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摘 要：渗流对水工建筑物的稳定性有着重要影响，但渗流对于土石坝等常规水工建筑物的研究已经日渐成熟。本文着重研究渗流对橡胶袋水闸闸室稳定性、闸基抗滑稳定性及过大的不均匀沉降的影响，同时可以利用渗流的渗透力方向提高闸基稳定性。
关键词：渗流；稳定性；不均匀沉降；达西定律
中图分类号：TV139.14 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）10-0237-01
1 渗流对橡胶袋水闸影
从20世纪开始 ，大型水坝的建设成了社会进步和国家经济发展的象征。70年代达到高潮，全球几乎每天都有2、3座水坝建成。水闸是一个十分重要的组成部分，而渗流对水闸的稳定性有着重要影响。水闸一旦出现因渗流影响而不能正常工作会导致严重后果。中国建造水闸的历史悠久，春秋时期孙叔敖建造芍陂灌区，设立五个闸门引水。新中国成立后我国水闸建设风起云涌，并积累了丰富的经验。水闸按其所承担的主要任务可分为：分洪闸、节制闸、冲沙闸、挡潮闸、进水闸、排水闸等。按闸室的结构形式，可分为：开敞式、胸墙式和涵洞式。水闸正向施工装配化、 结构轻型化、形式多样化和远动化方向发展，建造的新型水闸如灌注桩水闸、橡胶袋水闸、水力自控翻板水闸、浮云水闸等。尤其在我国20世纪中期运用高分子合成材料建造的橡胶袋水闸，于1957年我国建成了世界上第一座橡胶袋水闸。水闸对于挡水、泄水、调节主坝以及水电站水流单宽流量q有着重要意义，而渗流对水工建筑物的稳定性有着重要的影响，作为挡水泄水功能的水闸一旦出现因渗流影响而不能正常工作会导致严重后果，特别是对于新型水闸技术运用尚不成熟，对一些微小尚待研究的因素（如渗流）的影响更应值得重视。
2 渗流对闸基稳定性的影响
2.1 渗流产生影响机理
从20世纪开始，全世界已经建造数以万计的大坝，其中许多失事的大坝是由于其中的某些水工建筑物失事造成的，尤其水闸的安全更应引起我们足够的重视。水闸失事大多是由于地基的不均匀沉降及沉降差过大导致水闸不能行使正常的挡水、泄水功能，特别在洪汛期由于上游水头过高，闸门承受正面水荷载过大，闸基承受扬压力过大，这是由于渗流产生的渗透力与重力方向相反，造成颗粒间压力减小，产生扬压力使土体不稳定造成水闸出现事故。对像橡胶袋水闸这样的新型水工建筑物我们要充分了解其结构，闸基稳定性影响因素和水闸抗滑稳定性等。橡胶袋水闸由3部分构成：充胀胶袋的充排设备、橡胶坝胶袋、安全及观测装置及土建部分。渗流对水闸地基有以下不利影响：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；沿着两边岸坡的渗流对翼墙产生水平推力，可能会造成滑移；由于渗透力的作用，渗透力有可能会造成土的渗透变形；严重的渗漏将导致大量的水量损失；渗流可能使地基内可溶物质加速溶解（如膨润土的主要成分蒙脱石有很好的亲水性，会造成水化，使地基的承载力急剧下降）。
2.2 渗流对闸基的不均匀沉降的影响
水的渗流会导致地基浸水，特别是湿陷性黄土，渗流会引起地基发生湿陷，特别到了雨季由于泄洪量很大，上游水头明显增大，伴随有地下渗流产生的渗流场，造成地基失稳。扬压力增大，它减小了水闸作用于地基上的有效压应力，降低了闸底的抗滑力。同时，坝体内产生的扬压力影响了坝体内的应力分布。又由于水闸闸基和水闸上下游地基使用材料不同，弹性模量，变形模量也不同，因此会有沉降差，同种结构由于各部分渗流照成应力分布不均匀，也会导致不均匀沉降。渗流计算的目的是为了确定渗流区内的渗流压力，渗流迫降，渗流流速以及渗流量。
为减小不均匀沉降，需要采取一些措施：尽量减轻闸室结构重量，以减小闸底压力；若相邻水工建筑物重量差别太大且无法避免，宜先对重量较大的建筑物进行施工，当建筑物完工后，让其自由沉降一段时间后再对重量较轻的施工；调整闸室的布置，尽可能避免临近结构重量相差过大，尽可能使地基反力均匀分布，并且使其最大最小比值在容许值内。
