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。
技术实现要素:
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。