直线比例法与改进阻力系数法计算渗透压力的比较

【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。

闸基土质在高程100.00～90.50m之间为砂壤土，渗透系数K砂=2.4×10-4cm/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。

C，作用水头为根据表4-2，可知砂壤土的渗径系数0.5=()m104=-∆H.=..4007510075故最小防渗长度为()m=∆CL⨯=H.752375.40.5=地下轮廓不透水部分的实际长度为+⨯+++++=L9.0⨯+⨯+5.07.06.05.124.44146.0.14148.75.0.1实1. 将地下轮廓不透水部分的总长度展开，并按一定的比例画成一条线，将各角隅点1、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 。

1′~17 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)m (5.205.10100=+=L ，)m (0.600.9400.1000=-=S ，故542.30.65.2000<==S L ，按式（4-19）计算e T)m (5.95.9000.100m 72.13242.36.15.20526.15000=-=>=+⨯⨯=+=T S L L T e故按实际透水层深度m 5.9=T 进行计算。

改进阻力系数法改进阻力系数法是在阻力系数法的基础上发展起来的，这两种方法的基本原理非常相似。

主要区别是改进阻力系数法的渗流区划分比阻力系数法多，在进出口局部修正方面考虑得更详细些。

因此，改进阻力系数是一种精度较高的近似计算方法。

1．基本原理如下图1所示，有一简单的矩形断面渗流区，其长度为L ，透水土层厚度为T ，两断面间的测压管水位差为h 。

根据达西定律，通过该渗流区的单宽渗流量q 为TL hkq = （1）或k qT L h =（2）令L ／T ＝ξ，则得k q h /ξ= （3）式中ξ称为阻力系数，ξ值仅和渗流区的几何形状有关，它是渗流边界条件的函数。

图1矩形渗流区图 图2 改进阻力系数法计算对于比较复杂的地下轮廓，需要把整个渗流区大致按等势线位置分成若干个典型渗流段，每个典型渗流段都可利用解析法或试验法求得阻力系数ξ，其计算公式见表1。

如图2所示的简化地下轮廓，可由2、3、4、5、6、7、8、9、10点引出等势线，将渗流区划分成10个典型流段，并按表1的公式计算出各段的ξi 。

再由式 (6) 得到任一典型流段的水头损失h i 。

对于不同的典型段，ξ值是不同的，而根据水流的连续原理，各段的单宽渗流量应该相同。

所以，各段的q ／K 值相同，而总水头H 应为各段水头损失的总和，于是得kq h i /ξ= (4)∑∑====mi imi i k q h H 11ξ (5) 将式(5)代人式(4）得各段的水头损失为∑==mi iii Hh 1ξξ (6)表1 典型流段的阻力系数求出各段的水头损失后，再由出口处向上游方向依次叠加，即得各段分界点的渗压水头。

两点之间的渗透压强可近似地认为呈直线分布。

进出口附近各点的渗透压强，有时需要修正。

如要计算q ，可按式（4）进行。

2．计算步骤（1）确定地基计算深度。

上述计算方法对地基相对不透水层较浅时可直接应用，但在相对不透水层较深时，须用有效深度T e 作为计算深度T c 。

粉砂层地基水闸工程防渗措施探析摘要：下沙地区的地基土中含有较厚的粉砂层,且场地周边有鱼塘,需做好充分的防渗措施。

本案经地质勘探后运用改进阻力系数法对三号大堤北闸进行渗流稳定计算,选取高压旋喷桩提高防渗能力。

水闸建成后通过位移监测对防渗效果进行分析,并对暗塘部位采取防渗补强措施。

关键词：渗漏; 水闸; 改进阻力系数法; 高压旋喷桩;Abstract：The foundation soil in Xiasha area contains thick silt layer, and there are fish ponds around the site, so it is necessary to take adequate anti-seepage measures. In this case, after geological exploration, the improved resistance coefficient method is used to calculate the seepage stability of the north sluice of No. 3 embankment, and the high pressure rotary jet grouting pile is selected to improve the anti-seepage ability. After the completion of the sluice, the anti-seepage effect is analyzed by displacement monitoring, and the anti-seepage and reinforcement measures are taken to the hidden pond.Keyword：leakage; sluice; improved resistance coefficient method; high pressure jet grouting pile;1、概述粉砂是含有砂土颗粒的土,且具有一定粘性,颗粒间无粘聚力,性质松散。

直线比例法与改进阻力系数法计算渗透压力的比较摘要：直线比例法是工程中对堰闸底板所受的扬压力作粗略计算的一种方法，改进阻力系数法是一种将流体力学在较简单的边界条件下得到的解析解应用到复杂边界条件下的一种近似计算方法。

这两种算法各有其特点，本文从工程角度比较了其差异和应用方面注意的问题。

关键词：直线比例法；改进阻力系数法；渗透压力[ Abstract ]The line ratio method is the method of making a rough calculation to the weir sluice base uplift pressure in the engineering, and the improving resistance coefficient method is an approximate calculation method which puts the fluid dynamics obtaining an analytical solution in a simple boundary conditions into the complex boundary conditions. The two algorithms have their own characteristics, this article compares their differences and application problems from the engineering.[ Key words ] line ratio method; improving resistance coefficient method; osmotic pressure1.直线比例法.直线比例法是工程中对堰闸底板所受的扬压力作粗略计算的一种方法，其特点是计算快捷，适用于快速估算；但其结果的精度较低，而且不能据此计算其他渗流的水力要素。

