扬压力

编辑:互学吧互动百科 时间:2019-10-31 09:07:40
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扬压力,建筑学术语,指建筑物及其地基内的渗水,对某一水平计算截面的浮托力与渗透压力之和。
挡水建筑物的扬压力是在上下游净水头作用下形成的渗流场产生的,是静水压力派生出来的荷载。详见[1]  条文说明8.1。
中文名
扬压力
外文名
uplift pressure
性    质
建筑学术语
包    括
上浮力以及渗流压力

扬压力危害

扬压力是一个铅直向上的力,它减小了重力坝作用在地基上的有效压力,从而降低了坝底的抗滑力。同时,坝体内也产生扬压力,从而影响了坝体内的应力分布。 减小扬压力的措施:为了减小坝底扬压力,提高坝的稳定性,通常采用坝基防渗帷幕以减少渗透途径,消耗坝底的渗透水头,并在防渗帷幕后设排水孔幕,以释放剩余水头。为了减小坝体内的扬压力,通常将坝体上游坝面3~5m范围内的材料的防渗性能提高,以形成防渗层,在防渗层后面再设置排水管。
扬压力包括上浮力以及渗流压力。上浮力是由坝体下游水深产生的,渗流压力是由上下游水头产生的。在水头的作用下,水流通过裂隙、软弱破碎带而产生的向上的静水压力。[2] 

扬压力岩基上扬压力

对于岩基上的混凝土坝,扬压力是假定混凝土和基岩均不透水,由于水渗入建筑物和地基内的水平或接近水平的洁面(含裂缝、建基面的接触缝和坝体的水平施工缝)而产生的作用在锋面上的面力。一般把渗水作用在缓倾角裂隙面或夹层面上的面力也叫扬压力。实际上,混凝土和基岩都是透水材料,渗流水通过材料孔隙形成对材料骨架的作用力,是一种体积力。只有当缝隙的透水性远大于坝体和岩体的透水性时,上述假定才接近实际。实践表明,在抗滑稳定计算的刚体极限平衡法和应力分析的材料力学法中,把渗流水对建筑物的作用按面力来处理是一种近似但能基本满足要求的方法。

扬压力扬压力的计算

扬压力是浮托力和渗透压力的总和。浮托力强度为水的容重与截面所承受的下游水头的乘积;渗透压力强度则各点不同,截面的上游断点处最大,等于水的重度与上下游的水位差的乘积,下游端点处为零。扬压力将减少建筑物有效重量,降低抗滑能力,因而它是一种不利荷载。为此,常在建筑物及其地基内设置阻渗和排水设施以减小扬压力。通常在坝踵附近的基岩内灌浆形成防渗帷幕,并在防渗帷幕的下游侧钻孔形成排水帷幕;在距上游坝面3~5m处设置坝身孔,有时还在孔前采用抗渗能力较强的混凝土形成防渗层。当下游尾水位较高、浮托力较大时,可采用抽排降压措施,以减小浮托力。对于土基,常在坝踵或闸的上游端附近采用防渗措施,如铺盖、板桩、混凝土防渗墙以及灌浆帷幕等;常用的排水措施为连续的基面排水。
采用有限单元法计算岩基上重力坝的变形和应力时,若假定坝体和坝基均为透水体,通过渗流计算可得坝体和坝基不同位置的渗流体积力,称为渗透力,以等效渗流荷载作用在渗流域的结点上,不再计算扬压力。
用分项系数极限状态设计法进行设计,根据中国DL 5077-1997规定,计算截面上的扬压力分布图形中的矩形部分的合力为浮托力代表值,作用分项系数采用1.0;其余部分的合力为渗透压力为代表值,作用分项系数采用:实体重力坝1.2,宽缝重力坝、大头支墩坝、空腹重力坝及拱坝1.1.

扬压力历史发展

早在1882年,英国的G.F.迪肯就已认识到扬压力的存在。1885年法国的布泽(Bouzey)坝失事,进一步证实了扬压力的存在。1882~1891年英国建造高41m的凡威(Vyrnwy)坝,就在坝内设置了碎石排水孔系统以降低扬压力。第一座在设计中考虑扬压力的重力坝是1990~1906年美国建造的沃楚西特(Wachgusett)坝。此后100多年来,人们虽已在这方面做了不少工作,但岩基上混凝土坝坝底的扬压力分布、作用面积以及如何控制等问题,仍有待于进一步探讨。特别是作用面积问题,20世纪60年代各国的坝工规范均采用1.0的有效作用面积系数,但在20世纪70年代,原苏联通过分析研究并进行大面积的原型观测,在1977年颁发的规范规定岩基上的混凝土坝采用0.5的有效作用面积系数,因而这一问题还有深入探索的必要。[3] 
参考资料
  • 1.    DL5077-1997《水工建筑物荷载设计规范》
  • 2.    林继镛.水工建筑物:中国水利出版社,2011:34
  • 3.    《中国水利百科全书》编辑委员会.中国水利百科全书:中国水利水电出版社,2006年 :1585
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水利部发展研究中心 自然学科 水利