水闸闸室
水闸的构成及分类
水闸的构成及分类功能与分类水闸是一种利用闸门挡水和泄水的低水头水工建筑物，多建于河道、渠系及水库、海、湖泊岸边。
按功能分类：（1）节制闸拦河或在渠道上建造，用于拦洪、调节水位、控制下泄流量。
河道上的节制闸又称拦河闸。
（2）进水闸又称取水闸、渠首闸。
建在河道、水库或湖泊的岸边，用以控制引水流量，以满足灌溉、发电或供水的需要。
（3）分洪闸常建于河道的一侧，用来将超过下游河道安全泄量的洪水泄入分洪区或分洪道。
（4）排水闸建于江河沿岸，用来排除内河或低洼地区对农作物有害的渍水。
（5）挡潮闸建在入海河口附近，涨潮时关闸，退潮时开闸泄水。
（6）冲沙闸（排沙闸）常建在进水闸一侧的河道上与节制闸并排布置或在引水渠内的进水闸旁。
其他还有排冰闸、排污闸等。
按闸室结构分：开敞式、胸墙式、涵洞式等。
水闸的组成（1）闸室包括闸门、闸墩、边墙、底板、胸墙、工作桥、交通桥、启闭机等。
（2）上游连接段包括两侧的翼墙、护坡、河床部分的铺盖。
（3）下游连接段包括护坦、海漫、防冲槽、两岸的翼墙、护坡等。
软土地基上水闸的工作特点（1）软土地基的压缩性大，承载力低，细砂易液化，抗冲能力差。
地基可能产生较大的沉降或沉降差，造成闸室倾斜，止水破坏，闸底板断裂，甚至破坏，引起水闸失事。
（2）水闸泄流时，土基的抗冲能力较低，可能引起水闸下游的冲刷。
（3）土基在渗流作用下，易发生渗透破坏。
水闸的设计步骤1.闸址选择壤土、中砂、粗砂和砂砾石适于作为水闸的地基。
尽量避免淤泥质土和粉、细砂地基。
2. 闸孔设计（1）堰型选择：宽顶堰、低实用堰（2）闸底板高程（3）闸孔的总净宽（4）闸室单孔宽度和闸室总宽度3．防渗、排水设计（1）防渗设施：构成地下轮廓的铺盖、板桩及齿墙（2）排水设施：铺设在护坦、海漫的底部、闸底板下游段的砂砾石层4．消能、防冲设计（1）消能：一般采用底流消能。
（2）海漫：消力池后接海漫。
要求表面有粗糙度，具有透水性，具有柔性。
形式有干砌石、浆砌石、混凝土板等。
水闸的详细知识点
关闭闸门，可以拦洪、挡潮、蓄水抬高上游水位，以满足上游取水或通航的需要。
开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水的需要调节流量。
水闸在水利工程中的应用十分广泛，多建于河道、渠系、水库、湖泊及滨海地区水闸,按其所承担的主要任务，可分为：节制闸、进水闸、冲沙闸、分洪闸、挡潮闸、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（图1）。
开敞式水闸当闸门全开时过闸水流通畅，适用于有泄洪、排冰、过木或排漂浮物等任务要求的水闸，节制闸、分洪闸常用这种形式。
胸墙式水闸和涵洞式水闸，适用于闸上水位变幅较大或挡水位高于闸孔设计水位，即闸的孔径按低水位通过设计流量进行设计的情况。
胸墙式的闸室结构与开敞式基本相同，为了减少闸门和工作桥的高度或为控制下泄单宽流量而设胸墙代替部分闸门挡水，挡潮闸、进水闸、泄水闸常用这种形式。
如中国葛洲坝泄水闸采用12m×12m活动平板门胸墙，其下为12m×12m弧形工作门，以适应必要时宣泄大流量的需要。
涵洞式水闸多用于穿堤引（排)水,闸室结构为封闭的涵洞，在进口或出口设闸门，洞顶填土与闸两侧堤顶平接即可作为路基而不需另设交通桥,排水闸多用这种形式（1）节制闸：调节上游水位，控制下泄流量的闸。
(天然河道的节制闸称为拦河闸.渠道的节制闸利用闸门启闭,调节上游水位和下泄流量，以满足向下一级渠道分水或控制、截断水流的需要。
节制闸常建在分水闸、泄水闸的稍下游，以利分水和泄水；或建在渡槽、倒虹吸管等的稍上游，以利控制输水流量和事故检修；并尽量与桥梁、跌水、陡坡等结合，以取得经济效益。
渠系节制闸的过水宽度要与上、下游渠道宽度相适应，以利于连接。
当采用轮灌时,节制闸上、下游渠道的设计流量相同,下游水位即为与设计流量相应的渠水位；当采用续灌时,节制闸上下游设计流量不同，水位需取相应流量的渠水位，但下游水位需计及下一级节制闸壅水的影响.渠道节制闸多用开敞式，闸槛高程宜与渠底相平，采用平底宽顶堰，闸下消能防冲工程都比较简单，始流状态可依靠护坦上置的消力墩扩散水流,撞击消能。
水闸闸室的布置与构造
第五节闸室的布置与构造一．闸室结构布置1.闸室结构2.闸顶高程，闸槛高程3.闸孔总净宽，闸孔孔径4.底板型式、厚度、顺水流向长度、垂直水流方向分段长度5.闸墩型式、厚度、长度6.闸门型式、启闭机型式7.胸墙结构8.工作桥、检修便桥、交通桥二.底板：⒈型式（1）按底板与闸墩的连接方式分整体式：闸墩和底板浇筑成整体，有分段缝时缝设在闸墩上。
→底板是传力结构，将荷载较均匀地传给地基。
闸室整体性较好，适用于松软地基。
分离式：底板与闸墩用沉陷缝分开。
→闸墩传力，底板仅防渗抗冲，一般适用于岩基或压缩性小的土基。
（2）按底板的结构型式分平底板反拱底板空箱式底板等整体式平底板用得最广泛。
图9-18 底板型式⒉布置（1）整体式平底板材料：（钢筋）混凝土高程：考虑运用、经济和地质条件确定顺水流方向长度：需满足稳定、强度及上部结构布置要求，一般与闸墩长度相同厚度：根据地基条件、作用荷载和闸孔净宽等因素，满足强度和刚度要求垂直水流方向分段长度：（2）分离式底板材料：混凝土或浆砌石厚度：满足自身稳定要求三.闸墩：⒈材料：混凝土（小型工程常用浆砌块石）⒉闸顶高程：闸顶高程通常指闸室胸墙或闸门挡水线上游闸墩和闸墙的顶部高程。
应根据挡水和泄水两种运用情况确定。
挡水时闸顶高程不低于水闸正常蓄水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高值之和；泄水时闸顶高程不应低于设计洪水位（或校核洪水位）与相应安全超高值之和。
水闸安全超高下限值（m）：水闸级别 1 2 3 4.5挡水时正常蓄水位0.7 0.5 0.4 0.3 最高挡水位0.5 0.4 0.3 0.2泄水时设计洪水位 1.5 1.0 0.7 0.5 校核洪水位 1.0 0.7 0.5 0.4位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶高程。
