圆弧面防波堤波浪力初步研究
圆弧型防波堤开孔护面波浪荷载理论分析与实验研究
通过上述的波浪荷载理论结合本物理模型 比例尺， 计算得 出该 防波堤面板所受波浪荷载数值 ， 见图 ４中理论数据。 对 比分析表明 ， 物理模型试验数据与计算理论数据基本吻合 ， 说明本文物理试验是
正确的， 结 构 能够 反 映 圆弧 型 防波 堤波 浪荷 载 分 布 的基 本规 律 。 ３ 结论 － １ １ ＝ ０ ． ７ ５ （ １ ＋ ｃ ｏ ｓ ｌ ３ ） Ｈ Ｐ ：０ ． ５（ １ ＋ｃ ｏ ｓ Ｂ ） １ ｏ Ｈ 本文通过参照实际工程建立圆弧型防波堤物理模型 ， 进行波浪 试验 ， 获得波压力的试验数据 ， 与现有波浪荷载理论计算结果对 比 ％ － ｏ － ｓ ４ ７ ｒ ｄ／ Ｌ 分析 ， 可 以得 出 以下 结论 ： ４ 删 ３ ． １通过物理模型试验 ，与 圆弧型防波堤波浪荷载计算理论对 式 中： Ｈ一 设计 波高 （ ｍ） ， － ｑ 一 波压力零点在静水面 以上 的高度 ， 比， 得 到理想 的结果 ， 反映了本文试验与 国内其他 学者相关理论 的 ｐ 一 静水 面 处 的 波浪 压 力 ， ３ ＇ ０ － 海 水重 度 （ Ｋ Ｎ ／ ｍ ） ， Ｐ 『直墙 底 面 处 的波 致性 。 浪 压力 （ Ｋ Ｐ ａ ） ， Ｂ 一 波 向与 防波 堤法 向间 的 夹 角 ， ｄ ， － 直立 墙 底 面 以上 ３ ． ２ 不 同 开孑 Ｌ 率 的圆弧型防波堤开孑 Ｌ 护 面 上 波 浪 荷 载 基 本 一 水深（ ｍ） ， ｄ － 堤 前 水深 ｍ） 。 致， 但在堤内有残留波 良 余能的地方 ， 波浪荷载较大 ， 如额外加固处 对 于半 圆型 防波堤 ， 上 列 公式 进 行相 位 修 正 ： 理将 有利 于 防 波堤 结 构 的稳定 。
，
部 高 程为 ０ ） ， 同步 采集 ７点 波 压 力变 化 过 程 ， 压 力 感 应 器 的 编号 由 下 至上 依 次 是 １ 、 ２ 、 ３ 、 ４ 、 ５ … ６ ７ 试 验 数据 与 理论 数 据对 比分 析 测量 点 压 强 的 Ｃ Ｙ Ｇ 一 ５ ０ ５压 力 感 应 器 出厂 前 已 进 行 了 率定 ， 考 虑实际工程中大填料应用较多， 因此在实验 中使用大填料 ， 试验采 集 的数据见图。压力传感器 ７的数值 比压力传感器 ６要高 ， 这是因 为部分波浪经孑 Ｌ 洞 传至模型 内， 能量没有得到全部消除 ， 余能作 用 在压力感应器上所致。因此在压力传感器 ７的位置可以进行额外加
无掩护的弧形挡浪墙波浪力研究
无掩护的弧形挡浪墙波浪力研究高晨晨;严士常;尹亚军;沈旭伟;钟雄华【摘要】弧形挡浪墙与传统的直立式挡浪墙相比,具有能显著减少堤顶越浪量、降低堤顶高程、节省工程投资并兼具较好的景观效果等优点.但是现行JTS 145-2-2013《海港水文规范》并未给出弧形挡浪墙波浪力的计算方法.结合工程实例,通过不规则波作用下波浪水槽物理模型试验,对无掩护的弧形挡浪墙波浪力开展研究.将试验结果与规范直立式挡浪墙波浪力计算结果进行对比分析,总结了本工程防波堤弧形挡浪墙在无护面块体掩护条件下所受的波压力情况,可为类似工程的挡浪墙设计提供参考.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)012【总页数】8页(P141-148)【关键词】弧形挡浪墙;波浪力;斜坡堤;物理模型试验【作者】高晨晨;严士常;尹亚军;沈旭伟;钟雄华【作者单位】河海大学港口海岸与近海工程学院海岸灾害及防护教育部重点实验室,南京210098;河海大学港口海岸与近海工程学院海岸灾害及防护教育部重点实验室,南京210098;河海大学港口海岸与近海工程学院海岸灾害及防护教育部重点实验室,南京210098;河海大学港口海岸与近海工程学院海岸灾害及防护教育部重点实验室,南京210098;河海大学港口海岸与近海工程学院海岸灾害及防护教育部重点实验室,南京210098【正文语种】中文【中图分类】U656.312交通运输防波堤、海堤和护岸结构是港口、海岸工程中常见的几种防浪建筑物。
当防浪建筑物顶高程不够时，往往会产生越浪。
虽然通过增加防浪建筑物顶高程可以有效减少越浪，但是会大幅增加工程量和工程造价。
为了控制堤身断面的土石方量而又不降低抗御波浪爬高的标准，在堤顶常设置挡浪墙[1]。