《水工建筑物》课程测验作业及课程设计一．平时作业（一）绪论1、我国的水资源丰富吗？开发程度如何？解决能源问题是否应优先开发水电？为什么？我国水资源总量丰富，但人均拥有量少，所以应选不丰富。

我国水资源开发利用程度接近25%，从全国而言，不完全一样，呈现“北高南低”，南方特别是西南，水资源丰富而利用量少，利用程度低，而北方尤其是西北干旱地区和华北地区利用程度高。

解决能源问题应优先开发水电，因为水能在可再生能源中是开发技术最成熟，开发经验最丰富，发电成本最经济。

2、什么是水利枢纽？什么是水工建筑物？与土木工程其他建筑物相比，水工建筑物有些什么特点？水利枢纽是修建在同一河段或地点，共同完成以防治水灾、开发利用水资源为目标的不同类型水工建筑物的综合体。

水工建筑物是控制和调节水流，防治水害，开发利用水资源的建筑物。

水工建筑物特点：工作条件的复杂性、设计选型的独特性、施工建造的艰巨性、失事后果的严重性。

3、水工建筑物有哪几类？各自功用是什么？挡水建筑物：用以拦截江河，形成水库或壅高水位。

如拦河坝、拦河闸。

泄水建筑物：用以宣泄多余水量，排放泥沙和冰凌，或为人防、检修而放空水库等，以保证坝和其他建筑物的安全。

如溢流坝、溢洪道、隧洞。

输水建筑物：为灌溉、发电和供水的需要，从上游向下游输水用的建筑物。

如：引水隧洞、渠道、渡槽、倒虹吸等。

取（进）水建筑物：是输水建筑物的首部建筑物，如引水隧洞的进口段、进水闸等。

整治建筑物、专门建筑物。

整治建筑物（改善河道水流条件、调整河势、稳定河槽、维护航道和保护河岸）。

专门性水工建筑物（为水利工程种某些特定的单项任务而设置的建筑物）。

4、河川上建造水利枢纽后对环境影响如何？利弊如何？人们应如何对待？河流中筑坝建库后上下游水文状态将发生变化。

上游水库水深加大，流速降低，河流带入水库的泥沙会淤积下来，逐渐减少水库库容，这实际上最终决定水库的寿命。

较天然河流大大增加了的水库面积与容积可以养鱼，对渔业有利，但坝对原河鱼的回游成为障碍，任何过鱼设施也难以维持原状，某些鱼类品种因此消失了。

第五章复习思考题1.什么叫水闸？按水闸作用分有几类？按闸室结构形式如何分类？2.土基上的水闸由哪几部分组成？各起什么作用？3.闸孔型式有哪几种？各自优缺点及适用条件是什么？4.为什么水闸通常采用底流水跃消能？怎样选择消力池的形式？5.水闸有哪些辅助消能工？它们各自的形式和作用是什么？6.什么叫波状水跃？产生波状水跃的原因是什么？怎样防止波状水跃带来的危害？7.海漫的作用是什么？对它有什么要求？如何选择材料和确定其尺寸？8.闸基渗流有哪些危害性？9.什么叫地下轮廓线和闸基防渗长度？如何确定闸基防渗长度？10.闸基渗流的计算目的是什么？有哪些计算方法？各自精度和适用条件如何？11.改进阻力系数法认为任一流段的水头损失为，此式怎样推导来的？12.闸室是水闸的主体，它由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？13.试根据不同分类方法说明闸底板有哪些类型？14.胸墙有哪些形式？如何选择？15.对水闸闸室必须进行哪些情况下的稳定验算？各计算情况应包括哪些荷载？16.抗滑稳定安全系数若不满足《规范》的要求，有哪些改善稳定的措施？17.整体式平底板应力计算有倒置梁和弹性地基梁法，试述其适用情况。

18.整体式底板不平衡剪力是怎样产生的？19.水闸连接建筑物的作用是什么？20.水闸两岸连接建筑物有哪些布置形式？各自特点是什么？21.上下游翼墙有哪些结构形式？综合测试1.水闸是（A）挡水建筑物；（B）泄水建筑物；（C）即能挡水，又能泄水的水工建筑物；（D）输水建筑物。

2.节制闸（拦河闸）：（A）一般在洪水期，抬高上游水位，枯水期，下泄流量；（B）一般在洪水期，下泄流量，枯水期，抬高上游水位；（C）在洪水期和枯水期，都需要抬高上游水位；（D）在洪水期和枯水期，都下泄流量。

3.排水闸的作用：（A）排除内涝积水，抵挡外河洪水；（B）抵挡内涝积水，排除外河洪水；（C）排除内涝积水和外河洪水；（D）抵挡内涝积水和外河洪水。

4.带胸墙水闸（A）适于挡水位低于引水水位或排水水位的情况；（B）适于引水位高于挡水水位或排水水位的情况；（C）适于引水位高于引水水位或挡水水位的情况；（D）适于挡水位高于引水水位或排水水位的情况。