⒊长度：与底板长度相同或比底板长度稍短，取决于上部结构布置和闸门型式。
⒋厚度：根据闸孔孔径、受力条件、结构构造要求和施工方法等确定，平面闸门闸墩门槽处不宜小于0.4m。
水闸闸室稳定计算方法与重力坝
水闸闸室稳定计算方法与重力坝水闸是一种常见的水利工程设施，主要用于调节水流量，控制水位，保护农田和城市。
而水闸的关键部分就是闸室，它不仅要能够稳定地承受水压力，还要具备一定的防洪能力。
本文将介绍水闸闸室稳定计算方法，并比较其与重力坝的异同。
1.水闸闸室稳定计算方法水闸闸室的稳定性分析是水利工程设计的重要环节之一。
根据力学原理，当水位上升时，水闸闸室所受到的水压力也会增大，如果不加以控制，就会导致闸室的破坏或倒塌。
因此，需要对闸室的稳定性进行计算和分析，以确定其承载能力和防洪能力。
水闸闸室的稳定性分析主要包括以下几个方面：（1）闸室的基础承载力闸室的基础承载力是指闸室基础抵抗地基承载力的能力。
在计算基础承载力时，需要考虑闸室的几何形状、材料强度和地基的承载能力等因素。
可以采用现场勘探和试验、数值模拟等方法进行计算。
（2）闸室的水压力闸室的水压力是指闸室所受到的水力作用力。
可以通过测量水位、流量和闸室尺寸等参数来计算。
水压力的大小与水位高度、流量大小和闸室的几何形状等因素有关。
（3）闸室的自重力闸室的自重力是指闸室本身的重力。
计算闸室的自重力需要考虑闸室的几何形状和材料密度等因素。
（4）其他荷载闸室还可能承受其他荷载，如风荷载、温度荷载等。
这些荷载的大小和作用方式需要根据具体情况进行分析和计算。
通过综合考虑以上因素，可以计算出闸室的稳定系数和安全系数。
当稳定系数小于1或安全系数小于1时，说明闸室的稳定性存在问题，需要进行加固或改进。
2.水闸闸室与重力坝的异同虽然水闸闸室和重力坝都是水利工程中常见的建筑物，但二者在结构形式和稳定性分析上存在着一些异同。
（1）结构形式水闸闸室和重力坝的结构形式存在显著差异。
闸室一般是一个矩形或梯形的建筑物，其上部设有闸门，下部通常为水泄孔或底洞。
而重力坝则是一种大型的混凝土结构，其主要作用是防洪和蓄水。
（2）稳定性分析闸室和重力坝的稳定性分析方法也有所不同。
闸室的稳定性分析需要考虑水压力、自重力、基础承载力和其他荷载等因素，而重力坝的稳定性分析则需要考虑水压力、地震力、温度变化等多种荷载。
水闸类型、组成、工作特点、孔口设计、闸室布置
水闸类型、组成、工作特点、孔口设计、闸室布置下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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水闸的基本构造
水闸的基本构造
水闸分为上游连接段、闸室和下游连接段三部分：
（1）上游连接段上游连接段主要作用是引导水流从河道平稳地进入闸室，同时有防冲、防渗作用，一般包括上游翼墙、铺盖、护底和两岸护坡等。
（2）闸室闸室段是控制过闸流量及上下游水位，并联接两岸和上、下段的主体。
闸室段有闸门、闸墩、底板、工作桥、交通桥、胸墙、启闭机等。
（3）下游连接段下游联接段的主要作用是消除下泄水流的动能，顺利与下游河床水流连接，避免发生不利冲刷现象，一般有护坦（包括消力池）、海漫、下游防冲槽（防淘墙）、下游翼墙、护底和两岸护坡等。
水闸闸室的稳定分析和地基处理
水闸闸室的稳定分析和地基处理闸室在运用、检修或施工期都应该是稳定的。
在运用期，闸室受到水平推力等荷载作用，有可能沿着地基面滑动（通常称为表层滑动），还可能连同一部分地基土体滑动（通常称为深层滑动）。
闸室竣工时，一般地，闸室地基表面所受的应力很大，或者应力分布很不均匀，这不但使闸室高程降低，而且会使闸基倾斜甚至断裂，地基也有可能失去稳定性。
因此，必须验算闸室的稳定性，以保证在各种情况下闸室均能安全可靠地运用。
1荷载计算及组合1.1荷载计算闸室荷载主要有以下7种（图7-44）。
1. 自重自重指闸室自身重力，包括底板、闸墩、胸墙、工作桥及桥墩、交通桥、便桥、闸门及启闭设备等的重力。
2. 水重水重指闸室范围内作用在底板上面的水体重力。
3. 水平水压力水平水压力指胸墙、闸门及闸墩侧面所受到的水平水压力。
当有钢筋混凝土铺盖时（图7-45），止水片以上的水平水压力按静水压力分布考虑；止水片以下缝内的水平水压力按下述方法计算：由于渗流区内任一点的水压力强度等于该点的静水压强（相对于下游水位）与渗透压强之和，在止水片以下的缝内水流状态可以认为是静止的，所以，缝内渗透压强处处相等，其数值即为缝底这一点（图7-45中的第7点）的渗透压强，而缝内静水压强按一般方法计算。
图 7-44 闸室荷载（第5版 图7-41 图名相同）1p 、2p 、3p —水平水压力；zl p —波浪压力；G —底板重；1G —启闭机重；2G —工作桥及桥墩重；3G —胸墙重；4G —闸墩重；5G —闸门重；6G —交通桥重；1w G 、2w G —水重；b p —扬压力；fb p —浮托力；sb p —渗透压力；f F —地基反力；p h —波浪高度；z h —波浪中心线超出计算水位的高度；m L —波浪长度图 7-45 闸室上游水平水压力计算图（单位：m ）图7-45所示，已知第7点渗透压强为31.9kPa ，第8点渗透压强为30.5kPa ，通过上述计算即可获得闸室上游面各点水平水压强及其分布情况。
水闸的详细知识点
关闭闸门，可以拦洪、挡潮、蓄水抬高上游水位，以满足上游取水或通航的需要。
开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水的需要调节流量。
水闸在水利工程中的应用十分广泛，多建于河道、渠系、水库、湖泊及滨海地区水闸，按其所承担的主要任务，可分为：节制闸、进水闸、冲沙闸、分洪闸、挡潮闸、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（图1）。
开敞式水闸当闸门全开时过闸水流通畅，适用于有泄洪、排冰、过木或排漂浮物等任务要求的水闸，节制闸、分洪闸常用这种形式。
胸墙式水闸和涵洞式水闸，适用于闸上水位变幅较大或挡水位高于闸孔设计水位，即闸的孔径按低水位通过设计流量进行设计的情况。