常见的挡浪墙型式有直立式挡浪墙和弧形挡浪墙。
直立式挡浪墙对波浪的反射作用十分明显，很容易在堤前形成驻波，对港内泊稳、堤身稳定及堤顶越浪均会产生不利影响[2]。
弧形挡浪墙通过将迎浪面做成圆弧面，具有明显的挑浪效果，可大幅度减少越浪量，降低堤顶高程、减少工程投资，同时兼具较好的景观效果，因此近年来正越来越受到许多设计单位的青睐。
防波堤挡浪墙波浪力的研究进展
第43卷第14期山西建筑Vol.43No.142 0 1 7 年 5 月SHANXI ARCHITECTURE May.2017 • 225 ••水利工程•文章编号：1009-6825 (2017)14-0225-02防波堤挡浪墙波浪力的研究进展潘兴凯桂劲松* 陈丁(大连海洋大学海洋与土木工程学院，辽宁大连116023)摘要:结合相关文献资料，介绍了波浪在挡浪墙前的破碎形态，探讨了防波堤挡浪墙所受到的波浪力，并分析了挡浪墙结构设计 对波浪力产生的影响，为类似问题的研究提供了依据。
关键词：防波堤，波浪力，挡浪墙，结构设计中图分类号:T V139.2 文献标识码:A〇引言防波堤是人工掩护的沿海港口工程中重要的水工建筑物。
斜坡堤在工程应用中最为广泛,它具有对波浪反射弱，结构稳定 性较好，对地基承载力要求较低、施工简单等优点，目前在海洋、河流和城市护岸中得到广泛应用。
外海波浪在涌人到斜坡堤的 过程中，波浪会沿着坡面向上爬升，此时波浪发生破碎，如果堤顶 高程没有足够的高度，破碎波浪就会越过堤顶，涌人港池内侧，对 港内停泊的船只及建筑物的安全造成极大威胁。
为了保证结构 的安全及港内水域的稳定通常在斜坡堤顶部设置挡浪墙。
设置 挡浪墙，不仅能够提高斜坡堤堤顶的有效高程，而且可以降低大 量的施工成本，保证工程结构的稳定，大大提高工程效益。
但斜 坡堤常因堤顶挡浪墙基底被淘空、挡浪墙移位失稳而造成破坏[1]，随着港口建设的快速发展，工程设计人员越来越重视对作 用于斜坡堤挡浪墙上波浪力计算方法的研究。
1波浪在挡浪墙前的破碎形态随着外海波浪冲击到斜坡堤护面，护面上人工混凝土块体阻 碍了波浪的快速向前运动，会对波浪产生很大的摩擦作用，此时 人射波浪流速迅速较小，一部分动能被消耗掉，另一部分直接转 化为波浪势能，其波高会增大，水流继续向前运动，其上部越来越 陡，并且向前倾斜，当达到某一临界值，波浪随即发生破碎。
K irkgz[2]通过一系列的物理模型试验，发现波浪以规则波人射时，波浪冲击到直立墙体上会发生破碎，此时的波浪为卷破波形态，在略低于静水位处，波浪力会达到极大值。
防波堤工程论文大圆弧防浪墙应用论文
防波堤工程论文大圆弧防浪墙应用论文摘要：本文分析了大圆弧防浪墙在水利工程中的应用。
从现阶段来看，大圆弧防浪墙其结构形式造价有些高，且施工程序的制作相对比较复杂，使得大圆弧防浪墙需要考虑多方面因素。
随着经济的快速发展，科学技术水平的不断提高，大圆弧防浪墙将会得到逐步应用。
我国防浪墙在外海防护建筑物与护岸建筑物中起着非常重要的作用，其主要用途是接受波浪形成的冲击力。
在设计中考虑防浪墙的稳定性时，一定要准确计算出波浪对防浪墙的冲击力，与此同时，在满足所有要求的前提下，还要考虑防浪墙的成本。
近些年，使用比较多的防浪墙模式主要有直立型与小圆弧型。
其使用的材料通常是块石、混凝土与钢筋混凝土。
相比较来看，块石防浪墙中的断面非常大，使用的原材料也比较多，而资源相对贫乏的地方，在造价上和钢筋混凝土比较起来，形不成优势，并且还比较容易发生裂缝以及容易被风浪损坏，严重影响工程的质量与美观。
所以大部分堤防工程在防浪墙的设计过程中选用体积小与外型相对美观且价格比较合理的钢筋混凝土结构。
经过多年来的设计实践与经验积累，且通过断面物理模型的试验研究，推出一种大弧度防浪墙。
目前这种防浪墙的使用并不多，本文通过对大弧度防浪墙应用的技术进行分析与研究，进而确定大弧度防浪墙的应用。
一、大圆弧防浪墙工程背景本文主要以嵊泗县中的洋山大岙避风港为例，其防坡堤主要是缓解波浪冲击力，保证港内安全稳定与减小港内波浪的高度【1】。
其防波堤的总长达到1600m，且直线段就已经做到了1300m，而圆弧段的长度为300m。
避风港的防坡堤主要使用抛石斜坡堤方式，防浪墙设置的顶高为8.0m，且堤顶高程设计为4.5m，堤顶宽度则为12.2m。
（一）自然环境条件。
在水位设计上，该工程在潮起潮落设计上严格以国家相关标准为基础。
