水利水電工程師考點（3）

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、揚壓力、動水壓力、水錘壓力、浪壓力、外水壓力、風荷載、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、校核洪水位時的靜水壓力。

靜水壓力、揚壓力、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靜水壓強的總和。

式中 L—平面的長度(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的作用點通過矩形平面ABEF的對稱軸O-O上，同時，靜水總壓力P的作用點還通過壓強分布圖的形心點Q。

三、揚壓力

揚壓力是指滲流場內(nèi)作用于計算截面以上的水壓強度的集合。以混凝土實體重力壩為例，取某計算截面以上的壩體部分為討論對象。

(-)壩底揚壓力

如圖1F411021-2(a)所示，庫水經(jīng)壩基向下游滲透時的揚壓力。

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。

揚壓力=浮托力+滲透壓力 取值范圍

當設(shè)有防滲帷幕，并在防滲帷幕后設(shè)排水孔幕時，壩底揚壓力分布中，浮托力近似按矩形分布，壓力強度為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為揚壓力折減系數(shù)，在壩趾處為0，中間按直線變化?！端そㄖ锖奢d設(shè)計規(guī)范》(DL

5077—1997)建議河床壩段α=0.25，岸坡壩段α=0.35。

(二)壩體揚壓力

作用于壩體各計算截面上的揚壓力，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、波速等。

五、動水壓力

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

六、冰壓力

冰壓力包括靜冰壓力和動冰壓力。

(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。當溫度回升時(仍低于0℃)，因冰蓋膨脹對建筑物表面產(chǎn)生的冰壓力稱為靜冰壓力。靜冰壓力的大小與冰層厚度，開始升溫時的氣溫及溫升率有關(guān)。

(二)動冰壓力

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