目的及意义：防波堤的功能是防御外海波浪对所掩护海域的侵袭,为船舶的停泊和作业提供平稳,安全水域和保护港内水工建筑物,故在港口工程中具有特殊地位.由于防波堤要在恶劣环境中工作,造价相当昂贵.因此,寻求合理可靠的设计方案和结构型式以保证其使用功能并降低造价是非常有必要的.

斜坡式防波堤是横断面两侧为斜坡、由块体堆筑而成的防波堤。是常用的防波堤型式之一。其斜坡的坡度m(坡面水平距离与垂直距离之比）gt;1，波浪与斜坡堤的相 互作用以波浪破碎为主要特征。主要优点是：对地基的允许承载力要求不高，可修建在较软弱的地基上；可充分利用当地的砂石材料；一旦遭受破坏较易修复；消波性能良好。一般适用于水深较小，地基较差及当地建筑材料充足的情况。堤顶高程主要取决于波浪爬高和使用要求上是否允许堤顶越浪。一般允许在设计高水位和设计波浪要素组合情况下有少量越浪。为了降低堤顶高程、减小断面或当堤顶作为交通通道时，可在堤顶设置防浪胸墙。堤顶宽度除应满足施工及使用要求外，还应保证在波浪作用下堤顶块体的稳定性，主要取决于允许堤顶越浪的程度。一般堤顶宽度取1.10#12316;1.25倍设计波高，并至少设置两排护面块体。

国内外研究现状：现有两类计算斜堤护面块体稳定性的方法:Hudso公式^【1】基于规则波试验结果,不能描述平缓边坡和很陡坡时的情况,且未考虑波浪周期和其它一些因素的影响;Van der Mee^【2】方法基于不规则波试验,考虑了较多的影响因素，但仍是经验公式。

荷兰的 Angremond^【3】和丹麦的Hald^【4】等致力于从波浪速度场和对块体的作用力方面着手，结合模型试验实测块体所受到的顺坡向和垂直于坡向的波浪力，分别建议了计算块体稳定性的关系式,并与实验结果进行了比较。而Hudson(1958)^【5】在规则波试验中和Van der Meer(1988)^【6】的不规则波试验中，采用不同的ρ值得出的相关系数X的值或者其指数关系不尽相同。

Zwan— born(1978)^【7】和Scholty等(1982)^【8】发表了用不同ρ值的扭工字块做的综合试验，结果认为稳定块体的质量与X值各不一样。试验还表明，虽然天然石块的啮合情况与人工块体不同，但对失稳率、波浪破碎、堤心渗透性和块体级配等的影响尚待做进一步的研究。

过去设计斜坡式防波堤，多考虑设计风暴最厉害时的稳定性，实际上防波堤发生损坏是在不同水位时发生的一系列不同强度的风暴浪作用的结果。同时，沿堤长的损坏情况也是不同的，Melby等 (1998～1999)^【9】对于在各种水位时受到各种波浪作用的斜堤横断面，作为时间的函数，发展了一个预报关系式，此式与物模资料符合良好。在物模中，风暴顺序是藉助于改变不规则波浪条件和水位进行模拟的。上式可对一系列波浪事件(每个具有固定的波高和周期)，利用任意的初始值S (t=0)，预报平均损坏随时间的变化。 Sigurdarson^【10】等指出，斜坡堤的设计标准在过去 30 a中有相当大的发展，从25～50 a一遇设计波浪下允许失稳率为5％，发展到现在不允许结构失事时采用100 a一遇的设计波允许大约0％～2％的失稳率。对有多类石块组成的冰岛型宽肩台堤，其稳定 标准为在设计风暴后肩台的后退不超过2倍石块直径。对宽肩台堤的设计标准，还建议了两个主要的参数：肩台边缘的稳定数日。和在设计水位处量到堤心的肩台宽度。此两参数是相关连的，稳定数较大时肩台的宽度可小一些。设计宽肩台堤的目的，在于建 造具有高消波性能的肩台，使从堤身反射的波浪最小，特别是从堤头的反射小。以利航行，且使越浪量最小。由于斜坡堤头坡上和周围的波浪折射、绕射和 浅化等影响，堤头处波浪常比堤身处要大，因此 Jensen(1984)和Vidal等(1991)^【11】建议堤头护面块体的重量应是堤身1.5～4.0倍。日本的Matsumi ^【12】等比较了三维和二维波浪作用下堤头上的流速场差别，研究了易遭损坏的区域的不同，进而试验研究了在三维不规则波作用下，堤头护面块石的稳定重量。发现在堤头中部和后部处的块重要比堤身处重约3.5倍。并给出了计算堤头块重的公式。扭工字块体至今还是国内外最常用的护面块体之一，在第27届国际海岸工程会议(ICCE 2000)会上对其进行了较多的讨论。由于扭工字块体的构件比较细长，块体较大时易被波浪打断而失稳，这种现象在模型试验中必须遵循结构强度相似时才能复演。现已提出了模拟强度相似的方法，但做起来还是比较困难。因此想通过控制块体在波浪作用下的位移量来防止块体被打断裂。