其在高潮时设计的水位是2.15m，在低潮时设计的水位是-1.83m，极端情况下设计的高水位是3.35m，极端情况下设计的低水位是-2.83m。
弧形防浪墙的迎浪面波压力数值模拟
2017年11月第11期总第536期水运工程Port & Waterway Engineering Nov . 2017No . 11Serial No . 536弧形防浪墙的迎浪面波压力数值模拟于龙基、杨森、张华昌2，董胜3(1.中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海200120;2.海军工程设计研究院，山东青岛266100;3.中国海洋大学，山东青岛266100)摘要：以Navier-Stokes 方程为控制方程，使用V 0F 方法追踪自由液面，对FLUENT 进行二次开发，将各功能区的源项表达式添加到动量方程中，从而实现动量源造波和消波。
模拟二阶Stokes 波作用下不同断面形式防浪墙的流场和波压力，并 将计算结果与物理模型试验数据进行对比，结果吻合较好。
比较直立式和弧形防浪墙波浪压力数值计算结果可以发现，在 相同水位和波浪要素情况下，作用在圆弧墙上的最大点压强明显大于直立墙，而且最大压强发生在圆弧部分，工程中应该 对圆弧部分进行加固处理。
关键词：N-S 方程；V 0F 方法；动量源；弧形防浪墙；波压力中图分类号：U 656 文献标志码：A文章编号：1002-4972(2017)11-0029-07Numerical simulation of wave pressure on upright section of arc crown wallYU Long -ji 1, YANG Sen 1, ZHANG Hua -chang 2, DONG Sheng 3(1.Shanghai Waterway Engineering Design and Consulting Co ., Ltd ., Shanghai 200120, China ;2.Navy Engineering Design and Research Institute , Qingdao 266100, China ;3.Ocean University of China , Qingdao 266100, China )Abstract I Based on Navier-Stokes equations to describe the motion of incompressible fluid , the volume offluid (VOF ) method is adopted to track the free surface . In the second development of FLUENT , the source term expression of each functional area is added to the momentum equation to realize the momentum source wave and the wave elimination . In this paper , the flow field and wave pressure of the different sections of the anti-wave wall under the action of second-order Stokes wave are simulated , and the calculated results are compared with the physical model test data , and the results are in good paring the results of the numerical calculation of the wave pressure of the vertical and curved walls , it can be found that the maximum pressure on the arc wall is significantly greater than the vertical wall in the case of the same water level and the wave elements , and the maximum pressure occurs in the arc part which should be strengthened in order to ensure the overall stability of arc crown wall .Keywords: Navier-Stokes equations ; VOF method ; momentum source ; arc crown wall ; wave pressure近年，随着沿海城市围海造地的迅猛发展， 为满足海塘越浪与稳定要求，减少工程投资，增 强堤防景观效果等，对海塘断面形式进行优化。
大圆弧防浪墙在防波堤工程中的应用
（ Ｃ Ｃ Ｃ Ｃ Ｔ ｈ ｉ ｒ ｄ Ｈ ａ ｒ ｂ ｏ ｒ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｌ ｔ ａ ｎ ｔ ｓ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ３ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
摘 要 ：为 了有效降低斜坡堤 的顶 高程 ，同时又不 降低抗御 波浪爬 高的标 准，常在堤 顶设置防浪墙 。大圆弧 防浪墙 首次
在 国内的防波堤 工程 中应用 ，节约工程投 资并增强墙 身的景 观效果 。对 实际工程 进行断 面物理模 型试验 ，通过 实测越 浪量 与规 范计算结果对 比，进 一步验证在 防渡堤 工程 中采用大 圆弧防浪墙具有一定 的经 济型和合理性 。
２ ０ １ ３年 １ Ｏ月
水运 工 程
Ｐｏ ｒ ｔ＆ Ｗａ ｔ ｅ ｒ ｗａ ｙ Ｅｎｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉｎ ｒ ｇ
０ｅ ｔ ． ２ ０１ ３
第 ｌ ０ 期
总第 ４ ８ ４期
Ｎｏ ． １ ０ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ ． ４ ８ ４
● 大 圆 弧 （ 防 中 交 第 浪 三 航 墙 务 工 在 刘 程 勘 丽 察 防 娜 设 计 ， 波 院 黄 有 明 堤 限 毅 公 司 工 ， 上 程 海 ２ ０ 中 ０ ３ ２ 的 ） 应 用
关 键 词 ：斜 波 堤 ； 波浪 爬 高 ；大 圆弧 防浪 墙 ； 断 面 物 理 模 型 试 验
中图分 类号 ：Ｕ ６ ５ ６ ． ３ １
文献标志码 ：Ａ
文章编号 ：１ ０ ０ ２ — ４ ９ ７ ２ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０ — ０ １ ４ ９ — ０ ３
Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ －ｃ ｉ ｒ ｃ ｌ ｅ ｗａ ｖ ｅ ｗａ ｌ ｌ ｏ ｎ ｂｒ ｅ ａ ｋｗａ ｔ ｅ ｒ
圆弧型防波堤开孔护面波浪荷载理论分析与实验研究
圆弧型防波堤开孔护面波浪荷载理论分析与实验研究摘要：为研究圆弧型防波堤开孔护面所受的波浪荷载，本文基于实际工程青岛中港西北防波堤采用一定几何比例尺建立物理模型，在不同开孔率和水深工况下，采集模型护面波压力数据，并将试验数据与现有波浪荷载计算理论结果对比分析，分析结果表明：试验数据与理论分析数据基本吻合，可以为同类试验提供一定的借鉴，对圆弧型防波堤的研究具有促进作用。
关键词：防波堤；圆弧型；波浪荷载引言近年来，圆弧型开孔护面防波堤作为一种新型的防波堤，具有消能效果好，外形优美的优点[1-2]，但正是由于开孔也导致了防波堤的护面块体结构容易被波浪破坏[3]。
因此正确了解这种防波堤的波浪荷载分布规律，有利于了解防波堤面板的受力情况，使这种防波堤得到更广泛的应用，本文通过物理模型试验采集波浪荷载数据，结合现有波浪荷载理论进行对比分析。
1 波浪荷载理论圆弧型防波堤在使用期所受的主要荷载是波浪力与静水压力[4-5]，在堤顶出水情况下，圆弧面防波堤波浪力正向水平波压力可以半圆型防波堤正向水平波压力乘以修正系数1.1来计算[2]。
半圆型防波堤的的波浪力计算根据韩理安教授编写《港口水工建筑物》建议是将计算直立堤波浪力的合田良实公式进行修正的经验公式来计算其波浪力。
