河海大学水工建筑物.pptx
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1、水水 工工 建建 筑筑 物物(农业水利工程专业农业水利工程专业)任课教师:詹美礼任课教师:詹美礼 戴文鸿戴文鸿学时:学时:4040考试成绩评定:考试成绩评定:1 1、笔试、笔试 70%70%;2 2、课堂出勤及练习、课堂出勤及练习 30%;30%;3 3、缺课、缺课20%20%者取消参加考试资格。者取消参加考试资格。教学环节:教学环节:1 1、课堂授课;、课堂授课;2 2、课外练习;、课外练习;3 3、观看教学录象;、观看教学录象;4 4、课外实验;、课外实验;5 5、课程认识实习;、课程认识实习;6 6、课程设计;、课程设计;7 7、生产实习;、生产实习;8 8、毕业设计。、毕业设计。教学大
2、纲说明教学大纲说明(农业水利工程专业用农业水利工程专业用)课程特点课程特点是是农农业业水水利利工工程程专专业业的的一一门门专专业业课课。介介绍绍水水工工建建筑筑物物的的基基本本知知识识,阐阐述述水水工工建建筑筑物物的的设设计计基基本本理理论论;同同时时,结结合合这这门门课课,培培养养学学生生分分析析问问题题和和独独立立解解决决问问题题的的能能力力、自自学学能能力力,培培养养学学生生有有关关设设计计计计算算、绘绘图图及及科科学学试试验的基本技能。验的基本技能。课程内容课程内容一、本课程重点章名一、本课程重点章名1 1、绪论、绪论、2 2、重力坝、重力坝3 3、拱坝、拱坝4 4、土石坝、土石坝5
3、5、河岸溢洪道、河岸溢洪道6 6、隧洞、隧洞7 7、水闸、水闸8 8、渡槽。、渡槽。二、所讲的各章内容重点、深度要求等分别说明以下:二、所讲的各章内容重点、深度要求等分别说明以下:1 1、绪绪论论:主主要要阐阐明明水水利利枢枢纽纽定定义义、组组成成及及分分类类,水水利利工工程程标标准准以以及本专业课的学习方法。及本专业课的学习方法。2 2、重重力力坝坝:本本章章重重点点是是荷荷载载及及其其组组合合、抗抗滑滑稳稳定定分分析析 、坝坝体体应应力计算及基本构造力计算及基本构造 。荷荷载载及及其其组组合合,不不仅仅针针对对本本章章而而言言,对对其其它它水水工工建建筑筑物物均均有有用用处,要注意讲清基本
4、概念。处,要注意讲清基本概念。抗抗滑滑稳稳定定分分析析中中,不不仅仅介介绍绍计计算算方方法法与与公公式式,而而且且要要加加以以分分析析并要讲解计算公式中各种参数的选用问题。并要讲解计算公式中各种参数的选用问题。应应力力分分析析要要讲讲清清孔孔隙隙水水应应力力和和接接触触应应力力的的概概念念,以以便便讲讲清清楚楚未未考虑扬压力计算的应力和考虑扬压力计算的应力。考虑扬压力计算的应力和考虑扬压力计算的应力。坝坝体体材材料料及及构构造造,地地基基处处理理这这两两部部分分,要要交交待待其其在在工工程程中中的的重重要要性性。限限于于时时间间及及毕毕业业后后工工作作中中学学习习,所所以以在在讲讲课课时时讲讲
5、清清其其设设计基本原理,简要介绍主要措施。计基本原理,简要介绍主要措施。3 3、拱坝:、拱坝:本本章章重重点点是是拱拱坝坝布布置置,应应力力分分析析及及坝坝头头稳稳定定分分析析。坝坝体体应应力力分分析析中中,温温度度荷荷载载要要讲讲清清楚楚。限限于于课课时时,这这里里主主要要讲讲解解拱拱坝坝的的工工作原理与重力坝不同之处。作原理与重力坝不同之处。4 4、土石坝、土石坝本章重点是:渗流计算与稳定计算。土料设计也要重视。本章重点是:渗流计算与稳定计算。土料设计也要重视。稳稳定定计计算算中中,要要注注意意那那些些与与土土力力学学课课程程重重复复之之处处,如如圆圆弧弧法法。这这部部分分也也可可简简单单
