1、主講人：童朝鋒、孟艷秋 二一六年九月,港口海岸與近海工程學(xué)院 COLLEGE OF HARBOR COASTAL AND OFFSHORE ENGINEERING,海 岸 工 程,港口航道與海岸工程專業(yè)課程,課時安排,總計：1.5學(xué)分/24學(xué)時 第一章 海岸防護概論 （2學(xué)時） 第二章 海岸防護工程 （12學(xué)時） （1）海堤 （7學(xué)時） （2）護岸 （1.5學(xué)時） （3）丁壩 （1學(xué)時） （4）潛壩 （1學(xué)時） （5）人工補灘工程（0.5學(xué)時） 第三章 圍海工程 （6學(xué)時） 第四章 防波堤工程 （3學(xué)時） 第五章 其他海岸工程 （1學(xué)時）,第二章 海岸防護概論,本章內(nèi)容： 第一節(jié) 海堤 第二節(jié)

2、 護岸 第三節(jié) 丁壩 第四節(jié) 潛壩 第五節(jié) 人工補灘工程 本章需要了解掌握知識點： 第一節(jié) 海堤 海堤設(shè)計標準，設(shè)計潮位與設(shè)計波浪計算，海堤斷面型式和構(gòu)造，海堤設(shè)計方法，地基穩(wěn)定與沉降計算，軟基處理。,第一節(jié) 海堤(seadyke, dike seawall),確定海堤標準和等級,水文、地形、基礎(chǔ)和社會基本資料,堤線布置和堤型選擇,設(shè)計水文要素確定：設(shè)計水位、設(shè)計波高,穩(wěn)定沉降計算,堤基處理,堤身設(shè)計,施工設(shè)計,波浪正向行進斜坡堤時，波浪剖面變陡，波峰水質(zhì)點速度增大，波浪可能在堤坡上破碎，然后沿坡上爬，爬升的最大高度稱為波浪爬高。之后回落，至最大深度稱為落深。爬高和落深之差稱為爬落幅度。,9、

3、海堤設(shè)計 波浪爬高,Review,爬高和落深的主要影響因素包括： 坡面形狀、坡度大小、坡面糙率、坡面透水性、水深、波浪尺度等,9、海堤設(shè)計 波浪爬高,規(guī)則波光滑斜坡,Review,9、海堤設(shè)計 波浪爬高,單坡不規(guī)則波爬高 SPM: 瑞利分布 河海莆田實測及南科院風(fēng)浪模型試驗：威布爾分布,累積頻率為F%的波浪爬高,RF%=KF*R1%,R1/10,R1/3,Review,單坡不規(guī)則波常用爬高公式： 海堤工程設(shè)計規(guī)范： 適用條件：斜坡坡度0m1；其他同上,9、海堤設(shè)計 波浪爬高,累積頻率為F%的波浪爬高,KV與風(fēng)速u及堤前水深d前有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù),R0 =1、H=1m時的不透水光滑坡面上的爬高,Re

4、view,單坡不規(guī)則波常用爬高公式： 浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定： （2）適用條件：波向與塘軸線法線夾角基本垂直(15度),斜坡坡度m1；其他同上,9、海堤設(shè)計 波浪爬高,累積頻率為F%的波浪爬高,Review,單、復(fù)坡不規(guī)則波常用爬高公式： 荷蘭學(xué)者J.W. van der meer（2002）歐洲國家推薦公式： （1）使用范圍：0.5b010 考慮因素：前坡平均坡度、堤前地形及水深變化、平臺寬度及高程、波浪斜向入射、前坡糙率系數(shù)等,9、海堤設(shè)計 波浪爬高,（Tm-1,0=m-1/m0，m0與m-1分別為波譜矩）,Review,9、海堤設(shè)計 波浪爬高,波浪爬高影響因素分析及計算公式比較 波坦對爬

