防波堤稳定性和消波特性的研究进展的浅议

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1、防波堤稳定性和消波特性的研究进展的浅议防波堤是沿海人工掩护港口的重要组成部分，承担削减波浪冲击、维护港内建筑物稳定、保证港内水域泊稳条件等主要任务，还起到控制港内淤积和岸线侵蚀等作用。按结构型式或断而形状，防波堤可分为斜坡式、直立式、混合式、透空式、浮式以及喷气（水）消波式等多种类型。防波堤结构型式的选择主要取决于功能及使用条件、水文及工程地质条件和材料及施工条件等因素。国、内外研究者均对防波堤稳定性和消波特性进行过大量研究，下而着重就半圆形防波堤等几种新型防波堤的研究进展进行归纳和分析。1新型直立式防波堤1.1半圆形

2、防波堤上世纪80年代末，日本学者首次研发半圆形防波堤，堤身主体由预制半圆形拱圈和底板组成，置于抛石基床上。根据具体使用情况，可在拱圈前、后(或拱圈全部)和底板上开孔，使堤身的内部形成消浪室，可减小波浪力和波浪反射。日本最早在宫崎港防波堤上安置的半圆形试验堤段取得成功。1.1.1半圆形防波堤的结构特点半圆形防波堤堤身圆拱构件的受力性能好，能较好地削减作用其上的波浪力，结构整体抗滑稳定性好，由于作用于半圆形堤而的波浪压力的作用方向均指向圆心，对堤身不产生倾覆力矩，因此防波堤地基应力分布较均匀，适用于地基承载力较低的地区，且

3、堤身断而较传统直立式防波堤更为经济。半圆形防波堤的堤身构件全部在陆上预制，安放于整平的抛石基床上即可抵御大浪的冲击，适用于条件较差的外海，半圆形构件为自身稳定结构，堤身内部不需要填石且无现浇混凝土等后续工序，施工方便、石方消耗量大减。半圆形防波堤在海域中具有较好的景观效果，使港区水域的视觉效果大为改善。我国半圆形防波堤的应用始于1995年的天津港北大防波堤工程，随后又有天津港南疆第五期围捻、长江口深水航道一期南导堤等也建成了半圆形防波堤。1.1.2半圆形防波堤稳定性分析可采用修正后的合田良实公式计算半圆形防波堤上的波浪

4、作用力。根据相关物理模型试验结果，在规则波和不规则波作用下，半圆形防波堤堤身的波压分布和所受总波浪力的变化趋势基本相同。通常水平波浪力和垂向波浪力的最大值并不会同步出现，其间存在约1/2或1/4周期的相位差。堤身的结构稳定性与堤前水深、堤身自重和波浪力有关，在底板适当开孔可减小波浪浮托力的影响，如果现场沙源充足，也可在堤体内填沙以增大堤身的抗滑移稳定性。堤身稳定还会受水平波浪力和垂向波浪力相位差的影响，在不同水深情况下，其相位差由1/2周期向同步相位过渡，堤身滑移破坏方向由向背浪侧滑移转变为向迎浪侧滑移。影响半圆形防波

5、堤水力特性的因素包括波高、相对水深(d/L)、波长、开孔率等。根据国、内外的研究成果，前弧和底板部位不开孔而加大后弧的开孔率，对增强堤身的抗滑移稳定性有利，但应注意满足构件的局部强度要求。1.2沉入式大圆筒防波堤在某港防波堤方案设计中，沉入式大圆筒结构的防波堤与传统型式的抛石斜坡堤、沉箱或方块结构的直立堤相比，材料更省，造价更低。根据设计资料，同等条件的斜坡堤造价约7.54万元/m，而沉入式大圆筒结构防波堤的造价仅为5.94万元/m，可节省投资约21%，该结构型式的优点比较明显。目前，针对该结构型式防波堤工作机理的研究

6、较少，尚无成熟的计算理论和方法，所以在实际应用中模型试验成为结构设计的重要辅助手段。根据某港沉入式大圆筒防波堤的模型试验，每个组次相当于原体波浪积累作用3h后，大圆筒整体基本稳定；在设计波浪和极限波高积累作用下，只有相当于原体3-4cm的微小滑移，且没有继续发展的趋势；当顶部透空盖板缝隙与入射波浪方向相同时，盖板有一端翘起的现象，影响堤身的整体稳定，当透空盖板缝隙与入射波浪方浪向垂直时，堤身基本稳定；大圆筒临海侧200-300kg规格的块石护底基本稳定。鉴于沉入式大圆筒结构在极限波高作用下仍能维持稳定，进一步尝试将大圆

7、筒后方的淤泥全部挖除，以最不利状况进行试验，结果显示筒体位移仅相当于原体的0.1m，且位移无发展趋势，大圆筒仍可维持稳定，说明大圆筒结构有较大的安全储备。1.3允许适量滑移的沉箱防波堤重力式沉箱防波堤具有稳定性好、节省材料、适用于深水等特点，沉箱式结构还可以进一步开发成多种特殊功能的新型防波堤结构，如具有环境保护功能的海水交换防波堤、具有消浪功能的开孔防波堤、具有发电功能的波能转换防波堤等。但是，沉箱式防波堤也易于遭受破碎波的冲击作用，除产生巨大的波浪力外，还会引起防波堤的振动。沉箱式防波堤的基本运动形式包括:振动、滑

8、移和提离摇摆，沉箱式防波堤的祸合运动形式包括:振动一滑移祸合运动、振动一提离摇摆祸合运动和振动一滑移一提离摇摆祸合运动等。根据沉箱断而形式和作用力情况，沉箱运动会以基本运动或祸合运动的形式发生，其中，振动一滑移一提离摇摆祸合运动是更为广泛存在的运动形式。日本研究人员首次提出在近岸破碎波作用下，允许沉箱式防波堤出现滑移运动的设计概念