闸坝地基渗流计算的改进阻力系数法
改进阻力系数法(水闸渗流)
C.2 改进阻力系数法
C.2.1土基上水闸的地基有效深度可按公式(C.2.1-1)或(C.2.1-2)计算： 当50
0≥S L 时, 05.0L T e = (C.2.1-1) 当50
0 S L 时, 26.15000+=S L L T e (C.2.1-2) 式中 T e ---土基上水闸的地基有效深度(m)；
L 0 ---地下轮廓的水平投影长度(m)；
S 0 ---地下轮廓的垂直投影长度(m).
当计算的T e 值大于地基实际深度时,T e 值应按地基实际深度采用.
C.2.2 分段阻力系数可按公式(C.2.2-1)~(C.2.2-3)计算：
1 进,出口段(见图C.2.2-1)：
441.05.12
30+⎭⎬⎫⎩⎨⎧=T S ξ (C.2.2-1)
式中 a 0 ---进,出口段的阻力系数；
S---板桩或齿墙的入土深度(m)；
T---地基透水层深度(m).
2 内部垂直段(见图C.2.2-2)：
(C.2.2-2)
式中 a y ---内部垂直段的阻力系数. 图C.2.2-1 图C.2.2-2
图C.2.2-3
3 水平段(见图C.2.2-3)：
()T
S S L x x 217.0+-=ξ (C.2.2-3) 式中 a x ---水平段的阻力系数；
L x ---水平段长度(m)；
S 1 ,S 2 ---进,出口段板桩或齿墙的入土深度(m).
C.2.3 各分段水头损失值可按公式(C.2.3)计算：
∑=∆=n i i
i i H h 1ξ
ξ (C.2.3) 式中 h χ ---各分段水头损失值(m)；
改进阻力系数法与Autobank有限元分析在水闸渗流计算中的应用
改进阻力系数法与Autobank有限元分析在水闸渗流
计算中的应用
1. 引言
1.1 背景介绍
水闸在水利工程中扮演着重要的角色，控制着水流的流动和水位
的变化。而水闸的设计与维护中，对水闸周围的渗流情况进行准确的
计算和分析至关重要。传统的计算方法往往存在一定的局限性，无法
完全满足工程实际需求。研究改进的计算方法对水闸渗流的准确性和
效率性具有重要意义。
改进阻力系数法是一种基于实际工程经验的计算方法，通过考虑
水流在渗流过程中受到的各种阻力的影响，对水闸渗流进行计算分析。与传统方法相比，改进阻力系数法在考虑更多因素的基础上，能够更
加准确地预测水流的渗漏情况。
Autobank有限元分析是一种基于数值模拟的技术，通过建立数学模型对水流在水闸周围的渗流过程进行模拟。该方法能够考虑更多复
杂的因素，并且在计算精度和计算效率上都有较大优势。
改进阻力系数法和Autobank有限元分析在水闸渗流计算中的应
用具有重要意义，有助于提高水利工程设计的准确性和效率性。
1.2 研究意义
水资源是人类生存和发展的重要基础资源，水闸在水资源管理领
域发挥着至关重要的作用。在水闸设计和维护过程中，水渗流计算是
一项关键的技术。而改进阻力系数法和Autobank有限元分析作为两
种常用的计算方法，在水闸渗流计算中具有重要的应用价值。
研究意义主要体现在以下几个方面：
通过对改进阻力系数法和Autobank有限元分析方法在水闸渗流
计算中的应用进行深入研究和分析，可以为水资源管理和工程设计提
供更为准确和可靠的计算结果，从而提高水闸的设计和维护水平。
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.
