本文來源于公衆号：悠遊2019

作者：成永剛，博士，教高，注冊岩土工程師，中國岩石力學與工程學會滑坡與工程邊坡分會理事，中國土木工程學會非飽和土與特殊土專業委員會常務委員和交通岩土工程專業委員會委員，國際工程地質協會會員，中國國家公路建設項目評标專家，四川省交通運輸專業人才教育專家。

前些天有位朋友問了筆者一個靜水壓力的問題。

朋友設計一個寬0.5m，深2m的水槽，計算得槽厚0.25m（材料不詳）。甲方認為這個過于保守了，認為隻有0.5m寬的容水，而兩側的壁厚就達到0.25 0.25=0.5m厚，這是不合理的。朋友也認為這個水槽壁厚偏大了，與常規經驗不符，但卻找不到原因。

此外，相關人員認為，假如分别設計一個寬1mm和寬3000mm的水槽 ，在水深相同的條件下，最終取同樣的厚度的壁厚，那豈不是成笑話了，會讓甲方罵死的。因為，1mm槽寬水的重量才能有多少？！怎麼能産生如此大的靜水壓力？

1、在回答這個問題前，首先要明确一個問題，就是自由水是不抗剪的，也就是說其泊松比u為0.5，這與土壓力的計算有着本質的區别。因為土體是抗剪的，其泊松比u是永遠不大于0.5的。

對于靜止土壓力，p0=K0γh，其中K0 =u/(1-u)。由于u不大于0.5，故K0 永遠不大于1。而自由水u=0.5，故K0=1，pw=γwh

這就說明靜水壓力與水頭高度成直接正比關系，而與水體厚度沒有關系。

2、假定某水槽的深為h，則槽底的靜水壓力為Pw=γwh

這也就是說，隻要水深足夠大，就會導緻靜水壓力足夠大。因此，将一桶1KN的水，如果可以灌入一個高度足夠高的細管，就完全可以在孔底附近産生100KN/m2的靜水壓力，甚至是更大的靜水壓力。其實早在1648年帕斯卡就做過這樣一個著名的實驗。這兒不妨再論述一下。

帕斯卡采用一個密閉而裝滿水的桶，在桶蓋上插入一根細長管子，從樓房陽台上向細管中灌水。結果隻倒了幾杯水，桶就裂了。這是由于細管的容積較小，幾杯水灌進去形成了較大的水頭高度，導緻水桶所受的壓強增大而開裂。

圖1 帕斯卡裂桶試驗

因此，以水槽“胖瘦”來經驗判定水量較大的水體産生的靜水壓力肯定大于水量較小的水體，就如同伽利略在比薩斜塔采用兩個不同重量的球體測定它們的落地時間的試驗以前，人們普遍認為重量大的球體先落地，重量小的球體後落地的直覺是一樣的。但這種直覺往往是不可靠的，需要經過試驗或理論進行驗證和分析。

綜上說明，水槽某個深度處的靜水壓力與槽寬是沒有關系的，而與槽深密切相關。隻要水槽具有足夠的深度，就會在某個深度處産生足夠大的靜水壓力，從而在材料性質指定的情況下，需要足夠的厚度去抵抗。

以上論述的水壓力其實質是土力學中的一個基本概念，這也說明了概念明晰的重要性。一旦基本概念不明晰，就會造成相關工程理念的模糊或錯誤。

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