刍议水利工程中堤防护岸工程施工技术

堤防护岸工程作为水利工程的重点部分,承担着防治水体侵蚀,保证堤坝稳定及保障周围生态环境与人们生活安全等任务。在水利基础设施建设持续发展的背景下,堤防护岸工程规模与复杂程度逐渐加大,其施工技术也受到了较大挑战。由于气候变化,水文环境极端化及城市化进程加快等原因,堤防护岸施工技术难度越来越大,常规施工方式在处理复杂地质条件及极端水文环境中暴露了诸多问题。所以,提高堤防护岸工程施工技术水平、探索和创新施工方法就成了水利工程领域急需解决的一项重要任务。

半直立半斜坡式防波堤结构设计

半直立半斜坡式防波堤凭借“一堤多用”的结构优势广泛应用于防波堤工程中。外侧斜坡式结构对风浪适应性强,对波浪有一定的遮挡效应;内侧直立式结构可兼做码头,实现系靠泊及平台作业功能。目前规范关于半直立半斜坡式防波堤的研究较少,斜坡堤的消浪效果及波浪力折减系数缺乏理论支撑。结合工程实例,通过物理模型试验进行验证,将实测波浪数据分别与规范中直墙式建筑物墙前波浪力计算值、斜坡式建筑物顶部挡浪墙波浪力计算值进行对比,分析两种计算方法得出的结论与模型试验结论之间的差异并提出不同部位波浪力折减系数取值,通过波浪力试验实测值进行结构稳定性复核验算并给出相关建议。研究成果可为类似项目提供参考。

基于PLAXIS流固耦合锚固岸坡失稳研究

本研究采用PLAXIS有限元软件,通过完全耦合流动变形理论,研究了坡度边坡在不同降雨强度下的稳定性和孔隙水压力响应。研究采用了莫尔-库仑破坏准则和毕晓普有效应应力概念来描述土壤的剪切强度。在非饱和带下,土壤的渗透性使用土壤水特性曲线(SWCC)来描述,采用VG模型解释了SWCC和渗透率函数。研究结果表明,降雨强度、坡度角度和是否进行锚固加固是影响边坡稳定性的关键因素。较高的降雨强度和较陡的坡度角度导致边坡更容易失稳,而锚固边坡通过提供稳定性支持可以延缓失稳的时间。此外,孔隙水压力响应显示了在降雨初期出现的孔隙水负压效应,其大小和变化速度受降雨强度和坡度的影响。这些研究结果有助于更好地理解边坡的稳定性和水文地质互动,为工程设计和风险管理提供了重要参考依据。

高震区斜坡式护岸的岸坡稳定性分析

对位于菲律宾高震区的某斜坡式护岸结构的岸坡进行稳定性评估,分析国际上主流抗震设计规范,结合该工程的具体设计条件,提出合适的地震岸坡稳定分析方法、稳定标准和分析流程,并采用Newmark法和非线性动力分析对该护岸的震后残余位移进行计算。结果表明:高震区的岸坡稳定分析宜以控制位移为目标,水准1、2地震下的残余位移宜分别不超过5、30 cm;当采用Newmark法计算时宜取其上限位移,而通过非线性动力分析可获得岸坡残余位移和最大剪应变等的分布,从而对地震下的岸坡稳定做更为全面的设计和评估。

波浪在陡坡上传播演化破碎特性试验研究

文中选取不同波浪入射参数和水深,分析了波浪在陡坡上传播破碎规律,采用高速摄像机对卷破破碎组次进行拍摄,结合频谱分析对陡坡上波浪破碎形态、破碎位置、波能演化特性进行研究.结果表明:对于卷破破碎波,影响最大的因素是水深,其次是波高和周期.卷破波破碎的过程是水团和卷舌不断演化扩大最后消失的过程,是波能从低频向高频转换的过程,高倍频向主频及次频转移最终趋于稳定标志着卷破破碎的结束.

长周期波作用下平板阵列防波堤消浪特性数值模拟研究

如何有效地抵御长周期波浪是目前海岸工程所需解决的难题。板式防波堤对长周期波浪具有一定的消浪效果,且施工方便、造价低廉、适用范围广,对其进一步的研究具有重要意义。本文基于数值模拟软件FLOW-3D,建立数值造波水槽,以防波堤相对板长L_(0)/L、相对板间距j/L、相对板厚d/H及板数N为研究参数,给出平板阵列防波堤最佳布置方案及尺寸。模拟结果表明:结构参数相对板厚d/H=0.1,板数N=4,相对板间距j_(1)/L=0.3,j_(2)/L=0.1,相对板长L_(0)/L=0.6,非均匀布置四板型式平板阵列防波堤的消浪效果最好,说明该布置形式对周期小于8 s(原型周期T=25.28 s)的长周期波有良好的消浪效果。

