水闸渗流问题的研究

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1、水闸渗流问题的研究王岩明（滨州市韩墩引黄灌溉管理局，山东，滨州，256621）【摘要】进入新世纪，科学技术日新月异，各行各业都在迅猛发展，水利工程的建设与发展也不例外。渗流是指水在岩土空隙之间的运动，在水利工程、石油化工、环境保护等方面都有广泛的应用。在水闸设计与工作中加入渗流理论,主要还是为计算水闸中水流动向、水的渗透过程以及渗透引起的水闸结构变化。对水闸渗流问题进行研究有助于合理的评价水坝安全指标，提升水闸稳定性，对社会的稳定与发展有重要的意义。【关键词】渗流；水闸；稳定性；沉降；水利工程1.渗流对水闸的影响我国是一个有着悠久水闸历史的国家，建设水闸最

2、早可以追溯到春秋时期。建国后，我国水闸建设也逐渐丰富。水闸对于调节水坝水流有着重要的作用，而渗流乂对水闸工作有重要的影响。许多水闸由于设备不完善，技术不完备，渗流问题十分突出，需要人们进行深入的研究和探讨。1.1影响水闸扌当水和泄洪渗流是河流、湖泊、水井集水廊道、水库、水坝等水体周围常见的现象，尤其是水闸周围，由于长时间处于工作或建设阶段，大部分会使水体周边土质松软,水体发生渗流现象的可能性更大。有时水闸处于关闭状态进行扌当水，但由于周边土地经常被水体浸泡，再加上水闸建设和日常工作活动，造成附近土质松软，加剧了水的渗透，影响扌当水效果。泄洪时也是一样，由于

3、水在岩土缝隙之间的大量运动，容易使周边土壤储存大量水分，影响开闸泄洪的放水效果。1.2渗流在闸基不均匀沉降中的作用实际上，我国大部分大坝都有不同程度的渗水现象，很大程度上是受水的渗流作用影响。水的渗流现象会使大量水分渗入大坝内部，造成大坝身体的湿陷,而每当雨季来临，上游来水猛增，泄洪量骤然增大，水位提升，渗流会加剧对大坝的不利影响。同时，渗流所产生的扬压力会冲击水闸工作质量，极有可能会造成水闸抗滑稳定性下降。而且渗流带来的影响不止在抗滑稳定性方面，对主体人坝的应力分布也有重要影响。1.3对抗滑稳定性的影响抗滑稳定性是衡量一个大坝安全与否的重要指标，这一指标

4、的提升也就意味着水闸结构的稳定性的提升。闸基滑动需要以连续的软弱面作为支撑，下游有足够的临空面供其衔接，很多时候由于水分渗流现象严重，岩土含水量提升，土质变松软，并且会造成岩土之间空隙增大，摩擦力减小，产生大面积的临空面，加剧闸基的滑动。闸室滑移较多会影响水量控制质量，会对大坝造成更深层次的危害，所以闸基闸室要有较高的抗滑系数。1.渗流的计算2.1改进阻力系数法改进阻力系数法是将地下轮廓较为复杂的渗流区域分成若干段，对各个分段的受力进行精确计算，得出各个分段的阻力系数，再简单求和累计相加得到水闸受力大小情况。这是常用的渗透计算方法中最为简单的一种，也是使用

5、最广泛的—种。2.2有限单元法有限元方法的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，根据变分原理或加权余量法，解释岀流体力学的数值。主要步骤是:第一，控制方程和边界条件，在渗流过程中岩土之间缝隙比率不变的前提下推导岀二维渗流数值；第二，泛函和变分，精确出外力所做的功；第三，渗流场的离散计算，将渗流场划分为若干个常用的三角形单元，通过线性插值求得某面积内的力；第四，单元渗流矩阵与整体平衡方程，对各部分的结果进行汇总整理。2.3比较分析法这种方法主要包括这样几点：第一，

6、闸基轮廓线部分点水头值的比较，这需要合理运用阻力系数法；第二，闸基渗透压力值比较，根据各个点水分的渗透压力值进行计算；第三，出口渗透坡降比较，结合前边考察各点压力值的压力分布情况计算得出。1.水闸防渗及处理工作3.1高压灌浆法防渗法高压喷射灌浆技术是利用高压水枪将密度较大的灌浆喷涂在墙面上，以达到防渗透的效果，大体上分为旋转喷射、定向喷射、摆动喷射三种喷涂方式。这种方法施工吋间短，设备灵活简便，效果也十分显著。但不同地段墙体质量参差不齐，加上有些地段水流较快，或者砾石直径过大，应谨慎使用这种防渗方法。比如，1994年北港加固吋就用这种方法建设混凝土防渗墙，

7、但由于地下水流动活跃，导致防渗墙建设化为乌有，这说明河床两侧地下水渗透压力较人，这是最好采取高压旋转喷射进行防渗墙建设。3.2粉喷桩截渗墙进行防渗处理粉喷桩截渗墙是指通过特制的深层搅拌机械，在地下深层将软土和固化剂搅拌，制作出有一定压缩性的水泥土柱体，从而提升土地承载力和紧实程度。目前我国对水闸地基进行防渗处理主要使用此种方法。几年前，在小清河王道拦河闸工程中，由于灌注桩和部分承台施工完毕，导致换桩难度大，费用高，只好采用粉喷桩截渗墙的方法在已建成桩台周围进行防渗处理，提升土壤紧实度，才有效阻止了渗流情况的发生。3.3平原水闸针对侧向渗透破坏的防治措施针对

8、平原水利工程中的渗流现象，通常要采取的解决方法主要包括三个方面:第