專利名稱：倒“t”形窄深式閘壩基礎(chǔ)制做方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種閘壩基礎(chǔ)制做方法，具體為一種倒“T”形窄深式閘壩基礎(chǔ)制做方法。
背景技術(shù)：
平板式閘、壩基礎(chǔ)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上有以下幾個缺點和不足1.閘、壩底板的寬度主要由閘、壩擋水高度、上部結(jié)構(gòu)布置決定。少則幾米，多則十幾米；2.閘、壩底板的厚度由結(jié)構(gòu)內(nèi)力、抗滑穩(wěn)定及當?shù)貎錾顩Q定。在高寒地區(qū)，閘、壩底板的厚度一般要1.5m～2.0m，甚至超過2.0m；3.抗滑穩(wěn)定常常是平板式基礎(chǔ)閘、壩穩(wěn)定的控制條件。阻滑力由基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)自重及基礎(chǔ)上水重與地基基礎(chǔ)間的摩擦系數(shù)決定，基礎(chǔ)板下出現(xiàn)的浮托力大于基礎(chǔ)板上水體重量，對抗滑穩(wěn)定極為不利。同時大量的鋼筋砼材料用作壓重很不經(jīng)濟；4.為了維持滲流穩(wěn)定，常常要考慮加長底板或加長上游護坦；5.在凍脹性地基上如果在平板基礎(chǔ)下形成凍土層，閘、壩將受到幾乎無法抗拒的豎向凍脹力作用。這種基礎(chǔ)形式對于水頭高或上部有交通橋的攔河閘、壩工程無疑是適用的，必要的。但對于大量的低水頭(擋水高度2.5m左右)攔河灌溉引水渠首的閘、壩工程則會造成很大的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、施工簡便、結(jié)構(gòu)牢固、省時省力，可以更加充分的利用地基反力維持穩(wěn)定，可以增加滲徑，因而可以承受較大的作用水頭，擴大閘壩窄深基礎(chǔ)的應(yīng)用范圍的倒“T”形窄深式閘壩基礎(chǔ)制做方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的它包含水位(1)、壩(2)、地面線(3)、豎直基礎(chǔ)(4)、底板(5)。在地面線(3)以上建壩(2)、地面線(3)以下建豎直基礎(chǔ)(4)，與豎直基礎(chǔ)(4)垂直建底板(5)，成為倒“T”形窄深式閘壩基礎(chǔ)；倒“T”形窄深式閘壩基礎(chǔ)的技術(shù)參數(shù)由下面給出a、水壓力計算各點處水頭如下A點 p0＝0B點P1=t+th2t+B]]>C點p2=t+(t+B)h2t+B]]>D點 p3＝hb、穩(wěn)定性計算(1)豎向力γ′tB+G=12(Pmin+Pmax)Bi]]>根據(jù)∑Y＝0，可得
上式中，G為倒“T”形樁重，可忽略；Pmax＝1.2f，f為地基承載力若2γ′·t/Pmax≤1，則Pmin＝0，Bi＝2γ′·tB/Pmax(5-1)否則Bi＝B，Pmin＝2γ′·t-Pmax(5-2)由此可以確定Bi和Pmin。
(2)橫向力冰壓力Pb＝p·de方向向下游水壓力P1=12γωh2]]>方向向下游P2=12(h+Bh2t+B)γωt]]>方向向下游土壓力E=12kγ′·t2]]>方向向上游摩擦力F＝f(Btγ′+G)，忽略G，得F＝fBtγ′方向向上游根據(jù)∑X＝0，可得Pb+γωh22+γωt2(h+Bh2t+B)-γ′·kt22-fBtγ′=0]]>令f1=Pb+γωh22+γωt2(h+Bh2t+B)-γ′·kt22-fBtγ′···(5-3)]]>k=Kp-Ka=tg2(45+φ2)-tg2(45-φ2)]]>式中，φ為內(nèi)摩擦角；γω為水的容重，γ′為土的浮容重；t為樁在土中埋深，B為樁底板寬；Pb為冰壓力。
(3)彎矩設(shè)順時針為正，逆時針為負，并以底板中心為彎矩中心。則冰壓力產(chǎn)生的彎矩mb＝Pb·(h+t)水壓力產(chǎn)生的彎矩m1=12γωh2(t+h3)]]>
