中外港口规范对比研究Ⅱ:海堤越浪量标准

海堤是港口海岸工程中经常采用的建筑物,而越浪量标准是影响其设计和使用的重要因素之一。文章对中英美日以及荷兰等国港口相关规范中涉及海堤允许越浪量、斜坡堤越浪量计算方法进行了概述,具体分析了允许越浪限值差异以及各越浪量计算公式的适用性,在此基础上收集了国内外相关工程实例进行验证比较,在不同工况下,对不同方法的计算结果进行对比分析,可为海内外港口相关设计工作提供参考。     

直立堤平均越浪量计算方法对比

直立式防波堤、海堤和护岸等结构是港口海岸工程中经常采用的建筑物,工程设计中需要计算直立堤平均越浪量。我国港口工程设计规范中,尚未明确给出直立堤平均越浪量的计算方法。总结国内外直立堤平均越浪量的几种主要计算方法,在不同堤前水深和波浪参数条件下,对不同方法的计算结果进行对比分析,可为港口工程设计提供参考。     

原型观测试验下平均越浪量的计算公式

多种平均越浪量的计算公式均基于物模试验研究得到,而缺少现场原型越浪数据的验证。基于横沙东滩促淤圈围五期工程允许越浪原型观测试验项目,整理出可供研究的实测数据。运用图表统计、因子分析和无量纲化的方法,对Van der Meer公式和海堤工程设计规范公式所考虑的各类因素进行分析和比选,并对两公式分别做出评价。结果表明,Van der Meer公式计算值较实测值偏小,海堤工程设计规范公式计算值与实测值较为吻合,后者基本可以满足上海地区斜坡堤波浪正向入射情况下平均越浪量计算的需要。     

复式海堤结构越浪量计算方法比较

针对复式海堤斜坡堤结构下的越浪量计算,国内尚无规范可循。在实际海堤工程建设中,迎浪侧设置平台的海堤结构的选用较为普遍,因此为该海堤结构形式设计提供依据十分必要。通过分析比较国内外常见的复式海堤结构的越浪量计算方法,得出各家公式计算越浪值随堤顶超高、平台上水深、平台宽度以及挡浪墙高度变化的关系,并通过比较不同结构形式下的复式海堤物理模型试验数据,推荐采用EurOtopⅡ和陈国平公式计算复式海堤结构的越浪量,再进行比选和验算。     

高防护等级海堤越浪的数值模拟

以福建省泉州市的某高防护等级海堤设计为依托,在已完成的物理模型研究结果基础上,尝试采用Flow3D软件建立数学模型,进行模拟越浪量研究,对防浪墙顶高程的合理性进行分析,并对不同形式的海堤护面结构进行数值模拟研究。该数值模拟方法具有较大的工程应用价值,可为今后在其他海堤工程设计中提供一定的参考价值。     

允许越浪条件下海堤越浪量可靠度分析*

基于可靠度理论,进行了允许越浪条件下海堤越浪量的可靠度分析,建立了允许越浪条件下海堤越浪量的极限状态方程。以青岛某斜坡式海堤为例,将有效波高和谱峰周期作为基本随机变量进行越浪量可靠度分析。首先对有效波高和谱峰周期进行Log-normal、Gumbel分布拟合,根据拟合结果,二者均采用Log-normal分布,然后采用Monte Carlo模拟计算了该海堤越浪量的可靠性指标。计算结果表明:进行允许越浪条件下海堤越浪量的可靠度分析是可行的,并且海堤越浪量的可靠性指标概率意义明确,比允许越浪量标准更合理。     

港珠澳大桥珠澳口岸人工岛填海工程海堤越浪量的优化设计

为安全可靠地降低防浪墙顶高程,在分析国内外规范对越浪量标准界定的基础上,为港珠澳大桥珠澳口岸人工岛填海工程海堤拟定了运营工况、设计工况和校核工况这3种工况组合和相应的允许越浪量标准,结合物理模型试验,对海堤越浪量进行优化设计,使人工岛地面与挡浪墙之间的高差减少到人体正常身高范围,可为过境旅客提供海天一色的景观视线。     

