防洪减灾中力学现象

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1、理论力学研究性实验报告同济大学防洪减灾中的力学现象周金龙学号：033741专业：土木工程班级：6任课教师：温建明摘要：本文结合1998年我国长江流域的特大洪水，探讨防洪减灾工作中力学的应用，主要对防洪大坝进行力学分析，确定其可靠性。关键词：荷载；稳定；管涌 1998年夏季，中国南方罕见的多雨。持续不断的大雨以逼人的气势铺天盖地地压向长江，使长江无须臾喘息之机地经历了自1954年以来最大的洪水。洪水一泻千里，几乎全流域泛滥。加上东北的松花江、嫩江泛滥，中国全国包括受灾最重的江西、湖南、湖北、黑龙江四省，共有29个省、市、自治区都遭受了这场无妄之灾，受灾人数

2、上亿，近500万所房屋倒塌，2000多万公顷土地被淹，经济损失达1600多亿元人民币。一、长江荆江段防洪的科学决策长江荆江段是防洪中最困难的一段，1954年当水位到达44.4m是实行炸堤分洪，1998年长江第六次洪峰来临时，预计水位将到达45m以上，要不要分洪成为摆在抗洪决策者面前的重大问题。预测最高水位在45．20米至45．30米之间，水量比荆江大堤的正常抗御能力约多4亿立方米。荆江分洪区蓄洪量为54亿立方米，为多出的4亿立方米洪水去动用分洪区未免可惜。水利专家组用“有限单元法”，对大堤的体积渗透计算，确定的安全系数为1．5，照这一系数推定，沙市水位就

3、是涨到45．30米，也可以坚持对大堤严防死守，不用分洪。荆江水位大大超过分洪点而没有炸坝分洪。科学的决策终将滔滔的洪水挡在堤内。准备充分的二线预案为决策提供了保障。下游洪湖、监利等要害地带虽然也形势紧张，但没有大的险情。加之荆江大堤沿线尚有许多大的民垸没有动用，二线预案若大堤发生险情，可先使用这些大民垸蓄洪，这也要比使用荆江分洪区有利。中国科学院遥感应用研究所从1996年开始进行的全国洪涝灾害监测系统的大量监测数据也为这次保堤起到了一定的作用。8月15日的监测数据表明洞庭湖的水淹面积在减少，这就意味着下游的蓄洪能力留有余地，江水下泄将会更通畅一些。二、防

4、洪大坝的力学分析（一）、作用于大坝上的主要作用力有：1、自重坝体自重是大坝的主要荷载。（1）、地基任意一点的铅直正应力，其中为岩体容重，h为计算点在地面以下的深度。（2）、水平正应力为，其中为侧压力系数。理论力学研究性实验报告同济大学（3）、剪应力。1、水及渗透水的作用（1）、静水压力静水压力，其中h为水面以下的深度，为谁的容重，一般取9.81KN/,水深为H时，单位宽度上的水平静水压力，斜面折面曲面承受的总水平压力，除水平静水压力以外，还应记入其垂直分力（及水的重力和上浮力）。（2）、动水压力当水流流经曲面，由于流向的改变会在该处产生水压力。有动量方程

5、可以求得单宽反弧段上的动水压力分量：；其中、为总动水压力的水平和铅直分量，它们的合作用点近似取在反弧中点；为反弧最低点两侧弧段所对的中心角；q为单宽流量；为水的容重；g为重力加速度；V为水的流速。（3）、渗透水压力（较复杂省略）（4）、渗透动水压力水流渗过土坝及地基，对单位土体作用的体积力为，其中J为渗透破降，为水的容重。2、波浪作用，土压力及泥沙压力，冰压力和冰冻作用温度作用等等（二）、用最简单的力学模型来分析大坝的稳定程度理论力学研究性实验报告同济大学以上分析的作用在大坝上的各个力简化为水平力和竖直立，一般来说它们作用在大坝坝身的各个点上，并且个点所

6、收的作用力军不相同，进一步简化，在同平行于横轴的任意直线上力的大小与作用点与O点的距离x成反比，例如在某一点A上的水平作用力f他的大小可简化的表示为，则f对o点的力矩为。所有水平力对O点产生的合力矩为，0大坝自身的重力距，所有竖直力对O点的力矩合，当时，大坝会保持平衡不倾斜。三、九江大堤的溃堤与管涌现象1998年长江洪水险情以渗流险情最为普遍，沿长江6000余处险情中就有400余处属渗流险情。其中管涌被视为险中之险。如果冒砂管涌洞口出现在堤内脚附近，外侧江水面有游涡迹象，自然以迅速在外侧堵漏为上策。但如果管涌险情离堤很远，就只有在管涌出口导滤压盖了。此时

7、除压盖备料应符合拦砂不阻水的原则外，还得设法判别管涌险情是否会继续发展影响大堤的安全。管涌的力学原理是，长江处于高水位状态，由于水位的增高，水对大堤根部压力也随之增大，地下水经大坝的渗流也会加大，渗流过程中原来松软的沙土会随渗硫水一起带走，渗流的通道越来越大，最后从大堤底部彻底瓦解整个大堤。由于关永刚开始时都发生在大堤底部和远离大堤顶部的护坡地带，不易引起人们重视，人们注意力主要集中在子堤上，一旦发生大的管涌，往往已经来不及了，九江的这次教训是十分惨痛的。一般远离堤脚150米左右发生管涌应不影响大堤安全。而且渗流趋向管涌洞口是三维问题，在洞口处周边的水力

8、坡降急剧变陡，扰动基砂范围，将不会很远。同时在逐步扩大洞口或冲出基砂的过程中，水