《渠化工程》第章船闸水工建筑物节二

第六章船闸结构计算(4-7)第四节船闸闸首结构第五节引航道上的建筑物第六节船闸的防渗与排水第七节船闸结构有限元分析(自学）第四节船闸闸首结构一、闸首结构布置与构造二、整体式闸首计算三、分离式闸首计算一、闸首结构布置与构造1.闸首结构布置 闸首由墩墙和底板所构成。布置及尺寸与所选用的闸门型式、输水系统及有无帷墙等有密切关系。船闸闸首一般设有输水廊道、闸门、阀门、闸阀门启闭机械及其相应的设备等。闸首结构按其受力状态：整体式结构和分离式结构。

在土基上：为避免由于边墩不均匀沉降而影响闸门正常工作，一般采用整体式闸首结构；

岩基上：可采用分离式结构；

当岩石较完整时，可不设底板，只有当岩石裂隙较多或岩石较软弱时，才考虑加设底板或护底．必要时也可采用整体式结构。6-20船闸闸首一号船闸上闸首2．闸首结构尺度确定

闸首在长度(顺水流)方向上一般由3段组成.(1)门前段长度l1门前段长度l1，主要根据工作闸门形式、检修门尺度、门槽构造及检修要求确定。

检修门槽设于闸首外与导墙接缝时，门前段的长度最小，一般为1.0m左右。检修门槽设于闸首内:L=1~2+C(米),C为检修门槽宽在设置检修门槽不增加闸首长度的情况下，应尽量使检修门槽布置在首范围内。

(2)门龛段长度l2

①人字闸门②横拉闸门③三角闸门④平面闸门

人字闸门其门龛段长度l2为

(6-61)式中：Bc——闸首的口门宽度(m)；

d——门龛深度(m)，一般为门厚加0.4~0.8m；

θ——闸门与船闸横轴线的夹角，一般取20°~22.5°。为便于安置横梁和门底止水，保证闸门在任何位置时均能检查和修理底部止水，门下的自由空间高度一般不小于。横拉闸门横拉闸门的门槽宽度，主要由门厚、上下游支承木的厚度及闸墩楔形支承厚度组成：

l2=h+2(0.2+0.25)(6-62)式中：h——横拉门厚度(m)。支承木厚度取0.2m．楔形支承厚度取0.25m。

矩形横拉门的厚跨比一般在1/4~1/7之间。三角闸门三角闸门门库较大，其外形尺寸除要满足闸门尺度及构造要求外．还应满足输水消能的要求。据已建船闸三角门门库尺度的统计，其门龛长度可取为：

l2=(0.5~0.7)Bc(6-63)

平面闸门平面闸门的门槽较小，主要视门体结构尺度而定。据已建船闸支持段尺度的统计，l3的变化幅度较大，其范围如下：

l3≈(0.3~1.2)h

(6-64)或

l3≈(0.4~2.1)H式中：h——边墩自由高度(m)；

H——设计水头(m)。（3)闸门支持段长度l3闸门支持段主要应满足结构稳定及强度的要求，并应考虑输水廊道进出口布置的要求。

人字闸门的支持段长度，目前设计仍假定是在其独立工作条件下进行稳定和强度的验算确定的，因此需要有足够的长度。(4)闸首边墩宽度：根据门龛深度；廊道宽度；阀门井尺度等因素确定据已建船闸的统计，边墩厚度一般取为2~3倍廊道宽度。

边墩的顶部宽度：使用要求；满足启闭机房；交道通道；管理及维修场地；其他设备等的布置为节省工程造价也可在闸首边墩顶部设悬臂加宽。闸首的边墩结构：土基上一般采用空箱式结构

闸首底板厚底板厚度可取等于（1/3~1/4.5）边墩的自由高度，但不应小于其净跨的（1/6~1/7），在粘性地基上取较大值，在砂性地基上可取小值。倒拱底板的拱厚一般取为口门宽度的（1/15~1/20），矢跨比一般为（1/7~1/10）。倒拱底板对边墩的不均匀沉降、相对水平位移和转角相当敏感，边墩即使只产生较小的变位，也会使倒拱产生较大的附加内力。因此，倒拱底板一般用于地基条件好，边墩高度不大的闸首。二、整体式闸首计算闸首结构的计算简化：闸首结构的计算系属空间问题，通常是将空间问题简化为平面问题，分段进行计算。

闸首结构的计算内容：闸首结构稳定验算包括：整体抗滑、抗倾、抗浮、渗流稳定性和地基承载力等验算。强度验算包括：边墩强度、底板强度、局部强度等验算。（一）整体抗滑稳定计算抗滑稳定安全系数按下式计算：

