作用于直立堤墙与桩柱的波峰高度分析计算

<
ｄ１
２
≤
ｄ
３
)
高基床
( ｄｄ ≤ １３ )
１
ｄ１ ≥１ ８Ｈ
立波
ｄ１ < １ ８Ｈ
近破波
ｄ１ ≥１ ５Ｈ
立波
ｄ１ < １ ５Ｈ
近破波
注: Ｔ ∗ —波浪的无因次周期或相对周期ꎬ Ｔ ∗ ＝ Ｔ
式(３) —(５) 计算ꎮ 该法由大连理工大学在二阶椭
余立波理论的基础上ꎬ 结合模型实验和国外资料
350214479qq????com波浪在行进过程中?当遇到水工建筑物之类的障碍物时?波浪能量传播受阻?大部分动能转化为势能?波面升高?达到的最高高度称为波浪作用在建筑物上的高度?当建筑物为斜坡堤?波浪爬升的最高垂直高度一般称为波浪爬高或浪爬高?当建筑物为直立式堤防或墙体桩基或墩柱时?一般称为波峰面高度或波峰高度?波浪作用在建筑物上的高度与波浪要素及形态相对水深建筑物机构型式坡率渗透性粗糙率有时合计以渗糙系数考量等因素有关?非常复杂?科研院所大多基于规则波研制一定适用范围内适用的半经验半理论计算方法?经实测资料验证后被港口航道与堤防工程设计规范12及各自前溯版本采用?关于斜坡堤的波浪爬高计算?上述规范及各自前溯版本以附录形式或以明晰的条文集中列出?公式图表的表达相对系统且清晰?容易查算?2012版?电力工程水文技术规程?附录d????2也在电力勘测领域首次增引1998版?海港水文规范?4给出的斜坡堤浪爬高计算方法3?然而?关于直立堤墙和桩柱的波峰高度的计算方法?分散于波浪对直墙式建筑物与波浪对桩基和墩柱的力学计算的条文内?许多情形下的计算公式没有以我们习惯采用的以设计波高的比值来给出?亦即公式表达不够直观?图表也不够清晰?使用者不易查算?甚至误以为jts145等规范没有这方面的内容?在直立式堤防码头电厂直墙式岸边泵房以及近年来兴起的海上风电基础平台升压站平台等的竖向布置中?常常以设计波高的比值来表示波峰高度?用作堤顶或建筑物0m层设计标高时的总超高组成58?为计算和衡量方便?本文基于jts1452015?港口与航道水文规范?给出的方法?结合规则波无因次周期与相对水深的对应关系等?经分类推演析出作用于直立堤墙和桩柱下的波峰高度与波高的关系?给出计算公式并制作图表方便使用与查算?同时评价了各类条件下波峰高度的值域范围?文末对成果予以汇总?1作用于直立堤墙的波峰高度1????1直立堤墙前的波浪形态判别如图1所示?波浪遇到直立堤或直墙式建筑物时?当水深足够?波浪会形成全反射?与入射波叠加形成立波也称驻波?当水深较浅或直立堤或墙本身有较高的基床时?波浪会产生破碎?当破碎在距离堤墙半个波长以外发生时?称为远破波?当破碎在距离堤墙半个波长以内或在基床及堤墙面发生时?称为近破波?立波远破波和近破波3种波态可按表1判定?直立堤墙立波的产生除符合表1条件外?尚应满足波峰线与建筑物大致平行?且建筑物的迎水面????711????
时ꎬ 当水深足够ꎬ 波浪会形成全反射ꎬ 与入射波叠
测领域首次增引 １９９８ 版« 海港水文规范» [４] 给出的
斜坡堤浪爬高计算方法 [３] ꎮ
然而ꎬ 关于直立堤墙和桩柱的波峰高度的计算
或墙本身有较高的基床时ꎬ 波浪会产生破碎ꎮ 当破
加形成立波( 也称“ 驻波” ) ꎮ 当水深较浅或直立堤
版« 电力工程水文技术规程» 附录 Ｄ ２ 也在电力勘
高” ꎻ 当建筑物为直立式堤防或墙体、 桩基或墩柱
« 港口与航道水文规范» 给出的方法ꎬ 结合规则波
波浪作用在建筑物上的高度与波浪要素及形
态、 相对水深、 建筑物机构型式、 坡率、 渗透性、
“ 析出” 作用于直立堤墙和桩柱下的波峰高度与波
粗糙率( 有时 合 计 以 渗 糙 系 数 考 量) 等 因 素 有 关ꎬ
影响波态的因素ꎮ
表 １ 作用于直立堤墙前的波态判别表 [１]
基床类型
产生条件
波态
暗基床和低基床
Ｔ ∗ ≥８ꎬ ｄ≥１ ８Ｈ
Ｔ ∗ < ８ꎬ ｄ≥２Ｈ
立波
Ｔ ∗ < ８ꎬ ｄ < ２Ｈꎬ ｉ≤１ / １０
Ｔ ∗ ≥８ꎬ ｄ < １ ８Ｈꎬ ｉ≤１ / １０
远破波
( ｄｄ > ２３ )
１
中基床
( １３
式不直观ꎬ 分析计算不够方便ꎮ 结合规则波无因次周期与相对水深的关系等ꎬ 经进一步分类推演ꎬ “ 析出” 作用
于直立堤墙和桩柱的波峰高度与波高关系的计算公式与图表ꎬ 便于使用与查算ꎻ 针对电力工程中波峰面高度计算
