江河大堤与水库大坝

?一般江河大堤和水库大坝的横截面如图1甲、乙所示．

图1

比较上面两图，不难发现，它们的共同之处都是上窄下宽，不同的是江河堤的迎水面坡度缓，背水面坡度陡，而水库坝则恰恰相反，挡水面坡度陡，背水面坡度缓．

一、为什么江河大提与水库大坝都修成上窄下宽

无论是江河大堤，还是水库大坝都修成上窄下宽，其目的主要是为了“三防”．

1．防水压

根据液体内部压强公式ｐ＝ρｇｈ可知，堤坝内的水越靠近堤坝底，水深ｈ越大，水产生的压强也越大．堤坝下宽能承受较大的水压，确保堤坝的安全．

2．防渗漏

堤坝下部受水的压强越大，水越容易渗进坝体．把下部修得宽些，就可以延长堤坝内水的渗透路径，增大渗透阻力，从而提高堤坝的防渗透性能．

3．防滑动

堤坝内水的压力总有将大堤向外水平推动和将大坝推向下游的运动趋势，堤坝基底需要有与之抗衡的静摩擦力，才能保持堤坝平衡．将堤坝下部修宽既可增大坝体的重力，也可增大迎水面（挡水面）上水对坝体竖直向下的压力，因此，可以增强坝体与坝基间的最大静摩擦力，达到防止堤坝滑动的目的．

二、为什么江河大堤和水库大坝两边的坡度陡缓状况修得恰恰相反

对于两岸拦水的大堤来说，奔腾的江河水的冲击力方向朝下游，水对堤坝的作用力主要是压力，如图2甲、乙所示，水的压力垂直于堤面，根据力的分解知识有，Ｆｘ＝Ｆｓｉｎθ，Ｆｙ＝Ｆｃｏｓθ，因此，对于同样大小的水的压力Ｆ，坡度平缓的堤面所受横向水平压力较小，即Ｆｘ＜Ｆｘ′；所受竖直向下的压力较大，即Ｆｙ＞Ｆｙ′．所以对于江河大堤，迎水面坡度缓，水对大堤水平向外的推力Ｆｘ小．同时竖直向下的力Ｆｙ大，有利于增大堤坝基底与堤坝的静摩擦力，即可以防滑．

图2

图3

图4

对于水库大坝受力分析，如图3所示，根据液体压强公式ｐ＝ρｇｈ，水库大坝的挡水面各处承受的压强跟水深成正比，呈三角形分布，故总水压力通过压强的三角形分布距坝底Ｈ／3．设水库大坝的总重力为Ｇ，重心在Ｏ′处，为便于分析，设水库中水对大坝的总压力Ｆ水平向外（大坝外侧），如图4所示．因受水的压力Ｆ的作用，坝体会以水库外侧大坝的坝脚Ｏ为支点有沿顺时针方向倾覆的趋势，其倾覆力矩为ＭＦ＝Ｆ×Ｈ／3．而大坝依靠自身的重力Ｇ产生的抗倾覆力矩ＭG＝Ｇｄ．把坝体修得沿背水面坡度缓一些，能够达到既增大重力，又增大力臂ｄ的效果，从而达到增大抗倾覆力矩ＭG的效果．

由此可见，在不增加建设大堤和大坝的土石方，用料及造价相同的前提下，迎水面比背水面缓的江河大堤更牢固，挡水面比背水面陡的水库大坝更稳定．