6、地地提提一一下下,起起到到衔衔接接作作用用。在在稳稳定定计计算中,还要注意讲清计算条件及计算参数的选用等问题。算中,还要注意讲清计算条件及计算参数的选用等问题。反反滤滤层层的的作作用用,要要求求及及其其设设计计,要要讲讲清清楚楚,以以后后的的水水闸闸一一章中就不重复讲。章中就不重复讲。不不透透水水地地基基上上带带棱棱体体排排水水的的均均质质土土坝坝渗渗流流计计算算、堆堆石石坝坝及及土石混合坝,仅作简单的介绍。土石混合坝,仅作简单的介绍。5 5、河岸溢洪道、河岸溢洪道本本章章重重点点是是:开开敞敞式式正正槽槽溢溢洪洪道道的的泄泄水水槽槽设设计计原原则则以以及及侧侧槽槽式式溢流洪道中的侧槽设计。溢
7、流洪道中的侧槽设计。非非常常溢溢洪洪措措施施,要要讲讲其其重重要要性性。至至于于其其型型式式及及结结构构部部分分,仅仅作作简要介绍。简要介绍。6 6、隧道与涵管、隧道与涵管本章重点为隧道衬砌结构计算。本章重点为隧道衬砌结构计算。隧洞的线路选择,讲解原则。不要花太多时间。隧洞的线路选择,讲解原则。不要花太多时间。隧洞消能计算,与重力坝消能部分联系起来讲。隧洞消能计算,与重力坝消能部分联系起来讲。7 7、水闸、水闸本本章章重重点点是是,孔孔口口尺尺寸寸的的确确定定,消消能能防防冲冲、闸闸基基渗渗流流,闸闸室室稳稳定及闸室结构计算。定及闸室结构计算。孔孔口口尺尺寸寸。主主要要针针对对拦拦河河闸闸讲讲
8、解解。至至于于进进水水闸闸的的孔孔口口尺尺寸寸确确定定,仅讲其与拦河闸不同之处。仅讲其与拦河闸不同之处。讲讲解解消消能能方方式式时时要要注注意意其其与与水水力力学学课课程程内内容容的的衔衔接接、重重复复等问题。等问题。地地下下轮轮廓廓线线布布置置,要要结结合合不不同同地地基基、水水闸闸的的不不同同要要求求等等讲讲解。解。闸室结构计算的重点是底板计算,其次是闸墩。闸室结构计算的重点是底板计算,其次是闸墩。8 8、渡槽、渡槽梁梁式式渡渡槽槽的的重重点点是是:渡渡槽槽纵纵剖剖面面设设计计,荷荷载载及及其其组组合合,稳稳定定计计算算及及槽槽身身结结构构计计算算。拱拱式式渡渡槽槽重重点点是是:主主拱拱圈
9、圈轴轴线线的的确定及主拱圈结构计算。确定及主拱圈结构计算。槽槽身身横横剖剖面面结结构构计计算算,可可对对一一种种形形式式(如如矩矩形形)讲讲透透,其其它剖面的计算,仅讲其不同之处。它剖面的计算,仅讲其不同之处。主主拱拱圈圈轴轴线线及及主主拱拱圈圈结结构构计计算算,既既要要讲讲清清物物理理概概念念,又又要要讲清其必要的数学推导问题。讲清其必要的数学推导问题。第第1 1章章 绪论绪论第一节、水资源与水利建设第一节、水资源与水利建设 一、水资源一、水资源1 1、为什么说水是一种重要资源?、为什么说水是一种重要资源?(1)(1)必需品必需品生命、工农业生产;生命、工农业生产;(2)(2)必要介质必要介
10、质航运交通,水产事业;航运交通,水产事业;(3)(3)重要能源重要能源可利用,可再生;可利用,可再生;(4)(4)必要条件必要条件改善环境,发展旅游。改善环境,发展旅游。2 2、全球水量分布特点:、全球水量分布特点:海洋咸水为主,淡水海洋咸水为主,淡水2.52.53 3、我国水资源分布特点:、我国水资源分布特点:(1)(1)我国水资源不丰富我国水资源不丰富(人均意义人均意义-占全球人均占全球人均1/4)1/4);(2)(2)降水在时间,区域分布上不均衡;降水在时间,区域分布上不均衡;(3)(3)我国西部水能资源丰富。我国西部水能资源丰富。二、水利建设二、水利建设1 1、悠久的发展史、悠久的发展