m2=γωBht2t+B·t2+(h-Bh2t+B)t2t3γω12]]>m3=-13·B2·12·B2·γωBh2(2t+B)]]>土壓力產(chǎn)生的彎矩ms=-12kt2·γ′·t3]]>地基反力產(chǎn)生的彎矩若2γ′·t/Pmax≤1，則m=-12PmaxBi(B2-Bi3);]]>若2γ′·t/Pmax＞1，則m=-12(Pmax-Pmin)B(B2-B3);]]>根據(jù)∑M＝0，可得若2γ′·t/Pmax≤1，則Pb·(h+t)+γωh22(t+h3)+γωBht22(2t+B)+γωht23-γωBht23(2t+B)]]>-γωB3h48(2t+B)-kt3γ′6-γ′·tB(B2-2γ′·tB3Pmax)=0]]>令f2=Pb·(h+t)+γωh22(t+h3)+γωBht22(2t+B)+γωht23-γωBht23(2t+B)]]>-γωB3h48(2t+B)-kt3γ′6-γ′·tB(B2-2γ′·tB3Pmax)···(5-4)]]>若2γ′·t/Pmax＞1，則Pb·(h+t)+γωh22(t+h3)+γωBht22(2t+B)+γωht23-γωBht23(2t+B)]]>-γωB3h48(2t+B)-kt3γ′6-(Pmax-γ′·t)B26=0]]>令f2=Pb·(h+t)+γωh22(t+h3)+γωBht22(2t+B)+γωht23-γωBht23(2t+B)]]>-γωB3h48(2t+B)-kt3γ′6-(Pmax-γ′·t)B26···(5-5)]]>(4)試算程序根據(jù)力的平衡及彎矩平衡列出的方程組，可以求出在水深h和埋深t確定的情況下，倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的最小底板寬度B，①要求橫向抵抗力大于等于橫向外力；②要求抵抗彎矩應(yīng)大于等于外力產(chǎn)生彎矩；c、彎矩計算取6個特征點，各點處的彎矩可由下列公式求出m0＝0m1=12γω(h3)2·13·h3+Pb·h3]]>m2=12γω(2h3)2·13·2h3+Pb·2h3]]>m3=12γωh213·h+Pb·h]]>m4=12γωh2(h3+t3)+12γω·2t3·h2t+B·t3·23·t3+γω(h-2t3·h2t+B)·t3·12·t3]]>-12kγ′·(t3)2··13·t3+Pb·(h+t3)]]>m5=12γωh2(h3+2t3)+12γω·4t3·h2t+B·2t3·23·2t3+γω(h-4t3·h2t+B)·2t3·12·2t3]]>-12kγ′·(2t2)2··13·2t3+Pb·(h+2t3)]]>m6=12γωh2(h3+t)+12γω·2t·h2t+B·t·23·t+γω(h-2t·h2t+B)·t·12·t]]>-12kγ′·(t)2··13·t+Pb·(h+t)]]>本發(fā)明的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、施工簡便、結(jié)構(gòu)牢固、省時省力，可以更加充分的利用地基反力維持穩(wěn)定，可以增加滲徑，因而可以承受較大的作用水頭，擴大閘壩窄深基礎(chǔ)的應(yīng)用范圍的倒“T”形窄深式閘壩基礎(chǔ)制做方法。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2(a)為本發(fā)明的確定倒“T”形閘壩基礎(chǔ)所受的水壓力分布圖；圖2(b)為本發(fā)明的確定倒“T”形閘壩基礎(chǔ)所受的水壓力進一步簡化后的水壓力分布圖；圖3為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)受力圖；圖4為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的穩(wěn)定性計算程序流程圖；圖5為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)圖；圖6為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的埋深與底板寬度之間的對應(yīng)關(guān)系圖；圖7(a)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的彎矩(a)h＝t＝B＝3.0m分布圖(kN*m/m)；圖7(b)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的彎矩(a)h＝t＝B＝4.0m分布圖(kN*m/m)；圖7(c)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的彎矩(a)h＝t＝B＝5.0m分布圖(kN*m/m)；圖7(d)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的彎矩(a)h＝t＝B＝6.0m分布圖(kN*m/m)；圖8(a)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