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一、根据给定相关资二、1《水闸设计规范》2《水工建筑物抗震3《水闸》水利水电三、四、1水闸等级为4级，2345678系数:基9该地基土质属岩基五、1结构自重G =γV 式中：G ——结构自重γ——砼容重，25kN/m 3；V ——结构体积汤南干渠渠首进水闸闸室稳定计算2水重式中：W ——水重标准γ'——水的容10kN/m 3B 0——闸室总净3mh ——水深(m)，l ——闸门中线3水压力式中：P ——水压力标B ——水压力计6m；其它符号意义同4浮托力式中：U 1——浮托力标V ——底板体积h ——上游或下其它符号意义同5渗透压力式中：U 2——渗透压力'W Bhlγ=21'2P Bh γ=10'()U V hB γ=+21'2U hLBγ=∆Δh ——闸室上下L ——闸室长7m；其它符号意义同上6地震惯性力式中:F i ——作用在质点i 的水平a h ——水平向设计地震加速0.25G Ei ——集中在质点i 的重力αi ——质点i 的动态分布系g ——重力加速度。
9.81m/s 27地震动水压力式中:F——单位宽度动水压力标ρw ——水体质量密度标准1kN/m 3h——计算水深， 1.8m；其它符号意义同上六、1 基地压力计算ξ——地震作用的效应折减系数，取值为F=0.65a h ξρw h 2＝ 1.03kN/mξWMAG ∑∑±=max min σi h Ei F =a G ig αξA=BL式中：——闸室基底∑G——作用在闸∑M——作用在闸矩之和(kNA——底板面积W——闸室基底B——闸底板垂L——闸底板顺2闸室抗滑稳定式中：K c——沿闸室底f——闸室基底∑H——作用在闸∑G——作用在闸2闸室抗浮稳定式中：K f——闸室抗浮∑V——作用在闸∑U——作用在闸maxminσ∑∑=HGfKC∑∑=UVKfWMAG∑∑±=maxminσ216W BL=。
1、工程等级划分及洪水标准根据《水闸设计规范》SL265-2001对工程规模的划分规定，确定本工程等别为IV 等，主要建筑物按4级设计，本设计确定防洪标准为20年一遇。
2、闸顶高程、闸门高程确定根据《水闸设计规范》，闸顶高程需根据水闸挡水和过水两种运用情况确定。
外江（西小江）设计洪水位为20年一遇高水位5.10m （钱清站），常水位为3.9m ；内河20年一遇设计洪水位5.38m （萧山站），常水位水位3.9m 。
2.1闸顶高程挡水运用情况闸顶高程需满足：闸顶高程≥正常蓄水位（或最高挡水位）+波浪计算高度+相应安全超高，泄水运用情况闸顶高程需满足：闸顶高程≥设计洪水位（或校核洪水位）+相应安全超高； ⑴波浪要素计算年最大风速v 0=22.5m/s 风区长度 D=80m 风区平均水深H m =3.9m根据SL265-2001规范规定，采用下列公式计算波浪要素：⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=7.02045.0207.020207.013.00018.07.013.0v gH th v gD th v gH th v gh m mm5.02009.13⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=v gh v gT m mmm m L H th gT L ππ222=计算得平均波高h m =0.11m平均波周期T m =1.49s 平均波长L m =3.46m本工程主要建筑级别为4级，波浪累计频率为p=10%， 由h m /H m =0.11/4.02≈0.0，故计算波高h p=5%=0.11×1.71=0.188m ⑵闸顶高程确定挡水工况：闸顶高程≥（正常蓄水位）或最高挡水位+波浪计算高度+相应安全超高外江常水位3.9m ，安全超高为0.3m外江20年一遇设计洪水位5.10m ，安全超高值0.2m 正常蓄水位情况闸顶高程：m d 388.430.0188.09.3=++=∇ 最高当水情况闸顶高程：m c 488.52.0188.01.5=++=∇ 泄水工况：闸顶高程≥设计洪水位+相应安全超高 内河设计洪水位5.38m ，安全超高值0.5m ， 故：泄水工况闸顶高程：m d 88.550.038.5=+=∇ 即：取闸顶高程为m 0.6=∇。
水闸渗流稳定及闸室稳定分析◎ 常聪聪 中交四航局港湾工程设计院有限公司摘 要：水闸在水利建设中扮演着重要的角色，本文结合闸坝的具体工程实例，详细介绍了水闸渗流稳定和闸室稳定的计算原理及计算步骤，计算结果表明该项目的结构设计方案较安全但偏保守，可进一步优化方案。
本文中所涉及的相关计算可为相似工程案例提供一定的参考。
关键词：水闸；渗流；闸室稳定1.引言水闸作为一种用来调节水位、控制流量且通常水头差不超过30m的低水头水工建筑物，具备挡水和泄水的两重作用，在水利工程建设中得到广泛应用。