11、史 (1)(1)岷江都江堰分洪灌溉工程岷江都江堰分洪灌溉工程(泰代泰代李冰李冰);(2)(2)芍级大型蓄水灌溉工程芍级大型蓄水灌溉工程公元前公元前600600年左右;年左右;(3)(3)引引漳漳十十二二渠渠工工程程(十十二二级级低低坝坝引引水水)公公元元前前390390年年左右;左右;(4)(4)四千年前大禹冶水四千年前大禹冶水黄河大堤。黄河大堤。2 2、新中国水利建设成就、新中国水利建设成就(1949(1949 )(1)(1)堤防堤防(整修,兴建整修,兴建)170000KM)170000KM (2)(2)河道疏竣,整治,海河,淮河河道疏竣,整治,海河,淮河开辟排洪;开辟排洪;(3)(3)兴建
12、水库:兴建水库:8600086000多座多座 (4)(4)灌溉:万亩灌区灌溉:万亩灌区25002500多处;多处;(5)(5)电站装机:电站装机:34583458万万KWKW3 3、展望、展望 (1)(1)大江,大河防洪达标问题,中小河流尚待根治;大江,大河防洪达标问题,中小河流尚待根治;(2)(2)农业受制于自然、地理、气候条件农业受制于自然、地理、气候条件 (3)(3)工业和城市用水迅猛增长,水资源等缺口日益严重;工业和城市用水迅猛增长,水资源等缺口日益严重;(4)(4)水能资源已开发量与可开发量的比例尚低;水能资源已开发量与可开发量的比例尚低;(5)(5)倡导环境水利。倡导环境水利。第二
13、节第二节 水利枢纽与水工建筑物水利枢纽与水工建筑物一、基本概念一、基本概念1 1、水水利利枢枢纽纽由由几几种种不不同同类类型型与与功功能能的的水水工工建建筑筑物物聚聚合合一一起起组组成的成的建筑物群建筑物群,以,以控制水流控制水流并便于并便于协调运行与管理协调运行与管理。2 2、水水工工建建筑筑物物凡凡实实现现某某一一水水利利、水水电电功功能能为为防防洪洪、发发电电、灌灌溉、航运等的溉、航运等的建筑物建筑物,如,如控制水位,调节水流,兴利除害控制水位,调节水流,兴利除害。在农田水利工程中,常见的水利枢纽有以下三种。在农田水利工程中,常见的水利枢纽有以下三种。(1)(1)蓄水枢纽蓄水枢纽。为了满
14、足防洪、灌溉、发电等各种要求,常需。为了满足防洪、灌溉、发电等各种要求,常需在河流上修建拦河坝,以形成水库,拾高水位,调节径流。这种在河流上修建拦河坝,以形成水库,拾高水位,调节径流。这种以拦河坝为主体的水利枢纽称蓄水枢纽以拦河坝为主体的水利枢纽称蓄水枢纽(或水库枢纽或水库枢纽)。蓄水枢纽除拦河坝外,还包括:蓄水枢纽除拦河坝外,还包括:泄水建筑物;泄水建筑物;取水建筑物。取水建筑物。这三种建筑物是任何一个蓄水枢纽均不可缺少的。除上述三种建这三种建筑物是任何一个蓄水枢纽均不可缺少的。除上述三种建筑物外,根据开发目标的不同,还可能有专门建筑物,如水电站、筑物外,根据开发目标的不同,还可能有专门建筑
15、物,如水电站、通航船闸等。通航船闸等。(2)(2)取水枢纽取水枢纽。为了从河流、湖泊等水源取水,以满足灌溉及其他用为了从河流、湖泊等水源取水,以满足灌溉及其他用水部门的需要。而水部门的需要。而在渠首河段附近修建的建筑物综合体称在渠首河段附近修建的建筑物综合体称取水枢纽。取水枢纽。主要包括进水闸、滚水坝主要包括进水闸、滚水坝(或拦河或拦河闸闸)、防沙及冲沙设施等,对综合利用的取水枢纽,还可能、防沙及冲沙设施等,对综合利用的取水枢纽,还可能有电站、船闸、鱼道、筏道等专门建筑物。有电站、船闸、鱼道、筏道等专门建筑物。(3)(3)泵站枢纽泵站枢纽。为了为了将低处水提送到高处将低处水提送到高处以以达到灌
