解至关重要。这构成了模拟的基石，直接影响到结果的准确性和可靠性。本节将重点对shorelinesystem的基本属性展开分析，主要包括地形地貌特征、地质构成以及当前岸坡的稳定性状态。

（一）地形地貌特征

岸坡的地形形态是波浪作用的基础，深刻影响着波浪的传播、折射、反射及衍射规律。本研究区域选取的坡岸地段，其地形起伏、坡度形态及尺度等是界定计算域边界和设置初始条件的关键依据。具体而言，该区域位于XX河/海岸，呈现出典型的XX地貌特征。为了更直观地展示坡岸的平面布局和高程分布，我们整理了坡岸区域的关键几何参数，如【表】所示。表中数据来源于XX测量（例如：采用RTK测量、雷达地形测量或机载激光雷达等技术获取），反映了岸线走向、坡脚位置、不同段落的最大坡度等核心信息。

?【表】研究区域坡岸关键几何参数

参数类别

参数名称

数值/描述

单位

岸线总体走向

方向

NNE-SSW(或具体方位角)

度

坡度特征

近岸坡度（坡脚处）

15°(urvde?il)(或陡于缓于临界值)

度

远岸坡度

5°

度

高程特征

坡顶高程

20.0m

m

水面高程

0.0m

m

坡脚附近高程

-5.0m

m

计算域范围

竖向延伸

沉水区-超水区及岸上一定范围

m

计算域范围

横向延伸

左右岸边界距离

m

关键点描述

(可选)裂缝、洞穴等

描述存在的软弱夹层、异常地形等

-

通过对这些数据的分析，可以看出研究区域近岸坡度较为陡峭，岸坡高差较大，这种地形特征预示着在波浪作用下可能存在较强的近岸流场扰动和近岸波高累积效应。同时坡脚附近存在负高程区域，表明坡脚可能处于静水线以下，是潜在的冲刷或淘蚀风险区域。

（二）地质构成

坡岸的地质条件是决定其稳定性的内在因素，并影响波浪能量在岸坡中的透射、反射和摩擦特性。研究区域的基岩类型为XX岩（如：砂质页岩、花岗岩等），其岩性特征、层理结构、裂缝发育程度等直