（水工结构工程专业论文）库区波浪对土质边坡冲刷机理及稳定性研究.pdf

摘要 摘要 三峡水电站的修建，导致三峡库区水位大幅上升，水域面积更加宽阔，风力 在水面的吹程急剧增加，形成较大波高的风浪。再加上大型船舶的通航，成库后 波浪对库岸沿线土质边坡的破坏将会更加剧烈。 本论文通过对传统波浪理论的系统研究和公式的修正，首次提出适合三峡库 区的波浪理论及相应公式：风浪要素计算公式：波能计算公式：破波时坡面流速 大小及分布：破波时坡面流波压力大小及分布；破波在岸坡上的爬高公式等。 本论文通过对波浪破碎击溅侵蚀力学机理研究、坡面流侵蚀输沙力学机理、 波浪作用下坡面颗粒力学分析等的研究，详细阐述了波浪对土质岸坡的作用机理。 波浪对粘性土质边坡的侵蚀，其破坏程度主要由波要素( 波高) 、土坡倾角和 土坡密实程度决定。作者取两种坡度和若干组波高、土坡密实度进行了较长时间 的土坡冲刷试验，提出了粘性土质边坡在波浪作用下的破坏是一种重复性坍塌破 坏，其破坏程度随波高、土坡倾角的增大或土坡密实度的降低而加剧，并由一定 的理论推导和试验回归分析得出一系列计算公式，建立了在波浪作用下预测三峡 天然岸坡演变的方法。 最后本文从波浪对土质岸坡稳定性的影响分析出发，探讨了坡面、坡脚及基 础的防护措施。 关键词；波浪，土质边坡，波压力，冲刷，侵蚀机理，坍塌，防治措施 a b s t r a c t t h ec o n s t r u c t i o no ft h r e eg o r g e sp r o j e c t ，w i l lm a k et h ew a t e rl e v e l o fr e s e r v o i rr e g i o nr i s et oag r e a te x t e n t ，a n dt h ew a t e rs u r f a c ew i l lb e m u c hw i d e r t h ed i s t a n c et h a tw i n d sb l o wo nt h ew a t e rs u r f a c ew i l li n c r e a s e r a p i d l y ，t h e nt h ew i n dw a v e sw i t hg r e a t e rw a v eh e i g h tw i l lb ef o r m e d a n d l a r g e s i z es h i pw i l ls a i li nt h er e s e r v o i r s o ，a f t e rt h ep r o j e c tf i n i s h e d ， t h ew a v em u s td om o r eh a r mt ot h ec l a ys l o p ea l o n gt h er e s e r v o i rb a n k t h i sp a p e rp u t sf o r w a r di nk e e p i n gw i t hw a v et h e o r i e so ft h ed a t a b a s e a r e ao ft h r e eg o r g e sa n dc o r r e s p o n d i n gt h ef o r m u l af o rt h ef i r s tt i m e ：t h e f o r m u l ao fw i n dw a v e sm a i nf a c t o r ：t h ef o r m u l ao fw a v e se n e r g y ：t h e c u r r e n tv e l o c i t ys i z ea n dd i s t r i b u t e sa l o n gt h e s l o p es i d e w h e nt h e w a v eb