海岸工程第七课.ppt

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,,,,,,,,,探讨题：斜坡堤越浪量试验分析。

9、海堤设计 波浪越浪,Review,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,,,,,,,,,,,,Review,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Review,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,,,,,,,,,,,,Review,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,Review,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,Review,（3）苏联《波浪、冰凌和船舶对水工建筑物的荷载与作用（СНиПⅡ 57-75）》规范公式由倾覆平衡导出块体重量：,,,,,,,,,,9、海堤设计 护坡计算,,,,,,,,,,,,②抛石单个块体重量计算,,,Review,大部分公式的共同结构是护面块体的重量： 与波高的三次方成正比 与块体在空气中的重度成正比 与斜坡坡角的某个函数成反比 缺点：但大都未考虑波谱型式，波群以及三维不规则波作用对斜坡堤护面稳定性的影响伊利巴伦公式,赫德逊公式：,前苏联规范公式,,,9、海堤设计 护坡计算,,,,,,,,,,,,②抛石单个块体重量计算,,,,,,,,,,,（4）荷兰Van der Meer（1987）公式（目前最全面的一种方法） 除考虑了赫德森公式中已经考虑的波高，堤身边坡，护面块重度及其稳定特性外，还分别考虑了波浪形态（破碎与否及破碎形态），波浪周期（或波陡），风暴延时（波浪作用个数N），堤身结构渗透性（渗透系数P），波浪作用后堤面破坏水平S等的影响。

基本前提： 护面层由块石组成；在经受波浪打击时很少越浪或不发生越浪;堤身边坡是均匀的，在此前提下，按波浪的两种形态——卷破波和涌波型破波 分别采取不同的公式 破波相似参数临界值,c,卷波型破碎,c，涌波型破碎,9、海堤设计 护坡计算,,,,,,,,,,,,②抛石单个块体重量计算,卷破波,涌破波,9、海堤设计 护坡计算,,,,,,,,,,,,②抛石单个块体重量计算,参数控制： 边坡坡度Ctg：1.56 波高：有效波高，H1/3 波陡：0.0050.06，大于0.06即不稳定而破碎 渗透性：三种结构，不透水堤心（黏土或沙）得出P的下限，假定P=0.1;全部由护面石块组成的均匀结构得出P的 上限值，假定P=0.6,第三种由透水堤心上加一层两倍直径厚的护面层组成，P=0.5损坏水平：指在水面附近宽度为Dn范围内被冲蚀的边长为Dn的立方形石块数 风暴延时：N=1000~7000，N7000时偏保守 重度：20~30KN/M3 其他参数：未含石块分级（乱石或均匀石块），谱宽度和波群特性等参数影响研究表明这些对护面稳定性没有影响讨论：损坏水平S值 公式适用范围：对块石应用优于赫德森公式，但对堤头估计不足，对方块护面则符合不好，对四角锥护面也无改进。

对一些参数仍应依靠模型试验确定9、海堤设计 护坡计算,,,,,,,,,,,,②抛石单个块体重量计算,斜向波作用：,斜向入射波对工字型块体稳定性的影响,斜向波等效波高换算的系数x值,抛石：,9、海堤设计 护坡计算,,,,,,,,,,,,②抛石单个块体重量计算,其他部位块体重量要求： 当水下抛石棱体的顶面高程在设计低水位以下1. 0 倍设计波高值时，棱体的块石重量可取按上式计算的块石重量的0.3 -0.4 倍 对外坡有肩台的深水斜坡堤，外侧肩台上下的护坡宜采用同一类型和同一规格的人工块体，当肩台顶面高程在设计低水位以下1. 0 倍设计波高值时，肩台以下坡面的护面块体重量不应小于肩台以上护面块体重量的0.5 倍 外坡护面垫层块石的重量可取按上式确定的块体重量的1/20 -1/10 ，但最小重量不得小于1/40 对于四脚空心方块和栅栏板护面，其垫层块石规格应按不小于护面空隙尺度确定9、海堤设计 护坡计算,,,,,,,,,,,,②抛石单个块体重量计算,其他部位块体重量要求： 堤顶块体的重量宜与外坡块体相同当堤顶高程在设计高水位以上不足0.2 倍设计波高值时，其重量不应小于外坡护面块体重量的1. 5 倍。