胸墙式的闸室结构与开敞式基本相同，为了减少闸门和工作桥的高度或为控制下泄单宽流量而设胸墙代替部分闸门挡水，挡潮闸、进水闸、泄水闸常用这种形式。
如中国葛洲坝泄水闸采用12m×12m活动平板门胸墙，其下为12m×12m弧形工作门，以适应必要时宣泄大流量的需要。
涵洞式水闸多用于穿堤引(排)水，闸室结构为封闭的涵洞，在进口或出口设闸门，洞顶填土与闸两侧堤顶平接即可作为路基而不需另设交通桥，排水闸多用这种形式（1）节制闸：调节上游水位，控制下泄流量的闸。
（天然河道的节制闸称为拦河闸。
渠道的节制闸利用闸门启闭，调节上游水位和下泄流量，以满足向下一级渠道分水或控制、截断水流的需要。
节制闸常建在分水闸、泄水闸的稍下游，以利分水和泄水；或建在渡槽、倒虹吸管等的稍上游，以利控制输水流量和事故检修；并尽量与桥梁、跌水、陡坡等结合，以取得经济效益。
渠系节制闸的过水宽度要与上、下游渠道宽度相适应，以利于连接。
当采用轮灌时，节制闸上、下游渠道的设计流量相同，下游水位即为与设计流量相应的渠水位；当采用续灌时，节制闸上下游设计流量不同，水位需取相应流量的渠水位，但下游水位需计及下一级节制闸壅水的影响。
渠道节制闸多用开敞式，闸槛高程宜与渠底相平，采用平底宽顶堰，闸下消能防冲工程都比较简单，始流状态可依靠护坦上置的消力墩扩散水流，撞击消能。
水闸的详细知识点
关闭闸门，可以拦洪、挡潮、蓄水抬高上游水位，以满足上游取水或通航的需要。
开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水的需要调节流量。
水闸在水利工程中的应用十分广泛，多建于河道、渠系、水库、湖泊及滨海地区水闸，按其所承担的主要任务，可分为：节制闸、进水闸、冲沙闸、分洪闸、挡潮闸、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（图1）。
开敞式水闸当闸门全开时过闸水流通畅，适用于有泄洪、排冰、过木或排漂浮物等任务要求的水闸，节制闸、分洪闸常用这种形式。
胸墙式水闸和涵洞式水闸，适用于闸上水位变幅较大或挡水位高于闸孔设计水位，即闸的孔径按低水位通过设计流量进行设计的情况。
胸墙式的闸室结构与开敞式基本相同，为了减少闸门和工作桥的高度或为控制下泄单宽流量而设胸墙代替部分闸门挡水，挡潮闸、进水闸、泄水闸常用这种形式。
如中国葛洲坝泄水闸采用12m×12m活动平板门胸墙，其下为12m×12m弧形工作门，以适应必要时宣泄大流量的需要。
涵洞式水闸多用于穿堤引(排)水，闸室结构为封闭的涵洞，在进口或出口设闸门，洞顶填土与闸两侧堤顶平接即可作为路基而不需另设交通桥，排水闸多用这种形式（1）节制闸：调节上游水位，控制下泄流量的闸。
（天然河道的节制闸称为拦河闸。
渠道的节制闸利用闸门启闭，调节上游水位和下泄流量，以满足向下一级渠道分水或控制、截断水流的需要。
节制闸常建在分水闸、泄水闸的稍下游，以利分水和泄水；或建在渡槽、倒虹吸管等的稍上游，以利控制输水流量和事故检修；并尽量与桥梁、跌水、陡坡等结合，以取得经济效益。
渠系节制闸的过水宽度要与上、下游渠道宽度相适应，以利于连接。
当采用轮灌时，节制闸上、下游渠道的设计流量相同，下游水位即为与设计流量相应的渠水位；当采用续灌时，节制闸上下游设计流量不同，水位需取相应流量的渠水位，但下游水位需计及下一级节制闸壅水的影响。
渠道节制闸多用开敞式，闸槛高程宜与渠底相平，采用平底宽顶堰，闸下消能防冲工程都比较简单，始流状态可依靠护坦上置的消力墩扩散水流，撞击消能。
04.第四章-水闸
水闸修建在河、渠堤之下时，便成为涵洞式水闸。根 据水力条件的不同，可分为有压式和无压式两类。
（三）按过闸流量大小分类
大（1）型水闸。过闸流量大于5000m³/s。 大（2）型水闸。过闸流量1000~5000m³/s。 中型水闸。过闸流量为1000~100m³/s。 小（1）型水闸。过闸流量为20~100m³/s。 小（2）型水闸。过闸流量小于20m³/s。
建闸后，为便于行人或车马通行，通常也在 闸墩上设置交通桥。交通桥的位置应根据闸室稳 定及两岸交通连接的需要而定，一般布置在闸墩 的下游侧。
四、分缝与止水
（一）分缝方式与布置
除闸室本身分缝以外，凡是相邻结构荷重相 差悬殊或结构较长、面积较大的地方也要设缝分 开。
（二）止水设备
凡是具有防渗要求的缝中都应设置止水设备。 对止水设备的要求是：①应防渗可靠；②应能适 应混凝土收缩及地基不均匀沉降的变形；③应结 构简单，施工方便。
（2）节制闸。在河道上或渠道上建造，枯水期用以抬高水位满足上游 取水或航运的需要；洪水期控制下泄流量，保证下游河道安全。
（3）冲沙闸。主要建在多泥沙河道上，用于排除进水闸、节制闸前或 渠道淤积的泥沙，减少引水水流的含沙量。
（4）分洪闸。建于天然河道的一侧。用来将超过下游河道安全泄量的 洪水泄入湖泊、洼地等滞洪区，以削减洪峰保证下游河道安全。
四、水闸的等级划分和洪水标准
见书中表格。
第二节 水闸的孔口尺寸确定
一、底板型式选择
闸底板型式有宽顶堰和低实用堰两种。 （1）平底板宽顶堰具有结构简单、施工方便、有利于排 沙冲淤、泄流能力比较稳定等优点；其缺点是自由泄流时 流量系数小，闸后比较容易产生波状水跃。 （2）低实用堰有WES低堰、梯形堰和驼峰堰等型式，其 优点是自由泄流时流量系数较大，可缩短闸孔宽度和减小 闸门高度，并能拦截泥沙入渠；缺点是泄流能力受下游水 位变化的影响显著，当淹没度增加时，泄流能力急剧下降。
水闸的结构形式及组成
水闸的结构形式及组成水闸是一种常见的水工建筑物，主要用于调节水位、控制流量、排沙、泄洪等。
水闸的结构形式和组成是多样的，以下将对水闸的主要组成部分进行详细的介绍。
一、总体结构水闸的总体结构是指闸室及上下游连接段，包括闸前、闸后、闸槽、消力池等部分。
总体结构的布局应考虑到地形、地质、水流条件、施工条件、运行管理等因素，使水闸能够有效地实现其功能。
二、进水口结构进水口结构是水闸的重要组成部分，其形式和位置应根据地形、地质、水流条件等因素进行设计。
进水口通常包括闸门槽、拦污栅、闸门等部分，其结构应满足强度、刚度、耐久性等要求。