的豎板橫向位移圖(埋深＝3.0m)；圖8(b)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的底板豎向位移圖(埋深＝3.0m)；圖9(a)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的豎板橫向位移圖(埋深＝6.0m)；圖9(b)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的豎板橫向位移圖(埋深＝6.0m)；圖10為本發(fā)明的的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的位移示意圖；圖11(a)為本發(fā)明的偏轉(zhuǎn)角、在地表處的橫向位移與水深的關(guān)系曲線圖(埋深＝3.0m)；圖11(b)為本發(fā)明的在地表處的橫向位移與水深的關(guān)系曲線圖(埋深＝3.0m)；圖12(a)為本發(fā)明的偏轉(zhuǎn)角、在地表處的橫向位移與水深的關(guān)系曲線圖(埋深＝6.0m)；圖12(b)為本發(fā)明的在地表處的橫向位移與水深的關(guān)系曲線圖(埋深＝6.0m)；圖13(a)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的主應(yīng)力σ1等值線圖(t/m2)圖(水深＝2.0m)；圖13(b)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的主應(yīng)力σ3等值線圖(t/m2)圖(水深＝2.0m)；圖14(a)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的主應(yīng)力等值線圖(t/m2)(水深＝4.0m)；圖14(b)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的主應(yīng)力等值線圖(t/m2)(水深＝4.0m)；圖15(a)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的應(yīng)力等值線圖(水深＝2.0m)；圖15(b)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的應(yīng)力等值線圖(水深＝2.0m)；圖16(a)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的應(yīng)力等值線圖(水深＝4.0m)；圖16(b)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的應(yīng)力等值線圖(水深＝4.0m)；圖17(a)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的應(yīng)力橫向位移等值線圖(m)；圖17(b)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的應(yīng)力豎向位移等值線圖(m)；圖18(a)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)所受的土壓力橫向位移等值線圖(m)分布圖；圖18(b)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)所受的土壓力豎向位移等值線圖(m)分布圖；圖19(a)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)土壓力水深＝2.0m(t/m2)分布圖(埋深＝3.0m)；圖19(b)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)土壓力水深＝4.0m(t/m2)分布圖(埋深＝3.0m)；圖20為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)土壓力分布圖；圖21(a)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)滲流(水深＝2.0m)等勢線圖(埋深＝3.0m)；圖21(b)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)滲流(水深＝6.0m)等勢線圖(埋深＝3.0m)；圖22(a)