水闸的渗流分析和闸室的稳定分析是水闸设计中两个重要部分，国内外众多学者针对该课题做了丰富的研究。
梁佳铭[1]、王建华[2]运用可靠度理论分析了水闸安全的主要影响因素，申向东[3]分析了单孔水闸的抗滑稳定，也有众多学者结合工程实例对水闸闸室的稳定进行了计算分析[4~7]。
改进阻力系数法是计算水闸闸基渗流稳定的重要方法，适应性广，众多水闸案例以此方法为基础进行设计验算[8~10]。
学者们还将水闸渗流分析的有限元分析法和改进阻力系数法作对比[11~14]，表明两种方法在计算闸基渗流问题上均可靠，有限元分析法则更偏保守。
本文结合具体工程实例，按照现行规范[15]，对水闸的闸基渗流及闸室稳定进行了具体计算分析，对相似案例工程具有一定的借鉴与参考意义。
2.工程概况本工程案例为广东某水闸的重建方案，泄水闸闸孔孔数为12孔，单孔净宽14m，总净宽168m。
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）和《渠化工程枢纽总体设计规范》（JTS 181-1-2009），枢纽按库容分等指标，为Ⅲ等中型工程，建筑物级别为4级。
正常蓄水位为35m，中墩厚2.5m，边墩厚2.0m，上游铺盖长15m，闸室长度25.5m，消力池长30m。
地质条件：工程区域地震活动性较弱，区域地质稳定性良好，工程范围内本枢纽的地层主要有第四系填土层（Q4ml）、第四系冲积层（Q4al）、第四系冲洪积层（Q4al+pl）及石炭系下统大塘阶石磴子段（C1ds），中风化岩物理力学性质好，岩石强度高，分布较稳定，地基承载力较高。
第四章排水闸稳定及结构计算1.各排水闸概况1.1水文资料根据龙门县城堤防总体规划，县城河堤共有5个排水闸，西林河有两个排水闸：龙门中学排水闸和老干局排水闸，白沙河有三个排水闸：师范排水闸、石龙头排水闸、及罗江围排水闸。
河堤上的排水闸主要作用是：平时能正常排泄内积水，洪水到来时关闸挡水，不让洪水涌入。
根据水文资料，排水闸排涝标准按十年一遇（P=10%）洪水，24小时暴雨产生的洪水总量，24小时排干计算。
根据《龙门县城区防洪工程洪水计算书》可知各排水闸的水位资料，详见排水闸洪水成果表1.1-1。
表1.1-1 各排水闸洪水成果表1.2地质资料根据《龙门县城区防洪工程地质勘探可行性研究报告》，可知各排水闸地基主要物理指标表1.2-1。
表1.2-1 各排水闸地基土质主要物理指标表1.3等级与安全系数根据《龙门县城堤防加固工程可行性研究报告》西林河、白沙河大堤加固工程等级为三等，水闸为主要建筑物，其等级为三等，根据《水闸设计规范SL265-2001》，水闸整体抗滑稳定安全系数为：基本组合：1.25；特殊组合Ⅰ：1.10。
土基上闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值为：基本组合：2.50；特殊组合3.0.闸基抗渗稳定性要求水平段和出口段的渗流坡降必须小于规范要求，见下表6.0.4。
表6.0.4 水平段和出口段允许渗流坡降值1.4地震烈度龙门县基本地震烈度为Ⅵ，按《水闸设计规范SL265-2001》，设计时不考虑地震作用。
2.主要计算公式及工况2.1闸孔净宽B 0计算公式根据《水闸设计规范SL265-2001》，水闸的闸孔净宽B 0可按公式（A.0.1-1）～（A.0.1-6）计算：2302Hg m QB σε=（A.0.1-1）单孔闸 4001171.01s s b b b b ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=ε （A.0.1-2）多孔闸，闸墩墩头为圆弧形时 NN bZ εεε+-=)1( （A.0.1-3）4001171.01Z ZZ d b b d b b +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=ε （A.0.1-4）400000221171.01b d b b b d b b Z b Z b ++⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++--=ε （A.0.1-5）4.000131.2⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=H h H h s s σ （A.0.1-6） 式中 0B ——闸孔总宽度（m ）； Q ——过闸流量（m 3/s ）；0H ——计入行近流速水头的堰上水深（m ），在此忽略不计； g ——重力加速度，可采用9.81（m/s 2）； m ——堰流流量系数，可采用0.385；ε——堰流侧收系数，对于单孔闸可按公式（A.0.1-2）计算求得或由表A.0.1-1查得；对于多孔闸可按公式（A.0.1-3）计算求得；b 0——闸孔净宽（m ）；b s ——上游河道一半水深处的宽度（m ）； N ——闸孔数；Z ε——中闸孔侧收系数，可按公式（A.0.1-4）计算求得或由表A.0.1-1查得，但表中b s 为b 0+d z ； d z ——中闸墩厚度（m ）；b ε——边闸孔侧收系数，可按公式（A.0.1-5）计算求得或由表A.0.1-1查得，但表中b s 为b Zb d b ++20； b b ——边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离（m ）；σ——堰流淹没系数，可按公式（A.0.1-6）计算求得或由表A.0.1-2查得；hs ——由堰顶算起的下游水深（m ）。