改进阻力系数法的基本原理
改进阻力系数法的基本原理
引言：
阻力是物体在流体中运动时所受到的阻碍力，是影响物体运动的重要因素。在工程设计和科学研究中，我们常常需要对物体在流体中的阻力进行计算和分析。阻力系数法是一种常用的计算阻力的方法，但其精确性和适用性存在一定的局限性。为了提高计算结果的准确性和适用性，人们对阻力系数法进行了改进，本文将介绍改进阻力系数法的基本原理。
一、阻力系数法的基本原理
阻力系数法是通过引入阻力系数来计算物体在流体中所受到的阻力。阻力系数是根据实验数据得出的，通过实验测量物体在不同流速下所受到的阻力，然后将阻力与流速的平方成正比关系进行拟合，得到阻力系数。在计算阻力时，只需要知道物体的形状和阻力系数，就可以根据流速的平方计算出阻力的大小。
二、阻力系数法的局限性
尽管阻力系数法在工程设计中得到了广泛应用，但其精确性和适用性存在一定的局限性。首先，阻力系数是通过实验得出的，对于复杂的物体形状和流动条件，很难得到准确的实验数据。其次，阻力系数法只能适用于属于同一流动类型的物体，对于不同流动类型的物体，阻力系数往往会有较大的误差。此外，阻力系数法还忽略了
流动的非线性和不稳定性，导致计算结果不够准确。
三、改进阻力系数法的基本原理
为了提高阻力系数法的准确性和适用性，人们对其进行了改进。改进阻力系数法主要是通过引入修正系数和修正函数来修正计算结果。修正系数是根据实验数据得出的，通过实验测量物体在不同流速下所受到的阻力，并将修正系数与流速的平方成正比关系进行拟合，得到修正系数。在计算阻力时，不仅需要考虑物体的形状和阻力系数，还需要考虑修正系数，根据修正系数和流速的平方计算出修正后的阻力。
水工建筑物改进阻力系数法
0.7
99.0
94.0
100.0
104.75
100.0
98.7
97.9
90.5 不透水层面
砂壤土
99.6
98.45
8.6
0.70.750.75
81
一、计算阻力系数。
1.有效深度的确定
由于,,则
,闸基到相对不透水层厚度T=100、00-90、5=9、5m。
由式子6-8计算得:
因此按实际透水深度T=9、5m进行计算。
2.简化地下轮廓如下图
99.0
94.0
98.45
104.75
100.0
98.7
97.9
90.5
砂壤土
99.6
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)(10)
1
23
4
5678910
0.710.058.751
L0=20.5
(11)
T
=
9
.
5
把1,2,3简化为进口段;4为铺盖水平段;5,6为板桩垂直段;7底板水平段;8齿墙垂直段;9齿墙水平段;10为出口段。
3.计算阻力系数
(1)进口段:将齿墙简化为短板桩,板桩入土深度0、6m,铺盖厚0、4m。求得
;,又。,进口段的阻力系
数为
(2)铺盖水平段:;又,计算水平段的阻力系数为
(3)板桩垂直段:左侧;,;,板桩垂直段阻力系数为
(4)底板水平段:;又,计算水平段的阻力系数为
(5)齿墙垂直段:左侧;,板桩垂直段阻力系数为
(6)齿墙水平段:; ,计算水平段的阻力系数为
(7)出口段:,阻力系数为
二、渗透压力的计算
1、各个分段渗透压水头损失值
由式(6-7),其
,
。
(1)进口段:
(2)铺盖水平段:
(3)板桩垂直段:
(4)底板水平段:
(5)齿墙垂直段:
(6)齿墙水平段:
(7)出口段:
2、进出口水头损失值得修正
(1)进口处:由式(6-9)的得修正系数β,
改进阻力系数法与Autobank有限元分析在水闸渗流计算中的应用
改进阻力系数法与Autobank有限元分析在水闸渗流计算中的应用
随着水利工程建设的不断推进，水文水资源工作也在不断发展，为了更好地保护水资
源和有效利用水资源，人们对水文水资源的测算、分析和预测的需求也不断增加。水闸渗
流计算是水利工程建设和管理中的一个重要环节，合理准确的渗流计算结果对于水闸的设
计与管理具有关键性的作用。
传统的水闸渗流计算方法采用阻力系数法，该方法基于经验公式，计算简便，但由于
