1   人們認(rèn)識(shí)揚(yáng)壓力的曲折歷程
 
    揚(yáng)壓力是水工建筑物的一項(xiàng)重要荷載。
    本文主要談?wù)剮r基上重力壩的揚(yáng)壓力。
    現(xiàn)在在重力壩的設(shè)計(jì)工作中，按規(guī)范確定設(shè)計(jì)揚(yáng)壓力的方法看來是很簡(jiǎn)單的。然而，這一“簡(jiǎn)單的”方法，卻是人們?cè)诮?jīng)歷了對(duì)揚(yáng)壓力復(fù)雜而曲折的探索歷程之后才獲得的。
    人們對(duì)揚(yáng)壓力的認(rèn)識(shí)，從無所知到有所知，從對(duì)它有模糊的概念到進(jìn)行較準(zhǔn)確的計(jì)算，已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的漫長(zhǎng)時(shí)期。這是揚(yáng)壓力與作用在壩體上其他荷載如壩體自重等迥然不同之處。甚至到了今天，我們對(duì)揚(yáng)壓力的認(rèn)識(shí)也并非進(jìn)入到了自由王國(guó)的境界，還有有待進(jìn)一步研究的問題。
    從歷史的角度看，人們對(duì)揚(yáng)壓力這一重要荷載的認(rèn)識(shí)過程，大體上可分為以下三個(gè)階段：
    
    （1） 無所知階段——1882年以前
    
    1882年以前，揚(yáng)壓力這一特殊荷載尚不為人所知。盡管19世紀(jì)中葉以后，水壩的發(fā)展已進(jìn)入近代壩階段，開始用理論指導(dǎo)設(shè)計(jì)。繼法國(guó)富倫斯 (Furens) 壩之后，還建成了一批近代重力壩。然而這些壩的設(shè)計(jì)竟然均沒有考慮揚(yáng)壓力。但又值得注意的是，這些壩的絕大多數(shù)又并未因沒有考慮揚(yáng)壓力而失事。這一事實(shí)后來竟成了某些人 [ 如韋格曼(Wegmann, E.) ] 懷疑揚(yáng)壓力是否真的存在的理由。實(shí)際上這些近代壩的絕大多數(shù)之所以能安全運(yùn)行，明顯的是由于其他因素在當(dāng)時(shí)使壩體產(chǎn)生了安全裕度，從而彌補(bǔ)了沒有考慮揚(yáng)壓力所帶來的危險(xiǎn)，如當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)壩體時(shí)所采用的容許應(yīng)力值就很低。
    
    （2） 裂縫理論階段——1882年至20世紀(jì)30年代

    英國(guó)工程師迪肯 (Deacon,G.F.) 在1882年最先提出了揚(yáng)壓力的概念。但是，迪肯的這一重要發(fā)現(xiàn)在當(dāng)時(shí)并未引起廣泛重視，只是在英國(guó)國(guó)內(nèi)的壩工建設(shè)中有意在壩內(nèi)設(shè)置了碎石排水管系統(tǒng)以降低壩身?yè)P(yáng)壓力，如1882～1891年建成的凡威 (Vyrnwy) 壩就采用了這種措施。該壩用于利物浦城市供水，壩高41.5m，長(zhǎng)411.5m，是世界第一座在設(shè)計(jì)中考慮了壩身?yè)P(yáng)壓力的大壩，如圖1所示。

                                   圖1  凡威壩(引自R.B.Jansen)

