水工建筑物知识点总结汇编.doc

第一章 绪论
1.水利枢纽与水工建筑物的基本概念
为满足防洪要求，获得灌溉、发电、供水等方面的效益，需要在河流的适宜地段修建不同类型的建筑物，用来控制和分配水流，这些建筑物统称为水工建筑物，而不同类型的水工建筑物组成的综合体称为水利枢纽。
第二章 水工建筑物设计综述
1.水工建筑物的分类和水工建筑物的分级
水工建筑物按承担任务分：挡水建筑物、泄水建筑物、输水建筑物、取水建筑物、整治建筑物（导流堤、护岸、护底等）、专门建筑物（水闸、船闸、升船机等）
将水利水电工程根据其工程规模、效益和在国民经济中的重要性分为五等。水利水电工程的永久性水工建筑物和临时性水工建筑物，根据其所属工程等别及在工程中的作用和重要性划分为五级和三级。
2.水利工程的特点
（1）工作条件复杂（2）受自然条件制约，施工难度大（3）效益大，对环境影响也大（4）失事后果严重（5）个别性强
3.作用效应组合、作用效应分析方法
作用：指外界环境对水工建筑物的影响。
主要作用有：重力、水作用、渗透水作用、风及波浪作用、冰及冰冻作用、温度作用、土及泥沙作用、地震作用等
作用效应：建筑物对外界作用的响应。如：应力、变形、振动等
荷载：在进行结构分析时，如果一开始即可用一个明确的外力来代表外界环境的影响，则此作用称为荷载，也叫直接荷载。直接荷载如：自重、水荷载
间接荷载：在进行结构分析时，无法用一个明确的外力来表示，其作用及产生的作用效应只能在结构分析中同步求出。
建筑物的作用效应分析方法：数学模型：物理模型（模型试验）经验类比解析法、差分法、有限元
第一类正常运用情况下的基本组合、第二类为施工检修组合、第三类为非常情况下的特殊组合作用效应组合
4.水工建筑物安全储备的表达方法、设计准则
安全储备：1.单一安全系数法；2.分项系数极限状态设计法
极限状态：当整个结构(包括地基)或结构的一部分超过某一特定状态，结构就不能满足设计规定的某种功能要求时，称此种特定状态为该功能的极限状态。
5.极限状态设计的内容、表达方式
极限状态设计包含：1.承载能力极限状态；2.正常使用极限状态
承载能力极限状态：刚体失去平衡；超过材料强度；塑性变形过大；土石结构或地基、围岩产生渗透失稳等。
正常使用极限状态：结构或构件影响正常使用或达耐久性的极限值。如：影响结构正常使用或外观变形、对人员或设备仪表有不良影响的振动等。
6.基本烈度、设计烈度
基本烈度：指该地区在今后50年内可能遭遇的较大地震，其超越概率在10％。
抗震设计时，一般取基本烈度作为设计烈度
抗震设计内容：抗震计算和工程抗震措施
7.地震作用效应的分析方法
地震作用效应是一种典型的动态作用，其分析方法需根据工程的抗震设防等级来选定。
8.结构可靠度、可靠度指标
可靠度：结构在给定的条件下，在基准期内完成预定功能的概率，或称可靠概率。
可靠度指标：见书P21
9.在水工设计中，对不同级别的建筑物有不同要求：
设计基准期抗击灾害能力安全性运行可靠性建筑材料
10.水工建筑物抗震设计的基本要求
能抗御设计烈度的地震，如有轻微损坏，经一般处理仍可正常使用。
11．地震作用效果
地震作用是典型的动态作用，在地基随机性运动的影响下，可能使岩基断层活化发生错动、砂土地层液化、库水对坝体产生动水压力、建筑物振动开裂或倾倒、填土对挡土建筑物产生动土压力、水库库岸崩塌、土石坝坝坡滑动或沉降裂缝等反应，及地震作用效果

第三章 岩基上的重力坝
1.重力坝的工作原理与特点
依靠坝体自重，满足稳定和强度要求。（重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求；同时依靠坝体自重产生的压力来抵消水压力所引起的拉应力，以满足强度要求）
横缝：为适应地基变形、温度变化和混凝土的浇筑能力，沿坝轴线方向用横缝将坝体分成若干个独立工作的坝段。
坝内设排水管：在靠近坝体上游面
坝基设防渗帷幕及排水孔：靠近坝踵的地基内设防渗帷幕，帷幕后设排水孔
缺点：
（1）坝体剖面尺寸大，材料用量多（2）坝体应力低，材料强度得不到充分发挥（3）坝体与地基接触面积大，相应坝底扬压力大，对稳定不利（4）坝体体积大，由于施工期混凝土的水化热和硬化收缩，将产生不利的温度应力和收缩应力，因此在浇注混凝土时，需要有较严格的温度控制措施
优点：