可能遇到的问题展开讨论ꎬ 提出分析计算的相关建议ꎬ 以求在工程实践中准确计算与合理取值ꎮ
制定 [１] :
ηｃ
＝ Ｂ η ( Ｈ / ｄ) ｍ
ｄ
Ｂ η ＝ ２ ３１０４ － ２ ５９０７Ｔ ∗－ ０ ５９４１
(３)
(４)
ｍ ＝ Ｔ ∗ / (０ ００９１３Ｔ ＋ ０ ６３６Ｔ ∗ ＋ １ ２５１５) (５)
现行直立堤墙前静水面以上的波峰高度的半经
验半理论计算方法基于规则波建立ꎮ 由式(２) 或表
２ 可知ꎬ 对于规则波ꎬ 相对水深与无因次周期存在
一一 对 应 的 关 系ꎬ 如 ｄ / Ｌ ＝ ０ １３９ 与 Ｔ ∗ ＝ ８ ０、
ｄ / Ｌ ＝ ０ １２ 与Ｔ ∗ ＝ ９ ０ 是等价条件ꎮ
１ ３ 立波的波峰高度
关键词: 无因次周期ꎻ 波态ꎻ 相对波高ꎻ 波陡ꎻ 峰高比
中图分类号: Ｐ７５２ 文献标识码: Ａ 文章编号: １６７２￣２４６９(２０２０)０１￣０１１７￣０７
波浪在行进过程中ꎬ 当遇到水工建筑物之类的
及近年来兴起的海上风电基础平台、 升压站平台等
势能ꎬ 波面升高ꎬ 达到的最高高度称为“ 波浪作用
高度ꎬ 用作堤顶或建筑物 ± ０ｍ 层设计标高时的总
障碍物时ꎬ 波浪能量传播受阻ꎬ 大部分动能转化为
的竖向布置中ꎬ 常常以设计波高的比值来表示波峰
在建筑物上的高度” ꎮ 当建筑物为斜坡堤ꎬ 波浪爬
超高组成 [５￣８] ꎮ
升的最高垂直 高 度 一 般 称 为 “ 波 浪 爬 高” 或 “ 浪 爬
为计算和衡量方便ꎬ 本文基于 ＪＴＳ １４５—２０１５
１ 作用于直立堤墙的波峰高度
验证后被港口、 航道与堤防工程设计规范 [１￣２] 及各
自前溯版本采用ꎮ
１ １ 直立堤墙前的波浪形态判别
关于斜坡堤的波浪爬高计算ꎬ 上述规范及各自
如图 １ 所示ꎬ 波浪遇到直立堤或直墙式建筑物
前溯版本以附录形式或以明晰的条文集中列出ꎬ 公
式图表的表达相对系统且清 晰ꎬ 容 易 查 算ꎮ ２０１２
１ ３ １ 当 ｄ≥１ ８Ｈ 且 ｄ / Ｌ ＝ ０ ０５ ~ ０ １２( Ｔ ∗ ＝ ２０ ３
~ ９ ０) 时
立波波峰面出现与波峰作用时ꎬ 波峰高度η ｃ 按
图 １ 直立堤或直墙式建筑物 [１]
宽度大于一个波长的条件ꎮ 由表 １ 可见ꎬ 堤墙前的
波浪要素、 水深条件、 底坡及基床轮廓尺寸等都是
碎在距离堤墙半个波长以外发生时ꎬ 称为远破波ꎻ
当破碎在距离堤墙半个波长以内或在基床及堤墙面
发生时ꎬ 称为近破波ꎮ
方法ꎬ 分散于波浪对直墙式建筑物与波浪对桩基和
立波、 远破波和近破波 ３ 种波态可按表 １ 判
墩柱的力学计算的条文内ꎬ 许多情形下的计算公式
定ꎮ 直立堤墙立波的产生除符合表 １ 条件外ꎬ 尚应
没有以我们习惯采用的以设计波高的比值来给出ꎬ
亦即公式表达不够直观ꎬ 图表也不够清晰ꎬ 使用者
不易查算ꎬ 甚至误以为 ＪＴＳ１４５ 等规范没有这方面
的内容ꎮ
在直立式堤防、 码头、 电厂直墙式岸边泵房以
满足波峰线与建筑物大致平行ꎬ 且建筑物的迎水面
收稿日期: ２０１９￣０４￣１２
Ｅ￣ｍａｉｌ: ３５０２１４４７９＠ ｑｑ ｃｏｍ
算ꎬ 同时评价了各类条件下波峰高度的值域范围ꎬ
时ꎬ 一般称为“ 波峰面高度” 或“ 波峰高度” ꎮ
无因次周期与相对水深的对应关系等ꎬ 经分类推演
高的关系ꎬ 给出计算公式并制作图表方便使用与查
非常复杂ꎮ 科研院所大多基于规则波研制一定适用
文末对成果予以汇总ꎮ
范围内适用的半Байду номын сангаас验半理论计算方法ꎬ 经实测资料
设计施工
２０２０ 年第 １ 期
水利规划与设计
ＤＯＩ: １０ ３９６９ / ｊ ｉｓｓｎ １６７２￣２４６９ ２０２０ ０１ ０２７
作用于直立堤墙与桩柱的波峰高度分析计算
化全利
( 北京市南水北调团城湖管理处ꎬ 北京 １００１９５)
摘要: 直立堤墙和桩柱波峰面高度的计算方法分散于现行港口与航道水文规范中的波浪荷载计算条文内ꎬ 相关公
作者简介: 化全利(１９７０ 年—) ꎬ 女ꎬ 高级工程师ꎮ
１１７
２０２０ 年第 １ 期
设计施工
水利规划与设计
对式(２) ꎬ 当需要由无因次周期求算相对水深
时ꎬ 隐函数难以直接计算ꎮ 本文将因变量自变量互
换ꎬ 采用乘幂拟合关系为:
ｄ / Ｌ ＝ ( １ ３５５ Ｔ ∗ － ２ ６９１ ) － ０ ９３４