三、闸室结构闸室结构是水闸的主体部分，包括闸底板、闸墩、翼墙、岸墙等部分。
闸底板是承受水压和荷重的主要构件，应具有足够的强度和刚度。
闸墩和翼墙是支撑闸门和承受侧向荷重的构件，其设计应考虑结构稳定性、防渗性能等因素。
岸墙是连接闸室和岸边的构件，应满足防渗、抗冲刷、稳定等要求。
四、消能防冲设施消能防冲设施是水闸的重要部分，其作用是减小水流对下游河床的冲刷力，防止水流对下游河床的破坏。
消能防冲设施包括消力池、海漫、防冲槽等部分，应根据下游河床的地形、地质条件进行设计。
五、闸门和启闭机闸门是控制水流的关键部件，其形式和尺寸应根据水闸的类型和功能进行设计。
启闭机是控制闸门的设备，应根据闸门的尺寸和重量进行选择和设计。
闸门和启闭机的安装位置应便于操作和维护。
六、闸墩和岸墙闸墩是支撑闸门和承受侧向荷重的构件，岸墙则是连接闸室和岸边的构件。
这两者的设计应考虑结构稳定性、防渗性能等因素，以确保水闸的安全运行。
七、翼墙和护底翼墙是连接闸室和岸边的挡水墙，护底则是防止水流冲刷的措施。
翼墙和护底的设计应考虑水流条件、地质条件等因素，以保证水闸的安全性和稳定性。
八、闸基处理由于地质条件等因素的影响，有时需要对水闸的基底进行处理。
常见的处理方法包括桩基、扩基、换填等。
在选择处理方法时，应充分考虑地质勘察资料和上部结构的要求，以确保水闸的安全性和稳定性。
水闸设计及闸室稳定计算
.1.1 设计资料：根据设计任务书中提供的资料和该枢纽布置段的基本地形资料本工程中的河流属于山溪性河流天然来水量多集中在洪水季节,平时来水量仅占全年来水量的10%；河水中泥沙含量较大特别是伴有洪水中的泥沙较多；再根据其地形资料来看本工程布置段的地形坡度比较合适, 因此在选择泄洪冲砂闸地板高程1852.40m.根据上述本工程中的泄洪冲砂闸为宽顶堰,堰顶高程1852.40m,过闸水流流态为堰流. 汛期通过闸室的设计洪水流量Q =1088m3/s,校核洪水流Q =1368设校m3/s.因为泄洪冲砂闸为宽顶堰所以尺寸拟定用堰流公式：δ- 为淹没系数,取为1.0；m ---为流量系数, 因为是前面无坎的宽顶堰所以m=0.385；ε--为侧收缩系数,先假定为1.0；H--- 位总水头,初设阶段不考虑行进流速, 即假设的堰上水头；b—闸门净宽；来洪水时洪水将由溢流堰和泄洪冲砂闸两部份共同承担,这样可减去一部份闸孔的净宽并设置溢流侧堰初步拟定溢流堰为折线形实用堰.初步拟定溢流堰堰顶高程=进水闸设计流量的堰顶水头对应的水位+ 〔0.2—0.3m〕=进水闸闸底高程1853.60m +闸前水位1.40m +超高0.2m =1856.4m 采用共同水位法和堰流公式计算两种工作情况下的特征洪水位：先假设一个水位,用堰流公式分别计算过堰流量和过闸流量,二者相加等于实际流接近计算工作情况下的洪水流量时,该水位就为所求. 因为泄洪冲砂闸为宽顶堰所以尺寸拟定用堰流公式：δ- 为淹没系数,取为 1.0m ---为流量系数, 因为是前面无坎的宽顶堰所以 m=0.385；计算溢流堰时因为溢流堰为折线形实用堰 m=0.3.ε--为侧收缩系数,先假定为 1.0；H--- 位总水头,初设阶段不考虑行进流速, 即假设的堰上水头. b — 闸门净宽计算结果如附表 1-1,1-2〔a 〕设计洪水情况下：洪水流量 Q=1018m 3/s.附表 1- 1 设计洪水情况下泄洪冲砂闸水力计算表〔b 〕校核洪水情况下：洪水流量 Q=1368m 3/s附表 1-2 校核洪水情况下泄洪冲砂闸水力计算表经过计算泄洪冲砂闸净宽 96m,溢流堰长度 95m,设计洪水位 1855.8m 校核洪 水位 1856.30m.泄洪冲砂闸净宽为 96m,每孔取净宽 8m,边墩宽 0.8m , 中墩宽 1.0m 缝墩 1m.1.2 泄洪冲砂闸地板渗透稳定计算1〕地板渗流计算2 / 9过堰总流量 〔m 3/s 〕1856.3 1251.7 118.6 1370.3实际总流量 〔m 3/s 〕过闸总流量 〔m 3/s 〕 〔m 〕水位过堰总流量 〔m 3/s 〕1018.9 实际总流量 〔m 3/s 〕过闸总流量 〔m 3/s>水位 <m>1855.835.1 10541、确定地基计算深度〔1〕计算Te水平投影长度L =10m,铅直投影长度S =1.5m ；0 0因为L 0 =6.67>5；所以T = 0.5 L =0.5 10=5m ；e 0所以地基不透水层的有效计算深度为 5.0m.〔2〕计算各段 Aa 阻力系数1 ：S=1.5m,T=5m ；2：L=0.75m,T=5m, S = S = 0 ；1 2L 0.7(S + S )= 1 2 = 0.15 X T3 ：S=0.5m,T=5m, = 3.1416 ；4 ：L=8.5m,S 1 =0.5m,T=5m, S 2= 0.5m ；L 0.7(S + S )= 1 2 = 1.36 X T5 ：S=0.5m,T=5m, = 3.1416 ；6 ：L=0.75m,T=5m, S = S = 0 ；1 2L 0.7(S + S )= 1 2 = 0.15 X T7 ：S=1.5m,T=5m ；<3>计算各段水头损失h i ：S.总水头损失编H =3.90m ；h = 飞 ； 在x 飞 = 3.234列表计算各段水头损失 h i ；附表 1-3 水头损失计算表：〔4〕进出口水头损失值的修正1 进口处修正系数B 1；1B = 1.21-112 (|( T T ' ))|2 + 2 T S+ 0.059；式中 S=1.5m,T=5m,T ' =5m;代入得B 1=1.01；B 1>1 所以不用进行修正；2 出口处修正系数 B2T ' =3.5m, T=5m, S=1.5m ；B =0.857〈1.0,所以出口处要修正. 