波浪作用下护岸三维稳定试验研究 (2014年)

针对大连某护岸工程平面布置方案，通过波浪三维稳定物理模型试验，分别对工程前设计波浪要素和斜坡护岸稳定性进行了研究。研究结果表明，特定地形条件下近岸处波高会大于深水处波高，值得设计特别注意；采用同样重量的护面块体，在击岸破碎波的作用下，浅水段的护岸稳定性不及深水段，底部块体的失稳会导致上部块体的下滑、坍塌，从而使断面失去防浪功能；在某些情况下，斜向浪对扭王字块护面块体的作用比正向浪偏于危险。因此，工程设计需要特别注意斜向浪和击岸破碎波的影响。 ### 波浪作用下护岸三维稳定试验研究 #### 研究背景 该研究针对大连某特定区域的护岸工程进行，此区域位于老虎滩湾，面向黄海，水深浪大，湾口水深可达一定深度，50年一遇的波高接近8米。海湾形状呈现为喇叭口状，水域宽度由外向内逐渐缩小，从1500米减少到不足500米。拟建的护岸总长度约为900米，水深范围在-3.0至13.0米之间。由于水下地形复杂且坡度较陡（局部达到1:10），因此需要通过物理模型试验来评估护岸在特定波浪条件下的稳定性。 #### 试验方案与方法 ##### 试验方案 - **护岸类型**：护岸总长936米，其中GK段为斜坡式，长度340米，采用15吨扭王字块作为护面材料；KM段为直立沉箱式，底部为坚硬岩石。 - **平面布置**：护岸设计包括斜坡式护岸和直立式护岸两个部分。 - **护岸断面**：具体细节见研究原文中的图示。 ##### 试验条件 - **水位**： - 极端高水位：+2.68米 - 设计高水位：+1.66米 - 设计低水位：-1.53米 - **波浪条件**： - 50年一遇波高：7.83米 - 有效波高：5.5米 - 平均周期：9.08秒 #### 试验结果与分析 ##### 近岸设计波高与深水波高的比较 研究发现，在特定地形条件下，近岸处波高会比深水区的波高更大，这一现象值得特别注意。这主要是因为水下地形坡度较陡，水深变化剧烈，导致波浪在传播过程中发生折射、绕射、底摩擦和浅水变形等效应，进而使得近岸波高增加。 ##### 斜坡护岸稳定性 - **水深影响**：深水段护岸（水深12米）在击岸破碎波的作用下保持稳定，而浅水段护岸（水深5-12米）则出现护底块石被冲刷的情况，导致护面块体失稳，进而影响整个护岸的稳定性。 - **波浪方向**：研究还指出，在某些情况下，斜向浪对扭王字块护面块体的作用比正向浪更加危险。这意味着斜向浪可能会加剧护面块体的不稳定性和护岸的整体稳定性问题。 本研究通过物理模型试验揭示了特定地形条件下近岸波高可能大于深水波高、斜坡护岸稳定性受水深和波浪方向的影响等问题。这些发现对于指导护岸工程的设计具有重要意义，特别是在考虑斜向浪和击岸破碎波的影响方面。为了确保护岸的安全性与可靠性，工程设计阶段必须综合考虑这些因素，采取适当的防护措施。