基于水流牵引力的河道岸坡稳定性分析

基于极限平衡理论,结合水平条分法,将Bishop法的竖直条间力关系转换到水平土条上,推导出水流牵引力作用下均质岸坡稳定安全系数的理论计算公式,将其结果与ABAQUS有限元软件的强度折减法模拟的计算结果进行对比分析。结合工程实际,分析水流牵引力对不同坡比河流岸坡的稳定性影响规律。结果表明,理论计算公式与软件模拟的结果基本吻合,误差不超过2.1%。河流中水流牵引力会增大岸坡土体的下滑力矩,降低河流岸坡土体稳定安全系数;当岸坡土体遭受降雨、坡脚土体劣化作用等多因素作用下而处于临界稳定状态时,水流牵引力可能成为滑坡启动的关键因素;在河流岸坡失稳滑动时,水流牵引力将导致滑体向河道方向滑移更远距离,加重滑坡对河流航道安全的危害;坡度越陡,岸坡稳定安全系数受水流牵引力的影响越大。在进行高陡河流岸坡稳定性分析时,水流牵引力是与强降雨、泥石流等因素同样重要且不可忽视的导致岸坡灾变失稳的外部荷载作用。

大亚湾波高计算及分析

波高是海堤设计需要考虑的重要因素,它直接影响海堤的堤顶高程、结构及投资。对此,以大亚湾海堤为例,基于海域地形、风向、风速、波浪、潮位等条件,构建研究区域数值模型,分析大亚湾波高变化规律,计算确定海堤堤前设计波高。结果表明:东大亚湾波高值整体较西侧大;鹏城东段海堤、东山段海堤和杨梅坑段海堤堤前各计算点的波高SE向较S向大;随着潮位的降低,各段海堤计算点的波浪强度均呈逐渐减弱的趋势。波高计算结果可为开展大亚湾海堤达标加固设计工作提供参考。

潜堤消浪瞬态数值仿真研究

为评估潜堤在生态海堤体系中的消浪作用,采用计算流体力学软件,结合推板数值造波、自由液面等计算模型,对典型缩尺工况下裸海堤、潜堤进行了瞬态模拟对比研究。结果显示,水深55 cm、波高8 cm、周期2 s的波浪工况在裸海堤、潜堤2种工况上产生的波浪爬高依次降低,相对于裸海堤,潜堤可使波浪爬高减少25%,潜堤在静水面下10 cm处海堤坡脚的波压力下降约15%。

台州市海塘提标保护建设的必要性与对策研究

为做好新形势下海塘提标建设的总体部署和设计工作,在统计台州市海塘基本情况、海塘存在的主要问题及未来海塘提标保护必要性的基础上,探讨了海塘提标保护的“安全、生态、融合”三大策略。综合借鉴近年国内海塘工程优秀建设案例,结合台州市海塘工程在工程建设实践过程中遇到的问题,总结出海塘标准、功能及管理3个角度的提标举措。分别探讨未来海塘建设的思路,提出了具体的建设策略和实现路径,为今后海塘工程提标建设提供借鉴和参考。

海堤生态化建设研究综述

海堤作为沿海地区的重要防风御潮设施,在海防工程中具有重要作用。文中介绍了生态海堤建设的背景,对国内外生态海堤建设的方法及实践内容进行了总结。梳理出现阶段生态海堤建设突出的问题,并给出了相关的建议。

生态型港口海岸防护块体Coastalock的研究与工程应用

在积极稳妥推进碳达峰、碳中和的社会大背景下,针对传统的海岸防护结构无法满足应对气候变化、生物多样性、绿色低碳发展等凸出矛盾,通过大量文献调查研究,介绍一种基于仿生学的新型防护块体Coastalock解决方案,并进行有关物理模型试验及工程应用验证。结果表明,该块体具有较好的稳定性及消浪效果,适用于大部分海岸情况,其碳封存和生物多样性效果显著,有助于港口与海岸工程建设应对气候变化。

鼎形浮式防波堤消浪性能研究

为进一步提高矩形浮式防波堤消浪性能,设计一种鼎形浮式防波堤,基于STAR-CCM+软件建立二维数值模型,分析3种潮位下吃水深度、弧墙高度和弧墙角度对该结构消浪性能的影响。研究结果表明:与矩形方箱浮式防波堤相比,鼎形浮式防波堤可有效提升消浪性能;该结构透射系数随着吃水深度、弧墙高度和弧墙角度的增加而减小;反射系数随着吃水深度和弧墙高度的增加而增大,弧墙角度对浮堤的反射系数影响不明显;透射系数随着相对宽度的增加总体呈下降趋势,反射系数随着相对宽度的增加总体呈上升趋势。在研究的波浪要素条件下,当结构参数设置为吃水深度0.2 m、弧墙高度0.05 m、弧墙角度54°时,透射系数、反射系数分别达到0.11、0.61,此时为最优参数设置,浮堤的消浪性能最好。