熟悉渗流分析
⼀、⼟⽯坝的渗流分析
渗流分析的内容包括：①确定浸润线的位置；②确定渗流的主要参数——渗流流速与坡降；③确定渗流量。

进⾏渗流分析的⽅法较简单的有⽔⼒学法和流法。

（⼀）⽔⼒学法
⽔⼒学⽅法可以⽤来近似确定浸润线的位置，计算渗流量、平均流速和坡降。

⽔⼒学⽅法假定坝体内⼟质是均质的，各⽅向的渗透系数相同；渗流是层流，符合达西定律，任⼀铅直线上的流速和⽔头是常数。

（⼆）流法
流法是⼀种图解法，渗流场内由流线和等势线构成的格称为流，如图1F411025（a）、（b）所⽰。

⼆、闸基的渗流分析
间基渗流计算的⽬的是计算⽔闸间基地下轮廓线各点的渗透压⼒、渗透坡降、渗透流速及渗流量。

进⾏渗流分析的近似⽅法有直线⽐例法（⼜称渗径系数法）、直线展开法、加权直线法、柯斯拉独⽴变数法、巴莆洛夫斯基分段法、丘加也夫阻⼒系数法、改进阻⼒系数法、流法等，其中较为常⽤的⽅法有直线⽐例法、流法和改进阻⼒系数法。

⽔⼒学⽅法可以⽤来近似确定浸润线的位置，计算渗流量、平均流速和坡降。

⽔⼒学⽅法假定坝体内⼟质是均质的，各⽅向的渗透系数相同；渗流是层流，符合达西定律，任⼀铅直线上的流速和⽔头是常数。

（⼆）流法
流法是⼀种图解法，渗流场内由流线和等势线构成的格称为流。

一．闸基渗流的主要危害⒈沿闸基的渗流对建筑物产生向上的压力，减轻建筑物有效重量，降低闸身抗滑稳定性，沿两岸的渗流对翼墙产生水平推力；⒉由于渗透力的作用，渗透力可能造成土的渗透变形；⒊严重的渗漏将造成大量的水量损失；⒋渗流可能使地基内可溶解的物质加速溶解。

图9-9 闸基渗流*防渗设计的主要任务：寻求合理经济的防渗措施，合理拟定地下轮廓尺寸，消除渗流不利影响，保证水闸安全。

*防渗设计的内容包括：(1) 渗透压力计算；(2) 抗渗稳定性验算；(3) 滤层设计；(4) 防渗帷幕及排水设计；(5) 永久缝止水设计。

二闸基防渗措施1.闸基的防渗长度L：地下轮廓线（闸基渗流第一根流线，即铺盖和垂直防渗体等防渗结构以及闸室底板与地基的接触线）的长度。

应满足:渗径系数C值表粉砂细砂中砂粗砂中砾细砂粗砾夹卵石轻粉质砂壤土砂壤土壤土粘土有反滤层 9～13 7～9 5～7 4～5 3～4 2.5～3 7～11 5～9 3～5 2～3 无反滤层4～7 3～4图9-10 水闸地下轮廓及流网⒉防渗地下轮廓布置⑴布置原则：先阻后排，防渗与导渗相结合。

⑵防渗排水设施水平防渗→铺盖：粘土、粘壤土铺盖，砼、钢筋砼、沥青砼铺盖。

水平铺设土工膜 .垂直防渗→钢筋砼板桩, 砼防渗墙,灌注式水泥砂浆帷幕, 土工膜垂直防渗结构.高压喷射灌浆：定喷板墙导渗→排水反滤图9-11按直线法计算的闸基渗透压力图⑶不同情况下防渗布置①粘性土地基：降低渗透压力，增加闸身有效重量。

闸室上游宜设置水平钢筋砼或粘土铺盖，或土工膜防渗铺盖，闸室下游护坦底部应设滤层，下游排水可延伸到闸底板下。

图9-12 粘性土地基的地下轮廓线布置②砂性土地基：防止渗透变形→通过延长渗径来降低渗透流速和坡降，对降低渗透压力的要求较低。

砂层很厚→闸室上游可采用铺盖和悬挂式防渗墙相结合的形式，闸室下游渗流出口处应设置滤层，排水布置在护坦之下。

砂层较浅→闸室底板上游端设置截水槽或防渗墙（嵌入相对不透水层深度不应小于1.0m），闸室下游渗流出口处应设置滤层，排水布置在护坦之下。

四、防渗设计（一）闸底地下轮廓线的布置1、防渗设计的目的防止闸基渗透变形；减小闸基渗透压力；减少水量损失；合理选用地下轮廓尺寸。

2、布置原则防渗设计一般采用防渗和排水相结合的原则，即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施，用以延长渗径减小渗透坡降和闸底板下的渗透压力；在低水位侧设置排水设施，如面层排水、排水孔排水或减压井与下游连通，使地下渗水尽快排出，以减小渗透压力，并防止在渗流出口附近发生渗透变形。

3、地下轮廓线布置 （1）闸基防渗长度的确定。

根据公式(2)计算闸基理论防渗长度为56.24m 。

其中 为渗径系数，因为地基土质为重粉质壤土，查表取8。

L =8×7.03=56.24 m（2）防渗设备 由于闸基土质以粘性土为主，防渗设备采用粘土铺盖，闸底板上、下游侧设置齿墙，为了避免破坏天然的粘土结构，不宜设置板桩。