r e a k i n g ：t h ew a v e sp r e s s u r es i z ea n dd i s t r i b u t ea l o n gt h es l o p e s i d ew h e nt h ew a v eb r e a k i n g ：a n dt h ef o r m u l ao ft h eb r e a k i n gw a v e sh i g h a l o n g t h es l o p es i d ee t c ，b yt h es y s t e mr e s e a r c ht ot h et r a d it i o n a lw a v e t h e o r i e sa n dt h ec o r r e c t i o no ft h ef o r m u l a s ， t h i sp a p e rp a s s e st h er e s e a r c ho ft h ee r o s i o nm e c h a n i c sm e c h a n i s mw h e n t h ew a v e sb r e a k i n g ：，t h ee r o s i o nt ol o s et h es a n dm e c h a n i c sm e c h a n i s ma l o n g t h es l o p es i d e ：a n dt h em e c h a n i c sa n a l y z i n go ft h eg r a i ni nc a s eo ft h e w a v e s a c t i o na l o n gt h es l o p es i d ee t c ，t e l lt h ea c t i o nm e c h a n i s mo fw a v e s t ot h es o l l i nd e t a i l w h e nt h ew a v e se r o d et h e c l a ys l o p e t h ed e s t r o yd e g r e ew i l lb e d e t e r m i n e db yt h ew a v e se l e m e n t a l ( w a v e sh i g h ) 、t h ed i pa n g l eo fc l a y s l o p ea n dt h ec l o s e g r a i n e dd e g r e eo ft h es o ils l o p e t h ea u t h o rc a r r i e s o ne x p e r i m e n ti nl o n gt i m e ，t a k i n gt w ok i n d so fs l o p e sa n ds o m ew a v eh i g h ， a n dt h ec l o s e g r a i n e dd e g r e eo ft h es o i ls l o p e ，p u t sf o r w a r dt h a tt h e d e s t r o yo ft h ec l a ys l o p ei sa k i n do fr e p e t i t i v e l yc o l l a p s ed e s t r o y ，i t s d e s t r o yd e g r e ew i l lb et u r nw o r s ew h e nt h ew a v eh i g ha n dt i pa n g l eo fs o l l s l o p ea u g m e n to rt h ec l o s e g r a i n e dd e g r e eo ft h es o l ls l o