27.2　实验原理

在透水地基上修建闸、坝、河岸溢洪道等水工建筑物后，上游水位因受闸、坝等水工建筑物的影响而抬高，在水工建筑物的上、下游形成水位差，在此水位差的作用下，水工建筑物透水地基中产生渗流，此种渗流因受建筑物基础的限制，一般无自由表面，故称为有压渗流[1]。有压渗流对水工建筑物基础产生渗透压力，通常称为扬压力，扬压力直接影响水工建筑物的稳定和安全。图27.1为一有压闸基渗流，工程上需要确定通过闸基透水地基上的渗流量、渗流作用于闸基的扬压力以及渗流区的渗流速度等。

图27.1　有压闸基渗流示意图

水工建筑物地基有压渗流的水力计算有多种方法。对于地下轮廓较简单的地基的有压渗流计算通常采用复变函数法、直线法和流网法[2]。对于复杂轮廓地基的有压渗流的计算主要有流网法、柯斯拉的独立系数法、巴甫洛夫斯基的分段法、丘加耶夫的阻力系数法以及毛昶熙和周保中改进的阻力系数法[3]。

直线法和流网法在水力学教材中已做过介绍[4]，本章主要介绍复杂轮廓地基渗流计算的改进阻力系数法。(https://www.daowen.com)

1936年，柯斯拉提出了计算有压渗流的独立系数法，该方法将闸坝不透水底板的复杂地下轮廓分解成几个简单的基本部件，而这些简单轮廓的地基渗流是各有其理论解的，柯斯拉的独立系数法是根据无限深地基的解析解得到的，所以适用于较深透水地基情况[3]。

1936年，巴甫洛夫斯基提出用分段法计算有压渗流，该方法的基本思想是沿着各板桩画铅垂线，由铅垂线把复杂地基分成几段简单的部分，每一段的渗流可以利用已有的理论公式或比较简单的计算方法求其水头损失，然后按照叠加原理将各段的水头损失相加即得整个渗流区的水头损失；分段法适用于有限深的透水地基，优点是计算简单，缺点是不能直接从联立方程解出关键的角点水头[3]。

1957年，丘加耶夫根据巴甫洛夫斯基的分段法原理和努麦罗夫渐近线法对急变渗流区计算的理论提出了阻力系数法，分段位置取在板桩前后的角点，把沿着地下轮廓线的地基渗流分成垂直的和水平的几个段单独处理。丘加耶夫的阻力系数法是根据有限深地基的分段解得到的，但也可以适用于无限地基的渗流计算[3]。

1980年，毛昶熙和周保中在巴甫洛夫斯基的分段法和丘加耶夫的阻力系数法的基础上提出了改进的阻力系数法[5]，改进的阻力系数法与巴甫洛夫斯基的分段法和丘加耶夫的阻力系数法不同处在于渗流区域划分得更多，能够计算板桩或截墙底部角点的水头，同时对地下轮廓中的斜坡和短截墙凸起部分给出了局部修正方法，阻力系数的计算公式也有所不同，计算精度有所提高，所以在国内得到广泛的应用。