水力荷載

1F411020 水力學(xué)在水利水電工程中的應(yīng)用

1F411021 熟悉水力荷載

一、主要水力荷載

永久作用荷載、可變作用荷載和偶然作用荷載。

其中可變作用荷載包括：靜水壓力、揚(yáng)壓力、動(dòng)水壓力、水錘壓力、浪壓力、外水壓力、風(fēng)荷載、雪荷載、冰壓力、凍脹力、溫度荷載、土壤孔隙水壓力、灌漿壓力等;

偶然作用荷載包括：地震作用、校核洪水位時(shí)的靜水壓力。

靜水壓力、揚(yáng)壓力、浪壓力和冰壓力是水工建筑物上所承受的主要水力荷載。

二、靜水壓力

靜水壓力分為作用于平面上和曲面上的靜水總壓力兩種情況。

其中作用在矩形平面上的靜水總壓力的大小，等于分布在平面上各點(diǎn)靜水壓強(qiáng)的總和。

式中 L—平面的長(zhǎng)度(m);

b平面的寬度(m);

γ水的重度(kN/m');

h1、h2——傾斜放置的矩形平面的頂面和底面距水面的深度(m)。

靜水總壓力P的作用點(diǎn)通過(guò)矩形平面ABEF的對(duì)稱軸O-O上，同時(shí)，靜水總壓力P的作用點(diǎn)還通過(guò)壓強(qiáng)分布圖的形心點(diǎn)Q。

三、揚(yáng)壓力

揚(yáng)壓力是指滲流場(chǎng)內(nèi)作用于計(jì)算截面以上的水壓強(qiáng)度的集合。以混凝土實(shí)體重力壩為例，取某計(jì)算截面以上的壩體部分為討論對(duì)象。

(-)壩底揚(yáng)壓力

如圖1F411021-2(a)所示，庫(kù)水經(jīng)壩基向下游滲透時(shí)的揚(yáng)壓力。

浮托力——矩形abcd部分是下游水深H，形成的上舉力。

滲透壓力——多邊形cdef部分是由上下游水位差形成的滲透水流產(chǎn)生的上舉力。

揚(yáng)壓力=浮托力+滲透壓力 取值范圍

當(dāng)設(shè)有防滲帷幕，并在防滲帷幕后設(shè)排水孔幕時(shí)，壩底揚(yáng)壓力分布中，浮托力近似按矩形分布，壓力強(qiáng)度為γH2;滲透壓力呈折線分布，在壩踵處為全水頭γ(H1一H2)=γH，在排水幕處為αγH，α為揚(yáng)壓力折減系數(shù)，在壩趾處為0，中間按直線變化。《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL

5077—1997)建議河床壩段α=0.25，岸坡壩段α=0.35。

(二)壩體揚(yáng)壓力

作用于壩體各計(jì)算截面上的揚(yáng)壓力，如圖1F411021-2(b)所示，因壩身排水管幕有降低滲壓的作用，《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL

5077—1997)建議在排水幕處折減系數(shù)α=0.2。

四、浪壓力

因波浪對(duì)水工建筑物臨水面形成的浪壓力與波浪的幾何要素直接相關(guān)。波浪的幾何要素包括波高、波長(zhǎng)、波速等。

五、動(dòng)水壓力

溢流壩泄水時(shí)，在溢流面上作用有動(dòng)水壓力。壩頂曲線段和直線段上的動(dòng)水壓力很小，可忽略不計(jì)。在反弧段上，可根據(jù)水流的動(dòng)量方程求解動(dòng)水壓力。

六、冰壓力

冰壓力包括靜冰壓力和動(dòng)冰壓力。

(一)靜冰壓力

在寒冷地區(qū)的冬季，水面結(jié)冰的厚度自數(shù)厘米至lm以上。當(dāng)溫度回升時(shí)(仍低于0℃)，因冰蓋膨脹對(duì)建筑物表面產(chǎn)生的冰壓力稱為靜冰壓力。靜冰壓力的大小與冰層厚度，開始升溫時(shí)的氣溫及溫升率有關(guān)。

(二)動(dòng)冰壓力

冰蓋解凍后，冰塊隨水流漂移，撞到建筑物上而產(chǎn)生的撞擊力稱為動(dòng)冰壓力。