流体力学在土木工程中的应用

流体力学在土木工程中的应用

摘要：流体力学作为土木工程的重要学科，对于土木工程中的一些建筑物的工

程设计，施工与维护有着重要作用，不仅是在工程时间上降低了成本，还在材料等物质方面降低了成本。对于实现科学，合理施工有这很高的地位。

关键词：高层渗流地基稳定风荷载给排水路桥高铁风炮隧道

流体力学是力学的一个分支，是研究以水为主体的流体的平衡和运动规律及其工程应用的一门学科,

土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养维修等技术活动；也指工程建设的对象，即建造在地上或地下、陆上或水中，直接或间接为人类生活、生产、军事、科研服务的各种工程设施，例如房屋、道路、铁路、运输管道、隧道、桥梁、运河、堤坝、港口、电站、飞机场、海洋平台、给水和排水以及防护工程等。

土木建构物的建筑环境不可避免会有地下及地表流水的影响，对于高层,或者高出建筑物，风对建筑物的影响也是不可小觑的。在建筑物设计之初不但要考虑这些流体对施工的影响，在建成后，也得防范流体的长期作用对建构物的负面影响。怎么认识这些影响？正如兵家所言，知己知彼，百战不殆，流体力学作为土木工程一门重要学科，通过对流体力学的学习，会使我们对流体形成一种客观正确的认识。

1.1流体力学在工业民用建筑中的应用：

工业民用建筑是常见建筑，对于低层建筑，地下水是最普遍的结构影响源，集中表现为对地基基础的影响。

如果设计时对建筑地点的地下基地上水文情况了解不到位，地下水一旦渗流会对建筑物周围土体稳定性造成不可挽救的破坏，进而严重影响地基稳定，地基的的破坏对整个建筑主体来说是寿命倒计时的开始。一些人为的加固可能及耗材费力，又收效甚微。地下水的浮力对结构设计和施工有不容忽视的影响，结构抗浮验算与地下水的性状、水压力和浮力、地下水位变化的影响因素及意外补水有关。对于这些严重影响建筑物寿命和甚至波及人生安全的有水的流动性造成问题可以通过水力学知识在建筑物的实际和施工之前给以正确的设计与施工指导。避免施工时出现基坑坍塌等重大问题，也能避免施工结束后基地抵抗地下水渗流能力差的问题。

现在建筑越来越趋向于高层，高层节约了土地成本，提供了更多的使用空间，但也增加了设计施工问题。因为随着高度的增加，由于地表及其附近物体对气体流动的阻碍减少，气体流动速度很大，除此之外，高层聚集处由于高层的层高和体积问题，这会对气体的流动产生很大影响，随即会对建筑物的稳定性产生影响，对建筑物的构造和建筑材料考可靠性提出更高的要求。对建筑的影响是使建筑产生侧向变形，风大时产生振动。主要由基本风压，风压高度变化系数，风荷载体

形系数，风振系数。这些系数和所在地的风的大小，建筑高度，建筑的外形，和地区粗糙度有关。

气体的流动产生风，通过流体力学可以把气流流动产生的问题具体化，数值化，针对这些问题再针对性的合理解决，即有助于设计施工的进程，又可以合理的运用材料，做到快速，放心，合理。

在工民建筑中的另一些方面如水景景观供水，暖气水管网供水等问题中，通过流体力学的科学计算，会对这些在具体实施的过程中可能出现的问题给出科学的数据依据。

1.2流体力学在给水排水工程中的应用：

给排水工程：用于水供给、废水排放和水质改善的工程。分为给水工程和排水工程。古代的给排水工程只是为城市输送用水和排泄城市内的降水和污水。近代的给排水工程是为控制城市内伤寒、霍乱、痢疾等传染病的流行和适应工业与城市的发展而发展。现代的给排水工程已成为控制水媒传染病流行和环境水污染的基本设施，是发展城市及工业的基础设施之一，市政工程的主要组成部分。给排水研究的主要对像就是水，在以导水为主要目的的运作做中，主要问题就是合理完善的解决“流水”问题。在这方面，水主要是以管道为媒介进行疏导的，疏导中，不同的地放水流量积水性质不一样。单看水流量，就对管道长生种种要求。如何合理的解决这些“流水”问题?如何确定合理材料/如何合理的应用这些材料？

针对这些实际中的问题，通过水力学理论的研究，可以得到合理的答案，获得合理的方案。为施工人员正确的施工提出正确理论依据。针对性的计算不但可以节约施工时间成本，更加合理化了管材等的配置。

1.3流体力学在道路桥梁交通中的应用：

道路路桥工程是关乎民生，国防建设的重大工程，它的安全性可靠性更是重中之重。此外，由于路桥的造价很高，且修建需要一定的时间，因此大多数的路桥设计使用年限是很长的。在这么长的时间里，经受水流的长时间的侵蚀作用，要保持极高的结构强度与结构健康性。那么对这些侵蚀的来源有准确的了解定性，还要有确切的数据一边结构设计和材料选用作参考就显得尤为重要。

这些重要工程在施工，使用和维护当中最普遍的是遇到水流的影响。对于公路，铺设时的选址与路基稳定性都会受到水的影响，施工与使用过程中对于集聚水的的及时排除以消除对路面影响，此外还要考虑路边渗水问题等等。这些客观存在的问题都会对公路的建设保养长生很大影响。对于桥来说，由于其建筑环境的特殊性，流水影响就是它的主要问题，水流的持续性对桥墩来说是持续性破坏，这是不可避免的，尤其是对于多雨地区，突发性的大水对桥墩的稳定更是严峻的考验。

这些问题可以依靠流体力学的只是给出一定的解决依据。具体的是结合施工地当地水文情况根据流体力学理论知识给出水流的一些合理的可依据信息，指导设计与施工，给出科学的依据。

1.4流体力学对于隧道中的通风效应的应用

随着我国经济的发展，铁路公路里程有了很大程度上的提高，其中很多都有穿山的隧道。

汽车或火车在隧道中高速行驶时会对隧道中的气体造成影响，这种影响是相互的，气流的的也可能会长生不利影响，可能会产生“风炮”，进而可能会对安全行驶造成影响。低俗的汽车会如此，那高速的火车，动车更是有可能。

所以，为确保车辆行驶的安全性，应该充分考虑高速运动的物体会对隧道里的气体产生什么影响，确定影响再根据流体力学得出的流体流动规律去有针对性的消除，已达到安全通车。

对于高铁等快速交通工具，不仅是在隧道。在没有隧道的常规地方，其高速必定会使车体受气流的影响，这种影响会部分转移给路基，因而，流体力学的知识运用在这儿还可以帮助分析录制的可靠度。

1.5流体力学对水利上的应用

水利建筑物如大坝，水库，防波堤等，这些在水环境中工作的构筑物对水条环件要求很高，这些构筑物的安全意义重大，因此在设计与施工中必须有科学的数据做依据，给予正确的指导。如常见的发电站，闸门在关闭时受精水压力作用，再来骑士兽动力水压力，在这两种情况下闸底板都要受到由渗流而引起的扬压力作用，而这些力都是设计闸门和闸底板的重要依据。

这些重要的数据得靠水力学的知识来给出，水力学对着些重要工程的建设和安全生产提供了重要保障。

2结束语

流体力学在是一门重要学科，尤其是在工学领域，对土木中的水利，港口，道桥，建筑等有着重要应用。作为一名土木学生，应概积极体会流体力学的重要性，并努力学好流体力学，丰富完善自己的知识体系。