（3）防渗设备尺寸和构造。

1）闸底板顺水流方向长度根据公式(1)计算，根据闸基土质为重粉质壤土A 取2.0。

L 底=A ×H =2×7.03=14.06 m底板长度综合考虑上部结构布置及地基承载力等要求，确定为16m 。

2）闸底板厚度为t =16×9=1.5 m 。

3）齿墙具体尺寸见图1。

图1 闸底板尺寸图 （单位：cm ）4）铺盖长度根据（3 ~5）倍的上、下游水位差，确定为36m 。

铺盖厚度确定为：便于施工上游端取为0.6m ，末端为1.5m 以便和闸底板联接。

为了防止水流冲刷及施工时破坏粘土铺盖，在其上设置30cm 厚的浆砌块石保护层，10cm 厚的砂垫层。

4、校核地下轮廓线的长度根据以上设计数据，实际的地下轮廓线布置长度应大于理论的地下轮廓线长度，通过校核，满足要求。

铺盖长度+闸底板长度+齿墙长度= 36+16+6.8=57.8m >L 理=56.24 m（二）排水设备的细部构造1、排水设备的作用采用排水设备，可降低渗透水压力，排除渗水，避免渗透变形，增加下游的稳定性。

4.2.3.2 闸基渗流计算1、渗流计算的目的和计算方法计算闸底板各点渗透压力，验算地基土在初步拟定的底下轮廓线下的渗透稳定性。

计算方法有直线的比例法、流网法和改进阻力系数法，由于改进阻力系数法计算结果精确，因此采用此法进行渗流计算。

1）用改进阻力系数法计算闸基渗流 （1）地基有效深度的计算根据S L 与5比较得出，0L 为地下轮廓线水平投影的长度，为33m ；0S 为地下轮廓线垂直投影的长度，为7m 。

则571.473300<==S L ，所以地基有效深度m S L L T e 29.1726.150=+=。

（2）分段阻力系数的计算为了计算的简便，特将地下轮廓线进行简化处理，通过底下轮廓线的各角点和尖端将渗流区域分成8个典型段，如图4.2.3.2-1所示。

其中Ⅰ、Ⅷ段为进口段和出口段，用公式441.0)(5.1230+=T Sζ计算阻力系数，Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ段为内部垂直段，用公式)1(4ln 2TSctgy -=ππζ计算阻力系数，Ⅲ、Ⅵ段为水平段，用公式TS S L x )(7.021+-=ζ计算阻力系数。

其中21,,S S S 为板桩的入土深度，各典型段的水头损失按公式∑=∆=ni iii Hh 1ξξ计算，对于进出口段的阻力系数修正，按公式0''0h h β=，式中)059.0(2)(12121.1'2''+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=T S T T β，0')1(h h β-=∆计算，其中'0h 为进出口段修正后的水头损失值，0h 为进出口段损失值，'β为阻力修正系数，当0.1'≥β时，取0.1'=β，'S 为底板埋深与板桩入图深度之和，'T 为板桩另一侧地基透水层深度。

其计算见表2.3.2-1：图4.2.3.2-1 渗流区域分段图 （单位：m ）表4.3.2.2-1 各段渗透压力水头损失 单位：（m ）表4.3.2.2-2 进出口段的阻力系数修正表 单位：（m ）Ⅷ（3）计算各角点的渗透压力值用上表所计算的水头损失进行计算，总的水头差分别为4.0m 和4.5m ，各段后角点渗压水头=该段前点渗压水头—此段的水头损失，结果列入表4.3.2.2-3：表4.3.2.2-3 闸基各角点渗透压力值 单位：（m ）（4）算渗流逸出坡降①出口段的逸出坡降分别为14.02.6859.0''===S h J 和16.02.6966.0''===Sh J ，由《水闸设计规范》可查得[]5.0=J ，则都小于地基土出口段允许渗流坡降值[]5.0=J ，满足要求，不会发生渗透变形。

改进阻力系数法在水闸渗流计算中的运用张亚;李乃回;代晴【摘要】闸基渗流是水闸设计的一个重要内容.对于闸基的防渗设计,《水闸设计规范》(SL265-2001)推荐改进阻力系数法或流网法进行防渗计算.文章主要阐述了改进阻力系数法在丰县黄楼闸除险加固工程中闸基渗流计算中的运用,通过阐述改进阻力系数法的基本原理、地下轮廓线的布置并进行相关的渗流计算,最后得出结论,该设计满足规范要求.【期刊名称】《治淮》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】4页(P21-24)【关键词】水闸;渗流系数;渗流坡降;改进阻力系数法【作者】张亚;李乃回;代晴【作者单位】徐州市水利建筑设计研究院徐州 221000;徐州市水利建筑设计研究院徐州 221000;徐州市水利建筑设计研究院徐州 221000【正文语种】中文复新河是南四湖湖西一条流域性河道，发源于安徽省砀山县玄帝庙村西，沿废黄河北堤东流至董庄东北流入丰县，纵贯丰县境内，下游经山东省鱼台县于西姚村流入昭阳湖，丰县境内长度53.9km，流域面积1098km2。

复新河是纵贯丰县南北的一条主要排涝河道，主要有太行堤河、苏北堤河、西支河、子午河、苗城河等14条支流。

1973年淮委划定复新河流域总面积1812km2，其中安徽境内170 km2，山东境内459km2，江苏境内丰县1098km2，沛县85km2。

复新河分三个梯级，从下至上分别为李楼闸站、丰城闸站及黄楼闸。

黄楼闸位于复新河上游，宋楼镇黄楼村北，承担上游116.8km2排涝和2万亩农田灌溉任务，是复新河第三级梯级控制工程，具有防洪、排涝、蓄水、灌溉等多种功能。

根据《水闸设计规范》（SL265-2001）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）以及《防洪标准》（GB50201-2014），确定黄楼闸设计排涝标准为10年一遇，防洪标准为20年一遇。

