滲流對水閘的影響及滲流的計算

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1、滲流對水閘的影響及滲流的計算　　水閘是利用閘門擋水和泄水的中低水頭水工建筑物,一般修建于河道、水庫、湖泊、河道、渠系.進(jìn)行水閘設(shè)計是加入滲流的計算,主要是為了計算水閘范圍內(nèi)的水頭的分布、確定滲流量、滲流作用于水閘上的力、滲流速度分布及其引起的水閘結(jié)構(gòu)變形.　　1滲流對水閘的影響　　自二戰(zhàn)之后,在世界范圍內(nèi)戰(zhàn)爭對世界各方面的影響逐漸散去,發(fā)展經(jīng)濟(jì)成為世界各國的發(fā)展主題.在全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過程中,世界級的大型水壩一座座拔地而起,為各國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展貢獻(xiàn)著自己巨大的力量.于此同時,分布在世界各水域的中小型水壩更是如雨后春筍,在各水域發(fā)揮著重要作用.而在水壩之中,水閘

2、是其中一個非常關(guān)鍵的組成部分.中國有著悠久的建造水閘的歷史,早在春秋時期就有建造水閘的歷史記載;伴隨著新中國的成立,我國水閘的建設(shè)也是日新月異,建設(shè)經(jīng)驗也日漸豐富.水閘按作用可以分為:進(jìn)水閘、分洪閘、擋潮閘、節(jié)制閘、沖沙閘、排水閘等等;按結(jié)構(gòu)可以分為:涵洞式、開敞式和胸墻式.水閘對調(diào)節(jié)大壩水流量起著關(guān)鍵作用,而滲流對水閘對大壩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的作用.水閘存在著因滲流作用導(dǎo)致不能正常工作的風(fēng)險,其后果將十分嚴(yán)重,直接影響水閘的擋水和泄洪.尤其是新型水閘,其技術(shù)并不完備,對于滲流方面的研究應(yīng)更加關(guān)注.　　2閘基穩(wěn)定性中滲流的作用　　2.1滲流對閘基影響的

3、原因　　自二戰(zhàn)之后,世界范圍內(nèi)在各大水系建起了數(shù)萬座大壩,然而失事的大壩也不在少數(shù),其中一些就是由大壩的部分建筑事故導(dǎo)致的,特別是水閘的事故對大壩的打擊尤為嚴(yán)重.水閘事故的原因主要有兩個:　　1、水閘不均勻沉降;2、沉降差過大.這兩個原因可直接影響水閘的正常運行,影響水閘擋水、泄洪功能.尤其是在洪汛期,上游區(qū)域水位偏高,水體對閘門正面荷載過大,水體對閘基揚壓力過大,使閘門超過最大負(fù)荷,發(fā)生事故.在這一過程中就存在滲流作用對閘門的影響:因為滲流的滲透力作用方向與重力反向,使得顆粒之間相互壓力下降,從而產(chǎn)生對閘門的揚壓力,導(dǎo)致水閘結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,從而造成水閘事故.閘

4、基滲流的主要危害有:1、由于沿水閘的滲流對水閘產(chǎn)生揚壓力,減輕了水閘有效質(zhì)量,導(dǎo)致水閘抗滑穩(wěn)定的下降,沿兩岸方向的滲流對翼墻產(chǎn)生水平推力;2、滲透力或許導(dǎo)致土的滲透變形;3、滲漏有可能導(dǎo)致大量的水量流失;4、滲流作用可能加快溶解壩體中可溶解的物質(zhì).　　2.2閘基不均勻沉降中滲流的作用　　大壩的地基浸水,一部分原因就是水的滲流作用.滲流作用可導(dǎo)致大壩地基產(chǎn)生濕陷,尤其是雨季隨著泄洪量的增大,上游水位增高,隨之產(chǎn)生的滲流場將會對大壩地基產(chǎn)生不利影響.滲流作用產(chǎn)生的揚壓力減輕了水閘有效質(zhì)量,導(dǎo)致水閘抗滑穩(wěn)定的下降.于此同時,滲流作用產(chǎn)生的揚壓力也改變了壩體的應(yīng)力分

5、布.因為水閘的閘基、水閘上游和下游地基使用的建筑材料有差異,建筑材料的差異使得其形變模量及彈性模量等物理屬性相應(yīng)存在不同,所以會產(chǎn)生沉降差;即使相同建筑結(jié)構(gòu),不同部位產(chǎn)生的滲流量不同,也會使大壩不均勻沉降.滲流計算的目的:1、滲透穩(wěn)定分析;2、壩坡穩(wěn)定計算;3、估算滲漏損失.　　采取以下措施可盡量避免大壩不均勻沉降:1、閘室結(jié)構(gòu)在設(shè)計中避免過重,以降低對閘底的壓力;2、優(yōu)先施工大重量建筑,大重量建筑施工完畢后,等其自然沉降一段時間,再施工小重量建筑;3、合理設(shè)置閘室位置,盡量使臨近結(jié)構(gòu)重量一致.　　2.3閘室的抗滑穩(wěn)定性　　閘基滑移的類型有四種:1、淺層滑動

6、;2、深層滑動;3表層滑動;4、混合型滑動.閘基的滑動條件是閘基有連續(xù)軟弱面,下游有臨空面.要想避免閘室滑移過度,對大壩產(chǎn)生有害影響,閘基必須具有一定量的抗滑安全系數(shù).　　抗滑穩(wěn)定性是水閘的一個重要安全指標(biāo),這一安全指標(biāo)需盡量提升,使水閘整體的穩(wěn)定性也可相應(yīng)提高.由此,在水閘的設(shè)計過程中,將閘門的位置設(shè)計在低水位一邊,在水閘結(jié)構(gòu)尺寸方面也要加大尺寸,水閘底板向高水位方向加長,閘室底板的齒墻深度也要增大.于此同時,也要增大鋪蓋長度,并且將排水設(shè)施盡量靠近水閘底板.為進(jìn)一步提高閘室的抗滑穩(wěn)定性,要設(shè)置阻滑板.由于閘室的抗滑穩(wěn)定系數(shù)小于1.0,設(shè)置的阻滑板必須達(dá)到

7、上裂要求.特別是在平原地域,平原地區(qū)多沙土或黏土,水閘的建設(shè)更需要加強抗滑穩(wěn)定性.　　3滲流的計算　　計算滲流,可以計算出水閘的滲透壓力、水閘的滲透坡降、水閘的滲流量以及滲流速度.　　閘基滲流是滲流的一種,屬于有壓滲流.在計算閘基滲流的過程中,通常將其看做成平面問題,于此同時還需假設(shè)建筑地基均勻,地基各方位物理性質(zhì)一致,滲水看作不可壓縮,并且適用達(dá)西定律.在這種理想狀態(tài)下,計算閘基滲流可以用拉普拉斯方程.　　在理想狀態(tài)下,我們可以通過流體力學(xué)來計算滲流.但是在實際的工程設(shè)計計算時,由于現(xiàn)實條件復(fù)雜,無法精確地得到滲流的理論值,所以在實際的工程設(shè)計時,一般會采

8、用易于操作并且接近理論值的方法:改進(jìn)阻力系數(shù)法、流X