CN109631727A - 一种波浪作用下防波堤块石沉陷深度预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波浪作用下防波堤块石沉陷深度预测方法，通过巧妙精密的设计方法，将块石的沉陷压力与地基软化后的极限承载力进行量化比较，有效测算出极端海况波浪作用下防波堤块石沉陷深度，填补了现有沉陷深度测定方法的空白，对于了解防波堤基础埋设深度、防波堤设计标高和尺寸等均具有重要意义。

Description

一种波浪作用下防波堤块石沉陷深度预测方法
技术领域
本发明属于海洋工程领域，具体涉及一种波浪作用下防波堤块石沉陷深度预测方法。
背景技术
防波堤是修建在沿岸防止极端海况下波浪对陆地侵袭的结构物，通常用混凝土或块石填筑而成。混凝土材质的刚度大，强度高，防浪能力较强，但投资较大，另外局部一旦遭到破坏，往往整体容易失稳；块石防波堤相对造价较低，局部破坏不太容易造成整体失稳，是较为常用的一种形式。块石防波堤地基在波浪长期作用下可能会出现软化，导致强度降低，块石在自重作用下逐渐沉陷。目前，对于沉陷深度尚无有关理论方法进行确定。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种波浪作用下防波堤块石沉陷深度预测方法，解决了上述背景技术中的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种波浪作用下防波堤块石沉陷深度预测方法，包括如下步骤：
(1)测算待测块石的宽度b、长度l、块石浸入水中体积增大的量V和密度ρ0；
(2)每隔单位深度D测量一次防波堤地基土体随深度上的不排水抗剪强度cu；
(3)每隔单位深度D测量一次防波堤地基土体随深度上的锥端阻力qc；
(4)测算防波堤地基土体的水下密度ρ'：利用现场取原状样，利用环刀法测得土体的密度ρ1，然后计算出水下密度ρ'；
ρ'＝ρ1-ρw (1)
其中，ρw为海水密度，取1.02g/cm3；
(5)测量防洪堤前波浪的平均参数，包括平均波高H、平均水深d、平均波长L；
(6)测算防波堤地基土体在波浪作用下的软化力S；
其中，z为海床深度(m)，在深度上每隔单位深度D取值一次；
(7)测算每隔单位深度D防波堤地基土体的软化抵抗力R；
R＝0.833(qc/1000)+0.05 (3)
(8)测算每隔单位深度D防波堤地基土体软化后的不排水抗剪强度c'u；
c'u＝(1-S/R)cu≥0 (4)
当c'u小于零时，取零；
(9)测算每隔单位深度D块石的沉陷压力p；
其中，g为重力加速度；
(10)测算每隔单位深度D地基软化后的极限承载力pu；
(11)确定块石沉陷深度z1；
在某个深度z1处，若p始终大于pu，而在深度z1以下，p小于pu，则深度z1即为防波堤块石的沉陷深度。
在本发明一较佳实施例中，所述单位深度D为8～12cm。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(1)用直尺测量出块石的宽度b和长度l。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(1)采用将块石浸入水中体积增大的量V和称取质量m的方法，计算得到块石的密度ρ0。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(2)采用现场十字板剪切仪测试出地基土体随深度上的不排水抗剪强度cu。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(2)现场取原状土体，运回实验室进行无侧限抗压强度试验，测得其无侧限抗压强度qu，则cu＝qu/2。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(3)采用静力触探仪测试出地基土体随深度上的锥端阻力qc。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(5)由安装在防洪堤前的波潮仪进行测量。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.通过巧妙的设计方法，将块石的沉陷压力与地基软化后的极限承载力进行量化比较，有效测算出极端海况波浪作用下防波堤块石沉陷深度，填补了现有沉陷深度测定方法的空白；
2.本方法预测简单、流程性强和结果可靠。
3.本方法应用范围广，用于预测极端海况波浪作用下防波堤块石沉陷深度，进一步测算防波堤基础埋设深度、防波堤设计标高和尺寸等，对防波堤施工设计具有重要意义。
具体实施方式
实施例1
本实施例的一种波浪作用下防波堤块石沉陷深度预测方法，应用于福建省东南沿海某防洪堤，该防洪堤采用周围矿山开采的块石填筑而成，顶面宽度为7.8m，高度为2.6～3.7m，边坡坡度为1:1.5。