其中式中Kc——抗滑稳定安全系数，可按船闸设计规范规定数值取用；

——作用于闸首上的垂直力总和，kN；

U——作用于闸首底板上的扬压力，kN；

f——闸首沿地基面的摩擦系数；

Ep——作用于闸首下游端面埋深部分的抗力，kN，土基与埋置不深的岩基可不计；

Et——边墩背面与回填料间的摩擦力，kN，在粘性填土段可不计；

kt——摩擦力折减系数：上、中闸首可取0.6，下闸首可取0.4；

E——边墩背面的土压力，kN；

——回填料与边墩背面间的摩擦角，（°），取=。

H1、H2——作用于闸首上、下游端面的水压力，kN；

E1、E2——作用于闸首上、下端面的静止土压力，kN；（6-65）（二）闸首边墩计算闸首边墩一般采用分段计算法。1．支持段计算（1）计算假定：通常将支持墙视为一独立体，即假定支持墙与门龛段用缝分开，与底板也用缝分开，独立承受全部闸门推力。图6-三24人字三闸门三闸首三支持三墙段三荷载三图式（2）闸三门推三力式中R—三—闸门三推力三，kN；P—三—作用三于每三扇闸三门上三的总三水压三力，kN；——闸门三与船三闸横三轴线三的夹三角。将闸三门推三力R分解三为平三行于三船闸三轴线三的纵三向分三力E1及垂三直于三船闸三轴线三的横三向分三力S，即（6三-6三6）（6三-6三7）（3）其三它荷三载支持三墙还三作用三有门三龛水三压力E2;支持三墙与三门龛三分缝三间的三水压三力E3支持三墙与三底板三分缝三间的三扬压三力E4土压三力和三自重三等荷三载。其中E3、E4为缝三隙水三压力三，均三应乘三以小三于1.三0的折三减系三数（一三般取三为0.三5）。（4）支三持墙三的抗三滑稳三定性式中——作用三于支三持墙三全部三垂直三力的三总和,（包三括墙三底缝三内的三扬压三力E4），KN；f——支持三墙底三面的三摩擦三系数三，一三般取0.三7三~三0.三75；——作用三于支三持墙三全部三水平三力的三总和三，kN（6三-6三8）其中三作用三的纵三向水三平力三的总三和，三为三作用的横三向水三平力三的总三和。（5）三支持三墙的三强度三计算支持三墙的三强度三计算三，采三用双三向弯三曲受三压公三式墙底三四角三点应三力按三下式三计算三：式中——三支持三墙底三面的三最大三应力三，[三]三为材三料允三许抗三压强三度；——三支持三墙底三的最三小应三力，三>0三；F—三—支三持墙三底面三的面三积，三m2；Wx、Wz——三支持三墙底三面对三x、三z轴三的断三面模三量，三m3；Mx、Mz——三分别三为纵三向水三平力三对x三轴的三力矩三和及三横向三水平三力、三垂直三力对三z轴三的力三矩和三，k三N·三m。（6三-6三9）（6）带三形钢三筋当支三持墙三不能三独立三满足三水平三抗滑三稳定三要求三时，三则须三设置三纵向三带形三钢筋带形三钢筋三所受三的力三可按三下式三计算三：式中Eg——带形三钢筋三所受三的力三，kN；Em——闸门三推力三的纵三向分三力，kN；Es——作用三于支三持墙三上门三龛的三纵向三水压三力，kN；Ef——缝面三上的三纵向三水压三力，kN；——折减三系数三，取三为0.三5；——作用三于支三持墙三计算三面以三上的三垂直三力总三和,三kN；f——摩擦三系数三，取0.三7~三0.三75；Kc——支持三墙抗三滑稳三定安三全系三数，三取为三。（6三-7三0）2．空三箱结三构计三算（1）以三距底三板顶三面1.三5L（L为箱三内隔三墙跨三度）三高度三为界三，以三上部三分的三侧墙三按多三跨连三续梁三计算三；以三下部三分则三按三三边固三定一三边简三支的三支持三板计三算。（2）垂三直方三向可三近似三地按三固定三在底三板上三的空三心悬三臂梁三进行三核算。3．闸三首边三墩中三的廊三道结三构（1）当三廊道三壁厚三小于2.三5D（D为廊三道孔三洞化三引直三径）三时，三可按三杆件三系统三计算三。人三字门三闸首三，将三廊道三在平三面上三分成三四段三，即三进口三段I、门三龛段II、支三持段II三I和出三口段Ⅳ图6-三18闸首三廊道三计算三分段I、Ⅳ段廊三道可三按固三定在三底板三上Г形悬三臂梁三计算三；II段廊三道可三按固三定在三底板三上的三三型刚三架计三算。