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扬压力

渗入建筑物及其地基的水,对某一水平计算断面所作用的荷载。当上下游水位相同时,下游水位以下的计算断面各点上的水压强度为γH2,称为浮托力,γ为水的容重,H2为计算点至下游水面的铅直距离。当上游水位升高时,在水位差H作用下,建筑物内和地基内将有渗流发生,对该计算断面又产生渗透压力。浮托力、渗透压力和扬压力,有时指压力强度,也有时指断面上的全压力。是浮托力和渗透压力的和。

渗入建筑物及其地基的水,对某一水平计算断面所作用的荷载。当上下游水位相同时,下游水位以下的计算断面各点上的水压强度为γH2,称为浮托力,γ为水的容重,H2为计算点至下游水面的铅直距离。当上游水位升高时,在水位差H作用下,建筑物内和地基内将有渗流发生,对该计算断面又产生渗透压力。浮托力、渗透压力和扬压力,有时指压力强度,也有时指断面上的全压力。是浮托力和渗透压力的和。它减轻建筑物及地基的有效重量,不利于建筑物的稳定。扬压力是挡水建筑物的一项很重要的荷载,但直至19世纪末期,随着一些挡水建筑物的失事,人们才开始对它有较明确的认识。

渗流对建筑物的荷载以及所产生的应力,理论上应通过渗流计算确定建筑物各处的渗透力(属于体积力),然后再运用弹塑性理论的解析法或有限单元法进行计算,但比较复杂。实际设计时,常将渗流荷载简化为垂直作用于计算断面上的表面力,对于某一水平计算断面来说,也就是简化为扬压力,这样既能简化计算,一般也能满足设计需要。

为了减小扬压力,提高建筑物的稳定性,常在建筑物内或地基内设阻水和排水设施。例如,对于混凝土重力坝,常在上游坝面设一层抗渗标号较高的混凝土或其它材料的防渗层,防渗层后设排水管和排水廊道;在岩石坝基内则常设防渗帷幕和排水孔、排水廊道等(图1)。对于土基,常设防渗铺盖、板桩(或截水墙)和基面排水系统(图2)。

图1为建在岩基上的混凝土实体重力坝,坝身混凝土的孔隙和坝基岩体节理裂隙分布一般都不规则,难以求得扬压力的准确分布,通常假定扬压力从上游到下游呈直线变化。图中虚线NM和EC分别表示未设防渗和排水设施时坝身某水平断面PM和坝底面AB的扬压力分布线。实折线N OM和EFC分别表示设防渗和排水设施后PM和AB断面上的扬压力分布线。各转折点的扬压力强度如图所示,水头折减系数α1、α2值的选取可参考各国混凝土重力坝设计规范。根据分布线即可求得断面上任一点的扬压力和断面上的总扬压力。图2为建在土基上的水闸,图下方为采取防渗和排水措施后闸底轮廓线上的渗透压力分布线,可用流体力学法、勃莱法、莱茵法、流网法阻力系数法等计算求得;也可通过试验求得。

图1 岩基上混凝土重力坝的扬压力

图2 土基上水闸的扬压力

采用防渗设施封闭建筑物底以下的地基四周,内设排水及其抽水设施,可以有效地减少浮托力。在中国的一些重力坝设计中已经采用,效果良好。但防渗、排水、抽水设备及其电源须绝对可靠,必要时要设置备用电源。但要注意,减少浮托力的某些措施,如设置下游板桩,对降低渗透压力往往是不利的。