专业基础上

第一部分主要内容：2020/3/1212014年《港口与航道工程管理与实务》《港口与航道工程技术》1E411000港口与航道工程专业技术1E412000港口与航道工程施工技术1E411000港口与航道工程专业技术2020/3/1221E411010港口与航道工程的水文和气象1E411011波浪要素和常用波浪统计特征值一、波浪要素：•波浪：波浪是在外力作用下，具有自由面的液体质点偏离其平衡位置的有规律的振动。•波浪要素的定义及其相互关系归纳如下表：2020/3/1231E411010港口与航道工程的水文和气象波浪要素定义关系式波高H相邻波峰与波谷之间的垂向距离按波高分为10级(0~9)波长L相邻波峰(或相邻波谷)之间的水平距离波陡δ波高与波长之比δ=L/T波浪周期T波形传播一个波长所需的时间波速C单位时间内波形传播的距离C=L/T★二、不规则波与规则波★理解上跨零点、下跨零点、波峰、波谷与各波浪要素关系。上跨零点：波浪观测记录中波谷到波峰的波形线与静水面的交点。下跨零点：波浪观测记录中波峰到波谷的波形线与静水面的交点。波峰：一个波的波面上的最高点或一个波的波面位于静水面以上的部分。波谷：一个波的波面上的最低点或一个波的波面位于静水面以下的部分。1E411011掌握波浪要素和常用波浪统计特征值三、波浪玫瑰图波浪玫瑰图表示各向、各级波的出现频率。2020/3/1251E411011波浪要素和常用波浪统计特征值1E411010港口与航道工程的水文和气象%观测总次数出现次数出现频率波浪玫瑰图的绘制波浪频率的计算：▲波浪玫瑰图波浪玫瑰图三要素：1、频率：•径向长度(某向、某级波浪占总体波浪的%)2、波高：•垂直于径向的横向长度(0.5m/级)3、波向：•方位(常浪向、强浪向)周期：1s/级四、常用波高统计特征值波浪的统计特性主要包括：平均波高、最大波高、l／l0大波波高、有效波高、累计频率对应波高。2020/3/1271E411011波浪要素和常用波浪统计特征值1E411010港口与航道工程的水文和气象★潮是指由于引潮力的周期性作用引起的潮位升降，即海水水位在垂直方向上的升降变化。潮汐要素:•潮差—高、低潮位之差；•历时—由低潮至高潮的历时为涨潮时，由高潮至低潮的历时为落潮时；•潮周期——涨潮时与落潮时之和。2020/3/1281E411012潮位基准面与设计潮位1E411010港口与航道工程的水文和气象一、潮汐类型•半日潮：一日两次涨、落潮。相邻间隔时间12h25min,每天逐日推迟50min。•全日潮：一日一次涨、落潮。•混合潮：分为不正规半日潮和不正规全日潮。二、潮位基准面•平均海平面：是计算高程的基准面(大地测量)，我国以黄海平均海平面为计算海拔高度的基准面。•海图深度基准面：是计算水深的基准面(水深测量)，我国以理论最低潮位为海图深度基准面。2020/3/1291E411012潮位基准面与设计潮位1E411010港口与航道工程的水文和气象大海之水，朝生为潮,夕生为汐。四、设计潮位★2020/3/12101E411012潮位基准面与设计潮位1E411010港口与航道工程水文和气象设计潮位设计潮位标准(按潮汐作是否明显而定)海港与潮汐作用明显的河口港设计高水位高潮累积频率10%的潮位(或历时累积频率1%的潮位)设计低水位低潮累积频率90%的潮位9(或历时累积频率98%的潮位)极端高水位重现期为50年的年极值高潮位极端低水位重现期为50年的年极值低潮位潮汐作用不明显的河口港设计高水位多年历时累积频率1%的潮位设计低水位多年历时累积频率98%的潮位河港设计高水位根据码头分类、河流地区，按不同重现期确定设计低水位设计最低通航水位海流：是流向和速度相对稳定的大股海水在水平方向的运动。近岸海流：由外海潮波、大洋水团的迁移、风和气压影响以及河川泄流、波浪破碎、地理因素等原因而造成流动。近岸海流波浪破碎后造成沿岸流和离岸流。