主讲人：童朝锋、孟艳秋二〇一六年九月,港口海岸与近海工程学院COLLEGE OF HARBOR COASTAL AND OFFSHORE ENGINEERING,海 岸 工 程,港口航道与海岸工程专业课程,课时安排,总计：1.5学分/24学时第一章 海岸防护概论 （2学时）第二章 海岸防护工程 （12学时）（1）海堤 （7学时）（2）护岸 （1.5学时）（3）丁坝 （1学时）（4）潜坝 （1学时）（5）人工补滩工程（0.5学时）第三章 围海工程 （6学时）第四章 防波堤工程 （3学时）第五章 其他海岸工程 （1学时）,第二章 海岸防护概论,本章内容：第一节 海堤第二节 护岸第三节 丁坝第四节 潜坝第五节 人工补滩工程本章需要了解掌握知识点：第一节 海堤 海堤设计标准，设计潮位与设计波浪计算，海堤断面型式和构造，海堤设计方法，地基稳定与沉降计算，软基处理第一节 海堤(seadyke, dike seawall),确定海堤标准和等级,水文、地形、基础和社会基本资料,堤线布置和堤型选择,设计水文要素确定：设计水位、设计波高,稳定沉降计算,堤基处理,堤身设计,施工设计,,,,,,,,,波浪正向行进斜坡堤时，波浪剖面变陡，波峰水质点速度增大，波浪可能在堤坡上破碎，然后沿坡上爬，爬升的最大高度称为波浪爬高。
之后回落，至最大深度称为落深爬高和落深之差称为爬落幅度9、海堤设计波浪爬高,,,Review,爬高和落深的主要影响因素包括：坡面形状、坡度大小、坡面糙率、坡面透水性、水深、波浪尺度等,9、海堤设计波浪爬高,规则波光滑斜坡,Review,9、海堤设计波浪爬高,单坡不规则波爬高SPM: 瑞利分布河海莆田实测及南科院风浪模型试验：威布尔分布,累积频率为F%的波浪爬高,RF%=KF*R1%,,R1/10,,R1/3,Review,单坡不规则波常用爬高公式：海堤工程设计规范：适用条件：斜坡坡度015度),斜坡坡度m>1；其他同上,9、海堤设计波浪爬高,,,,,,,累积频率为F%的波浪爬高,,,,,,,,Review,单、复坡不规则波常用爬高公式：荷兰学者J.W. van der meer（2002）欧洲国家推荐公式：（1）使用范围：0.5<γbξ0<10 考虑因素：前坡平均坡度、堤前地形及水深变化、平台宽度及高程、波浪斜向入射、前坡糙率系数等,9、海堤设计波浪爬高,,,,,,,,,,,,（Tm-1,0=m-1/m0，m0与m-1分别为波谱矩）,,Review,9、海堤设计波浪爬高,波浪爬高影响因素分析及计算公式比较波坦对爬高的影响,R0=R1%/H1%,复式断面不规则波爬高,9、海堤设计波浪爬高,,,,,,,,,,,,需要迭代试算。
一般还是需要进行物理模型试验来确定爬高值可先确定该断面的折算坡度系数，再按该坡度系数的单坡断面确定其爬高值复式断面不规则波常用爬高公式——海堤规范、地方规范、浙江规范等适用条件：m(上)=1~4；m(下)=1.5~3；；dw/L=-0.067~0.67；B/L<=0.25,9、海堤设计波浪爬高,,,,,,,,,,,,上、下坡度一致：上平下陡：下平上陡：其中的系数可以采用：,平台位置宜选择在静水位附近，消波效果好,,复式断面不规则波常用爬高公式——其他Hunt: 规则波:平台宽度B/波长L>=1/5.Delft:建议有平台的爬高值是无平台的爬高值的(1-B/L)倍裴什金法:应用在上下坡度变化不大,且下坡比较缓,上坡比较陡.在平台水深很小时候,该法不符合实际9、海堤设计波浪爬高,,,,,,,,,,,,堤前有压载时的爬高计算步骤:先计算无压载条件下的爬高;将所得爬高值乘以压载修正系数Ky （m>1时）;当dw/H<=1.5,m<=1.5时候,还要考虑dw的影响，再乘以Km. Ky Km,9、海堤设计波浪爬高,,,,,,,,,,,,,减少波浪爬高的措施:平台消浪:修建平台的最佳位置为静水位附近,最佳宽度为入射波长的1 /4堤表面糙渗性的消浪,堤前植防浪林。