（1）结构作用明确，设计方法简便，安全可靠（2）对地形、地质条件适应性强（3）枢纽泄洪问题易解决（4）便于施工导流（5）施工方便
2. 重力坝的荷载及其组合
荷载：自重、静水压力 扬压力 动水压力、波浪压力、泥沙压力、土压力、冰压力、温度作用、地震作用等。
扬压力：包括上浮力及渗流压力。上浮力是坝体下游水深产生的浮托力；渗流压力是在上、下游水位差作用下，水流通过基岩节理、裂隙而产生的向上的静水压力。
动水压力：当水流流经曲面，由于流向改变，在该处产生动水压力。
波浪作用使重力坝承受波浪压力，而波浪压力与波浪要素和坝前水深等有关系。
冰压力分静冰压力和动冰压力。当温度升高时，冰层膨胀，对建筑物产生的压力称为静冰压力。
结构由于温度变化而产生的压力、变形、位移等称为温度作用效应。
荷载按性质分：基本荷载和特殊荷载
荷载组合可分为基本荷载组合与特殊荷载组合。基本荷载组合属设计或正常情况，由同时出现的基本荷载组成。特殊荷载组合属于校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。
3. 重力坝抗滑稳定分析的内容
沿坝基面的抗滑稳定分析：
采用抗强度公式：将坝体与基岩看成是一个接触面，而不是胶结面。
采用抗剪断公式：认为坝体混凝土与岩基接触良好。
深层抗滑稳定分析：
单斜面深层抗滑稳定计算：地基内只有一个软弱面，计算中将软弱面以上的坝体和地基视作刚体。
双斜面深层抗滑稳定计算:在作深层抗滑稳定分析时，应验算几个可能的滑动通道，从中找出最不利的滑动面组合，进而计算其抗滑稳定安全系数
常用的计算方法：
4. 抗滑稳定分析方法
刚体极限平衡法（常用）、采用有限元法和地质力学模型试验加以复核
5. 双斜面深层抗滑稳定分析方法
剩余推力法、被动抗力法、等安全系数法
6.提高抗滑稳定性的工程措施
（1）利用水重：当坝底基面与基岩间的抗剪强度参数较小时，常将坝的上游面略向上游倾斜。
（2）采用有利的开挖轮廓线：最好利用岩面的自然坡度使坝基面倾向上游；有意将坝踵高程降低，使坝基面倾向上游。
（3）设置齿墙：当基岩内有倾向下游的软弱面时，可在坝踵部位设置齿墙，切断较浅的软弱面。
（4）抽水措施：当下游水位较高，坝体承受浮托力较大时，可考虑在坝基面设排水系统，定时抽水以减小坝底浮托力。
（5）加固地基：帷幕灌浆、固结灌浆以及软弱夹层的处理。
（6）横缝灌浆：将部分坝段或整个坝体的横缝进行局部或全部灌浆，以增强坝的整体性和稳定性。
（7）预加应力措施：在靠近坝体上游面，采用深孔锚固高强度钢索，并施加预应力。
7.重力坝应力分析的材料力学法的基本假定
坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料。②视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力。③假定坝体水平截面上的正应力δy按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。
8.重力坝的上游坝面坡度为什么不能太大？
剪应力τu=(pu-δyu)n
9.重力坝应力控制标准（强度指标）
采用材料力学法分析时，规范规定的强度指标：
（a) 正常使用极限状态：①短期及长期组合，坝踵(计入扬压力)不出现拉应力；②长期组合，坝体上游面(计入扬压力) 垂直应力不出现拉应力；③短期组合，下游坝面垂直拉应力不大于0.1MPa。
（b) 承载能力极限状态：
基本组合和偶然组合，坝趾及选定截面下游端点的抗压强度承载能力极限状态
10.影响坝体应力的各种因素。
（1）地基变形模量（2）坝体混凝土分区（3）纵缝（4）分期施工(5)温度变化及施工过程
11.纵缝对坝体应力的影响。
（1）上游面铅直时，纵缝对应力分布没有影响（2）上游面为正坡时，坝踵合成铅直正应力减小，甚至产生拉应力（3）上游为倒坡时，坝踵铅直压力增大，对坝体强度有利
12.重力坝的温度裂缝的类型及防止措施
施工期的温度应力包括：地基约束引起的应力和内外温差引起的应力。裂缝多是由温度应力引起的，裂缝可分为：贯穿性裂缝和表面裂缝
防止措施：合理分缝、分块、提高混凝土质量、温度控制
温控措施：（1）降低混凝土的浇注温度：骨料预冷、加冰屑拌和、埋石、减少水泥用量（2）减少水泥水化热温升：冷却水管、减少浇注层厚度利用仓面散热（3）加强对混凝土表面养护和保护
13.重力坝的应力分析。重点掌握材料力学方法。
