長江三峽大壩建成上窄下寬,其目的主要是為了“三防”.
1. 防水壓
根據液體內部壓強公式p=ρgh可知,堤壩內的水越靠近堤壩底,水深h越大,水產生的壓強也越大.堤壩下寬能承受較大的水壓,確保堤壩的安全.
2. 防滲漏
堤壩下部受水的壓強越大,水越容易滲進壩體.把下部修得寬些,就可以延長堤壩內水的滲透路徑,增大滲透阻力,從而提高堤壩的防滲透效能.
3.防滑動
堤壩內水的壓力總有將大堤向外水平推動和將大壩推向下游的運動趨勢,堤壩基底需要有與之抗衡的靜摩擦力,才能保持堤壩平衡.將堤壩下部修寬既可增大壩體的重力,也可增大迎水面(擋水面)上水對壩體豎直向下的壓力,因此,可以增強壩體與壩基間的最大靜摩擦力,達到防止堤壩滑動的目的.
二、為什麼江河大堤和水庫大壩兩邊的坡度陡緩狀況修得恰恰相反
對於兩岸攔水的大堤來說,奔騰的江河水的衝擊力方向朝下游,水對堤壩的作用力主要是壓力,如圖2甲、乙所示,水的壓力垂直於堤面,根據力的分解知識有,Fx=Fsinθ,Fy=Fcosθ,因此,對於同樣大小的水的壓力F,坡度平緩的堤面所受橫向水平壓力較小,即Fx<Fx′;所受豎直向下的壓力較大,即Fy>Fy′.所以對於江河大堤,迎水面坡度緩,水對大堤水平向外的推力Fx小.同時豎直向下的力Fy大,有利於增大堤壩基底與堤壩的靜摩擦力,即可以防滑.
對於水庫大壩受力分析,根據液體壓強公式p=ρgh,水庫大壩的擋水面各處承受的壓強跟水深成正比,呈三角形分佈,故總水壓力透過壓強的三角形分佈距壩底H/3.設水庫大壩的總重力為G,重心在O′處,為便於分析,設水庫中水對大壩的總壓力F水平向外(大壩外側).因受水的壓力F的作用,壩體會以水庫外側大壩的壩腳O為支點有沿順時針方向傾覆的趨勢,其傾覆力矩為MF=F×H/3.而大壩依靠自身的重力G產生的抗傾覆力矩MG=Gd.把壩體修得沿背水面坡度緩一些,能夠達到既增大重力,又增大力臂d的效果,從而達到增大抗傾覆力矩MG的效果.
由此可見,在不增加建設大堤和大壩的土石方,用料及造價相同的前提下,迎水面比背水面緩的江河大堤更牢固,擋水面比背水面陡的水庫大壩更穩定.
長江三峽大壩建成上窄下寬,其目的主要是為了“三防”.
1. 防水壓
根據液體內部壓強公式p=ρgh可知,堤壩內的水越靠近堤壩底,水深h越大,水產生的壓強也越大.堤壩下寬能承受較大的水壓,確保堤壩的安全.
2. 防滲漏
堤壩下部受水的壓強越大,水越容易滲進壩體.把下部修得寬些,就可以延長堤壩內水的滲透路徑,增大滲透阻力,從而提高堤壩的防滲透效能.
3.防滑動
堤壩內水的壓力總有將大堤向外水平推動和將大壩推向下游的運動趨勢,堤壩基底需要有與之抗衡的靜摩擦力,才能保持堤壩平衡.將堤壩下部修寬既可增大壩體的重力,也可增大迎水面(擋水面)上水對壩體豎直向下的壓力,因此,可以增強壩體與壩基間的最大靜摩擦力,達到防止堤壩滑動的目的.
二、為什麼江河大堤和水庫大壩兩邊的坡度陡緩狀況修得恰恰相反
對於兩岸攔水的大堤來說,奔騰的江河水的衝擊力方向朝下游,水對堤壩的作用力主要是壓力,如圖2甲、乙所示,水的壓力垂直於堤面,根據力的分解知識有,Fx=Fsinθ,Fy=Fcosθ,因此,對於同樣大小的水的壓力F,坡度平緩的堤面所受橫向水平壓力較小,即Fx<Fx′;所受豎直向下的壓力較大,即Fy>Fy′.所以對於江河大堤,迎水面坡度緩,水對大堤水平向外的推力Fx小.同時豎直向下的力Fy大,有利於增大堤壩基底與堤壩的靜摩擦力,即可以防滑.
對於水庫大壩受力分析,根據液體壓強公式p=ρgh,水庫大壩的擋水面各處承受的壓強跟水深成正比,呈三角形分佈,故總水壓力透過壓強的三角形分佈距壩底H/3.設水庫大壩的總重力為G,重心在O′處,為便於分析,設水庫中水對大壩的總壓力F水平向外(大壩外側).因受水的壓力F的作用,壩體會以水庫外側大壩的壩腳O為支點有沿順時針方向傾覆的趨勢,其傾覆力矩為MF=F×H/3.而大壩依靠自身的重力G產生的抗傾覆力矩MG=Gd.把壩體修得沿背水面坡度緩一些,能夠達到既增大重力,又增大力臂d的效果,從而達到增大抗傾覆力矩MG的效果.
由此可見,在不增加建設大堤和大壩的土石方,用料及造價相同的前提下,迎水面比背水面緩的江河大堤更牢固,擋水面比背水面陡的水庫大壩更穩定.