高 媛 ，付大慶 ，劉世友

（1.西安建筑科技大學，陜西 西安 710055；2.東華理工大學，江西 撫州 344000；3.濰坊市地震局，山東 濰坊 261041；4.濰坊市水利建筑設計研究院，山東 濰坊 261031）

在分析評價閘壩基滲漏量時，通常采用達西定律，此法對于均質(zhì)壩或地下輪廓比較簡單的小型閘壩較適宜，對于大中型地下輪廓比較復雜的閘壩，則精確度較差，甚至無經(jīng)驗公式可用。大量生產(chǎn)一線上的勘測人員，在時間緊任務重的情況下，沒條件采用現(xiàn)今比較流行的數(shù)值分析方法確定其滲漏量。因此，通常采用改進阻力系數(shù)法等進行滲漏量計算。

水工閘壩滲流計算分精確解與近似解，精確解只能用于地層與地下輪廓比較簡單的情況；近似解用于地層與地下輪廓比較復雜的情況，因而近似解方法是工程實際中最常用的。近似解主要有柯斯拉的獨立變數(shù)法(1936)、巴甫洛夫斯基的分段法(1936)、丘加也法的阻力系數(shù)法(1957)。柯氏法的理論根據(jù)是無限深地基滲流的解析解，適用于較深透水地基情況。巴氏法是沿著各板柱畫鉛直線把地基分成幾段的單獨部分，每一分段的滲流有現(xiàn)成的解析解或比較容易求得解答，然后相加得到整個地基滲流近似解，缺點是不能從聯(lián)立方程求得關鍵點的角點水頭，而且認為板樁底下的鉛直線是等水頭線畫分段也會帶來誤差。丘氏法根據(jù)巴氏法的精神和努麥羅夫漸近線法對急變區(qū)計算的理論提出了阻力系數(shù)法。分段位置取在板樁前后的角點，把沿著地下輪廓線的地基滲流分成垂直的和水平的幾個段單獨處理。

1 改進阻力系數(shù)法計算原理

毛昶熙[1]等(1980)沿用丘氏阻力系數(shù)的概念，綜合巴氏法與丘氏法的特點，沿板樁線或垂直壁面分成左右側(cè)段，分段數(shù)目比丘氏法多，但能給出板樁尖點水頭提高出口平均坡降的計算精度，全部計算過程可代入簡單的算式避免查用圖表的不便和插比的誤差。由于補充了傾斜底扳和齒墻不規(guī)則部分的算法，能更適應復雜地下輪廓情況。從精度而言，若干實例比較說明比其它方法都略高，一般水頭百分數(shù)誤差為2%～3%，最大不超過5%。成為規(guī)范推薦的計算方法。

1.1 地下輪廓分段

將實際地下輪廓適當簡化，使之成為水平和垂直兩個主要部分。由簡化的地下輪廓線上各角點和板樁齒墻引出等勢線，將滲流區(qū)劃分為若干個簡單段，可歸納為三種基本形式：進出口段、內(nèi)部垂直段、水平段(傾斜段)，各段(如圖1示)的阻力系數(shù)計算式為：

進出口段：

內(nèi)部垂直段：

水平段：

圖1 基本段示意

水平段底板傾斜時：

式中：ξ0為進出口段阻力系數(shù)；ξy為內(nèi)部垂直段阻力系數(shù)；ξx為水平段阻力系數(shù)；S為板樁或齒墻入土深度；T為壩基透水層有效深度；Lx為水平段長度。

1.2 確定地基有效深度

由于地基深度變化引起水頭分布曲線的改變僅在一定深度范圍內(nèi)較顯著，故對不能滿足板樁獨立作用原則的較深乃至無限深地基，可選擇一個有效深度代替，從而求得水頭分布曲線的解答。

一般情況下，地基有效深度可按下式取值：當 L0／S0≥5 時，Te＝0.5L0當 L0／S0＜5 時

式中：Te為地基有效深度；L0為地下輪廓的水平投影長度；S0為地下輪廓的垂直投影長度。

當計算的Te值大于地基實際深度時，Te值應按地基實際深度采用。

1.3 計算滲漏量

各段入土深度與透水層厚度求出后，可求得阻力系數(shù)，當某段阻力系數(shù)小于0時，取0。則地下輪廓各段阻力系數(shù)之和為：

單寬滲漏量:

式中：H為上下游水頭差；hi為各段水頭損失；q為壩基單寬滲流量；k為壩基地層滲透系數(shù)。由壩基單寬滲漏量即可求得整個壩基的滲漏總量。

2 實例分析

濰河岞山橡膠壩位于老膠濟鐵路橋北400余米，底板高程18.00m，設計擋水高程22.5m，設計擋水高度4.5m，垂直水流方向總長度269.2m，順水流方向總長度107m。主要由3孔橡膠壩、2孔泄水閘組成。50年一遇洪水泄量 4120m3/s，設計攔蓄水量 2202萬 m3，死庫容620萬m3，工程規(guī)模中型，工程等別Ⅲ等，主要建筑物3級，次要建筑物4級。

2.1 壩基地質(zhì)條件

2.2 壩基滲漏量

1）邊界條件。壩基①、②層為強透水等級，厚度8.8m；③、④層為良好的隔水層。

2）阻力系數(shù)。壩基防滲段水平投影長度L0＝31.8m，垂直投影長度 S0＝1.8m，L0/S0＝17.7＞5, 有效深度 Te=0.5L0=15.9m，土層平均厚度8.8m，有效深度采用8.8m。滲流長度共分19段，見圖2,阻力系數(shù)見表1。

圖2 地下輪廓滲流分段

表1 各段阻力系數(shù)

3）滲漏量。①、②層水平向等效滲透系數(shù)k=0.30cm/s，上下游水頭差等于5m，壩基年滲漏量為：

3 結(jié) 論

1）壩基年滲漏量大于蓄水量，應對強透水壩基進行防滲處理。2）采用改進阻力系數(shù)法計算的壩基滲漏量比采用達西定律計算的滲漏量小40%。

[1] 毛昶熙.滲流計算分析與控制[M].北京：水利電力出版社，1990:70-91.