p ed e s c e n d ，s o o b t a i nas e r i e so fc a l c u l a t i o nf o r m u l ab yac e r t a i nt h e o r i e sa n de x p e r i m e n t a n a l y s i s a tl a s t ，t h ep a p e rs e t so u tt h ep r o t e c t i o nm e a s u r eo fs l o p es i d e ， s l o p ef o o ta n db a s eb yt h ei n f l u e n c ea n a l y s i so ft h ec l a ys l o p es t a b i l i t y b yw a v e s k e yw o r d s ：w a v e s ，s o l ls l o p e ，w a v ep r e s s u r e ，w a s h o u t ，e r o s i o nm e c h a n i s m ， c a v e i n p r o t e c ti o nm e a s u r e s 重庆交通学院学位论文原创性声明 重庆交通学院学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：另以乞 日期：c 加年月，o 曰 重庆交通学院学位论文版权使用授权书 重庆交通学院学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密西 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：与， 七 指捌币签名许充彳f 日期：4 - - 舻fj 月f e t 日期：。加年j 月，日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 三峡工程概况 三峡工程是举世闻名的巨型水利枢纽工程，位于湖北省宜昌市三斗坪，距下 游葛洲坝水利枢纽4 0 k i n ，是综合治理和开发长江的国家重点工程，具有防洪、发 电、航运、供水和促进经济发展等巨大的经济和社会效益。三峡大坝为混凝土重 力坝，建成后，坝长1 9 8 3 m ，坝顶高程1 8 5 m ，最大坝高1 7 5 m ，后期总库容3 9 3 亿 m 3 ，防洪库容2 2 1 5 亿3 ，兴利库容1 6 5 亿m 3 ，最大泄洪能力i 0 2 5 0 0 m 3 s ；装机容 量1 7 8 6 万k w ；双线连续五级船闸可通行万吨级船队，年单向通过能力5 0 0 0 万吨； 可将下游荆江河段防洪标准由现在的l o 年一遇提高到i 0 0 年一遇。 三峡工程规模宏大，技术复杂、工期长、移民数量巨大，因此确定了“一级 开发，一次建成，分期蓄水，连续移民”的建设方案。前期采用“1 5 6 1 3 5 - 1 4 0 m ”， 后期采用“1 7 5 1 4 5 1 5 5 m ( 正常蓄水位一汛期限制水位一枯期限制水位) ”的运行方 案，水库调度采用“蓄清排浑”方式。 1 2 波浪对岸坡作用特征简介 目前，国内外关于波浪破碎时对坡岸的作用特性研究，主要集中在海岸。研 究的内容大多分布于下面几个方面： ( 1 ) 波浪接近海岸时波要素的变化、波能的损耗研究； ( 2 ) 用何种理论来描述近岸带即将破碎的波浪的形态； ( 3 ) 波浪破碎时，波浪的增水、爬高、回落等特性研究； ( 4 ) 波浪在斜坡岸、直墙建筑物和圆柱形( 椭圆形) 构造物上破碎时，所产生的正 向作用力研究“，以及反射、折射、绕射现象研究； ( 5 ) 波浪破碎时，所产生的岸线方向的沿岸流特性及其输沙率研究； ( 6 ) 波浪对有糙率和可渗透性的沙质或碎石海岸作用特性研究( 较理想化) ； ( 7 ) 波浪回落对，海岸泥沙运动特性研究( 从速度角度) ； 综观现今的研究状况，很少有研究者从泥沙碎石颗粒在破波作用下运动的最 根本原因力，这个角度进行深入研究，尤其是对沿坡面、沿岸线方向的侧向 力分析更是罕见。