5、高的影響,R0=R1%/H1%,復(fù)式斷面不規(guī)則波爬高,9、海堤設(shè)計 波浪爬高,需要迭代試算。 一般還是需要進行物理模型試驗來確定爬高值。,可先確定該斷面的折算坡度系數(shù)，再按該坡度系數(shù)的單坡斷面確定其爬高值。,復(fù)式斷面不規(guī)則波常用爬高公式海堤規(guī)范、地方規(guī)范、浙江規(guī)范等 適用條件：m(上)=14；m(下)=1.53；dw/L=-0.0670.67；B/L=0.25,9、海堤設(shè)計 波浪爬高,上、下坡度一致： 上平下陡： 下平上陡： 其中的系數(shù)可以采用：,平臺位置宜選擇在靜水位附近，消波效果好,復(fù)式斷面不規(guī)則波常用爬高公式其他 Hunt: 規(guī)則波:平臺寬度B/波長L=1/5. Delft:建議有平臺的

6、爬高值是無平臺的爬高值的(1-B/L)倍 裴什金法:應(yīng)用在上下坡度變化不大,且下坡比較緩,上坡比較陡.在平臺水深很小時候,該法不符合實際。,9、海堤設(shè)計 波浪爬高,堤前有壓載時的爬高 計算步驟: 先計算無壓載條件下的爬高; 將所得爬高值乘以壓載修正系數(shù)Ky （m1時）; 當(dāng)dw/H=1.5,m=1.5時候,還要考慮dw的影響，再乘以Km. Ky Km,9、海堤設(shè)計 波浪爬高,減少波浪爬高的措施: 平臺消浪:修建平臺的最佳位置為靜水位附近,最佳寬度為入射波長的1 /4 堤表面糙滲性的消浪,堤前植防浪林。,波浪爬高計算 越浪量計算,9、海堤設(shè)計,以往我國海岸建筑物的設(shè)計多是不允許發(fā)生越浪，即堤頂高

7、度等于設(shè)計最大爬高再加上一定的富余高度。 海岸建筑物沿著海岸線延伸很長，工程造價對頂標高異常敏感，不允許越浪導(dǎo)致海岸建筑物的頂標高過高，缺乏經(jīng)濟性。 按不允許越浪標準設(shè)計，罕見的大浪(如颶風(fēng)、海嘯)到來時仍會發(fā)生越浪，此時缺乏相應(yīng)的保護措施，容易造成嚴重損失。 國外早就開始采用允許越浪的標準來設(shè)計海岸建筑物的頂標高。需要確定允許越浪量大小、建筑物頂標高，堤后陸地修建排水設(shè)施。,9、海堤設(shè)計 波浪越浪,越浪量是衡量越浪大小和多少的參數(shù)，當(dāng)規(guī)則波爬高超過堤頂時，每個波浪產(chǎn)生相同的越浪。不規(guī)則波則采用平均越浪量的定義，即：一個波列(常取100個波)在單位時間內(nèi)越過單位堤長的平均水量(m3/m.s)。

8、 平均越浪量可以反映出越浪的長期效果，是考慮建筑物頂部及內(nèi)坡沖蝕、侵蝕和堤后陸地排水問題的主要參數(shù)。 單波越浪量：單個波浪在單位堤長上產(chǎn)生的越頂水體積(m3/m)。 單波越浪量對堤上人員、車輛安全和堤后排水設(shè)施的影響更重要，量級為平均越浪量的10到100倍，甚至1000倍。,9、海堤設(shè)計 波浪越浪,探討題：斜坡堤越浪量試驗分析。,9、海堤設(shè)計 波浪越浪,探討題：斜坡堤越浪量試驗分析。,9、海堤設(shè)計 波浪越浪,探討題：斜坡堤越浪量試驗分析。,9、海堤設(shè)計 波浪越浪,探討題：斜坡堤越浪量試驗分析。,9、海堤設(shè)計 波浪越浪,9、海堤設(shè)計 波浪越浪,海堤工程設(shè)計規(guī)范、海港水文規(guī)范、防波堤設(shè)計規(guī)范等 適

