柯桥海塘波浪断面模型试验研究.pdf
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1、 年月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y第 卷第 期收稿日期:基金项目:浙江水利水电学院校级科研培育项目(编号:x k y )作者简介:邵伟龙(),男,高级工程师,主要从事水利工程运行与管理方面的研究.通讯作者:茹国顺(),男,高级工程师,主要从事水利工程管理方面研究.柯柯桥桥海海塘塘波波浪浪断断面面模模型型试试验验研研究究邵伟龙,茹国顺,郭炳荣,郭知灼,朱炜圣,王冬雪(绍兴市柯桥区水利发展中心,浙江 绍兴 ;浙江水利水电学院 水利与环境工程学院,浙江 杭州 )摘要:为了研究海塘设计断面的越浪情况,提高
2、防护等级.针对绍兴市柯桥区海塘进行了波浪断面物理模型试验,对挡浪墙设计高度的合理性进行了分析,并对护面结构开展了稳定性试验.结果表明:针对给定的K 设计推荐方案典型断面,防浪墙设计高度为 m时,遭遇 年一遇潮浪组合时,塘顶越浪量最大为 m/(ms),考虑加风后,越浪量有所增大,塘顶越浪量增大至 m/(ms);在 年一遇潮浪组合时,上斜坡四角空心方块整体能保持稳定,在 年一遇波浪组合多年平均高潮位时,下斜坡四脚空心方块整体能保持稳定.此结果可为海塘工程的设计提供科学依据,及类似项目设计时提供参考.关键词:柯桥海塘;波浪断面;模型试验中图分类号:P 文献标识码:A文章编号:()E x p e r
3、i m e n t a l S t u d yo nW a v eC r o s s S e c t i o nM o d e l o fK e q i a oS e a w a l lS h a oW e i l o n g,R uG u o s h u n,G u oB i n g r o n g,G u oZ h i z h u o,Z h uW e i s h e n g,W a n gD o n g x u e(W a t e rC o n s e r v a n c yD e v e l o p m e n tC e n t e ro fK e q i a oD i s t r i
4、 c t,S h a o x i n g,Z h e j i a n g ,C h i n a;S c h o o l o fW a t e rC o n s e r v a n c ya n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g,Z h e j i a n gU n i v e r s i t yo fW a t e rR e s o u r c e s a n dH y d r o p o w e r,H a n g z h o u,Z h e j i a n g ,C h i n a)A b s t r a c t:I no r
5、d e r t os t u d yt h eo v e r t o p p i n go fS e a w a l lD e s i g nS e c t i o na n d i m p r o v et h ep r o t e c t i o ng r a d e,b a s e do nt h ep h y s i c a lm o d e l t e s to fw a v es e c t i o no fs e a w a l l i nK e q i a oD i s t r i c to fS h a o x i n gC i t y,t h er a t i o n a
6、l i t yo f t o pe l e v a t i o no fw a v e r e t a i n i n gw a l l i s a n a l y z e d,a n d t h e s t a b i l i t y t e s t o f p r o t e c t i v e f a c e i s c a r r i e do u t T h er e s u l t ss h o wt h a tt h em a x i m u ma m o u n to fo v e r t o p p i n gi s m/(ms)w h e nt h eh e i g h t
7、o f t h ew a v ew a l l i s ma n dt h ec o m b i n a t i o no f t h ew a v e so c c u r so n c ee v e r y y e a r s T h ea m o u n to fo v e r t o p p i n g i n c r e a s e dt o m/(ms),a n dt h eo v e r a l l s t a b i l i t yo f t h e f o u r f o o th o l l o wb l o c ko n t h eu p p e r s l o p e
8、c o u l db em a i n t a i n e da t t h e c o m b i n a t i o no f o n e t i d e i n y e a r s T h eo v e r a l l s t a b i l i t yo f t h e f o u r f o o th o l l o wb o xo nt h e l o w e rs l o p ec a nb em a i n t a i n e da t t h ea v e r a g em u l t i y e a rh i g ht i d e l e v e l o f t h e y