    揚(yáng)壓力真正被人們引起注意，倒要“歸功”于以下三座水壩的失事：
    1） 1895年法國(guó)布澤衣 (Bouzey) 壩的失事。
    2） 1900年4月7日美國(guó)得克薩斯州的奧斯汀 (Austin) 壩的失事。
    3） 1911年9月30日美國(guó)賓夕法尼亞州的奧斯?。ˋustin）壩的失事。(注:此條所指的壩與第2條所指的壩同名,都稱奧斯汀壩。)
    這三座水壩的失事促使人們不得不重新評(píng)價(jià)當(dāng)時(shí)的壩工設(shè)計(jì)理論與方法，其中包括是否應(yīng)考慮揚(yáng)壓力的問題。布澤衣壩失事后，利維 (Levy,M.) 就立即分析了該壩失事的原因，并在當(dāng)年8月5日向法國(guó)科學(xué)院呈交了一份報(bào)告，明確指出在該壩的上游面裂縫中存在有揚(yáng)壓力，并提出了一條有關(guān)砌石重力壩的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，這就是著名的“利維準(zhǔn)則”。這一準(zhǔn)則的內(nèi)容是：為了防止庫(kù)水滲入壩內(nèi)產(chǎn)生揚(yáng)壓力，砌石重力壩上游面某點(diǎn)的壓應(yīng)力必須大于同一高程上的水庫(kù)水壓力。換句話說，砌石壩本來是不透水的，因而也不存在揚(yáng)壓力，只有一旦出現(xiàn)裂縫并滲進(jìn)了水，壩體才產(chǎn)生揚(yáng)壓力；而如果上游面的壓應(yīng)力大于同一高程上的水壓力，就不致出現(xiàn)裂縫，因而也就不會(huì)有揚(yáng)壓力作用于壩體了。現(xiàn)在看來，利維所要求的上述條件過于保守，以致過去許多年間用這一準(zhǔn)則所設(shè)計(jì)的重力壩都造成了巨大的浪費(fèi)。
    與此同時(shí)，鑒于布澤衣壩的失事，美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)的范伯恩 (Van Buren,J.D.) 就建議：在設(shè)計(jì)砌石重力壩時(shí)，整個(gè)壩基都應(yīng)
考慮作用有其值等于水庫(kù)靜水壓力的揚(yáng)壓力；對(duì)壩內(nèi)任一水平截面，也按這一原理處理。范伯恩曾經(jīng)應(yīng)用他的這一建議設(shè)計(jì)過一座砌石壩，壩高為76m，而壩底寬竟達(dá)107m。
    后來的工程師們都采用了比范伯恩建議小的揚(yáng)壓力值。在美國(guó)馬薩諸塞州，于1900～1906年建造的為波士頓給水工程服務(wù)的瓦丘塞特 (Wachusett) 壩的設(shè)計(jì)中，美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)前主席斯特恩斯 (Frederic P. Stearns) 也曾假定在整個(gè)壩基上都作用有揚(yáng)壓力，但在上游壩踵處等于庫(kù)水壓力的三分之二，然后均勻減小到下游壩趾處為零。瓦丘塞特壩是世界上第一座在設(shè)計(jì)中考慮了壩基揚(yáng)壓力的砌石重力壩，壩高62.5m，壩頂長(zhǎng)288m，用于供水與發(fā)電，圖2是其下游立視圖。壩后是一個(gè)水池，景觀秀麗。
 

                   圖2  瓦丘塞特壩下游立視圖 (引自en.structurae.de)
  