16、溉、排涝、航运、达到灌溉、排涝、航运、发电发电等目的而兴建的等目的而兴建的以泵站为主体的水工建筑物综合体称以泵站为主体的水工建筑物综合体称为泵站枢纽为泵站枢纽。组成这种枢纽的建筑物类型,因枢纽任务和。组成这种枢纽的建筑物类型,因枢纽任务和工作条件不同而各有差别,但多以泵站及水闸为主体。工作条件不同而各有差别,但多以泵站及水闸为主体。(4 4)渠系建筑物:渠道在调水和配水过程中,为了)渠系建筑物:渠道在调水和配水过程中,为了控制水控制水流、合理分配水量、保证渠道安全流、合理分配水量、保证渠道安全运用以及使渠道运用以及使渠道通过天通过天然或人工障碍然或人工障碍,需,需在渠道上修建一系列建筑物,统称
17、为渠在渠道上修建一系列建筑物,统称为渠道系统上的水工建筑物道系统上的水工建筑物,或,或简称渠系建筑物简称渠系建筑物。二、水工建筑物分类二、水工建筑物分类1 1、按功能分、按功能分 (一一)挡水建筑物:如拦河坝、堤防、施工围堰等;挡水建筑物:如拦河坝、堤防、施工围堰等;功能:拦截或约束水流。功能:拦截或约束水流。(二二)泄泄水水建建筑筑物物:如如溢溢流流坝坝、泄泄水水闸闸(孔孔)、河河岸岸溢溢洪洪道道、泄水隧洞;泄水隧洞;功能:宣泄多余洪水降低水位、放空。功能:宣泄多余洪水降低水位、放空。(三三)输输水水建建筑筑物物:引引水水隧隧洞洞、涵涵管管、渠渠道道、渡渡槽槽、倒倒虹虹吸管、输水涵洞等;吸管
18、、输水涵洞等;功能:将水源从一处输送到另一处。功能:将水源从一处输送到另一处。(四四)取水建筑物:取水口、进水闸、扬水泵站等;取水建筑物:取水口、进水闸、扬水泵站等;功能:从水源取水以达应用之目的。功能:从水源取水以达应用之目的。(五五)整整治治建建筑筑物物:丁丁坝坝、顺顺坝坝、潜潜坝坝、导导流流坝坝、防防波波堤堤、护岸等;护岸等;功功能能:改改善善河河道道水水流流条条件件,调调整整河河势势,稳稳定定河河床床(槽槽),保保护护河岸。河岸。(6)(6)专门建筑物。是为某种特定的专门建筑物。是为某种特定的单一目标单一目标而专门修建的建筑而专门修建的建筑物,如水电站厂房、船闸、鱼道及筏道等。物,如水
19、电站厂房、船闸、鱼道及筏道等。2 2、按建筑物使用期限分类、按建筑物使用期限分类 按使用期限分类可分为按使用期限分类可分为永久性永久性建筑物和建筑物和临时临时性性建筑物两大类。建筑物两大类。永久性建筑物永久性建筑物-指枢纽工程运行期间使用的建筑指枢纽工程运行期间使用的建筑物。物。根据其重要件又分为根据其重要件又分为主要建筑物主要建筑物和和次要建筑物次要建筑物。主要建筑物主要建筑物-指指失事后失事后将将造成下游灾害造成下游灾害或或严重影响工程效益严重影响工程效益的建筑物。如坝、水闸、泄洪建筑物、电站厂房等。的建筑物。如坝、水闸、泄洪建筑物、电站厂房等。次要建筑物次要建筑物-指指失事后失事后不致造
20、成下游灾害或对工程效益不致造成下游灾害或对工程效益影响影响不大不大并并易于修复易于修复的建筑物。如挡土墙、护岸、导流墙等。的建筑物。如挡土墙、护岸、导流墙等。临时性水工建筑物临时性水工建筑物-指枢纽工程施工期间使用的指枢纽工程施工期间使用的建筑物。如导流建筑物、施工围堰等。建筑物。如导流建筑物、施工围堰等。3 3、水工建筑物的特点、水工建筑物的特点(一一)工作条件的复杂性工作条件的复杂性:水工建筑物在运用时,其工作条件因水的作用远较一般的建水工建筑物在运用时,其工作条件因水的作用远较一般的建筑物复杂。例如挡水建筑物,筑物复杂。例如挡水建筑物,在上下游水位差的作用下,将在上下游水位差的作用下,将