波浪爬高计算越浪量计算,9、海堤设计,以往我国海岸建筑物的设计多是不允许发生越浪，即堤顶高度等于设计最大爬高再加上一定的富余高度海岸建筑物沿着海岸线延伸很长，工程造价对顶标高异常敏感，不允许越浪导致海岸建筑物的顶标高过高，缺乏经济性按不允许越浪标准设计，罕见的大浪(如飓风、海啸)到来时仍会发生越浪，此时缺乏相应的保护措施，容易造成严重损失国外早就开始采用允许越浪的标准来设计海岸建筑物的顶标高需要确定允许越浪量大小、建筑物顶标高，堤后陆地修建排水设施9、海堤设计波浪越浪,越浪量是衡量越浪大小和多少的参数，当规则波爬高超过堤顶时，每个波浪产生相同的越浪不规则波则采用平均越浪量的定义，即：一个波列(常取100个波)在单位时间内越过单位堤长的平均水量(m3/m.s)平均越浪量可以反映出越浪的长期效果，是考虑建筑物顶部及内坡冲蚀、侵蚀和堤后陆地排水问题的主要参数单波越浪量：单个波浪在单位堤长上产生的越顶水体积(m3/m)单波越浪量对堤上人员、车辆安全和堤后排水设施的影响更重要，量级为平均越浪量的10到100倍，甚至1000倍9、海堤设计波浪越浪,,,,,,,,,,,,探讨题：斜坡堤越浪量试验分析。
9、海堤设计波浪越浪,探讨题：斜坡堤越浪量试验分析9、海堤设计波浪越浪,探讨题：斜坡堤越浪量试验分析9、海堤设计波浪越浪,探讨题：斜坡堤越浪量试验分析9、海堤设计波浪越浪,9、海堤设计波浪越浪,,,,,,,,,,,,海堤工程设计规范、海港水文规范、防波堤设计规范等适用条件：,9、海堤设计波浪越浪,,,,,,,,,,,,海堤工程设计规范、海港水文规范、防波堤规范等斜坡堤不设置胸墙，其单位时间单位堤宽的越浪量按下式计算,,,9、海堤设计波浪越浪,,,,,,,,,,,,海堤工程设计规范、海港水文规范、堤防规范等斜坡堤设置胸墙，其单位时间单位堤宽的越浪量按下式计算,,,荷兰提出的允许的越浪量准则：对于砂性土且没有植被覆盖，越浪量小于0.1L/(S.m)；对于粘性土且较好的植被覆盖，越浪量小于1.0L/(S.m)；对于粘性层，外坡有植被，内坡有罩面，越浪量小于10/(S.m)；,9、海堤设计波浪越浪,,9、海堤设计波浪越浪,波浪爬高计算越浪量计算护坡计算,9、海堤设计,主要设计内容：①砌石护坡厚度计算；②抛石单个块体重量和厚度计算；③护面混凝土板厚度计算④栅栏板计算,9、海堤设计护坡计算,,,,,,,,,,,,9、海堤设计护坡计算,,,,,,,,,,,,干砌块石护面也是一种常用的护面型式，其失稳一般系由于波浪浮托力引起的向上跳脱。
干砌块石护面计算一般确定其砌石厚度，计算方法系根据坡面法向的作用力（波浪浮托力，重力法向分量，摩檫力等）的平衡导出的9、海堤设计护坡计算,,,,,,,,,,,,干砌块石失稳模式示意图,,,,,干砌块石护面厚度计算原理：,①砌石护坡厚度计算：（1）港工规范公式（海港水文规范、防波堤设计与施工规范）A、立砌的干砌块石护面和有排水孔的浆砌块石护面厚度 使用条件：m=1.5~3.0，d/H=1.5~4.0和L/H=10~25 