    在這一階段，人們對(duì)揚(yáng)壓力的認(rèn)識(shí)雖然取得了一定的進(jìn)展，但直到20世紀(jì)30年代還處于一種半信半疑的狀況，這反映在當(dāng)時(shí)的權(quán)威著作韋格曼的《壩的設(shè)計(jì)與施工》(The Design and Construction of Dams)一書中。韋格曼在該書中指出：盡管當(dāng)時(shí)人們認(rèn)識(shí)到有揚(yáng)壓力存在，可是自1860年之后在世界各地修建的40多座高于21m的砌石壩都是成功的，它們?cè)谠O(shè)計(jì)中并未考慮揚(yáng)壓力。韋格曼還認(rèn)為，上述三座失事的壩 (這三座壩均低于21m)，如果要將其失事的原因歸咎于揚(yáng)壓力的話，那也主要是因?yàn)檫@三座壩的地基太差。也就是說，如果地基堅(jiān)硬完整的話，是不會(huì)因?yàn)閾P(yáng)壓力而失事的。
    在這一階段，人們對(duì)揚(yáng)壓力的認(rèn)識(shí)有一個(gè)共同點(diǎn)：認(rèn)為只有當(dāng)壩體或地基事先存在有裂縫，才會(huì)在滲水之后在裂縫中產(chǎn)生揚(yáng)壓力——我們不妨稱之為“裂縫理論”。這種理論持續(xù)到20世紀(jì)30年代才為新的理論所替代。持這種理論的人除上述的利維和韋格曼之外，還有雷克斐爾德 (Lieckefeldt) 和林克 (Link)。此外，還有旭克利許 (Schoklitsch,A.)，他在20世紀(jì)20年代末，對(duì)揚(yáng)壓力問題提出了如下灼見，可作為裂縫理論的一個(gè)總結(jié)：
    1） 對(duì)于所設(shè)計(jì)的重力壩，如果能絕對(duì)保證在壩面不出現(xiàn)拉應(yīng)力，則不會(huì)有裂縫，因而水就無法滲進(jìn)去。因此，設(shè)計(jì)完善的壩，就可以不考慮揚(yáng)壓力。不過為了特別慎重起見，還是在壩體內(nèi)設(shè)置排水管為好，以排出萬一滲進(jìn)去的滲水。
    2） 如無特殊的防滲措施，庫(kù)水很容易滲進(jìn)到壩與地基的交界面中。因此，要考慮壩基的揚(yáng)壓力。壩基揚(yáng)壓力的分布圖與交界面中的滲水在壩趾處是否能自由出流有關(guān)。如果能自由出流，則呈三角形分布，上游起點(diǎn)處的揚(yáng)壓力即等于庫(kù)水壓力，直線減少到壩趾處為零，如圖3中ABC所示。如不能自由出流，則呈矩形分布，即整個(gè)壩基斷面均作用有其值等于庫(kù)水壓力的揚(yáng)壓力，如圖3中ABDC所示。
          
                    

                                圖3  旭克利許建議的揚(yáng)壓力分布圖

    3） 揚(yáng)壓力中超過由壩身自重和水壓力所引起的壩底反力（壩底反力如圖3中AEC所示）的部分，謂之“有效揚(yáng)壓力”。有效揚(yáng)壓力與揚(yáng)壓力的分布圖形有關(guān)：對(duì)于三角形分布的揚(yáng)壓力，有效揚(yáng)壓力為ABF；對(duì)于矩形分布的揚(yáng)壓力，有效揚(yáng)壓力為ABG。兩者相差部分BFG較小。因此，揚(yáng)壓力的分布究竟如何，關(guān)系不很大，并不像過去所想象的那么嚴(yán)重。
    4） 為降低揚(yáng)壓力，可采取排水、灌漿等措施。
    5） 揚(yáng)壓力的存在，可使壩體所受合力向下游偏移，因而將改變壩底應(yīng)力分布。
    旭克利許在上述第2）點(diǎn)中所說的揚(yáng)壓力呈矩形分布論點(diǎn)，在今天看來似乎已無什么實(shí)際意義，但給了我們一個(gè)重要的啟示：壩與地基交界面的下游端以及壩趾處地基都要保證滲水自由出流，否則揚(yáng)壓力確有可能增大乃至大到沿壩底呈矩形分布的程度。

    （3）孔隙理論階段——20世紀(jì)30年代以后
    
    自20世記30年代開始，世界各國(guó)都對(duì)揚(yáng)壓力進(jìn)行了多方面的研究。與前一階段比，這一階段主要在如下兩方面有所進(jìn)步：一是研究的手段多了、現(xiàn)代化了；二是出現(xiàn)了新的理論——“孔隙理論”，取代了過去的“裂縫理論”。
    在這一階段，除了繼續(xù)進(jìn)行理論研究外，所采用的其他研究手段主要是對(duì)已建壩進(jìn)行原型觀測(cè)，以及有關(guān)的試驗(yàn)室試驗(yàn)。
各國(guó)在過去作了大量的原型觀測(cè)工作，對(duì)壩基揚(yáng)壓力分布規(guī)律的觀測(cè)結(jié)果大體上是相同的，即對(duì)于采取了帷幕灌漿與壩基排水的水壩，其壩基揚(yáng)壓力在帷幕與排水處要降低很多，其總的趨勢(shì)如圖4中的 AEFN 或 ADN 線所示。
 