斜坡堤堤头部分的块体重量，可按上式计算的结果增加20% - 30% 位于波浪破碎区的堤身和堤头的块体重量，均应相应再增加10%-25% ，必要时可通过模型试验确定 内坡护面块体的重量应符合下列规定： 当堤顶高程按越浪确定时，从堤顶到设计低水位以下0.5 -1. 0 倍设计波高之间的内坡护面块体重量，应与外坡护面的块体重量相同；其下的内坡护面块体，宜采用与外坡护面垫层相同重量的块石，但不应小于150kg，且应按堤内侧波浪进行复核 当堤顶高程按不越浪确定时，内坡护面应按堤内侧波浪进行计算，且不宜小于外坡护面垫层块石的重量②抛石单个块体重量和厚度计算 （5）抛石或者人工块体： 层数：2~3层 先计算稳定块体重量，再计算厚度和块体个数,9、海堤设计 护坡计算,,,,,,,,,,,,n——护面块体或块石的层数；,斜坡堤面板的波浪力,波浪浮托力与堤前波浪要素、堤内外水位变化、堤坡坡度、护面及垫层透水性等因素有关其中堤内外水位的相对变化是形成波浪浮托力的重要原因，对波浪浮托力有较大影响面板波浪反向压力：,适用条件： 开缝板，透空率为约1.5%9、海堤设计 护坡计算,③护面混凝土板厚度计算：包括厚度计算和强度计算,③护面混凝土板厚度计算：包括厚度计算和强度计算 厚度计算使用范围：明缝的混凝土或钢筋混凝土板护 面 使用条件： 2=m=5，结果比较适中 厚度计算公式： h （海堤设计规范） 系数取值： ——对整体式大块护面取1.0，装配式取1.1。

B ——沿坡方向的护面板长度 h （堤防设计规范） 系数取值： ——开缝板取0.075，对于上部为开缝下部为闭取0.19、海堤设计 护坡计算,,,,,,,,,,,,厚度计算原理：混凝土板重量要大于等于波浪的浮托力,斜坡堤面板的波浪力,9、海堤设计 护坡计算,③护面混凝土板厚度计算：,,,波压力过程线,破波的抛物线射流,③护面混凝土板厚度计算： 强度计算：作用在板上的力主要有板上的波浪压力和板自重将上述荷载组合起来，用弹性地基上梁板的计算方法，确定版的厚度、应力和配筋 波浪正向压力： 1.5≤m≤5.0，作用在整体或装配式平板护面上的波压力,9、海堤设计 护坡计算,,,,,,,,,,,,板自重为均布荷载，Gw=hγ,,Z3为波浪在斜坡上的爬高，是压力零点,③护面混凝土板厚度计算： 强度计算：作用在板上的力主要有板上的波浪压力和板自重将上述荷载组合起来，用弹性地基筋 波浪正向压力： 1.5≤m≤5.0，作用在整体或装配式平板护面上的波压力,9、海堤设计 护坡计算,,,,,,,,,,,,板自重为均布荷载，Gw=hγ,,,最大波压力P2作用点2的垂直坐标Z2(m),Z3为波浪在斜坡上的爬高，是压力零点,③护面混凝土板厚度计算： 强度计算：作用在板上的力主要有板上的波浪压力和板自重。

将上述荷载组合起来，用弹性地基计算 波浪正向压力：1.5≤m≤5.0，作用在整体或装配式平板护面上的波压力,9、海堤设计 护坡计算,,,,,,,,,,,,板自重为均布荷载，Gw=hγ,,,B——沿坡方向(垂直于水边线)的护面板长度,最大波压力P2作用点2的垂直坐标Z2(m),Z3为波浪在斜坡上的爬高，是压力零点,③护面栅栏板计算： 结构尺寸：,9、海堤设计 护坡计算,,,,,,,,,,,,a0—栅栏板长边，沿斜坡方向布置，m； b0—栅栏板短边，沿海堤轴线方向布置，m最小不小于100mm,栅栏板的空隙率P′宜采 用33％～39％， P′=37%时的细部尺寸：,,栅栏板护面时的设计波高，一般不超过4.0m,③护面栅栏板计算： 结构尺寸：,9、海堤设计 护坡计算,,,,,,,,,,,,a0—栅栏板长边，沿斜坡方向布置，m； b0—栅栏板短边，沿海堤轴线方向布置，m最小不小于100mm,栅栏板的空隙率P′宜采 用33％～39％， P′=37%时的细部尺寸：,,厚度尺寸： t 最大波压力,栅栏板护面时的设计波高，一般不超过4.0m,护面栅栏板计算： 结构尺寸：,,,,,,,,,,,,a0—栅栏板长边，沿斜坡方向布置，m； b0—栅栏板短边，沿海堤轴线方向布置，m。

栅栏板的空隙率P′宜采 用33％～39％， P′=37%时的细部尺寸：,,厚度尺寸： t,栅栏板护面时的设计波高，一般不超过4.0m,斜向坡度m=1.5、2.0、2.5,,,格栅波浪最大反向压力差：,格栅波浪最大正向压力：,计算的波高为H1%9、海堤设计 护坡计算,波浪爬高计算 越浪量计算 护坡计算 防护墙稳定计算,9、海堤设计,稳定计算内容： 墙身抗倾复稳定性计算 施工期间，防护墙稳定性 墙身整体沿墙底面或墙身沿各水平缝的抗滑稳定性 防护墙沿垫层与地基接触面的抗滑稳定性 地基稳定计算,9、海堤设计 防护墙稳定计算,,,,,,,,,,,,基本荷载：土压力、水压力、重力、波压力等 特殊荷载：地震荷载,9、海堤设计 防护墙稳定计算,,,,,,,,,,,,,,,,,,重力,静水压力,土压力,静水压力,波压力,摩擦力,,,P。