你知道水閘設(shè)計的滲流計算方法嗎？

 滲流是指水在巖土空隙之間的運(yùn)動，在水利工程、石油化工、環(huán)境保護(hù)等方面都有廣泛的應(yīng)用。在水閘設(shè)計與工作中加入滲流理論，主要還是為計算水閘中水流動向、水的滲透過程以及滲透引起的水閘結(jié)構(gòu)變化。對水閘滲流問題進(jìn)行研究有助于合理的評價水壩安全指標(biāo)，提升水閘穩(wěn)定性，對社會的穩(wěn)定與發(fā)展有重要的意義。

　　1．滲流對水閘的影響

　　水閘對于調(diào)節(jié)水壩水流有著重要的作用，而滲流又對水閘工作有重要的影響。許多水閘由于設(shè)備不完善，技術(shù)不完備，滲流問題十分突出，需要人們進(jìn)行深入的研究和探討。

　　1.1影響水閘擋水和泄洪
滲流是河流、湖泊、水井集水廊道、水庫、水壩等水體周圍常見的現(xiàn)象，尤其是水閘周圍，由于長時間處于工作或建設(shè)階段，大部分會使水體周邊土質(zhì)松軟，水體發(fā)生滲流現(xiàn)象的可能性更大。有時水閘處于關(guān)閉狀態(tài)進(jìn)行擋水，但由于周邊土地經(jīng)常被水體浸泡，再加上水閘建設(shè)和日常工作活動，造成附近土質(zhì)松軟，加劇了水的滲透，影響擋水效果。泄洪時也是一樣，由于水在巖土縫隙之間的大量運(yùn)動，容易使周邊土壤儲存大量水分，影響開閘泄洪的放水效果。

　　1.2滲流在閘基不均勻沉降中的作用
實際上，我國大部分大壩都有不同程度的滲水現(xiàn)象，很大程度上是受水的滲流作用影響。水的滲流現(xiàn)象會使大量水分滲入大壩內(nèi)部，造成大壩身體的濕陷，而每當(dāng)雨季來臨，上游來水猛增，泄洪量驟然增大，水位提升，滲流會加劇對大壩的不利影響。同時，滲流所產(chǎn)生的揚(yáng)壓力會沖擊水閘工作質(zhì)量，極有可能會造成水閘抗滑穩(wěn)定性下降。而且滲流帶來的影響不止在抗滑穩(wěn)定性方面，對主體大壩的應(yīng)力分布也有重要影響。

　　1.3對抗滑穩(wěn)定性的影響
抗滑穩(wěn)定性是衡量一個大壩安全與否的重要指標(biāo)，這一指標(biāo)的提升也就意味著水閘結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的提升。閘基滑動需要以連續(xù)的軟弱面作為支撐，下游有足夠的臨空面供其銜接，很多時候由于水分滲流現(xiàn)象嚴(yán)重，巖土含水量提升，土質(zhì)變松軟，并且會造成巖土之間空隙增大，摩擦力減小，產(chǎn)生大面積的臨空面，加劇閘基的滑動。閘室滑移較多會影響水量控制質(zhì)量，會對大壩造成更深層次的危害，所以閘基閘室要有較高的抗滑系數(shù)。

　　2．滲流的計算

　　2.1改進(jìn)阻力系數(shù)法
改進(jìn)阻力系數(shù)法是將地下輪廓較為復(fù)雜的滲流區(qū)域分成若干段，對各個分段的受力進(jìn)行精確計算，得出各個分段的阻力系數(shù)，再簡單求和累計相加得到水閘受力大小情況。這是常用的滲透計算方法中最為簡單的一種，也是使用最廣泛的一種。

        2.2有限單元法
有限元方法的基礎(chǔ)是變分原理和加權(quán)余量法，其基本求解思想是把計算域劃分為有限個互不重疊的單元，在每個單元內(nèi)，選擇一些合適的節(jié)點(diǎn)作為求解函數(shù)的插值點(diǎn)，根據(jù)變分原理或加權(quán)余量法，解釋出流體力學(xué)的數(shù)值。主要步驟是：
        第一，控制方程和邊界條件，在滲流過程中巖土之間縫隙比率不變的前提下推導(dǎo)出二維滲流數(shù)值；
        第二，泛函和變分，精確出外力所做的功；
        第三，滲流場的離散計算，將滲流場劃分為若干個常用的三角形單元，通過線性插值求得某面積內(nèi)的力；第四，單元滲流矩陣與整體平衡方程，對各部分的結(jié)果進(jìn)行匯總整理。

