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1、试验三 斜坡式防波堤试验一、斜坡式防波堤简介 防波堤主要是用来防御波浪的侵袭，维护港内水域的平稳，以保证船舶在港内安全地停泊 和进行装卸作业；防波堤还可用来拦阻泥沙减轻港内淤积和防止流冰大量涌入池内。由于防波 堤直接承受巨大的波浪力的作用，有时还承受巨大的冰荷载的作用；大多位于水深浪大处，造 价高，占港口工程总投资的很大部分。斜坡堤是防波堤的一种主要形式，在筑港中得到广泛采用。斜坡式防波堤的结构形式主要 有三类：抛石防波堤、人工块体护面防波堤、土砂心防波堤。在开敞海岸的港口中，由于波浪 较大，应用最广的是人工块体护面的防波堤。图1-1是我国某港口用人工块体作护面的防波堤 试验断面。图1-1 某
2、港口防波堤试验断面 护面采用抛石、安放混凝土人工块体的斜坡式防波堤主要由堤心、垫层、护面块体、棱体、 护底块石、胸墙组成。1. 堤心堤心是斜坡堤的主体，通常采用重10lOOKg不分级块石堆积而成，堤心也有用山皮石渣 抛填的。2. 垫层 垫层在人工块体与堤心石之间，为防止堤心石从护面块体缝隙中跑掉并使混凝土护面块体 有良好的支撑面，因此它的下面应设块石垫层。此外垫层能够保护堤心石在防波堤施工期间不 至于被波浪冲散。3. 护面块体 为增强护面的稳定性，提高抵御波浪的能力，常用消浪效果好、抗浪能力强的混凝土人工 块体做护面块体。最常见有四脚空心方块、四脚锥体、扭王字块体、扭工字块体、栅栏板等。 人工
3、块体模型见图1-2。a、四脚空心方块b、四脚锥体C、扭王字块d、扭工字块e、栅栏板图1-2 常用的几种人工块体4. 棱体 港外侧通常设置水下抛石棱体，用以支撑护面块体。当水深较浅且地基较好时也可以不设 置抛石棱体。5. 堤前护底块石在可冲刷地基上建防波堤建筑物，堤底应铺设垫层。为了保护地基不被冲刷，斜坡式防波 堤堤前应设护底块石层，其块石大小，根据堤前流速确定。6. 堤顶胸墙胸墙可以是现浇或预制混凝土，也可以是浆砌块石胸墙，其断面尺寸的确定应根据波浪力 计算及稳定性验算来确定。二、试验目的 通过斜坡式防波堤的实验，使同学们能够掌握用试验的方法验证波浪荷载作用下斜坡堤的 稳定性。为专业课的学习及
4、在做斜坡式防波堤设计时，应考虑的一些实际工程问题，对挡浪墙 的稳定状况、堤顶的越浪情况、护面块体、护底块石的选择等做到更合理、更科学。三、试验实例介绍 我们选择的试验为一实际工程案例，试验原模型为某港口建设工程防波堤断面稳定性试验（图1-3为试验断面图）。斜坡堤护面安放栅栏板。波浪力是作用在防波堤上的主要荷载。试 验要求在极端高水位、设计高水位时，在给定的波浪荷载作用下研究防波堤的稳定性。图 1-3 模型试验断面图1.工程水文条件（由设计单位提供）该工程海域浪型以风浪为主，涌浪很少，浪向以SSE向频率最大，因此采用SSE向设 计波浪要素，波浪要素重现期为50年一遇。（1）水位极端高水位：+7.
