基于物理模型试验法的双层扭王字块体护面结构稳定性研究

结合天津港某港区防波堤潜堤段工程设计变更项目,采用波浪断面物理模型试验方法对双层扭王字块体护面结构稳定性进行研究,并对断面进行优化,提出提高结构稳定性的相关建议措施。结果表明：对于堤身部位,上层单个块体稳定质量采用《防波堤与护岸设计规范》第4.3.7条的推荐公式及扭王字块体单层安放时的稳定系数KD值所得的计算结果可满足结构稳定性要求;对于堤顶部位,当堤顶高程不超过设计高水位以上0.2倍设计波高时,上层单个块体质量至少应达到外坡上层护面块体质量的2倍方可满足结构稳定性要求;块体规则摆放,保持块体间紧密、勾连,可加强结构的防浪能力,提高结构稳定性。     

波浪周期对扭王字块体稳定性的影响

通过物理模型试验,研究不规则波作用下、斜坡堤采用随机摆放扭王字块体时,波浪周期、堤顶高程改变对斜坡堤上前坡、堤顶及后坡上扭王字块体稳定性的影响。试验结果表明:随着波浪周期的变大,前坡扭王字块体稳定性逐渐增大,堤顶和后坡扭王块体稳定性反而减小,波浪对斜坡堤扭王护面的破坏位置由前坡向堤顶和后坡转移。同时,前坡扭王字块体稳定性随着堤顶超高的增加而减小,堤顶和后坡扭王块体随着堤顶超高的增加先减小后增大。     

恶劣海况下防波堤超大型双层扭王字块护面研究

工程区域海况恶劣，水深浪大、强台风频繁、可施工窗口期少，施工难度极大。针对恶劣海况下的防波堤结构方案，基于实际海况特点及施工需求分析，提出采用超大型双层扭王字块护面结构，并从垫层的形式及规格对护面稳定性影响、双层扭王字块护面结构的安全性、护面块体安装密度等方面进行论述。结果表明：双层扭王字块结构安全可靠，能较好地满足施工期防台需求；上下两层块体质量差应尽量加大，上层扭王字块质量宜达到下层的3倍左右或以上；对超大型双层扭王字块护面，表层块体的安装密度具备适当降低空间。研究成果可供类似工程参考。     

扭王字块随机安放细则

某海外深水防波堤工程中选用了国内的扭王字块作为护面结构,但国标中有关扭王块安装规则的内容较少,因此在与外方咨工交涉过程中遇到一些安装细则的困扰,如扭王字块的最佳坡比,块体的详细姿态要求,堤身、堤头、堤顶等位置的具体安装顺序等问题。参照国外同类块体的技术,总结了数十年来我国工程技术人员在设计、物模试验、施工中积累的安放经验,整理出扭王字块安装中一些有益的安装细则,可为类似工程提供参考。综合而言,定点随机安装是最能充分发挥扭王字块优异水动力性能的安放方法。安装点位预定义图、水下可视化安装等新技术的应用能大幅提高扭王字块的安装质量。     

基于FLUENT扭王字块体护面斜坡堤越浪量的数值研究

采用FLUENT软件对斜坡堤越浪进行数值模拟,可以通过改变多孔介质区中的惯性阻力系数来模拟护面块体消浪作用的大小,但不同护面块体对应的惯性阻力系数不同,如何具体确定惯性阻力系数的值是数值模拟计算斜坡堤越浪量的难点所在。基于FLUENT软件平台并结合斜坡堤越浪的物模试验,综合考虑多种影响因素,运用多元回归方法,给出了扭王字块体的惯性阻力系数的计算公式;在此基础上,对比越浪量的数模计算值与物模试验值,二者吻合良好,表明文中构建的数值方法合理有效,可以较为准确地计算扭王字块体护面斜坡堤越浪量,为FLUENT软件数值模拟计算扭王字块体护面斜坡堤越浪量的研究开辟了一条新途径。     