黄楼闸为中型涵闸，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物的级别为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。

二、闸基的渗流分析间基渗流计算的目的是计算水闸间基地下轮廓线各点的渗透压力、渗透坡降、渗透流速及渗流量。

进行渗流分析的近似方法有直线比例法（又称渗径系数法）、直线展开法、加权直线法、柯斯拉独立变数法、巴莆洛夫斯基分段法、丘加也夫阻力系数法、改进阻力系数法、流网法等，其中较为常用的方法有直线比例法、流网法和改进阻力系数法。

直线比例法：是工程中对堰闸底板所承受的扬压力作粗略估算的一种方法，其特点是计算简捷；但其结果的精度较低，而且不能据此计算其他的水利要素，一般只在工程规划和可研阶段使用。

流网法：是一种图解法，适用于任意边界条件，是在渗流区域内由流线和等势线组成的具有曲线正方形（或矩形）网格的图形。

只要按规定的原则绘制流网，一般可以得到较好的计算精度。

改进阻力系数法：是在独立函数法、分段法和阻力系数法等方法的基础上发展起来的一种精度较高的近似计算方法，是我国目前广泛采用的一种计算方法。

三、渗透系数渗透系数是反映土的渗流特性的一个综合指标。

渗透系数的大小主要取决于土的颗粒形状、大小、不均匀系数及水温，一般采用经验法、室内测定法、野外测定法确定。

渗透系数尼的计算公式如下：四、渗透变形渗透变形又称为渗透破坏，是指在渗透水流的作用下，土体遭受变形或破坏的现象。

一般可分为管涌、流土、接触冲刷、接触流失四种基本形式。

渗透变形可以单一形式出现，也可以多种形式出现于工程不同部位。

（一）管涌在渗流作用下，非黏性土土体内的细小颗粒沿着粗大颗粒间的孔隙通道移动或被渗流带出，致使土层中形成孔道而产生集中涌水的现象称为管涌。

当土体内的渗流速度达到一定数值时，土壤中的细小颗粒将开始悬浮移动，并被水流带走。

随着细小颗粒的流失，土壤孔隙将加大，渗流速度也随之增大，继而带走较粗大的土体颗粒。

管涌首先从渗流逸出处开始，然后向上游逐步发展。

当土体中个体细小粒在渗流作用下开始在孔隙内移动时的水力坡降称为临界坡降。

更粗大的土粒开治流动，产生渗流通道，土体表面发生大面积破坏时的水力坡降，称为破坏坡降。

【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 。

闸基土质在高程100.00～90.50m 之间为砂壤土，渗透系数K 砂=2.4×10-4cm/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，可知砂壤土的渗径系数0.5=C ，作用水头为()m 75.400.10075.104=-=∆H故最小防渗长度为()m 75.2375.40.5=⨯=∆=H C L地下轮廓不透水部分的实际长度为4.425.17.06.0414.15.08.7414.15.06.09.0⨯++++⨯++⨯++=实L2、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 。

1′~17 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)m (5.205.10100=+=L ，)m (0.600.9400.1000=-=S ，故542.30.65.2000<==S L ，按式（4-19）计算e T)m (5.95.9000.100m 72.13242.36.15.20526.15000=-=>=+⨯⨯=+=T S L L T e故按实际透水层深度m 5.9=T 进行计算。

水工建筑物计算题重力坝1．某混凝土重力坝的剖面如图所示。

分别绘图并计算有排水孔、无排水孔解：取坝长为1m无排水孔时：)(95.8289.16581.9121KNTHU=⨯⨯=⋅=γ)(95.82819.161081.9211212KNTHU=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=γ扬压力标准值：)(90.165795.82895.82821KNUUU=+=+=有排水孔时：)(95.8289.16581.9121KNTHU=⨯⨯=⋅=γ)(01.20617103.081.9172KNHU=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=γα)(68.14519.9103.081.92119.9213KNHU=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=γα)(35.240177.01081.92117)(213KNHHU=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅-⨯=γαγ)(99.142035.24068.14501.20695.8284321KNUUUUU=+++=+++=2．已知某重力坝剖面如图所示，上游正常高水位为50m，相应下游水位为15m，坝顶高程为60m，上游坝坡为1：0.2，下游坝坡为1：0.7，坝顶宽度为5m，在距上游坝面7m处设有排水孔幕。

