水闸渗透计算

1、【例4-1】 某水闸地下轮廓布置及尺寸如图4-28所示。混凝土铺盖长10.50m ，底板顺水流方向长10.50m ，板桩入土深度4.4m 。闸前设计洪水位104.75m ，闸底板堰顶高程100.00m 。-4闸基土质在高程100.0090.50m 之间为砂壤土，渗透系数K 砂=2.4×10cm/s，可视为透水层，90.50m 以下为粘壤土不透水层。试用渗径系数法验算其防渗长度，并用直线比例法计算闸底板底面所受的渗透压力。（一）验算地下轮廓不透水部分的总长度（即防渗长度）。上游设计洪水位104.75m ，关门挡水，下游水位按100.00m 考虑，排水设施工作正常。根据表4-2，可知砂壤

2、土的渗径系数C =5. 0，作用水头为H =104. 75-100. 00=4. 75(m 故最小防渗长度为L =C H =5. 04. 75=23. 75(m 地下轮廓不透水部分的实际长度为L 实=0. 9+0. 6+0. 51. 414+7. 8+0. 51. 414+0. 6+0. 7+1. 5+24. 4 2、3 、17 依次按实际间距标于线上。2. 在此直线的起点作一长度为作用水头 4.75m 的垂线 1-1, 并用直线连接垂线的顶点 1与水平线的终点17 。117 即为渗流平均坡降线。3. 在各点作水平线的垂线与平均坡降线相交，即得各点的渗透压力水头值。准确的渗压水头值可用比例公式

3、计算求得。4. 将1、2、3、17 各点的渗压水头值垂直地画在地下轮廓不透水部分的水平投影上，用直线连接各水头线的顶点，即可求出铺盖和底板的渗压水头分布图 图 4-28 (c 。【例4-2】 用改进阻力系数法计算例4-1中各渗流要素。 （一）阻力系数的计算1. 有效深度的确定 由于L 0=10+10. 5=20. 5(m ，S 0=100. 00-94. 00=6. 0(m ，故L 020. 5=3. 42<5，按式（4-19）计算T e S 06. 0T e =5L 0520. 5=13. 72m >T =100. 00-90. 5=9. 5(m 01. 63. 42+21. 6

4、+2S 0故按实际透水层深度T =9. 5m 进行计算。2. 简化地下轮廓 将地下轮廓划分成十个段，如图4-29（a ）所示。 3. 计算阻力系数 图4-29（b ）（1）进口段：将齿墙简化为短板桩，板桩入土深度为0.5m ，铺盖厚度为0.4m ，故S =0. 5+0. 4=0. 9(m ，T =9. 5m 。按表（4-3）计算进口段阻力系数01为S 01=1. 5 T 3/20. 9+0. 44=1. 5 9. 53/2+0. 44=0. 48（2）齿墙水平段：S 1=S 2=0，L =0. 6m ，T =8. 6m ，按表（4-3）计算齿墙水平段阻力系数x 1为x 1=L -0. 7(S

5、1+S 20. 6=0. 07T 8. 6（3）齿墙垂直段：S =0. 5m ，T =9. 1m 。按表（4-3）计算齿墙垂直段的阻力系数y 1为y 1=S 20. 5ln ctg 1-=ln ctg 1-=0. 06 4T 49. 12=0. 5m ，S 2=5. 6m ，L =10. 75m ，按表（4-3）计算铺盖（4）铺盖水平段：S 1水平段阻力系数x 2为x 2=L -0. 7(S 1+S 210. 75-0. 7(0. 5+5. 6=0. 71T 9. 1（5）板桩垂直段：S =5. 6m ，T =9. 1m ，根据表（4-3），板桩垂直段阻力系数y 2为y 2=2ln ctg5.

