随机波浪作用下的防波堤三维稳定性及越浪量试验研究

对于防波堤和护岸工程设计,三维随机波试验已开始广泛应用于防波堤研究中,因为相对于传统的二维随机波试验,三维随机波试验对于波浪绕射、越堤水量、三维稳定性、透浪以及它们之间的相互影响等问题均可以给出更好的解释。本研究在不同波向及重现期波浪作用下,对包含堤头、堤身与堤根的全尺寸防波堤进行三维稳定性与越浪量测试,试验中各段护面块体(12、18、24 t双联块体)均可保持稳定,而各水位重现期50 a最大越浪量为10 L(m·s)。与二维波浪水槽试验结果进行对比,稳定性结论一致,但越浪量存在较为明显的差异,在设计高水位时,二维断面试验的越浪量比三维试验中的要大10%~30%不等,与日本PARI相关研究得到的三维不规则波的越浪量约要比二维不规则波时低20%~30%结论较为接近,而在极端高水位时其差距变得更大,甚至达到了50%~60%。由于二维断面试验中采用正向浪作用,且无法模拟波能沿堤传输扩散等实际现象,加之易出现堤前壅水情况,因此其越浪结果有所偏大,而采用三维稳定性试验更接近真实情况。     

涌浪条件下斜坡式防波堤越浪量的对比分析

海外港口工程大部分位于以涌浪为主的海域,涌浪对防波堤的作用未得到全面认识。越浪量一直是斜坡堤设计中需要重点考虑的问题,其直接关系到结构的安全和使用。以某一具体港口防波堤工程为例,对其防波堤进行了波浪断面和局部整体试验,研究涌浪作用下斜坡堤(单坡、无挡浪墙)的平均越浪量,并与计算结果进行对比分析。研究结果表明:1)断面试验和局部整体试验结果表明斜坡堤越浪量随着波浪周期的增大而增大,而国内规范公式计算结果随着波浪周期的增大而减小。2) EurOtop公式越浪量计算结果不考虑波浪周期的影响; ANN(人工神经网络)方法越浪量计算结果也随着波浪周期的增大而增大。3)总体上,ANN方法越浪量计算结果与物理模型试验结果的吻合程度均明显好于国内规范公式和EurOtop公式计算结果。     

海岸防护工程胸墙稳定性及越浪量研究

文章采用物理模型试验对日照港石臼港区海岸防护工程中胸墙的越浪量和稳定性进行了研究。首先,利用物理模型对不同高程下胸墙越浪量进行研究,确定了胸墙顶高程为7.5 m时,可满足越浪量控制要求;然后,对有无潜堤作用下,防护工程胸墙的越浪量和稳定性进行试验研究。研究结果表明:极端高水位时,50 a一遇波高作用下,潜堤对后方防护措施影响较小,但是100 a一遇波浪作用时,由于波浪在潜堤处产生了破碎从而导致波高发生衰减,因此提高了后方防护设施胸墙的稳定性。     

防波堤波浪越顶对港内波高的影响

较低顶高程的防波堤波浪越顶会对港内波高产生影响。针对某一具体工程实例,进行防波堤波浪越顶后透射波 高的断面和整体模型试验,结果表明：斜向浪（45°以下）作用下,堤后透射比波高随着距防波堤距离增大而逐渐消减,当 水工结构物距防波堤较远时,透射波高远小于断面试验结果;局部防波堤波浪越顶对港内波高的影响明显小于全部防波堤 波浪越顶情况。     

加纳特马港防波堤稳定性局部物理模型试验研究

非洲西海岸几内亚湾涌浪周期长、风暴期间大浪持续时间长,加纳特马港新集装箱码头防波堤还受到斜向浪作用,为研究防波堤转弯段的护面稳定性,建立了港池局部整体物理模型。试验结果表明,防波堤各部位满足稳定要求,但转弯段和堤根段局部堤顶护面块石的失稳数较大。分析了波浪入射角对防波堤各部位稳定的影响,堤顶和堤后块石主要受越浪的作用,波浪和堤轴线夹角较大时,波浪入射角些许变化对堤顶及堤后块石稳定影响不明显;波浪和堤轴线夹角较小时,波浪入射角增大导致越浪量变大使堤顶及背浪面块石失稳数增大。     

亚帆中心工程环抱形防波堤掩护效果及护面块体稳定性试验研究

针对工程环抱形防波堤平面布置方案,利用整体物理模型试验手段进行了验证。结果表明:1)掩护后传入港内波峰线发生了偏转和波能集中,致使码头局部泊稳条件不满足标准要求。将位轴线顺时针旋转15°,与波峰线平行优化布置后,则满足。2)根据越堤波浪是否冲击港内码头轴线标准,论证10.0、10.5、11.0 m共3个防波提高程掩护体,得出11.0 m是可行的。3)防波堤外侧质量6 t护面块体失稳,经多次优化后采用质量10 t则稳定,弧形转弯处勾连性护面块体受侧向波浪力作用比受正向波浪力偏于危险。4)将试验结果与规范公式计算值进行对比,前者均大,因此对于弧形转弯段的处理应给予关注,尽量遵循规范要求轴线夹角的相关规定。5)试验再次验证了三维港池整体物理模型试验在防波堤稳定性、越浪量和优化设计方面的必要性。     

