闸坝非岩石地基中恒定渗流的一种近似计算方法。可用以确定渗流区中各处的渗流要素,包括渗透压力、渗透坡降和渗透流量。这一方法是丘加也夫(P.Р.Чyгaeв)根据巴甫洛夫斯基分段法的理论和努麦罗夫对急变渗流区计算的理论在1957年提出的。应用阻力系数法计算时,首先需要将建筑物底面下的整个渗透区划
闸坝非岩石地基中恒定渗流的一种近似计算方法。可用以确定渗流区中各处的渗流要素,包括渗透压力、渗透坡降和渗透流量。这一方法是丘加也夫(P.Р.Чyгaeв)根据巴甫洛夫斯基分段法的理论和努麦罗夫对急变渗流区计算的理论在1957年提出的。
应用阻力系数法计算时,首先需要将建筑物底面下的整个渗透区划,分成几个流段。丘氏用通过地下轮廓各转折点(板桩尖点除外)的等势线分段,并将各流段归纳为3种基本类型:①进口段或出口段,如图1中的Ⅰ、Ⅴ段;②中间板桩段或中间齿坎段,如图1中的Ⅲ段;③水平段,如图1中的Ⅱ、Ⅳ段。
图1 阻力系数法的分段及基底渗透压力分布
渗流经过任一段的水头损失hi可用下式表示
阻力系数法
式中 q为单宽渗流量;K为地基土的渗透系数;ξi为阻力系数,是该流段的渗流特征值,只与渗透区的几何形状有关,为边界条件的函数,可以用流体力学的精确解求得。
阻力系数法
根据上两式可得
阻力系数法
由于整个渗透区总的水头损失H为一定值,任一流段水头损失的大小与该段的阻力系数成正比。因此,在进行地下轮廓布置时,可用比较不同流段ξi值大小的办法来分析地下轮廓各部分的相对滞渗效果。
求出各段水头损失值后,由出口处向上游叠加,得到各分界面处水头,两分界面间的水头损失近似认为按直线变化,于是可以绘出基底的渗透水头线PP(图1),从而可求出作用于闸坝底面上的渗透压力。但当出口板桩较短或无板桩时,由上述计算得到的出口段水头损失值误差较大,需要对出口附近的压力水头线作局部修正(图2)。修正的方法是:设未经修正的出口段水头损失为h0,将其乘以修正系数δ,即得修正后的出口段水头损失h′0
图2 出口压力局部修正图
阻力系数法
当0.7≤T2/T1≤1.0时,δ值可按下式计算
阻力系数法
式中 S为板桩长度;T1、T2为板桩两侧地基透水层深度。
取修正范围为0.1L0(L0为地下轮廓线水平投影长度),并在压力水头线上找出与0.1L0及相对应的M、N′两点,以直线连接这两点,所得的MN′P线即为修正后的出口附近压力水头线。
阻力系数法适用于地基不透水层埋藏较浅的情况,当不透水层埋藏很深或无限深时,在进行上述计算之前,先要确定一个计算深度Tc,并用Tc去代替实际深度Ta(图1)。Tc可按下式确定:
Tc=AS0+BL0
式中 L0为地下轮廓线的水平投影长度;S0为地下轮廓线的铅直投影长度;A,B为系数。当L0/S0≥5时,A=0,B=0.5;当L0/S0=5~3.4时,A=2.5,B=0;当L0/S0=3.4~1.0时,A=0.8,B=0.5;当L0/S0=1.0~0时,A=1.0,B=0.3。
下游出口处渗流的出逸比降Je,可按努麦罗夫的近似公式进行计算:
阻力系数法
式中 H为渗透区的总水头损失;ξi为阻力系数;α为系数,当0.7≤≤1.4,S≠0时
阻力系数法
为计算出逸比降所采用的计算深度,=2Tc。当实际透水层深度Ta>时,计算深度取用;如实际透水层深度Ta<,计算深度取用Ta。
阻力系数法计算简便,精度较高,一般误差不超过5%,为工程设计计算所采用。但是,这一方法尚存在着不能计算板桩尖点水头等问题。中国学者对阻力系数法作了改进,增加了用通过板桩尖点的等势线划分渗流区,再用努麦罗夫对急变渗流区求得的解析解计算各分段的阻力系数。由于改进阻力系数法能求得板桩尖点的水头,可以直接求出实用上的出逸比降;加之补充了倾斜底板和齿墙不规则部分等的计算方法,既扩大了计算范围,又提高了计算精度,因而该改进法已在实际工程的设计计算中得到应用。
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