2.3 水闸闸室的抗滑稳定性分析
闸基滑移有4种类型：表层滑动、浅层滑动、混合类型、深层滑动。滑动边界条件是下游存在临空面，闸基存在连续软弱面等。
为了不使闸室发生有害滑移，必须使闸基具有一定的抗滑移安全系数。
为了提高水闸的抗滑稳定性，需将闸门位置移向低水位一边，适当加大结构尺寸，将水闸底板向高水位一边加长， 加大闸室地板的齿墙深度。 加大铺盖长度或者在不损害防渗安全的前提下将排水设施向水闸底板靠近； 把钢筋混凝土铺盖当做阻滑板，但闸室抗滑稳定系数Kc<1.0，阻滑板应符合限裂要求。尤其是平原地区的水闸多数建在砂土或黏土地基上，抗滑稳定必须处理好，一般在闸底板的上下游端设置齿墙增强其稳定性。《水闸设计规范》 规定：当水闸抗滑安全系数较小时可采用加大齿墙深度。
3 渗流对橡胶袋水闸的影响
橡胶袋水闸作为新型水闸，与常规水闸和启闭机相比具有抗震性能好、结构简单、工程造价低、施工期短等优点。从20世纪60年代起，我国已建成360余座，日本已建成2500多座。橡胶坝适用于小型水坝，一般为0.5～3.0m，少数为4～7m。现在已经在许多国家推广运用，这也显示了我国筑坝技术的实力。但是，由于化学高分子合成材料在橡胶袋水闸中的应用，这些橡胶材料非常容易老化，要经常维修。橡胶袋水闸的胶袋由上袋片和底垫片构成，上下游端锚固在闸底板上。
橡胶袋闸基防渗设施可仿照土石坝采用粘性土截水槽、混凝土防渗墙、灌浆帷幕等措施。在防渗设计上应尽量使闸底板土层坚实，如果闸底板土层为较薄软土地基，可以换填砂性土或砂砾石，并在地板布置防渗与排水设施，向下增加透水性。
渗流对橡胶袋水闸的有利影响：闸基下有渗流时，如果渗流方向与重力一致，产生的渗透力能提高岩土体稳定性，对闸基稳定有利。故此要在闸基最下层铺设中细砂，依次往上铺设粗砂，砂砾石，卵石层。这样铺设是为了利用渗流产生的向下有利于闸基稳定的渗流力。尽量利用渗流来加固地基，提高地基稳定性，这样会减少工程造价，产生经济效益。
关键词：渗流；稳定性；不均匀沉降；达西定律
中图分类号：TV139.14 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）10-0237-01
1 渗流对橡胶袋水闸影
从20世纪开始 ，大型水坝的建设成了社会进步和国家经济发展的象征。70年代达到高潮，全球几乎每天都有2、3座水坝建成。水闸是一个十分重要的组成部分，而渗流对水闸的稳定性有着重要影响。水闸一旦出现因渗流影响而不能正常工作会导致严重后果。中国建造水闸的历史悠久，春秋时期孙叔敖建造芍陂灌区，设立五个闸门引水。新中国成立后我国水闸建设风起云涌，并积累了丰富的经验。水闸按其所承担的主要任务可分为：分洪闸、节制闸、冲沙闸、挡潮闸、进水闸、排水闸等。按闸室的结构形式，可分为：开敞式、胸墙式和涵洞式。水闸正向施工装配化、 结构轻型化、形式多样化和远动化方向发展，建造的新型水闸如灌注桩水闸、橡胶袋水闸、水力自控翻板水闸、浮云水闸等。尤其在我国20世纪中期运用高分子合成材料建造的橡胶袋水闸，于1957年我国建成了世界上第一座橡胶袋水闸。水闸对于挡水、泄水、调节主坝以及水电站水流单宽流量q有着重要意义，而渗流对水工建筑物的稳定性有着重要的影响，作为挡水泄水功能的水闸一旦出现因渗流影响而不能正常工作会导致严重后果，特别是对于新型水闸技术运用尚不成熟，对一些微小尚待研究的因素（如渗流）的影响更应值得重视。
2 渗流对闸基稳定性的影响
2.1 渗流产生影响机理
