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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护底块石、胸墙组成。1.
2、堤心堤心是斜坡堤的主体，通常采用重 10100Kg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。 人工块体模型见图1-2a、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
3、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
4、、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 验要求在极端咼水位、设计咼水位时，在给定的波浪荷载作用下研究防波堤的稳定性。叫lMAIQ、严 1 亠.t 11 i -I:-1n -t iH1舶Fjr.in8 Hlii4 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：+7.01 m ；设计高水位：+5.57 m ；
5、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/T234 2001）。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名称符号比尺长度L1:30水深h1:30波
6、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咼水位（+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波咼H%3.2m10.7cm2.9m9.7cm1.6m5.3cm波咼Hl3%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栅栏板重量是多少？模型重量是多少？块石400600 kg14.
7、81 22.22 g50 100 kg1.85 3.70 g10 100 kg0.37 3.70 g60 80 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 制在规范要求范围士 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试验时，每个水位条件下模拟原型波浪作
8、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，当观测到胸墙发生明显滑动或 倾斜时即失稳。失稳的断面要进行重
9、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：V式中：q btq单宽平均越浪量（m3/m/s）;V 1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）;t 1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般在波浪水槽中进行。该实验水槽长47 m、宽1
10、 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 调用。然后摆放试验模型， 试验模型摆放在波流水槽的
11、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。封面统一（校规定） 、纸张统一（ A4 纸）。表1-2试验结果汇总表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 + 5.57mHi3%=2.3mT =7.2sHi%=2.9mT =7.2s极端 高水位 + 7.01 mHi3%=2.4mT =7.2sHi%=3.2mT =7.2s设计低水位 +0.41mHi3%=1.1mT =7.2sHi%=1.6mT =7.2s
试验三斜坡式防波堤试验2013-11.
