水工建筑物重点知识总结.doc
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1、水利专业水工建筑物复习资料第一章 绪论1.水利工程的分类方法及其分类(重点)(1)按工程承担的任务分类:防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、供排水工程、港航工程、环境水利工程、综合利用水利工程(2)按工程对水的作用分类:蓄水工程、排水工程、取水工程、输水工程、提水工程、水质净化及污水处理工程2。水利枢纽的概念由不同类型的水工建筑物组成的综合体。3. 水工建筑物的类别有哪些?按其作用分为以下几类:(1)挡水建筑物:坝、闸和堤防等(2)泄水建筑物:坝身泄水孔、溢洪道、泄洪洞等(3)输水建筑物:输水洞、引水涵管、渠道、渡槽(4)取水建筑物:输水建筑物的首部建筑物:进水闸、泵站(5)专门建筑物:电厂
2、、船闸、升船机、鱼道、筏道(6)整治建筑物:用来整治河道、改善河道的水流条件,如丁坝、顺坝、导流堤、护岸等。*注意:有时分类不十分严格,闸可取水也可挡水;渠道可取水也可输水;溢流坝可挡水也可泄水4. 水利工程的特点(了解)(1)工作条件复杂,考虑因素多;(2)受自然条件制约,施工难度大;(3)效益大,对环境的影响也大;(4)失事后后果严重;(5)工程量大,投资巨大,工期长第二章 水工建筑物设计综述1。水电工程和水工建筑物如何分等分级?依据是什么?(重点)(1)水利工程(水利枢纽)的分等水利工程分等 工程失常影响效益,工程失事造成灾难 工程规模有大小,安全程度有高低分等依据:工程规模、效益、重要
3、性 级别:五等(2)水工建筑物的分级 永久性主要建筑物:大坝、厂房、泄洪闸水工建筑物 永久性次要建筑物:挡墙、导墙、护岸 临时建筑物:施工围堰、导流建筑物分级依据:工程等别、作用、重要性 级别:五级2. 永久性建筑物、临时性建筑物(重点)永久性建筑物是指工程运行期间使用的建筑物。临时性建筑物是指工程施工期间使用的建筑物。3. 表达水工建筑物安全储备的方法(重点)(1)单一安全系数法(2)分项系数极限状态设计法4。极限状态的类型(重点)(1)承载能力极限状态当出现下列状态之一时,即认为超过了承载能力极限状态:刚体失去平衡;材料强度不足而破坏;结构失稳;结构转变为机动体系;结构体产生渗透失稳等现象
4、;(2)正常使用极限状态定义:当结构或构件影响正常使用或达到耐久性的极限值时,认为达到了正常使用极限状态。影响结构正常使用或外观变形对运行人员、设备、仪表等有不良影响的振动对结构外形、耐久性以及防渗结构抗渗能力有不良影响的局部损坏等5. 结构功能函数的含义(重点)当Z=0时,结构处于极限状态6. 安全系数法、分项系数极限状态设计法的含义(1)单一安全系数法(水工规范)表达式:安全系数K考虑的因素:结构的安全等级;工作状况和作用效应组合;结构和地基的受力特点和计算方法:模拟准确度;材料抗力、作用的实验、勘测方法和取值规则。不足之处:是定性的标准,没有定量的意义;不同建筑物不可比较;同一结构的不同