Holtzhausen^【13】建议 如下定义护面块体的稳定性：， 同时建议模型失稳率应尽可能由原型堤的监测加以标定。为了由上列公式确定扭工字块的失稳率，正确地测定模型块体的位移量是重要的，现已发展一种 数字捕获图象(digitally captured images)技术，可较快较客观地测定块体的位移量，模型中的测量精度可达1 mm。

现场观测表明，扭工字块体的断裂大多发生在竖杆和横杆联接处。最早此处为锐角相联，在波浪打击下容易产生应力集中，因此建议改用大圆弧加以联接。利用有限元法进行应力分析表明角部应力可减小63％。改进后的扭工字块体已成功地用于修复一个防波堤。但这样修改后的扭工字块体的水力稳 定性有所降低。Roux^【14】等对此进行了综合研究，建议 了一种圆角较小的联接，其腰高比为0. 41，(原来为0．36)，已应用于南非的旧堤修复。美国海岸研究中心在第24届海岸工程会议(ICCE7 94)上提出的一种新的混凝土护 面块体、其形状与钩连块体相似，但6条腿比较瘦长，单层安放具有良好的稳定性和较低的内应力，不用加筋，即使腿断后仍稳定，阿曼一离岸式渔港曾采用它作为护面块体。设计破碎波高Hs=5．0 m，块重7．2 t，采用Hudson 公式中K=13。报导美国采用Core—Loe修复原由扭工字块防护的导堤，据说这是世界上第一次用Core—Loe修复扭工字块体护面。为了使两种块体之间有最好的联锁，要求Core—Loc的重量为扭工字块的1．25倍。该处采用19 t的Core—Loc修复15 t的扭工字块体护面。 迄今为止，全世界已建成钩连块体护面的斜坡堤约120座。南非开普敦一游艇港的钩连块体护面斜堤有一段趾部泥沙被冲刷，导致深达3.7 m的沉降,仍采用钩连块体进行修补获得成功.当护面块体较大时，常难于得到足够大的石块作为护面块体的垫层，Kweon^【15】建议了一种叫做 Half—Loc的块体用作垫层块体,其形状近似于四脚空心方块，但各脚非常短。块体各部分的尺度均以最大尺度C的％表示，块体体积V一0．2016c3。试验结果表明：单独用它做护面层时，其K_D=4．5和10，取决于安放形式，以斜角铺砌为好。用作垫层时，其重11量应是护面四脚锥体的寺～熹,可改善斜堤的稳定 J 1V 性和缩短施工期。希腊学者研究了斜坡堤的地震分析，Delft^【16】技术大学研究了抛石堤和细砂地基之间的反滤层。斜堤上设有顶墙时,常需通过模型试验测定墙上的波浪力。他研究了顶墙波力试验时的比尺效应，他采用三种比尺：1: 1(原型)，1:18.4和1:90进行对比试验。从实测水平波力看，比尺效应是不容忽视的。基于雷诺一佛劳德比尺相互作用，提出了修正比尺效应的方法，可使2个缩尺模型中测得的波力很好相符，但原型实测波力仍比模型值18％。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容: