恶劣水文条件下施工期抛石斜坡堤稳定性研究及改善措施探讨

总结和分析多个"一带一路"涉外工程,在波高大、周期长的恶劣水文条件下,且无法准确预报波浪资料的情况下,抛石斜坡式防波堤在施工过程中所遭遇破坏经历,以及破坏后采取修复措施的成功经验。针对印度尼西亚新建的某火电项目斜坡式抛石防波堤工程施工期前,开展了施工期防波堤断面物理模型试验验证,结果表明:10～500 kg堤心石断面,波浪作用1 h后,断面产生破坏即块石高程由设计的3.5 m冲至0.8 m,继续作用至24 h后,高程冲至约-2.5 m;完成800～1 600 kg垫层石后的断面,波浪作用0.5 h后,水面线以上800～1 600 kg块石被冲至港内,堤心石暴露破坏,最终破坏形式类似堤心石断面。根据试验结果,结合现场施工能力和条件,提出了相应的改善措施,结果可为设计施工提供基础数据,也为项目上减少不必要的经济损失提供技术参考。同时也再次验证物理模型试验在设计、施工和优化方面的必要性。     

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。     

非均匀堤心石斜坡式防波堤透浪系数模拟研究

斜坡式防波堤是一种由块石和护面块体堆积而成的多孔介质结构,为了保证较长周期波作用下堤心石施工时的成型率,同时满足透射要求,现研究一种新型结构的斜坡堤在不规则波作用下的透浪规律。拟将斜坡堤静水位处部分区域的堤心石换成粒径较大的块石,利用数值试验的方法对新型斜坡堤的透射过程进行模拟。数值模型基于不可压缩粘性流体的N-S方程,并利用VOF法解决自由表面的追踪问题。文章对透射后的特征波及透射系数进行分析,并拟合出了透浪系数公式,为实际工程提供指导意见。     

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。     

宽肩台斜坡式防波堤设计

对宽肩台式斜坡堤的特点和设计中的主要问题，诸如堤身断面就度、外坡块石重量 浪时内坡块石重量的确定、动态２平衡坡面形状、堤头型式以及质量控制要点等进行全面论述。     

垫层质量对扭王护面斜坡堤稳定性的影响

通过物理模型试验,研究垫层质量对于斜坡堤稳定性的影响。垫层质量选取扭王字块体稳定质量的1/20~1/10、1/40~1/30、1/60~1/50、1/100~1/90,在相同试验条件进行不规则波作用下的斜坡堤（含出水堤和淹没堤）稳定性影响研究,通过录像和拍摄手段记录试验过程。结果表明,淹没堤和出水堤在1/20~1/10和1/40~1/30这两种垫层质量时斜坡堤的稳定情况相近,均可在计算所得的稳定波高下保持斜坡堤的稳定性,只在极端波浪条件下发生失稳;而其余两种垫层情况下,堤身结构稳定性较差,出现堤身变形、堤顶高程下降、垫层跑出、扭王字块体失稳等形式的破坏。对比两种高程的斜坡堤,采用同样质量的垫层块石,淹没堤的稳定性比出水堤更好。     

关于潜堤计算中一些问题的探讨

本文通过水工模型试验成果对防波堤堤心石扰浪能力进行了研究,总结出潜堤的抗浪波高计算公式,计算结果与实测数值有良好的一致性,与国内外其他公式相比更符合工程实际,文中对混合式防波堤下部基床护面块石的稳定重量也进行了探讨。     

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。     

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。     

空心方块斜坡堤填充块石的试验研究

采用填充块石的工程措施来减小空心方块斜坡堤空隙率的设计方法。试验研究证实了这种工程措施的可行性, 它能增强斜坡堤的导流及拦沙作用。通过不同块石级配方案及块石填充效果的对比,提出了填充块石的优化方案,此方案对空心方块斜坡堤的导流以及拦沙促淤的治理有着积极的指导意义。     