从20世纪开始，全世界已经建造数以万计的大坝，其中许多失事的大坝是由于其中的某些水工建筑物失事造成的，尤其水闸的安全更应引起我们足够的重视。水闸失事大多是由于地基的不均匀沉降及沉降差过大导致水闸不能行使正常的挡水、泄水功能，特别在洪汛期由于上游水头过高，闸门承受正面水荷载过大，闸基承受扬压力过大，这是由于渗流产生的渗透力与重力方向相反，造成颗粒间压力减小，产生扬压力使土体不稳定造成水闸出现事故。对像橡胶袋水闸这样的新型水工建筑物我们要充分了解其结构，闸基稳定性影响因素和水闸抗滑稳定性等。橡胶袋水闸由3部分构成：充胀胶袋的充排设备、橡胶坝胶袋、安全及观测装置及土建部分。渗流对水闸地基有以下不利影响：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；沿着两边岸坡的渗流对翼墙产生水平推力，可能会造成滑移；由于渗透力的作用，渗透力有可能会造成土的渗透变形；严重的渗漏将导致大量的水量损失；渗流可能使地基内可溶物质加速溶解（如膨润土的主要成分蒙脱石有很好的亲水性，会造成水化，使地基的承载力急剧下降）。
2.2 渗流对闸基的不均匀沉降的影响
水的渗流会导致地基浸水，特别是湿陷性黄土，渗流会引起地基发生湿陷，特别到了雨季由于泄洪量很大，上游水头明显增大，伴随有地下渗流产生的渗流场，造成地基失稳。扬压力增大，它减小了水闸作用于地基上的有效压应力，降低了闸底的抗滑力。同时，坝体内产生的扬压力影响了坝体内的应力分布。又由于水闸闸基和水闸上下游地基使用材料不同，弹性模量，变形模量也不同，因此会有沉降差，同种结构由于各部分渗流照成应力分布不均匀，也会导致不均匀沉降。渗流计算的目的是为了确定渗流区内的渗流压力，渗流迫降，渗流流速以及渗流量。
为减小不均匀沉降，需要采取一些措施：尽量减轻闸室结构重量，以减小闸底压力；若相邻水工建筑物重量差别太大且无法避免，宜先对重量较大的建筑物进行施工，当建筑物完工后，让其自由沉降一段时间后再对重量较轻的施工；调整闸室的布置，尽可能避免临近结构重量相差过大，尽可能使地基反力均匀分布，并且使其最大最小比值在容许值内。
2.3 水闸闸室的抗滑稳定性分析
闸基滑移有4种类型：表层滑动、浅层滑动、混合类型、深层滑动。滑动边界条件是下游存在临空面，闸基存在连续软弱面等。
为了不使闸室发生有害滑移，必须使闸基具有一定的抗滑移安全系数。
为了提高水闸的抗滑稳定性，需将闸门位置移向低水位一边，适当加大结构尺寸，将水闸底板向高水位一边加长， 加大闸室地板的齿墙深度。 加大铺盖长度或者在不损害防渗安全的前提下将排水设施向水闸底板靠近； 把钢筋混凝土铺盖当做阻滑板，但闸室抗滑稳定系数Kc<1.0，阻滑板应符合限裂要求。尤其是平原地区的水闸多数建在砂土或黏土地基上，抗滑稳定必须处理好，一般在闸底板的上下游端设置齿墙增强其稳定性。《水闸设计规范》 规定：当水闸抗滑安全系数较小时可采用加大齿墙深度。
3 渗流对橡胶袋水闸的影响
橡胶袋水闸作为新型水闸，与常规水闸和启闭机相比具有抗震性能好、结构简单、工程造价低、施工期短等优点。从20世纪60年代起，我国已建成360余座，日本已建成2500多座。橡胶坝适用于小型水坝，一般为0.5～3.0m，少数为4～7m。现在已经在许多国家推广运用，这也显示了我国筑坝技术的实力。但是，由于化学高分子合成材料在橡胶袋水闸中的应用，这些橡胶材料非常容易老化，要经常维修。橡胶袋水闸的胶袋由上袋片和底垫片构成，上下游端锚固在闸底板上。
橡胶袋闸基防渗设施可仿照土石坝采用粘性土截水槽、混凝土防渗墙、灌浆帷幕等措施。在防渗设计上应尽量使闸底板土层坚实，如果闸底板土层为较薄软土地基，可以换填砂性土或砂砾石，并在地板布置防渗与排水设施，向下增加透水性。
渗流对橡胶袋水闸的有利影响：闸基下有渗流时，如果渗流方向与重力一致，产生的渗透力能提高岩土体稳定性，对闸基稳定有利。故此要在闸基最下层铺设中细砂，依次往上铺设粗砂，砂砾石，卵石层。这样铺设是为了利用渗流产生的向下有利于闸基稳定的渗流力。尽量利用渗流来加固地基，提高地基稳定性，这样会减少工程造价，产生经济效益。