水工建筑物复习资料.doc

第0章绪论1、水利工程：指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以达到除害兴利目的而修建的工程。水利工程的根本任务是：除水害兴水利。2、水工建筑物：为了达到防洪、灌溉、发电、供水等目的，需要修建各种不同类型的水工建筑物，用来控制和支配水流。这些建筑物统称为水工建筑物。3、水利枢纽：集中建造的几种水工建筑物配合使用，形成一个有机的综合体，称为水利枢纽。水利枢纽分为蓄水枢纽（水库）和取水枢纽。其中水库枢纽包括挡水、泄水、输水（或引水）三类建筑物，称为水库三大件。4、水工建筑物的分类：挡水建筑物：用以拦截江河，形成水库或壅高水位。如拦河坝、拦河闸。泄水建筑物：用以宣泄多余水量，排放泥沙和冰凌，或为人防、检修而放空水库等，以保证坝和其他建筑物的安全。如溢流坝、溢洪道、隧洞。输水建筑物：为灌溉、发电和供水的需要，从上游向下游输水用的建筑物。如：引水隧洞、渠道、渡槽、倒虹吸等。取（进）水建筑物：是输水建筑物的首部建筑物，如引水隧洞的进口段、进水闸等。整治建筑物专门建筑物5、水工建筑物的特点： （1）工作条件的复杂性；（2）设计选型的独特性；（3）施工建造的艰巨性；（4）工程效益的显著性；（5）环境影响的多面性；（6）失事后果的严重性；6、分等分级的目的：为使工程的安全可靠性与其造价的经济合理性恰当地统一起来，水利枢纽及其组成的建筑物要进行分等分级。水利枢纽按其规模、效益和在国民经济中的重要性分为五等。水工建筑物按其所属枢纽工程的等别及其在工程中的作用和重要性分为五级。第一章重力坝1、重力坝的工作原理：在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自身重量产生的抗滑力来满足稳定的要求。其基本剖面为上游面近于垂直的三角形剖面。2、重力坝的特点：（1）泄洪和施工导流比较容易解决；（2）安全可靠，结构简单，施工技术比较容易解决；（3）对地形、地质条件适应性强；（4）受扬压力影响较大；（5）温度控制要求严格。3、重力坝的类型：其结构形式为：实体重力坝、空腹重力坝、宽缝重力坝。宽缝重力坝是将相邻坝段间的横缝部分地拓宽的重力坝。在实体重力坝坝底沿坝轴线方向设置大尺寸的空腔，即为空腹重力坝。碾压砼重力坝是用水泥含量比较低的超干硬性砼经碾压而成的砼坝。4、扬压力是由上、下游水位差产生的渗透水压力和下游水深产生的浮托力两部分组成。波浪要素：波浪高度、波浪长度、波浪中心线超出静水面的高度。5、基本烈度：是指该地区今后50年期限内，可能遭遇超越概率P50为0.10的地震烈度。6、重力坝抗滑稳定分析：目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全性能。应按抗剪强度公式和抗剪断强度公式计算坝基面的抗滑稳定安全系数。7、提高坝体抗滑稳定性的工程措施（1）利用水重。（2）将坝基面开挖成倾向上游的斜面，借以增加抗滑力，提高稳定性。（3）设置齿增。（4）抽水措施。（5）加固地基。（6）横缝溉浆。（7）预应力锚固措施。8、应力分析的目的：检验大坝在施工期间和运用期是否满足强度要求；根据应力分布情况进行坝体砼标号分区；为研究坝体某些部位应力集中和配筋等提供依据。分析方法：材料力学法9、重力坝消能形式及适用条件：挑流消能适用于基岩比较坚固的高坝或中坝。底流消能适用于中、低坝或基岩较软弱的河道。面流消能适用于水头较小的中、低坝，要求下游水位稳定，尾水较深，河道顺直，河床和河岸在一定范围内有较高抗冲能力，可排漂和排冰。10、坝体混凝土分区的目的：为了满足坝体各部位的不同要求，节省水泥用量及工程费用，把安全与经济统一起来，通常将坝体混凝土按不同工作条件进行分区，选用不同的强度等级和性能指标。一般可分为6个区。