应力分析的过程：
首先进行荷载计算及荷载组合，然后选择合适的方法进行应力计算最后检验大坝各部位的应力是否满足强度要求
分析方法：理论计算（材料力学法、悬臂梁与水平梁的分载法、有限元计算）、模型试验
14.重力坝的基本剖面与实用(设计)剖面
基本剖面：在自重、静水压力、扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面。
实用剖面：（1）上游坝面铅直，适合用于混凝土与岩基接触面的f、c值较大或坝体内有泄水洞或引水管道、进口控制设备的情况（2）上游坝面上部垂直，下部倾斜，既便于布置进口设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定（3）上游坝面略向上游倾斜，适用于混凝土与基岩接触面间的f、c值较低的情况
15.溢流重力坝的孔口形式及其特点
孔口形式：开敞溢流式和大孔口溢流式两种
17.溢流重力坝的孔口设计
孔口尺寸：下泄流量Q、单宽流量q、孔口宽度b 、孔口数n 、溢流长度L、堰顶高程
考虑的因素：泄洪要求、闸门和启闭机械、枢纽布置、下游水流条件
18.泄水重力坝设计中有关高速水流的几个问题
（1）空化与空蚀：水流在曲面上进行，由于离心作用，或水流受不平整表面的影响，在贴近边界处可能产生负压，当水体中的压强减小至饱和蒸汽压强时，便产生空化。当空化水流运动到压力较高处，由于气泡的溃灭，伴随有声响和巨大的冲击作用。当这种作用力超过结构表面材料颗粒的内聚力时，便产生剥离状的破坏，这种破坏现象称为空蚀
（2）掺气：由溢流坝下泄的水流，当流速超过7-8m/s时，空气从自由表面进入水体，产生掺气。
（3）水流脉动：泄水建筑物中的水流属于高度紊动的水流，其基本特征是流速和压力随时间不断变化。水流对泄水建筑物主要是动水压力。
（4）冲击波：在高速水流边界变化处，如断面扩大、收缩、转弯处，将产生冲击波。
19.溢流面体形设计、设计定型水头
溢流面组成：顶部曲线段、中间直线段和反弧段
顶部曲线段：关键部位：克－奥曲线、WES曲线。
反弧段：目的：使从堰面下泄的水流能够平顺转向。反弧半径R应结合下游效能设施来确定。
中间直线段：与坝顶曲线和下部反弧段相切、坡度与非溢流坝段相同。
剖面设计：要求与非溢流坝基本剖面适应。
20. 基本消能形式有哪几种？底流消能和挑流消能各有何特点？设计的关键是什么？
常用消能工型式：挑流消能、底流消能、面流消能、消力戽消能
(1)挑流消能：利用泄水建筑物出口处的挑流鼻坎，将下泄急流抛向空中，然后落入离建筑物较远的河床与下游水相衔接的消能方式。适用于：基岩比较坚固的高、中水头泄水建筑物。
(2)底流消能：通过水跃将急流转变为缓流。
底流消能的关键：设计时，要注意能产生一定淹没度的水跃。
适用于中、低坝，且下游水位稳定，尾水较深。
21. 有压泄水孔与无压泄水孔设计上有何不同？
有压泄水孔：工作闸门布置在出口，门后为大气，可以部分开启；出口高程低，利用的水头大，断面尺少较小。缺点足闸门关闭时，孔内承受较大的内水压力，对坝体应力和防渗都不利，常需钢板衬砌。为此，常在进口处设置事故检修闸门，平时用来挡水。
无压泄水孔：工作闸门布置在进口。为了形成无压水流，需在闸门后将断面项部升高。闸门可以部分开用，闸门关闭后孔道内无水，明流段可不用钢饭衬砌，加工简便，干扰少，有利于加快施工进度；缺点是断四尺寸较大，对坝体削弱大。
平压管：设在检修闸门和工作闸门之间。减小检修闸门的启门力。
通气孔设在：工作闸门之后。起补气和排气作用。
22.坝对地基有何要求？
处理后的地基应达到的要求：
具有足够的强度，以承受坝体的压力。
具有足够的整体性和均匀性，以满足坝基抗滑稳定和减少不均匀沉陷。
具有足够的抗渗性，以满足渗透稳定，控制渗流量。
具有足够的耐久性，以防止岩体性质在水的长期作用下发生恶化。
23.基础处理的任务是什么？
防渗 提高基岩的强度和整体性。
24.灌浆的目的是什么？范围？
目的：提高基岩的整体性和强度，降低地基的透水性。
25.帷幕灌浆的目的是什么？帷幕深度、厚度、灌浆压力如何确定？
目的：降低坝底渗透压力，防止坝基内产生机械或化学管涌；减少坝基和绕坝渗漏量，使其在允许范围内。
帷幕位置：帷幕中心线离上游面距离约0.1倍底宽
帷幕灌浆范围：河床至两岸，帷幕应连续
