[发明专利]坡面破波冲击压力计算方法

说明书

本发明公开了一种坡面破波冲击压力计算方法，目前，坡面破波冲击压力计算是斜坡式海堤工程设计的重要环节，且卷破波又是最严重最危险的一种破波类型，为此，基于简化的假设条件，提出一个半经验半理论卷破波冲击压力计算公式，并利用已有的规则波水槽试验数据和现场观测数据，对比分析了本公式以及国内外现状采用的一些经验公式，结果显示：现状国内规范采用的苏联公式在波高较大的计算条件下，存在计算结果偏小的情况；本发明与Stanczak改进公式计算结果相近，且对所使用的验证试验数据具有较好的包裹性。

技术领域

本发明涉及一种坡面破波冲击压力计算方法。

背景技术

一般而言，破波施加于海洋结构物上的冲击力远大于没有破碎时的波浪力,所以受波浪破碎冲击影响，海堤护面结构易因强度设计不足而遭受损坏，从而诱发局部海堤破坏，这也是常见的海堤破坏形式之一，在海堤防护设计中必须予以充分的重视与考虑。常见的三种破波类型，即崩破波(spilling breaker)、卷破波(plungling breaker)和激破波(surging breaker)中，又以卷破波对海堤的冲击力最大，破坏作用最强。波浪破碎是一种复杂的物理现象，其中波浪掺混气泡的不稳定性，即便是室内相同规则波浪的破碎试验，测力数据也可能存在较大的差异性，而且受限于另外两个关键技术瓶颈：一是此类问题理论基础的不完备；二是野外现场测验电磁环境或其他因素的干扰，导致目前相关破波研究成果主要还以易于控制的室内模型试验为主，并且现有广泛使用的破碎波浪冲击力计算公式也主要依托室内试验按经验或半理论半经验推求。值得关注的是，波浪破碎数值模拟技术作为一种便利的研究工具，也伴随着相关基础理论的进步而获得了一定的发展。

实用化的破波冲击力公式主要来源于美国、日本、德国等国家，比较有名的如美国的Morison公式(1950年)，初期公式只考虑了波浪对小尺度结构物(桩柱、输油管道等)的惯性力和拖曳力作用，后期改进过程中增加了破波冲击力子项；还比如CH92-60公式，以及在其基础上通过大型水槽试验结果进一步改进获得的СНиПII57-75公式,是直接针对斜坡堤的。我国《海堤工程设计规范》(GB/T 51015-2014)中波浪破碎对斜坡堤坡面的冲击力计算公式引用CHипII57-75公式；德国的and Sparboom公式，该公式的雏形在1986年形成，乃通过规则波的斜坡海堤水槽试验依据经验推导而来，后进行了改进，增加了海堤坡度参数，2009年，Stanczak又对该公式进行了改进，增加了波周期参数；日本Ikeno andTanaka公式，该公式2003年提出，也是在旧有公式的基础上改进而来，是目前相对较新的破波冲击力计算公式。Kato等通过波浪水槽模拟研究海啸作用下生成的孤立波、在倾斜式海堤坡面破碎形成的冲击力，并与Ikeno and Tanaka公式计算结果做了对比。Lin等则通过一个尺寸相对较小的波浪水槽研究了类似问题。以上试验虽然显示实测数据略大于计算结果，但基本认可了该经验公式的可靠性。

然而，尽管在破波冲击力方面已有大量的研究成果，但现场测验数据的匮乏，以及理论研究、数值模拟、物理模型试验的复杂性，尚没有研究机构能从理论或试验角度明确“实际最大可能的波浪冲击力”。另外，已知海堤斜坡上的破波冲击力与破波类型、入射波高、入射波角度、波长、波陡、以及坡比等密切相关，已有的经验公式尚难以予以全面考虑，不同经验公式推求的试验方法不同，采取验证的实验数据也不一样，导致不同的经验公式必然存在一定的差异性和适用性。实际上，已有的国内少量破波经验公式的对比研究成果，尽管主要集中在现有公式的对比分析上，结果显示不同现有公式之间也存在较大的差异性。

发明内容

本发明基于半理论半经验方法，提出参数考虑相对齐全的倾斜式海堤卷破波冲击力半经验公式，并基于相对权威的发明献试验数据，通过对浙江温岭东浦新塘海堤现场观测数据，从而对新公式和现状主要破波冲击压力经验公式进行对比分析。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种坡面破波冲击压力计算方法,包括以下步骤；