对于半圆型防波堤，上列公式进行相位修正：2 物理模型试验本文通过建立物理模型试验获得波压力数据，试验参数借鉴的实际工程为青岛中港西北防波堤，考虑到风浪水槽等因素，将几何比例尺寸定位1：20。
设计波浪要素及水深如下：水深为480mm，设计波高120mm，设计波周期为1.2s。
模型试验在自由振荡波槽中进行，实验槽长40m，宽0.8m，高1.8m，一端装有造波机，一端有消能坡，实际有效长度为37m。
由于开孔率对波浪总力及波浪压力分布影响与相对水深有关，故本试验选取一种水深，三种开孔率进行研究。
水深480mm，开孔率分别为23.36%，19.14%，15.86%，开孔的中心位置不变。
弧形防浪墙波浪力的试验研究-2007.1.1
上海交通大学硕士学位论文
小越浪，但防浪墙所受到的波浪力载荷也较大；相同的墙高条件下，随 着墙底高程的增加，防浪墙所受的波浪力减小；墙底高程相同时，墙高 的增大减小了越浪，但对于波浪力的影响不大。
gd
有关的系数， （W 为风速，d 为水深）
K F 爬高累计率换算系数
H 为堤前平均波高
-3-
上海交通大学硕士学位论文
L 为堤前波浪波长
1.5 ≤ m ≤ 3.0
（4）南科院余广明[4]等人的规则波的爬高 R 公式（1989）
R H
=
0.58 L
mH
1 A
(1-6)
式中：L 为波长，A 为系数，H 为波高，m 为坡度 适用范围 3 ≥ m ≥ 1.5, 50 ≥ L H ≥ 15
KEY WORDS: crown wall, wave force, three-component balance, physical model test
-4-
上海交通大学 学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
ξ op = tan α
op
S op
(1-1)
其中 S 是波陡，反映是波浪周期的影响。 Van der Meer 认为，破碎参数 ξ op 小于 2~2.5 时，斜坡上的波浪就可能发生破碎。这 些大都是坡度陡于 1：3 的情况。并定义了在条件 0.5 < γ bξ op < 4 ~ 5 时的爬高计算关 系：
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文章编号:100529865(2006)0120014205圆弧面防波堤波浪力初步研究谢世楞1,2,李炎保1,吴永强1,2,谷汉斌1,3(1.天津大学建筑工程学院,天津 300072;2.中交第一航务工程勘察设计院,天津 300222;3.交通部天津水运工程科学研究所,天津 300456)摘 要:圆弧面防波堤是在半圆形防波堤基础上开发的一种新型防波堤。
首先通过与半圆形防波堤相同条件下的波浪试验,检验圆弧面防波堤的稳定性,并利用数值波浪水槽对圆弧面防波堤的水力特性进行初步研究,探求造成圆弧面防波堤与半圆形防波堤波浪力差别的主要原因。
通过圆弧面防波堤与半圆形防波堤波浪力的对比试验,提出了圆弧面防波堤波浪力的简化计算方法,以半圆堤正向水平波浪力乘以一修正系数,在堤顶淹没情况下修正系数可取1.3,在堤顶出水情况下修正系数可取1.1。
关键词:圆弧面防波堤;半圆形防波堤;波浪力;计算方法中图分类号:U65612 文献标识码:APreliminary research on wave forces on quarter circular breakwaterXIE Shi 2leng 1,2,LI Y an 2bao 1,W U Y ong 2qiang 1,2,G U Han 2bin 1,3(1.School of Civil Engineering ,T ianjin University ,T ianjin 300072,China ;2.China C ommunications First Design Institute of Navigation En 2gineering ,T ianjin 300222,China ;3.T ianjin Research Institute of Water T ransport Engineering ,T ianjin 300456,China )Abstract :The quarter circular breakwater is a new type breakwater