当廊三道壁三厚大三于2.三5D时，三可按三弹性三力学三方法三计算三。（三三）闸三首底三板计三算简化三计算三方法一般三将底三板纵三向划三分为三几个三特征三段，三计入三不平三衡剪三力，三按平三面问三题进三行分三段计三算，三然后三考虑三整体三影响三，将三各段三所得三的内三力进三行调三整。计算三步骤三：1．闸三首底三板的三纵向三分段2．不三平衡三剪力三计算3．内三力计三算4．内三力的三调整大型三船闸三底板三内力三：可三先将三横向三荷载三在纵三向进三行的三分配三，然三后计三算各三段底三板内三力，三内力三可不三再调三整。1．闸三首底三板的三纵向三分段闸首三底板三的特三征段三，一三般可三根据三荷载三、刚三度及三跨度三等因三素划三分。图6-三19闸首三底板三特征三段划三分(a三)人字三闸门三；（b）平三面闸三门；三（c）弧三形闸三门2.不平三衡剪三力计三算（1）不三平衡三剪力三概念闸首三底板三划分三为几三个特三征段三后，三对每三一特三征段三，考三虑了三相邻三段的三作用三后，三其作三用在三各段三的垂三直力三与地三基反三力也三应该三是平三衡的三，因三此相三邻段三分隔三的截三面上三必然三产生三剪力三以使三各段三保持三平衡三，该三剪力三被称三为不三平衡三剪力2.不平三衡剪三力计三算（2）计三算图三式分段三计算三的不三平衡三状态Qi=Ri—Vi式中：Qi—不三平衡三剪力三，k三N；Ri—闸三首沿三纵向三按直三线反三力法三计算三所得三的作三用于三该特三征段三上的三地基三反力三，k三N；Vi—该三特征三段上三的向下三的垂三直力三总和三，kN三；包括三自重三、水三重、三浮托三力、三渗透三压力三。图6-三21边墩三不平三衡剪三力计三算图（3）不平三衡剪三力截三面分三配各特三征段三不平三衡剪三力值三在闸三首截三面中按弹三性力三学方三法进三行分三配分配三于边三墩截三面ab三ef上的三不平三衡剪三力QT，可三由下三式计三算：（6三-7三2）式中三——三相应三特征三段上三边墩三截面三上的三不平三衡剪三力，三kN三；Jy三——三边墩三和底三板截三面对三y轴三的惯三矩，三m4三；H三——三边墩三高度三，m三；(S三y)三ab三cd三—三—三ab三cd三截面三对y三轴的三静矩三，m三3。(J三y)三ab三ef三—三—三ab三ef三截面三对y三轴的三惯矩三，m三4。分配三于底三板上三的不三平衡三剪力三QH三为；QH三=三Q三i三—三2Q三T（4）经三验分三配对于三人字三闸门三闸首三边墩三和底三板可三分别三按相三应特三征段三的总不三平衡三剪力Qi的85三%取值三和15三%取值三。不平三衡剪三力在三闸首三横断三面上三的分三布，三通常三以集中三力的方三式作三用于三两边墩的中三点上三；以均布三力的方三式作三用于三整个底板上。Mc、Qc三——闸首三底板三单位三条宽三的弯三矩和三剪力三加权三平均三值，kN三·m，kP三a。Bi——各段三的长三度3、内三力计三算：三地基三梁法4．内三力的三调整对纵三向断三面变三化不三大的三闸首三闸底三可采三用加三权平三均法三，进三行底三板内三力的三调整三。式中Mip、Qip——各特三征段三调整三后的三计算三弯矩三和计算三剪力三值，kN三·m，kP三a；Mi、Qi——各特三征段三单位三条宽三的弯三矩和三剪力值三，kN三·m，kP三a；Mc、Qc——闸首三底板三单位三条宽三的弯三矩和三剪力加三权平三均值三，kN三·m，kP三a。对纵三向断三面变三化较三大的三闸首三底板三，各三特征三段内三力可三按刚三度进三行调三整。（6三-7三6）横向三荷载三的分三配(三中小三船闸三可不三进行三分配三）人字三闸门三推力三的横三向分三力分三配：图6-三22人字三闸门三横向三推力三沿高三度分三布通过三闸首三边墩三传递三到单三位长三度底三板上三的横三向力T及其三所产三生的三弯矩M为：（6三-7三3）式中hi——横向三力Syi距闸三首底三板中三心轴三的距三离，m；li——横向三力Syi在闸三首底三板处三的分三布长三度，m。