斜向长周期涌浪作用下斜坡式防波堤结构稳定性优化

海外港口工程大部分位于以长周期涌浪影响为主的海域,长周期涌浪对防波堤的作用尚未得到全面认识和研究,尤其是斜向入射的情况。以某一具体港口防波堤工程为例,通过波浪局部整体物理模型试验,对斜向长周期涌浪作用下斜坡堤结构的稳定性进行了研究,并根据试验结果对原方案进行优化,提出了稳定的斜坡堤结构。研究结果表明,斜向波浪作用时,相同水深、波向以及波高情况下,入射波浪周期越长则护面块石失稳率越大;相同水深、波高以及波浪周期情况下,波浪15°角斜向入射时沿堤形成的沿堤流对护面的冲蚀破坏作用比波浪基本顺向入射时的情况更为强烈,护面块石失稳率相比较大。     

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。     

宽肩台斜坡堤堤头稳定性试验研究

文章通过三维模型试验研究斜向波浪作用下宽肩台斜坡堤堤头护面和护底的稳定性,针对堤头护面块石和护底块石等不同优化方案,对比了块石稳定重量和利用《防波堤与护岸设计规范》中宽肩台斜坡堤护面块石重量公式所得计算结果。试验结果表明：斜向浪作用下,以堤头端点为圆心,高水位情况下护底块石主要沿径向推移至肩台,而低水位情况下则沿环向往堤头两侧发生输移;宽肩台斜坡堤堤头护面块石的S形动态稳定剖面特征随着块石重量的增加而减弱,堤头护面块石所需稳定重量一般为堤身块石的1.6～3.1倍;相比断面试验,三维试验能够反映斜向浪作用下堤头的空间形态变化规律。     

防波堤技术的新进展

综述第26届国际海岸工程会议（ICCE’98）上发表的有关防波堤技术的新进展。内容包括单层块石护面的稳定性、CORE－LOC块体的应用、宽肩台堤的设计、开孔直墙堤以及斜向波浪对斜坡堤和直墙堤的作用等。     

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。     

深水斜坡堤堤脚块石稳定性分析

针对深水斜坡堤堤脚块石的稳定性问题,通过二维物理模型试验进行研究。结果表明,深水斜坡堤堤脚块石的稳定性随相对水深h_t/h及破坏数N_(od)的变化规律同有限水深相比存在一些差异。为此,依据试验结果对可能影响深水斜坡堤堤脚块石稳定性的因素进行深入分析,然后将Van der Meer公式做了局部修正,该修正后的公式与试验结果的一致性较好,可供深水斜坡堤设计时参考。     

斜向波浪对斜坡堤胸墙作用力的试验研究

斜坡堤胸墙的稳定性主要受到波浪作用的影响,而且实际工程中斜坡堤多受斜向波浪作用。通过斜向与正向不规则波对斜坡堤胸墙作用的物理模型试验研究,分析斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数随水位和波浪入射角度的变化规律,并与斜向波浪对单元直立堤的作用情况进行对比。结果表明:斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数总体上随着水位的降低而变小,随着波浪入射角度的减小而变小;斜向波浪总浮托力的折减系数一般小于总水平力的折减系数;在不同水位和波浪入射角下,斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数与单元直立堤有一定差别。     

斜向波对斜坡堤胸墙波浪力的折减效应研究

总结对比了国内外现有斜向波作用下直立堤和斜坡堤胸墙波浪力折减计算方法。以北非某港口新建斜坡堤为例进行计算，并与二维、三维物理模型试验结果对比验证。结果表明：波向角呈30°作用于斜坡堤时，van Gent公式计算的单位堤长波浪力折减系数与实测值最接近，各直立堤单位堤长波浪力折减公式对斜坡堤胸墙计算整体偏保守；Mares-Nasarre公式计算的总波浪力纵向折减系数与实测值整体吻合较好，但未考虑水平力与浮托力的折减效应差异，与试验结果仍存在一定偏差；李玉成等的直立堤总波浪力纵向折减公式不适用本斜坡堤胸墙算例。研究成果可为类似港口工程提供参考。     

斜向波作用宽肩台式防波堤稳定性试验研究

宽肩台式抛石防波堤对于石料来源丰富的地区是一种比较经济的结构型式。它是依靠波浪长期作用下最终形成的动力平衡断面来进行防浪的。我国的宽肩台式抛石防波堤建设较少,对其开展的研究也较少,目前主要是通过波浪断面物理模型试验来研究其稳定性,对于斜向波作用下的三维稳定性文献报道很少。文章以某宽肩台式防波堤工程为实例,通过三维波浪物理模型试验研究了斜向波作用下宽肩台式防波堤的稳定性,得到了工程稳定的宽肩台断面结构和优化结构平面布置。并从宽肩台坡面块石的运动形态以及最终形成的动力平衡剖面对斜向波和正向波作用宽肩台防波堤的结果进行了对比分析。     