2020/3/12111E411013近岸海流特征一、近岸海流及其分类1E411013近岸海流特征一、近岸海流及其分类海流按成分：分类梯度流补偿流风海流海水的密度分布不均而产生的洋流海水的流失和相邻海区的海水补充空缺所形成的海流风对海面的摩擦作用产生的洋流二、近岸海流的特征•一般以潮流和风海流为主；•河口区的水流一般以潮流和迳流为主；三、感潮河段内的水流特性在潮流界和潮区界之间，仅有水位升降的现象，而不存在指向上游的涨潮流。在潮流界以下，涨落潮流呈往复形式，因有迳流加入，落潮流量大于涨潮流量。涨潮历时小于落潮历时，涨潮历时愈向上游愈短。理解潮流界、潮区界、滞流点的概念1E411013近岸海流特征一、近岸海流及其分类港航工程所指近岸海流(三种)：潮流、河口水流、沿岸流和裂流。水位升降变化完全不受潮流影响处称为“潮区界”在潮流界和潮区界之间，仅有水位升降的现象，而不存在指向上游的涨潮流。在潮流界以下，涨落潮流呈往复形式，因有迳流加入，落潮流量大于涨潮流量。潮流所能达到的河流上游最远处称为“潮流界”三、感潮河段内的水流特性1E411014海岸带泥沙运动规律1.海岸带分类分类标准海岸剖面2.海岸带泥沙来源3.泥沙运动规律4.波浪与海流的作用(1)沙质海岸带泥沙颗粒的中值粒径大于0.1mm,颗粒间无粘结力。•由陡变缓•有平行岸边沙堤▲河流来沙邻近岸滩来沙当地崖岸侵蚀来沙海底来沙推移和悬移•波浪是泥沙运动的主要动力•海流输沙与掀沙(2)淤泥质海岸带泥沙颗粒的中值粒径小于0.03mm,其中的淤泥颗粒之间有粘结力。•滩面广•坡度缓以悬移为主•波浪掀沙•潮流是输沙的主要动力•泥沙：是指流体中受风、波、潮、流的作用在重力场中运移和沉积的土粒碎屑。2020/3/12161E411015内河的特征水位和泥沙运动规律泥沙在水中的运动状态悬移质由于水流速度和紊流加强而出现比泥沙还大的旋涡，且向上的分速超过了沉速，使泥沙跳跃升起，被旋涡带入主流，并与水流速度一致前进的动动状态推移质推移质:沿河床底部动动，其前进速度远小于水流速度，以滚动、跳跃形式前进为其运动状态。河床(跃移)质半悬移质泥沙时而浮在水面，时而沉在下面顺河底移动。固体颗料粒上升和下降均取决于接近河床表面处的直分速的变化一、特征水位二、泥沙运动的一般规律风是由于气温的水平差异引起大气密度变化，导致大气压在水平方向分布的不均匀性而产生的空气自高压向低压的运动。风不仅是海洋动力因索之一，而且严重影响着波、潮、流和泥沙的运动与发展。风的特征参数：风速、风向、出现的频率等。风的特征参数的工程应用于：风级、风玫瑰图、风的设计标准等。2020/3/12171E411016风的分级与降水风的主要特征参数定义及工程应用2020/3/12181E411016风级的分级与降水物理量定义单位工程应用风速空气在单位时间内流动的距离m/s按风速大小将风自弱而强分为12级用蒲福风级表示风向风之来向16个方位二、风级、风速对照表6级风与8级风的风速？▲三、强风与大风防风防台？在台风威胁中？在台风严重威胁中？在台风袭击中？四、风玫瑰图风玫瑰图的定义？风玫瑰图的种类？大风日的定义？世界气象组织如何定义台风与热带风暴？五、降水2020/3/12191E411016风的分级与降水港航工程的水文和气象：小结一、沿海-波浪、潮汐、海流、泥沙波：波浪要素、波的统计特性；C=L/T潮：潮汐要素、潮汐类型、潮位基准面、设计潮位流：近岸海流特征、海流对泥沙的作用泥沙：泥沙运动形态与海岸带泥沙运动规律二、内河-水位、泥沙水位：特征水位泥沙：内河泥沙运动状态--悬移、推移、跃移三、气象-风、降雨风：特征参数风速、风向；工程船舶防风防台。应试举例一港航工程的水文和气象港口与航道工程勘察成果的应用1E4110201E411000港口与航道工程专业技术一、概述工程地质勘察阶段：可行性阶段、初步设计阶段、施工图阶段。