　　2.3比較分析法
這種方法主要包括這樣幾點(diǎn)：
        第一，閘基輪廓線部分點(diǎn)水頭值的比較，這需要合理運(yùn)用阻力系數(shù)法；
        第二，閘基滲透壓力值比較，根據(jù)各個點(diǎn)水分的滲透壓力值進(jìn)行計算；
        第三，出口滲透坡降比較，結(jié)合前邊考察各點(diǎn)壓力值的壓力分布情況計算得出。

　　3．水閘防滲及處理工作

　　3.1高壓灌漿法防滲法
高壓噴射灌漿技術(shù)是利用高壓水槍將密度較大的灌漿噴涂在墻面上，以達(dá)到防滲透的效果，大體上分為旋轉(zhuǎn)噴射、定向噴射、擺動噴射三種噴涂方式。這種方法施工時間短，設(shè)備靈活簡便，效果也十分顯著。但不同地段墻體質(zhì)量參差不齊，加上有些地段水流較快，或者礫石直徑過大，應(yīng)謹(jǐn)慎使用這種防滲方法。比如，1994年北港加固時就用這種方法建設(shè)混凝土防滲墻，但由于地下水流動活躍，導(dǎo)致防滲墻建設(shè)化為烏有，這說明河床兩側(cè)地下水滲透壓力較大，這是最好采取高壓旋轉(zhuǎn)噴射進(jìn)行防滲墻建設(shè)。

　　3.2粉噴樁截滲墻進(jìn)行防滲處理
粉噴樁截滲墻是指通過特制的深層攪拌機(jī)械，在地下深層將軟土和固化劑攪拌，制作出有一定壓縮性的水泥土柱體，從而提升土地承載力和緊實程度。目前我國對水閘地基進(jìn)行防滲處理主要使用此種方法。幾年前，在小清河王道攔河閘工程中，由于灌注樁和部分承臺施工完畢，導(dǎo)致?lián)Q樁難度大，費(fèi)用高，只好采用粉噴樁截滲墻的方法在已建成樁臺周圍進(jìn)行防滲處理，提升土壤緊實度，才有效阻止了滲流情況的發(fā)生。

　　3.3平原水閘針對側(cè)向滲透破壞的防治措施
針對平原水利工程中的滲流現(xiàn)象，通常要采取的解決方法主要包括三個方面：
       第一，設(shè)計方面，灌溉渠道上的進(jìn)水閘閘身橫斷面要小，而側(cè)向防滲工作設(shè)計中應(yīng)根據(jù)高防低排的原則，與閘下正槽互相配合，最好適當(dāng)增加反濾層，以減輕側(cè)翼墻的防滲壓力；
       第二，施工方面，側(cè)向回填土盡量使用粘性土壤，而且要保證土質(zhì)純潔，雜質(zhì)少，且含水量較少，每層小于30cm，層堆層夯，回填土壓實度要高，慎重選擇反濾料，保證土壤既不會堵塞反濾層，也不能從反濾層滲出。
       第三，管理方面，定期檢查，嚴(yán)格檢測水分滲透現(xiàn)象，管理人員落實好職責(zé)，堅決杜絕人為因素引起的疏漏和破壞，加強(qiáng)上下游翼墻的修復(fù)維護(hù)。

　　3.4規(guī)避大壩不規(guī)則沉降風(fēng)險
著手這幾項工作可以有效避免壩體的不均勻沉降：
        1、閘室結(jié)構(gòu)盡量簡單，質(zhì)量較輕，減少對閘底的壓力；
        2、合理布局閘室位置，應(yīng)保證閘室位置與臨近結(jié)構(gòu)重量一致；
        3、施工時優(yōu)先選擇大重量構(gòu)件或建筑，要等這些大型設(shè)施施工完畢后自然沉降一段時間，結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定后，再選擇建設(shè)小型構(gòu)件或建筑。

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