斜坡式防波堤前趾稳定性

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1、斜坡式防波堤的脚趾稳定性摘要基于物理模型测试，在规则波与不规则波作用下，脚趾块石结构稳定性已得到研究，测试结果显示，脚趾结构上的波高与水深是影响护脚棱体稳定性的最主要因素，并且，与规则波相比，不规则波能对脚趾结构产生更严重的损害，分析表明，相比于米尔公式，Gerding公式能更好的符合我们的测试结果。关于两种不同类型的护面测试也证明了护面的形状与组成对脚趾结构的稳定性有影响。1简介和建造在有波浪冲击的坡底的护底棱体一样，斜坡式防波堤广泛应用于沿海结构的保护中。脚趾结构的功能除了减少的护面块体使用数量之外还用于护面层的静态

2、支持，以便阻止护面块体的滑落并且保护护脚石免受侵蚀。根据中国交通部制定《防波堤设计与施工规范》，当脚趾结构的堤顶高程小于1——1.5倍的设计波高时，根据公式，护脚棱体的重量将会减少到护面块体重量的1/5到1/10。当脚趾结构的堤底高程设计在低水位或者水深小于1倍的波高时，就没有标准可以查询了。总体上的练习是依照实际工程得来的的经验和模型测试进行的。关于脚趾结构稳定性的初步调查是由Brebner和Donnelly带领下进行的，他们二人发展了赫德森公式用来计算直立式防波堤中抛石基床的稳定性。在研究中，包含了ht/h因素，它假

3、定了临界稳定性下的脚石和入射波之间的功能关系，并且包括了块石的重量与H^3成正比，与ht/h成反比，他们研究的稳性计算表示如下：h表示护脚棱体之上的水深，h表示基床之上的水深，H表示波高，Δ表示水中块石的相对密度并且，表示块石的已知直径，并且接着Brebner，Donnelly的工作，米尔给出了在波浪作用下，护脚棱体损坏的三种分类。它们被如下定义：0%—3%表示在脚趾处无石头移动，3%—10%表示护脚棱体结构变平一点，但是其功能没有受到损害，而且这种损坏是可接受的，失败代表着护脚棱体失去了它的功能，并且损坏是不可修复的，

4、在测试的基础上，米尔进一步发展了在低损坏和可接受损坏下的情况下的计算公式：在公式中，ht/h>0.5.Gerding进一步发展了护脚结构稳定性的研究，他也给出了关于支撑护面层的脚趾结构损坏的三种分类。Nod=0.5表示着损坏的开始或者是极小的损坏，Nod=2表示在设计考虑范围内一些可接受的变平。Nod=4表示完全的不可接受的脚趾的变平，基于对测试数据的分析，他给出了一个改进的计算公式：Gerding的主要结论之一是入射波陡度对脚趾结构没有影响,公式在以下范围内使用：但不能在护脚棱体比底部高或者是护脚棱石尺寸太大或太小的情

5、况下使用。在水浅和潮差大的地方，脚趾块石处的水深不能满足设计低水位的要求，因为护脚棱体的顶部高程的深度小于1倍的波高，或者是它不能完全满足米尔或Gerding公式的应用要求。梅林的近海岸码头和福建省的围头港就是这种情况。对这些海岸的分析显示在中低水位处波浪的冲击下，脚趾结构看起来就像是一个高护堤，并且脚趾结构处的损坏也经常出现。在波浪冲击作用下，护脚棱石滑落到更低的基床或者是向上被推到护面表面。在靠近海岸的围头港，脚趾结构处的大护底棱石甚至被冲走。如果这种情况继续被忽略的话，它的护面的稳定性将会受到严重影响。因此研究在水

6、浅和潮差大的状况下脚趾块石的稳定性是非常重要的。2模型测试的横截面和测试方法Gerding公式是在坡比为1:1.5的情况下被测试的，没有考虑坡比的变化以及护面的组成。为了验证米尔和Gerding公式，参考福建海岸浅水处脚趾结构的横截面，设计了两种典型的横截面，一种是人工块石组成的护面，另一种是砌石护面（长短块石交替）。这两种横截面的斜坡比都固定在1:1.5。在图一中，护面上的人工块石重199g,密度为2.35g/cm*3,用了六种不同重量的天然护堤石（3.14g，6.28g，9.42g,15.7g，23.5g，31.4g

7、)。每一块的重量误差在正负3%之间。在图二中，在护面层中使用的是块石，在脚趾结构中使用的是天然块石，六钟不同重量的护堤石再一次使用，护堤石的尺寸分别是1.2cm×1.2cm×4.0cm和1.2cm×1.2cm×5.2cm（模型）。表面糙度为25%，在每三行短块石中间安放一行长块石。这项测试的目的就是研究护脚棱体稳定性，为了观察计算公式中由于石头尺寸而带来的影响，护脚棱体的尺寸由最小到最大需依次测试，一系列的测试将一直进行下去直到稳定性测试的完全实现，然而，每一项测试中护堤石重量是改变的，但在整个测试中，护面块石的重量和斜

8、坡比是保持不变的，护面层是稳定的。试验参数的选取取决于实际情况。在福建的许多沿海结构中，斜坡式防波堤中护脚棱体是很高的，通常情况下护脚棱体之上的水深小于设计低水位处的1倍波高，比例也很小，造成的结果就是在大的波浪冲击下，护脚棱体的稳定性很低，护脚棱体之上的水深ht决定测试时的水深。对于横截面一ht=（0.0—1.7）