水工建筑物教学笔记

1、精选优质文档-倾情为你奉上绪论1、水利枢纽由几种不同类型与功能的水工建筑物聚合一起组成的建筑物群，以控制水流并便于协调运行与管理2、水工建筑物凡实现某一水利、水电功能为防洪、发电、灌溉、的建筑物，如控制水位，调节水流，兴利除害。二、水工建筑物分类：(按功能分) (一) 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。 (二) 泄水建筑物：如溢流坝、泄水闸(孔)、河岸溢洪道、泄水隧洞； 功能：宣泄多余洪水降低水位放空。 (三) 输水建筑物：引水隧洞、涵管、渠道、渡槽、倒虹吸管、输水涵洞等； 功能：将水源从一处输送到另一处。 (四) 取水建筑物：取水口、进水闸、扬水泵站等； 功能：

2、从水源取水以达应用之目的。 (五) 整治建筑物：丁坝、顺坝、潜坝、导流坝、防波堤、护岸等； 功能：改善河道水流条件，调整河势，稳定河床(槽)，保护河岸。 (六) 专门性不工建筑物三、水工建筑物的特点 1、工作条件的复杂性：表现在作用因素的复杂性； 2、设计选型的独特性：表现在地质条件，自然条件千差万别，不可能标准化； 3、施工建造的艰巨性：施工条件复杂，工程量巨大； 4、失事后果的严重性。 四 河川水利枢纽对环境的影响一、物理影响 1、上游水位抬高：淹没、浸没移民问题； 2、下游水位降低，地下水位下降可能引起干旱； 3、水库淤积； 4、库区小气候变化。二、生态影响 1、渔业； 2、水温； 3、

3、库水化学成份五 水利枢纽及水工建筑物等级划分一、分等分级的必要性： 一项水利枢纽工程的成败对国际民生有着直接影响，但不同规模的工程其影响程度也不同。(1)安全可靠性(2)经济合理性 (1)(2)失事后的影响程度,二者统一起来二、如何对水利枢纽及水工建筑物分等分级 1、按现行规范进行分等分级： 主要依据： 工程规模； 效益； 重要性。 分等：共五等； 分级：共五级。 若指标分属几个不同等级，以最高等别为准。第二章 重力坝一重力坝的工作原理： 依靠坝体自重在坝基面上产生摩阻力来抵抗水平水压力以达到稳定要求利用坝体自重在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力引起的拉应力以满足强度要求。二重力坝与其他

4、坝型相比具有的显著特点表现在： 重力坝筑坝材料抗冲能力强坝顶溢流，利用较低的坝块，底孔导流； 重力坝结构简单，一般可不设河岸溢洪道或泄水隧洞，便于施工； 对地形地质条件适应性较好,但对地基要求高于土石坝，要求地基有较高的承载能力； 由于坝与坝基接触面积大，受扬压力作用亦较大，故需采取有效的防渗排水措施, 降低扬压力，增强坝体稳定，改善应力状况； 大坝坝体大，材料强度不能充分发挥，坝体应力一般不大，材料强度不能充分发挥，不同部位采用不同标号砼，以降低造价； 坝体体积大，水泥用量多，水化热高，易引起开裂，温度控制问题突出；二、重力坝的类型 1、实体重力坝2、宽缝重力坝3、空腹重力坝 4、预应力重力

5、坝第二节 重力坝的荷载主要荷载：自重；上、下游坝面水压力；扬压力；浪压力；泥沙压力；地震荷载；冰压力等。一、荷载计算(一) 坝体自重维持大坝稳定的主要荷载(二) 坡面上的水压力1、静水压力：p=0y y水深上游倾斜时，分解 水平水压力垂直水压力2、动水压力溢流坝段溢流，反弧段动水压力(三)扬压力(取决于地基地质条件，防渗排水措施，坝体结构形式)1、坝基面的扬压力 无防渗排水措施 有防渗帷幕和排水 扬压力折减系数2、坝体内部扬压力 分下游水位以上、以下两种情况： 1）下游水位以上2)   下游水位以下第三节 重力坝的稳定分析稳定分析的主要目的：验算重力坝在各种可能荷载组合下的