2出口段水头损失减小值为： H =0.828 根 0.857=0.710m ；编h =0.828-0.710=0.118m ；H 6=0.181+0.118=0.299〔5〕计算各角隅点的渗压水头并列表：41.3601.64 30.1000.121 50.1000.121 10.6870.828 20.1500.181 60.1500.181 70.6870.828序 号飞ihi编H7i x 飞 i附表 1-5 各角隅点渗压水头h13.07 2 h22.8 91 h32.77 0 h41.13 0 h51.00 9 h60.71 0h7〔6〕绘制渗压水头分布图〔7〕闸底板水平段渗透坡降和渗流坡降的计算：1 闸底板水平段平均渗透坡降J ：x闸底板的轮廓线由 6 点至 11 点,水平投影L = 8.50m .J =H H6 11 = 1.64= 0. 193 [0.22 ~ 0.28]；xL 8.52 出口处得出逸坡降J ：出口处既 11 点至 12 点,渗透距离为S ' = 1.50m .J = H H 11 12 = 0.71 = 0.47 <[0.50 ~ 0.55]；0 S ' 1.5[J ] [J ]、 x 参见 SL265—2001 《水闸设计规 X 》所以满足允许渗透比降.1.3 泄洪冲砂闸地板抗滑稳定计算计算单元的确定根据 《水闸设计规 X 》SL265——2001 闸室稳定计算宜取相邻顺水流向永久 缝之间的闸段为计算单元,选取中间两孔闸室作为计算单元.附图 1-4 计算单元选取示意图：6 / 9承载力计算自重荷载：根据《水工钢筋混凝土结构学》中钢筋混凝土按线性分布荷载为25KN/m 3. 根据水闸的基本尺寸设计对其进行荷载计算.作用在水闸上的自重荷载有：底板： G = [10 根1.0 + 2 根 (0.5 根1.5 根 0.5)]根 25 = 268.75KN闸墩： G = [(0.5 根 5.4)+(0.5 根 4.5)]根10 根 25 = 1237.5KN闸门：根据《水闸》闸门为弧形露顶式 B 共 10m,所以G = K K B 0.33H H 0.42c b sHs ——设计水头；Kc ——材料系数,本工程取 1；Kb ——孔门宽度系数,本工程 Kb=0.472；H ——孔口高度；闸门： G = K K B 0.33H H 0.42 = 1.0 根 0.472 根 80.33 根 2.9 根 4. 10.42 = 4. 16(吨)c b sG=4.16×10=41.6KN工作桥,交通桥与其梁： G = 19 根 4 根 0.3根 25 + 5 根19 根 0.3根 0.5 根 25 = 926.25KN根据算 出的 闸门 的数据 参考《 闸 门与启闭设 备 》采用双 吊 点卷扬式6 根 37 +1 - 0 24 - 160 型启闭机,该启闭机的自重为 2.55 吨.启闭机： G=2.55*10=25.5KN根据 SL265—2001 《水闸设计规 X 》中应该选取不同的荷载组合作为不同的 工况对闸室的稳定进行验算看闸室是否安全.第一种工况选为完建无水的状况附表 1-6 泄洪闸荷载计算成果表〔完建无水期〕力矩 M <KN ·M>荷载名 称垂直力 M<KN>力臂 L<M>- 〔顺时针〕 5106.253712.5 2316.25926.2541.625.5 10738.35完建无水工况下的闸室稳定计算根据 SL265-2001 《水闸设计规 X 》中地基承载力公式：Pmax式中 min —完建无水期基底压力的最大和最小值,kPa ；G —作用在闸室上的全部竖向荷载, 〔包括基础底面的上的扬压力〕 KN ；M —作用在闸室上的竖向和水平荷载对于闸底板垂直于水流方向的形心轴的力矩〔kN.m 〕；A —闸室基底的面积〔m 2〕；W — 闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩〔m 3〕；地基承载力不均匀性验算公式： ν = p max [ν]pmin根据计算结果,判断是否满足要求.根据 SL265-2001 《水闸设计规 X 》野云沟河床多是漂石、卵、碎石、角石、 砾砂与少量的粉土,粉砂胶结而成,所以属于中等坚实ν 取 2.0所以满足要求0.00 0.00 0.001852.50.000.00 1852.5底 板闸 墩 工作桥交通桥闸 门启闭机∑+ 〔逆时针〕0 0 ↑0.00 0.00 0.000.000.000.00 083.251 2450.450 0 2.5222 926.25 ↓第二种工况为上游为正常引水为下游无水的工况〔此工况为最不利工况〕 正常当水期荷载计算与抗滑稳定验算：附图 1—5 水闸稳定计算水重作用力意图：S = 2.7 3.9 + 0.8 2.3 0.5 = 11.45m 2水水重： G = 11.45 16 10 = 1832KN附图 1-6 水闸稳定计算水平压力作用力意图：水平压力：渗透压力： W = (3.07 + 0.71)10 / 2 19 10 = 3591KN浮托力： W = (10 1 + 2 0.375) 9.5 10 = 1045KN计算结果列于表:附表 1-7 泄洪闸闸室荷载计算成果表<正常挡水期>根据 SL265-2001 《水闸设计规 X 》中地基承载力公式：Pmax式中 min —完建无水期基底压力的最大和最小值,kPa ；G —作用在闸室上的全部竖向荷载, 〔包括基础底面的上的扬压力〕 KN ；水平力 P <kN>← →力臂 <m>力矩 M0 <kNm>+〔逆时针〕 － 〔顺时针〕27481581.8498.8652748 1680.711067.30垂直力 M 〔kN 〕 ↓10738.3518321045359112570.35 46367934.35 荷载名称闸室水重上游水压力浮托力渗透压力合计1216.876.051.51.3 1292.851292.851.3↑M —作用在闸室上的竖向和水平荷载对于闸底板垂直于水流方向的形心轴的力矩〔kN.m〕；A —闸室基底的面积〔m2〕；W —闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩〔m3〕；地基承载力不均匀性验算公式：根据计算结果,判断是否满足要求.不均匀系数验算故满足要求.闸室基底面的抗滑稳定计算：根据SL265-2001 《水闸设计规X》中的闸室抗滑稳定计算公式：式中：f —闸室与地基的磨擦系数；由X 世儒《水闸》查表7-8.G —作用在闸室上的全部竖向荷载,kN；P —作用在闸室上的全部水平荷载,kN；根据喀拉沟渠首的不同运行工况选最不利工况〔上游为设计引水为时〕对闸室抗滑稳定进行验算.因为喀拉沟河床多是漂石、卵、碎石、角石、砾砂,再根据SL265-2001 《水闸设计规X》表f 取0.4.因为喀拉沟渠首工程水闸为3 级,根据SL265-2001 《水闸设计规X》在基本荷载工况下抗滑稳定安全系数为[K ]= 1.25 .cK = 2.45 >[K ]= 1.25 所以,满足抗滑稳定要求.c c。