二、工程勘察成果地质勘察报告•附图和附表♀2020/3/12231E411021港航工程地质勘察与地质钻孔剖面图的应用1E411020港航工程勘察成果的应用2020/3/12241E411021港航工程地质勘察与地质钻孔剖面图的应用•四类12个指标，分五种用途•孔隙特性：含水量、孔隙比、孔隙率•流塑特性：流限、塑限、塑性指数、液性指数•抗剪强度：粘聚力、内摩擦角•土工试验与原位勘探：标准贯入击数、十字板剪切强度、静力触探试验、动力触探试验土壤的主要物理力学指标p12序土的物理力学性质作用1含水量=土中水重/土颗柆重孔隙比=孔隙体积/土粒体积可用于确定淤泥性土分类2孔隙比塑性指数：土颗粒保持结合水的量数，说明可塑性的大小液性指数：说明土的软硬程度标准贯入试验静力触探试验用于确定单桩极限承力3塑性指数液性指数用于确定黏性土状态4黏聚力内摩擦角用于土坡和地基稳定验算土壤物理力学指标的应用★序原位测试参数作用1标准贯入试验标准贯入击数确定：砂土的密实度、砂土的内摩擦角、无侧限抗压强度。评价：地基强度、土层液化可能性、单桩极限承载力、沉桩可能性、地基加固效果等。2十字板剪切试验抗剪强度地基土的稳定分析、检验软基加固效果、测定软弱地基破坏后滑动面位置和残余强度值等。3静力触探试验(比)贯入阻力划分土层、确定土的承载力、压缩模量、单桩承载力、判断沉桩的可能性、判断饱和土和砂土的液化趋势。4动力触探试验锤击数判断土的力学特性、衡量碎石土的密实度土壤物理力学指标的应用▲粉土黏性土砂土•表1E411021-1~表1E411021-6按密实度(标准贯入击数)分为:松散、稍密、中密、密实、极密实五类。按液性指数分为：坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑五种状态。按黏粒含量分为两类：黏质粉土、砂质粉土。按孔隙比和含水率分为：淤泥质土、淤泥、流泥、浮泥四类。淤泥(一)勘探要求1、勘探线、点的布置要求：表1E411021-72、钻孔分类与要求钻孔分为技术孔、鉴别孔两类，技术孔又分为控制性钻孔和一般性钻孔。疏浚区的钻孔深度应达到浚挖深度以下3m。2020/3/1228四、航道疏浚工程地质勘察成果的应用1E411021港航工程地质勘察与地质钻孔剖面图的应用(二)岩土分类与判别指标2020/3/1229四、航道疏浚工程地质勘察成果的应用岩土分类(两类)分级(15级)工程特性判别指标工程特性辅助指标岩石14、15单轴抗压强度标准贯入击数土(5)有机质土及泥浆0天然重度烧灼减量Q淤泥土1、2含水率、孔隙比黏性土3~6标准贯入击数天然重度液性指数抗剪强度砂土7~10相对密度碎石土11~13重型动力触探击数密实判数DG应试举例二1E411020港航工程勘察成果的应用一、地形图•地形图测图比例尺的选择二、水深图•理论深度基准面2020/3/12311E411022港航工程地形图和水深图的应用1E411020港航工程勘察成果的应用•某水域某时刻实际水深=海图水深+该时刻潮位★理论深度基准面潮高面平均海平面计量水深（海图中标注的水深）实际水深•潮汐表中某时刻的潮高三、地形图水深图的应用(高程换算)★理论深度基准面潮高面平均海平面计量水深（海图中标注的水深）实际水深•潮汐表中某时刻的潮高三、地形图水深图的应用(高程换算)★1E411030港航工程常用水泥及其应用范围1E411000港口与航道工程专业技术(1)水泥的品种、强度等级；(2)水泥的凝结时间，在所使用的环境条件下，早期、后期强度的发展规律；(3)在所使用的环境条件下，所制备混凝土的稳定性及耐久性；(4)相关的其他特殊性能，如抗渗性、水化热等。1E411030港航工程常用水泥及其应用范围★港航工程选用水泥必须考虑的几项技术条件：2020/3/12361E411031港航工程常用水泥品种及强度等级水泥品种ˑ代号强度等级用途硅酸盐水泥PˑⅠPˑⅡ42.5、42.5R52.5、52.5R62.5、62.5R•满足抗冻性要求•大体积混凝土不宜选用普通硅酸盐水泥PˑO42.5、42.5R52.5、52.5R矿渣硅酸盐水泥PˑS3