忽略了细部结构的影响以及对潜水、厚地层的处理不够合理，导致了计算结果的精度较低。为了克服传统阻力系数法的不足，有限元分析技术被引入水闸渗流计算中，其精度和可靠
性得到了大幅提升，从而为水闸渗流计算提供了新的思路与方法。
改进阻力系数法是传统阻力系数法的一种改进版本，它考虑了土体细部结构的影响，
并根据地层的不同特性给出了不同的阻力系数，因而提高了计算结果的准确性。而有限元
分析则采用数学模型和计算机模拟，能够准确地描述水流的变化情况，同时考虑了土体单
元的不均匀性和弹性模量的影响，从而提高了计算结果的精度。
改进阻力系数法与有限元分析技术的结合应用已经在水闸渗流计算中得到了广泛的应用。以混凝土重力坝为例，传统阻力系数法对于较为简单的坝体结构可以得到满意的结果，但对于细部结构复杂的坝体则无法满足精度要求。而改进阻力系数法可以通过对不同结构
和不同区域的阻力系数进行合理设定，得到更加准确的渗流计算结果。有限元分析技术则
可以在考虑土体细部结构和非均质性的基础上，通过建立适当的数学模型，对不同条件下
的水流进行详细模拟，从而提高了计算结果的精度。
渗流计算
4.2.3.2 闸基渗流计算
1、渗流计算的目的和计算方法
计算闸底板各点渗透压力，验算地基土在初步拟定的底下轮廓线下的渗透稳定性。计算方法有直线的比例法、流网法和改进阻力系数法，由于改进阻力系数法计算结果精确，因此采用此法进行渗流计算。 1）用改进阻力系数法计算闸基渗流 （1）地基有效深度的计算
根据
S L 与5比较得出，0L 为地下轮廓线水平投影的长度，为33m ；0S 为地下轮廓线垂直投影的长度，为7m 。则
571.47
3300<==S L ，所以地基有效深度m S L L T e 29.1726.150
=+=
。 （2）分段阻力系数的计算
为了计算的简便，特将地下轮廓线进行简化处理，通过底下轮廓线的各角点和尖端将渗流区域分成8个典型段，如图4.2.3.2-1所示。其中Ⅰ、Ⅷ段为进口段
和出口段，用公式441.0)(5.123
0+=T S
ζ计算阻力系数，Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ段为内部
垂直段，用公式)1(4
ln 2
T
S
ctg
y -
=π
π
ζ计算阻力系数，Ⅲ、Ⅵ段为水平段，用公式T
S S L x )
(7.021+-=
ζ计算阻力系数。其中21,,S S S 为板桩的入土深度，各典型
段的水头损失按公式∑=∆=n
i i
i
i H
h 1
ξ
ξ计算，对于进出口段的阻力系数修正，按公式
0''
0h h β=，式中)059.0(2)(12121.1'
2''+⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+-
=T S T T β，0'
)1(h h β-=∆计算，其中'
0h 为进出口段修正后的水头损失值，0h 为进出口段损失值，'β为阻力修正系数，
当0.1'≥β时，取0.1'=β，'S 为底板埋深与板桩入图深度之和，'
改进阻力系数法与Autobank有限元分析在水闸渗流计算中的应用
改进阻力系数法与Autobank有限元分析在水闸渗流
计算中的应用
【摘要】
本文研究了改进阻力系数法与Autobank有限元分析在水闸渗流计算中的应用，并结合两种方法进行了案例分析及结果讨论。研究发现，改进阻力系数法在水闸渗流计算中具有较高的准确性和可靠性，Autobank有限元分析则可以更全面地考虑水流的复杂性。结合两者可提高水闸渗流计算的精度和效率。未来的研究应该进一步探讨两种方法的优势及在不同情境下的适用性，为水利工程设计和管理提供更多参考依据。本文总结了改进阻力系数法与Autobank有限元分析的结合优势，展望了未来的研究方向，并对本研究的意义和贡献做了总结。。
【关键词】
水闸、渗流计算、改进阻力系数法、Autobank有限元分析、结合应用、案例分析、结果讨论、结合优势、未来研究、总结。
1. 引言
