| 摘要：水库泥沙淤积在闸门前，会增大闸门启门力。如何通过模型试验确定有泥沙淤积时闸门启门力，本文对此进行了探讨。认为淤积在坝前的细颗粒泥沙多数情况下可当做宾汉体泥浆，根据坝前淤泥受力平衡条件，导出淤泥相似准则，并论述了模拟试验方法。
关键词：水库泥沙 闸门淤堵 启门力 泥浆 相似准则 模型试验
1 问题的提出
水库建成之后，随着泥沙淤积的不断发展，最终将会淤积到坝前。为了排泄坝前淤泥及维持水库长期使用库容，往往需要设置底孔。在底孔关闭期间，门前会有泥沙淤积[1]。淤积在门前的泥沙不仅增加了对闸门的水平压力，而且还增加了对闸门的附着力(粘结力)，导致闸门启门力增大。由于启门力是选择闸门启闭机容量的重要依据，所以泥沙淤积对闸门启门力的影响是设计人员所关注的重要问题之一。
在闸门前有泥沙淤积情况下，如何确定启门力，目前还几乎没有方法可循。工程设计中常常是在确定了清水启门力之后，然后考虑到门前泥沙淤积，再乘以一个大于1的系数，作为有泥沙淤积时的启门力，但该系数确定往往凭经验而定，带有相当的盲目性。文献[2]针对三门峡水库具体情况，曾给出一个有泥沙淤积时启门力经验公式，但在应用中也有一定的局限性。那么，解决该问题的另一途径就是模型试验。但由于模型试验中的一些关键技术问题至今未解决，如门前淤泥相似等，所以这方面的模型试验工作还未见诸报道，可以说还是一个空白。而工程设计又迫切需要模型试验研究人员提供有泥沙淤积时闸门启门力，因而尽早开展这方面的研究工作非常必要。本文对门前淤泥相似准则及模拟试验方法进行了探讨，以便能够更好地开展这方面研究工作，满足工程设计需要。
2 门前淤泥相似准则
粘性细颗粒淤泥，随着其固结程度，含水量不同，其所处的物理状态也不同。当淤泥未固结，含水量较多时，属于宾汉体泥浆。随着淤泥固结，含水量变小，其力学性质发生根本变化，不再具有泥浆性质，而属于土力学所研究的范围。淹没在水下的坝前粘性细颗粒新鲜淤积物多数情况下为宾汉体泥浆。文献[3]认为，如果淤泥的干容重在810kg/m3～1080kg/m3左右，那么就属于泥浆。表1统计了国内几座大型水库实测的坝前淤泥干容重[4]。可见，这些水库坝前淤泥大部分为泥浆。
对于处在静止状态下的泥浆，作用的外力同时有重力、粘结力及压力，而粘结力起主导作用。由于影响粘结力的因素十分复杂，目前还难以用理论关系式表达，但粘结力与切力之间存在如下关系[5]
τ＝Ptgφ＋C (1)
式中：τ为泥浆切应力；P为压强；为泥沙内摩擦角；C为单位面积的粘结力。
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