水闸闸室结构计算
水闸闸室结构计算在闸室布置和稳定分析之后，还需对闸室各部分构件进行计算，验算其强度，以便最后确定各构件的形式、尺寸及构造。
闸室是一个空间结构，受力比较复杂，可用三维弹性力学有限元法计算。
为了简化计算，一般分成胸墙、闸墩、底板、工作桥及交通桥等单独构件分别计算，同时又考虑相互之间的连接作用。
以下仅简要介绍闸墩、底板和胸墙的结构计算。
1闸墩闸墩结构计算的内容主要包括闸墩应力计算及平面闸门槽（或弧形闸门支座）的应力计算。
1. 平面闸门闸墩应力计算平面闸门闸墩的受力条件主要是偏心受压，可假定闸墩为固定于底板上的悬臂梁，其应力状况可采用材料力学的方法进行分析。
闸墩应力主要有纵向应力（顺水流方向）和横向应力（垂直水流方向）。
闸墩每个高程的应力都不同，最危险的断面是闸墩与底板的结合面，因此，应以该结合面作为计算面，并把闸墩视为固支于底板的悬臂梁，近似地用偏心受压公式计算应力。
当闸门关闭时，纵向计算的最不利条件是闸墩承受最大的上下游水位差时所产生的水压力（设计水位或校核水位）、闸墩自重以及上部结构等荷载（图7-48）。
在此情况下，可用式（7-40）验算闸墩底部上、下游处的铅直正应力σ，即 2x G M L A I σσ=∑∑上下 （7-40） 式中：G ∑为铅直方向作用力的总和；x M ∑为全部荷载对墩底截面中心轴x x -的力矩总和；A 为墩底截面面积；x I 为墩底截面对x x -轴的惯性矩，可近似取用()30.9812x I d L =，d 为闸墩厚度；L 为墩底长度。
图 7-48 闸墩结构计算示意图（第5版 图7-45 图名相同）1p 、2p —上、下游水平水压力；1G —闸墩自重；3p 、4p —闸墩两侧水平水压力；2G —工作桥重及闸门重；z F —交通桥上车辆刹车制动力；3G —交通桥重在水闸检修期间，当一孔检修（即上、下游检修闸门关闭而相邻闸孔过水）时，闸墩承受侧向水压力、闸墩自重及其上部结构重等荷载（图7-48），这是横向计算最不利的情况。
水闸的基本构造
水闸的基本构造
水利工程
水闸的基本构造
水闸分为上游连接段、闸室和下游连接段三部分：
（1）上游连接段上游连接段主要作用是引导水流从河道平稳地进入闸室，同时有防冲、防渗作用，一般包括上游翼墙、铺盖、护底和两岸护坡等。
（2）闸室闸室段是控制过闸流量及上下游水位，并联接两岸和上、下段的主体。
闸室段有闸门、闸墩、底板、工作桥、交通桥、胸墙、启闭机等。
（3）下游连接段下游联接段的主要作用是消除下泄水流的动能，顺利与下游河床水流连接，避免发生不利冲刷现象，一般有护坦（包括消力池）、海漫、下游防冲槽（防淘墙）、下游翼墙、护底和两岸护坡等。
闸室底板布置—水闸设计规范
闸室底板布置——水闸设计规范闸室是水闸的主体部分。
开敞式水闸闸室由底板、闸墩、闸门、工作桥和交通桥等组成，有的还设有胸墙。
闸室的结构形式、布置和构造，应在保证稳定的前提下，尽量做到轻型化、整体性好、刚性大、布置匀称，并进行合理的分缝分块，使作用在地基单位面积上的荷载较小，较均匀，并能适应地基可能的沉降变形。
闸室结构有开敞式、胸墙式和涵洞式、双层式等。
对于闸槛高度较高、挡水高度较小的水闸，以及泄洪闸、分洪闸和有排冰、过木或通航要求的水闸均应采用开敞式结构。
对闸槛高度较低、挡水高度较大的水闸，可采用胸墙式结构或涵洞式结构；挡水水位高于池水运用水位或闸上水位变幅较大，且有限制过闸单宽流量要求的水闸，也可以采用胸墙式结构或涵洞式结构。
对要求面层泄流或底层泄流的水闸，可采用双层式结构。
按闸墩与底板的连接方式，闸底板可分为整体式和分离式两种。
按底板的结构形状可分为平底宽顶堰和低实用堰两种。
整体式底板当闸墩与底板浇筑成整体时，即为整体式底板。
它的优点是闸孔两侧闸墩之间不会产生过大的不均匀沉降，适用于地基承载力较差的土基。
底板顺水流方向的长度可根据闸室整体抗滑稳定和地基允许承载力为原则，同时满足上部结构布置要求。
初步拟定时，对砂砾石地基可取（～）H(H为上、下游最大水位差)；砂土和砂壤土地基，取～H；粘壤土地基，取( ～H；粘土地基，( ～H。
底板的厚度必须满足强度和刚度的要求，大中型水闸可取闸孔净宽的1/6～1/8，一般为～，最薄不小于，实际工程中有厚小型水闸。
一般选用C15或C20。
整体式底板（a）墩中分缝底板；（b）跨中分缝底板分离式底板底板仅有防冲、防渗和稳定的要求。
分离式底板一般适用于地基条件较好的砂土或岩石地基。
涵洞式水闸不宜采用分离式底板。
分离式底板。
水闸
第六章水闸一、水闸的功能与分类水闸是一种利用闸门挡水和泄水的低水头水工建筑物，多建于河道、渠系及水库、湖泊岸边。
关闭闸门，可以拦洪、挡潮、抬高水位以满足上游引水和通航的需要；开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙或根据下游用水需要调节流量。
水闸在水利工程中的应用十分广泛。
二、水闸的组成部分水闸一般由闸室、上游连接段和下游连接段三部分组成1、闸室是水闸的主体，包括：闸门、闸墩、边墩(岸墙)、底板、胸墙、工作桥、交通桥、启闭机等。
2、上游连接段，包括：两岸的冀墙和护坡以及河床部分的铺盖，有时为保护河床免受冲刷加做防冲槽和护底。
用以引导水流平顺地进入闸室，保护两岸及河床免遭冲刷，并与闸室等共同构成防渗地下轮廓，确保在渗透水流作用下两岸和闸基的抗渗稳定性。
3、下游连接段，包括：护坦、海漫、防冲槽以及两岸的翼墙和护坡等。
用以消除过闸水流的剩余能量．引导出闸水流均匀扩散，调整流速分布和减绥流速，防止水流出闸后对下游的冲刷。
第二节闸址选择和闸孔设计水闸的防渗、排水设计水闸建成后，由于上、下游水位差，在闸基及边墩和翼墙的背水一侧产生渗流。