5、破坏状况之间不可比较。(2)分项系数极限状态设计法理论基础:基于概率原理的结构可靠度分析理论失效概率:不能完成预定功能的概率,pf =Pg(.) 2m,b满足交通、运行管理、设备安全等要求。13. 重力坝极限状态设计的方法(看教材)14. 溢流重力坝孔口尺寸设计方法溢流重力坝泄洪要求足够的孔口尺寸,良好的孔形,较高的流量系数。水流平顺, 不产生负压和振动, 避免发生空蚀.保证下游河床不产生危及大坝安全的局部冲刷.下泄水流不产生折冲水流等,不影响其他建筑正常运行。有灵活控制下泄水流的设备.孔口设计的步骤:(1)选定泄水方式(2)拟定泄水布置方案(3)初步确定孔口尺寸(4)按规定洪水设计标准进行调
6、洪演算(5)求出各方案的防洪库容、设计和校核洪水位和下泄流量(6)估算淹没损失和枢纽造价(7)综合比较,选出最佳方案15.空化、空蚀、掺气的概念(重点)(1)空化:当高速水流在某点的压强低于饱和蒸汽压强时,水体中固有的小气核迅速膨胀而成小空泡,这种现象称为空化。(2)空蚀:当空气泡进入高压区受压而溃灭,因溃灭时间短暂,产生很高的局部冲击力,当坝面冲击力大于材料凝聚力时,坝面遭到破坏.(3)掺气:当下泄水流流速超过78m/s后,空气经水面被卷入水体,发生掺气现象。 1)自掺气:边界层水流发展到表面而掺气、水流射入空中扩散而掺气、水流射入水垫卷吸空气而掺气. 2)强迫掺气:因结构物的扰动、振动而掺
7、气.16. 溢流重力坝消能工的型式、原理及其适用性(重点)消能原理:通过水跃等局部水力现象,将水流动能转换为热能。消能工形式: 底流消能,挑流消能,面流消能,消力戽消能(1)底流消能的原理:通过水跃将急流转变为缓流而消能,主要靠水跃产生的表面旋滚与底流间的强烈紊动、剪切和掺混消能.底流消能的应用:多用于中、小型工程,高坝应用较少(2)挑流消能:利用泄流建筑物出口处设置的挑流鼻坎,将急流挑向空中,再落入离建筑物较远的下游河道,这种消能方式就叫挑流消能。挑流消能能量耗散的组成:急流沿固体边界摩擦而耗能;射流在空中与空气摩擦、掺气和扩散等耗能;射流落入尾水中淹没,紊动扩散耗能。挑流消能适用于基岩比较
8、坚固的中高水头各类泄水建筑物,应用广泛。(3)面流消能的原理:利用鼻坎将急流挑至水面,在主流下面形成旋滚而消能.适用条件:尾水深且变幅小,有排冰、漂木等要求(4)消力戽消能的原理:消力戽的挑流鼻坎潜没在水下,形成不自由水舌,水流在戽内产生漩滚,经鼻坎将高速的主流挑至表面.适用条件:尾水深且变幅小,附近水域无航运要求,河床河岸抗冲能力强17. 坝身泄水孔的型式主要型式:有压泄水孔,无压泄水孔,双层泄水孔18. 平压管、通气管的作用平压管布置在检修闸门和工作闸门之间,用以在检修闸门提起前冲水平压,减小启门力。进口工作闸门提起后,后面的空气被水流带走而形成负压,需于工作闸门后设通气管充气。19. 固
9、结灌浆、帷幕灌浆的作用(重点)固结灌浆的目的:增强基岩的整体性和强度,降低地基的透水性.帷幕灌浆的目的:降低坝底渗透压力,防止坝基产生管涌,减少坝基渗流量.20. 断层破碎带、软弱夹层对重力坝的影响断层的影响:(1)易产生不均匀沉降,引起坝体应力不均而开裂 (2)连通坝体、增大渗流压力,甚至产生管涌危及大坝安全软弱夹层的影响:软弱夹层较薄,遇水易泥化、软化,使坝基抗剪强度降低,影响坝体抗滑稳定性。21. 为什么要对重力坝进行材料分区(重点)分区的目的:坝体各部位的工作条件不同,对砼各种性能要求各不同,为了节约和合理利用水泥,常将坝体砼分区,各区可采用不同标号的砼。22. 重力坝坝体分缝的原因、