水闸稳定计算是水利工程中的一个重要环节，通常需要根据水闸的结构、材料、尺寸等因素进行详细的计算。
在Excel中进行水闸稳定计算，可以通过以下步骤实现：
1. 打开Excel，新建一个工作簿。
2. 在工作表中输入水闸的相关参数，如闸门高度、宽度、厚度、闸门材料等。
3. 根据水闸稳定计算的公式，编写计算公式。
例如，可以使用莫尔-库伦强度准则来计算水闸的稳定性。
计算公式如下：
τ = c + σ * tanφ
其中，τ为剪切应力，c为凝聚力，σ为正应力，φ为内摩擦角。
4. 在Excel中输入计算公式，并使用相应的单元格引用参数值。
例如，将凝聚力c设置为A1单元格的值，正应力σ设置为B1单元格的值，内摩擦角φ设置为C1单元格的值。
5. 在D1单元格中输入剪切应力τ的计算公式：`=A1+B1*TAN(C1)`。
6. 按下Enter键，计算出剪切应力τ的值。
7. 根据需要，可以对其他相关参数进行计算和分析。
8. 如果需要修改水闸的参数，只需更改相应的单元格值，Excel会自动更新计算结果。
闸室稳定计算（1）闸室基底应力计算依据“水闸规范”当结构布置及受力情况对称时按第29页（7.3.4-1）计算。
e=B/2-∑M/∑GP max =∑G/A*(1+6*e/B)P min =∑G/A*(1-6*e/B)式中：P max --闸室基底应力的最大值；P min --闸室基底应力的最小值；∑G--作用在闸室上的全部竖向荷载（t ）；∑M--作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩（t ·m）；A--闸室基底面的面积（m 2）；B --底板沿水流方向的长度（m）。
e --偏心距设计水位273.58底板高程264.24基本资料：闸室的稳定计算钢筋砼容重为2.5t/m3，进口段底板座于强风化白垩系砂砾岩上，中等透水，承载征值300kPa，f'=1.1,C'=1.1MPa。
五级建筑物水闸稳定基本组合抗滑稳定系数不小于1.05，特殊组合不小于1.0;最大基底应力与最小基底应力之比基本组合不大于2.0，特殊组合不大于2.5。
22程264.24上游9.34备注体积计算12.5644.3*3.6*0.7+（0.4+0.8）*0.4*0.5*2*3.696.723*4*8.062.25927.06*0.4*0.80.5255*0.35*0.31.444*3*0.123.95520.4*0.4*12.36*21.97760.4*0.4*12.360.546*0.3*0.366.87.62121.8*0.27*7+0.3*0.3*0.3*8+1.98*0.12*12+0.18*0.8*83.66*5*0.1275.8160.5*18*3.6*3.6*0.65427.454441/2*9.8*9.34*9.343.1361/2*9.8*0.8*0.833.7129.8*0.8*4.3196.79380.5*9.8*9.34*4.3，承载力特滑稳定系数不小于组合不大于2.0，特47.86329.34*4.3*3.6-96.720.8*8。
排水闸稳定及结构计算1.各排水闸概况1.1水文资料根据xx县城堤防总体规划，县城河堤共有5个排水闸，西林河有两个排水闸：xx中学排水闸和老干局排水闸，白沙河有三个排水闸：师范排水闸、石龙头排水闸、及罗江围排水闸。
河堤上的排水闸主要作用是：平时能正常排泄内积水，洪水到来时关闸挡水，不让洪水涌入。
根据水文资料，排水闸排涝标准按十年一遇（P=10%）洪水，24小时暴雨产生的洪水总量，24小时排干计算。
根据《xx县城区防洪工程洪水计算书》可知各排水闸的水位资料，详见排水闸洪水成果表1.1-1。
表1.1-1 各排水闸洪水成果表1.2地质资料根据《xx县城区防洪工程地质勘探可行性研究报告》，可知各排水闸地基主要物理指标表1.2-1。
表1.2-1 各排水闸地基土质主要物理指标表1.3等级与安全系数根据《xx县城堤防加固工程可行性研究报告》西林河、白沙河大堤加固工程等级为三等，水闸为主要建筑物，其等级为三等，根据《水闸设计规范SL265-2001》，水闸整体抗滑稳定安全系数为：基本组合：1.25；特殊组合Ⅰ：1.10。