图6-三30闸门三推力三的横三向分三力矩三沿闸三首长三度分三布三、三分离三式闸三首计三算计算三内容分离三式闸三首的三边墩三和底三板应三分别三进行三稳定三和强三度计三算。（1）横三向的三抗滑三、抗三倾稳三定性三进行三验算三；（2）闸三首的三中间三底板三抗浮三稳定三验算三；（3）土三基上三分离三式闸三首边三墩沉三降及三边墩三倾斜三验算三；（4）强三度验三算（三底板三及边三墩）第五三节、三引航三道导三航和三靠船三建筑三物船闸三引航三道上三的建三筑物三：设有三导航三和靠三船建三筑物三以及三护坡三、护三底等三结构三。1．导航三和靠三船建三筑物导航三和靠三船建三筑物三型式三：（1）重三力式三导航三、靠三船建三筑结三构;（2）墩三式、三框架三式导三航、三靠船三建筑三物;（3）桩三墩式三、浮三式、三空箱三式、三扶壁三式和三连拱三式等浮式三导航三墙：适用三于库三区或三水深三较大三的河三流中三，预三制施三工进三度较三快，三对地三基无三要求三。但三操作三麻烦三，维三护工三作量三大，三容易三受水三流及三风向三等自三然因三素的三影响三，船三舶停三靠不三太理三想。（1）导三航、三靠船三建筑三物结三构形三式的三选择三：根据三地基三特性三、船闸三规模三；材料三来源三；施工三条件三；使用三要求三等因三素确三定尽可三能采三用结三构简三单、三便于三施工三、使三用方便、三经济三合理三的结三构形三式。（2）导三航和三靠船三建筑三物设三置要三求：前沿三做成三垂直三平整三面，三以利三于船三舶停三靠及三系泊三安全三；当引三航道三水位三变幅三较大三时，三可在三靠船三建筑三物正三面分层设三置系三船钩三；为施三工方三便，三墩与三墩间三的距三离，三常布三置为三等间三距；三１５三～２三５m;墩与三墩间三一般三设有三人行三引桥三供管三理人三员工三作及三船员上、三下岸三之用三。尺度三应满三足稳三定和三强度三要求三；满足三系船三、照三明及三信号三装置三等布三置要三求。2.护坡三和护三底护坡三和护三底的三必要三性：引航三道的三岸坡三和底三部，由于三经常三受船三闸泄三水和三溢洪时三水流三的冲三刷以三及暴三雨、三风浪三及船三行波三的影三响等，容易三造成三岸坡三崩塌三，引三起引三航道三泥沙三大量三淤积，三阻碍三船舶三航行三。因三此靠三近闸三首附三近的三一段三引航道三的边三坡和三底部三，应三适当三加以三保护三。护坡三和护三底的三型式三：一般三采用三浆砌三块石三；干砌三块石三；混凝三土块三体；草皮三等护三坡护坡三和护三底的三长度三：在闸三首外三底部三和辅三导墙三外铺三砌30三m左右三长度三的护三底；护坡三结构为25三-4三0c三m块石三，下三垫以10三cm中石三子和10三cm黄砂;通常三将浆三砌块三石或三干砌三块石三护坡三铺至三正常三通航三水位三以上0.三5m左右，三砌石三岸坡三以上三至坡三顶则三可加三铺草三皮保三护。6-三34一、三船闸三的渗三流１．三渗流三对建三筑物三的影三响：产生三渗透三压力三，降三低建三筑物三抗滑三稳定三性；可能三引起三地基三土壤三的渗三透变三形，三甚至三会引三起建三筑物三失事三。2.渗流三特点第六三节三船闸三的防三渗与三排水图6三-3三5三船闸三的渗三流图三式船闸三的横三向渗三流船闸三渗流三特点三：（1）三闸室三墙下三的渗三流为三双向三渗流三;（2）三船闸三渗流三呈空三间渗三流状三态；（3三）船三闸的三渗流三具有三不稳三定流三性质3．闸三室底三透水三与否三以及三闸室三相对三于坝三轴线三位置三对渗三流影三响：（1）闸三室为三不透三水闸三底，三且布三置在三坝轴三线下三游时（2）闸三室为三不透三水闸三底，三闸室三布置三在坝三轴线三上游三时，三下闸三首位三于挡三水线三上，三其渗三流情三况在三很大三程度三上取三决于三闸室三墙后三回填三土的三构筑三方式三。（3三）当三闸室三为透三水闸三底时三，闸三首和三闸室三均为三独立三的挡三水建三筑物1）三闸首三：渗三流自三上游三（或三闸室三）经三上（三或下三）闸三首底三板向三闸室三（或三下游三）渗三出，三同时三它也三绕过三闸首三边墩三向下三游流三动。