基于SPH方法的孤立波数值模拟

文中应用DualSPHysics开源代码平台,基于Goring理论采用推板造波方法构建二维数值造孤立波水槽,探究粒子间距D p对数值模拟孤立波的影响.采用6种粒子间距D p分别对2种波高的孤立波进行了数值模拟,显示了2个监测点处数值模拟与解析解的波形对比,计算和分析了不同D p下、4个监测点处的波高与理论波高的误差.结果表明:粒子间距D p=0.01 m时数值模拟精度较高同时计算耗时较少,并将此种粒子间距D p的数值模拟结果与物理试验测量结果进行了对比,二者吻合程度好.

高压旋喷桩在人工填石层下深层淤泥地基加固试桩效果

惠州港某设备库基地项目护岸前沿存在深层淤泥,为保证岸坡稳定,设计采用高压旋喷桩加固地基。为验证合理的高压旋喷桩施工参数和施工流程,为后续大面积施工提供可靠的技术参数,按照规范及设计要求进行高压旋喷桩试桩。文中就该项目试桩后,对试桩施工参数、施工工艺、试桩效果等进行分析总结,为类似项目提供宝贵的施工经验。

筒型基础防波堤稳定性简化计算方法

筒型基础防波堤是一种新型港口与海岸工程结构,依靠下部筒体沉入土中维持结构稳定。结合实际工程,建立了筒型基础防波堤稳定性分析的三维弹塑性有限元模型,得出了其失稳模式为绕基础筒底以下某点发生转动失稳。通过对结构进行极限状态受力分析,建立了基于实际转动点的结构稳定性计算方法,对稳定性计算模型和土体作用力计算公式等进行了检验。在此基础上,将转动点移至基础筒底部距结构中心线水平距离为h′的位置,以此作为结构倾覆破坏时的假想支撑点,建立了基于重力式结构稳定性验算模式的筒型基础防波堤稳定性分析的简化方法。通过不同基础尺度下计算结果的分析比较,建议了h′的取值。与有限元计算结果的比较表明,建立的简化计算方法具有较高的精度,可供实际工程参用。

基于EDEM和ANSYS联合仿真的格宾石笼护岸施工分析

格宾石笼挡土墙属于柔性结构,施工过程中变形和沉降过大容易导致平整度和高程超验收规范要求。采用离散元仿真软件EDEM和有限元仿真软件ANSYS联合仿真,对格宾石笼本身及内部散粒体系的受力、变形进行研究。石笼网箱受力具有较复杂且随机性大的特点。以研究石笼网箱的土压力为着手点,就石笼护岸变形过大的问题,提出石笼护岸墙前一定范围采用料石码砌;就沉降过大的问题,提出预留沉降或增加网箱高度。解决措施效果显著,研究成果可为类似项目提供借鉴。

扭王字块安装智能引导系统的施工应用

目前扭王字块水下可视化安装主要采用水下摄像机或声呐成像的方法进行,该方法对水域能见度要求高或传感器成本高,且难以实现关键参数的定量化控制。通过对扭王字块吊装工艺及验收要求进行分析,采用在履带吊、扭王字块等物体上加装传感器及空间点位计算程序设计等方式,研发出一套扭王字块安装智能引导系统。在防波堤工程施工现场开展典型段验证工作,实现了防波堤全断面的扭王字块可视化安装,使得高潮位下仍可进行扭王字块吊装,增加了施工作业窗口,有效提高了施工速度。

水下边坡稳定性的离心模拟试验研究

针对水下边坡稳定尚无成熟的计算方法 ,采用搜索法对水下粉砂质边坡和水下细砂质边坡的极限坡率进行离心模型试验。通过 13组模拟试验结果表明 ,水下粉砂质边坡的极限坡率陡于水下细砂质边坡的极限坡率 。

近自由水面水平板式防波堤消波特性及消波机理研究

近自由水面刚性水平薄板可作为一种新型的防波堤型式,文章通过应用完全非线性数值波浪水槽技术来探索这种型式防波堤的消波特性和消波机理。研究发现:水平板的浅水效应、透射波浪回流和板后波数分解成一系列高频短波是该种型式防波堤消波的三个重要原因。从工程应用的角度考虑,板的潜深与波高的比值以及板长与波长的比值是决定水平板消波的两个重要参数,合理地调整这两个参数,板式防波堤的透射系数可控制在0.2至0.5之间。由非线性数值模拟结果还可以发现,对于非常接近自由水面的水平板问题而言,会产生不少于3阶的高频短波,这说明用线性理论研究物体近自由水面问题是有局限性的。