土基上闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值为：基本组合：2.50；特殊组合3.0.闸基抗渗稳定性要求水平段和出口段的渗流坡降必须小于规范要求，见下表6.0.4。
表6.0.4 水平段和出口段允许渗流坡降值1.4地震烈度xx 县基本地震烈度为Ⅵ，按《水闸设计规范SL265-2001》，设计时不考虑地震作用。
2.主要计算公式及工况2.1闸孔净宽B 0计算公式根据《水闸设计规范SL265-2001》，水闸的闸孔净宽B 0可按公式（A.0.1-1）～（A.0.1-6）计算：2302Hg m QB σε=（A.0.1-1）单孔闸 4001171.01s s b b b b ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=ε （A.0.1-2）多孔闸，闸墩墩头为圆弧形时 NN bZ εεε+-=)1( （A.0.1-3）4001171.01Z ZZ d b b d b b +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=ε （A.0.1-4）400000221171.01b d b b b d b b Z b Z b ++⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++--=ε （A.0.1-5）4.000131.2⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=H h H h s s σ （A.0.1-6） 式中 0B ——闸孔总宽度（m ）； Q ——过闸流量（m 3/s ）；0H ——计入行近流速水头的堰上水深（m ），在此忽略不计； g ——重力加速度，可采用9.81（m/s 2）； m ——堰流流量系数，可采用0.385；ε——堰流侧收系数，对于单孔闸可按公式（A.0.1-2）计算求得或由表A.0.1-1查得；对于多孔闸可按公式（A.0.1-3）计算求得；b 0——闸孔净宽（m ）；b s ——上游河道一半水深处的宽度（m ）； N ——闸孔数；Z ε——中闸孔侧收系数，可按公式（A.0.1-4）计算求得或由表A.0.1-1查得，但表中b s 为b 0+d z ； d z ——中闸墩厚度（m ）；b ε——边闸孔侧收系数，可按公式（A.0.1-5）计算求得或由表A.0.1-1查得，但表中b s 为b Zb d b ++20； b b ——边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离（m ）；σ——堰流淹没系数，可按公式（A.0.1-6）计算求得或由表A.0.1-2查得；hs ——由堰顶算起的下游水深（m ）。
[附录一： 泄洪冲砂闸及溢流堰的水力计算1.1设计资料：根据设计任务书中提供的资料和该枢纽布置段的基本地形资料本工程中的河流属于山溪性河流天然来水量多集中在洪水季节，平时来水量仅占全年来水量的10%；河水中泥沙含量较大尤其是伴随洪水中的泥沙较多；再根据其地形资料来看本工程布置段的地形坡度比较合适，因此在选择泄洪冲砂闸地板高程1852.40m 。
根据上述本工程中的泄洪冲砂闸为宽顶堰，堰顶高程1852.40m ，过闸水流流态为堰流。
汛期通过闸室的设计洪水流量Q 设=1088m 3/s,校核洪水流Q 校=1368 m 3/s 。
因为泄洪冲砂闸为宽顶堰所以尺寸拟定用堰流公式：232Hg mbQ δε=δ- 为淹没系数，取为1.0；m ---为流量系数，因为是前面无坎的宽顶堰所以m=0.385； ε--为侧收缩系数，先假定为1.0；H--- 位总水头，初设阶段不考虑行进流速，即假设的堰上水头； b —闸门净宽；来洪水时洪水将由溢流堰和泄洪冲砂闸两部分共同承担，这样可减去一部分闸孔的净宽并设置溢流侧堰初步拟定溢流堰为折线形实用堰。
初步拟定溢流堰堰顶高程=进水闸设计流量的堰顶水头对应的水位+（0.2—0.3m ）=进水闸闸底高程1853.60m +闸前水位1.40m +超高0.2m =1856.4m采用共同水位法和堰流公式计算两种工作情况下的特征洪水位：先假设一个水位，用堰流公式分别计算过堰流量和过闸流量，二者相加等于实际流接近计算工作情况下的洪水流量时，该水位就为所求。
因为泄洪冲砂闸为宽顶堰所以尺寸拟定用堰流公式：232Hg mbQ δε=δ- 为淹没系数，取为1.0m ---为流量系数，因为是前面无坎的宽顶堰所以m=0.385；计算溢流堰时因为溢流堰为折线形实用堰m=0.3.ε--为侧收缩系数，先假定为1.0；H--- 位总水头，初设阶段不考虑行进流速，即假设的堰上水头。
b —闸门净宽计算结果如附表1-1，1-2（a ）设计洪水情况下：洪水流量Q=1018 m 3/s 。