11、坝体分缝的目的：由于地基不均匀沉降和温度变化、施工时期的温度应力以及施工浇筑能力等原因，一般要对坝体进行分缝。按其作用可把缝分为沉降缝、伸缩缝、工作缝；按其位置分为横缝、纵缝及水平缝。12、重力坝地基处理主要包含：防渗、提高基岩强度。固结灌浆：在重力坝中采用浅孔低压灌注水泥浆的方法对地基进行加固处理，称为固结灌浆。固结灌浆的目的是提高基岩的整体性和强度，降低地基的透水性。帷幕灌浆：目的是降低坝底渗透压力，防止坝基内产生机械或化学管涌，减少坝基和绕坝渗透流量。第二章拱坝1、拱坝的工作原理：拱坝是平面上凸向上游三向固定的空间壳体挡水建筑物，是由一根根悬臂梁和一层层水平拱构成的，它能把上游坝面水压力等荷载的大部分通过拱的作用传给两岸岩体，而将小部分水压力通过悬臂梁的作用传至坝底基岩。它不像重力坝那样利用自重维持稳定，而是利用筑坝材料的抗压强度和两岸拱端岩体来支承拱端推力。2、拱坝的类型：单曲拱坝、双曲拱坝（在水平和铅直方向均成拱形）。3、拱坝中心角对应力、稳定的影响：中心角愈大，拱圈厚度愈小，材料强度可得到充分利用，对应力有利。但对拱坝坝肩稳定不利。4、拱坝的布置原则：根据坝趾处地形、地质等自然条件以及枢纽综合利用要求统筹布置。在满足稳定和建筑物运用要求条件下，通过调整拱坝的外形尺寸，使坝体材料的强度得到充分发挥，将拉应力控制在允许范围内，使坝体的总工程量最省。5、温度荷载：对于拱坝，温度荷载上升为主要荷载。一般情况下，温降对坝体应力不利，温升对坝肩稳定不利。6、拱坝应力分析方法有：圆筒法、纯拱法、拱梁分载法（包括拱梁法和拱冠梁法）、有限单元法和模型试验法等。圆筒法是将拱坝当作铅直圆筒的一部分。纯拱法假定拱坝由一系列各自独立互不影响的水平拱圈叠全而成，每层拱圈简化为两端固结的平面拱，用结构力学方法求解拱的应力。拱冠梁法基本原理：它按照拱冠部位的中央悬臂梁和若干水平拱在交点处径向变位一致的原则进行拱梁荷载分配。7、拱坝坝身泄水方式：自由跌落式、鼻坎挑流式、滑雪道式：坝身泄水孔式。（1）：适用于基岩良好，泄量不大，坝体较薄的双曲拱坝或小型拱坝。（2）鼻坎挑流式：适用于基岩良好，泄量大，坝体较薄的双曲拱坝或大中型拱坝。（3）滑雪道式：适用于泄量大，坝体较薄拱坝。第三章土石坝1、土石坝的类型：按其施工方法分碾压式土石坝、抛填式堆石坝、定向爆破堆石坝、水力冲填坝和水中填土坝。其中碾压式土石坝分为均质坝、分区坝（心墙坝、斜墙坝和斜心墙坝）、人工防渗材料坝。2、土石坝的基本剖面为梯形。坝高越大，坝坡越缓；上游坡常比下游坡缓；对在同一水位侧坝坡，水下部分也常比水上部分缓。3、防渗体的作用是防渗，降低坝体浸润线、降低渗透坡降和控制渗流量。4、排水体的作用是（1）降低坝体浸润线及孔隙压力、改变渗流方向，增加坝体稳定（2）防止渗流逸出处的渗透变形、保护坝坡和坝基；（3）防止下游波浪对坝坡的冲刷及冻胀破坏，起到保护下游坝坡的作用。排水体类型：棱体排水、贴坡排水（不能降低浸润线）、褥垫排水（深入坝体内部，能有效降低浸润线）和组合式排水。 5、设置护坡的目的：为保护土石坝坝坡免受波浪、降雨冲刷以及冰层和漂浮物的损害，防止坝体土料发生冻结、膨胀和收缩以及人蓄破坏等，须设置护坡结构。6、渗流计算的目的1）确定坝体浸润线及下游出逸点的位置。为坝体稳定计算提供依据。2）计算坝体和坝基渗流量，以便估算水库的渗漏损失。3）求出坝体和坝基局部地区的渗透坡降，验算该处是否会发生渗透破坏。分析方法有流体力学法、水力学法、流网法、试验法和数值解法。7、渗透变形的类型：管涌、流土、接触冲刷、接触流土等类型。防止渗透变形的工程措施：（1）采取水平或垂直防渗措施，以便尽可能地延长渗径，以达到降低渗透坡降的目的。（2）采取排水减压措施，以降低坝体浸润线和下游渗流出口处的渗透压力。对可能发生管涌的部位，设置反滤层；可能发生流土，可设置盖重以增加土体抵抗渗透变形的能力。反滤层的作用：排水滤土。