(1)经过对某块石的尺寸进行测量，确定出其宽度b为0.37m，长度l为0.51m；通过测量其体积和质量的方法，测得体积为0.062m3，计算得到块石的密度ρ0为2.74g/cm3；
(2)采用现场十字板剪切仪测试出地基土体随深度上的不排水抗剪强度cu，在深度上每隔10cm测量一次，结果如表1所示；
(3)采用静力触探仪测试出地基土体随深度上的锥端阻力qc，在深度上也每隔10cm测量一次，结果如表1所示；
(4)现场取原状样，利用环刀法测得土体的密度ρ1为1.88g/cm3，然后计算出水下密度ρ'为0.86g/cm3；
(5)极端海况下，在防波堤前面安装波潮仪，测得波浪的平均参数，平均波高H为0.7m，平均水深d为2.1m，平均波长L为35.0m；
(6)计算防波堤地基土体在波浪作用下的软化力S，
其中，z为海床深度(m)，在深度上每隔10cm取值一次，各深度处的结果列于表1中；
(7)测算每隔10cm深度防波堤地基土体的软化抵抗力R，各深度处的结果列于表1中；
R＝0.833(qc/1000)+0.05 (3)
(8)测算每隔10cm深度防波堤地基土体软化后的不排水抗剪强度c'u，各深度处的结果列于表1中；
c'u＝(1-S/R)cu≥0 (4)
当c'u小于零时，取零；
(9)测算每隔10cm深度块石的沉陷压力p，各深度处的结果列于表1中；
其中，g为重力加速度；
(10)测算每隔10cm深度地基软化后的极限承载力pu，各深度处的结果列于表1中；
(11)确定块石沉陷深度z1；
在某个深度z1处，若p始终大于pu，而在深度z1以下，p小于pu，则深度z1即为防波堤块石的沉陷深度。
表1防波堤在波浪作用下块石沉陷深度计算表
从表1中的最后两行可以看出，在0.9m深度以内，沉陷压力均大于极限承载力，而在0.9m以下，沉陷压力小于极限压力，所以该块石在上述波浪作用下的沉陷深度为0.9m。
本领域技术人员可知，当本发明的技术参数在如下范围内变化时，可以预期得到与上述实施例相同或相近的技术效果：步骤(2)现场取原状土体，运回实验室进行无侧限抗压强度试验，测得其无侧限抗压强度qu，则cu＝qu/2。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种波浪作用下防波堤块石沉陷深度预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)测算待测块石的宽度b、长度l、块石浸入水中体积增大的量V和密度ρ0；
(2)每隔单位深度D测量一次防波堤地基土体随深度上的不排水抗剪强度cu；
(3)每隔单位深度D测量一次防波堤地基土体随深度上的锥端阻力qc；
(4)测算防波堤地基土体的水下密度ρ′：利用现场取原状样，利用环刀法测得土体的密度ρ1，然后计算出水下密度ρ′；
ρ′＝ρ1-ρw (1)
其中，ρw为海水密度，取1.02g/cm3；
(5)测量防洪堤前波浪的平均参数，包括平均波高H、平均水深d、平均波长L；
(6)测算防波堤地基土体在波浪作用下的软化力S；
其中，z为海床深度(m)，在深度上每隔单位深度D取值一次；
(7)测算每隔单位深度D防波堤地基土体的软化抵抗力R；
R＝0.833(qc/1000)+0.05 (3)
(8)测算每隔单位深度D防波堤地基土体软化后的不排水抗剪强度cu′；
cu′＝(1-S/R)cu≥0 (4)
当cu′小于零时，取零；
(9)测算每隔单位深度D块石的沉陷压力p；
其中，g为重力加速度；
(10)测算每隔单位深度D地基软化后的极限承载力pu；
(11)确定块石沉陷深度z1；
在某个深度z1处，若p始终大于pu，而在深度z1以下，p小于pu，则深度z1即为防波堤块石的沉陷深度。
2.根据权利要求1所述的一种波浪作用下防波堤块石沉陷深度预测方法，其特征在于：所述单位深度D为8～12cm。
3.根据权利要求1所述的一种波浪作用下防波堤块石沉陷深度预测方法，其特征在于：所述步骤(1)用直尺测量出块石的宽度b和长度l。
4.根据权利要求1所述的一种波浪作用下防波堤块石沉陷深度预测方法，其特征在于：所述步骤(1)采用将块石浸入水中体积增大的量V和称取质量m的方法，计算得到块石的密度ρ0。
5.根据权利要求1所述的一种波浪作用下防波堤块石沉陷深度预测方法，其特征在于：所述步骤(2)采用现场十字板剪切仪测试出地基土体随深度上的不排水抗剪强度cu。
6.根据权利要求1所述的一种波浪作用下防波堤块石沉陷深度预测方法，其特征在于：所述步骤(2)现场取原状土体，运回实验室进行无侧限抗压强度试验，测得其无侧限抗压强度qu，则cu＝qu/2。
7.根据权利要求1所述的一种波浪作用下防波堤块石沉陷深度预测方法，其特征在于：所述步骤(3)采用静力触探仪测试出地基土体随深度上的锥端阻力qc。
8.根据权利要求1所述的一种波浪作用下防波堤块石沉陷深度预测方法，其特征在于：所述步骤(5)由安装在防洪堤前的波潮仪进行测量。
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