6、 6 1-=0. 74 49. 1（6）板桩垂直段：S =4. 9m ，T =8. 4m ，根据表（4-3），板桩垂直段阻力系数y 3为y 3=2ln ctg4. 91-=0. 69 48. 4（7）底板水平段：S 1平段阻力系数x 3为x 3=4. 9m ，S 2=0. 5m ，L =8. 75m ，T =8. 4m ，故底板水8. 75-0. 7(4. 9+0. 5=0. 598. 4（8）齿墙垂直段：S =0. 5m ，T =8. 4m ，根据表（4-3），则齿墙垂直段的阻力系数y 4为y 4=2ln ctg0. 51-=0. 06 48. 4（9）齿墙水平段：S 1=S 2=0，L =

7、1. 0m ，T =7. 9m ，按表（4-3）计算齿墙水平段阻力系数x 4为x 4=1. 0=0. 13 7. 9（10）出口段：出口段中S =0. 55m ，T =8. 45m ，按表（4-3）计算其阻力系数02为020. 55=1. 5 8. 453/2+0. 44=0. 46（二）渗透压力计算1. 求各分段的渗压水头损失值 根据式（4-18） h i =7iH，其中H=4. 75m ，且 ii =1i =0. 48+0. 07+0. 06+0. 71+0. 74+0. 69+0. 59+0. 06+0. 13+0. 46=3. 99（1）进口段h 1=14. 75H=0. 48=1.

8、190. 48=0. 57(m 3. 99（2）齿墙水平段 h 2=1. 190. 07=0. 08(m （3）齿墙垂直段 h 3（4）铺盖水平段 h 4（5）板桩垂直段 h 5=1. 190. 06=0. 07(m =1. 190. 71=0. 85(m =1. 190. 74=0. 88(m （6）板桩垂直段 h 6=1. 190. 69=0. 82(m （7）底板水平段 h 7=1. 190. 59=0. 70(m （8）齿墙垂直段 h 8=1. 190. 06=0. 07(m （9）齿墙水平段 h 9=1. 190. 13=0. 16(m （10）出口段 h 10=1. 190. 46

9、=0. 55(m 2. 进出口水头损失值的修正（1）进口处按式（4-20）计算修正系数1'为1'=1. 21-1S T '12 +2+0. 059T T2=1. 21-1=0. 66 28. 60. 912+2+0. 059 9. 59. 51'=0. 66<1. 0，应予修正。进口段水头损失应修正为h 1'=1'h 1=0. 660. 57=0. 38(m 进口段水头损失减小值h 1为h 1=0. 57-0. 38=0. 19(m >h 2+h 3=0. 15(m 故应按式（4-25）、式（4-26）修正各段的水头损失值为 h 2

10、h 3' '=2h 2=20. 08=0. 16(m =2h 3=20. 07=0. 14(m 'h 4=h 4+h 1-(h 2+h 3=0. 85+0. 19-(0. 08+0. 07=0. 89(m '为 （2）出口处亦按式（4-20）计算修正系数2'=1. 21-210. 557. 9+0. 059+2128. 458. 452=0. 56<1出口段水头损失应修正为h 10''h 10=0. 560. 55=0. 31(m =2图 4-29 改进阻力系数法计算图 （单位：m ）（a ）渗流场分段图；（b ）阻力系数计算图；（

11、c ）渗压水头分布图故应按式（4-25）、式（4-26）修正各段的水头损失值为 h 9=2h 9=20. 16=0. 32(m 'h 8=2h 8=20. 07=0. 14(m ' h 7=h 7+h 10-(h 9+h 8=0. 70+0. 24-(0. 16+0. 07=0. 71(m 验算'H=h ' =0. 38+0. 16+0. 14+0. 89+0. 88+0. 82+0. 71+0. 14+0. 32+0. 31=4. 75(m 计算无误。 3.计算各角隅点的渗压水头 由上游进口段开始，逐次向下游从作用水头值 DH = 4.75m 相继减去各分段水

12、头损失值（也可由下游出口段从零开始向上游逐段累加各 分段水头损失值） ，即可求得各角隅点的渗压水头值 H1 = 4.75(m H 2 = 4.75 - 0.38 = 4.37(m H 3 = 4.37 - 0.16 = 4.21(m H 4 = 4.21 - 0.14 = 4.07(m H 5 = 4.07 - 0.89 = 3.18(m H 6 = 3.18 - 0.88 = 2.30(m H 7 = 2.30 - 0.82 = 1.48(m H8 = 1.48 - 0.71 = 0.77(m H 9 = 0.77 - 0.14 = 0.63(m H10 = 0.63 - 0.32 = 0.31(m H11 = 0.31- 0.31 = 0 4.绘制渗压水头分布图 根据以上算得的渗压水头值， 并认为沿水平段的水头损失呈 线性变化，即可绘出如图 4-29 ( c 所示的渗压水头分布图。 图中进口处渗压水头修正范围应按下式计算 ¢= Lx Dh1 0.19