21、承受相当大的水平推力。承受相当大的水平推力。为此,建筑物与地基必须有足够的为此,建筑物与地基必须有足够的抗滑力以维持稳定。与此同时,抗滑力以维持稳定。与此同时,上游的水还将通过建筑物和上游的水还将通过建筑物和地基向下游渗透,形成渗透水压力,这不仅降低了建筑物的地基向下游渗透,形成渗透水压力,这不仅降低了建筑物的稳定性,还将可能使地基遭受破坏而危及建筑物的安全。稳定性,还将可能使地基遭受破坏而危及建筑物的安全。又又如泄水建筑物,如泄水建筑物,下泄的高速水流可能引起建筑物的气蚀、磨下泄的高速水流可能引起建筑物的气蚀、磨损、振动,以及冲刷破坏损、振动,以及冲刷破坏,故需设计合理的水流边界,采用,故需
22、设计合理的水流边界,采用抗磨材料,抗磨材料,设置消能防冲设施等。此外,有的水工建筑物设置消能防冲设施等。此外,有的水工建筑物还要承受库水对建筑物还要承受库水对建筑物附加的浪压力、冰比力、地震时产生附加的浪压力、冰比力、地震时产生的地震动水压力、水的化学侵蚀作用的地震动水压力、水的化学侵蚀作用等。等。(二二)设计选型的独特性设计选型的独特性水工建筑物的工作条件还与其所在地区的地形、水工建筑物的工作条件还与其所在地区的地形、地质、水文、气象等条件有密切关系。地质、水文、气象等条件有密切关系。由于各个地区情况不同、由于各个地区情况不同、自然条件千差万别自然条件千差万别,每,每个水工建筑物都有其个水工
23、建筑物都有其特定的工作条件特定的工作条件,这就决定,这就决定了每个水工建筑物都具有一定的了每个水工建筑物都具有一定的独特性独特性。(三三)施工建造的艰巨性施工建造的艰巨性 在河道、湖泊及其他水域修建水工建筑物,施工条件在河道、湖泊及其他水域修建水工建筑物,施工条件要比其他建筑物复杂得多。要比其他建筑物复杂得多。首先在水中施工需首先在水中施工需修建围堰修建围堰,并保护水工建筑物施工不受水流影响。如果建筑物修建在并保护水工建筑物施工不受水流影响。如果建筑物修建在河道上,还要河道上,还要截流截流,并采取,并采取导流措施导流措施,将上游来水安全导,将上游来水安全导向下游。这些工作十分重要且非常艰巨,处
24、理不好会影响向下游。这些工作十分重要且非常艰巨,处理不好会影响施工甚至始误工期。其次、水工建筑物的施工甚至始误工期。其次、水工建筑物的工程量大工程量大、施工、施工项目多、工期紧、强度大,相互干扰严重,而且还需注意项目多、工期紧、强度大,相互干扰严重,而且还需注意解决施工过程中的防洪及渡汛问题,以确保安全。施工受解决施工过程中的防洪及渡汛问题,以确保安全。施工受自然条件影响大自然条件影响大、受季节性制约受季节性制约强,可变因素多,而且强,可变因素多,而且施施工技术复杂工技术复杂。如。如地下或水下施工地下或水下施工、复杂地基复杂地基的处理、大体的处理、大体积混凝土:施工的积混凝土:施工的温度控制温
25、度控制等。此外,对于一个大型水利等。此外,对于一个大型水利工程,施工所需材料、设备和生活资料数量十分庞大,而工程,施工所需材料、设备和生活资料数量十分庞大,而工程往往又地处高山峡谷,工程往往又地处高山峡谷,交通运输交通运输也很困难。也很困难。(四四)失事后果的严重性失事后果的严重性水工建筑物,特别是堤坝等挡水建筑物,一旦失事,将给下水工建筑物,特别是堤坝等挡水建筑物,一旦失事,将给下游人民的生命财产和经济建设带来灾难性损失。因此,在勘游人民的生命财产和经济建设带来灾难性损失。因此,在勘测、规划、设计、施工及管理时都要慎重对待,按科学规律测、规划、设计、施工及管理时都要慎重对待,按科学规律办事,
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