三峡永久船闸混凝土边坡极端不利外水压力分析.pdf

第19卷 第 2期 2000年 3月 岩石力学与工程学报 0h zne~e Journal。j Rock Mechanics and E g iueeriug g(2)：186～ I92 M a f ．2000 三峡永久船闸混凝土边墙极端不利外水压力分析 ／ 张有无 陈 平 窦铁生 ( r匿水利水电科学研究脏 北京 10004 ) 摘要 三蛱永久船闸采用直立岩坡贴壁式薄衬砌边墙t墙后外水压力是边墙稳定的重要荷裁。船闸闸室水位变动频 繁，当闸室水位突降，由室内渗出的外水目1构成作用在边堵 上的外水压力。考虑了墙内排水体系的作用．对 R恒定 渗流问题进行了多工况分析，给出极端最太外水压力值。 关键词! 查里查：望 苎苎!堡墨 盾蜘 ．i 瞧}{3 喁 分类号 U6 1 文献标识码 A 发章编号 1000—6915(2000)02—0I 86—07 1 前 言 三峡永久船闸为 5级双线船闸，其总水头差为 u 3m，平均每级船闸水头差为 23131。船闸系在左岸 山体中开挖而形成。闸室开挖壁面系直立高坡，边坡 有2个30 cm宽的台阶。在陡坡自下而上做 1．5，]．8 及 2 1 131厚的贴壁式混凝土衬砌作为闸室边墙。船 闸水位频繁变动，高水位时内水外渗，再加上边坡地 水及降雨入渗的地下水，当闸室为低水位时就台 形成对边墙的外水压力。由于边墙很薄很高，必须采 取工程措旖来保证在外水作用下边墙结构的安全。 设计 采取的措旖为： (1)在边墙内侧贴岩壁设置水平及竖直排水体 系，间距均为4～6 131 在边墙内部设竖向集水井，将 汇集到边墙排水体系的水送入闸室下的排水库道排 走，以减小作用在边墙上的外水压力。边墙内侧纵横 向排水网络的交点处均设一预埋管通向边墙内的排 水井 (2)设置上述的排水体系后，墙后设计外水压力 采用闸室内水面以下的全水头静水压乘以折减系数 0．25。混凝士衬砌与岩石接触面粘结强度很小，且不 可靠，不予考虑。在外水压力作用下，混凝士衬砌的 稳定需靠联结锚杆来维持。 三壤船闸闸室混凝土衬砌边墙外水压力是饱和／ 非饱和、非恒定渗流问题，要考虑排水的影响，可用 已开发的专用程序进行船闸边墙可能最大的外水压 力分析 ，为锚固设计提供安全可靠的荷载。 2 永久船闸闸室运行前邻近闸室岩体 地下水位 2．1 船闸边坡内稳定地下水位线 为减少船闸高边坡的渗流荷载，在两侧坡各布 置有 7条排水隧洞。每条排水洞并非沿船闸全长布 置，任一横剖面视其位置只出现 6条或 6条以 F排 水嗣。由每条排水洞斜方向向 j二打排水孔形成排水 幕(图 1)。船闸闸室下部也布置有排水库道。在如此 强大的排水体系作用 r，闸室附近稳定地下水位大 幅度降低(图2) 船闸运行后，如闸室不渗水，则闸 室混凝土边墙将不承受稳定的外水压力。 2．2 降雨过程地下水暂态渗流场 据分析，当连续大雨不超过 1 O0 rain，由降雨丽 形成的暂态渗流场虽有较大变化．稳定地下水位以 上出现大片暂态饱和区，对边坡孔隙压力有所增加． 但闸室边墙一带仍为非饱和地带，即混凝土边墙仍 无外水压力作用(图 3)。当遭遇连续大雨超过 3 h， 边坡混凝士护衬也漏水的情况 r，闸室混凝土边墙 局部受有小于 2012]水头的外水压力(图 3)。阿 3的 计算未考虑紧贴闸室混凝土墙外的排水体系的作用． 这一排水体系将使雨季作用在边墙的暂态孔隙压力 降到很小值，一如下述。另据分析．当边坡斜坡段混 凝土护衬不渗水时，即使连降大雨 ．5h，闸室边墙 外侧仍为非饱和区，无外水压力作用于混凝土衬砌 J二(图 d) 1998年 9月28日收到初稿，lggg年】O月28日收到修改稿。 *长江三峡开发总公司和国家自然辩学基盘委资助项目。 作者 张有天简介：男．05岁 ]955年毕业于大连工学院，现主要从事大坦与地下结构等方面的研究工作。 维普资讯 第 l 9卷 第2期 张有天等．三峡永久船闸混凝土边墙极端不利外水压力分析 ·187· 图1 船闸边坡中的排水洞与排水孔幕构成的排水体系 Fig．1 The drainage syster)~composed of drainage tunnels and hole curtains in the slope of shiplock 图2 闸室混凝土边墙不渗水条件下边坡恒定渗流场 Fig 2 Tho steady seepage field 1n the slope for impervious side walls 3 永久船闸运行后闸室内水外渗非恒 定渗流场分析 船闸运行后，闸室水位升降频繁 在闸室水位 I：升过程中，室内的水将经混凝土边墙外渗，使室 外地下水位上升。当闸室水位骤降，即会产生作用