小型挡水闸铺盖裂缝影响因素分析

小型挡水闸铺盖裂缝影响因素分析

1国内控制力量渗流体系现状该排水孔是一个重要的水工建筑物，在各种大小的节水工程中发挥着不可替代的作用。据统计,目前全国有各类大中型水闸4000多座,其中约有一半以上的水闸存在各种各样的病险状况水闸上游的混凝土铺盖及闸底板以及下游消力池共同构成了一个水闸的防渗体系,用以控制水闸的渗漏量和维持闸基的渗流稳定性2用中医药计算嵌入界面的渗透流场值2.1钢筋混凝土闸室该水闸为位于华北平原地区的一小型挡水节制闸,见图1,采用传统开敞式钢筋混凝土平板钢闸门挡水结构,该闸共9孔,单孔宽度为10m,钢筋混凝土闸门尺寸为10m×7m,闸室总长100m。闸室为钢筋混凝土结构,顺水流向长度16m,闸底板顶高程0.0m,闸墩顶高程8.0m。闸室上游混凝土铺盖长度为18m,闸室下游设钢筋混凝土护坦长度为21m,采用二道消力坎消能防冲。该小型水闸典型地质断面地质情况相对简单,现状闸基下主要土体材料依次为(3)层黏土、(4)层壤土、(5)层黏土。2.2d单元划分网格内各层土体渗透系数根据该水闸工程的实际结构图及闸基地质情况,建立水闸渗流计算模型,见图2。该模型为了简化计算,仅显示了水闸上游铺盖、挡水闸门、水闸底板以及下游消力池和闸基部分。整个模型采用2Dsolid单元划分网格,闸基部分从上往下地层岩性依次为(3)层黏土、(4)层壤土、(5)层黏土,各层土体渗透系数见表1。计算过程中,在水闸上部及上游闸基表面定义上游水头为5.5m,在水闸下游消力池有排水孔的部位开始定义下游水位为0m。为了详细的对比分析水闸上游铺盖裂缝对闸基渗流场的影响,笔者将总长为18m的铺盖划分为6段,见图3。每段长度为3m,其编号依次为1~6。其中,每一段铺盖里面均有一个潜在的长度为0.5m的裂缝区域。计算过程中,采用控制变量的方法,让1~6号裂缝分别开裂,逐一分析铺盖不同部位裂缝对闸基渗流场的影响性。3结果表明的绩效评估3.1铺盖内部渗透坡降分析通过对铺盖上游无裂缝的情况进行数值计算,可以得到该小型挡水闸在正常挡水位为5.5m情况下,闸基的等势线分布图见图4。由图4中数据可以看出,总水头数值从渗流入口处的5.5m均匀地降低至渗流出口处的0.0m,整个渗流经过上游铺盖之后水头降低至2.5m,经过闸室底板部位之后水头降低至0.5m,最后通过下游排水孔段之后降低至下游水位0.0m。由此可见,等势线分布状况也相对比较均匀,这是由于闸基地层分布相对均匀,材料参数变换不大所导致的结果。对计算结果进行后处理,可以得到正常挡水状况下,闸基的单宽渗流量为1.0065E-5m借助软件处理分析,可以得到铺盖上游无裂缝情况下,该小型水闸正常挡水状况时闸基内部渗透坡降分布云图见图5。从图5中可以看出,在上游铺盖齿墙的底部、铺盖与闸底板的连接处以及闸底板下游的齿墙处渗透坡降值相对较大,渗透坡降等值线分布也相对比较集中,这是由于这3个部位分别处于渗流入口、渗流突变以及渗流出口处所导致的结果。其中,渗流入口处渗透坡降的最大值为0.285,渗流突变部位的渗透坡降最大值为0.147,下游渗流出口位置渗透坡降最大值为0.269,3个部位的渗透坡降值均小于所在土层的允许渗透坡降值,闸基的渗透稳定性相对较好。3.2渗流高分析渗透坡降的大小是评价水闸渗透稳定性的重要因素。为了分析闸基渗流过程中渗透坡降值随上游铺盖裂缝发生位置的变化规律,笔者对上游铺盖无裂缝情况以及铺盖1~6号位置分别发生裂缝时,铺盖及闸底板沿线位置的渗透坡降值进行了统计分析,得到不同工况下闸基渗流渗透坡降图,见图6。由图6中数据对比分析可知,就单一情况而言,与铺盖无裂缝情况相类似,上游铺盖的渗流入口处、铺盖与闸底板连接处以及下游渗流出口处渗透坡降值相对较大。就多种情况对比而言,闸基上游铺盖中渗透坡降的最大值均发生在闸基裂缝的发生位置,并且随着闸基裂缝位置向下游的延伸,渗透坡降值也相应的增大,6号裂缝对应的计算工况的渗透坡降值已达到0.795,从1号裂缝到6号裂缝,相邻工况之间渗透坡降的增涨值大致保持均匀。闸基铺盖与底板的连接部位以及闸基下游渗流出口处,多种工况的渗透坡降值同样随着裂缝向下游的开展,呈现依次均匀递增的趋势,但是变化幅度相对较小,6号裂缝对应的计算工况中渗流出口出渗透坡降值最大为0.403。3.3总水头分析为了分析闸基渗流过程中等势线随着上游铺盖裂缝发生位置的变化规律,笔者对上游铺盖无裂缝情况以及铺盖1~6号位置分别发生裂缝时,铺盖及闸底板沿线位置的总水头沿水流向的变化情况进行了统计分析,得到不同工况下闸基总水头的变化过程图,见图7。由图7中底板底部总水头沿水流方向的变化情况可知,当上游铺盖无裂缝发生时,水闸底板的总水头大致呈现线性递减的趋势;当上游铺盖中存在裂缝时,总水头值先是递减然后递增,直到裂缝部位增至峰值,然后以线性的规律递减到下游水头0m。就多种工况对比而言,裂缝位置越是靠近下游,总水头首先递减然后递增的区域越大,且裂缝部位到下游渗流出口位置的总水头降低速率越大。相比而言,上游铺盖无裂缝情况下总水头的降低速率最小,水头变化曲线的波动性也最小。3.4渗流量变化情况渗漏量的大小是评价水闸闸基抗渗性能的主要参数,也是用于判断闸基是否需要采用其他防渗措施的主要依据。为此,笔者对上游铺盖无裂缝情况以及铺盖1~6号位置分别发生裂缝时,闸基在不同工况下的渗流量变化情况进行了统计分析,见图8。从图8中数据可以看出,当上游铺盖中无裂缝时,闸基渗流量最小为1.0065e-5m4铺盖无裂缝时的渗流稳定性本文以小型挡水闸为研究对象,结合工程实例,针对小型水闸上游铺盖不同部位出现裂缝时,闸基的渗透坡降、总水头以及渗流量等因素进行了统计分析。结果表明,小型挡水闸在上游铺盖无裂缝时,闸基渗流入口及渗流出口处的渗透坡降值最小,相应的总水头递减速率最小,水头变化也相对比较均匀,闸基渗漏量最小;当上游铺盖裂缝距离闸室越近时,闸基渗流入口及渗流出口处的渗透坡降值越大,相应的总水头递减速率越大,水头