10、类型(重点)(一) 横缝 横缝的作用:将坝体分成若干独立工作的坝段,可减少温度应力、适应地基不均匀变形和满足施工要求.横缝的分类:永久性横缝,临时性横缝(二) 纵缝 布设纵缝的目的:适应砼的浇筑能力,减少施工期的温度应力纵缝的分类:铅直纵缝,斜缝,错缝(三) 水平施工缝 水平施工缝的目的:适应砼的浇筑能力,减少施工期的温度应力23. 理解碾压混凝土、碾压混凝土重力坝的特点碾压混凝土坝的优点工程程序简单,施工速度快;胶凝材料用量少;水热化温升大大降低,简化了温控程序;不设纵缝,节省了模板和接缝灌浆的费用;可使用大型通用机械设备,提高砼的运输和浇筑工效;降低工程造价。24. 理解浆砌石、宽缝、空腹
11、重力坝、支墩坝的概念浆砌石重力坝:用块石或粗料石和胶结材料砌成的重力坝.宽缝重力坝:为了充分利用砼的抗压强度,将实体重力坝横缝下部扩宽成为空腔的重力坝,称为宽缝重力坝.空腹重力坝:坝体内沿坝轴线方向设有较大空腔的重力坝.支墩坝:由一系列支墩和挡水面板组成的重力坝.第四章 拱坝1.拱坝的工作特点(重点)(1)稳定特点:稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用,因而对地基的要求很高;(2)结构特点:拱是一种推力结构,承受轴向压力,有利于发挥砼及浆砌石材料的抗压强度;高次超静定结构,拱梁所承受的荷载可相互调整, 因此可承受超载;(3)荷载特点:不设永久性伸缩缝;抗震性能好;几何形状复杂,施工难度大。2.地形
12、、地质条件对拱坝的影响(重点)(1)对地形的要求理想地形:两岸对称,岸坡平顺无突变;逐渐收缩的峡谷段;坝体两侧具有足够的岩体支撑宽高比L/H和厚高比T/H 的影响:L/H 1.5,适宜修薄拱坝,T/H 4.5,适宜修建重力坝。断面形状的影响V形河谷:最易发挥拱作用;U形河谷:拱作用降低,拱较厚;梯形河谷:介于二者之间.(2)对地质的要求:要求最高,坝肩必须能承受拱端传来的推力,且能保持稳定。理想地质条件:基岩比较均匀、坚固完整、强度足够;;基岩能抵抗水的侵蚀、耐风化,透水性小;岸坡稳定、整体性好,没有大断裂、软弱夹层,压缩变形小。上述条件不能满足时,需进行固结灌浆以增加地基的整体性和牢固程度。
13、3。拱坝的类型按材料和施工方法分类:常规混凝土拱坝,碾压混凝土拱坝,砌石拱坝按坝高分类:高坝(70m),中坝(3070m),低坝(30m)按拱圈线形分类:单心圆、双心圆、三心圆、抛物线等按坝面曲率分类:单曲拱坝,双曲拱坝按结构构造分类:周边缝拱坝、空腹拱坝4.确定双曲拱坝拱冠梁几何尺寸的参数见右图:凸点与坝顶高差Z0:= 1H; 凸度2:=DA/H ; 倒悬度:AB水平距离与高差之比5.拱坝体形评估的参数(1)厚高比T/H (2)柔度系数法柔度系数: (水平向柔韧程度)(3)应力水平系数DA2/V (单位平均厚度对应的上游面承载面积)D一般控制在3500以内6. 拱坝自重荷载的如何分配,与重力
14、坝有什么不同?(重点)拱坝自重:封拱前浇筑的全部由悬臂梁承担。7.温度作用对拱坝的应力和稳定有什么影响?(重点)(1)坝体温度变化:均匀温度变化tm:温差均值,对拱圈轴向力及力矩、悬臂梁力矩影响很大.等效线性温差td:上下游坝面的温度差值,对拱圈力矩影响大,其余影响小。非线性温度变化tn:只产生局部应力,可忽略不计。(2)温升温降的影响差异 温降:温度低于封拱温度。对坝肩稳定有利,对应力不利温升:温度高于封拱温度.对坝肩稳定不利,对应力有利8。拱坝的应力分析方法有哪些?(重点)纯拱法,拱梁分载法,有限元法,壳体理论计算方法,结构模型试验9.拱梁分载法、拱冠梁法、纯拱法的原理,有什么不同?纯拱法