帷幕深度：应根据作用水头和基岩的地质情况确定，地基内透水层厚度不大时，帷幕可伸入相对隔水层3~5m；河床至两岸，帷幕应连续。当透水层埋藏较深或分布无规律时，通常取(0.3~0.7)倍水头。
26.排水的目的是什么？如何布置？
坝基排水目的：充分降低坝基渗透压力并排除渗水。
布置：主排水幕(帷幕后)
主排水幕＋纵横向廊道组成的副排水系统
27.为什么要对断层、破碎带进行处理？应如何处理？
断层破碎带强度低，压缩变形大，易于使坝基产生不均匀沉降，引起不利的应力分布，导致坝体开裂；软弱夹层的厚度较薄，遇水易软化或泥化，使抗剪强度降低，不利于坝体的抗滑稳定，特别是连续、倾角小于30度的软弱夹层，更为不利。
断层破碎带：
规模大，影响范围广，且对基础强度和压缩变形有较大影响时——进行专门的处理设计
规模不大，但对基础强度和压缩变形有一定影响时——混凝土塞加固
缓倾角软弱结构面：根据埋深不同，分别采用：
混凝土置换、混凝土深齿墙、混凝土塞——提高抗剪能力
抗滑桩、预应力锚索、化学灌浆等——保证抗滑稳定、断层破碎带（倾角较陡）
28.横缝纵缝的作用、分类及处理方法。
横缝垂直于坝轴线，将坝体分成若干独立的坝段，横缝的划分主要取决于地基特征、河谷地形、温度变化、结构布置和浇注能力等。起作用是：减小温度应力，适应地基不均匀变形和施工要求
类型：永久性横缝：伸缩缝或沉降缝，大小1~2cm。
临时性横缝：坝段与基岩面的连接
处理方法：临时性横缝：缝面设键槽和灌浆系统灌浆
永久性横缝：缝面为竖直平面，不灌浆。
29.纵缝
为了适应混凝土的浇注能力和减小施工期的温度应力，常在平行坝轴线方向设纵缝，将一个坝段分成几个坝块，待其温度接近稳定后再进行接缝灌浆。
纵缝按其布置型式可分为：铅直纵缝、斜缝、错缝。
30.重力坝哪些部位需设置止水设施？
止水位置：横缝上游面、溢流面、下游面最高尾水位以下、坝内廊道和孔洞穿过分缝处的四周等部位
31.碾压混凝土重力坝与常态重力坝相比，设计上有什么不同？
碾压重力坝：材料：无坍落度的干硬性混凝土
混凝土分区：“金包银”(RCD)－观音阁；全碾压式(RCC)
坝体防渗：常态混凝土防渗；沥青砂浆防渗层
坝体分缝：不设纵缝，横缝可减少
温度控制：适当减少
32.宽缝重力坝的特点。
工作特点：坝基渗水通过宽缝排出，渗透压力明显降低；作用面积小，扬压力小。
33.空腹重力坝的特点。
特点：空腔下部不设底板，减少了坝底面上的扬压力。
34.支墩坝
支墩坝是由一系列支墩和挡水面板组成，支墩沿坝轴线排列，前面设挡面板。支墩按照结构分：大头坝、连拱坝、平板坝。
35.当今世界的碾压混凝土重力坝日本宫濑坝。

第四章 拱坝
1.拱坝的工作特点
（1）稳定特点：主要依靠两岸拱端的反力作用。
（2）结构特点：拱坝属于高次超静定结构，超载能力强，安全度高，当外荷载增大或坝的某一部位发生局部开裂时，坝体的拱和梁作用将会自行调整。
（3）荷载特点：拱坝坝身不设永久伸缩缝，温度变化和基岩变形对坝体应力的影响比较显著。
2.拱坝的结构受力特点
拱坝是一种推力结构——拱坝结构上的根本特点
坝体承受的荷载一部分通过拱作用——两岸岩体，一部分通过梁作用——坝底基岩
坝体稳定，主要依靠两岸拱端的反作用，而不只是靠坝体重量来维持
坝体内力分布以压应力为主，压力分布较均匀，有利于发挥材料强度。
3.拱坝坝址对地形地质的要求有哪些？
地形要求：左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上是向下游收缩的狭窄河谷段。（理想的）
地质要求：两岸的基岩必须能承受由拱端传来的推力，要在任何情况下保持稳定。
河谷的形状特征用坝顶高程处的河谷宽度L与最大坝高H的比值，即宽高比L/H 表示——作为修建拱坝的一项指标。L/H 小拱作用大，坝体可薄。
拱坝的厚薄程度常以坝底最大厚度T和最大坝高H的比值，即厚高比T/H来区分。
4.拱坝类型
（1）按建筑材料和施工方法分：常规混凝土拱坝、碾压混凝土拱坝、砌石拱坝
（2）按拱圈线形分类：单心圆、双心圆、三心圆、抛物线、对数螺旋线、椭圆拱坝等
（3）按坝面曲率分：只有水平向曲率，单曲拱坝；水平竖直都有，双曲拱坝
5.拱坝中心角对坝体应力影响
对于一定宽度的河谷，拱中心角越大，拱圈厚度越小，材料强度越能充分得到利用，因而适当加大中心角是有利的。然而加大中心角会使拱圈的弧长增加，在一定程度上抵消了减薄拱圈厚度所节省的工程量，使拱圈体积最小的中心角133.57度。
