半圆型防波堤的水力特性研究

时间：2025-04-24

第17卷第4期1999年11月海洋工程TH

EOCEANENGINEERING

Vol117,No14

Nov,1999

半圆型防波堤的水力特性研究

俞聿修　　张宁川　　饶永红

(大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室,大连　116024)

指摘要　采用不规则波浪试验,。出必须分别按出水堤或淹没堤计算堤上的波力,,的方法。

关键词HlicExperimentalStudyonSemi2CircularBreakwaters

YuYuxiu　　ZhangNingchuan　　RaoYonghong

(StateKeyLaboratoryofCoastalandOffshoreEngineering,DalianUniversity

ofTechnology,Dalian　116024)

Abstract　Thehydrauliccharacteristicsofsemi2circularbreakwatersunderactionofirregularwavesare

studiedinthispaper.Thevariationofwaveforcesonbreakwatersalongwiththemaineffectivefactorsarein2vestigated.Itispointedoutthatthewaveforcesonbreakwaterhavetobecalculatedaccordingtotheposition.Fortheformer,themodifiedGodamethodofthetopofthebreakwater,eitheraboveorbelowthewaterleval

isavailiblewhileforthelatter,theformulaetocalculatethedesignwaveforcesareproposedinthispaper.

Keywords　semi2circularbreakwater　breakwater　waveforces　hydrauliccharacteristics

1　前　　言

半圆型防波堤是日本港湾技术研究所和日本海岸发展研究所等单位于80年代末开始研

究开发的一种新型防波堤结构[1]。它由预制的半圆型拱圈和底板组成,放置在基床上。根据使用情况,可在拱圈的前半部或后半部或全部以及底板上开孔,在堤身内部形成消浪室,以减小波浪力和波浪反射。

这种堤具有受波力较小,稳定性好;堤面波力均通过圆心,不产生倾复力矩,适用于软基;结构简单,圆拱受力性能好,造价低;堤体预制安装,勿需填石,施工方便,安放后即可抗御大浪袭击以及外观较美观等优点,因而受到工程界的欢迎。日本在宫崎港的防波堤中安置了一段长36m(3×12m)的半圆型试验堤,并于91～94年进行了现场观测[2]。我国于1997年在天津港五期围埝横堤建成长530m的半圆型防波堤。长江口深水航道一期工程南导堤也采用了这种结构型式。但迄今对这种堤的水力特性及其波浪力的计算方法尚很少研究。日

Ξ收稿日期:1998212229

俞聿修　男　65岁　教授　博导

海　　洋　　工　　程第17卷

本的模型试验和原型观测多为大开孔的出水堤。我国沿海潮差较大,在起控制作用的高潮位时,堤常没入水中。堤上开孔也较小。已有的工程设计都依赖于模型试验,其结果表明[注1]:日本建议的合田改进公式不能保证堤的安全。为此结合交通部第一航务工程勘察设计院委托的二项工程试验,对半圆堤的水力特性和波力进行了比较系统的模型试验研究,建议了计算波力的方法。

2　模型试验

211　试验设备和仪器

,m,宽210m,高118m。,1。防m,模型放置在中间小槽内,1∶150。

图1　半圆型防波堤模型断面图

(图中尺寸以mm计,高程以cm计,堤体纵长320mm,重52131kg)

Fig11　Crosssectionofsemi2circularbreakwatermodel

防波堤模型横断面见图1。在圆拱上和底板上的开孔位置如图2所示。为了研究堤上开孔对堤的水力特性和波力的影响,试验中改变孔径以改变开孔率,但孔的位置不变。在模型圆拱和底板的内、外壁上,沿周边方向比较均匀地布置32个压力盒(北京水科院研制的SG200压力测量系统),同步采集32点波压力变化过程,对其进行数值积分可得到作用于半圆型堤上的总水平力Fx(向岸为正)

和总垂向力FY(向上为正)。212　试验组次和试验方法

试验主要组次见表1。设堤处海底标高为010,d=01413m为平顶水深;d<0141m为出水堤情况,其它二种水位时为淹没堤。

不规则波浪主要模拟国际上通用的JONSWAP谱(Χ=313),为了比较,少量组次采用B2[3]

M谱。为了检验波高和周期的影响,试验中分别改变波高和周期。

试验的7种开孔率为:

(二)、(三),1996年6注1:大连理工大学土木系海动室:半圆型防波堤在波浪作用下的稳定与受力试验研究报告(一)、

月

第4期

半圆型防波堤的水力特性研究

　　(1)前弧Εf=110%,后弧Εr=312%,底板Εb=610%;(2)Εf=110%,Εr=312%,Εb=10%;(3)Εf=110%,Εr=2510%,Εb=610%;(4)Εf=1516%,Εr=711%,Εb=15%;(5)Εf=612%,Εr=312%,Εb=15%;(6)Εf=0,Εr=312%,Εb=610%;(7)Ε。底板开f=0,Εr=0,Εb=0孔率Εb为底板开孔面积与内弧内底板面积之比。

放置模型前,定原始波要素,表1测。0s。堤前放置二,用两点法测定波浪反射系

)外测定透过数[4]。在堤后一个波长(L3波。

测量点压强的SG200系统出厂前已进行了率定。试验中定期采用改变槽中水位的方法进行率定修正。

所有试验重复三遍,结果取其均值。

表1　试验组次

Tab11　Experimentalconditions

谱

型

水深d(米)

图2　堤上开孔位置图

(海侧弧上4个孔的纵向位置如图中的虚线圆所示,

港侧弧上开孔的纵向位置同底板,长度单位mm)