2）三就闸三室而三言，三当闸三室泄三空时三，闸三室墙三后回三填土三中的三地下三水经三过闸三室墙三底向三闸室三方向三渗出三。当三闸室三灌满三水时三，渗三流则三向闸三室墙三后回三填土三渗出4．三船闸三闸首三地下三轮廓三线地下三轮廓三线，三亦即三闸基三渗流三的第三一根三流线三：该三线长三度称三为防三渗长三度或三渗径三长度三。二、三地基三渗流三变形1．三流土在粘三性土三壤中三，由三于土三壤颗三粒之三间存三在粘三着力三，阻三碍了三渗透三水流三使土三壤颗三粒分三离，三因而三不易三产生三土壤三颗粒三的单三独移三动，三但是三渗透三水流三在其三逸出三处却三可能三将部三分土三体顶三起，三使其三处于三悬浮三状态三，这三种现三象成三为流三土。2．三管涌当渗三透坡三降（三或渗三流流三速）三达到三某一三数值三时，三就有三可能三使那三些微三小颗三粒开三始移三动，三使它三们象三处在三悬浮三状态三一样三，沿三着渗三流方三向通三过土三体的三孔隙三被带三走。三由于三小颗三粒的三被带三走，三土体三中孔三隙的三容积三和尺三寸增三大，三那些三较大三粒径三的土三粒将三有可三能继三续被三带走三。发三展下三去，三有可三能把三土体三中承三重的三骨架三颗粒三带走三，于三是建三筑物三将因三此而三发生三较大三的沉三陷，三甚至三地基三因而三发生三破坏三。这种三管涌三现象三主要三发生三在无三粘性三或粘三性很三小的三土壤三（如三砂土三、砂三壤土三等）三中。三、三船闸三的防三渗与三排水三布置船闸三的防三渗布三置的三影响三因素三：●地三基的三土壤三性质三、土三层的三分布三等●作三用水三头的三大小三；●船三闸结三构型三式；●船三闸在三枢纽三中位三置等三因素1．船三闸闸三室为三透水三闸底三的防三渗布三置当闸三室为三透水三闸底三时，三闸首三和闸三室均三是独三立的三挡水三建筑三物，三它们三各自三都应三设置三防渗三设备三：图6三-5三船闸三为透三水闸三底的三防渗三布置1—三铺盖三；2三—齿三墙三3三—板三桩；三4—三反滤三层（1三）闸三首的三防渗三设施（2三）闸三室防三渗设三施1、防三渗墙2、反滤三层3、排三水管一般三多采三用齿三墙、防渗三墙、明沟三或排三水管等设三施，在粘性三土地基三上，三通常三不宜三施打三板桩1）设三置齿三墙，三土基三上深三度一三般不三大于三２米,宽度三不小三于0.三5米．2）在三闸室三内侧三闸墙三下渗三流出三口处三设置三一道三板桩三，在三闸室三内设三置反三滤层三。3）在三闸墙三的回三填土三内，三设置三明沟三或排三水管三排水（2三）闸三室防三渗设三施明沟三和排三水管三的布三置：三明沟三和排三水管三的起三始点三布置在闸三室起三点附三近，三其出三口高三程可三根据三检修三要求三确定；排三水管三及明三沟的三纵坡三宜取三为1:三20三0－1:三50三0；墙三后回三填土三中的三排水三管距三墙背三的距三离宜三为2－3m。沿三排水三管每三隔25三-5三0m应设三置检三查井三。对于三双向三水头三的船三闸，三必要三时可三设置三上、三下两三层排三水管三，在三排水三管出三口处三设置三可控三制阀三门，三以防三止高三水时三水流三进入三墙后三回填三土内三。2．闸三室为三不透三水闸三底的三防渗三布置（1）当三闸室三位于三坝轴三线的三下游三时，三一般三仅在三闸室三墙后三回填三土内三设置三明沟三或排三水管三。（2）当三闸室三位于三坝轴三线上三游时三，在闸三室墙三后填三筑宽三度较三大的三回填三土体三，并三在回三填土三内设三置排三水管三，以三减少三作用三在闸三室墙三上的三水压三力。在闸三室墙三后可三以不三填筑三回填三土或三者不三填筑三到顶三，此三时整三个渗三流水三头由三位于三坝轴三线的三下闸三首承三受．四、三防渗三与排三水构三造1、防渗三铺盖三：长三度一三般采三用设三计水三头的2-三3倍三；防渗三铺盖三有柔三性和三刚性三的两三种；三粘性三铺盖三适用三于砂三性土三地基三，混三凝土三铺盖三适用三于透三水性三较小三的地三基。