15、:假定拱坝由许多互不影响的独立水平拱圈组成,不考虑梁的作用,荷载全部由拱圈承担拱梁分载法:将拱坝视为由若干水平拱圈和竖直悬臂梁组成的空间结构,荷载由梁系和拱系分担,荷载分配由变位一致来确定。拱冠梁法:拱梁分载法的简化方法,即仅对拱冠梁与若干水平拱圈进行应力计算,对其它截面的悬臂梁不计算,对于对称的、狭窄的拱坝可作初步应力计算。10。理解拱坝的失稳形式:坝肩岩体失稳,上滑失稳坝肩岩体滑动的原因:1)岩体内存在软弱结构面;2)荷载作用(拱端推力、渗流压力)影响上滑稳定的因素:1)河谷的几何形状:河谷越宽,岸坡越平缓,对稳定不利2) 坝体几何形状:坝薄、扁,曲率小,合力倾角小3)渗流力越大,越不稳定
16、4)摩擦角越小,越不稳定。11.稳定分析方法(重点)刚体极限平衡法、有限元法、地质力学模型试验12.拱坝坝身泄水的方式有哪些?各自的特点?(重点)(1)自由跌流式 特点:1)适用于较薄的双曲或小型拱坝,基岩良好、单宽流量小; 2)因为落水距坝较近,需设防护措施.(2)鼻坎挑流式特点:溢流堰顶曲线末端设反弧挑流鼻坎,以使落水点距坝较远.(3) 滑雪道式 特点:1)挑坎处落差大,挑距远;2)底板下可布置发电厂房; 3)溢流面参数要求高以避免空蚀;(4) 坝身泄水孔式 特点:1)工作闸门多用弧形闸门,且布置在出口;2)出口收缩以保证泄水孔有压流; 3)孔身多用矩形,进口常做成曲线形。13。拱坝的消能
17、方式、防冲设施有哪些?(重点)拱坝消能形式:跌流消能、挑流消能、底流消能防冲措施:护坦、护坡、二道坝14.拱坝分缝与接缝处理(重点)分缝目的:散热,防止收缩开裂,分段浇筑,平均气温左右时封拱。接缝灌浆:1)目的是保证拱坝的整体性;灌浆缝仍是拱坝的薄弱部位,尽量减少伸缩缝数量;2)灌浆工艺同重力坝;上游面设止水。永久横缝的特例:坝肩上弱下强时,上部可做成永久缝,推力由下部承担。15。垫座、周边缝、重力墩的作用(重点)(1)垫座和周边缝的作用:1)周边缝使梁的刚度和作用减弱,拱的作用加强;2)周边缝减小坝体传至垫座的弯矩,可减小上游坝面的拉应力;3)垫座加大了与基岩的接触面,改善地基的受力状态;4
18、)垫座可减少不规则和软弱面对坝体的影响;5)坝体开裂不影响基础,基础开裂不影响坝体;6)垫座对坝体起地震缓冲作用.(2)重力墩设置的目的:1)对于不规则河谷,用重力墩减小宽高比,避免岸坡大量开挖。2)重力墩是拱坝坝端的人工支座;3)用重力墩连接拱坝与其它坝段或溢洪道。16.理解诱导缝的作用作用:碾压混凝土拱坝的构造缝,防止坝体其它部位开裂。第五章 土石坝1。土石坝的特点(1)可以就地、就近取材,节约大量材料和运输费;(2)能适应各种地形、地质及气候条件;(3)大容量、多功能、高效率施工机械发展;(4)岩土力学理论、计算方法、试验手段的发展为土石坝设计提供了安全保障;(5)高边坡、地下工程及高速
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