渗流对建筑物不利，主要表现为：①降低了闸室的抗滑稳定及两岸翼墙和边墩的侧向稳定性；②可能引起地基的渗透变形，严重的渗透变形会使地基受到破坏，甚至失事；③损失水量；④使地基内的可溶物质加速溶解。
防渗、排水设计的任务在于拟定水闸的地下轮廓线和做好防渗、排水设施的构造设计。
一、水闸的防渗长度及地下轮廓的布置(一)防渗长度的确定不透水的铺盖、板桩及底扳与地基的接触线，即是闸基渗流的第一很流线，称为地下轮廓线，其长度即为水闸的防渗长度。
根据《水闸设计规范》(SDl33—84)规定，为保证水闸安全，所需的防渗长度可按式(6—3)拟定。
(二)地下轮廓的布置水闸的地下轮廓可依地基情况并参照条件相近的已建工程的实践经验进行布置。
1、按照防渗与排水相结合的原则：①在上游侧采用水平防渗，如：铺盖；或垂直防渗，如：齿墙、板桩、混凝土防渗墙、灌浆帷幕等．延长渗径以减小作用在底板上的渗透压力．降低闸基渗流的平均坡降；②在下游侧设置排水反滤设施．如：面层排水、排水孔、减压井与下游连通，使地基渗水尽快排出．防止在渗流出口附近发生渗透变形。
水闸设计及闸室稳定计算
水闸设计及闸室稳定计算引言：水闸是一种用来控制水流的工程构筑物，供水、排水、防洪等工程都需要用到水闸。
在设计水闸时，需要考虑到水闸的稳定性，以确保其能够长时间稳定地承受水流的冲击力。
本文将介绍水闸设计及闸室稳定计算的相关内容。
一、水闸设计：1.水闸类型选择：根据工程的具体需求，选择合适的水闸类型，如引力闸、卧式闸、立式闸等。
2.水闸尺寸计算：根据工程的流量要求和水头要求，计算水闸的尺寸，包括设闸宽度、设闸高度等。
3.水闸结构设计：根据水闸类型和尺寸，设计水闸的结构，包括闸板、边墙、水封、导流堤以及启闭机构等。
4.材料选择：选择适合的材料，以确保水闸的耐久性和稳定性，如混凝土、钢材等。
二、闸室稳定计算：闸室稳定计算是水闸设计中的重要环节，可以通过计算闸室结构的稳定性，预测其在水流冲击力下的表现。
1.水流力计算：根据水闸的流量要求，计算水流的流速和冲击力等参数。
2.受力分析：根据水流的冲击力和闸室的结构，进行受力分析，计算闸室所受的水力力、重力力和土壤力等。
3.结构稳定性计算：根据受力分析结果，计算闸室的结构稳定性，包括抗倾覆力，抗滑动力和抗浮力等。
4.附加稳定性计算：考虑到现实工程中的其他因素，如地震力、温度变化等，进行附加稳定性计算。
5.结果评估：根据稳定性计算结果，评估闸室结构的稳定性，确定其能否满足设计要求。
结论：水闸设计及闸室稳定计算是水闸工程设计中的重要环节，能够保证水闸在长期使用中的稳定性和安全性。
设计师需要综合考虑水流力、结构受力以及其他因素，制定合理的设计方案。
未来，随着科技的发展，水闸设计及闸室稳定计算也将不断更新，以满足更高水平的设计需求。
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３．２ 水闸极限状态功能函数和失效概率 参照水闸闸室可靠度分析的数学模型式（ ９）
￣（ １２） ， 计算闸基面抗滑稳定、下游闸趾抗压强 度 、上 游 闸 踵 不 出 现 拉 应 力 和 上 下 游 应 力 比 控 制 ４ 种极限状态， 得到极限状态方程如下：
Ｚ１＝ｘ１（７５１．４１ｘ２－ ５８．２７ｘ３－ ４６５．４１ｘ４－ ５１０６．０５）＋ ＋２４３．２ｘ５－ （２２３．４４ｘ３２－ ７４．４８ｘ４２＋９１２．３８ｘ３－ － １０７２．５２ｘ４－ ２１４７．５３）＝０
法） 作为结构体系失效概率点估计方法之一得到
广泛应用。
ＰＮＥＴ 法的原理是： 首先， 将 ｍ 个主要失效模
式按其可靠指标值从小到大排列， 再计算出各失
效模式与第一个主要失效模式之间的相关系数
!１ｊ（ ｊ＝２，３，…，ｍ） 。然后认为 !１ｊ＞!０（ 界限相关系数） 的 失效模式与第一主要失效模式高度相关， 即假定
１．１０ ｍ， 底 板 为 平 底 板 ， 高 程 为－ ５．５ ｍ， 厚 １．２ ｍ， 顺水流方向长度为 １６．０ ｍ， 渗径长度为 ６３．５ ｍ。 地质条件良好， 地基为坚硬粉质黏土，摩擦系数为 ０．３３，粘 聚 力 为 ２３．５ ｋＰａ，天 然 重 度 为 ２０．３ ｋＮ／ｍ３。 该水闸所处地区的地震基本烈度小于 ６ 度， 因而 不计地震力。计算时仅考虑的工况为上游校核水 位 ４．３ ｍ， 相 应 浪 高 ０．８ ｍ， 下 游 水 位 １．０ ｍ， 取 中 间一个独立的闸室单元进行分析。由于工程已 建， 故将其外部轮廓几何尺寸均视为确定量值，
（ ６）
－１
% & ,+ % & - #ｊｋ＝
#Ｇｊ #ｘｋ
ｘ＊
２
* #Ｇｊ
#ｘｋ ｘ＊
（ ７）
１．３ ＰＮＥＴ 法［２］
当结构体系的失效模式较多或失效模式间的
相关系数较大时（ !＞０．６），窄界限 法 的 上 下 限 会 明
显拉宽， 在这种情况下很难获得结构体系失效概
率的准确估算值。因此，概率网络估算技术（ＰＮＥＴ
Ｐｆ＝Ｐ（Ｚ１＜０， Ｚ２＜０， Ｚ３＜０， Ｚ４＜０，） 计算体系可靠度的方法有以下几种。
１．１ 一般界限法
当 !ｉｊ＝１（ｉ，ｊ＝１，２，３，４）， 即失效模式完全相关时：
Ｐｆ＝ｍａｘ Ｐｆｉ （ｉ＝１，２，３，４）
（ １）
而当 !ｉｊ＝０（ｉ，ｊ＝１，２，３，４）， 即失效模式完全不相关时：
４
＝０
（ １０）
２．３ 上游闸踵不出现拉应 力 极 限 状 态 功 能 函 数
与极限状态方程
（ １） 作用效应函数为：
Ｓ（
/）
＝
∑Ｇ Ａ
＋
∑Ｍ Ｗ
上式以压应力为正， 以上游闸踵不出现拉应
力为条件， 因此， Ｓ（ /） 0０。
（ ２） 极限状态方程为：
% & Ｚ３ ＝
∑Ｇ Ａ
－
∑Ｍ Ｗ
＝０
（ １１）
· !" ·
完全相关， 并将第一主要失效模式作为第一个代
表模式， 并以其失效概率作为这一组失效模式的
失效概率。而把 !１ｊ"!０ 的各主要失效模式类同地 再次分组， 从而得到一组代表模式， 并假定各代表
模式之间相互独立。因而，结构体系的失效概率为：
Ｎ
. Ｐｆ＝１－ （１－ ｐｆｊ）
（ ８）
ｊ
式中， Ｎ 为代表模式数。
Ｚ２＝ｘ６－ ２．９０ｘ２－ １．９９ｘ３２＋０．３７ｘ４２－ １．１７ｘ３＋２．６４ｘ４＋ ＋３１．６７＝０
