直线比例法与改进阻力系数法计算渗透压力的比较
水闸渗透计算
【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
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
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。
水工建筑物作业答案
《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。
水工建筑物——水闸习题及答案
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。
2012一级建造师《水利水电》教材知识点（14）
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
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。
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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 pressure
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：
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。
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。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。