港口工程深水大潮差下砂芯防波堤断面比选

针对港口工程传统抛石斜坡堤结构深水大潮差条件下堤心石用量大的问题,进行了深水砂芯斜坡式防波堤研究。结合某实际工程项目中砂芯防波堤断面的比选,主要从断面结构选择、施工可行性、工程造价和潮差作用下的边坡稳定性等方面对各个方案进行对比分析。结果表明,砂芯防波堤断面采用块石围埝方案满足港口工程深水大潮差条件下的设计要求,该结构形式防波堤断面为港口工程深水防波堤或石料缺乏地区的类似工程提供借鉴和参考。     

水力插板与抛石斜坡复合堤稳定机理

在海岸防护堤坝工程中,采用水力插板桩技术修筑直立墙,并在墙前水下形成抛石护坡,此种水力插板与抛石斜坡组成的的复合堤,已在工程实践中表现出良好的安全稳定性。对直立堤、抛石堤以及复合堤3种堤型开展不同波况下直立墙上和抛石护坡中波压力的试验研究,对复合堤的稳定性优于直立堤和抛石堤的机理进行分析。试验结果表明,抛石护坡明显降低了直立墙上的波压力,减轻了波浪冲击;直立墙阻止越浪带动抛石堤顶部块体向堤后运动,避免抛石护坡的过度破坏。两者结合使复合堤具有比直立堤和抛石堤更好的稳定性。     

大型港口潜堤越浪后港内波况研究

采用波浪物理模型和数学模型相结合的方式,研究了大型港口潜堤越浪后港内的波况。基于断面物理模型试验,测定了波浪在潜堤的堤前和越堤后的传播规律,通过数学模型研究了波浪传播到港内的波况。对天津临港工业区的港内波况进行了分析研究,分别对TK-2D的缓坡方程波浪数学模型和MIKE21的BW波浪模型的模拟结果进行对比,结果表明2种波浪数学模型均可模拟潜堤越浪对港内波高的影响,但对于潜堤越浪后次生波的衰减特性模拟均不够准确,有待于进一步研究。     

强浪条件下的深水防波堤施工技术

针对在建的以色列阿什杜德港主防波堤延伸工程在施工中存在的抛石工程量大、波浪条件差等困难,在对施工组织进行细化的基础上,通过二维和三维物理模型试验确定施工期块石稳定极限波高,合理安排施工工序,进行越冬防护结构的设计与实施。通过二维波浪模拟预报对施工进度进行动态管控,确保工程的顺利实施,为类似海况条件下的深水防波堤施工提供借鉴。     

不同间距下大直径圆筒防波堤波吸力试验研究

防波堤的波浪力计算对防波堤的设计和稳定具有重要意义。针对目前圆筒防波堤波吸力的设计计算方法尚未成熟,通过开展物理模型试验,进行不规则波作用下不同间距下大直径圆筒结构波吸力的分布规律、影响因素和计算方法研究。结果表明:波谷作用下,大直径圆筒结构波吸力的横向分布规律与圆筒的间距有关,纵向分布规律表现为随着水深增加先线性增大然后线性减小,且最大波吸力的位置出现在静水位一倍波高以下。圆筒的相对间距、相对水深以及波陡对不同间距大直径圆筒防波堤的波吸力影响较大。基于直立墙结构波吸力公式给出折减系数的拟合公式,用以计算圆筒周身迎浪面的波吸力。     

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。     

高桩梁板式透空防波堤透浪特性的研究

通过规则波作用下高桩梁板式透空防波堤断面波浪模型试验,重点研究影响防波堤透浪系数的主要因素（包括相对水深、相对透空率、入射波高和波周期等）及其规律,通过与现有防波堤透浪系数理论公式的对比找出误差原因。针对防波堤上部越浪的情况,考虑波浪超高和相对堤宽等因素的影响,修正防波堤透浪系数公式并进行验证。本研究成果可作为相关理论研究和工程实践的参考。     

浅水区域浮箱式防波堤结构形式的试验研究

介绍了2种浮箱结构型式的防波堤(L型中浮箱和L型边浮箱),3种类型(L型边浮箱、H型边浮箱、T型边浮箱)的浮式防波堤,对浅水区域浮箱式防波堤结构形式进行了实验室物理模型试验研究。得到了在规则波作用下的浮式防波堤的消浪效果和透过率。本次试验结果表明,在浅水波情况下,相同周期时的防波堤越宽波浪的透过率较小;同一形式尺寸的防波堤,透过率随着周期加长而逐渐增大。     

抛石堤相对块体尺寸对透浪效果的影响

针对工程中应用较广的透水抛石堤结构,通过一系列断面模型试验方法,研究了抛石堤块体尺寸D与静水面堤宽Bswl之比与无因次波陡H/(gT～2)之间的关系。在前人研究成果基础上提出了改进的透浪系数计算公式。试验及分析结果表明,该公式能较好地计算规则波作用下抛石堤堤后透浪系数,可为相关工程设计提供参考。