不同坡度下扭王字块体护面斜坡堤越浪量的试验研究

现行《港口与航道水文规范》中没有给出带胸墙扭王字块护面斜坡堤越浪量的计算关系式。借助物理模型试验,综合考虑坡度、相对坡肩宽度、波陡、相对块体尺寸、相对胸墙高度、相对水深和相对堤顶超高等诸多影响因素,依据单一变量法分析,通过多元回归拟合得到不规则波入射时扭王字块体斜坡堤护面结构影响系数的计算关系式和平均越浪量的计算关系式,并对公式的可适性和计算精度进行验证。     

双层扭王字块在天津港某防波堤工程中的应用

为解决潜堤易造成船舶搁浅及碰撞问题，以天津港某防波堤工程为研究对象，将其初步设计的单层扭王字块护岸结构优化为双层扭王字块。通过对比不同形式双层扭王字块护面结构的使用功能、施工复杂程度、稳定性及造价，分析方案的可行性，并对施工中遇到的实际问题提出相应的解决方案。结果表明：双层扭王字块可解决船舶搁浅及碰撞问题，且满足防波堤护面结构的整体稳定性。     

波陡对于扭王字块稳定性影响的试验研究

对于护面块体稳定重量的计算,目前最为常用的Hudson公式在计算护面块体稳定重量时,只考虑了波高的影响,没有考虑波陡对于护面块体稳定重量的影响。文章以两种不同重量的扭王字块作为斜坡提的护面块体,考虑3种不同的斜坡堤坡度,采用不同波陡的波浪进行护面块体稳定性的物理模型试验研究。结果表明,波浪的波陡对于护面块体的稳定性具有影响,对于同一重量的扭王字块,护面块体失稳波高随波陡减小和斜坡堤坡度变陡而减小;K_d数随波陡的增大而增大。     

黄骅港潜堤工程水下模袋混凝土施工技术

针对黄骅港某潜堤工程水下模袋混凝土护面施工过程中遇到的工期紧、外海作业施工难度大和作业无技术标准的问题,采用现场技术攻关方法,对水下模袋混凝土护面施工工艺、施工难点及施工过程质量控制进行研究,得出"模袋混凝土按设计要求充满,成型后与压顶块体侧面及扭王字块体充分接触(且无破损),能够起到稳固压顶块体的作用"的结论。     

双层扭王字块护面在深水防波堤结构中的应用

为加强恶劣海况下深水防波堤护面稳定性和结构安全性,根据最新规范规定和试验研究结果,对防波堤原设计方案的护面结构形式进行优化调整。采用双层扭王字块护面结构,利用人工块体代替超大质量规格的块石,并提出实施过程中保证深水防波堤工程护面块体质量的施工控制要点。结果表明,双层扭王字块护面既解决了大规格石料供应问题,又提高了深水防波堤护面结构的稳定性。     

一种新型透空式潜堤消浪促淤特性试验研究

通过物理模型试验的方法,采用规则波和不规则波对新型空心立方体潜堤进行一系列消浪特性研究。同时,对2种不同空心率的空心立方体潜堤和实心堤透浪系数进行试验对比。对实验数据的统计分析结果表明:当选取合适空心率时,空心立方体堤的消浪效果与实心堤的消浪效果基本相同,并能达到一定的促淤效果,说明选取空心立方体作为潜堤堤身结构材料的方法是合理且有效的。     

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。     

规则波作用下组合式潜堤消浪性能试验研究

通过物理模型试验对梯形和矩形组合式潜堤的消浪性能进行研究,比较组合式潜堤与单排布置潜堤的消浪性能,分析堤顶水深、波高、间距及组合堤排数等因素对潜堤透射系数Kt的影响。试验结果表明:组合式潜堤的透射系数随着堤顶水深的增加而增加,随着波高的增大而减小;组合式潜堤排数越多消浪效果越好,可根据实际工程需要恰当地选择潜堤的布置排数。     

不同护面块体潜堤的消浪特性试验研究

以斜坡式潜堤为研究对象,通过物理模型试验的方法,选取相对淹没水深、护面结构形式的糙渗系数、坡度等因素的变化对潜堤消浪特性的影响进行了研究。首先,分析了在规则波作用下相对淹没水深、护面结构形式的糙渗系数、坡度等因素对潜堤透射系数的变化规律,得到了各因素对潜堤透射系数影响程度,同时给出了波浪在潜堤附近传播时沿程波高变化情况。其次,采用与规则波相同的研究方法,分析了在不规则波作用下相对淹没水深、护面结构形式的糙渗系数、坡度等因素对潜堤透射系数的变化规律,得到了各因素对潜堤透射系数的影响程度,并给出了波浪在潜堤附近的沿程变化情况。     