由于拱坝的最大应力常在坝高1/3~1/2处，所以有的工程在坝的中下部采用较大的中心角，由此而向上向下中心角都减小。
6.拱圈中心角对坝肩稳定有何影响？
中心角2δA较大时会直接影响到坝肩的稳定，2δA较大时对坝肩稳定不利
7.拱坝封拱、温降对坝体应力及稳定的影响
拱坝封拱：横缝（径向）、纵缝，蓄水前需灌浆封填(封拱)，使坝连成整体。
封拱温度：坝体处于温升状态时：坝体受力(M、Q)与水压力作用刚好相反，有利于降低坝内应力，轴力N方向相同，对坝端的推力加大，不利稳定。故封拱温度通常选得较低。一般选在年平均气温或略低时，进行封拱。
8.拱坝布置的原则
原则：在满足稳定和建筑物运用要求下，通过调整拱坝外形尺寸，使坝体材料强度得到充分发挥，控制拉应力在允许范围内，而坝体工程量最省。
9.合理的拱圈形式应当是什么样的？
最合理的拱圈形式应当是：变曲率、变厚度、扁平的
其压力线接近拱轴线，使截面压应力分布趋于均匀；
传到两岸岩体上的合力方向与岩体的交角较大，以利坝肩稳定。
抛物线拱的优点：曲率变化连续、压应力分布均匀、利于坝肩岩体稳定
10.拱坝主要作用荷载有哪些？
自重、静水压力、扬压力、动水压力、泥沙压力、冰压力、浪压力、温度荷载及地震荷载
11.温度荷载对拱坝的影响
当坝体温度低于封拱温度时，坝轴线收缩，使坝体向下游变位，由此产生的弯矩和剪力的方向与水压力产生的相同，但轴力方向相反；当坝体温度高于封拱温度时，坝轴线伸长，使坝体向上游变位，由此产生的弯矩和剪力方向与水压力产生的相反，但与轴力方向相同。因此，温降对坝体应力不利；温升使拱端推力加大，对坝肩稳定不利。
在拱坝分析中，温度荷载分为：均匀温差（主要部分），等效线性温差，非线性温差
12.应力分析方法、应力指标
（1）纯拱法：假定坝体由若干层独立的水平拱圈叠合而成，每层拱圈可作为弹性固端拱进行计算。由于纯拱法没有反应拱圈之间的相互作用，假定荷载全部由水平拱承担，不符合拱坝的实际受力状况，因而求出的应力一般偏大。
（2）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，坝体承受的荷载一部分由拱系承担，一部分由梁系承担，拱和梁的荷载分配由拱系和梁系在各交点处变位一致的条件来确定。
（3)有限元法：将拱坝视为空间壳体或三维连续体，根据坝体体形，选择不同的单元模型。
（4）壳体理论计算方法（5）结构模型试验
（6）拱冠梁法：是按中央悬臂梁与若干层水平拱在其相交点变位一致的原则分配荷载的拱坝应力分析方法。是一种简化了的拱梁分载法
应力指标：容许压应力、容许拉应力
13.坝肩岩体稳定的分析方法有哪几种？刚体极限平衡法的基本假定是什么？
拱坝失稳形式：坝肩岩体（拱座）失稳；沿建基面及附近软弱面的上滑失稳，最常见的失稳方式是坝肩岩体在拱端推力作用下发生的滑动失稳。
稳定分析方法计算分析法:刚体极限平衡法有限元法：地质力学模型试验
刚体极限平衡法基本假定：
.将滑移体视为刚体,不考虑期间的相对位移.只考虑滑移体上力的平衡，不考虑力矩平衡.忽略拱坝的内力重分布作用.达极限平衡状态时，滑裂面上的剪力达极限
14.拱坝的坝身泄水方式及消能方式
坝身泄水方式：（1）自由跌流式（2）鼻坎挑流式（3）滑雪道式—拱坝特有的一种泄洪方式（4）坝身泄水孔式
消能方式：（1）跌流消能（2）底流消能（深式泄水孔）（3）挑流消能
15.拱坝的横缝为永久缝吗？如何处理？
在一定条件下，可将横缝的一部分保持为永久性的明缝。
16.垫座、重力墩与周边缝
对于地形不规则的河谷或局部有深槽时，可在基岩与坝体之间设置垫座，在垫座与坝体间形成周边缝。周边缝一般可做成二次曲线或卵形曲线，使垫座以上坝体尽量对称。
重力墩是拱坝坝端的人工支座。
17.在拱坝建基面原则
在拱坝建设中，确定建基面时多以岩体风化标准为依据，一般是：高坝应开挖至新鲜或微风化的基岩；中坝应尽量开挖至微风化或弱风化中下部的岩体。
18.拱坝结构形式有哪两种？分别适合什么样的河谷形状？
V形河谷，可选双曲拱坝（在水平面及铅直面上均有曲率，各层拱圈的中心角和半径是变化的）
U形河谷，可选单曲拱坝（其上游面铅直，下游面是斜线或折线，仅在水平面上呈曲线形）

第五章 土石坝
1、土石坝
指由土石料等当地散粒体材料填筑而成的坝。