6、稳定安全度。 基岩上重力坝失稳的可能情况： 坝体沿抗剪能力不足的薄弱面产生滑动 a) 沿坝与基岩接触面的滑动； b) 沿坝基岩体内连续软弱结构而产生的深层滑动 水平荷载作用下图a) 上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝;b) 下游坝踵以下岩体受压发生压碎引起倾斜滑移破坏。四、提高抗滑稳定性的工程措施(自学)(图217) 上游面倾斜或折坝形；10.110.2 基坑开挖斜向上游；稳定分析可推知。 选择有利地形，设坝路踵、坝址齿墙； 加强防渗排水；预应力锚固。第四节 重力坝的应力分析一、应力分析的目的和方法： 1、目的： 1)检验坝体、坝基强度是否满足要求； 2)根据应力分析结果，进行坝体砼标号分区；

7、3)根据应力分析结果，研究局部应力集中，为采取局部的措施加强提供依据； 2、分析方法：材料力学法； 弹性理论法。一、基本剖面定义：重力坝的基本剖面，是指在主要荷载作用下满足坝基面稳定和应力控制条件的最小三角形剖面。 由坝高坝确定底宽B！二、实用剖面第六节 重力坝的材料和构造(二)坝体砼分区：(二)坝体分缝坝体分缝的作用： 斜缝不需灌浆(斜缝沿主应力方向) (三)坝体排水降低坝体渗透压力 (四)坝内廊道第七节 重力坝的地基处理重力坝对地基的要求： 具有足够的强度承受压力； 整体性均匀性抗滑稳定，不均匀沉降小； 抗渗性坝基渗透稳定，渗漏量Q小； 耐久性适应长期浸泡； 若不满足，需对基岩进行处理。二

8、、坝基的固结灌浆 固结灌浆采用浅孔低压灌注水泥泉。三、坝基帷幕灌浆四、地基排水设施 坝基排水系统 1、主排水孔幕： 2、辅助排水孔幕： 纵横向排水廊道相互沟通，在坝基上选择最低处布置集水井，用水泵抽排至下游。五、坝基软弱破碎带的处理1、陡倾角软弱破碎带处理 砼塞，砼拱开挖回填2、缓倾角软弱破碎带开挖若干平硐或斜井，然后回填，形成由砼斜塞和水平塞组成的刚性支架，增强地基整体性。抗滑砼塞预应力锚索或抗滑桩 第三章 拱坝（拱坝的坝座破坏是坝体矢稳的主要形式）一拱坝是平面上呈凸向上游的拱形建筑物，借助拱的作用将水压力的全部或部分传递给河谷两岸的基岩。二对比 三拱坝的特点：1、工作原理： a) 依靠拱作

9、用，将上游面的水压力传给拱座；(主要部分)b) 靠悬臂梁的作用，将力传给基岩。 (该作用相对较弱)。 根据拱坝的和特点，主要是承受压力，因此，常用抗压性能高的材料 (如石料、砼)建造。2、适用场合：狭谷形河段。3、主要特点： 1°受力条件好在荷载作用下，拱坝同时起到拱的作用和悬臂梁的作用。拱与悬臂梁作用的大小，取决于河谷形状。河谷深而窄，拱作用大，梁作用小；反之，梁作用大，拱作用小。依靠坝肩和坝基岩体维持稳定。 2°坝的体积小。拱坝是一种受压结构，拱的作用越显著，越能减小坝的厚度，从而节省工程量。 3°超载能力强，安全度高。拱坝通常属于周边嵌固的高次超静定结构，当

10、外荷载增大或坝的某一部位因拉应力过大而发生局部开裂时，能调整拱作用和梁作用及其荷载分配，进行坝内应力重新分配，而不致使坝全部失承能力。 4°抗震性能好。拱坝是整体的空间结构，坝体较坚韧，富有弹性，又能自行调整其结构性能，因此，可提高坝体的抗震能力。 5°施工技术要求高。断面薄，几何形状复杂。二、拱坝的类型 (一)按厚高比分：博拱坝,中厚拱坝,厚拱坝(重力拱坝) (二) 按坝体形态分 1、单曲拱坝仅在水平截面上呈拱形，铅直悬臂梁不弯曲或曲率很小。2、双曲拱坝(图35)都呈拱形 悬臂梁上下游面均向上游凸出的拱坝(一) 地形条件河谷形状分为v形u形和梯形，优良的河谷断面应该是v形