铺盖的渗三透系三数与三地基三土渗三透系三数之三比宜三小于0.三01三.2、钢三筋混三凝土三铺盖三厚度三约为30-三50三cm三，一三般采三用C三20三混凝三土。三为适三应地三基沉三降，三钢筋三混凝三土铺三盖应三用纵三横缝三分块三，缝三距可三取1三0—三20三米，三缝内三设置三止水三。3、防渗三板桩三可采三用钢三筋混三凝土三板桩三，板三桩厚三度一三般采三用15三-3三0C三M，入土三深度三不小三于2.三5M，桩三尖应三埋入三不透三水层三一定三深度三。在粘三性地三基中三，由三于板三桩打三入后三粘性三土被三切断三，板三桩与三粘土三的接三触面三比较三光滑三容易三产生三集中三渗流三，因三此在三这类三地基三中一三般不三宜采三用板三桩，三可采三用防渗三墙。防渗三墙是三使用三专用三机具三钻凿三圆孔三或直三接开三挖槽三孔，三孔内三浇灌三混凝三土、三回填三黏土三或其三他防三渗材三料等三形成三连续三的地三下墙三体。三也可三用灌三注桩三、旋三喷桩三、定三喷桩三等各三类桩三体连三续形三成防三渗墙三。4、三齿墙三深度三一般三不大三于2三.0三M，三底宽三不小三于0三.5三M，三岩基三上齿三墙较三浅，三一般三嵌入三新鲜三岩层三0.三5-三1.三0M三。5、三墙后三填土三中的三排水三暗管三，可采三用塑三料、三铸铁三、混三凝土三材料三。预三制混三凝土三管管三径一三般为30三CM三，管三壁厚三约5三CM三，管三的下三半部三开有三小孔三，孔三径约三为1三0M三M，三管外三做反三滤层。6、三反滤三层的三作用三：主三要是三增加三地基三的抗三渗能三力和三防止三产生三渗透三变形三，防三止土三壤颗三粒被三渗流三带走三，通三常设三置在三渗流三逸出三处。反滤三层应三符合三以下三规定三：（1三）透三水性三应大三于其三所保三护的三土壤三。（2三）较三细一三层的三颗粒三不应三穿过三颗粒三较大三一层三的孔三隙。（3三）被三保护三的土三壤不三应穿三过反三滤层三被带三走。（4三）同三层必三须稳三定，三颗粒三在层三内不三发生三移动三。五、三渗流三计算船闸三的渗三流计三算可三简化三为平三面问三题。土基三上船三闸的三渗流三计算三方法三可采三用渗径三系数三法；当水三头较三高或三重要三的船三闸，三宜同三时采三用阻三力系三数法三、空三间渗三流计三算法三和三三维电三模拟三试验三法进三行分三析研三究。渗径三系数三法（直三线法三）认为三建筑三物基三底的三渗透三压力三与渗三径长三度成三直线三比例三。该法三是将三船闸三下的三地下三防渗三轮廓三线，三化引三为水三平的三计算三轮廓三线，三即将三板桩三、齿三墙等三垂直三的地三下轮三廓线三按比三例化三引为三水平三长度三而展三开，三然后三绘制三渗透三压力三图形三，从三而可三以求三出各三相应三段的三渗透三压力三值。图6-三7渗径三系数三法计三算渗三透压三力渗流三稳定性验三算：应满三足下三列公三式要三求：L≥三CH式中L—三—地三下轮三廓线三的化三引总三长度三，m三；C—三—渗三径系三数；H—三—计三算水三头（三渗透三水头三），三m；Ln——三地下三轮廓三线水三平段三长度三，m三；Lv——三地下三轮廓三线垂三直段三长度三，m三；m—三—垂三直段三换算三为水三平段三长度三的换三算系三数；三对多三板桩,m取三2.三0；三对齿三墙、三单板三桩m三取1三.5三；对三墙身三垂直三段m三取小三于等三于1.0三。L=渗径三系数C值表6-三3土壤种类渗径系数C粉砂细砂中砂和粗砂亚粘土和亚砂土粘土9~137~96~75~63~4渗径三系数三法特三点：★没有三考虑三渗流三区域三的边三界；★没有三考虑三地下三轮廓三形状三的影三响以三及地三基土三壤的三不均三匀性三等该法三计算三简便三，有三一定三的实三践经三验基三础，三目前三在中三小型三工程三中应三用较三广。2.三渗三透水三头的三确定上闸三首：为上三游的三设计三高水三位和三对应三的闸三室水三位之三差，三通常三当闸三室抽三干检三修时三，渗三透水三头最三大，三为计三算控三制工三况；下闸三首：为闸三室内三高水三位和三对应三的下三游水三位之三差，三同时三应核三算闸三室检三修时三，由三下游三向闸三室的三渗透三稳定三。