较为成熟的就是，对块石或混凝土面板护坡在破波作用下受到 的正压力研究。 1 3 三峡库区波浪对库岸路基边坡的破坏作用 第一章绪论 水库修建后，库区形成基本封闭的人工湖泊，库区淹没面积增大，由于水面 线上升，使部分陆域变成了水域，自然水域接触面增大，水体蒸发上升范围扩大， 影响库区气候变化，库区季风吹程增加；库面与陆地上的气温、气压差异形成的 湖( 库) 陆风也会更加强烈；同时，通航船舶吨位提高，船行浪波高也会较以前 有所增大。这三方面的主要因素，都会造成库面波浪规模扩大，波高大幅度增加， 波浪对库岸沿线自然边坡和路基边坡的破坏更加严重。 三峡库区库岸边坡主要有三种类型：( 1 ) 岩石岸坡，这种岸坡一般都比较陡， 而且坚硬，波浪对它们几乎没有影响；( 2 ) 土质岸坡，这种岸坡主要由粘土组成， 但含少量砾石和碎石，自然岸坡多为此类；( 3 ) 人工加固岸坡，沿库岸的路基边 坡和码头斜坡堤等工程结构物，对其表面都采用了粒径不等的碎石散体护面、混 凝土板护面或异形混凝土构件护面等防护措旖。 三峡成库后，波浪较为明显，波浪对土质岸坡的破坏是一种长时间的淘刷作 用，波浪在岸线附近破碎，随即形成向前的涌浪对直立土坎根部进行淘蚀，波浪 回落时在冲刷面上形成的回流不断将淘蚀的土体带走，在斜坡上形成堆积。由于 粘土本身具有一定的粘结强度，较长时间后土坡坡脚沿岸线就会形成内凹的空洞， 内凹达到一定深度时，空洞上部挂空的土体就会向下坍塌，接着波浪又对新形成 的完整土质坡面进行淘蚀，形成新的内凹空洞，挂空土体又发生塌落，周而复始， 最终表现为整卜土质岸坡的坍塌破坏。图1 t ( 库区蓄水和波浪诱发的路基坍塌) 、 图1 2 ( 库区波浪引起的自然岸坡坍塌) 、图1 3 ( 库岸沿线路基边坡坡脚被波浪 淘空) 、图1 4 ( 库区土坡被波浪淘蚀坍塌后出露的树根) 为三峡初期蓄水一年后 在云阳库区段拍摄的图片，由此可以看出蓄水对库区岸坡存在较大影响，波浪对 土质岸坡冲刷淘蚀的程度，与土坡的密实程度有非常紧密的联系。 图1 1 库区蓄水和波浪诱发的路基坍塌 图12 库区波浪引起的自然岸坡坍塌 2 一蔓二兰堡笙 图1 3 库岸沿线路基边坡坡脚被波浪淘空 囤1 4 库区土坡被波浪淘蚀坍塌后出露的树根 1 4 本文研究的目的和意义 在比较广阔的水域，波浪是一种很常见的自然现象。从江河、湖泊、水库水 面的涟漪、小型风浪，到海洋面上的巨浪、海啸，都属于波浪的范畴。波浪对人 类活动的影响多属于不利方面，包括影响船舶航行和对海洋、江河、湖泊沿线堤 岸等建筑物造成破坏。 波浪对堤岸构造物的破坏作用，一直是工程界广泛重视的问题。斜坡堤是岸 第一章绪论 线构造物采用最传统、最广泛的一种形式，它可以用作防波堤、码头、海岸防护 用的海堤，运河护坡以及水库土坝、库岸沿线的防浪护面等。波浪对斜坡堤的破 坏，主要包括两种：一种是长期作用，即波浪在较长时间内反复对坡岸进行冲刷， 一次性冲刷的强度不高，但是数年的长期作用最终造成斜坡堤的破坏，对土质或 散体斜坡堤这种破坏尤为明显；另一种是突发性作用，比如历时很短的巨浪、发 生频率极低的海啸等，都会在短时间内冲毁堤岸，这种情况的破坏程度通常比第 一种更可怕。 波浪在斜坡堤上破碎相当剧烈，而且其破碎规律也比较复杂，加上对波浪长 期的精确观测资料有限，基于这些原因，虽然对斜坡堤岸的应用与研究已经有相 当长的历史，但随着工程建设日益向深海、深水发展，近几十年工程失事仍有出 现。其中最严重的引起世界震惊的是葡萄牙锡尼斯( s i n e s ) 港的外堤失事。该外堤 位于大语洋东岸的5 0 米水深停泊5 0 万吨超级油轮的港口。它是重4 z 吨工字块体 护面的斜坡堤，顶部有一个小的钢筋混凝土挡浪墙，设计波高为1 1 米，周期为1 3 5 秒，断面图如图l i5 ( 锡尼斯港外堤断面) 。