不同因素对潜堤波浪传播的影响

针对波浪穿过梯形潜堤时的波浪形态沿程变化问题,以梯形潜堤为研究对象,通过二维水槽试验,研究梯形潜堤上规则波的传播特征。以比波高为参数分析不同波浪要素(波高、周期和水深等)对波浪传播变形的影响。试验结果表明,其他条件不变时,入射波高越大、波浪周期越小、堤顶淹没水深越小时,波高在潜堤上方衰减越明显。在有足够水深,且波高较小时,波浪对潜堤均有良好的穿透性;波高较大时,波浪在潜堤上部发生破碎,波浪穿过潜堤后波高衰减,此时潜堤的消波作用明显;在波浪不发生破碎情况下,较长周期波浪在潜堤顶部比波高增大,且出现双峰值。     

孤立波作用于V形薄壁防波堤的绕射波浪力

在一定条件下浅水波可能以孤立波形态作用于离岸结构。基于波浪绕射理论,推导V形薄壁防波堤的一阶孤立波绕射理论解。通过对孤立波作用于防波堤的波浪力进行计算,研究孤立波对V形防波堤的作用规律。通过对180°张角的有限长薄壁V形堤足够长时的绕射波浪力计算,与无限长直立薄壁堤的孤立波反射波浪力进行有效的相似性比较。结果表明:孤立波的最大无量纲波浪力明显大于相同浅水条件下Airy微幅波理论的对应结果,由此反映浅水波的非线性效应;孤立波入射角、V形堤张角、防波堤臂长与水深比以及孤立波特征参数等因素的变化均将对波浪荷载产生一定的影响。     

可渗潜堤波浪透射系数试验研究

针对实际工程中广泛应用的潜堤结构,采用断面物理模型试验的方法,对规则波作用下波浪与可渗潜堤的相互作用进行研究,讨论了淹没水深R_C与波高H之比R_C/H、波高H与周期的平方T~2之比H/(gT~2)、堤顶宽度B与波长L之比B/L、潜堤坡度m以及堤心石粒径D与波高H之比D/H等无因次参数与潜堤堤后透射系数K_t的关系。在前人研究成果的基础上,提出了改进的经验计算公式,为潜堤的工程设计提供理论参考。     

波浪荷载对斜坡式潜堤作用的数值分析

基于动量源数值造波消波技术,运用Fluent软件成功地模拟了在不同的斜坡角角度和水深组合下斜坡式潜堤所受的波浪作用。通过分析斜坡角角度和水深对斜坡潜堤所受波浪力的影响,得出斜坡潜堤所受波浪力受水深影响较大、受斜坡角角度影响较小。该研究为进一步深入研究斜坡潜堤在波浪动力荷载作用下的力学行为提供计算模型,并为实际工程设计提供了有价值的参考。     

不同护面形式对潜堤透射系数的影响

针对实际工程中广泛应用的潜堤结构,采用物理模型试验的方法,对不规则波作用下不同护面形式对潜堤透射系数的影响进行了研究,讨论相对堤顶水深、相对堤顶宽度、深水波陡对潜堤透射系数的影响以及不同护面块体对消浪特性的影响。在前人研究成果的基础上,提出了改进的经验计算公式,为潜堤的工程设计提供理论参考。     

珠海桂山岛十三湾防波堤修复加固方案

针对开敞海域防波堤结构遭遇风浪袭击而破坏的问题,分析破坏原因并选择适用的修复加固方案。引用较为详实的的风、浪、水流等资料,特别考虑了近些年出现的几个强、超强台风对工程海区风浪的影响,通过规范计算与模型试验相结合的方式,确定防波堤堤顶高程、护面块体质量等主要设计参数及断面结构形式。同时,从防波堤使用功能及港内泊稳条件的角度考虑,优化防波堤平面布置。结合模型试验研究成果,提出了针对性较强的修复加固及优化布置方案,对类似工程具有一定的借鉴意义。