闸室的渗三流稳三定主三要计三算垂三直于三船闸三轴线三的横三向渗三流稳三定，三渗透三水头三需根三据墙三前墙三后水三位确三定。墙后三的地三下水三位：当闸三室处三于挡三水线三下游三，墙三后回三填土三中未三设置三排水三管时三，墙三后地三下水三位纵三向分三布可三简化三为上三、下三游水三位的三直线三连线三分布三；当墙三后设三有排三水管三时，三地下三水位三一般三取排三水管三中心三高程三，当三此时三下游三水位三超过三排水三管高三程时三，地三下水三位以三下游三水位三计。当闸三室处三于挡三水线三上游三，墙三后无三排水三管时三，墙三后水三位应三按上三游水三位确三定。第七三节三有限三单元三法在三船闸三工程三中的三应用(自三学）一.有限三单元三法基三本概三念二、三船闸三结构三有限三元法三有关三问题三的处三理一.有限三单元三法基三本概三念有限三单元三法，三它是三将需三要分三析的三连续三区域三通过三几何三剖分三，使三之成三为若三干个三“单三元”三的结三合，三“单三元”三与“三单元三”之三间通三过结三点相三连。三通过三求解三这些三连接三点的三力学三量，三进而三得到三连续三体的三应变三场和三应力三场。有限三元方三法解三题步三骤可三概括三如下：1．结三构离三散成三有限三个单三元；2．选三择形三函数三；3．建三立各三单元三结点三力与三结点三位移三的关三系式三，确定单三元的三刚度三矩阵[k]e；4．迭三加各三单元三的刚三度矩三阵成三为结三构的三总刚三度矩阵[k三]；5．形三成所三有结三点力{FS}与结三点位三移{}之间三的关系三，即[K三]{}=三{FS}；6．形三成外三荷载三向量三；7．解三线性三方程三组得三到未三知结三点位三移。8．求三出单三元应三力、三应变三。1．连三续介三质的三离散三化图6-三292．形三函数三的选三择形函三数：三即把三单元三内任三一点三的位三移描三述为三单元三节点三位移三的函三数。单元三内任三一点三的形三函数三可近三似表三达为三坐标三的函三数，三对平三面三三角形三单元三其形三函数三的表三达式三：（6-三85）（6-三86）其中（6-三87）xi，yi，xj，yj，xm，ym为单三元结三点坐三标，A为三三角形三单元三的面三积，I为二三阶单三元矩三阵。三则单三元内三任一三点的三位移三可表三示为三：式中{}e——单元三结点三位移三列阵三；[N三]三——形函三数，三为坐三标的三函数三。（6-三88）3．等三效结三点力三与单三元刚三度矩三阵对于三单元三来说三，结三点力三是指三通过三结点三作用三于本三单元三的力三。利三用虚三功原三理，三可以三导出三单元三的节三点位三移和三节点三力之三间的三关系三。即（6-三89）式中——单元三等效三结点三力；——单元三刚度三矩阵三，其三物理三意义是三单位三结点三位移三分量三所引起三的结三点力三分量三，可三根据单三元的三几何三尺寸三、结三点坐标三、材三料的三性质三等确三定；4．结三点荷三载作用三于结三构上三的荷三载有三两种三，一三种是三集中三荷载三，另三一种三是分三布荷三载。对于三集中三荷载三，在三划分三网格三时应三使集三中荷三载的三作用三点成三为一三个结三点。对于三分布三荷载三，应三转换三为等三效的三结点三荷载三，其三荷载三的移三置应三按静三力等三效原三则进三行，三即原三荷载三和移三置到三结点三上的三荷载三在任三何虚三位移三上所三作的三虚功三应相三等。5．结三点平三衡方三程与三整体三刚度三矩阵每个三结点三在结三点力三和结三点荷三载作三用下三应保三持平三衡，三即有（6-三90）式中三：Fi为i结点三的结三点力三，Pi为i结点三的结三点荷三载。三以三代入三上式三，即三可得三到用三结点三位移三表示三的结三点平三衡方三程如三下：（6-三91）式中[k]三——整体三刚度三矩阵三，可三由单三元刚三度矩三阵叠加三形成三；{}三——整体三结构三结点三位移三列阵三；{P三}三——作用三在结三构上三所有三结点三的外三荷载三列阵。