9、用條件：,9、海堤設(shè)計 波浪越浪,海堤工程設(shè)計規(guī)范、海港水文規(guī)范、防波堤規(guī)范等 斜坡堤不設(shè)置胸墻，其單位時間單位堤寬的越浪量按下式計算,9、海堤設(shè)計 波浪越浪,海堤工程設(shè)計規(guī)范、海港水文規(guī)范、堤防規(guī)范等 斜坡堤設(shè)置胸墻，其單位時間單位堤寬的越浪量按下式計算,荷蘭提出的允許的越浪量準則： 對于砂性土且沒有植被覆蓋，越浪量小于0.1L/(S.m)； 對于粘性土且較好的植被覆蓋，越浪量小于1.0L/(S.m)； 對于粘性層，外坡有植被，內(nèi)坡有罩面，越浪量小于10/(S.m)；,9、海堤設(shè)計 波浪越浪,9、海堤設(shè)計 波浪越浪,波浪爬高計算 越浪量計算 護坡計算,9、海堤設(shè)計,主要設(shè)計內(nèi)容：砌石護坡厚度

10、計算；拋石單個塊體重量和厚度計算；護面混凝土板厚度計算柵欄板計算,9、海堤設(shè)計 護坡計算,9、海堤設(shè)計 護坡計算,干砌塊石護面也是一種常用的護面型式，其失穩(wěn)一般系由于波浪浮托力引起的向上跳脫。干砌塊石護面計算一般確定其砌石厚度，計算方法系根據(jù)坡面法向的作用力（波浪浮托力，重力法向分量，摩檫力等）的平衡導(dǎo)出的。,9、海堤設(shè)計 護坡計算,干砌塊石失穩(wěn)模式示意圖,干砌塊石護面厚度計算原理：,砌石護坡厚度計算： （1）港工規(guī)范公式（海港水文規(guī)范、防波堤設(shè)計與施工規(guī)范） A、立砌的干砌塊石護面和有排水孔的漿砌塊石護面厚度 使用條件：m=1.53.0，d/H=1.54.0和L/H=1025 計算公式：,9

11、、海堤設(shè)計 護坡計算,海港水文規(guī)范中取H4% 防波堤規(guī)范中取H5%,砌石護坡厚度計算： （1）港工規(guī)范公式（海港水文規(guī)范、防波堤設(shè)計與施工規(guī)范） A、計算公式：,9、海堤設(shè)計 護坡計算,砌石護坡厚度計算： （1）港工規(guī)范公式（海港水文規(guī)范、防波堤設(shè)計與施工規(guī)范、海堤規(guī)范） B、干砌條石護面層厚度 使用條件：m=0.81.5，d/H=1.73.3和L/H=1225 計算公式： A系數(shù)，斜縫干砌可取1.2 ，平縫干砌可取0.85；,9、海堤設(shè)計 護坡計算,加糙干砌條石護面計算：坡度系數(shù)為2 -3 的加糙干砌條石護面，其厚度也可按立石厚度公式計算，但應(yīng)乘以折減系數(shù)。當(dāng)平面加糙度為25% 時條石凸起高

12、度宜取條石計算厚度的1/3 ，折減系數(shù)可取為0.85。,砌石護坡厚度計算： （2）裴什金法（海堤規(guī)范、堤防規(guī)范、福建省規(guī)范、浙江省規(guī)范） 使用范圍：干砌塊石護面厚度、設(shè)置排水孔的漿砌石 使用條件： 1.5=0.125，H取值H4%；d/L0.125， H取值H13%。 L 堤前平均波長。,9、海堤設(shè)計 護坡計算,拋石單個塊體重量計算 護面塊體失穩(wěn)的三種形態(tài)： 波浪下落，堤內(nèi)水體外流形成水流對塊體的浮托力，浮托力過大，失穩(wěn)脫出。 某些突出的塊石可因受過大的沿堤面的水流沖擊而滑動。 表層塊體在波浪作用下翻滾，力矩失穩(wěn)。,9、海堤設(shè)計 護坡計算,9、海堤設(shè)計 護坡計算,（1）西班牙伊利巴倫公式。由滑