9、 e a rw a v e c o m b i n a t i o n T h e r e s u l t sp r o v i d e s c i e n t i f i cb a s i s f o r t h ed e s i g no f S e a w a l lE n g i n e e r i n ga n dr e f e r e n c e f o r t h ed e s i g no f s i m i l a rp r o j e c t s K e yw o r d s:K e q i a os e a w a l l;w a v ec r o s ss e c t
10、i o n;m o d e l t e s t 引言防波堤是港口水工建筑物中最常见的一种海岸工程结构物,其主要用于防御波浪对港口水域的侵蚀,可以保护港池或者海水浴场等免遭外海波浪的侵蚀,为船舶的正常作业提供了有力保障,在海邵伟龙,等:柯桥海塘波浪断面模型试验研究绿色创新研究:工程与技术岸防护工程中起着十分重要的作用 .码头的安全与稳定直接关系到港口的正常运营与安全,一直是港航界关注的焦点.目前,国际上对这一现象的研究多采用波浪剖面物理模型试验与数值模拟相结合的方法,但是由于波浪形态多样,波浪与建筑物相互作用的复杂性,对这一现象的成因机理尚不清楚,仍以可靠度高的波浪剖面试验为主 .近年来,诸多学
11、者通过理论分析、物理试验 和数值计算 等方法对波浪和海岸结构物的相互作用进行了大量研究.戴永志等 在兴凯湖进行了多个生态护岸断面的波浪剖面物理模型实验,通过测量岸滩改变前后不同位置的波高及底流流速,对各设计断面的稳定性进行了测试,同时还观察了堤顶的越浪量.万志男等 以我国在建的某核电护岸工程为例,采用现有的理论计算方法,对该工程进行了波浪受力分析,并通过与波浪模型试验结果的比较,对该工程进行了优化设计.蔡小红 通过波浪剖面的物理模型试验,研究了不同海域防波堤的越浪、块体和胸墙等建筑物在波浪剖面上的稳定性.俞旭锋等 通过物理模型试验,对堤身稳定性、堤顶波浪越流特性、护面块体和护底块体的设计优化进
12、行了研究.孙一艳等 系统地介绍了在室内进行防波堤断面物理模型试验的基本过程,主要涉及到实验原理、前期准备、实验过程、结果分析等有关问题.李绍武等 通过物理模型试验,研究了在大变形情况下,斜坡防波堤的堤体和护面结构的稳定性.李尧等 通过室内物理模型试验和数值模拟,研究了在规则波浪条件下,斜槽防波堤受到的波浪力和其他一些问题.李健东 通过物理模型试验,定量评估了某码头工程中的防波堤,并对其剖面上各部分的稳定性进行了记录与分析.邓夕贵等 以贝宁岛型码头防波堤为例,通过三维物理模型试验,系统地研究了防波堤护面块、垫层和挡浪墙的稳定性,以及防波堤的越浪能力.本文针对绍兴市柯桥区海塘进行波浪断面物理模型试
13、验,对挡浪墙顶设计高度的合理性进行分析,并对护面结构开展稳定性试验.可以为海塘工程的设计提供科学依据,在类似项目设计时提供参考.工程概况绍兴市柯桥区海塘也称 绍围口门丘 北线海塘,位于 钱 塘 江 尖 山 河 湾 南 岸、曹 娥 江 口 门 左岸.起自萧绍交界处的东江闸,终至曹娥江口门大闸出口段左岸引堤,总长度 k m.属钱塘江临江一线海塘,是钱塘江南岸海塘的重要组成部分,也是钱塘江治江缩窄治理工程的重要组成部分,与其他南岸 海塘共同保护萧绍平原.工程区地理位置见图.图工程区地理位置 试验设计 试验目的柯桥海塘工程级别为I等,防潮标准为 年一遇的设计标准,防护等级较高,根据相关规范要求,应开展
14、波浪模型试验.通过波浪断面试验,研究海塘设计断面的越浪情况,对挡浪墙顶设计高度的合理性进行分析,并对护面结构开展稳定性试验,为海塘工程的设计提供科学依据.试验内容根据提供的设计推荐方案断面及比选方案断面,开展越浪量试验,为防浪墙顶设计高度的设计及确定提供参考.在设计推荐方案断面试验基础上,开展塘前护面块体稳定性试验.本次试验对象为K 设计推荐方案典型断面,针对该断面,开展典型断面结构形式在有、无风条件下的塘顶越浪量试验及护坡结构稳定性,具体试验组次见表.年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g
15、 y)第 期表试验组次汇总组次断面波浪重现期潮位/mH/mT/s风速/(m/s)试验内容越浪量试验稳定性试验K 设计推荐方案断面 年一遇 /试验设备与方法本项目拟在浙江省水利河口研究所海工实验室的“不规则波水槽”中开展,该水槽长度 m,宽度 m,高度 m,首端为伺服造波机,能模拟规则波,椭圆余弦波,叠加破碎波,以及国内外常用的“不规则波”.本文所用的实验设备为非规则波浪造波系统以及电阻式波高仪,均由大连理工大学国家重点实验室研制,见图.图波浪水槽(m m m)为了减少海浪的反射,水池底部设有比例的消波滩,滩面安装了格子和漂浮的泡沫板来吸收海浪的能量,消波设备运作良好,基本可以消除海浪的反射.水
16、槽试验段被分成 和 m个部分,m宽的部分被用来放置模型截面并进行模型试验,另一个部分被用来扩散造波板的二次反射波.利用波高仪对该模型进行率定,与实测值呈较好的线性相关,率定结果是稳定、可靠的.在测试过程中,系统实现了对测试数据的自动采集和实时分析.在将模型置于波浪水槽前,首先使用置于试验断面前的波高仪,根据表所列的工况率定波浪因子,然后将其放入设计断面进行测试.将容器放置在堤坝后面,接受波浪的传递,通过称量就可以得到波浪的重量.为减少随机因素的影响,对各工况进行了次重复测量,并取其平均值.相似比尺考虑堤身高度、波浪要素、水深及水槽尺寸等因素,采用模型比尺M,即长度比尺LH,时间比尺T,该比尺符
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