计算公式：,9、海堤设计护坡计算,,,,,,,,,,,,,海港水文规范中取H4%防波堤规范中取H5%,①砌石护坡厚度计算：（1）港工规范公式（海港水文规范、防波堤设计与施工规范）A、计算公式：,9、海堤设计护坡计算,,,,,,,,,,,,,,①砌石护坡厚度计算：（1）港工规范公式（海港水文规范、防波堤设计与施工规范、海堤规范）B、干砌条石护面层厚度 使用条件：m=0.8~1.5，d/H=1.7~3.3和L/H=12~25 计算公式：A——系数，斜缝干砌可取1.2 ，平缝干砌可取0.85；,9、海堤设计护坡计算,,,,,,,,,,,,加糙干砌条石护面计算：坡度系数为2 -3 的加糙干砌条石护面，其厚度也可按立石厚度公式计算，但应乘以折减系数。
当平面加糙度为25% 时条石凸起高度宜取条石计算厚度的1/3 ，折减系数可取为0.85①砌石护坡厚度计算：（2）裴什金法（海堤规范、堤防规范、福建省规范、浙江省规范） 使用范围：干砌块石护面厚度、设置排水孔的浆砌石 使用条件： 1.5<=m<=5，结果比较适中 裴什金计算公式： h系数取值：K——一般干砌石可取0.266，对砌方石、条石取0.225 H ——d/L>=0.125，H取值H4%；d/L<0.125， H取值H13% L ——堤前平均波长9、海堤设计护坡计算,,,,,,,,,,,,②抛石单个块体重量计算护面块体失稳的三种形态：波浪下落，堤内水体外流形成水流对块体的浮托力，浮托力过大，失稳脱出某些突出的块石可因受过大的沿堤面的水流冲击而滑动表层块体在波浪作用下翻滚，力矩失稳9、海堤设计护坡计算,,,,,,,,,,,,9、海堤设计护坡计算,,,,,,,,,,,,（1）西班牙伊利巴伦公式由滑动平衡导出块体重量,最早给出的分析块体稳定重量计算的是伊利巴伦他力图用力的平衡来求稳定重量。
他认为波浪在斜坡上破碎时，呈射流冲击坡面，在射流消失瞬间，充满在孔隙中的水体释放出来的能量给块体一个与射流方向相反的离开堤面的力．这个力与块体在水中的重量合成当块体向斜坡下滑动时，其块体重量的下滑分量与垂直堤面的力产生的摩擦力平衡，于是得到平衡的临界表达式伊利巴伦公式示意图,②抛石单个块体重量计算,9、海堤设计护坡计算,,,,,,,,,,,,②抛石单个块体重量计算,,,,,,,,,由滑动平衡导出块体重量,伊利巴伦公式,,Hudson公式：由上举脱落平衡导出块体重量 美国赫德森1959年在伊利巴伦研究的基础上进行了大量试验研究，根据块石向上脱出的失稳模式提出 基本假定为：波浪在斜面上发生破碎，此时水质点速度等于波速，作用在块石上的速度力按此值计算计算原理：,9、海堤设计护坡计算,,,,,,,,,,,,②抛石单个块体重量计算,9、海堤设计护坡计算,,,,,,,,,,,,②抛石单个块体重量计算,（2）Hudson公式： 当波向线与斜坡堤纵轴线法线的夹角小于22.5度，且堤前波浪不破碎，斜坡堤堤身在计算水位上、下1.0倍设计波高之间的护面块体，单个块体的稳定重量可按式Hudson计算。
对于设计波浪平均周期大于10s或设计波高与设计波长之比小于1/30 的坦波，块体重量应进行模型试验验证9、海堤设计护坡计算,,,,,,,,,,,,②抛石单个块体重量计算,Hudson公式：,②抛石单个块体重量计算Hudson公式的不足:斜坡坡度较陡时，波浪并不破碎；忽略了惯性力作用；失稳模式并不一定具有代表性；对稳定性因子的处理过于简化；KD值需要深入研究；没有考虑波浪的不规则性；没有考虑波浪周期的影响 Hudson规范应用公式： *：对于破碎水深db 的斜坡堤，单个块体重量在上述基础上增加10%~25%。