特点：（1）就地取材，节省三材；（2）适应各种地形、地质和气候条件；（3）适应机械化施工；（4）各种理论、试验、技术的发展对土石坝的建设和推广有促进作用。
2、土石坝设计基本要求
（1）具有足够的断面以保持坝的稳定；（2）设置良好的防渗和排水设施以控制渗流；（3）因地制宜选择坝体筑坝材料和坝体的结构形式；（4）坝基足够稳定；（5）有足够的泄洪能力和安全超高；（6）采用适当的构造措施，使坝运用可靠耐久。
3、土石坝类型
按施工方法：碾压式土石坝、填填式土石坝、水中填土坝、定向爆破土石坝
碾压式土石坝按材料种类和在坝身内的配置：均质坝、土质防渗体分区坝（又分：心墙坝、斜心墙坝、斜墙坝）、非土质防渗体坝。
4、坝坡坡率的选择遵循规律
（1）上游坝坡应比下游坡为缓（2）斜墙坝的上游坝坡一般较心墙坝为缓。而厚心墙坝的下游坝坡，一般较斜墙坝为缓（3）粘性土料做成的坝坡，常沿高度分成数段，每段10~30m砂石和堆石的稳定坝坡为一平面，可采用均一坡率。（4）由粉土、砂、轻壤土修建的均质坝，适当放缓下游坝坡。（5）当坝基或坝体土料沿坝轴线分布不一致时，应分段采用不同坡率。
5、渗流分析的内容
（1）确定坝体内侵润线及其下游逸出点位置，绘制坝体及坝基内的等势线分布图或流网图；（2）确定渗流的主要参数——渗流流速与比降（3）确定渗流量。
6、渗流分析的方法
（1）水力学方法（2）流网法：流网法是一种图解法。根据等势线和流线互相正交，每一个网格的长宽比保持为常数的特性绘制流网（3）有限元法
7、土石坝渗流变形
（1）管涌：指在渗流作用下，土中的细颗粒由骨架孔隙通道中被带走而流失的现象。
（2）流土：指在向上渗流作用下，表层局部土体被顶起或是粗细颗粒群发生浮动而流失的现象。
（3）接触冲刷：指渗流沿着渗透系数不同的两种土层接触面上或是建筑物与地基接触面上流动时，将细颗粒沿接触面带走的现象。
（4）接触流土：指在渗流系数相差悬殊的两种土层交界面上，由于渗流垂直于层面流动，将渗流系数较大土层中的细颗粒带入渗流系数较大土层中的现象。
注意：前两种主要出现在单一土层中，后两种多出现在多种土层中。粘性土的渗流变形主要是流土。
8、土石坝稳定分析
理论：摩尔-库伦理论：认为最大剪应力是导致材料破坏的控制因素，破坏面上的抗剪强度和极限剪应力是法向应力的函数。
计算土的抗剪强度的两种方法：总应力法、有效应力法。有效应力等于总应力与孔隙压力之差。
9、计算工况：施工期（包括竣工时）、稳定渗流期、水库水位降落期、地震作用时。
10、稳定分析方法
（1）简单条分法——瑞典圆弧法：该法不满足每一土条力的平衡条件，使计算出的安全系数偏低。
（2）简化的毕肖普法：毕肖普法的局限性是只适用于圆弧滑动面的情况。
（3）滑楔法：滑楔法只满足力的平衡条件，不满足力矩平衡条件，计算结果准确性不足。β选择不当易出误差。
（4）满足所有力和力矩平衡的方法。
11、固结与沉降
固结：土石坝和地基在施工和蓄水过程中，在荷载作用下土体不断得到压密，孔隙变小，孔隙水在压力作用下产生不稳定渗流。
12、非线性弹性E-B模型
邓肯-张提出一种双曲线型非线性弹性模型，以土的切线模量E和体积模量B作为计算参数。邓肯-张模型共有8个参数，这些参数通过三轴排水压缩试验测定；采用总应力分析时，通过三轴不排水压缩试验测定。模型以E、B为参量表示应力-应变关系，故称为E-B模型。
邓肯-张模型于此的一些土坝的变形与实测结果比较接近。但该模型不能描述土的塑性变形特性，不能反映土体接近破坏时、破坏发生时和破坏后的特性，不能考虑中间主应力的影响，也不考虑土的剪胀性
13、拱效应
由于心墙和坝壳土料变形性质的不同，在坝体内产生“拱”效应，使心墙部位显著卸载，而在过渡区内形成应力集中。拱效应可使心墙中的竖向应力较γs·h（γs为填土容重，h为填土深度）减小很多。
14、水力劈裂
坝的下游坡出现集中漏水，但漏水不是在水库满蓄后立即发生，而是延迟几个小时 几天后突然发生。说明，在一定条件下，水库水压力可使已存在的闭合裂缝张开或是产生新的裂缝，故称为水力劈裂。可能发生水力劈裂的情况：总应力小于或等于水压力，土料的变形和透水性不均一。
15、填筑标准
填筑标准设计控制指标：压实度、最优含水率（指在一定的压实功能条件下达到最佳压实效果时 含水率）。
粘性土的填筑标准以压实度和最优含水率作为设计控制标准，无粘性土压实标准按相对密度确定。
16、坝壳料
主要用来保持坝体稳定，应具有比较高的强度。
17、防渗体