6．单三元应三力及三应变根据三广义三虎克三定律三，有（6-三92）式中[D三]三——弹性三矩阵三，取三决于三弹性三常数E、；{}三——单元三应变三列阵三；{}三——单元三的应三力列三阵。对于三平面三问题三：（6-三93）将形三函数三代入三上式三，即三可得（6-三94）将式三（6-三94）代三入式三（6-三92）有（6-三95）式中[B三]称为三应变三矩阵三，[S三]称为三应力三矩阵三，按三上式三即可三由结点位三移计三算单三元的三应力三和应三变。有限三单元三法的三特点（1）可三以反三映连三续体三各部三分的三共同三作用三和相三互影三响；（2）因三为它三是离三散的三，所三以允三许各三单元三体根三据各三自的三材料三特性三，所三处的三区域三和受三力条三件的三不同三，采三用不三同的三计算三参数三。适用三条件三：不但三适用三于分三析匀三质弹三性体三，也适三用于三分析三非匀三质的三连续三体；不但三适用三线性三分析三，也三能进三行非三线性三分析三。求解三多方三面的三课题三，如三基坑三开挖三问题三；边三坡稳三定问三题；三地三基承三载力三问题三；渗三流问三题；三模拟三施工三过程三；土三壤与三结构三的相三互作三用；三结构三的静三、动三力等三问题三。二、三船闸三结构三有限三元法三有关三问题三的处三理1．确三定计三算范三围对于三整体三式闸三室或三闸首三，地三基的三水平三工作三范围L可取三闸室三底部三轮廓三宽度B的2～4倍，三即L=（2～4）B，地三基深三度H可取B的1.三0～1.三5倍即H=（1.三0～1.三5）B。图6-三28船闸三地基三工作三范围三示意三图2.剖分三单元图6-三29闸室三单元三剖分三示意三图3．地三基和三回填三土体三的非三线性三特性土体三的应三力应三变模三型有三非线三性弹三性模三型和三弹塑三性模三型两三大类三：（1）弹三塑性三模型三把总三变形三分为三弹性三部分三和塑三性部三分，三用虎三克定三律计三弹性三变形三部分三，用三塑性三理论三来解三塑性三变形三部分三。（2）线三性弹三性模三型假三定全三部变三形都三是弹三性，三但不三同的三应力三阶段三其弹三性常三数是三不同三的。常用三非线三性弹三性模三型：三邓肯三（Du三nc三an）和三张（Ch三an三g）提三出的三双曲三线模三型。Du三nc三an和Ch三an三g建议三在加三荷时三用下三列双三曲函三数拟三合三三轴试三验应三力应三变曲三线，三即（6-三96）式中a、b为试三验常三数，a为轴三向应三变，并利三用上三述关三系推三导出三了弹三性模三量公三式：式中Et——切线三弹性三模量三；ut——切线三泊松三比；、——大、三小主三应力三；Rf——破坏三比，三对不三同的三土约三在0.三75～1.三0之间三；（6-三97）（6-三98）式中——土壤三的内三摩擦三角；C——土壤三凝聚三力；K、n、D、G、F为计三算常三数，三可由三常规三三轴三试验三确定三。利三用式三（6-三97）和三式（6-三98），三即可三计算三在不三同的三应力三水平三下单三元的Et和t，从三而形三成整三体刚三度矩三阵，三进行三非线三性有三限元三分析三。卸荷三及再三加荷三阶段三，弹三性模三量Eur可按三下式三确定三：（6-三10三0）式中Kur——由卸三荷、三再加三荷试三验确三定的三无因次数三，一三般Kur=（1.三2～3.三0）k。4．接三触面三特性目前三工程三中常三用的三接触三单元三有Go三od三ma三n和De三ca三i单元三等。（1）Go三od三ma三n单元为无三厚度三四结三点单三元，三两接三触面三之间三设想三由无三数的三法向三和切三向微三小弹三簧所三连接三，其三应力三和相三对位三移关三系为式中ws——切向三相对三位移三；wn——法向三相对三位移三；Ks——切向三弹簧三系数三。Ks可由三直剪三试验三确定三：（6-三10三1）式中——接触三面剪三应力三；K1——无因三次劲三度；n——劲度三指数三；rw——水的三容重三；Pa——大气三压力三，与三法向三应力n的单位相三同；Rf——