基于改进阻力系数法的水闸渗流计算分析.pdf

四 川 水 利基于改进阻力系数法的水闸渗流计算分析刘青林(招远市大秦家街道办事处农业综合服务中心山东 招远)【摘 要】为了定量计算水闸在不同运行工况下的渗透压力评估水闸的安全运行状态采用改进阻力系数法计算得到了城子水库输水水闸在止水失效前后两种运行工况下的渗透比降和渗透压力结果表明:()在正常蓄水位止水效果良好上游水深 下游无水时闸基的渗透坡降仅为 小于允许渗透坡降 渗透压力为/同时满足水闸设计规范要求水闸是安全的()在正常蓄水位止水失效上游水深 下游无水时闸基的渗透坡降仅为 大于允许渗透坡降 说明该水闸的止水失效后闸基容易发生管涌破坏应尽量避免此类工况的出现【关键词】水闸 渗透压力 渗透比降 止水 闸基 中图分类号:文献标志码:文章编号:()工程概况城子水库枢纽工程中输水渠道取水闸为整体开敞式平板闸闸孔宽 高 闸门高 闸墩厚 顺水流方向长度为 底板厚度为 上下游设 深齿墙该取水闸为单孔开敞式闸室带胸墙闸室轴线与闸坝轴线交角为 闸墩厚 取水闸与闸坝由分水鱼嘴连接闸室底板高于上游河底 形成拦沙坎 顺水流方向长度为 底板厚度为 上下游设 深齿墙 闸室下游为 长陡坡消力池陡坡坡比 经计算下游产生淹没水跃按构造设置消力池深度为 长度为 消力池后接 长混凝土海漫厚度为 启闭机采用双吊点卷扬式启闭机闸室下游设 宽交通桥采用 钢筋混凝土 闸室上部为钢筋混凝土支墩结构闸房为砖混凝土框架结构闸坝与取水闸连接处布置枢纽管理房采用两层砖混凝土框架结构底层为库房二层为中控室 基本地质条件 地地形形地地貌貌城子水库工程区地形平坦所在河流河床两岸为级阶地 干渠渠道轴线约 干渠现进水闸位于级阶地前缘闸室及其后干渠渠道从阶地阶面上开挖修建渠道宽约 (桥上游为 )地地层层岩岩性性工程区构造上未见基岩出露覆盖层厚度较大勘探表明其厚度大于 工程区内覆盖层成因较复杂厚度变化较大按其成因分为第四系全新统人工堆积层()、河流近、现代冲积层()及上更新冰水堆积层()等第四系全新统人工堆积层():组成物质复杂主要为浆砌卵石、混凝土 砂砾卵石回填体的结构密实性、强度等随物质组成差异较大色杂主要以灰色为主砾卵石骨架粒径 不等其表面为弱新鲜表壳大小混杂粒间充填砂、粉土等局部人工堆积体中含有混凝土碎块、砖瓦碎块等致使有架空结构强度低等 主要分布于取水枢纽已成建筑物区段内第四系全新统河流近、现代冲积层():组成物质主要为灰色砂砾卵石层偶夹褐色粉土、褐黄色、灰色粉细砂、中砂等厚约 以上结构松散中密富(透)水性强承载力、强度较高变形较小但不均一抗冲能力差抗渗性差上更新冰水堆积层():砾卵石层局部见厚 的中砂砂层透镜体及厚 弱胶结粉土透镜体分布 砾卵石层灰色、黄灰色粗粒含量约 粒径一般 大卵石集中处多为 略具分选性刘青林:基于改进阻力系数法的水闸渗流计算分析 次圆状为主 其成分以花岗岩、石英岩、变质砂岩等为主次为玄武岩、辉长岩等卵石均具弱风化表壳花岗岩有呈全强风化者手可捏碎粗粒间充填中细砂为主局部为细砂 物物理理地地质质现现象象取水枢纽地形开阔平坦地势起伏不大未见大型不良物理地质现象存在场地的物理地质现象主要表现为水流侵蚀、搬运、堆积 水水文文地地质质条条件件区内地下水为孔隙潜水赋存于第四系全新统、上更新统砾卵石、砂层中受平原上游河水、大气降水等补给于平原下游低处排泄富水性强含水层稳定水量大地下水位与河水位相近钻孔内水位埋深约 枢枢纽纽区区土土体体物物理理力力学学建建议议值值土体物理力学参数建议值以室内试验成果为基础参考邻近工程取值经验提出本工程的物理力学参数建议值详见表 和表 表 地基土体(砂、粉土)级配试验特征值成果试样编号分类名称粒径含量故地基有效深度 式中为地下轮廓的水平投影长度为地下轮廓的垂直投影长度为土基上水闸的地基有效深度 分分段段阻阻力力系系数数计计算算地基有效深度范围内为砂卵石属强透水层下文计算中从地面起算的地基透水层深度 第一段:进口段(铺盖起点)齿墙入土深度 进口段 进口段阻力系数 第二段:水平段(闸纵 闸纵 )起点齿墙入土深度 终点齿墙入土深度 水平长度 铺盖厚 故该段 水平段阻力系数 ()()第三段:内部垂直段(两块铺盖之间齿墙)齿墙入土深度 该段 垂直段阻力系数 四 川 水 利 第四段:水平段(闸纵 闸纵 )起点齿墙入土深度 终点齿墙入土深度 水平长度 该段 水平段阻力系数 ()()第五段:内部垂直段(铺盖与闸底板之间齿墙)齿墙入土深度 该段 垂直段阻力系数 第六段:水平段(闸纵 闸纵 即闸室段)起点齿墙入土深度 终点齿墙入土深度 水平长度 闸室厚 该段 水平段阻力系数 ()()第七段:出口段(闸室段末端)齿墙入土深度 该段 出口段阻力系数 各各段段水水头头损损失失计计算算水头损失之和:进进口口段段阻阻力力修修正正系系数数 计计算算 修正后进口段水头损失值:出出口口段段阻阻力力修修正正系系数数计计算算 故地基有效深度 (初设地质未揭穿覆盖层计算视为无限深)分分段段阻阻力力系系数数计计算算地基有效深度范围内为砂卵石属强透水层下文计算中从地面起算的地基透水层深度 第一段:进口段(闸室起点)齿墙入土深度 进口段 第二段:水平段(闸纵 闸纵 )起点齿墙入土深度 终点齿墙入土深度 水平长度 闸底板厚 故该段 ()()第三段:出口段(闸室末端)齿墙入土深度 该段 各各段段水水头头损损失失计计算算水头损失之和:进进口口段段阻阻力力修修正正系系数数计计算算 修正后进口段水头损失值:出出口口段段阻阻力力修修正正系系数数计计算算 修正后出口段水头损失值:进出口合计修正后水头损失减小值:水水头头损损失失加加到到水水平平段段 出出口口段段渗渗透透坡坡降降计计算算根据水闸设计规范()附录 公式 计算 不满足上文的允许渗透坡降 的要求但满足水闸设计规范要求应避免止水失效的情况出现否则闸基容易发生管涌破坏 结论本文以城子水库输水水闸为研究对象采用改进阻力系数法计算得到了该水闸在止水失效前后两种运行工况下的渗透比降和渗透压力 发现:()在正常蓄水位止水效果良好上游水深下游无水时闸基的渗透坡降仅为 小于允 许 渗 透 坡 降 渗 透 压 力 为/同时满足水闸设计规范要求水闸是安全的()在正常蓄水位止水失效上游水深 下游无水时闸基的渗透坡降为 大于允许渗透坡降 说明该水闸的止水失效后闸基容易发生管涌破坏应尽量避免出现止水失效的运行情况保证水闸的安全运行(下转第 页)程 烈丁易峰杨皓然:雅康高速公路二郎山隧道消防用水水能资源开发利用研究 方式进行管理避免在现场艰苦环境值班值守节约人力资源成本()沉砂池可供双电源取水及消防水池取水在保证同时使用的情况下两者互不干扰()项目尾水通过隧道排水沟进行排水不用再单独考虑发电排水问题()采用双回路接入隧道康定端和雅安端两端电网接入口接入电网不返送电网直接用于隧道用电()在压力钢管末端通风斜井设截水沟和分洞 压力钢管若爆管水流将通过截水沟排入主厂房下箱涵通过尾水渠排入隧道中央排水沟()压力钢管沿通风斜井边侧布置在满足通风斜井通风设计要求情况下不影响隧道通风要求()当发生上游来水不足、爆管等事件突发时实现水轮机发电设备自动开启和关闭()通过底格栏栅坝取水泥砂通过表层排向下游水流进入沉砂池解决了山区河流经常遭遇泥石流淤堵无法发电取水问题也解决了隧道消防取水因淤积无法取水问题()副厂房位于端头通过通风设备将风循环系统接入风机房排风洞解决长深隧道内副厂房散热问题 结论()二郎山隧道双电源供电项目电能指标较优具有一定的开发价值可进一步开展研究将双电源供电工程在雅康、汶马高速公路建设中进一步应用及推广()二郎山隧道双电源供电项目的实施可借鉴到藏区高速公路沿线充分利用山区高速公路沿线丰富的水力资源优势将水能转化为电能在提高隧道等用电保证率的同时不仅能够为高速公路提供清洁的备用电力资源还可节约高速公路运营成本()水电站与高速公路结合开发降低投资增加收益具有较高的创新价值()结合隧道消防取水进行水能资源开发利用形成具有发电功能的隧道具有较好的经济效益该应用在隧道建设项目与发电建设项目中均属于首创将两者充分结合在一起具有较高的创新性参 考 文 献康信茂.我国水力发电的现状及发展趋势.轻工科技():.李 亮.对清洁能源的发展现状分析.中国新技术新产品():.黄书林陈 超白钦文等.浅谈我国水力发电现状及发展前景.科技创新与应用():.作者简介:程 烈()男四川江油人工程师硕士主要从事水工、港航及岩土工程设计咨询工作:(上接第 页)参 考 文 献王宝帅.改建节制分水闸的设计实践.河南水利与南水北调():.杨启龙.水闸闸室结构安全稳定复核分析研究.海河水利():.李炳阳杨旭亮.软件在水闸渗流计算中的应用及分析.水力发电():.季 安赵 晋郭士红等.新版水闸设计规范几点学习体会和使用建议.水利规划与设计():.唐 飞.水闸工程安全检测及评估标准分析.山西水利():.水闸设计规范.崔忠波.水闸设计规范修编及应用.水利技术监督():.安普太.土基水闸渗流稳定分析与防渗措施探讨.水利规划与设计():.訾剑华.水闸复合地基设计与计算.河海大学学报(自然科学版)():.方大勇.软土地区某水闸基础加固研究.广东水利水电():.作者简介:刘青林()男汉山东招远人助理工程师本科主要从事水利水电工程管理工作