1.1 研究背景
水闸是用于调节水位和流量的重要设施，对于水资源管理和防洪工程具有重要意义。在水闸的设计和运行过程中，需要对其渗流进行
准确的计算和分析。传统的计算方法往往存在一定的局限性，因此需要引入新的方法来提高计算的精准度和效率。
改进阻力系数法是一种基于水力学原理的计算方法，通过考虑水流的阻力特性来计算水闸的渗流。该方法能够较好地模拟水流在水闸结构中的流动情况，对于提高计算准确度具有一定的优势。
Autobank有限元分析是一种计算机辅助的数值分析方法，能够对复杂的水流场进行精确的模拟和分析。通过将水闸结构建模并进行数值计算，可以得到更加准确的渗流结果。
综合考虑改进阻力系数法和Autobank有限元分析的优势，结合两种方法来进行水闸渗流计算将能够提高计算的精准度和效率，为水资源管理和防洪工程提供更为可靠的技
闸基渗流段的阻力系数
闸基渗流段的阻力系数
闸基渗流段阻力系数指的是水在闸基渗流段中通过时所受到的阻力与流速之间的关系。闸基渗流段是指水流通过闸门或溢洪道时所经过的基础地段。由于闸基渗流段具有很大的长度和较复杂的几何形状，其阻力系数计算十分重要。以下是一些与闸基渗流段阻力系数相关的参考内容。
1. Manning公式
闸基渗流段的阻力系数可以通过Manning公式进行计算。Manning公式是一种经验公式，常用于计算河道或渠道中水流的阻力。其公式如下：
V = (1/n)*R^(2/3)*S^(1/2)
其中，
V为水流的平均流速，
n为Manning粗糙系数，
R为湿周与过流面积的比值，
S为水流的坡度。
2. Manning粗糙系数
Manning粗糙系数n是闸基渗流段阻力系数的重要参数。它反映了流经表面的摩擦阻力。根据实测资料，可以选取不同的n 值。例如，对于混凝土表面，一般取n值为0.013-0.015；对于光滑表面，如金属表面，n值可取0.012；对于粗糙表面，如淤泥表面，n值可取0.035-0.055。Manning粗糙系数的选取需要根据具体情况进行，一般可以参考相关规范或经验值。
3. 过流面积
过流面积是指水流通过闸基渗流段时所经过的有效面积。过流面积的大小直接影响阻力系数的计算。过流面积可以通过测量闸基渗流段的几何形状来确定。常用的测量方法包括测量高程和几何测量。根据测量结果，可以计算出闸基渗流段的过流面积。
4. 湿周
湿周是指水流通过闸基渗流段时所经过的湿壁长度。湿周的大小也会影响阻力系数的计算。湿周可以通过测量闸基渗流段的几何形状来确定。常用的测量方法包括测量高程和几何测量。根据测量结果，可以计算出闸基渗流段的湿周。
改进阻力系数法(水闸渗流)
C.2 改进阻力系数法
C.2.1土基上水闸的地基有效深度可按公式(C.2.1-1)或(C.2.1-2)计算： 当50
0≥S L 时, 05.0L T e = (C.2.1-1) 当50
0 S L 时, 26.15000+=S L L T e (C.2.1-2) 式中 T e ---土基上水闸的地基有效深度(m)；
L 0 ---地下轮廓的水平投影长度(m)；
S 0 ---地下轮廓的垂直投影长度(m).
当计算的T e 值大于地基实际深度时,T e 值应按地基实际深度采用.
C.2.2 分段阻力系数可按公式(C.2.2-1)~(C.2.2-3)计算：
1 进,出口段(见图C.2.2-1)：
441.05.12
30+⎭⎬⎫⎩⎨⎧=T S ξ (C.2.2-1)
式中 a 0 ---进,出口段的阻力系数；
S---板桩或齿墙的入土深度(m)；
T---地基透水层深度(m).
2 内部垂直段(见图C.2.2-2)：
(C.2.2-2)
式中 a y ---内部垂直段的阻力系数. 图C.2.2-1 图C.2.2-2
图C.2.2-3
3 水平段(见图C.2.2-3)：
()T
S S L x x 217.0+-=ξ (C.2.2-3) 式中 a x ---水平段的阻力系数；
L x ---水平段长度(m)；
S 1 ,S 2 ---进,出口段板桩或齿墙的入土深度(m).