11、，b/h值小，两岸对称并无突变。河谷形状在平面上也有一定要求，拱座要有足够大的完整岩体。拱坝宜建在向下游收缩的喇叭口处或等高线几乎平行的河谷中。(二) 地质条件较理想的地质条件： a)岩石坚硬致密，质地均匀，有足够的强度，不透水性和耐久性； (五) 温度荷载(较详介绍) 温度荷载是拱坝设计中的主要荷载之一。温度应力的产生：封拱后，坝体温度就随外界温度作周期性变化，拱坝的体积也作相应的改变。由于基础的约束，将在坝内产生温度应力。温度荷载，是指拱坝封拱形成整体后，在上、下游水温和气温周期性变化的影响下，坝内产生相对于上述相对稳定温度的温度改变值。若封拱温度较低，此后坝体温度升高，拱轴线伸长，变位方

12、向与水压力引起的相反，则有利于部分抵消拱端上游面由水压力引起的拉应力。但是，如果追求过低的封拱温度，就要有很强的降温措施，从而增加工程投资。相反，如果封拱温度过高，则以后温降时拱轴线收缩，对应力不利。工程中，一般选在年平均气温或略低时进行封拱。拱圈中心角 中心角越大，半径越小。加大值，拱厚T将随之减小，反之开然。并且，较大的中心角对改善坝体应力有利。拱坝布置的原则和要求应力分布合理，拱座稳定性好，同时满足施工，泄洪，发电等运用要求，最后使总投资最小。四、拱梁分载法(重点)1、拱梁分载法的概念：把荷载分为二部分，一部分由互相独立的水平拱圈系统承担，另一部分则由拱坝沿径向切成的独立悬臂梁系统承担，

13、利用拱和梁(悬臂梁)的交点变位一致的原理，确定拱梁承担荷载的比例。这种方法在一定程度上反映了拱坝的整体作用。2、拱梁分载的二种实施方法 拱冠梁法：沿坝高基本等距切取若干拱圈(每层拱圈高度为1m)。若只取拱冠(拱顶)处的一根悬臂梁，并根据这些拱圈和拱梁的各交点(共轭点)径向变位一致的条件来求得拱、梁的荷载分配，且各层拱圈分配到的径向荷载从拱冠到拱端为均匀分布，以拱冠梁所分配到的荷载代表全部梁系的受力情况 多拱梁法：若取多层拱，多根梁，并根据各个拱梁交点的变位一致的条件来分配水压荷载，此时，每层拱圈上作用的水压力是不均匀的。(一) 拱冠梁法(重点)拱冠梁法的计算步骤 选定若干拱圈，分别计算各拱圈拱

14、顶以及拱冠梁与各拱圈交点在单位荷载作用下的，这些变位称为“单位变位” 法(即对应于结构力学中的单位移位法)。 根据各共轭点拱、梁径向变位协调的关系以及各点荷载之和应等于总荷载强度的要求建立变位协调方程组； 求解上述建立的联立方程组，得出各点的荷载分配； 根据求出的荷载分配值，分别计算拱冠梁和各找的内力和应力。1、基本算式2、梁的径向变位系数计算3、拱冠的径向变位计算第三章 土 石 坝(一) 主要优点：1、就地取材。节省水泥、钢材、木材，并已积累相当丰富筑坝经验。2、适应地基的变形能力强。对地形、地质条件的要求在所有坝型中是最 低的。3、施工方法灵活性大。由于构造简单，既适应于简单人工堆筑又适宜

15、于高度机械化施工，不仅大大提高了施工速度，施工质量也容易保证。4、运用管理方便，工作可靠，便于维修扩建。并具有一定的抗震性。(二) 主要缺点：1、 坝顶不能溢流，常需在河岸另开溢洪道或其他泄水建筑物，(如隧洞、坝下涵管)。2、 施工导流不便。3、 坝体断面大，土料填筑质量易受气候影响。(三) 根据坝身材料，土石坝分为： 1、土坝； 2、堆石坝； 3、土石混合坝。由于土粒间联结力较低，在渗流、冲刷、沉降、冰冻、地震等因素的作用和影响下，表现出其相应的工作特点，所以，土坝设计时主要解决以下问题：(1)稳定： (2)渗流： 主要措施：围绕上述控制因素展开。如可靠的防渗排水(上防下排)(3)冲刷措施

16、(4)沉降(5) 抗冰冻： (5) 抗冰冻： (6) 地震三、土坝类型按施工方法分类： (1)() )(2)(3)，(2)(3)坝型存在的缺点：坝坡过缓，工程量大，固结慢，强度低，若施工速度 过快，易滑坡。三、排水设施作用注意：防渗和排水是互相连系的，不可分割，构成一个防排体系。原则：高防低排上防下排（具体讲靠近高水位侧以防为主；靠近低水位侧以排为主，给渗水以出路。）第三节 土坝的渗流计算目的：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； 计算坝体和坝基的渗流量，以便估算水库的渗漏损失； 求出坝体和坝基局部地区的渗透坡降，作渗透稳定验算。主要方法： 水力学法 和 流体力学法 近似