港珠澳大桥珠澳口岸人工岛填海工程海堤越浪量的优化设计

为安全可靠地降低防浪墙顶高程,在分析国内外规范对越浪量标准界定的基础上,为港珠澳大桥珠澳口岸人工岛填海工程海堤拟定了运营工况、设计工况和校核工况这3种工况组合和相应的允许越浪量标准,结合物理模型试验,对海堤越浪量进行优化设计,使人工岛地面与挡浪墙之间的高差减少到人体正常身高范围,可为过境旅客提供海天一色的景观视线。     

低桩承台直立结构波浪爬高与越浪量

针对国内规范缺乏直立式海堤波浪爬高和越浪量计算方法的问题,以深圳机场三跑道海堤设计断面为研究对象,通过物理模型试验,研究不规则波作用下低桩承台直立堤波浪爬高与越浪量,分析了波浪周期、堤顶超高、防浪墙挑檐宽度等影响因素与波浪爬高和越浪量的关系。采用最小二乘回归方法拟合,得出直立式海堤波浪爬高计算方法。运用多元线性回归方法拟合,得出直立式海堤越浪量计算方法。将越浪量计算值与试验值进行比较,表明两者具有较好的相关关系。     

规则波作用下斜坡堤越浪量的数值模拟

台风过境产生极端波浪造成斜坡式海堤越浪,现有计算越浪量的经验公式都存在适用性的问题.为探求台风天气下舟山区域斜坡堤越浪量计算公式,基于VOF方法,对Navier-Stokes方程和k-ε方程进行求解,建立速度边界造波和阻尼消波的数值波浪水槽.在水槽中建立斜坡堤模型,通过改变影响越浪量的相关因素,模拟台风浪条件下规则波作...     

直立式码头越浪量及排水系统试验研究

通过断面及整体物理模型试验,分别研究直立式码头的越浪量和排水系统,并对有效波高、越浪量和排水系统进行对比分析,结果表明断面模型试验具有局限性,其测量结果普遍偏大,整体模型试验结果更贴近实际情况。根据整体模型试验测量结果,分析相对护轮坎顶超高及波浪入射方向对越浪量的影响,以及排水系统对越浪的控制,提出排水系统的优化方案,为工程设计提供参考。     

直立堤上平均越浪量计算方法的比选

国、内外学者基于三维波浪模型试验研究成果,针对斜向不规则波、多向不规则波等多种波形作用于直立堤时的平均越浪量,提出了多种计算方法,而在我国现行的港口工程设计规范中,尚未给出直立堤越浪量的计算方法.综合主要的分析研究成果,对上述各种直立堤上平均越浪量的计算方法进行分析比较,对各种计算方法的适用性提出初步建议,供工程设计时...     

不规则波作用下带挑檐直立堤爬高与越浪量试验

通过物理模型实验,对带挑檐直立堤在不规则波作用下的爬高和越浪量进行观测,分析墙顶超高、挑檐宽度以及波坦等影响因素。结果表明:直立堤波浪爬高主要与波高有关,周期影响不大;堤顶超高、挑檐宽度和波坦是直立堤越浪量的重要影响因素,但挑檐宽度对直立堤越浪量的影响程度与堤顶超高有关。根据试验结果,提出了直立堤波浪爬高和越浪量计算方法,为实际工程设计提供参考。     