C.2.3 各分段水头损失值可按公式(C.2.3)计算：
∑=∆=n i i
i i H h 1ξ
ξ (C.2.3) 式中 h χ ---各分段水头损失值(m)；
渗流计算
4.2.3.2 闸基渗流计算
1、渗流计算的目的和计算方法
计算闸底板各点渗透压力，验算地基土在初步拟定的底下轮廓线下的渗透稳定性。计算方法有直线的比例法、流网法和改进阻力系数法，由于改进阻力系数法计算结果精确，因此采用此法进行渗流计算。 1）用改进阻力系数法计算闸基渗流 （1）地基有效深度的计算
根据
S L 与5比较得出，0L 为地下轮廓线水平投影的长度，为33m ；0S 为地下轮廓线垂直投影的长度，为7m 。则
571.47
3300<==S L ，所以地基有效深度m S L L T e 29.1726.150
=+=
。 （2）分段阻力系数的计算
为了计算的简便，特将地下轮廓线进行简化处理，通过底下轮廓线的各角点和尖端将渗流区域分成8个典型段，如图4.2.3.2-1所示。其中Ⅰ、Ⅷ段为进口段
和出口段，用公式441.0)(5.123
0+=T S
ζ计算阻力系数，Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ段为内部
垂直段，用公式)1(4
ln 2
T
S
ctg
y -
=π
π
ζ计算阻力系数，Ⅲ、Ⅵ段为水平段，用公式T
S S L x )
(7.021+-=
ζ计算阻力系数。其中21,,S S S 为板桩的入土深度，各典型
段的水头损失按公式∑=∆=n
i i
i
i H
h 1
ξ
ξ计算，对于进出口段的阻力系数修正，按公式
0''
0h h β=，式中)059.0(2)(12121.1'
2''+⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+-
=T S T T β，0'
)1(h h β-=∆计算，其中'
0h 为进出口段修正后的水头损失值，0h 为进出口段损失值，'β为阻力修正系数，
当0.1'≥β时，取0.1'=β，'S 为底板埋深与板桩入图深度之和，'
改进阻力系数法例题
0.5 1.414 7.0 0.5 1.414 1.0 0.55 32.29m ＞L 23.75m
104.75
1.05
0.5
1 2
100.00 4 3 1:1 99.60 8.8 5 0.6 13 6 7 8 9 11 12 0.75 0.75 10 94.00 98.90 98.40 8.0 14 17 15 16 (a) 1.0
2
（4）铺盖水平段： S1 水平段阻力系数 x 2 为
0.5m ， S 2 5.6m ， L 10.75m ，按表（4-3）计算铺盖
x2
L 0.7S1 S 2 10.75 0.7 0.5 5.6 0.71 T 9.1
（5）板桩垂直段： S 为
1.21 2 1 0.55 7.9 0.059 2 12 8.45 8.45
2
0.56 1
出口段水头损失应修正为
' h10 0.56 0.55 0.31(m) h10 2
H 104 .75 100 .00 4.75m
故最小防渗长度为
L CH 5.0 4.75 23.75m
地下轮廓不透水部分的实际长度为
L实 0.9 0.6 0.5 1.414 7.8 0.5 1.414 0.6 0.7 1.5 2 4.4
改进阻力系数法与Autobank有限元分析在水闸渗流计算中的应用
改进阻力系数法与Autobank有限元分析在水闸渗流计算中的应用
阻力系数法与Autobank有限元分析是目前水闸渗流计算中常用的两种方法，它们在水工领域中有着广泛的应用。本文将探讨这两种方法在水闸渗流计算中的应用，并对其进行
改进，以提高计算的精度和准确性。
一、阻力系数法在水闸渗流计算中的应用
阻力系数法是一种常用的水闸渗流计算方法，其基本原理是利用不同类型的水流构件
及其对应的流态阻力系数，通过公式计算出流态阻力，并结合流量、水头等参数，进行水
流的计算。该方法适用范围较广，计算简单、直观，因此在水闸渗流计算中有着较为广泛
的应用。
阻力系数法在实际应用中存在一些问题，例如在计算过程中需要对水流的流态进行大
量的假设和简化，导致计算结果与实际情况存在一定的误差；而且在水流构件类型复杂或
者流态变化较大的情况下，阻力系数法的计算精度也会受到较大的限制。需要对阻力系数
法进行改进，以满足水闸渗流计算的精度要求。
Autobank有限元分析是一种利用有限元方法对水力学问题进行数值计算和分析的技术。相比传统的计算方法，Autobank有限元分析具有更强的适用性和计算精度，能够较好地模拟水流在水闸渗流过程中的复杂流态和水流构件的变形变化，因此在水闸渗流计算中有着