混凝土的容重采用γc=24kN/m3，水的容重采用γw =10kN/m3，渗透压力强度折减系数α=0.3。

（浪压力忽略不计）(1)计算荷载大小；(2)画出荷载分布图，标出荷载作用的位置。

(3)已知接触面的抗剪断参数f′=0.9、C′=700kPa，抗滑稳定安全系数允许值[Ks]=3.0，试用抗剪强度公式求Ks并判别是否满足抗滑稳定要求。

解：（1）建基面顺水流向总长度：⨯T=(m30-+-⨯+10=)7.040(5.)10552.05()排水孔距坝底中心O 点的距离：)(25.13725.40m =-①自重：分为三块：)(960)1030(4211KN W c =-⨯⨯⨯=γ距O 点：)(58.1743225.20m =⨯- )(6000)1060(52KN W c =-⨯⨯=γ距O 点：)(75.135.2425.20m =--)(17010)1055()7.0)1055((213KN W c =-⨯⨯-⨯⨯=γ 距O 点：)(75.07.0)1055(315425.20m =⨯-⨯---②水重：)(800)3050(44KN W w =-⨯⨯=γ 距O 点： )(75.18225.20m =-)(400)1030()2.0)1030((215KN W w =-⨯⨯-⨯⨯=γ 距O 点：)(92.1843125.20m =⨯-③水平水压力：上游：)(8000)1050(212KN P w =-⨯=γ 距O 点高：)(33.13)1050(31m =-⨯下游：)(125)1015(212KN P w =-⨯=γ距O 点高：)(67.1)1015(31m =-⨯④扬压力：)(20255.40510121KN T H U =⨯⨯=⋅=γ 距O 点0（m ）)(73517353.010172KN H U =⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=γα距O 点：20.25-3.5＝16.75（m ）)(75.175815.33353.010211)75.40(213KN H U =⨯⨯⨯⨯⨯=⋅-⋅=γα距O 点：)(75.27.0)1055(31725.20m =⨯-⨯--)(5.857177.035102117)(214KN H H U =⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅-⨯=γαγ距O 点：)(92.1773125.20m =⨯-)(25.53765.85775.175873520254321KN U U U U U =+++=+++=（3）86.5125800015.40700)25.5376120023970(9.0''=-⨯⨯+-+⨯=⋅+⋅=∑∑PAc W f K s3．已知混凝土的强度等级为C10，基岩的允许压应力为5000kPa ，其它条件同上题，试验算坝基面的垂直正应力是否满足要求？解：坝趾处的压应力在计入扬压力时为)1)(6(22mBM BW +-=∑∑σ式中：∑=-+=)(75.1979325.5376120023970KN W[][][][])(16.424321.3251425.106431225683.11213492.175.85775.275.175875.167350202533.13800067.112592.1840075.1880075.01701075.13600058.17960m KN M ⋅-=--+=⨯-⨯-⨯-⨯-⨯-⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=∑扬压力水平水压力水重自重KPa KPa 5000)(33.751)7.01()5.4016.424365.4075.19793(22<=+⨯⨯+=σ地基承载力满足要求；对砼C10抗压强度标准值为10Mpa ＝10000Kpa 砼抗压强度远远大于砼内压应力，因此砼强度也能满足要求。

水工实习报告五篇水工实习报告篇1（1511字）一、实习时间：____年7月16日—____年7月19日实习地点：____二、实习目的及意义：通过实习让我们在大脑中建立起水利水电工程模型，对水工建筑物的外观，规模,作用及特点有了很大的了解，了解水利规划,设计,建设及管理利用。

同时对电站的工作模式有一个感性的直观认识，为以后的专业学习打下基础。

三、实习单位简介：1、aaa水库位于武安市西北部，距邯郸约60公里。

建于1966至1969年，最大水面2500亩，库容量3200万立方米。

坝横阻于门道川与常社川入口处。

为浆砌石重力坝，高81米，长185米坝顶宽10.5米，水库容量3200万立方米，在溢流段上建有交通桥。

一坝雄踞，宛如银壁，雄伟壮观。

湖面呈倒“人”字型，分东西两支。

东支为常社川的前段，西支为门道川的前段，各有3公里长。

2、ccc水库ccc水库位于磁县境内滏阳河干流上，距京广铁路和磁县城约7公里，控制流域面积340平方公里，总库容1.52亿立方米。

是拦蓄滏阳河上游来水，引蓄漳河客水，保证下游防洪安全和城市供水、农业灌溉，兼有发电、养鱼等多种效益的重要水利枢纽工程。

ccc水库是邯郸市直接管理的唯一一座大型水库，1958年初动工兴建，1959年9月初步建成为总库容6400万立方米的中型水库。

1970年4月至1974年4月又扩建为大(二)型水库。

扩建工程主要包括大坝裁弯取直、坝体加高培厚、加固发电洞、新建泄洪洞、扩挖非常溢洪道等工程。

扩建后的大坝坝顶高程111.2米，最大坝高33.3米，坝顶长度2646米，坝顶宽5.75米，坝顶上筑有高1.3米的防浪墙。

泄洪洞进口底高程84.5米，共分3孔，每孔净宽和净高均4米，洞身全长120米，3孔最大泄量可通过千年一遇洪水流量825立方米每秒。

非常溢洪道位于上游左侧距离大坝1公里处，进口底高程105米，边坡1：1.5，纵坡1/1400，全长__余米，宽150米。

溢洪道进口有一挡水土埝，埝顶高程109.5米，顶长164米，顶宽6米。

水工混凝土结构设计研究发表时间：2019-07-03T16:09:39.697Z 来源：《基层建设》2019年第10期作者：余旭鹏[导读] 摘要：在水利工程中，混凝土的应用十分广泛。

惠州市华禹水利水电工程勘测设计有限公司广东惠州 516003摘要：在水利工程中，混凝土的应用十分广泛。

水利水电工程一般涉及的专业较多，结构种类多样，不仅包括水工建筑物还有建筑结构和桥梁结构等建筑物，设计从业人员的专业方向也涉及水工、建筑结构和桥梁结构等方面。

由于专业方向的不同，对规范理解的角度不一，水工混凝土结构专业经常出现规范混用、利用现有结构建筑的软件设计水工混凝土结构的现象，这样会导致水工混凝土从设计上出现工程浪费。