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的橫向位移圖(埋深＝3.0m)；圖22(b)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的橫向位移圖(埋深＝6.0m)；圖23(a)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的彎矩原理圖(埋深＝3.0m)；圖23(b)為本發(fā)明的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的彎矩原理圖(埋深＝6.0m)；圖24為本發(fā)明的倒“T”形窄深式閘壩基礎(chǔ)具體實施俯視圖。
具體實施例方式它包含水位(1)、壩(2)、地面線(3)、豎直基礎(chǔ)(4)、底板(5)。在地面線(3)以上建壩(2)、地面線(3)以下建豎直基礎(chǔ)(4)，與豎直基礎(chǔ)(4)垂直建底板(5)，成為倒“T”形窄深式閘壩基礎(chǔ)；倒“T”形窄深式閘壩基礎(chǔ)的技術(shù)參數(shù)由下面給出水壓力計算確定倒“T”形閘壩基礎(chǔ)所受的水壓力可按如圖1(a)所示方法，將水頭損失按滲徑平均分配(不考慮沿底板上表面的水頭損失)。。圖1(b)則是進一步簡化后的水壓力分布圖。
各點處水頭如下A點p0＝0
B點P1=t+th2t+B]]>C點p2=t+(t+B)h2t+B]]>D點p3＝h2、土壓力計算底板以上土體對垂直基礎(chǔ)主要作用水平力作用，其分析方法與豎直墻式閘壩基礎(chǔ)類似，但由于與底板共同抵抗水平力作用，這時的轉(zhuǎn)動中心一般不會出現(xiàn)在底板以上，因此可以認為倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的下游土體均處于被動狀態(tài)，上游土體均處于主動狀態(tài)，其土壓力按朗肯土壓力理論進行計算；對于底板以下土體，除承受水平力產(chǎn)生的彎矩外，還要承受上部結(jié)構(gòu)重力及上部土體重力，可按淺基礎(chǔ)的設(shè)計方法進行計算。
3、穩(wěn)定性計算(1)豎向力γ′tB+G=12(Pmin+Pmax)Bi]]>根據(jù)∑Y＝0，可得上式中，G為倒“T”形樁重，可忽略；Pmax＝1.2f，f為地基承載力若2γ′·t/Pmax≤1，則Pmin＝0，Bi＝2γ′·tB/Pmax(5-1)否則Bi＝B，Pmin＝2γ′·t-Pmax(5-2)由此可以確定Bi和Pmin。
(2)橫向力冰壓力Pb＝p·de方向向下游水壓力P1=12γωh2]]>方向向下游P2=12(h+Bh2t+B)γωt]]>方向向下游土壓力E=12kγ′·t2]]>方向向上游摩擦力F＝f(Btγ′+G)，忽略G，得F＝fBtγ′方向向上游根據(jù)∑X＝0，可得Pb+γωh22+γωt2(h+Bh2t+B)-γ′·kt22-fBtγ′=0]]>令f1=Pb+γωh22+γωt2(h+Bh2t+B)-γ′·kt22-fBtγ′···(5-3)]]>式中，k=Kp-Ka=tg2(45+φ2)-tg2(45-φ2)]]>φ為內(nèi)摩擦角；γω為水的容重，γ′為土的浮容重；t為樁在土中埋深，B為樁底板寬；Pb為冰壓力。
(3)彎矩設(shè)順時針為正，逆時針為負，并以底板中心為彎矩中心。則冰壓力產(chǎn)生的彎矩mb＝Pb·(h+t)水壓力產(chǎn)生的彎矩m1=12γωh2(t+h3)]]>m2=γωBht2t+B·t2+(h-Bh2t+B)t2t3γω12]]>m3=-13·B2·12·B2·γωBh2(2t+B)]]>土壓力產(chǎn)生的彎矩ms=-12kt2·γ′·t3]]>地基反力產(chǎn)生的彎矩若2γ′·t/Pmax≤1，則m=-12PmaxBi(B2-Bi3);]]>若2γ′·t/Pmax＞1，則m=-12(Pmax-Pmin)B(B2-B3);]]>根據(jù)∑M＝0，可得若2γ′·t/Pmax≤1，則Pb·(h+t)+γωh22(t+h3)+γωBht22(2t+B)+γωht23-γωBht23(2t+B)]]>-γωB3h48(2t+B)-kt3γ′6-γ′·tB(B2-2γ′·tB3Pmax)=0]]>