                         圖4  揚(yáng)壓力分布圖
                  1－帷幕位置；2—地基排水位置；H—上下游水頭差

    為了研究混凝土的滲透性，人們還作了大量的試驗(yàn)室試驗(yàn)。為了研究壩內(nèi)的揚(yáng)壓力，卡爾遜（W.R.Carlson）和戴維斯 (R.E.Davis) 等人曾經(jīng)進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)7年之久的滲透壓力的觀測(cè)工作，發(fā)現(xiàn)完整的壩體混凝土內(nèi)也存在有滲透壓力，即壩體混凝土并不是不透水的，只是離上游面不遠(yuǎn)處的滲透壓力很小，而且也不一定隨時(shí)間增加。
    此外，現(xiàn)代研究手段的重要方面之一，就是利用電子顯微鏡對(duì)混凝土進(jìn)行微觀研究。實(shí)際上，混凝土是由顆粒膠結(jié)而成的多孔固體，粗骨料間有細(xì)骨料充填，細(xì)骨料間又有水泥膠結(jié)體。在7500倍電子顯微鏡下，可以見到水泥膠結(jié)體像連桿一樣膠結(jié)著這些骨料，其中有大量的孔隙存在。在電子顯微鏡下的混凝土體的微觀結(jié)構(gòu)如圖5所示。
    混凝土是帶有大量孔隙的物質(zhì)，因而壓力水可以滲透進(jìn)去的這一事實(shí)，就使得認(rèn)為混凝土是不透水的“裂縫理論”失去了理論基
 

                   
                                  圖5  混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

礎(chǔ)。于是一種新的理論——“孔隙理論”應(yīng)運(yùn)而生。這一理論的出現(xiàn)，便給揚(yáng)壓力的研究開辟了新局面。從此，人們便知道了混凝土是一種透水材料，壓力水不一定要在混凝土存在有裂縫的條件下才能滲透到壩體內(nèi)產(chǎn)生揚(yáng)壓力，就是在混凝土“完美無瑕”的條件下，壓力水也能滲進(jìn)到混凝土的孔隙中去產(chǎn)生揚(yáng)壓力。而且靜水壓力也不是像“裂縫理論”認(rèn)為的只作用在壩體表面，而是作用在滲透水所至的壩體內(nèi)部，如同重力一樣同屬于體積力范疇。此外，20世紀(jì)20年代由太沙基 (Terzaghi,K.) 在土力學(xué)中所創(chuàng)立的“有效應(yīng)力”原理同樣可應(yīng)用到混凝土體，即混凝土骨料間的“接觸力”為“有效應(yīng)力”，孔隙中的水壓力為“孔隙水壓力”或“中性應(yīng)力”。作了這樣的處理之后，對(duì)壩體應(yīng)力計(jì)算的解釋就方便多了。新理論的創(chuàng)立應(yīng)歸功于費(fèi)倫格爾 (Fillunger)、太沙基、勒里亞夫斯基 (Leliavesky) 和克里蓋爾 (Creager,R.W.) 等人。
    伴隨“孔隙理論”而提出的另一個(gè)問題，就是揚(yáng)壓力的“作用面積系數(shù)” ，即揚(yáng)壓力的有效作用面積問題。對(duì)這一問題的研究，自20世紀(jì)30年代以來人們也作了大量的工作。
    如圖5所示，若從幾何學(xué)的角度看，水平截面A—B所受的揚(yáng)壓力只有A—B所穿過的孔隙部分才有，而被固體顆粒所占有的那部分則沒有揚(yáng)壓力，因而揚(yáng)壓力的作用面積系數(shù)就是一個(gè)遠(yuǎn)小于1的、與混凝土的“孔隙率”數(shù)值相等的值。但事實(shí)又并非如此，揚(yáng)壓力實(shí)際上幾乎作用在100%的截面面積上。這一結(jié)論要?dú)w功于以下一些人的工作：太沙基、勒里亞夫斯基、哈扎(L.F.Harza)、麥克亨利(D.McHenry)、克里蓋爾、格里申（Грищина M.M.)和弗雅遜斯基等人，他們通過試驗(yàn)研究證明該值 接近于1.0。如勒里亞夫斯基的試驗(yàn)值為0.91；如果混凝土處于飽和狀態(tài)，可修正為0.85。麥克亨利的試驗(yàn)也證明接近于1.0。一般說在0.93～0.95范圍。之所以 接近于1.0，是因?yàn)槲覀兦懊嫠紤]的直線A—B是一個(gè)理想的截面，實(shí)際上我們應(yīng)該考慮的是一個(gè)在A—B線附近的、幾乎完全穿過孔隙的不規(guī)則的截面，如圖5中粗虛曲線A＇－B＇所示。所以，在20世紀(jì)60年代以后，作用面積系數(shù)等于1.0的結(jié)論已被各國(guó)的壩工規(guī)范所采用，包括我國(guó)的《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SDJ21-78）（試行）。

2  揚(yáng)壓力的確定方法
    確定巖基上重力壩的揚(yáng)壓力與確定作用在其上的其他荷載如壩體自重等相比要困難得多。與確定非巖基（土基）上水工建筑物的揚(yáng)壓力相比也困難得多。巖基上重力壩的揚(yáng)壓力，不僅要受地基與壩體滲透特性的影響，還與灌漿帷幕和壩基及壩體的排水措施等諸多因素有關(guān)，因而難以用精確的理論方法進(jìn)行計(jì)算，也難以用試驗(yàn)的方法測(cè)定。在前述的裂縫理論階段，人們已開始用簡(jiǎn)單的線性分布圖形以確定壩基上的揚(yáng)壓力?，F(xiàn)在，在工程上仍然是借助原型觀測(cè)的成果進(jìn)行類推比擬，用簡(jiǎn)單的分布圖形確定揚(yáng)壓力。
    在20世紀(jì)50年代，美國(guó)墾務(wù)局規(guī)定按三角形分布，壩踵揚(yáng)壓力為全水頭H，直線變化到壩趾為零（假定下游無水），如圖4中的AN線。有的首先在壩踵處就折減，然后直線變化到壩趾為零，如圖4中的BN或CN線。采用這種規(guī)定的有德國(guó)、瑞士、美國(guó)陸軍工程師團(tuán)等。美國(guó)田納西流域管理局（TVA）就規(guī)定在壩踵處為0.5倍全水頭，然后直線變化到壩趾為零。也有人主張?jiān)卺∧磺坝萌^，即矩形， 如圖中的AKGN線。 在前蘇聯(lián), 于1934年由 弗 德 格（Bодгео）擬定了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，但在1935年就停止使用了，到1960年在《巖基上混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（CH123—60）中才規(guī)定了確定重力壩揚(yáng)壓力的方法。我國(guó)在1964年曾定稿《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，后來經(jīng)過修訂，于1978年首次發(fā)布了《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SDJ 21—78）（試行）。這一規(guī)范對(duì)壩基設(shè)有防滲帷幕和排水孔的情況，規(guī)定帷幕處和排水孔處的揚(yáng)壓力作用水頭，分別等于各自的“滲壓系數(shù)”① α 乘以壩體上下游水頭差，再加下游水頭值。在帷幕中心線上，滲壓系數(shù)α取0.45～0.60；在排水孔線上取0.20～0.40，其間各段依次以直線連接，如圖4中的 AEFN 線所示。1984年發(fā)布的上述規(guī)范的“補(bǔ)充規(guī)定”中，修改為只在壩基排水孔線上折減一次，采用的滲壓系數(shù)α為0.2～0.3， 如圖4中的ADN線。在2005年發(fā)布的《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 319—2005）中，仍規(guī)定只在壩基排水孔線上折減一次，但滲壓系數(shù)α取上述0.2～0.3的平均值0.25。
    如果將壩體和地基假定為均勻的各向同性材料，并認(rèn)為壩體和地基的滲流可視為層流且可運(yùn)用達(dá)西定律，因而就可以結(jié)合邊界條