本文总结水工混凝土结构设计的特点和规律，以水闸、水工隧洞、涵洞与圆管涵结构的设计为例研究设计的重点和注意事项为相关项目提供可靠的依据弥补相关设计的不足。

关键词：水工；混凝土；水闸；结构设计引言水工建筑是指水利水电工程中受水的作用，通过控制和调节水流达到防治水灾，开发利用水资源的建筑物。

水工建筑物在设计的过程中受到外界条件的限制非常多，地形、气象、水文和地质等自然条件对选址、建筑物的选型、工程造价等有直接的影响。

根据建筑物的使用年限可以将水工建筑分为永久性和临时性两种。

临时性水工建筑物是指仅在施工期间内发挥作用的建筑物比如：导流明渠、围堰等。

永久性水工建筑物可以分为通用性水工建筑物和专门性水工建筑物两大类。

1水利工程混凝土结构存在的主要问题①材料配比缺乏稳定性。

混凝土是由胶凝材料，粗细骨料，水及其他外加剂按照适量的比例配制而成的人工石材。

因此，在进行施工的时候，如果材料的配比存在问题，很容易造成混凝土的强度等级有所下降。

在实际施工的过程，会导致其表面出现麻面以及气孔等问题，同时也会对混凝土内部结构带来严重影响。

例如，如果在实际搅拌的时候，发现砂石材料占有的比例过高，很容易造成混凝土在搅拌中因为骨料过于集中，而使拌和物出现离析以及混凝土料变干甚至硬化的情况，进而对其牢固性带来严重影响。

水闸的防渗、排水设计水闸挡水时，由于上、下游水头差的作用，不仅在闸基土体中会产生渗流，同时还会产生绕过两岸连接建筑物的岸坡绕渗。

渗流对建筑物产生的不利影响主要有：①降低了闸室的抗滑稳定及两岸翼墙和边墩的侧向稳定性；②可能引起地基的渗透变形，严重的渗透变形会使地基受到破坏，甚至导致水闸失事；③损失水量，一般情况下损失数量甚微，可略而不计；④使地基内的可溶物质加速溶解。

闸基防渗设计的要求是：确定最优的地下轮廓及防渗排水措施，使闸基渗透压力适当减小，使闸基不发生渗透变形，并使闸基渗流量控制在允许范围内。

总之，在保证水闸安全的前提下，做到经济合理。

1 水闸的防渗长度及地下轮廓的布置1. 防渗长度当水闸形成上、下游水位差时，上游水经过地基向下游渗透，并从护坦的排水孔等处排出。

如图7-16所示，沿着铺盖、板桩及闸室底板的这根流线为1—2—…—17，这是闸基渗流的第一根流线。

上述铺盖、板桩及闸室底板等不透水部分（连续）与地基的接触线，称为地下轮廓线（即第一根流线）。

该线的长度称为防渗长度或渗径长度，此时， 12231617L =-+-++-，如进口段设有干砌块石及垫层（图7-16左下方），则12231617L '=-+-++-；如铺盖与闸室之间的止水受到破坏或没有设置，则78891617L =-+-++-。

从图7-16的实例，可以清楚地看出，防渗长度有三个特点：①起点是入土点，即水流进入土基的这一点；②终点是出土点，即水流离开土基的这一点（排水的起点）；③中间是连续线，即起点与终点之间没有间断。

图7-16 水闸地下轮廓(单位：m) （第5版图7-13 图名相同）水闸防渗排水布置应根据闸基地质条件和水闸上、下游水位差等因素，结合闸室、消能防冲和两岸连接布置进行综合分析确定。

SL 265—2016《水闸设计规范》提出，初步拟定的闸基防渗长度应满足下式的要求：=∆（7-11）L C H式中：L为闸基防渗长度，即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和，∆为上、下游水位差，m；C为允许渗径系数值，可按表7-2选用。

水闸渗流计算方法的探讨水闸渗流是水在压力坡降作用下穿过土中连续空隙发生流动的现象。

本文通过水闸渗流的影响及计算方法来曲面探讨。

标签：影响;全截面直线分布法;流网法;渗流;闸基引言：上游的水压力是水工建筑物要承受的主要荷载之一，而且地基和混凝土也不是完全不透水的材料，在水头的长期作用下，水即将会通过地基和坝体向下游流去，因此，在地基内和闸坝体内有一个渗流场的存在。

渗流分析给合理的选择渗流控制方法和对闸坝工程的安全可靠性的评价提供一定的根据，水闸闸基渗流为剖面的平面渗流运动，既有水平的分速度，同时也有垂直的分速度，可以近似的看做为二维流。

闸基渗流经常用到的计算方法包括有限元法、流网法、直线比例法（渗径系数法）、电网络法[1，2]和改进阻力系数法。

改进阻力系数法[3，4]为分段法，把地基渗流沿着地下轮廓线划分成水平的和垂直的几个段，进行单独的解决。

把各分段的阻力系数计算出来，再进一步把渗透流速、渗透压力、渗透坡降及渗流量求出。

这是一种近似的流体力学的解法，有较高的计算精度，对计算复杂的地下轮廓的渗流量也同样有很大的的现实意义，在国内外已经得到广泛的运用，水闸设计规范计算闸基渗流就是运用了这种方法。

