中文摘要：

双层水平板型防波堤是一种全新概念下的新型防波构造物，被称为21世纪"绿色防波堤"。主要特点是消浪的同时可保证良好水体交换进而保护海洋水质环境；造价基本不随水深的增加而显著增大，由于该型防波堤基本不改变流场故可保障掩护水域的海床维持。该特征决定了其广泛的应用前景（上海洋山港已率先经开始工程应用研究）。现有研究仅限于二维正向波浪对双层水平板防波堤作用且仅大多限于消浪性能，而斜向和三维随机波浪作用下双层水平板型防波堤的水动力特性、波浪荷载计算方法等相关研究尚未见文献报道。本研究拟以物理模型试验为主、结合理论分析和数值计算，就二维正向、斜向随机波浪作用下双层水平板型防波堤的水动力问题进行系统研究，解明双层水平板防波堤的消浪、受力机理；把握正向和斜向随机波浪条件下该防波堤的消浪性能、波浪荷载的变化规律，给出双层水平板防波堤设计波浪荷载的实用化计算方法及堤体的合理尺度确定途径。

结论摘要：

以物理模型试验为主、结合理论分析和数值计算，就二维正向、斜向随机波浪作用下双层水平板型防波堤的水动力问题进行了较为系统的研究。首先通过二维正向随机波浪物理模型实验，分析讨论了双层水平板型防波堤透过波面和波浪力的时域和频域基本特征。综合考虑了相对板宽B/L、相对波高H/D、波陡H/L、相对板间距S/D和相对潜深d/D五个影响因素，总结出了透射系数、反射系数以及总竖向波浪力随这些因素的变化规律。为了方便工程实际应用，拟合出了透射系数和总竖向波浪力的计算公式；在此基础上，重点开展了斜向随机波浪对双层水平板型防波堤作用研究，并与二维正向随机波浪作用结果进行了系统比较。基于物理模型试验结果，给出了斜向随机波浪条件下双层水平板型防波堤透射系数和总竖向波浪力的计算公式。基于VOF方法建立了波浪与水平板型防波堤相互作用的数值模型。数值水槽左端采用可吸收式推板式造波机，数值水槽的右端布置吸收层，吸收水槽尾端的二次反射。用物理模型试验结果对数值模型的堤后波面、波压力、竖向波浪力及透射系数等方面进行了严格的验证，验证结果表明本文建立的数学模型可用于波浪与双层水平板型防波堤相互作用的模拟。采用本文所建立的数值模型进行了系统的数值试验，重点研究了波浪与双层水平板型防波堤相互作用的流场和涡量场变化特性，深入探讨了防波堤的消浪机理，并分析讨论了流场、涡量场与水平板表面波压力分布的关系。