在1 9 7 8 年2 月的一场风暴袭击下有 图1 5 锡尼斯港外堤断面 4 5 0 米长的外堤遭到严重破坏，其中1 3 地段的工字块体在水面附近完全消失，工 字块体大部分发生断裂。风暴后开始修复工作，但1 9 7 8 年1 2 月及1 9 7 9 年2 月又 接连发生两场风暴，致使残留的工字块体，包括修复补放的块体全部损失，上部 挡浪结构也遭破坏。事后进行了多次国际调查，各国学者进行了许多专门研究， 认为主要是对波浪的瞬时破坏作用和工字块体设计未考虑充分。在我国也发生过 风损事故，最突出的是7 2 0 3 号及7 4 0 6 号台风对北方一些港口设施的影响，为此 国内曾专门召开7 2 0 3 号台风风损研讨会。这些事故都表明波浪，尤其是风浪，对 斜坡堤的破坏作用相当强烈，也非常复杂，值得长期深入研究。 三峡工程建成后，将形成水域面积达1 0 4 5 平方公里，库容量为3 9 3 亿m 3 ，包 括1 0 多条支流河道的大型水库。库区正常蓄水位1 7 5 米m ，持续时间7 个月( 1 0 4 月) ；枯水期消容水位1 5 5m ，持续时间2 个月( 5 - 6 月) ；防洪限制水位1 4 5m ， 4 第一章绪论 持续时间3 个月( 7 9 月) ；蓄水年度调度方案见图1 6 ( 三峡水库1 7 5 一1 4 5 一1 5 5 蓄水位方案调度运行图) 。为库区大部分地区水位将抬升5 0 1 0 0 米，仅在重庆辖 区内将形成长6 0 0 余公里、宽l 2 公里的库区水域。 水位 1 4 5 1 4 5 1 4 5 1 4 5 1 0 02 0 0 3 0 0 时间( 日) 图1 6 三峡水库17 5 1 4 5 - 1 5 5 m 蓄水位方案调度运行圈 如前所述，三峡成库后库区季风和湖( 库) 陆风将更加强劲，风区扩大也使 吹程急剧增加，因此库区风场所造成的风浪规模( 波高) 比成库前将有很大提高， 按现有地形、气象资料推算的最大风浪波高可达到9 5 c m ，这势必会对三峡库区沿 库岸线的公路路基边坡造成前所未有的损毁。因此，如何防治蓄水后波浪对土坡 形式的公路路基边坡所造成的损毁，不仅是关系到库区公路建设和保证公路畅通 的重大问题，也是关系到库区经济发展、保证三峡工程按期蓄水、库区移民顺利 搬迁和社会稳定的重大社会问题。因此，本论文开展“库区波浪作用下土坡冲刷 机理及稳定分析”具有十分重大的意义。 1 5 本文研究的内容和方法 由于目前国内外对海浪的传播规律研究比较多，而对江河湖泊风浪类似的研 究，尤其是对这种风浪行进至岸线破碎时波浪与岸坡作用机理的研究，就相对很 少。所以本论文详细分析了现有各种波浪( 主要针对海浪) 理论，结合到三峡库 区实地调研的资料，确立了能基本适用于描述三峡库区风浪传播特征的规律；同 时在实验室进行了大量室内模型试验，加以详细的理论和数据分析，得到了波浪 破碎时对库岸路基边坡冲刷破坏的基本规律，从宏观上对波浪冲刷深度和边坡形 态变化进行了深入研究并提出相应防护措施。本文研究的内容具体包括以下几个 方面： ( 1 ) 三峡库区成浪特征研究； 第一章绪论 ( 2 ) 推导适合于库区风浪要素计算的计算方法； ( 3 ) 波浪历时变化的研究； ( 4 ) 波浪对土质岸坡作用机理研究； ( 5 ) 波浪对土质岸坡宏观变形的研究； ( 6 ) 波浪对土质岸坡破坏特性的研究； ( 7 ) 波浪对土质岸坡稳定性影响及防护措施研究。 本文确立三峡库区波浪传播规律，主要是通过分析比较现有波浪传播理论、 三峡库区波浪的成浪特征，并结合实地调研资料来完成的。对斜坡土坡破波压力 的试验研究，是先确定影响波压力的两个主要因素波高、坡角，其主要影响 因素还有土体密实度，对各因素取多个水平进行概化模型试验，结合现有的理论 成果对试验数据进行统计相关性分析，最终得到斜坡土坡破波压力的基本规律和 计算公式，并对三峡库区坡岸稳定进行预测研究。 