斜坡式防波堤护岸工程优化试验研究

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1、斜坡式防波堤护岸工程优化试验研究王珍，吉红香，邱静(广东省水利水电科学研究院；广东省水动力学应用研究重点实验室,广州，510610)摘要：通过波浪断面模型试验，研究斜坡式防波堤护岸工程斜坡坡度、胸墙顶高程、护面块体与越浪量和稳定性的关系。实验结果表明，斜坡坡度越缓，胸墙顶高程越高、护面块体吨位越大越浪量越小，工程越稳定。当胸墙顶高程较高时，三者对于越浪量及稳定性影响较大，降低任何一者越浪量将显著增加；当胸墙顶高程下降到一定程度后，三者对越浪量及稳定性的影响减小，降低任何一个越浪量变化不明显。因此，在保证工程安全的基础上，选择较低胸墙顶

2、高程、相对较陡坡度和较小吨位护面块体的护岸型式来减少工程投资是可行的。关键词：波浪断面模型；胸墙顶高程；斜坡坡度；扭王字块；越浪量；稳定性前言防波堤的安全与稳定一直是港口工程设计人员及施工人员普遍关注的问题。斜坡式防波堤是防波堤的一种主要型式，因为其对波浪反射弱、对地基不均匀沉降不敏感、施工较简单等优点，被广泛应用于港区和城市护岸。斜坡坡度、胸墙顶高程及护面块体吨位不仅关系工程的安全与稳定，还关系到工程的经济性。从工程安全角度，缓坡较陡坡稳定性高，胸墙顶高程越高越浪量越小，所受浪压力越小，工程越稳定，护面块体越大，稳定性越好；从工程经

3、济角度则刚好相反。综合二者考虑，存在一个斜坡坡度、胸墙顶高程、护面块体吨数最优值，能同时兼顾工程安全和经济要求。[1]目前，人们多用采用波浪断面模型来解决工程实际问题。孙精石早在1984年就曾撰文对对鲅鱼圈港防波堤断面块体与护底块石稳定性及失稳率，波浪反射系数、爬高和越浪，胸墙稳定性[2]及波压力、浮托力的测量等进行了详细的介绍；王爱群等对斜坡式防波护岸断面形式进行了实[3]验研究；2004年杨洪旗结合2008年奥帆工程对防波堤模型试验进行系统研究,涉及的内容较文[1][4]献多了波浪透射系数研究；黄海龙针对核电站海域的特点对波浪作用

4、下防护断面的稳定性进行[5]研究。詹明根据工程实例，并结合有关文献资料进行统计分析，对斜坡式防波堤胸墙顶高程的[6]确定及允许越浪量值提出建议。连卫东、曹玉芬结合烟台港龙口港区防波堤进行波浪断面试验，重点研究了不同斜坡断面堤顶高程与越浪量及堤后次生波的关系。早期的试验研究多基于规则波作用，近十几年来，随着水运工程试验设备的不断更新与测试仪器的不断升级，防波堤断面试验多采用不规则波进行。本文主要通过断面模型试验对非规则波作用下斜坡式护岸工程斜坡坡度、胸墙顶高程、护面块体与越浪量和稳定性的关系进行研究。1项目背景1.1护岸断面型式防波堤堤

5、身采用0~500kg堤心石，底高程为-4.0m~-2.0m。胸墙型式采用弧形胸墙，底高程为2.6m，顶高程为分别为9.0m、8.7m、8.4m、8.0m，分别采用坡度为1:1.5和1:2.0的斜坡式护岸布置，护面工程从下到上分别为：200~500kg块石抛填两层、500~1000kg块石抛填两层、10t扭王字块（或8t扭王字块）摆放一层，护面工程顶高程为4.6m。6114001000图1防波堤护岸工程断面型式1.2水文条件工程水域200年一遇潮位为4.16m（1985国家高程基准，下同）、50年一遇高潮位为3.62m、10%设计高潮位

6、为2.12m、90%设计低潮位为-0.75m。对于各累积频率波浪要素见表1。表1试验组次及相应水文波浪要素编号潮位方向H1%(m)H13%(m)H(m)L(m)T(s)200年一遇高潮1SE-SSE5.24*4.53.2393.411.0位50年一遇高潮2SE-SSE4.89*4.12.9390.511.0位设计3SE-SSE3.91*3.62.6381.711.0高潮位设计4SE-SSE1.97*1.51.0560.111.0低潮位1.3实验设备及量测仪器波浪水槽长66m，宽1m，高1.6m。在水槽的一端放置模型，用玻璃墙将波浪水槽

7、分成二元水路，模型布置在其中一侧，在模型的背后是高约1m，分层铺设的消波装置。另一端是电机式水槽不规则造波机，由5.5kw功率的C37型电机驱动。不规则造波机由控制室计算机通过不规则造波系统软件控制推波板的运动，生成试验中所需要的波。波高用电容式波高传感仪测定，数据采集时间间隔∆t=0.02秒，连续采集有效波数110个左右，连续采集时间240秒，每组重复三次，取平均值作为代表值。压力测定采用压力传感器，连续采集的时间间隔采用0.02秒。护岸越浪量的测量是在胸墙后安装容器收集越顶水体，称重得到越浪量，每组测量多次取其平均值。1.4比尺选

8、择l=20根据工程海域的波浪要素和实验室的设备条件，拟定正态模型的几何比尺r进行模型设计，根据重力相似原则计算得其他相应比尺如下：v=l=4.47速度比尺rrt=l=4.47时间比尺rrp=l=20压强比尺rr622实验