知识点：水工建筑物

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在工程设计上，当然没可能会有这么简单的情况。但基本原理仍是上面这个非常简单的模型。主要的困难之处，无非是求各种水平力、铅直力、力矩比较复杂而已。另外，就是要分各种工况，要使得结构在最不利的荷载组合的作用下也能保证安全。

比如重力坝的稳定，在水平方向，主要是静水压力、动水压力、浪压力、泥沙压力等，基本都是指向下游，对结构抗滑不利的，其合力就相当于图1的ΣP。

在铅直方向，竖直向下的，主要是重力，这对结构抗滑是有利的，重力坝只所以叫重力坝，原因也是因为主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求。另外还有竖直向上的，主要是扬压力，这是对结构抗滑不利的。
        
扬压力，其实是上浮力和渗透压力的合称。上浮力其实是由坝体下游水深产生的浮托力。单位长度的上浮力等于水的容重乘下游水深。渗透压力是在上、下游水位差作用下，水流通过基岩节理、裂隙而产生的向上的静水压力。单位长度的渗透压力，在上游端最大，等于水的容重乘以上、下游水头差，在下游端减小为0。
       
自重力和扬压力的合力，就相当于图1的ΣW。

水闸闸室稳定和泵站泵室稳定受力分析也基本类似，只不过因为形体比较复杂，像自重，需要分成几个部分计算，如闸墩闸底板自重、排架自重、闸门自重、启闭机自重等。水重也是自重的一部分，要以闸门为界分为两部分，不同的工况需要分开计算。

挡土墙的稳定就比较简单，有几种类型，最简单的类型也是重力式挡土墙，也是靠自重来抗滑。水平力主要是土压力，竖向力主要是重力。

作用在挡土墙上的土压力有三个特定值，即静止土压力、主动土压力和被动土压力。当墙绝对不动时，墙后土体作用于墙背上的土压力称为静止土压力。当墙向前有微小移动（离开土）或转动时，最后墙后土体达到主动极限平衡状态，土压力达最小值，称为主动土压力。当墙在外力作用下，产生向后的位移或转动，最后墙后土体达到被动极限平衡状态，土压力达最大值，称为被动土压力。主动土压力小于静止土压力小于被动土压力。
        
静止土压力比较简单，它的强度分布呈三角形，墙高为H的总土压力P0=1/2*γHK0，γ是土的容重，K0是静止土压力系数。
        
计算主动土压力和被动土压力则比较复杂，要用到土压力的两种计算理论，一是库伦理论，一是朗肯理论。具体公式参见《土力学》教材。对混凝土垂直墙背，库伦理论算得的主动土压力较合理，且较经济，被动土压力误差大；朗肯理论主动土压力比库伦理论计算得的偏大，但适用于悬臂式、扶墙式或L形挡土墙。
      
我们水工挡土墙，重力式挡土墙一般用库伦公式计算主动土压力，悬臂式、扶墙式挡土墙一般用朗肯公式计算主动土压力。

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