（1）土质防渗体：防渗体：指该部位土体比坝壳其他部位更不透水，它的作用是控制坝体内侵润线的位置，并保持渗流稳定。
（2）沥青混凝土防渗体：有较好的塑像和柔性，防渗和适应变形能力好，产生裂缝时，有一定自行愈合的功能，且受气候影响小。
18、坝顶与护坡
（1）坝顶：坝顶护面采用密实的砂砾石、碎石、单层砌石或沥青混凝土等柔性材料以适应坝的变形，并对防渗体起保护作用，防止干裂和雨水冲蚀。坝顶选用耐冲材料，坝顶上游侧宜设防浪墙。
（2）护坡：上游护坡的常用型式为：干砌石、浆砌石、堆石或水泥土。下游护坡采用干砌石、碎石、砾石或草皮护坡。还应设坝面排水系统来避免雨水漫流冲刷坝坡坡面。严寒地区还应设防冻垫层。
19、坝体排水
排水作用：控制和引导渗流，降低侵润线，加速孔隙水压力消散，以增强坝的稳定，并保护下游坝坡免遭冻胀破坏。
棱体排水 贴坡排水 坝内排水
20、反滤层及过渡层
反滤层：滤土排水，保护渗流出口，防止坝体和坝基发生管涌、流土等渗流变形破坏以及不同土层界面处的接触冲刷。过滤层主要对其两侧土料的变形起协调作用，反滤层可起过渡作用，而过渡层却不一定满足反滤层的要求。
设计要求：（1）有足够小的孔隙防止被保护土层发生管涌等有害渗流变形
（2）有足够大孔隙保证透水性大于被保护层来顺畅排出渗透水流。
21、土石坝裂缝类型和成因
（1）纵向裂缝：走向大体与坝轴线平行，多数发生在坝顶和坝坡中部。易形成：土质斜墙坝坝 材料如压实不足，沉降变形大，上部和下部沉降不均，都可使斜墙断裂，形成纵向裂缝；高压缩性地基上也易形成坝坡面和坝内部的纵向裂缝
（2）横向裂缝：走向与坝轴线近乎垂直，多发生在两岸坝肩附近。岸坡较陡峻或岸坡地形突变时，都易发生
（3）内部裂缝：主要有坝基和坝体不均匀沉降引起。
22、岩基处理
防渗处理方法：接触面做好表面处理，采用水泥或化学材料灌浆、混凝土塞、混凝土防渗墙，或加宽心墙、加设防渗铺盖等措施，以增长渗径，或将断层与坝的防渗体分隔开，防止接触冲刷。岩基稳定性较强时需做帷幕灌浆。
23、砂砾石坝基处理
在砂砾石地基上建坝的主要问题是进行渗流控制，解决的主要方法是做好防渗和排水。
（1）粘性土截水槽：当坝基砂砾石层不太厚时采用。（2）混凝土防渗墙：深厚砂砾石地基采用（3）灌浆帷幕：砂砾石坝基的灌浆采用水泥、粘土和膨润土等粒状材料（4）防渗铺盖：作用：延长渗径，从而使坝基渗漏损失和渗流比降减小至容许范围内。（5）下游排水减压设施
24、裂缝的防治措施
（1）改善坝体结构或平面布置（2）采用实用的施工措施和运行方式（3）重视坝基处理（4）适当选择坝石土料
25、连接
（1）坝体与坝基及岸坡的连接（2）坝体与混凝土建筑物的连接
26、液化
剪应力循环作用的次数达到 一定数值后，有效应力趋于0，全部应力由土骨架转移到水，土的抗剪强度和抵抗变形的能力几乎完全丧失，而且变形的增长具有突发性质，土转化为液化状态。
27、堆石坝
主要组成：①堆石体（垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区）；②钢筋混凝土面板及其与河床和岸坡相连接的趾板构成的防渗系统。
28、土质心墙堆石坝
优点：可利用大型振动碾压实堆石，使坝体达到较高的紧密度，以减小工程量；可利用土质心墙的柔性适应坝体变形，保障防渗体的安全。
29、堆石坝的特点
（1）结构特点：密度大，抗剪强度高，坝坡较陡，抗震性能较好（2）运行维护特点：沉降量最小易于检修、维护（3）施工特点：堆石体可分区，充分利用修建泄水建筑物开挖的石料，降低了工程造价，简化了施工导流和度汛工程设施，加快施工进度。
30、混凝土面板坝的特点
工程量小，施工方便，拦洪度汛简单

第六章 水闸
1、水闸类型，工作特点？
水闸是一种利用闸门挡水和泄水的低水头水工建筑物。作用：1、闭闸：拦洪、挡潮、抬高水位以满足上游引水和通航的需要2、开闸：泄洪、排涝、冲沙或根据下游用水需要调节流量。
按所承担任务：节制闸 进水闸 分洪闸 排水闸 挡潮闸 冲沙闸（排沙闸）
按闸室结构型式：开敞式 胸墙式 涵洞式
水闸的组成：上游连接段 闸室 下游连接段
水闸的工作特点：
（1）软土地基的压缩性大，承载能力低，细砂容易液化，抗冲能力差。
（2）水闸泄流时尽管流速不高，但水流仍具有一定剩余能量，而土基的抗冲能力较低，可能引起水闸下游冲刷。