较大的潜力。
Autobank有限元分析也存在一些问题，例如在计算过程中需要大量的计算资源，计算时间较长，且对计算模型的建立和参数选择要求较高，对用户的专业水平和技术要求也比
较高。需要对Autobank有限元分析进行改进，以提高其计算效率和便利性，使其能够更好地应用于水闸渗流计算中。
你知道水闸设计的渗流计算方法吗
你知道水闸设计的渗流计算方法吗渗流是指水在岩土空隙之间的运动，在水利工程、石油化工、环境保护等方面都有广泛的应用。在水闸设计与工作中加入渗流理论，主要还是为计算水闸中水流动向、水的渗透过程以及渗透引起的水闸结构变化。对水闸渗流问题进行研究有助于合理的评价水坝安全指标，提升水闸稳定性，对社会的稳定与发展有重要的意义。
1．渗流对水闸的影响
水闸对于调节水坝水流有着重要的作用，而渗流又对水闸工作有重要的影响。许多水闸由于设备不完善，技术不完备，渗流问题十分突出，需要人们进行深入的研究和探讨。
1.1影响水闸挡水和泄洪渗流是河流、湖泊、水井集水廊道、水库、水坝等水体周围常见的现象，尤其是水闸周围，由于长时间处于工作或建设阶段，大部分会使水体周边土质松软，水体发生渗流现象的可能性更大。有时水闸处于关闭状态进行挡水，但由于周边土地经常被水体浸泡，再加上水闸建设和日常工作活动，造成附近土质松软，加剧了水的渗透，影响挡水效果。泄洪时也是一样，由于水在岩土缝隙之间的大量运动，容易使周边土壤储存大量水分，影响开闸泄洪的放水效果。
1.2渗流在闸基不均匀沉降中的作用实际上，我国大部分大坝都
有不同程度的渗水现象，很大程度上是受水的渗流作用影响。水的渗流现象会使大量水分渗入大坝内部，造成大坝身体的湿陷，而每当雨季来临，上游来水猛增，泄洪量骤然增大，水位提升，渗流会加剧对大坝的不利影响。同时，渗流所产生的扬压力会冲击水闸工作质量，极有可能会造成水闸抗滑稳定性下降。而且渗流带来的影响不止在抗滑稳定性方面，对主体大坝的应力分布也有重要影响。
水闸渗流计算方法的探讨
水闸渗流计算方法的探讨
摘要：运用ANSYS软件有限单元法和改进阻力系数法对水闸闸基渗流进行计算，通过对比，证明了ANSYS软件在计算渗流场的可行性，它完善的求解器和前、后处理能力以及可视化的模型建立给设计提供了一个计算渗流场数值的有效方法。
关键词：有限单元法；改进阻力系数法；ANSYS；渗流；闸基
引言:上游的水压力是水工建筑物要承受的主要荷载之一，而且地基和混凝土也不是完全不透水的材料，在水头的长期作用下，水即将会通过地基和坝体向下游流去，因此，在地基内和闸坝体内有一个渗流场的存在。渗流分析给合理的选择渗流控制方法和对闸坝工程的安全可靠性的评价提供一定的根据，水闸闸基渗流为剖面的平面渗流运动，既有水平的分速度，同时也有垂直的分速度，可以近似的看做为二维流。闸基渗流经常用到的计算方法包括有限元法、流网法、直线比例法（渗径系数法）、电网络法［1，2］和改进阻力系数法。改进阻力系数法［3，4］为分段法，把地基渗流沿着地下轮廓线划分成水平的和垂直的几个段，进行单独的解决。把各分段的阻力系数计算出来，再进一步把渗透流速、渗透压力、渗透坡降及渗流量求出。这是一种近似的流体力学的解法，有较高的计算精度，对计算复杂的地下轮廓的渗流量也同样有很大的的现实意义，在国内外已经得到广泛的运用，水闸设计规范计算闸基渗流就是运用了这种方法。把求解的渗流区域划分为有限个互相联系的子区域的方法就是有限单元法，它用子区域内连续的分区近似水头函数来代替待定的水头函数。随着计算机的发展，其应用于数值计算的有限元法也得到了快速的发展，可以很好的把条件复杂的渗流问题模拟出来。现在，有很多有限元软件都可以用来计算渗流，包括GEO－SLOPE、MARC、SEEPAGE、ANSYS、ADINA、FLAC、ABQUS等。本文主要研究运用ANSYS软件有限单元法和改进阻力系数法对水闸闸基渗流进行计算，通过对比，证明了ANSYS软件在计算渗流场的可行性，它完善的求解器和前、后处理能力以及可视化的模型建立给设计提供了一个计算渗流场数值的有效方法。
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
T
L h
k
q = （1）
或
k q
T 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
k
q h i /ξ= (4)
∑∑====m
i i
m
i i k q h H 11
ξ (5) 将式(5)代人式(4）得各段的水头损失为
∑==m
i i
i
i H
h 1
ξ
ξ (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。