不同质量级配堤心石对波浪传播影响的试验研究

通过物理模型试验的方法,采用规则波研究了深水斜坡堤堤心石物理特性的变化对于波浪传播的影响。在无越浪的前提下,主要讨论了斜坡堤透浪系数与入射波周期、入射波高、质量级配等因素的关系。根据上述研究成果,拟合得到了考虑无因次参数H_i/d、gT~2/d及堤心石结构B/D_(50)等因素的透浪系数计算经验公式,为今后防波堤工程建设及科学研究提供一定的参考依据。     

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。     

斜坡式防波堤工程优化设计

在水深较大的海域,传统的斜坡式防波堤结构形式因其断面较大使得造价大幅上升。研究成果和工程实例表明：带减压倒L型胸墙的斜坡堤可以优化传统防波堤设计形式,在保证工程安全性和满足使用要求的同时,可以较好地降低工程造价。结合工程案例,对斜坡式防波堤结构优化设计进行研究和探讨,供类似工程参考。     

软土地基上斜坡式防波堤断面稳定性的物理模型试验研究

坐落于软土地基上的斜坡式防波堤结构会产生较大的地基沉降,通过物理模型试验研究在软土地基上地基沉降量较大的情况下,斜坡式防波堤堤身和护面块体的稳定性.试验结果表明,较大的地基沉降量对斜坡堤堤身和护面块体稳定的影响有限.     

波浪非线性对斜坡堤透浪特性影响研究

利用三维动压模型NHWAVE模拟了不越浪斜坡堤的透浪试验,并使用物理模型数据进行了验证。通过厄塞尔指数和波陡研究波浪非线性对斜坡堤透浪特性的影响,并采用相对长度(相对堤宽B/L)而不是绝对长度(B)来表示静水面处的堤身宽度。在此基础上计算得到新的透浪系数K L,同时讨论了堤后透浪系数与波浪非线性等因素之间的关系。结果表明,波浪非线性对透浪系数有着非常显著的影响。最后根据试验结果拟合出斜坡堤透浪系数的经验公式,为防波堤工程建设提供一定的参考依据。     

防波堤结构的创新

梳式防波堤和带减压倒L型胸墙的斜坡堤都是防波堤结构的创新。梳式防波堤集消浪、轻型、便于透流等特点为一体,属国内外首创;带减压倒L型胸墙的斜坡堤有效地利用了波浪相位差减少了波浪水平力,利用排水通道减少了浮托力,延长了防波堤寿命,取得了显著的经济效果。     

人工块体护面防波堤与宽肩台防波堤对比

斜坡式抛石防波堤的护面结构,是防波堤结构设计中至关重要的部分。通过对福建某防波堤护面块体的研究,将人工块体护面的斜坡堤与宽肩台斜坡堤进行分析对比,并通过物理模型试验验证,得出两种不同结构形式在掩护效果、护面稳定性、石料用量、工程造价等方面的不同特点和差异性,对类似防波堤工程护面结构选型具有参考价值。     

堤心石级配变化对不规则波传播影响的试验研究

通过物理模型试验的方法,研究深水斜坡堤的不同质量级配堤心石对不规则波传播的影响。对不规则波的外在规律进行了统计分析,且研究入射波周期、入射波高、堤心石质量级配等因素对防波堤透浪系数的影响,拟合得到考虑无因次参数H_i/d、gT~2/d及堤心石结构B/D_(50)等因素的不规则波透浪系数的计算经验公式,为防波堤工程建设和研究提供参考依据。     

基于施工造价分析的防波堤结构方案比选

斜坡堤和直立堤作为常见的防波堤结构形式,当两者用于设计方案比选时,工程造价是结构选型须考虑的重要因素。通过结合实际工程案例,分析自然条件、主材供应、施工难易、工期要求等方面对工程造价的影响。结果表明,当水深较浅、石料来源丰富的情况下,斜坡堤具有造价较低的优势;对于水深较大、有特殊景观使用要求的情况下,可考虑选用直立堤。