13、動平衡導(dǎo)出塊體重量,最早給出的分析塊體穩(wěn)定重量計算的是伊利巴倫。他力圖用力的平衡來求穩(wěn)定重量。他認為波浪在斜坡上破碎時，呈射流沖擊坡面，在射流消失瞬間，充滿在孔隙中的水體釋放出來的能量給塊體一個與射流方向相反的離開堤面的力這個力與塊體在水中的重量合成。當(dāng)塊體向斜坡下滑動時，其塊體重量的下滑分量與垂直堤面的力產(chǎn)生的摩擦力平衡，于是得到平衡的臨界表達式。,伊利巴倫公式示意圖,拋石單個塊體重量計算,9、海堤設(shè)計 護坡計算,拋石單個塊體重量計算,由滑動平衡導(dǎo)出塊體重量,伊利巴倫公式,Hudson公式：由上舉脫落平衡導(dǎo)出塊體重量 美國赫德森1959年在伊利巴倫研究的基礎(chǔ)上進行了大量試驗研究，根據(jù)塊石向上

14、脫出的失穩(wěn)模式提出。 基本假定為：波浪在斜面上發(fā)生破碎，此時水質(zhì)點速度等于波速，作用在塊石上的速度力按此值計算。,計算原理：,9、海堤設(shè)計 護坡計算,拋石單個塊體重量計算,9、海堤設(shè)計 護坡計算,拋石單個塊體重量計算,（2）Hudson公式： 當(dāng)波向線與斜坡堤縱軸線法線的夾角小于22.5度，且堤前波浪不破碎，斜坡堤堤身在計算水位上、下1.0倍設(shè)計波高之間的護面塊體，單個塊體的穩(wěn)定重量可按式Hudson計算。 對于設(shè)計波浪平均周期大于10s或設(shè)計波高與設(shè)計波長之比小于1/30 的坦波，塊體重量應(yīng)進行模型試驗驗證。,9、海堤設(shè)計 護坡計算,拋石單個塊體重量計算,Hudson公式：,拋石單個塊體重量

15、計算 Hudson公式的不足: 斜坡坡度較陡時，波浪并不破碎； 忽略了慣性力作用； 失穩(wěn)模式并不一定具有代表性； 對穩(wěn)定性因子的處理過于簡化； KD值需要深入研究； 沒有考慮波浪的不規(guī)則性； 沒有考慮波浪周期的影響。 Hudson規(guī)范應(yīng)用公式： *：對于破碎水深db 的斜坡堤，單個塊體重量在上述基礎(chǔ)上增加10%25%。,9、海堤設(shè)計 護坡計算,拋石單個塊體重量計算 Hudson 公式（海堤規(guī)范、堤防規(guī)范、防波堤規(guī)范、福建規(guī)范、浙江規(guī)范） 塊石,未經(jīng)過挑選和整理的級配塊石: Hudson應(yīng)用修正公式： 級配塊石最大重量和最小重量按下列計算： Wmax=3.6W50 Wmin=0.22W50,9、海堤設(shè)計 護坡計算,（3）蘇聯(lián)波浪、冰凌和船舶對水工建筑物的荷載與作用（ 57-75）規(guī)范公式。由傾覆平衡導(dǎo)出塊體重量：,9、海堤設(shè)計 護坡計算,拋石單個塊體重量計算,拋石單個塊體重量計算 （3）前蘇聯(lián)規(guī)范公式 使用材料：塊石、混凝土