越浪水体对堤后靠船墩的冲击试验研究

通过三维的波浪物理模型试验,研究了斜坡堤掩护下的靠船墩受力特性,分析不规则波作用下越浪高度和不同波向对靠船墩波浪力的影响规律。试验结果表明:1)当波浪传播到斜坡堤上时,一部分波浪破碎后越过堤顶直接冲击在靠船墩上,另外一部分波浪则会绕过斜坡堤在堤身后方形成绕射波对靠船墩形成冲击。2)由于波浪垂向作用的冲击特性较强,作用在靠船墩上的垂向波浪力要大于正向波浪力和横向波浪力。3)随着越浪高度增大,作用在靠船墩上的垂向波浪力和正向波浪力增大,横向波浪力则没有明显的增大趋势。同时更大的越浪高度也会导致垂向波浪力与横向波浪力的比值增大。4)当越浪高度较小时,波浪正向入射与斜向入射造成的波浪力相差不大;当越浪高度较大时,斜向入射的波浪会引起靠船墩上更大的波浪力,此时波浪的绕射效应也会增强,正向波浪力与横向波浪力的比值会减小。     

斜坡堤防浪墙型式合理性试验研究

在海堤、护岸等斜坡式防浪建筑物中，为满足越浪与稳定要求，减少工程投资，通常在堤顶设置防浪墙。通过对常用的直立式及几种圆弧式防浪墙进行物理模型试验，测量作用其上的波浪力和越浪量，分析不同防浪墙形式在受力和越浪上各自的特点，并讨论防浪墙型式引起的越浪和受力的相互关系，可供斜坡堤防浪墙设计参考。     

不规则波作用下带基床直立堤平均越浪量试验研究

针对不规则波作用下带基床直立堤的平均越浪量问题,采用物理模型试验的方法,对堤顶超高、波高、周期以及基床等因素对越浪量的影响进行了研究。结果表明:堤顶超高和周期是直立堤平均越浪量的重要影响因素。当基床相对宽度B_t/H_s=1～4. 7时,基床宽度对平均越浪量的影响有限。同时,平均越浪量随着基床影响系数h~*的增大先增大后迅速减小,在h~*=15附近出现峰值,而在h~*=30之后基本不变。根据试验结果,提出了直立堤平均越浪量计算方法,为实际工程设计提供参考。     

削角直立堤断面稳定性及波浪力分析试验研究

通过模型试验观测波浪作用下削角直立堤断面的稳定性、堤顶越浪情况及削角直立堤受力情况,并与依据《海港水文规范》和《防波堤设计与施工规范》计算的波浪力理论值进行了对比分析,结果表明,上部结构采用削角型胸墙的直立堤具有减轻波浪水平压力,增加竖向压力,提高堤身稳定的优点。并通过实测波浪力的合成总力计算,得出了削角直立堤断面整体稳定。     

斜坡堤上平均越浪量计算方法的比较

针对海岸工程中的越浪量问题,国、内外学者进行过大量研究,提出了多种计算平均越浪量的方法,但由于考虑的影响因素不同,计算结果常有较大差异.目前,在我国的海堤、护岸等海岸工程设计中,多按"允许越浪量"为控制条件初步确定堤顶高程,再由物理模型试验加以验证.本研究基于三维波浪模型试验,综合针对斜坡堤上平均越浪量的主要研究成果,...     

秦皇岛港化工泊位码头面高程确定及泊稳条件试验研究

通过波浪整体物理模型试验,对秦皇岛港拟建化工泊位工程码头前沿波峰面高程、波高分布以及码头上水等情况进行测定。根据对试验数据的分析结果,码头上水情况与码头前沿波峰面高度基本吻合,同时通过对码头泊稳条件的分析,得到码头泊位波浪年损失作业天数。试验结果为工程设计、建设提供了科学依据。     

关于海岸水工建筑物顶部单波越浪量的研究

在防波堤与堤后结构物的安全性评价和堤顶行人与车辆等的危险因素分析中,单波越浪量比常用的平均越浪量能更真实地反映出堤顶越浪的影响,是更为合适的越浪量评估指标。重点介绍直立堤和斜坡堤上单波越浪量的计算方法,并通过具体算例对相似的计算方法进行对比分析,针对不同计算方法的选用原则提出相关建议,可供防波堤工程设计参考。