深水斜坡堤胸墙波浪力计算方法研究.pdf

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1、第42卷第1—2期2012年i月中国海洋大学学报PERI()DICAI。oFOCEANUNIVERSITY0FCHINA42(1-2)：136～140Jan．，2012深水斜坡堤胸墙波浪力计算方法研究’于定勇，苏耀(中国海洋大学工程学院．山东青岛266100)摘要：通过物理模型试验研究中国《海港水文规范》(JYJ213—98)中斜坡式防波堤顶部胸墙波浪力计算公式在深水情况下的适用性。试验测量4种不同水深波浪作用卜．斜坡堤顶部胸墙的波浪力和作用高度。通过对胸墙迎浪面的波浪压强分布、总水平作用力和波浪作用高度的试验结果

2、与《海港水文规范》结果的对比分析，发现胸墙迎浪面的实测波压分布不同于规范采用的均匀分布；规范计算得到的总水平力和波浪作用高度均小于实测值。本文改进规范中斜坡堤胸墙波浪力计算方法，使其更适用于深水堤顶部胸墙受力计算。关键词：深水；斜坡堤；胸墙；波浪力中图法分类号：P751文献标志码：A文章编号：1672—5174(2012)1—2—136—05防波堤是海岸工程中的1种重要水工建筑物。传统的防波堤型式有斜坡式、直立式和混合式。斜坡堤是防波堤常用型式之一，具有反射波浪弱。对地基承载力要求较低等优点。随着港口建没向深水发展

3、，已出现水深超过20m防波堤。如日本的大船渡港防波堤，水深为38m；下田港防波堤，水深为42m；釜石港防波堤，水深达到了63m。葡萄牙锡尼斯港曾建造了最大水深50m、长2km的斜坡堤；我国海南某港、上海洋山港导流堤水深都超过30m；岱IJJ连岛堤水深达到50m。为减轻波浪越浪，通常会在斜坡堤上设置直立式胸墙。但防波堤常因胸墙基底淘空、胸墙移位失稳而造成破坏u屯]。因此如何准确的计算作用于胸墙上的波浪力是保证防波堤结构安全的基础。目前我国《海港水文规范》口4j中计算斜坡堤顶部胸墙波浪力的方法采用了河海大学研究成果：即

4、将入射波浪在胸墙迎浪面上产生的压强按沿高度均匀分布处理，在确定平均压强夕和波浪作用高度4，+Z后由公式P=石(d。+z)计算得到胸墙受到的总水平波浪力。但是波浪产牛的压强沿胸墙迎浪面均匀分布的处理并不符合实际情况，琚烈红∞o通过物理模利试验发现直立式胸墙迎浪面上的波浪压强极大值附近的一定范围内，波浪压强值变化较小，在这个范同外，是波浪破碎后上涌对胸墙形成的压强．随着高度的增加而减小。王颖L61通过物理模型试验测得了胸墙前无掩护情况下的波浪力，并与《海港水文规范》中的方法进行了对比。结果显示实测的波浪力远大于规范的计

5、算值。《海港水文规范》中的计算方法仅适用于胸墙前无掩护的情况。柳玉良等[7]对比了水深较大、在墙前有(无)掩护的情况下物理模型试验实测结果与上述方法计算水平力的差异，结果发现防波堤胸墙在半掩护、全掩护情况下，水平力实测值与规范计算值的差异超过20％。西班牙的FranciscoL．MartinL副等人在一系列试验观测结果基础上，于1999年提出了1种计算斜坡堤顶部胸墙波浪远破波压力的方法。他认为，当波浪在护面斜坡上破碎后，冲击到胸墙上的波浪压强可以分为动态压强P。和反射压强P，。Pa和P，都与入射波浪爬高形成的水舌呈

6、线性关系。这个计算斜坡堤胸墙波压力的方法把波浪力和胸墙前肩台的宽度，护面块体的种类等各种因素联系了起来，考虑的因素比较全面。但是FranciscoL．Martin等人只对利用平行六面体块体掩护的情况进行了研究，对于其他型式的护面块体的估算方法，还需要进一步探讨。目前，我国的深水防波堤工程不多，对于在大水深中建设防波堤的经验较少。王美茹‘1】在探讨深水防波堤设计方法时也强调目前国内外针对深水堤设计原则和方法的研究成果还不多。在波浪作用下深水堤与一般防波堤(相对水浅)相比，作用性质、机理虽然没变，但深水堤无论斜坡式、直

7、立式还是混合式，其断面型式、尺度和构造要求等方面多与一般防波堤有所差别。这些差别或作用规律及《海港水文规范》方法在深水中的适用性仍有待进一步研究。本文在物理模型试验基础七，根据胸墙迎浪面的压强分布、总水平力大小、和波浪作用高度测鼍结果，对比分析了其与《海港水文规范》方法计算结果的差异及产生的原因，探讨了规范方法在深水情况下的改进。·基金项目：山东省科技发展计划项目(2008(沁B01099)资助收稿日期：201I-05—03；修订日期：201卜07一04作者简介：于定勇(1964一)，男，博上，教授，主要从事海岸工

8、程水动力方面的研究。E-mail：dyyu01@OUC．edu．cn于定勇，等：深水斜坡堤胸墙波浪力计算方法研究1试验概况1．1试验设备试验在海军工程设计研究院港湾工程综合试验研究中心进行，水槽长81．0m，宽1．41TI，高2．6m。水槽一端安装有低惯量直流电机式不规则造波机，造波机由计算机控制，可模拟正弦波和椭圆余弦波、国内外常用的频谱以及各种自定义谱，