反滤层面的设置大体与渗流方向正交，且顺渗流方向粒径应由小到大。8、土坝稳定分析稳定计算目的：保证坝体在自重、各种情况下的孔隙压力和外荷载作用下，具有足够的稳定性，不致发生通过坝体或坝体连同地基的剪切破坏。失稳形式：坝体或坝体连同部分坝基一起局部滑动失稳； 滑动破坏形式：圆弧滑动面、折线滑动面和复合滑动面。9、砂卵石地基的处理主要是解决防渗问题，通过采取“上堵”、“下排”相结合的原则，达到控制地基渗流的目的。基本方式有垂直防渗、水平防渗和排水减压等。前者有粘土截水墙、砼截水墙、砼防渗墙、水泥粘土灌浆帷幕。水平有防渗铺盖。第四章岸边溢洪道1、溢洪道的作用是用来宣泄规划所规定库容所不能容纳的多余水量，防止洪水漫溢坝顶，保证大坝安全。2、河岸溢洪道分为正槽溢洪道、侧槽溢洪道、竖井式溢洪道和虹吸溢洪道。正槽溢洪道：当溢洪道的泄槽轴线与溢流堰轴线垂直，即过堰水流与泄槽轴线方向一致。正槽溢洪道的组成：由进水渠、控制段、泄槽、消能防冲设施和出水渠五部分组成。3、侧槽溢洪道：溢洪道的泄槽轴线与溢流堰轴线接近平行，即过堰水流与泄槽轴线方向接近正交。由溢洪堰、侧槽、泄槽、消能设施和出水渠等部分组成。4、非常溢洪道一般分为漫流式、自溃式和爆破引溃式。第五章水工隧洞1、隧洞的类型：发电引水遂洞、尾水遂洞、灌溉和供水遂洞、施工导流遂洞、泄洪遂洞、排砂遂洞和放空遂洞。根据隧洞的工作条件，又可将其分为有压隧洞和无压隧洞。作用：（1）配合溢洪道宣泄洪水；（2）引水发电或为了灌溉、供水、航运等目的输水；（3）排放水库泥沙，延长水库使用年限，有利于水电站正常运行；（4）放空水库，用于战备或检修建筑物；（5）在水利枢纽施工期间用来施工导流。2、隧洞的断面形状及尺寸：有压隧洞洞身从受力条件好、水力特性佳考虑，断面形式应为圆形。有压隧洞的断面尺寸根据水力计算确定核算泄流能力及沿程压坡线。常用的无压隧洞断面形式有：圆拱直墙式、马蹄形。其断面尺寸根据运用、泄流能力和洞内水面线的要求确定。3、水工隧洞中的闸门按其工作性质分为工作闸门、检修闸门。工作闸门主要用于调节流量和控制孔口，应在动水启闭；检修闸门是地检修主闸门或洞身时挡水时采用的，一般在静水中启闭。 4、隧洞组成由进口段、洞身段、出口段三部分。进水口的形式有竖井式、塔式、岸塔式和斜坡式四种隧洞进口建筑物一般包括：进水喇叭口、闸门室、通气孔、平压管和渐变段等几部分组成。在泄水隧洞闸门之后应设通气孔，其作用是补气和排气。5、洞身衬砌的作用（1）承受荷载；（2）加固围岩；（3）减小洞身表面糙率；（4）保护围岩（5）防止渗漏。6、隧洞灌浆按其目的不同分为回填灌浆和固结灌浆。回填灌浆的作用是为了将衬砌与岩石之间的空隙充填密实，使衬砌与岩石紧密结合，改善衬砌的传力条件，以便衬砌与围岩共同承受荷载。固结灌浆的作用是提高围岩的强度和整体性，并得到可靠的弹性抗力，以改善衬砌结构的受力条件，并减少渗漏。隧洞设置排水的目的是为了降低作用在衬砌上的外水压力。7、隧洞的消能设施：泄水隧洞大多采用挑流消能和底流消能。另外还有洞内消能。8、山岩压力：是由于隧洞开挖后引起原始应力场的应力重分布，使围岩产生变形、松动和破坏而作用地衬砌上压力。山岩压力的大小与岩体的质量有关。限制围岩变形而形成的山岩压力叫做形变山岩压力；衬砌承受的可能崩塌岩体的压力叫松动山岩压力。弹性抗力：围岩抵抗衬砌变形的作用力，称为围岩的弹性抗力。围岩压力与弹性抗力的不同：围岩压力是作用在衬砌上的主动力，而弹性抗力则是被动力，并且是有条件的。第七章水闸1、水闸是一种低水头建筑物，既能挡水、又能泄水，用以调节水位，控制泄流量。水闸按其承担的任务分为进水闸、节制闸、排水闸、分洪闸、挡潮闸、冲沙闸。按其结构型式分为：开敞式和封闭式水闸。2、水闸的组成部分：由闸室、上游连接段、下游连接段三部分组成。闸室的主要作用是控制水流、连接两岸。