直线比例法与改进阻力系数法计算渗透压力的比较

来源：职称驿站所属分类：微电子应用论文发布时间：2012-07-26 11:56:00浏览：次

　　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
　　1.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。当下游排水设备较好时，作用水头通过从上游渗流到下游之后，就全部损失掉。直线比列法假定渗流中的水头损失，是沿经折算的地下轮廓线均匀分配的，亦即设地下轮廓线上某点渗流水头为：Hi=Si/L*H。
　　直线比例法又可分为勃莱系数法和莱因系数法。因计算精度较差，特别是对于进、出口部分，不宜采用。直线展开法和加权直线法适用于防渗布置简单、地基不复杂的中小型水闸。加权直线法与勃莱法基本相同，不同点在于把地下轮廓上下游端的铅直渗径扩大一个倍数n，而其他部分仍保持不变。假定端板桩（或齿墙）的长度为S，地下轮廓水平投影长度为L，计算用透水层深度为T，则同时满足S/T<0.1和S/L<0.1的为短板桩，取n=4；如果不能同时满足或都不满足，则视为长板桩，取n=2。
　　2.改进阻力系数法
　　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，但不能解决非均质地基渗流问题。
　　（1）计算原理
　　把闸基的渗流区域按可能的等水头线划分为几个典型流段，根据渗流连续性原理，流经各流段的渗流量相等，各段水头损失与其阻力系数成正比，各段水头损失之和等于上下游水头差。
　　3.工程算例
　　橡胶坝设计水头3.5米，底板具体尺寸如图
　　（1）直线比例法勃莱假定计算
　　当水头3.5米时，渗径长度L=44.18米，渗透坡降J=H/L
　　地下轮廓各点渗压水头按下式计算：hx=JLx。计算结果见下表：
　　序号 1 2 3 4 5 6 7
　　Lx 42.465 41.565 41.165 40.765 32.365 31.965 31.565
　　hx 3.5 3.426 3.393 3.360 2.668 2.635 2.602
　　序号 8 9 10 11 12 13 14
　　Lx 31.165 30.765 22.365 21.965 21.565 20.165 19.165
　　hx 2.569 2.536 1.843 1.810 1.777 1.662 1.580
　　序号 15 16 17 18 19 20 21 22
　　Lx 18.415 9.685 9.185 8.685 7.285 6.785 0.6 0
　　hx 1.518 0.798 0.757 0.716 0.600 0.559 0.049 0
　　底板渗透压力如图所示
　　（2）改进阻力系数法计算：
　　本工程防渗工程地下轮廓的水平投影长度L0=37.98m.，地下轮廓的垂直投影长度S0=2.5m，L0/S0=15.19m，Te=0.5*37.98=19m，砂土地基实际透水深度10m，所以取Te=10m进行计算。本防渗工程不透水地下轮廓可分为如下：⑴.进口段；⑵.浆砌石铺盖上游齿墙水平段；⑶.浆砌石铺盖上游齿墙垂直段；⑷.浆砌石铺盖水平段；⑸.浆砌石铺盖下游齿墙垂直段；⑹.浆砌石铺盖上游齿墙水平段+砼铺盖上游齿墙水平段；⑺.砼铺盖上游齿墙垂直段；⑻.砼铺盖水平段；⑼.砼铺盖下游齿墙垂直段+坝底板上游齿墙垂直段；⑽.坝底板上游齿墙水平段；⑾.坝底板上游齿墙垂直段；⑿.坝底板水平段；⒀.坝底板下游齿墙左侧垂直段；⒁.坝下游底板齿墙水平段；⒂.坝底板下游齿墙右侧垂直段；⒃.下游斜坡段水平部分；⒄.下游斜坡段垂直部分；⒅.出口段。
　　计算各角隅的渗压水头，由上游进口段开始，逐次由作用水头差值3.5m相减去各段水头损失值，即可求得各点渗压水头值。
　　序号 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9
　　hx 3.5 3.297 3.24 3.125 2.55 2.52 2.46 2.42 1.89
　　序号 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 H19
　　hx 1.76 1.67 1.57 0.92 0.85 0.81 0.38 .0.27 0.1 0
　　底板渗透压力如图所示：
　　4.结束语
　　通过对同一工程的算例比较可见，在没有板桩防渗的情况下，底板的渗透压力数值相差不大。直线比例法具有计算简单，内插方便的特点，可满足大部分计算要求。改进阻力系数法具有计算较精确，可以用来判定进、出口的水力要素，但不能解决非均质地基渗流问题。在实际工程应用中，两种方法可综合运用，也可根据需要的求算要素采用相应计算方法。