令f2=Pb·(h+t)+γωh22(t+h3)+γωBht22(2t+B)+γωht23-γωBht23(2t+B)]]>-γωB3h48(2t+B)-kt3γ′6-γ′·tB(B2-2γ′·tB3Pmax)···(5-4)]]>若2γ′·t/Pmax＞1，則Pb·(h+t)+γωh22(t+h3)+γωBht22(2t+B)+γωht23-γωBht23(2t+B)]]>-γωB3h48(2t+B)-kt3γ′6-(Pmax-γ′·t)B26=0]]>令f2=Pb·(h+t)+γωh22(t+h3)+γωBht22(2t+B)+γωht23-γωBht23(2t+B)]]>-γωB3h48(2t+B)-kt3γ′6-(Pmax-γ′·t)B26···(5-5)]]>(4)試算程序根據(jù)力的平衡及彎矩平衡列出的方程組，可以求出在水深h和埋深t確定的情況下，倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的最小底板寬度B。但以上所述方程組為多元高次方程組，無法直接求解，需通過試算法求解。試算的控制條件有兩個，可以根據(jù)公式物理意義得到，即①要求橫向抵抗力大于等于橫向外力；②要求抵抗彎矩應(yīng)大于等于外力產(chǎn)生彎矩。試算4、彎矩計算取6個特征點。
各點處的彎矩可由下列公式求出m0＝0m1=12γω(h3)2·13·h3+Pb·h3]]>m2=12γω(2h3)2·13·2h3+Pb·2h3]]>m3=12γωh213·h+Pb·h]]>
m4=12γωh2(h3+t3)+12γω·2t3·h2t+B·t3·23·t3+γω(h-2t3·h2t+B)·t3·12·t3]]>-12kγ′·(t3)2··13·t3+Pb·(h+t3)]]>m5=12γωh2(h3+2t3)+12γω·4t3·h2t+B·2t3·23·2t3+γω(h-4t3·h2t+B)·2t3·12·2t3]]>-12kγ′·(2t2)2··13·2t3+Pb·(h+2t3)]]>m6=12γωh2(h3+t)+12γω·2t·h2t+B·t·23·t+γω(h-2t·h2t+B)·t·12·t]]>-12kγ′·(t)2··13·t+Pb·(h+t)]]>在地面線(3)以上建壩(2)、地面線(3)以下建豎直基礎(chǔ)(4)，建壩(2)與豎直基礎(chǔ)(4)連接、豎直基礎(chǔ)(4)與底板(5)連接，成為倒“T”形窄深式閘壩基礎(chǔ)。
5、計算結(jié)果及分析根據(jù)對倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的穩(wěn)定性的分析，可以得出其在不同水深情況下埋深與底板最小寬度的對應(yīng)關(guān)系，(圖5示)。在水深一定的情況下，埋深與底板最小寬度的對應(yīng)關(guān)系曲線由三段組成當埋深較小時，關(guān)系曲線呈現(xiàn)為直線的形式，底板的最小寬度隨埋深的增大而明顯減小，這時底板的最小寬度由橫向力平衡方程式?jīng)Q定；當埋深中等時，關(guān)系曲線呈現(xiàn)為曲線的形式，這時底板的最小寬度由彎矩平衡方程式?jīng)Q定；當埋深較大時，底板的最小寬度接近于零，這時倒“T”形閘壩基礎(chǔ)已退化為豎直墻式閘壩基礎(chǔ)，說明在這樣的埋深情況下，倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的受力還沒有達臨界狀態(tài)。因此，當埋深較小時應(yīng)把橫向力的平衡作為考慮的主要對象，而當埋深較大時應(yīng)把彎矩的平衡作為考慮的主要對象。
在實際工程中，應(yīng)根據(jù)工程的具體情況綜合考慮地形、挖方量、排水等要求，從而決定倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的埋深與底板寬度的取值。由于北方地區(qū)的基礎(chǔ)有凍深的要求，所選倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的埋深的最小值應(yīng)大于2.0m。這樣，水深為1m、2m時，底板的最小寬度接近于零，由此可見，在水深小于2m時，沒有必要采用倒“T”形閘壩基礎(chǔ)。
如果假定埋深與最小底板寬度的比值為1∶1，則破壞水深與埋深在數(shù)值上基本相等。本文計算出了在這種情況下的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的彎矩分布，如圖6所示。
倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的有限元計算結(jié)果與分析倒“T”形閘壩基礎(chǔ)在豎板(本節(jié)中稱為豎板)端部增加了水平底板，希望通過底板的作用改善閘壩基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。本發(fā)明對倒“T”形閘壩基礎(chǔ)在不同埋深情況下(3.0m，6.0m)和不同水深作用下的性狀進行了研究，得出了倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的位移和彎矩，其周圍土體的應(yīng)力場和位移場以及土體作用在閘壩基礎(chǔ)上的壓力分布情況。
1、倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的位移圖7與圖8所示為倒“T”形閘壩基礎(chǔ)在各種水深情況下的位移分布圖。同豎直墻式閘壩基礎(chǔ)類似，倒“T”形閘壩基礎(chǔ)在水荷載作用下，自身的變形很小，可視為剛體。倒“T”形閘壩基礎(chǔ)大體可以看成是繞其底板底部某點作轉(zhuǎn)動，如圖9所示。
圖10和圖11所示為倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)角、在地表處的位移與水深的對應(yīng)關(guān)系曲線。由圖中可看出，在相同的水深情況下，倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)角隨埋深增大而減小，但閘壩基礎(chǔ)在地表處的位移隨埋深的變化不明顯。
在相同水深、相同埋深的情況下，倒“T”形閘壩基礎(chǔ)在地表處的位移遠小于豎直墻式閘壩基礎(chǔ)。
2、倒“T”形閘壩基礎(chǔ)周圍土體的應(yīng)力場圖12和圖13所示為埋深為3m的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)在水深分別為2.0m和4.0m情況下的主應(yīng)力等值線圖。從圖中可以看出，當水深增加時，閘壩基礎(chǔ)下游的應(yīng)力等值線逐步向其底板的下游側(cè)面匯聚，甚至?xí)霈F(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象。同時，對于底板底部附近的土體，其應(yīng)力也會有較大變化應(yīng)力等值線逐步向底板底部下游側(cè)匯聚，應(yīng)力變大；底板底部上游側(cè)土體中的應(yīng)力減小，在水深較大時，還會出現(xiàn)一個應(yīng)力減弱的應(yīng)力泡。
圖14與圖15所示為埋深為3m的倒“T”形閘基礎(chǔ)的σx、σy等值線圖。隨著水深的增加，閘壩基礎(chǔ)下游的σx等值線逐步向其底板的下游側(cè)面匯聚，而閘壩基礎(chǔ)上游土體中的σx變化不大。隨著水深的增加，倒“T”形閘壩基礎(chǔ)底板底部下游側(cè)土體中的σy不斷增大，而底板底部上游側(cè)土體中的σy不斷減小。σx、σy以及剪應(yīng)力τxy的變化導(dǎo)致了主應(yīng)力方向旋轉(zhuǎn)、數(shù)值變化。
以上這些應(yīng)力分布現(xiàn)象說明隨著水深的增加，荷載主要通過底板的下游側(cè)面和底板底部傳遞到土體中。在極限平衡分析中，荷載主要通過豎板的下游側(cè)面和底板底部傳遞到土體中，這主要是因為在極限平衡分析中假設(shè)閘底板厚度為0，沒有考慮它對土體應(yīng)力分布的影響。
3、倒“T”形閘壩基礎(chǔ)周圍土體的位移場圖16和圖17所示為埋深為3m的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)分別在水深為2.0m和4.0m情況下的位移等值線圖。從圖中可以看出，倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的水平位移等值線與豎直墻式閘壩基礎(chǔ)的類似，是一族半橢圓弧，它們的中心是閘壩基礎(chǔ)的軸線與地表的交點。
倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的豎向位移分布形式與豎直墻式閘壩基礎(chǔ)的類似。閘壩基礎(chǔ)上游附近的土體下陷，而閘壩基礎(chǔ)下游附近的土體隆起。但是閘壩基礎(chǔ)下游緊靠閘壩基礎(chǔ)的表層土體，其隆起現(xiàn)象表現(xiàn)得沒有豎直墻式閘壩基礎(chǔ)明顯，這主要是因為此區(qū)域中土體的應(yīng)力較小，從而引起的應(yīng)變和位移較小。
4、作用在倒“T”形閘壩基礎(chǔ)上的土壓力由圖14和圖15所示的σx、σy等值線圖，可以繪出倒“T”形閘壩基礎(chǔ)所受的土壓力分布圖，如圖18所示。