6 第二章三峡库区成浪特征及波要素计算方法研究 第二章三峡库区成浪特征及波要素计算方法研究 直至现在，对波浪相关问题的研究主要是集中于海洋工程中对海浪的研究。 研究的内容包括：波浪传播理论、洋流对波浪传播的影响、波浪传播对床沙质运 动的影响、海岸线附近波生沿岸流对海岸输沙的影响、波浪破碎时对板式斜坡正 向波压力研究、波浪作用下海岸横剖面形态的演变，以及对波浪传播过程中能量 的研究，等等。与本论文研究相关的问题，主要是： ( 1 ) 波浪传播理论，以及由深水向浅水传播时波要素的变化； ( 2 ) 波能的基本计算方法； ( 3 ) 波浪破碎时岸坡坡面波流速大小及分布； ( 4 ) 波浪破碎时岸坡坡面波压力大小及分布； ( 5 ) 波浪破碎时在岸坡上的爬高； ( 6 ) 波浪作用下海岸岸滩的形态演变。 2 1 波浪传播理论概述 1 9 世纪中期至2 0 世纪初期，不少科学家提出了很多种描述海浪的波浪理论， 这些理论可以分属于两个领域。一个领域，是从流体力学的角度加以研究，研究 液体内部单个质点的运动状态，这种研究包括线性波浪理论和非线性波浪理论。 线性波浪理论，主要是微幅波理论( a i r y 波理论) 。非线性波浪理论，根据波浪的 不同特征有：有限振幅波理论( s t o k e s 波理论) 、孤立波理论( s o l i t a r y 波理论) 和 椭圆余弦波理论( c n o i d a l 波理论) 等。另一领域，则是将波动看作一个随机的过 程，研究其随机性，从而揭示波浪内部波动能量的分布特性，从统计意义上对液 体内部各个质点的运动状态进行描述。 对于波、流的共同作用，目前的处理方法是：规则线性波，通常将水质点在波 浪和水流单独作用的运动规律进行叠加，得到总的波流共同作用规律。但是，对 那些规则非线性波或不规则波( 随机波) ，这种叠加往往会带来很大的误差，较为 有效的方法是：规则非线性波，采用基于流函数的高阶波浪理论来描述，或者非 线性波浪的直接数值分析来进行计算；不规则波，采用随机过程的统计分析和波 浪谱来描述“，。 2 1 1 规则波理论 各种规则波理论的提出，都必须基于一个最基本假设：波浪在传播过程中， 波要素( 波高、波长和周期) 固定不变。脱离该假设的波浪理论，即为不规则波 第二章 三峡库区成浪特征及波要素计算方法研究 理论。规则波理论包括线性波浪理论和非线性波浪理论。 2 1 1 1 线性波理论( ir y 波理论) 在简要介绍线性波理论之前，先引入几个重要的波浪参数：疔一波高，即波 峰至波谷的垂直距离； 卜波长；卜水深；等相对波高；兰相对水 深；詈相对波长；_ u r s e l l 数。= 警( ； “1 ，它与非线性波浪理 “ 1 、d ， 论中的二阶与一阶项之比值成正比，其帕 为波峰顶在水面以上的升高。 线性波理论即为微幅波理论( a i r y 波理论) ，采 用流体的流速势函数z ，t ) 来研究波浪运动，坐 标系统如图2 1 。理论假定：波浪水质点的运动速度 缓慢，且其波动幅度很小，水体底部为水平不透水 平面。基本方程为： 詈+ 铲+ g2 + v 2 ) 十詈= o 旺、， 式中：p 流体中各点的压力： i 。 星一 一x 1 。 v 一一 z = - d “，- 流扬内各点处的水质点水平流速和竖向流速，根据流速势的定义， 可知n = 娑，v ：譬。 势流场边界条件为： a 在海底z = 一d 处，v = 掣= o( 2 2 ) b 在水面z = 叩。处，存在两个边界条件。 自由水面的动力边界条件为：( z = 仉时，p = 0 ) 甄+ 告0 2 + v 2 ) + 警= o ( 2 ，3 ) 鼬舾艇抛滕恸：乱o # ：百8 叩o + 誓氛。，出l 。 d f 出出l 。 根据“波速慢、波幅小”的假定，可将式( 2 3 ) 和式( 2 4 ) 中的非线性 项；o 2 + v 2 ) 、鲁。