developed on the basis of the semi 2circular breakwater.This type of break 2water is com posed of a quarter circular front wall ,a horizontal base slab and a vertical rear wall ,the width of which is about one half of that of the semi 2circular breakwater ,suitable to be used on relatively firm s oil foundation.The engineering quantity of the rubble m ound foundation of this new type of breakwater can be reduced.The stability of the quarter circular breakwater is examined by wave m odel tests with the same condition as the semi 2circular breakwater option.The numerical wave flume is used to study the hydraulic characteristics of the quarter circular breakwater preliminarily in order to find out the main reas on for the difference of wave forces on the quarter circular breakwater and on the se 2mi 2circular one.Based on com paris on tests of wave forces acting on these tw o types of breakwaters ,a sim plified calculation method of wave forces on the quarter circular breakwater is proposed :the horizontal wave force can be expressed by applying a m odification coefficient to that for the semi 2circular breakwater.The m odification coefficient can be taken as 1.3for submerged condition or 1.1for the breakwater with a freeboard.K ey w ords :quarter circular breakwater ;semi 2circular breakwater ;wave forces ;calculation method收稿日期:2005202216基金项目:国家自然科学基金资助项目(50279028)作者简介:谢世楞(1935-),男,浙江慈溪人,工程院院士,主要从事港口和海岸工程的设计和研究工作。
圆弧面防波堤是在半圆形防波堤应用经验基础上开发的一种新型防波堤[1～3],其断面如图1所示。
堤身由1/4圆的圆弧迎浪面、水平底板和竖直后墙组成,其底宽约相当于半圆堤堤身的一半。
与半圆形防波堤相同,圆弧面防波堤的堤身也坐落在抛石基床上。
由于堤身底宽缩小将近一半,圆弧面防波堤所需要的抛石基床工程量比半圆形防波堤显著减少,这是开发圆弧面防波堤的主要目的。
圆弧面防波堤吸收了半圆形防波堤水力和结构特性的诸多优点,例如,以圆弧面迎浪可以减少波浪力作用;作用于圆弧面的波浪压力通过圆心,对堤身不产生倾覆力矩;圆拱结构的构件受力性能好;在陆上预制,便于安装,施工简便;堤身内不需填第24卷第1期2006年2月海洋工程THE OCE AN E NGI NEERI NG V ol 124N o 11Feb.2006充石料,安放后即可抵御大浪袭击;具有较好的景观效果等。
圆弧面防波堤和半圆形防波堤各有其适用的地基条件。