對上述土壓力形式作適當簡化后，土壓力分布如圖19所示。假設(shè)底板下游側(cè)面的土壓力按矩形分布，單位長度上的土壓力q0為未知數(shù)；底板下部的土壓力按梯形分布，且q1和q2為未知數(shù)，其它部位的土壓力按靜止土壓力計算，其中AB和CD分別表示為作用在豎板兩側(cè)的土壓力，EF、GH表示作用在底板上表面的土壓力，IJ表示作用在底板上游側(cè)面的土壓力。由于倒“T”形閘壩基礎(chǔ)只受到土壓力和水壓力作用，而水壓力可根據(jù)流網(wǎng)算出，因此，可以列出X方向，Y方向的受力平衡方程式和力矩平衡方程式，從而求解未知數(shù)q1、q2和q0。
5、對滲透破壞從實驗和計算中都能發(fā)現(xiàn)，當水位到達一定高度后，倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的豎板會與上游土體、底板會與其底部土體發(fā)生局部分離，這會影響滲流場的邊界條件，使?jié)B流場發(fā)生變化。
圖20(a)所示為埋深為3m的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的滲流等勢線圖。板樁下游側(cè)的水力坡降的最大的值為i＝ΔH/0.4，臨界水力坡降為icr＝1.1，如果不考慮閘壩基礎(chǔ)與其周圍土體的分離，則發(fā)生流土破壞的臨界水深為H＝8.8m。在這樣的水深下，垂直式閘壩基礎(chǔ)已發(fā)生了很大位移，早已達到破壞。
如果考慮閘壩基礎(chǔ)與其周圍土體的分離，當水深達到6m時，埋深為3m的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的滲流等勢線如圖20(b)所示。其下游側(cè)水力坡降的最大值為i＝ΔH/0.22，則發(fā)生流土破壞的允許水深為H＝4.8m。顯然，當水深達到6m之前，土體便已發(fā)生流土破壞了。經(jīng)計算分析，埋深為3m的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)在水深小于5m時，不會發(fā)生流土破壞。
從以上的分析來看，滲透破壞是影響倒“T”形閘壩基礎(chǔ)設(shè)計水深的重要因素。
6、冰壓力的影響圖21所示為有冰壓力和無冰壓力作用下，不同埋深的倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的位移分布圖。冰壓力對倒“T”形閘壩基礎(chǔ)位移的影響很小。
7、倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的彎矩圖22所示為倒“T”形閘壩基礎(chǔ)豎板上的彎矩分布圖。它的彎矩分布形式與豎直墻式閘壩基礎(chǔ)有較大差別，其最大彎矩出現(xiàn)在豎板的端部，或者說倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的最大彎矩點出現(xiàn)在豎板與底板的結(jié)合處。在相同水深和相同埋深的情況下，倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的最大彎矩值遠大于豎直墻式閘壩基礎(chǔ)的最大彎矩值。在構(gòu)造配筋的情況下，1.0m厚的鋼筋混凝土板的抵抗彎矩為28.0t·m/m，因此水深和埋深較大時，在倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的設(shè)計過程中要充分考慮豎板與底板結(jié)合處的強度。
權(quán)利要求
1.一種倒“T”形窄深式閘壩基礎(chǔ)制做方法，它包含水位(1)、壩(2)、地面線(3)、豎直基礎(chǔ)(4)、底板(5)，其特征在于在地面線(3)以上建壩(2)、地面線(3)以下建豎直基礎(chǔ)(4)，與豎直基礎(chǔ)(4)垂直建底板(5)，成為倒“T”形窄深式閘壩基礎(chǔ)；倒“T”形窄深式閘壩基礎(chǔ)的技術(shù)參數(shù)由下面給出a、水壓力計算各點處水頭如下A點p0＝0B點P1=t+th2t+B]]>C點p2=t+(t+B)h2t+B]]>D點p3＝hb、穩(wěn)定性計算(1)豎向力γ′tB+G=12(Pmin+Pmax)Bi]]>根據(jù)∑Y＝0，可得上式中，G為倒“T”形樁重，可忽略；Pmax＝1.2f，f為地基承載力若2γ′·t/Pmax≤1，則Pmin＝0，Bi＝2γ′·tB/Pmax(5-1)否則Bi＝B，Pmin＝2γ′·t-Pmax(5-2)由此可以確定Bi和Pmin。