其包括闸门、闸墩、底板、胸墙、工作桥、交通桥等几部分。闸墩的作用：分隔闸孔，支承上部结构。上游连接段：引导水流平稳地进入闸室，保护上游河床及两岸免于冲刷，并有防渗作用。下游连接段：主要作用是消能、防冲和安全排出经闸基及两岸的渗流。3、闸孔设计的影响因素有闸孔型式、闸底板高程；4、地下轮廓线：不透水的铺盖、板桩及底板与地基的接触线，即是闸基的渗流的第一条流线，其长度为闸基的防渗长度。LCH5、闸基渗流计算目的在于求解渗透压力、渗透坡降，并验证初拟定地下轮廓线和排水布置是否满足要求。计算方法有流网法、直线法、改进阴力系数法、有限元法和电拟试验法。直线法假定渗流沿地基轮廓的坡降相同，即水头损失按直线变化。6、防渗设施包括；水平防渗（铺盖）、垂直防渗（板桩、齿墙）两种，排水设施则是指铺设在护坦、浆砌石海漫底部或闸底板下游起导渗作用的砂砾石层。7、水闸的消能方式一般为底流消能。消能设施一般采用护坦、海漫和防冲槽。海漫的作用是进一步消减水流剩余能量，保护护坦安全，并调整流速分布，保护河床，防止冲刷。海漫要求具有一定的粗糙性、透水性、柔性。8、底板按其与闸墩连接方式，底板可分整体式及分离式两种；9、闸室稳定性是指闸室各种荷载作用下，不致沿地基面或深层滑动；不发生明显的倾斜；平均基底压力不大于地基的容许承载力。10、提高闸室抗滑稳定的工程措施：（1）增加铺盖长度，或在不影响抗渗稳定的前提下，将排水设施向水闸底板靠近，以减少作用在底板上的渗透压力。（2）利用上游钢筋砼铺盖作为阻滑板，但闸室本身的抗滑稳定安全系数仍应大于1。（3）将闸门位置向下游一侧移动，或将水闸底板向上海一侧加长，以便多利用水重。（4）增加闸室底板的齿墙深度。11、闸室底板结构计算方法（1）倒置梁法：假定地基反力顺水流方向呈直线分布，垂直水流方向为均匀分布。（2）弹性地基梁法：假定地基反力呈直线分布。在垂直水流方向截取单宽板条及墩条，按弹性地基梁计算地基反力和底板内力。第八章过坝建筑物及渠系建筑物1、通航建筑物分为船闸和升船机船闸的作用是利用水力条件将船浮送过坝，其运输量大，运费低，安全可靠，但耗水量大。升船机的作用利用机械力量将船只送过坝，其耗水量极小，运送速度快，适用范围大，但机械设备复杂，技术要求高，运输能力低。2、船闸组成：上下游引航道、上、下游闸首、闸室。船闸基本尺寸：包括闸室有效长度、有效宽度及闸槛上的有效水深。船闸的布置，一般布置在靠近河道深泓线一侧。3、渠系建筑物渡槽：是输送渠道水流跨越河流、渠道、道路、山谷等碍的架空输水建筑物。组成：由输水的槽身、支承结构、基础及进出口建筑物等部分组成。4、倒虹吸管：是在渠道同道路、河渠或谷地相交时，修建的压力输水建筑物。它与渡槽相比，具有造价低且施工方便优点，不过它的水头损失较大，而且运行管理不如渡槽方便。它应用于修建渡槽困难，或需要高填方建渠道的场合；在渠道水位与所跨的河流或路面高程接近时，也常用倒虹吸管。倒虹管由进口、管身、出口三部分组成。分为斜管式和竖井式。进口段包括进水口、闸门、拦污栅、启闭台、渐变段及沉沙池。5、落差建筑物：主要有跌水和陡坡两类。凡是水流自跌水口流出后，呈自由抛投状态，最后落入下游消力池内的为跌水；跌水由进口、跌水墙、侧墙、消力池和出口部分组成。当渠道过地形过陡地段时，利用倾斜渠槽连接该段上下游渠道，这种倾斜渠槽的坡度一般比临界坡度大，称为陡坡。由进口段、陡坡段、消能设施和出口段组成。第九章水利枢纽1、水利枢纽的设计阶段有预可行性研究阶段、可行性研究阶段、招标设计阶段、施工详图阶段。2、坝址坝型选择应考虑的因素有：地形条件、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益。弯道环流原理都应用在有坝引水枢纽中。（）无坝取水口一般设置在河道的凸岸。（）无坝引水与有坝引水的位置选择原则相同（ ）枢纽布置就是将枢纽建筑物紧凑地布置在一起。（）