斜坡式防波堤越浪量试验及计算公式比较

越浪对港内建筑物、船只和人员的安全构成威胁,也是导致海堤破坏的重要原因之一。因此,对越浪量的研究十分必要。基于某斜坡式防波堤的物理模型试验,得出相应的试验越浪量。同时针对堤前水位等影响因素,选取国内外经典的防波堤经验公式,结合试验数据对各公式进行误差分析。结果显示：根据室内模型试验的限制范围,陈国平公式误差较小;VAN DER MEER的平均值方法计算结果整体上偏低于试验值;OWEN公式受波浪周期的影响较大,当波浪周期较大时,计算误差较大。     

某斜坡堤工程消浪措施效果的试验分析

通过断面波浪物理模型试验,实测了某游艇港斜坡式防波堤的越浪量及堤内侧波高数据,分析防波堤顶高程的调整以及消浪肩台、护面块体坡顶宽度的变化对防波堤防浪效果的影响。试验研究结果为工程设计提供了科学的依据,同时对类似建港工程也具有比较实用的借鉴意义。     

科伦坡港口城外防波堤堤顶高程的确定

在地质条件及防波堤断面形式基本确定的前提下,防波堤堤顶高程是决定防波堤造价的主要因素之一。分析特许协议文件中外防波堤相关要求并考虑景观要求,认为堤顶高程应在3.0~4.0 m;分析工程所在区的自然条件及设计要素,确定防波堤的结构形式;在允许越浪的条件下,计算堤顶高程的范围;通过防波堤护面块体稳定性二维物理模型及波浪泥沙整体物理模型试验来验证护面块体稳定性和人工沙滩冲淤变化,并测量堤后不同位置处的绕射或越浪引起的次生波高;根据工程量及施工工艺选定较优的高程方案,为工程设计提供参考。     

涌浪条件下斜坡式防波堤堤脚块石稳定性

海外港口工程大部分位于以涌浪为主的海域,防波堤在涌浪作用下的稳定性尚未得到全面认识。对于斜坡堤,除了护面对其稳定性至关重要外,堤脚对其稳定性也很重要。以某一具体港口防波堤工程为例,通过波浪断面和局部整体物理模型试验,对涌浪作用下斜坡堤堤脚块石的稳定性进行了研究。根据试验结果,对比正向和斜向波浪作用下斜坡堤堤脚块石的稳定性结果,重点分析了斜向波浪作用下斜坡堤堤头圆弧段堤脚块石发生破坏的原因及其随入射波浪周期和水位的变化关系,并对原方案堤脚进行了优化。     

不规则波作用下排桩式透空堤透浪系数试验研究

排桩式透空堤是一种新型的防波堤形式,通过三维的波浪物理模型试验,分析了不规则波作用下相对入射波高、相对波长、相对堤宽、不同波向以及桩间肋板等因素对排桩式透空堤透浪系数的影响规律。试验结果表明:透浪系数会随着相对入射波高和相对堤宽的增大而减小,随着相对波长的增大而增大;与正向波相比,波浪斜向入射时的透浪系数较大。此外,与桩间不带肋板的排桩式透空堤相比,带桩间肋板的排桩式透空堤具有更明显的消浪效应,对于透浪系数的衰减率在10%～60%之间。当排桩式防波堤主要受正向来浪作用时,整体物理模型值与整体数值模拟值和断面物理模型值的误差较小;然而,当排桩式防波堤受斜向来浪作用较为明显时,整体数值模型值和断面物理模型值与整体物理模型值之间存在不可忽视的误差,此时应该配套进行整体物理模型试验来进一步确定结构设计参数。     

复杂礁盘地形下防波堤护面稳定性试验分析

由于建于复杂礁盘地形上的某渔港防波堤在2013年7月13日台风"苏力"期间发生部分损坏,为修复防波堤,采用正态物理模型进行防波堤修复方案的波浪整体物理模型试验。在试验中,观测防波堤堤身、东西两端与礁盘或直立断面连接段各部位在不同水位及相应50 a一遇波浪、极限波浪作用下的稳定性。研究表明:防波堤护面在礁盘地形上的稳定性有明显降低;所提出的改进修复方案能有效解决护面的失稳问题。     