半圆形防波堤地基应力基本为均布状况,适合于软基,其基床顶宽约堤身高度2倍的目的在于扩大基床和地基的受力面积;圆弧面防波堤则适合于地基较好的情况,可以减少基床抛石和相关的工作量。
圆弧面防波堤作为一种新型防波堤,需对其可行性和水力特性进行研究。
本文首先通过与半圆形防波堤相同波浪条件下的稳定性试验,检验圆弧面防波堤的可行性;然后进行圆弧面防波堤与半圆形防波堤波浪力对比试验,探讨圆弧面防波堤波浪力的计算方法;同时通过数值波浪水槽对圆弧面防波堤的水力特性进行初步研究,分析造成圆弧面防波堤与半圆形防波堤波浪力差别的主要原因,以说明建议计算方法的依据。
图1 圆弧面防波堤构造组成和试验断面Fig.1 Cross section of quarter circular breakwater1 圆弧面防波堤稳定性试验表1 试验水位及波浪要素T ab.1 T est w ater levels and w ave p arameters水位/m 波 要 素H /m T /s 极端高水位5.326.447.86设计高水位4.06 6.107.65堤顶水位 2.00 5.597.30设计低水位0.165.266.82 注:表列试验波高H 对应于波列累积频率为1%的设计 波高,周期T 对应于平均周期。
试验条件采用某大型工程中半圆形防波堤方案的设计水位和波况组合(见表1)。
圆弧面防波堤的堤身高度与重量和该半圆形防波堤方案的堤身高度和重量一致,试验断面如图1所示。
试验水槽尺度为30m ×1.0m ×1.3m (长×宽×高),水槽分隔为0.7m 与0.3m 两部分,以减弱造波板的二次反射。
作为初步研究,只进行规则波试验。
模型按重力相似设计,长度比尺为1:30。
每种波浪试验条件下波浪连续作用的累计历时相当于原型波浪作用时间2h 以上。
在表1所列极端高水位、设计高水位、堤顶水位、设计低水位及相应波浪条件下圆弧面防波堤都具有充分的稳定性,试验波浪连续作用下未见任何滑移或摆动,证实了圆弧面防波堤稳定性接近于半圆形防波堤,在地基承载力允许的条件下,其应用是可行的,能够带来较大的经济效益。
2 圆弧面防波堤与半圆形防波堤波浪力对比试验在表1所列的水位和波浪条件下分别测定了圆弧面防波堤和半圆形防波堤波浪力,以进行分析比较,参照半圆形防波堤波浪力计算方法确定作用在圆弧面防波堤上的波浪力。
在试验模型中沿堤身迎浪面、底板和背浪面布置压力传感器,根据对堤身各部分实测波压强度积分的方法确定作用于堤身的合成波浪力。
合成波浪力分别以水平合力和竖向合力给出,定义行进波的方向为水平波浪力的正方向,竖直向上为垂向力正方向。
沿圆弧面防波堤和半圆形防波堤模型堤身布置的压力传感器位置如图2所示。
本次试验的圆弧面防波堤和半圆形防波堤堤身均未开设泄压或泄气孔。
试验同步记录了圆弧面防波堤和半圆形防波堤模型各部分的波压过程,根据这些波压过程可得到作用于堤身的合成波浪力的变化过程,由此可得到对堤身稳定性起控制条件的最大水平波浪力以及最大竖向波浪力,以下对波浪力的分析均以最大值为代表。
试验结果表明,在相同的水位和波浪条件下,作用于圆弧面防波堤堤身的波浪力大于半圆形防波堤堤身上的波浪力,水位高于堤顶的淹没情况下两者的差别大于水位低于堤顶的出水堤情况。
图3为圆弧面防波堤和半圆形防波堤出现最大水平波浪合力时刻堤身各部分波压51第1期谢世楞,等:圆弧面防波堤波浪力初步研究分布示例。
图2 圆弧面防波堤和半圆形防波堤模型压力传感器布置Fig.2 Arrangement of pressure sens ors for the test m odels of quarter circular breakwater and semi 2circular breakwater图3 正向最大水平波浪力时刻沿圆弧面防波堤和半圆形防波堤堤身的波压分布Fig.3 Wave pressure distribution along quarter circular breakwater and semi 2circular breakwater under maximum horizontal wave forces3 圆弧面防波堤波浪力计算方法的初步分析3.1 圆弧面防波堤与半圆形防波堤波浪力形成机理的差别圆弧面防波堤与半圆形防波堤的迎浪面完全相同,可根据它们的水力特性以及波浪力对比试验结果分析波浪力形成机理的不同点,以通过修正方法确定圆弧面防波堤上的波浪力。