芸 略去不计，将动力和运动边界条件转化为线性问题， 求解基本方程可以得到： 1 ) 有限水深时的势函数- ：盟型执$ 1 n ( 触一c o t )驴= oi 积一 j 2 0 9 c h k d 、 式中：( ) 一波浪的圆频率； k 波数，= = 。 2 ) 无限水深时的势函数： ， 莎：墨竺e bs i n ( 缸一出1 ) ( 2 5 ) ( 2 6 ) 第二章三峡库区成浪特征及波要素计算方法研究 在一般工程实践中，a i r y 波理论主要适用于鲁 1 ( 一般在o 0 4 以下) ，以 及 1 的情况。 2 1 1 2 非线性波理论 非线性波浪理论，与线性波浪理论相比，具有非常相似的关于势函数0 ，：，t ) 的基本方程和三个边界条件。但是，非线性波浪理论对边界条件中的非线性项采 用高阶非线性项或级数的方法进行了扩展，然后对基本方程的求解进行数值分析， 最终得到能够满足更为复杂的波浪的水质点运动方程。这里，对各种非线性波浪 理论的数值分析过程不再详述，主要讨论以下它们在工程中的适用情况。 当数逐渐增大时，中的非线性二阶项将逐渐占据较大比重，这样即使 对相对波高号较小的情况，线性波浪理论也不再适用，而需要考虑采用非线性波 浪理论。 d 当u 。 1 0 且相对水深了处于有限水深范围内，可采用s t o k e s 高阶的波浪理 论，它通常适用于大水深和大波陡的情况。当相对波高等接近且小于1 ，相对水 d 深处于浅水的范围，8 pl a _ i 亩，这时s t o k e s 波浪理论也不适用了，可用 k o r t e w e g 和d ev r i e s 提出的椭圆余弦波理论。当水深继续变小，即相对波长继续 增大至冬斗0 0 时，椭圆余弦波理论就趋近到孤立波理论。 2 1 2 不规则波理论 不规则波理论的提出，是基于海洋上大型海浪运动的随机性，海浪波要素随 着不同水质点和不同时间而变化，不具有重复性。 由于海浪是由风产生的，而海面附近的风场结构复杂，风速风向多变，同时 波面对风场还具有反作用，再加上波浪内部紊动、波面破碎等等因素，使得海浪 成为一种高度不规则的和不可重复的物理现象，实际上是一种不规则的波浪即为 随机波浪。随机过程的波浪谱分析和数据系统的统计分析相结合，是研究随机波 浪的重要方法。 大基的工程实际也证明，按不规则波( 或随机波) 来研究海浪，能正确的描 述海浪，能把海岸工程、海洋工程设计的更加安全合理。 2 1 3 兰峡库区适用的波浪理论 三峡水库属于峡谷型水库，风速和风区均不大，而成库后水深达到5 0 1 0 0 m 9 第二章 三峡库区成浪特征及波要素计算方法研究 达到了微幅波导 o 0 4 以及 1 5 m 时，用盖板护 面的斜坡，如有适当论证，其波压力的计算可考虑风浪的不规则性。对于有平台 和有折坡的斜坡式建筑物，作用于斜坡护面上的波压力，应由试验决定。 2 5 波浪破碎时在岸坡上的爬高 如前所述，波浪在岸坡上破碎时冲击坡面，形成坡面回流，在斜坡上往复上溯 并回落，对坡面有强烈的破坏作用。因此，在确定护坡上界以及堤顶设计高程时， 必需首先确定波浪在岸坡上的上爬高度。 影响波浪在岸坡上的上爬高度的主要因素为斜坡坡度、堤前波高、坡面糙率和 透水性、波浪陡度、风速以及相对于建筑物的入射波向等。各国学者对此问题的 研究成果较多，但彼此之间出入也较大。有待于不断总结提高，使计算公式或图 表进一步完善化。 三峡库区的自然岸坡和公路路基边坡，几乎都是单一坡度，属于单坡。国内外 对波浪在单坡上的爬高，主要有以下几种具有代表性的方法。 一、苏联规范c hh 丌i i5 7 7 5 ( “波浪、冰凌和船舶对水工建筑物的荷载与作 用”) 计算方法4 1 当斜坡前水深d 满足d 3 ( h 。) ，。及d 2 h ，。条件时，正向入射波在斜坡上的爬 高由式( 2 3 6 ) 计算： r 1 = k l k 2 k 3 k h l ( 2 3 6 ) 式中：r 。超值概率为1 的爬高，自静水位向上垂直量度； 第