海堤后坡混凝土板护面稳定厚度的模型试验研究

发布时间：2020-02-11 22:01

【摘要】：海堤在风暴潮和极端波浪的联合作用下极易发生堤顶大量越浪,而越浪量的增加可能导致防波堤后坡的破坏,造成海堤整体失稳。针对这一问题,对海堤后坡混凝土板护面进行系列二维物理模型试验,根据越浪对堤后不同坡度不同护面厚度的冲刷破坏情况,讨论堤后混凝土板护面稳定厚度与越浪量和后坡坡度之间的关系,结果表明:同一坡度下护面稳定厚度与越浪量成线性相关;不同坡度时,坡度越缓,相对厚度越小。最终给出不规则波作用下不同坡度的后坡混凝土板护面厚度的计算公式。
【图文】：

单位,后坡,坡度,混凝土板

反射。水槽两端均设有消浪缓坡，用于减小波浪反射。由计算机自动控制产生所要求的波浪要素，同时对波高仪测得的水面波动信号进行数据采集和处理。该造波设备可根据试验要求产生不同谱型的不规则波。本次试验越浪量采用接水箱接取测量，接水板宽度为0.2m，一次波浪采集数据控制在140～200个波。2.2试验方法本次模型试验断面采用简单的单坡斜坡堤，前坡坡度和后坡坡度均为1∶1.5。防浪墙采用直立式，堤前护坡采用350g扭王字块，后坡护面形式采用混凝土板，尺寸为13cm×13cm，堤前水深d为40cm。防波堤模型断面见图1。图1试验断面(单位:cm)针对不同后坡坡度，将不同护面板厚度、不同波周期组合进行系列模型试验，对每一种组合，先以较小的波高作用于试验断面，当波浪爬高大于墙顶高程时产生越浪，越浪砸击堤后混凝土板护面，若护面板稳定，则继续增大波高，直至混凝土板护面发生失稳破坏，并测出其对应的平均越浪量。观察后坡护面的破坏进程，试验组合包括:1)波周期分别为1.5、2、3s;2)混凝土板厚度分别选用1、1.5、2、3cm，尺寸为13cm×13cm;3)坡度分别取1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶3，分别对应m=1、1.5、2、3;4)波浪为不规则波，，采用JONSWAP谱进行模拟。每组试验至少重复3次，以避免偶然因素的影响，保证试验结果的有效性。·67·

倾翻,混凝土板,失稳,越浪

时，墙顶处发生越浪。同一波周期下，当波高较小时，墙顶越浪少，越浪水体不足以造成护面块体失稳。随着波高增大，墙顶越浪增加，当波高达到临界波高时，越浪水体砸击堤顶及后坡，个别混凝土护板出现微小抬高，在板的周围形成细小缝隙，越浪水体不断淘刷混凝土板下方垫层中的小颗粒，同时具有一定流速的水流从板四周钻入板下，动能瞬间转化为对板底的压能，混凝土板被进一步抬高。另外部分越浪水体正面冲刷出现微小抬高的混凝土板，产生倾覆力矩，护板经过数次抬高后，会被突然掀起，最终沿纵向或横向倾翻失稳，见图2。图2混凝土板倾翻失稳浮升破坏与倾覆破坏类似，当混凝土护板的上端部开始微微抬动时，板受四周的约束力减弱，部分越浪水体从板四周缝隙钻入板底，并在板的底部形成较大的顶托力，致使板整体处于临界浮升状态。在越浪持续作用下，水体不断进入混凝土板底部，同时由于渗透力的作用，护板被顶托移位，垂直水槽方向观察，会发现混凝土板护面出现隆起(图3)，当这种移位超过一个板厚时，整个板最终会脱离堤面而失稳。图3护面板隆起另外，当周期较小时，波陡越大，后坡发生破坏的位置主要在堤顶与后坡连接处，当周期较大时，波陡越小，破坏的位置主要在后坡坡面处。3.2后坡混凝土板稳定厚度确定为便于试验数据的分析，利用波高将混凝土板厚度进行无因次化，得到护面板的相对厚度。在试验过程中发现，在同一坡度下，波周期一定时，随着波高的增大，抛石护面发生破坏时的厚度随之增大，因此首先分析相对厚度随波陡的变化，将二者关系绘于图4。图4相对厚度与波陡关系(m=1.5)从图4可见，在同一坡度同一周期下，相对厚度均随波陡的增加而增加。这是因为越浪量随波陡增大而增大，越浪量越大，必然对堤后护坡?

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