一、斜坡式防波堤簡介
防波堤主要是用來防禦波浪的侵襲，維護港內水域的平穩，以保證船舶在港內安全地停泊和進行裝卸作業；防波堤還可用來攔阻泥沙減輕港內淤積和防止流冰大量湧入池內。由於防波堤直接承受巨大的波浪力的作用，有時還承受巨大的冰荷載的作用；大多位於水深浪大處，造價高，佔港口工程總投資的很大部分。
斜坡堤是防波堤的一種主要形式，在築港中得到廣泛採用。斜坡式防波堤的結構形式主要有三類：拋石防波堤、人工塊體護面防波堤、土砂心防波堤。
在開敞海岸的港口中，由於波浪較大，應用最廣的是人工塊體護面的防波堤。圖1-1是我國某港口用人工塊體作護面的防波堤試驗斷面。
圖1-1 某港口防波堤試驗斷面
護面採用拋石、安放混凝土人工塊體的斜坡式防波堤主要由堤心、墊層、護面塊體、稜體、護底塊石、胸牆組成。
1.堤心
堤心是斜坡堤的主體，通常採用重10～100kg不分級塊石堆積而成，堤心也有用山皮石渣拋填的。
2.墊層
墊層在人工塊體與堤心石之間，為防止堤心石從護面塊體縫隙中跑掉並使混凝土護面塊體有良好的支撐面，因此它的下面應設塊石墊層。此外墊層能夠保護堤心石在防波堤施工期間不至於被波浪沖散。
3.護面塊體
為增強護面的穩定性，提高抵禦波浪的能力，常用消浪效果好、抗浪能力強的混凝土人工塊體做護面塊體。最常見有四腳空心方塊、四腳錐體、扭王字塊體、扭工字塊體、柵欄板等。人工塊體模型見圖1-2。
a、四腳空心方塊b、四腳錐體
c、扭王字塊d、扭工字塊
e、柵欄板
圖1-2 常用的幾種人工塊體
4.稜體
港外側通常設定水下拋石稜體，用以支撐護面塊體。當水深較淺且地基較好時也可以不設定拋石稜體。
5.堤前護底塊石
在可沖刷地基上建防波堤建築物，堤底應鋪設墊層。為了保護地基不被沖刷，斜坡式防波堤堤前應設護底塊石層，其塊石大小，根據堤前流速確定。
6.堤頂胸牆
胸牆可以是現澆或預製混凝土，也可以是漿砌塊石胸牆，其斷面尺寸的確定應根據波浪力計算及穩定性驗算來確定。
二、試驗目的
通過斜坡式防波堤的實驗，使同學們能夠掌握用試驗的方法驗證波浪荷載作用下斜坡堤的穩定性。為專業課的學習及在做斜坡式防波堤設計時，應考慮的一些實際工程問題，對擋浪牆的穩定狀況、堤頂的越浪情況、護面塊體、護底塊石的選擇等做到更合理、更科學。
三、試驗例項介紹
我們選擇的試驗為一實際工程案例，試驗原模型為某港口建設工程防波堤斷面穩定性試驗（圖1-3為試驗斷面圖）。斜坡堤護面安放柵欄板。波浪力是作用在防波堤上的主要荷載。
試驗要求在極端高水位、設計高水位時，在給定的波浪荷載作用下研究防波堤的穩定性。
圖1-3模型試驗斷面圖
1. 工程水文條件（由設計單位提供）
該工程海域浪型以風浪為主，湧浪很少，浪向以sse向頻率最大，因此採用sse向設計波浪要素，波浪要素重現期為50年一遇。
（1）水位
極端高水位：+7.01 m；
設計高水位：+5.57 m；
設計低水位：+0.41 m。
（2）波浪 （50年重現期）
（3）水深
依據海床高程： -5.49 m
設計低水位水深：5.9 m
設計高水位水深：11.06 m
極端高水位水深：12.5 m
2.試驗方法
（1）試驗比尺的的確定
試驗依據《波浪模型試驗規程》（jtj/t234—2001）。根據弗勞德重力相似準則及及實驗室現有裝置條件，試驗模型的幾何比尺定為1:30。
原型設計引數值與試驗引數值換算見表1-1。
表1-1原型設計引數值與試驗引數值換算表
原型設計引數值與試驗引數值換算（1:30） 表1-2
（2）試驗模型的確定
試驗模型採用正態模型，保證外形幾何尺寸和重心及重量與原形相似，堤心石的級配滿足規範要求。墊層塊石、稜體塊石、護腳塊石經過篩選，重量偏差控制在規範要求範圍±3%之內。人工護面塊體、胸牆的模擬保證外形幾何尺寸相似、重量相似及重心相似。
試驗波浪要素的模擬採用不規則波。試驗水位及波浪要素按設計單位提供的要求進行。
進行各護岸穩定性試驗時，每個水位條件下模擬原型波浪作用時間取10min，以便觀察斷面在波浪累積作用下的變化情況。護面塊體的穩定性試驗，根據波浪試驗規程規定，每組至少重複3次。當3次試驗現象差別較大時，增加重複次數。
每次護面塊體均需重新擺放。
（1）護面塊石穩定性判斷
在波浪累計作用下，單層鋪護面塊體，其累積位移超過單個塊體的厚度時即失穩；單層隨機拋放的護面塊體，其位移後產生的縫隙寬度超過塊體最大幾何尺度一半時即失穩。
（2）護底塊石、拋石稜體穩定性判斷
在波浪累積作用下，斜坡式建築物拋石稜體和塊石護底的表面明顯變形即失衡。
（3）胸牆穩定性判斷
胸牆穩定性判斷是觀察其移位情況進行判斷，當觀測到胸牆發生明顯滑動或傾斜時即失穩。失穩的斷面要進行重複試驗，重複試驗也失穩的，判斷為斷面失穩；重複試驗不失穩，分析其原因。
（4）堤頂越浪量的測定
對於越浪量的測定是在堤頂上方用接水裝置接取越浪水體，通過測量重量或體積得到模型的越浪量。不規則波接取乙個完整波列的總越浪量水體作為相應歷時的總越浪量，然後計算單寬平均越浪量。按相似準則，將模型越浪量換算成原體越浪量。
單寬平均越浪量按下式計算：
式中：q—單寬平均越浪量（m3/m/s）；
v—1個波列作用下的總越浪水量（m3）；
b—收集越浪量的接水寬度（m）；
t—1個波列作用的持續時間（s）。
4.試驗裝置及測試儀器
（1）實驗水槽
斷面穩定試驗為了觀測一般在波浪水槽中進行。該實驗水槽長47 m、寬1 m、深1.3 m。
水槽的前端加有直立式消能網、伺服電動機、推波板，設有出流口；水槽的尾端安裝斜坡式消浪網以減少波浪的反射影響，尾端也設有出流口。造波機可生成不規則波、規則波。
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