防波堤堤后次生波的试验研究

在小比尺的大范围整体物理模型试验及数值模拟中,由于模型本身存在底摩阻、比尺效应及计算软件等影响因素,测量所得堤后次生波波高精度较低。因此通过采用大比尺波浪断面物理模型试验,选取不同入射波要素和堤顶淹没水深,研究次生波的基本特性,得到入射波高与次生波的关系;同时利用局部整体模型,分析得出波浪对防波堤不同角度入射时,角度与堤后次生波的关系。试验结果可为大范围整体物理模型试验提供校验依据,也可为数值模拟防波堤堤顶越浪,进行参数调整提供必要的依据。     

斜坡堤越浪量试验研究

研究斜坡堤的越浪量对于防波堤的设计有重要意义。通过波浪断面物理模型试验的方法,研究了波高、波陡和堤顶超高的变化对斜坡堤越浪量的影响规律,比较了4种不同护面形式的消浪效果。试验结果显示:斜坡堤越浪量随着有效波高的减小和波陡的增大而减少;斜坡堤越浪量随着堤顶超高的增大,成指数形式递减;护面形式对斜坡堤越浪量有一定影响,扭王字块和栅栏板的消浪效果差别不大,且均优于四角空心方块。将物模试验值与现有斜坡堤越浪量公式计算值进行对比,推荐了陈国平公式作为计算斜坡堤越浪量的公式。     

复杂礁盘地形对防波堤堤脚稳定性影响试验研究

针对礁盘地形上波浪运动形态的复杂性及相关防波堤工程设计中的结构稳定性问题,对礁盘地形附近某工程及相关海域的海床地形进行模拟,并通过波浪整体物理模型试验验证工程区防波堤堤脚的稳定性情况。试验结果表明:礁盘地形上堤脚块石稳定重力若按规范计算偏危险。研究结合试验现象及结果对堤脚进行优化,提出礁盘地形上防波堤堤脚开槽的优化方案。     

离岸式高桩码头对后方护岸工程的影响

针对受离岸高桩码头掩护的后方护岸工程设计波浪难以确定的问题,结合实际工程,通过波浪断面物理模型和局部整体物理模型试验,研究码头工程对护岸设计波浪、越浪量和断面结构稳定性的影响。结果表明,高桩码头上部结构对后方护岸有良好的掩护效果,尤其在高水位时,消浪效果较好;受掩护良好的后方护岸工程,堤顶高程受高水位控制,可以适当降低堤顶高程;护岸结构稳定性,尤其护底、护脚块石,主要受较低水位控制,而低水位时码头对护岸的掩护效果有限,波高降低幅度很小。     

涌浪对防波堤稳定性影响的试验研究

海外工程施工中常遇主浪向周期10 s以上的涌浪施工环境。以色列Ashdod港防波堤工程直面地中海开敞海域长周期涌浪作用,通过物理模型试验研究,结合长周期、大波高浪及水流作用下防波堤断面中堤心石、1～3 t及3～6 t护面块石的流失率,分析涌浪在施工过程中对防波堤稳定性的影响,并通过物理模型试验深入研究了堤心石、1～3 t及3～6 t护面块石临界失稳波高以寻求最佳的施工时机,为同类工程施工提供依据。     

周期和波高对斜坡式防波堤透浪特性影响试验研究

通过物理模型试验,针对实际工程中典型的可渗透斜坡堤结构,在不考虑越浪情况下,对斜坡堤在较长周期波浪作用下的透浪特性进行分析研究,主要讨论了斜坡堤透浪系数与入射波周期、入射波高、相对宽度等因素的关系。根据试验结果分别拟合出在堤心石一定质量级配规则波和不规则波作用下斜坡堤透浪系数经验公式,为防波堤工程建设提供一定的参考依据。     

斜坡堤后坡砌石护面稳定厚度的模型试验研究*

防波堤工程中堤顶越浪量的增加易导致堤后破坏,造成重大生命财产损失。针对这一问题,对防波堤后坡干砌块石护面进行系列物理模型试验,根据越浪对堤后不同砌块厚度的冲刷破坏情况,讨论堤后砌块护面稳定厚度与越浪量之间的关系。在此基础上,对平均越浪量进行分析,并对比国内外现有越浪量计算公式,结合我国常用防波堤结构形式,提出不规则波作用下的平均越浪量计算公式。最终给出不规则波作用下后坡干砌块石稳定厚度的计算公式。结果表明,公式与试验结果吻合度较好,可为我国防波堤后坡护面结构设计提供重要参考依据。     

波浪整体物理模型试验在港口工程建设中的应用

数学模型试验、断面物理模型试验在港口工程建设中应用广泛但都有一定的局限性。波浪整体物理模型试验能够直接验证港口工程相关构筑物的稳定性,直观地展现越浪量、波浪爬高及波浪打击范围,对于完善和优化工程结构设计、保障结构安全起到十分重要的作用。文章以某工程为例,简要分析波浪整体物理模型试验在港口工程建设中的应用。