(2)橫向力冰壓力 Pb＝p·de方向向下游水壓力P1=12γωh2]]>方向向下游P2=12(h+Bh2t+B)γωt]]>方向向下游土壓力E=12kγ′·t2]]>方向向上游摩擦力 F＝f(Btγ′+G)，忽略G，得F＝fBtγ′ 方向向上游根據(jù)∑X＝0，可得Pb+γωh22+γωt2(h+Bh2t+B)-γ′·kt22-fBtγ′=0]]>令f1=Pb+γωh22+γωt2(h+Bh2t+B)-γ′·kt22-fBtγ′---(5-3)]]>式中，k=Kp-Ka=tg2(45+φ2)-tg2(45-φ2)]]>φ為內(nèi)摩擦角；γω為水的容重，γ′為土的浮容重；t為樁在土中埋深，B為樁底板寬；Pb為冰壓力。(3)彎矩設(shè)順時針為正，逆時針為負，并以底板中心為彎矩中心。則冰壓力產(chǎn)生的彎矩mb＝Pb·(h+t)水壓力產(chǎn)生的彎矩m1=12γωh2(t+h3)]]>m2=γωBht2t+B·t2+(h-Bh2t+B)t2t3γω12]]>m3=-13·B2·12·B2·γωBh2(2t+B)]]>土壓力產(chǎn)生的彎矩ms=-12kt2·γ′·t3]]>地基反力產(chǎn)生的彎矩若2γ′·t/Pmax≤1，則m=-12PmaxBi(B2-Bi3);]]>若2γ′·t/Pmax＞1，則m=-12(Pmax-Pmin)B(B2-B3);]]>根據(jù)∑M＝0，可得若2γ′·t/Pmax≤1，則Pb·(h+t)+γωh22(t+h3)+γωBht22(2t+B)+γωht23-γωBht23(2t+B)]]>-γωB3h48(2t+B)-kt3γ′6-γ′·tB(B2-2γ′·tB3Pmax)=0]]>令f2=Pb·(h+t)+γωh22(t+h3)+γωBht22(2t+B)+γωht23-γωBht23(2t+B)]]>-γωB3h48(2t+B)-kt3γ′6-γ′·tB(B2-2γ′·tB3Pmax)---(5-4)]]>若2γ′·t/Pmax＞1，則Pb·(h+t)+γωh22(t+h3)+γωBht22(2t+B)+γωht23-γωBht23(2t+B)]]>-γωB3h48(2t+B)-kt3γ′6-(Pmax-γ′·t)B26=0]]>令f2=Pb·(h+t)+γωh22(t+h3)+γωBht22(2t+B)+γωht23-γωBht23(2t+B)]]>-γωB3h48(2t+B)-kt3γ′6-(Pmax-γ′·t)B26---(5-5)]]>(4)試算程序根據(jù)力的平衡及彎矩平衡列出的方程組，可以求出在水深h和埋深t確定的情況下，倒“T”形閘壩基礎(chǔ)的最小底板寬度B，①要求橫向抵抗力大于等于橫向外力；②要求抵抗彎矩應(yīng)大于等于外力產(chǎn)生彎矩；c、彎矩計算取6個特征點，各點處的彎矩可由下列公式求出m0＝0m1=12γω(h3)2·13·h3+Pb·h3]]>m2=12γω(2h3)2·13·2h3+Pb·2h3]]>m3=12γωh213·h+Pb·h]]>m4=12γωh2(h3+t3)+12γω·2t3·h2t+B·t3·23·t3+γω(h-2t3·h2t+B)·t3·12·t3]]>-12kγ′·(t3)2·13·t3+Pb·(h+t3)]]>m5=12γωh2(h3+2t3)+12γω·4t3·h2t+B·2t3·23·2t3+γω(h-4t3·h2t+B)·2t3·12·2t3]]>-12kγ′·(2t3)2·13·2t3+Pb·(h+2t3)]]>m6=12γωh2(h3+t)+12γω·2t·h2t+B·t·23·t+γω(h-2t·h2t+B)·t·12·t]]>-12kγ′·(t)2·13·t+Pb·(h+t).]]>
全文摘要
本發(fā)明涉及一種閘壩基礎(chǔ)制做方法，具體為一種倒“T”形窄深式閘壩基礎(chǔ)制做方法。其特點是它包含水位(1)、壩(2)、地面線(3)、豎直基礎(chǔ)(4)、底板(5)，其特征在于在地面線(3)以上建壩(2)、地面線(3)以下建豎直基礎(chǔ)(4)，與豎直基礎(chǔ)(4)垂直建底板(5)，成為倒“T”形窄深式閘壩基礎(chǔ)。倒“T”形窄深式閘壩基礎(chǔ)的技術(shù)參數(shù)由下面給出a、水壓力計算各點處水頭如下A點p
文檔編號E02D27/40GK1807775SQ200610009670
公開日2006年7月26日 申請日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月26日
發(fā)明者于伯芳, 王秀芬, 張洪迪, 于雪梅, 韓雷 申請人:黑龍江省水利科學(xué)研究院