5、01 m；设计高水位：+5.57 m；设计低水位：+0.41 m。（2）波浪（50年重现期）潮位（m）H1%(m)H13%(m)T (s)7.013.22.47.25.572.92.37.20.411.61.17.2（3）水深依据海床高程： -5.49 m 设计低水位水深：5.9 m 设计高水位水深：11.06 m 极端高水位水深：12.5 m2.试验方法（1）试验比尺的的确定试验依据波浪模型试验规程（JTJ/T2342001）。根据弗劳德重力相似准则及及实验 室现有设备条件，试验模型的几何比尺定为1:30。原型设计参数值与试验参数值换算见表1-1。表1-1原型设计参数值与试验参数值换算表变量
6、名称符号比尺长度L1:30水深h1:30波高H1:30周期T1:301/2重量W1:303单宽流量q1：303/2原型设计参数值与试验参数值换算（1:30） 表1-2试验参数值原型值模型值极端高水位 （+7.01m） 水深12.5 m41.7cm设计高水位 （+5.57m） 水深11.06m36.9cm设计低水位 （+0.41m） 水深5.9m19.7cm波高H1%3.2m10.7cm2.9m9.7cm1.6m5.3cm波高H13%2.4m8.0cm2.3m7.7cm1.1m3.4cm波浪周期T7.2 s1.3s栅栏板3250*2600*500mm108.3*86.7*16.7mm栅栏板重量是
7、多少？模型重量是多少？块石400600 kg14.8122.22 g50100 kg1.85 3.70 g10100 kg0.37 3.70 g6080 kg2.22 2.96g胸墙20.535T/m22.817kg/m（2）试验模型的确定 试验模型采用正态模型，保证外形几何尺寸和重心及重量与原形相似，堤心石的级配满足规范要求。垫层块石、棱体块石、护脚块石经过筛选，重量偏差控 制在规范要求范围3%之内。人工护面块体、胸墙的模拟保证外形几何尺寸相 似、重量相似及重心相似。试验波浪要素的模拟采用不规则波。试验水位及波浪要素按设计单位提供的 要求进行。3. 断面稳定性及越浪试验方法 进行各护岸稳定性
8、试验时，每个水位条件下模拟原型波浪作用时间取10min，以便观察断面在波浪累积作用下的变化情况。护面块体的稳定性试验， 根据波浪试验规程规定，每组至少重复3 次。当 3次试验现象差别较大时，增加 重复次数。每次护面块体均需重新摆放。（1）护面块石稳定性判断 在波浪累计作用下，单层铺护面块体，其累积位移超过单个块体的厚度时即 失稳；单层随机抛放的护面块体，其位移后产生的缝隙宽度超过块体最大几何尺 度一半时即失稳。（2）护底块石、抛石棱体稳定性判断 在波浪累积作用下，斜坡式建筑物抛石棱体和块石护底的表面明显变形即失 衡。（3）胸墙稳定性判断 胸墙稳定性判断是观察其移位情况进行判断，当观测到胸墙发生
9、明显滑动或 倾斜时即失稳。失稳的断面要进行重复试验，重复试验也失稳的，判断为断面失 稳；重复试验不失稳，分析其原因。（4）堤顶越浪量的测定 对于越浪量的测定是在堤顶上方用接水装置接取越浪水体，通过测量重量或 体积得到模型的越浪量。不规则波接取一个完整波列的总越浪量水体作为相应历 时的总越浪量，然后计算单宽平均越浪量。按相似准则，将模型越浪量换算成原 体越浪量。单宽平均越浪量按下式计算：Vq bt式中：q单宽平均越浪量（m3/m/s）；V1个波列作用下的总越浪水量（m3）； b收集越浪量的接水宽度（m）； t1个波列作用的持续时间（s）。4.试验设备及测试仪器（1）实验水槽断面稳定试验为了观测一
10、般在波浪水槽中进行。该实验水槽长47 m、宽1 m、 深1.3 m。水槽的前端加有直立式消能网、伺服电动机、推波板，设有出流口； 水槽的尾端安装斜坡式消浪网以减少波浪的反射影响，尾端也设有出流口。造波 机可生成不规则波、规则波。（2）造波机 造波机由伺服电动机、机械推波板、控制仪、造波控制软件组成。（3）仪器试验用主要仪器有波高传感器、浪高应变滤波多测试仪、造波控制仪、 计算机。试验中仪器的控制、试验数据采集、统计分析均由造波控制软件自动完成。4.试验内容在试验断面模型摆放之前，将设计方提供的设计水位及波浪要素（原始波浪 要素）转换成模型数据，测好的每组波浪要素以文件形式存放计算机以便试验中
11、调用。然后摆放试验模型，试验模型摆放在波流水槽的靠近尾部位置。试验中调 出测试好的数据文件造波，观察、记录在给定的波浪荷载作用下，防波堤的护面 块体、棱体块石及护底块石的稳定性和越浪状况，将试验结果填入表1-2 中，每 组实验重复三次。四、试验报告内容与要求1. 斜坡式防波堤的试验目的。2. 该试验的模型比尺是根据什么确定的？3. 在防波堤断面稳定试验中，将你观测、记录的试验结果填入表1-2 中。4. 通过对防波堤断面稳定性物理模型试验，你对该防波堤的设计做一评价； 如胸墙有越浪或胸墙后方的护面块石不稳定，请提出合理的改进方案。5. 进行胸墙稳定性验算。6. 计算防波堤护面块体、护脚块石的稳定重量。7. 计算栅栏板的稳定重量。7.实验报告要求统一格式。圭寸面统一（校规定）、纸张统一（A4纸）。试验结果汇总表表 1-2水位波浪要素胸墙 稳定 情况越浪层 厚度 (cm)护面栅栏 板稳定情况墙后内坡 块石稳定性棱体 块石 稳定 情况护底 块石 稳定 情况设计 高水位 +5.57m叫3%=2.3皿T =7.2sH%=2.9mT =7.2s极端 咼水位 +7.01m叫3%=2.4皿T =7.2sH%=3.2mT =7.2s设计低水位+0.41mHi3%=l.lmT =7.2sH%=1.6mT =7.2s