① 過去在計(jì)算揚(yáng)壓力中的滲透壓力時(shí)，所用“系數(shù)”的名稱不一，有“揚(yáng)壓力系數(shù)”、“揚(yáng)壓力折減系數(shù)”、“滲透壓力系數(shù)”、“滲壓系數(shù)”等。2005年發(fā)布的新規(guī)范中稱“滲透壓力強(qiáng)度系數(shù)”。本文為簡(jiǎn)明計(jì)，取用“滲壓系數(shù)”。

件求解二維或三維的以滲透水頭為變量的拉普拉斯方程式，求出滲流場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的滲透水頭，然后求得在計(jì)算截面上的滲透壓力（揚(yáng)壓力）。如果用有限單元法求解則更方便，但因計(jì)算時(shí)所采用的上述假定與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)，因而其計(jì)算成果現(xiàn)在還不能正式用于設(shè)計(jì)；不過對(duì)分析與論證有關(guān)問題很有用。
  
3  值得思考的幾個(gè)問題

（1）重力壩橫縫對(duì)降低揚(yáng)壓力的影響

    將重力壩的橫縫（窄縫）擴(kuò)寬以降低揚(yáng)壓力的設(shè)想，最先是由美國(guó)著名壩工專家諾茲利（Noetzli,F.A.）于1930年提出的。此后，于1935年在法國(guó)便誕生了世界第一座寬縫重力壩薩蘭斯（Sarrans）壩，其“寬縫”的寬度為8cm。說明該壩設(shè)計(jì)者認(rèn)為8cm寬的縫就有足夠的排水能力了。現(xiàn)代寬縫重力壩的寬縫寬度達(dá)到4～8m，這么大的寬度，顯然不是因?yàn)闉榻档蛽P(yáng)壓力考慮的，而是由其他因素決定的（如減少壩體方量、改善壩體內(nèi)部應(yīng)力狀況、加強(qiáng)壩體散熱等）。但4～8m這一寬縫寬度值在客觀上可能誤導(dǎo)了人們，似乎橫縫要擴(kuò)寬到如此寬度才能起到排水作用。那么，另一方面，薩蘭斯壩的8cm是否還可減??？有沒有一個(gè)最小的起始值？現(xiàn)代重力壩的橫縫（窄縫）的寬度一般為1～2cm，這一寬度能起到排水作用嗎？這些都是值得思考的問題。
    我國(guó)資深壩工專家王宏碩教授曾提出一個(gè)具有開創(chuàng)性的論點(diǎn)：重力壩的橫縫（窄縫）對(duì)降低重力壩揚(yáng)壓力有著顯著的作用。他與另二位作者在《湖北水力發(fā)電》雜志1999年第1期上發(fā)表了題為《碾壓混凝土壩防滲排水措施的綜合評(píng)價(jià)》的論文。該文著重論述了橫縫排水對(duì)降低揚(yáng)壓力的作用，指出：過去人們很少考慮橫縫的排水作用，“很可能是一個(gè)常識(shí)性的疏忽。事實(shí)上，不加灌漿填塞的模板縫，實(shí)質(zhì)上是一條‘縫’，與混凝土壩體相比較，具有顯著的通水功能?！?/font>

