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。     

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。     

采用SVR法分析扭王字块体护面斜坡堤越浪量

现行《港口与航道水文规范》未给出扭王字块体护面有胸墙斜坡堤的平均越浪量与单波越浪量计算公式。文章综合考虑了坡度、波陡、相对坡肩宽度、相对胸墙高度、相对块体尺寸、相对堤顶超高和相对水深等诸多因素,开展波浪水槽的物理模型试验。为规避多元回归分析方法在拟合回归方程时的人为因素干扰,采用支持向量回归(SVR)分析方法进行试验的数据分析。通过与传统回归分析方法比较,发现SVR模型的计算精度更高,研究成果可供工程设计参考应用。     

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。     

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。     

不规则波作用下斜坡堤越浪量试验研究

考虑允许部分越浪对海堤设计十分重要。通过具体工程波浪断面物理模型试验,研究了不同波要素和断面尺度对斜坡堤越浪量的影响,比较了随机、规则两种扭王字块体摆放型式的消浪效果。结果表明:堤顶超高对越浪量的影响最大,随着相对堤顶超高的增大,越浪量呈指数形式递减。肩台及平台宽度和波陡对越浪量也有影响,相对肩台及平台宽度越大,越浪量越小;波陡越大,越浪量越小。护面层空隙率相同的不同扭王字块体摆放型式下,斜坡堤越浪量基本相同。典型越浪量公式计算值与文章试验值相比都偏小,陈国平公式计算结果较为准确。     

波浪作用下斜坡式护岸反射系数试验

通过物理模型试验,研究在不规则波作用下,斜坡坡度、波陡、扭王字块体的摆放方式对反射系数的影响,并将实测的反射系数与Seeling公式、Sutherland公式和Van der Meer公式的计算值进行比较。结果表明斜坡坡度与反射系数成正比,波陡与反射系数成反比,扭王字块体的摆放方式对反射系数的影响不大,试验值普遍比3种公式的计算值要大,其中试验值与Seeling公式的计算值相差较小。     

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。     

波浪作用下扭王字块体稳定性研究

通过物理模型试验,研究在不规则波作用下斜坡式护岸护面采用扭王字块体时,摆放方式、摆放密度和坡度对扭王字块体稳定性的影响,给出不同摆放形式的护面层空隙率P以及不同摆放形式、摆放密度和坡度所对应的稳定系数KD的取值范围,并对越浪量进行对比分析,为工程设计提供参考。     

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。     

水平式混合直立护岸波浪力试验研究

通过二维物理模型试验,研究了相对波高、波陡、相对水深和直墙前斜坡块石棱体上扭王块体对水平式混合堤结构所受波浪力的影响规律。通过分析试验结果得出如下结论:直立结构各处所受波压强总体随相对波高和相对水深增大而变大;波陡对结构所受波压强的影响较小;直墙前斜坡块石棱体上的扭王块体能明显减小结构所受波浪力。通过试验值和各公式值比较可知,合田公式计算值与掩护良好的直墙受力情况相近,合田修正公式计算值能较好拟合挡浪墙的受力规律。拟合出规范修正公式计算没有被掩护直墙处的波压强。     

不规则波作用下斜坡堤越浪的数值模拟

基于OpenFOAM建立三维数值波浪水槽生成不规则波,利用体积平均的RANS方程和包含非线性项的渗流方程描述斜坡堤内部的水体流动,通过网格划分工具对斜坡堤外层扭王护面块体进行全尺度精细划分模拟,研究了正向入射不规则波与扭王块体护面斜坡堤的相互作用。模型模拟实验室尺度及原型尺度斜坡堤得到的平均越浪量分别与试验结果及按照重力相似准则换算原型结果吻合较好,所建立的数值模型可以描述实际工况下扭王块体护面斜坡堤的越浪过程。     

大连海上机场人工岛护岸结构整体波浪物理模型试验研究

采用JONSWAP谱,以不同波浪入射方向对大连海上机场人工岛护岸结构进行了整体波浪物理模型试验。试验表明,对于设计给出的斜坡护岸形式,在极端高水位、波浪重现期为100 a和200 a的情况下,布置于东侧、北侧和西侧护岸护底块石、胸墙、扭王字块分别为3、5、7 t时均能够保持稳定。这一试验结果为人工岛护岸结构的优化提供了科学依据。     

扭王字块预制及安装质量控制措施

在港口防护工程和防波堤中扭王字块发挥着非常重要的作用。具有波浪爬高低、空隙率高、块体结构稳定、消波性能好等优点。扭王字块式作为防波堤中非常关键的工序,发挥着非常重要的作用。文章以实际工程为例,对扭王字块预制施工进行了分析,然后对扭王字块安装质量控制措施进行了探讨,保证了扭王字块质量的控制工作,可供参考。     

防波堤结构的创新

梳式防渡堤和带减压倒L型胸墙的斜坡堤都是防波堤结构的创新.梳式防渡堤集消浪、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.     

对斜坡堤胸墙上波浪力折减系数取值的探讨

胸墙抗滑和抗倾稳定性是设有胸墙的斜坡堤结构计算的重要内容,而波浪力是胸墙产生稳定性破坏的唯一原因,因此准确计算进行波浪力计算是进行胸墙断面设计的重要依据。在进行威海港靖海湾港区张家埠新港作业区防波堤工程胸墙设计过程中,通过对作用于胸墙上的波浪力计算值与模型试验值进行了比较,总结分析了在胸墙前有块体掩护情况下水平波浪力和波浪浮托力折减系数取值情况,供类似设计参考。     

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。     

波浪作用下陡坡和缓坡地形对护岸工程的影响

波浪是护岸工程设计的主要动力因素,实际工程建设中,港区内航道、港池的开挖形成陡峭边坡,会使作用在护岸上的波浪形态发生显著变化,从而对护岸结构产生不同影响。为探寻不同波浪形态下护岸越浪量及波压力等变化规律,通过波浪水槽断面试验,测量了斜坡式护岸堤前波高、胸墙越浪量和波压力,研究陡坡和缓坡地形对护岸的影响。结果表明,护岸前存在陡坡和缓坡地形时,波浪对护岸的作用有明显差别。在陡坡段护岸,波浪主要在护岸中部破碎;缓坡段护岸,波浪主要在护岸上部破碎。相对而言,陡坡段护岸的堤前波高较小,越浪量较少,胸墙水平力变大,浮托力变小。由于反浪弧的影响,胸墙水平力试验值远大于规范计算值,浮托力与规范值较为接近。     

扭王字块体护面潜堤加高方案

针对小型渔船在潜堤堤顶搁浅的问题,开展潜堤加高的方案设计及试验研究。通过同类工程对比提出采用扭王字块体直接堆叠加高潜堤的方案,并开展波浪物理模型试验对比3种设计方案。试验结果表明：扭王字块护面结构潜堤采用直接堆叠扭王字块进行加高是可行的。加高设计中堤身护面采用与下层相同规格的块体能够满足稳定要求也便于施工。当堤顶高程在设计高水位以上不足0.2倍设计波高时,堤顶块体质量采用外坡护面块体质量的1.5倍通常不够,须达到2倍以上。