把求解的渗流区域划分为有限个互相联系的子区域的方法就是有限单元法，它用子区域内连续的分区近似水头函数来代替待定的水头函数。

随着计算机的发展，其应用于数值计算的有限元法也得到了快速的发展，可以很好的把条件复杂的渗流问题模拟出来。

现在，有很多有限元软件都可以用来计算渗流，包括GEO-SLOPE、MARC、SEEPAGE、ANSYS、ADINA、FLAC、ABQUS等。

一、滲透与渗透影响（一）渗透渗透是水在压力坡降作用下穿过土中连续空隙发生流动的现象。

水利工程中渗流计算的研究对象为岩土，土是具有连续空隙的介质，水在重力作用下可以穿过土的空隙发生运动。

土的渗透性主要研究在重力势能作用下，土空隙中的水的流动过程及其规律性。

【例2】 用改进阻力系数法计算例1中各渗流要素。

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 。

闸基土质在高程100.00～90.50m 之间为砂壤土，渗透系数K 砂=2.4×10-4cm/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）阻力系数的计算 （二）1.有效深度的确定 由于)m (5.205.10100=+=L ，)m (0.600.9400.1000=-=S ，故542.30.65.2000<==S L ，按式（4-19）计算e T)m (5.95.9000.100m 72.13242.36.15.20526.15000=-=>=+⨯⨯=+=T S L L T e故按实际透水层深度m 5.9=T 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)(9.04.05.0m S =+=，m T 5.9=。

按表（4-3）计算进口段阻力系数01ξ为48.044.05.99.05.144.05.12/32/301=+⎪⎭⎫⎝⎛⨯=+⎪⎭⎫⎝⎛⨯=T S ξ（2）齿墙水平段：021==S S ，m 6.0=L ，m 6.8=T，按表（4-3）计算齿墙水平段阻力系数1x ξ为()07.06.86.07.0211==+-=T S S L x ξ（3）齿墙垂直段：m 5.0=S，m 1.9=T 。

按表（4-3）计算齿墙垂直段的阻力系数1y ξ为06.01.95.014ctg ln 214ctg ln 21=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ππππξT S y（4）铺盖水平段：m 5.01=S ，m 6.52=S ，m 75.10=L ，按表（4-3）计算铺盖水平段阻力系数2x ξ为()()71.01.96.55.07.075.107.0212=+⨯-=+-=T S S L x ξ（5）板桩垂直段：m 6.5=S ，m 1.9=T ，根据表（4-3），板桩垂直段阻力系数2y ξ为74.01.96.514ln 22=⎪⎭⎫⎝⎛-=ππξctgy （6）板桩垂直段：m 9.4=S ，m 4.8=T ，根据表（4-3），板桩垂直段阻力系数3y ξ为69.04.89.414ln 23=⎪⎭⎫⎝⎛-=ππξctgy （7）底板水平段：m 9.41=S ，m 5.02=S ，m 75.8=L ，m 4.8=T ，故底板水平段阻力系数3x ξ为()59.04.85.09.47.075.83=+-=x ξ（8）齿墙垂直段：m 5.0=S ，m 4.8=T ，根据表（4-3），则齿墙垂直段的阻力系数4y ξ为06.04.85.014ln 24=⎪⎭⎫⎝⎛-=ππξctgy （9）齿墙水平段：021==S S ，m 0.1=L ，m 9.7=T ，按表（4-3）计算齿墙水平段阻力系数4x ξ为13.09.70.14==x ξ （10）出口段：出口段中m 55.0=S ，m 45.8=T ，按表（4-3）计算其阻力系数02ξ为46.044.045.855.05.12/302=+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=ξ（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 ∑=iii h ξξ，其中m 75.4=∆H ，且 99.346.013.006.059.069.074.071.006.007.048.071=+++++++++=∑=i i ξ（1）进口段)m (57.048.019.148.099.375.411=⨯=⨯=∆H ∑=ξξh（2）齿墙水平段 )m (08.007.019.12=⨯=h （3）齿墙垂直段 )m (07.006.019.13=⨯=h （4）铺盖水平段 )m (85.071.019.14=⨯=h（5）板桩垂直段 )m (88.074.019.15=⨯=h （6）板桩垂直段 )m (82.069.019.16=⨯=h（7）底板水平段 )m (70.059.019.17=⨯=h（8）齿墙垂直段 )m (07.006.019.18=⨯=h （9）齿墙水平段 )m (16.013.019.19=⨯=h （10）出口段 )m (55.046.019.110=⨯=h2. 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1β'为⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎪⎭⎫ ⎝⎛'⨯-='059.0212121.121TS T T β66.0059.05.99.025.96.812121.12=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎪⎭⎫⎝⎛⨯-= 0.166.01<='β，应予修正。

直线比例法求渗透压力例题
渗透压力是指溶液通过半透膜进入纯水的压力。

直线比例法是一种常用的求解渗透压力的方法。

例题：
已知浓度为0.2mol/L的葡萄糖溶液通过半透膜进入纯水，求渗透压力。

解答：
根据直线比例法，渗透压力与溶液浓度成正比。

设纯水的渗透压力为P0，葡萄糖溶液的渗透压力为P1，则有以下比例关系：
P1/P0 = C1/C0
其中，C1为葡萄糖溶液的浓度，C0为纯水的浓度。

由于纯水的浓度为0，所以C0=0。

代入已知条件，可得：
P1/P0 = 0.2/0
由于分母为0，所以无法计算比例关系。

根据直线比例法，渗透压力与溶液浓度成正比，而纯水的浓度为0，所以纯水的渗透压力为0。

因此，葡萄糖溶液的渗透压力也为0。

答案：渗透压力为0。