（2）揚(yáng)壓力觀測(cè)值滯后于庫(kù)水位的問題

    作者承蒙曹學(xué)德教授的啟發(fā)，深感這是一個(gè)耐人尋味的問題。
    在重力壩揚(yáng)壓力觀測(cè)中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一種現(xiàn)象：相應(yīng)于某一庫(kù)水位時(shí)的揚(yáng)壓力值，其出現(xiàn)的時(shí)刻往往滯后于該庫(kù)水位剛達(dá)到的時(shí)刻。這一現(xiàn)象對(duì)重力壩設(shè)計(jì)有重要意義。由于存在滯后現(xiàn)象，那么，當(dāng)上游水位剛達(dá)到設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位時(shí)，在壩踵和排水孔線上就不會(huì)及時(shí)（同步）分別出現(xiàn)揚(yáng)壓力作用水頭H₁和H₂＋α（H₁－H₂）（H₁和H₂分別為上游水頭和下游水頭，從壩底算起）。由于設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短，因此，用相應(yīng)洪水位的庫(kù)水壓力與不考慮滯后現(xiàn)象的揚(yáng)壓力作用水頭進(jìn)行荷載組合，就偏于安全。但對(duì)水位持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的正常高水位來說，采用相應(yīng)的揚(yáng)壓力作用水頭還是合理的。

（3）一個(gè)降低設(shè)計(jì)揚(yáng)壓力值的建議

    從我國(guó)近十多年來若干重力壩揚(yáng)壓力原型觀測(cè)實(shí)例中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)重要事實(shí)：在正常情況下，揚(yáng)壓力的實(shí)測(cè)值比設(shè)計(jì)值小得多，一般只有設(shè)計(jì)揚(yáng)壓力的60%～70% ，因而使壩體設(shè)計(jì)存在著較大的安全裕度。比如：
    ● 河北省潘家口大壩河床壩段實(shí)測(cè)值就只為設(shè)計(jì)值的50%。
    ● 廣西壯族自治區(qū)巖灘大壩 ＃16壩段為50%左右，見圖6。
    ● 云南省漫灣大壩 ＃12壩段為64.2%。
    ● 湖北省丹江口大壩也是如此，壩基所有測(cè)壓管測(cè)值均比設(shè) 
計(jì)值低，實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力值平均為設(shè)計(jì)值的67%。
    這一事實(shí)啟發(fā)我們：我國(guó)現(xiàn)行重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中的揚(yáng)壓力分布圖形可以適當(dāng)減小，或者說滲壓系數(shù)α的值可以適當(dāng)減小。我國(guó)1978年的規(guī)范規(guī)定在地基排水孔線上的滲壓系數(shù)為0.20～0.40，到1984年的“補(bǔ)充規(guī)定”就曾減少為0.2～0.3（見前述）?，F(xiàn)在看來還有再一次減小的可能與必要。1996年，高樹濤在對(duì)潘家口大壩壩基揚(yáng)壓力原型觀測(cè)成果進(jìn)行分析之后也曾提出：將滲壓系數(shù)取0.2～0.3，會(huì)使壩體設(shè)計(jì)偏于安全，并建議減少為0.15～0.3。              

              
                 圖6  巖灘大壩 ＃16壩段揚(yáng)壓力實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值 （高程單位：m）
                              （引自《紅水河》1999年第2期）

    從重力壩設(shè)計(jì)的歷史看，類似的情況也不乏其例, 比如重力壩壩體的容許應(yīng)力值也是在長(zhǎng)期的實(shí)踐檢驗(yàn)中逐漸提高的①；抗滑穩(wěn)定計(jì)算公式中的摩擦系數(shù)也是在長(zhǎng)期的探索（包括摩擦試驗(yàn)的改進(jìn)）中逐漸提高的；抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)也是在長(zhǎng)期的實(shí)踐檢驗(yàn)中逐漸減小的——這就是壩工科學(xué)既尊重理論又非常重視實(shí)踐的一大特點(diǎn)。

①  世界第一座用理論指導(dǎo)設(shè)計(jì)的重力壩——法國(guó)的富倫斯（Furens）壩，設(shè)計(jì)時(shí)其容許壓應(yīng)力僅取為0.65MPa。之后，經(jīng)過無數(shù)重力壩的相繼探索，容許壓應(yīng)力才逐漸提高。到當(dāng)今，世界最高的重力壩——瑞士的大狄克遜 （Grande Dixence）壩，庫(kù)滿時(shí)壩體的最大壓應(yīng)力竟達(dá)到7.5MPa。