Ｚ３＝３．２８ｘ２－ １．９９ｘ３２＋０．３７ｘ４２－ １．６５ｘ３－ １．２０ｘ４－ － １０．３２＝０
Ｚ４＝３．０（３．２８ｘ２－ １．９９ｘ３２＋０．３７ｘ４２－ １．６５ｘ３－ １．２０ｘ４－ － １０．３２）－ （２．９０ｘ２＋１．９９ｘ３２－ ０．３７ｘ４２＋１．１７ｘ３－ － ２．６４ｘ４－ ３１．６７）＝０ 按上述极限状态方程及其相应随机变量的统
影响因素有： 水闸结构的自重（Ｗ１）、上下游水压力 （Ｐ１、Ｐ２）、浮 托 力 （ Ｕ１） 、渗 透 压 力 （ Ｕ２） 、水 体 重 量 （ Ｗ２、Ｗ３） 、底板 与地基间 的摩擦力（ Ｐ３） 、基 底粘聚 力（ Ｐ６） 、波浪压力（ Ｐ４） 及地震荷载（ Ｐ５） 等， 见图 １。 将其影响因素看成随机变量， 在已知各随机变量
１ 水闸闸室的体系可靠度分析
水闸在各种荷载的作用下， 存在着不同的失 效模式。任何一种失效模式的出现都会导致水闸 被破坏， 因此失效模式之间可以看作为串联。一 般来说， 水闸的潜在失效模式有沿闸基面的滑 动 、深 层 滑 动 、下 游 闸 趾 压 坏 、上 游 闸 踵 拉 裂 和 上 下 游 应 力 不 均 匀 等 几 种 ［ １］ 。 由 于 各 种 失 效 模 式 之 间存在相关性（０＜!＜１， ! 为相关系数）， 即一种失效 模式的发展会引起其它失效模式的发展， 这种相 关性增加会提高整个体系的可靠度。通过考虑这 些失效模式的相关性， 水闸体系可靠度的计算准 确性将会得到提高。
ＰＮＥＴ 法优点在于既考虑了失效模式之间的
相关性，又计算较简便，且通常分组不多，精度较
高。目前， 界限相关系数 !０ 一般凭经验选取， 本文
选取 !０＝０．８。
２ 水闸闸室可靠度分析的数学模型
本文水闸闸室可靠度分析主要考虑 ４ 种极限
状态： 闸基面抗滑稳定极限状态、下游闸趾抗压强
度（地基 承 载）极 限 状 态 、上 游 闸 踵 不 出 现 拉 应 力
排灌机械 第 ２４ 卷 第 ２ 期
王建华 等： 水闸闸室体系可靠度分析
· !" ·
一般界限公式只考虑了单个失效模式的失
效概率， 而没有考虑失效模式间的相关性， 因而
一般情况下界限较宽， 适用于粗略估计结构体系
的 可 靠 度 。 在 考 虑 失 效 模 式 相 关 性 后 ， Ｄｉｔｌｅｖｓｅｎ
给出改进的串联体系失效概率窄界限公式：
· "! ·
ＤＲＡＩＮＡＧＥ ＡＮＤ ＩＲＲＩＧＡＴＩＯＮ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ Ｖｏｌ．２４ Ｎｏ．２
水闸闸室体系可靠度分析
王建华 １， 贾仁年 ２
（１． 浙江水利水电学校， 浙江 杭州 ３１００１６； ２． 浙江省乐清市水利水电勘测设计院， 浙江 乐清 ３２５６０８）
摘要： 在结构体系可靠度研究的基础上， 根据水闸的工作特点， 对服役水闸的体系可靠度计算方法进行了 探讨， 并分析了建于软基上的水闸闸室的体系可靠度， 对水闸闸室的安全性进行了评价。软基上的水闸可看成 由 ４ 种 主 要 失 效 模 式（沿 闸 基 面 的 滑 动 、下 游 闸 趾 压 坏 、上 游 闸 踵 拉 裂 和 上 下 游 应 力 不 均 匀）所 组 成 的 串 联 体 系。通过工程实例， 建立了水闸极限状态功能函数， 运用 Ｍｏｎｔｅ－ ｃａｒｌｏ 法求得对应的可靠性指标与失效概率； 并 用常用的体系可靠度计算方法得到水闸体系可靠度和失效概率。由计算结果看出， 水闸闸室沿闸基面滑动为 水闸的最主要失效模式， 上下游应力不均匀、上游闸踵拉裂、下游闸趾压坏为次要失效模式。可采取相应措施 来提高水闸的抗滑稳定性。另外 ， 某些变量的随机特性对失效模式的可靠性指标影响甚大， 变量摩擦系数、粘 聚力为影响水闸稳定的关键参数， 而变量上下游水位则影响上下游应力的不均匀性。
∑Ｐ— ——水平作用力总和。
（ ２） 抗力函数为：
Ｒ（ /） ＝ ｆ∑Ｇ＋ＣＡ
式中， ｆ 为地基抗剪摩擦系数； Ｃ 为地基抗剪粘聚
力； ∑Ｇ 为水闸竖向力总和； Ａ 为闸底板的面积。
（ ３） 极限状态方程为：
Ｚ１ ＝ ｆ∑Ｇ＋ＣＡ－ ∑Ｐ＝０
（ ９）
２．２ 闸趾抗压强度极限状 态 功 能 函 数 与 极 限 状
关键词： 水闸闸室； 体系可靠度； 失效模式； 可靠指标； 失效概率 中图分类号：ＴＶ６９３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５－６２５４（２００６）０２－００１６－０４
可靠度分析是以概率理论为基础， 以可靠度 来表示系统安全程度的一种尺度， 它不仅与系统 内各基本变量的均值有关， 而且还与其变异性有 关。本文从工程可靠度的角度来考察已建水闸闸 室的安全性， 运用近代可靠度分析理论对水闸闸 室的整个体系失效概率进行定量分析。考虑了设 计参数的随机性， 并基于试验数据， 对状态参数 进行统计分析， 进而求得水闸闸室的体系可靠度 指标和失效概率。
极限状态和上下游应力不均匀（ 应力比控制） 极限
状态。其中， 前一种是抗滑稳定要求， 后三种是强
度要求。据此建立其结构功能函数与极限状态方
程。
２．１ 闸基抗滑稳定极限状 态 功 能 函 数 与 极 限 状
态方程
（ １） 作用效应函数表达式为：
Ｓ（ /） ＝∑Ｐ
式中 Ｓ（ /） — ——水闸结构作用效应函数，
函数 Ｚ 都是非线性的， 可以用泰勒级数在验算点
ｘ＊ 处展开， 对应的相关系数为：
!ｉｊ＝［ ｃｏｖ（Ｚｉ，Ｚｊ）］ （"Ｚ·ｉ "Ｚｊ）－１＝∑（#ｉｋ·#ｊｋ）
（ ５）
式中， #ｉｋ，#ｊｋ 为灵敏系数， 其计算式为：
－１
% & (’ % & ) #ｉｋ＝
#Ｇ
$ｘｋ ｘ＊
均值、变异系数及相应分布类型后， 便可采用
Ｍｏｎｔｅ－ ｃａｒｌｏ 法 求 解 各 极 限 状 态 方 程 相 应 的 可 靠
性指标 !ｉ 及失效概率 ｐｉ； 根据各功能 函数间的相 关情况， 用上述介绍的界限范围方法或 ＰＮＥＴ 法
可计算其结构体系可靠度。
３ 算例
３．１ 工程概况及参数 浙江省某 ５ 孔 水闸， 闸孔净 宽 １３ ｍ， 闸墩厚
态方程
（ １） 作用效应函数表达式为：