静水和逆水速度的关系（静水压力不在于胖）

本文来源于公众号：悠游2019

作者：成永刚，博士，教高，注册岩土工程师，中国岩石力学与工程学会滑坡与工程边坡分会理事，中国土木工程学会非饱和土与特殊土专业委员会常务委员和交通岩土工程专业委员会委员，国际工程地质协会会员，中国国家公路建设项目评标专家，四川省交通运输专业人才教育专家。

前些天有位朋友问了笔者一个静水压力的问题。

朋友设计一个宽0.5m，深2m的水槽，计算得槽厚0.25m（材料不详）。甲方认为这个过于保守了，认为只有0.5m宽的容水，而两侧的壁厚就达到0.25 0.25=0.5m厚，这是不合理的。朋友也认为这个水槽壁厚偏大了，与常规经验不符，但却找不到原因。

此外，相关人员认为，假如分别设计一个宽1mm和宽3000mm的水槽 ，在水深相同的条件下，最终取同样的厚度的壁厚，那岂不是成笑话了，会让甲方骂死的。因为，1mm槽宽水的重量才能有多少？！怎么能产生如此大的静水压力？

1、在回答这个问题前，首先要明确一个问题，就是自由水是不抗剪的，也就是说其泊松比u为0.5，这与土压力的计算有着本质的区别。因为土体是抗剪的，其泊松比u是永远不大于0.5的。

对于静止土压力，p0=K0γh，其中K0 =u/(1-u)。由于u不大于0.5，故K0 永远不大于1。而自由水u=0.5，故K0=1，pw=γwh

这就说明静水压力与水头高度成直接正比关系，而与水体厚度没有关系。

2、假定某水槽的深为h，则槽底的静水压力为Pw=γwh

这也就是说，只要水深足够大，就会导致静水压力足够大。因此，将一桶1KN的水，如果可以灌入一个高度足够高的细管，就完全可以在孔底附近产生100KN/m2的静水压力，甚至是更大的静水压力。其实早在1648年帕斯卡就做过这样一个著名的实验。这儿不妨再论述一下。

帕斯卡采用一个密闭而装满水的桶，在桶盖上插入一根细长管子，从楼房阳台上向细管中灌水。结果只倒了几杯水，桶就裂了。这是由于细管的容积较小，几杯水灌进去形成了较大的水头高度，导致水桶所受的压强增大而开裂。

图1 帕斯卡裂桶试验

因此，以水槽“胖瘦”来经验判定水量较大的水体产生的静水压力肯定大于水量较小的水体，就如同伽利略在比萨斜塔采用两个不同重量的球体测定它们的落地时间的试验以前，人们普遍认为重量大的球体先落地，重量小的球体后落地的直觉是一样的。但这种直觉往往是不可靠的，需要经过试验或理论进行验证和分析。

综上说明，水槽某个深度处的静水压力与槽宽是没有关系的，而与槽深密切相关。只要水槽具有足够的深度，就会在某个深度处产生足够大的静水压力，从而在材料性质指定的情况下，需要足够的厚度去抵抗。

以上论述的水压力其实质是土力学中的一个基本概念，这也说明了概念明晰的重要性。一旦基本概念不明晰，就会造成相关工程理念的模糊或错误。