（3）土基在渗流作用下，易产生渗流变形，特别是粉、细砂地基，在闸后易出现翻砂冒水现象。
2、闸孔设计
（1）堰型选择：宽顶堰（常用）、低实用堰（2）闸底板高程的选定（3）计算闸孔总净宽（4）确定闸室单孔宽度和闸室总宽度
3、地下轮廓线
在水头作用下，闸基内的渗流将从护坦上的排水孔等渗出，不透水的铺盖、板桩及底板与地基的接触线，即是闸基渗流的第一根流线，成为地下轮廓线，其长度即为水闸的防渗长度。
4、地下轮廓线的布置
（1）粘性土地基：主要考虑如何降低作用在底板上的渗流压力，以提高闸室的抗滑稳定。可在闸室上游设置水平防渗，而将排水设施布置在闸底板下游段或消力池地板下。对粘性土地基一般不用板桩。
（2）砂性土地基：在布置时应以防止渗流变形和减小渗漏为主。对砂层很厚的地基，可采用铺盖与悬挂式板桩相结合，而将排水设施布置在消力池下面。当砂层较薄时，采用齿墙或板桩切断砂层，并在消力池下设排水。对于粉砂地基，为了防止液化，大都采用封闭式布置，将闸基四周用板桩封闭起来。
5、渗流计算的基本方法
流网法 改进阻力系数法 直线法
改进阻力系数法基本原理：这是一种以流体力学解为基础的近似方法。对于复杂地下轮廓，可从板桩与底板或铺盖相交处和桩尖画等势线，将整个渗流区域分成几个典型流段。
直线法：假定渗流沿地下轮廓的坡降是均一的，即水头损失按直线变化，当渗流水头H及防渗长度L已定，即可按直线比例求出地下轮廓各点的渗流压力，这种方法称为直线法。
用流网法求得的逸出坡降比按直线法求得的数值大得多；长度相同，形状各异的地下轮廓，逸出坡降的差别很大。说明，直线法比较粗略，但计算简便，对于地下轮廓比较简单的中、小型工程，还是可以采用的。
6、防渗及排水设施
防渗设施：构成地下轮廓的铺盖、板桩及齿墙
排水设施：铺设在护坦、浆砌石海漫底部或闸底板下游段起导渗作用的砂砾石层。
7、闸下出流的特点
（1）闸下易形成波状水跃：由于水闸上下游水位差较小，相应弗劳德数Fr较低，易发生波状水跃
（2）闸下易出现折冲水流：拦河闸的宽度通常只占河床宽度的一部分，水流过闸时先收缩，出闸后再扩散，如果布置或操作运行不当，出闸水流不能均匀扩散，易形成折冲水流。
8、底流消能工设计
底流消能工的作用：通过在闸下产生一定淹没度的水跃消除余能，保护水跃范围内的河床免遭冲刷。
当尾水深度不能满足要求时可采取：（1）降低护坦高程（2）在护坦末端设消力坎（3）既降低护坦高程又建消力坎等措施形成消力池，有时还护坦上设消力墩等辅助消能工
9、海漫
水流流过消力池，虽已消除了大部分多余的能量，但仍有一定剩余的动能，特别是流速分布不均匀，脉动仍较为剧烈。因此，护坦后仍应设置海漫等防冲加固设施，以使水流均匀扩散，并将流速分布逐渐调整到接近天然河道的水流形态。
（2）要求：1、 表面有一定粗糙度，以利进一步消除余能；2、具有一定的透水性，以便使渗水自由排出，降低扬压力。3、具有一定柔性，以适应下游河床可能的冲刷变形。
（3）海漫结构：1、干砌石海漫；2、浆砌石海漫；3、混凝土板海漫；4、钢筋混凝土板海漫；5、其他型式海漫10、整体式底板与分离式地板
常用闸室底板有：水平底板、低实用堰底板
整体式底板：横缝设在闸墩中间，闸墩与底板连在一起的。整体式底板闸孔两侧闸墩之间不会出现过大的不均匀沉降，对闸门启闭有利，用的较多。分离式底板：在坚硬、紧密或中等坚硬、紧密的地基上，单孔底板上设双缝，将底板与闸墩分开的。
11、闸门与胸墙
闸门（1）平面闸门（小型工程）：设置靠上游侧，以便下游侧布置交通设施；有时为了充分利用水重，来维持闸室稳定，也可移向下游侧。（2）弧形闸门（大型工程）：为不使闸墩过长，需靠上游侧布置。
胸墙（1）结构型式：1、板式：跨度小于6m的水闸；2、梁板式：跨度>6m的水闸。
（2）支撑型式：1、简支式（分离式底板胸墙）2、固接式（整体式底板胸墙）
12、分缝方式与止水设备
分缝：为防止和减少由于地基不均匀沉降、温度变化和混凝土干缩引起底板断裂和裂缝，对于多孔水闸需沿轴线每隔一定距离设置永久缝。
止水：
（1）止水形式:铅直止水 水平止水（2）止水材料:1、铜片，2、橡皮或塑料，3、牛毛毡；（3）止水间连接方式：1、柔性连接（铅直交叉），2、刚性连接（水平交叉）。
13、闸室稳定分析
稳定分析方法：分别验算水闸在刚建成、运行、检修以及施工时期等不同工作情况下的稳定，对于孔数较少而未分缝的小型水闸，可取整个闸室作为验算单元，对于孔数较多设有沉降