17、方法 比较繁锁，要求已知的条件众多(常难于满足)四、渗透稳定计算渗透变形的形式：1、管涌；2、流土；3、接触流失；4、接触冲刷。渗透破坏判别标准:临界渗透坡降Jc（四）增强渗透稳定的工程措施1、延长渗径减小渗透坡降（或截断渗流）；2、减压排水（出口坡降较大时仍需保护）。（五）反滤层设计设置反滤层的必要性：土坝坝体设置了排水之后，缩短了渗径，加大了渗透坡降，在排水与地基或排水与坝体接触处容易发生渗透变形。为此，必须设反滤层以保护地基土及坝体土，防止土粒被渗流带入排水主要构造：由24层不同粒径的砂石料组成，层面大体与渗流方向正交，粒径顺着水流方向由细到粗第四节 土坝的稳定计算稳 定：由于土坝的体积

18、和重量较大，且坝身是散粒体的土料，因此，不会因水平荷截而产生整体的水平滑动； 失稳形式：由于坝坡陡，坝体或坝基的抗剪能力不足而产生的坝坡滑动或坝坡连同坝基一起滑动的剪切破坏。稳定计算目的：验算土坝在各种工作条件下，坝坡是否安全经济。（二）、折线滑动法(重点) 1、无粘性土坡第五节 土料选择与填土标准的确定一、对筑坝土料的要求 （坝址附近大都储藏着几种土料，一般来说，只要不含有大量有机质和可溶性的土都可用来筑坝，但不同的坝型及坝身，不同的部位对土料的要求有所不同。）、二、土料的填筑标准坝体填土需要经过碾压，使其达到一定的密实度，才能使填土有足够的抗剪强度和较小的压缩性，以保证土坝坝坡的稳定性，使

19、沉降量在允许的范围内，并满足渗流控制要求。土料填筑标准的确定是土坝设计中重要的一环，它对施工的难易程度，工期长短及整个土坝的造价均有很大的影响，应根据工程实际情况，如料场的土料性质，气候条件及施工条件等来确定。 (1)粘性土的压实标准：干容重及相应的含水量，规范设计填筑干容重按压实度确定 (2)非粘性土的压实标准 控制指标：孔隙比，相对密度或干容重 (看卷子上答案)一、土石坝裂缝的类型及其成因 (一)干缩和冻融裂缝(二)变形裂缝 1、纵向裂缝2、横向裂缝 3、水平裂缝(三)滑坡裂缝第七节 堆石坝与土石混合坝一、堆石坝1、堆石坝的定义：一般认为，石料占坝体50以上的坝，可看作为堆石坝。2、主要特

20、点：剖面小，工程量少，其造价有时比土坝还低，尤其是对于石多土少的石质山区，则更为经济；施工受气候的影响小，可缩短工期；施工期间，在一定条件下，坝身可以过水，从而在一定程度上缓解了土石坝施工导流的困难；抗震性能比土坝好。第六章 水 闸（一）水闸的作用水闸是调节水位、控制流量的低水头水工建筑物，主要依靠闸门控制水流，具有挡水和泄（引）水的双重功能（二）水闸的类型（按任务分）按担负的主要任务分： （一般情况下水闸都有几种功能）（1）进水闸（渠首闸）（2）节制闸（拦河闸）（3）排水闸（排涝闸、泄水闸、退水闸）（4）分洪闸（5）挡潮闸（6）冲沙闸（7）排冰闸按闸室结构分（1）开敞式（2）涵洞式二、水闸的

21、组成部分及其作用由闸室、上游连接段和下游连接段三部分组成。闸室是水闸的主体，起着控制水流和连接两岸的作用。（二）上游连接段作用：引导水流平顺地进入闸室，保护上游河床及岸坡免受冲刷，并有防渗作用。（三）下游连接段作用：泄水的出流段。消能、防冲、安全排出经闸基及两岸的渗流。三、水闸的工作特点1、水流特点（1）关闸挡水时：水平水压力：土基滑动 水位差产生渗透压力不利于稳定 绕岸渗流不利于翼墙稳定（2)开闸泄水时： 上下游水位变幅较大闸门启闭过程中流态多（堰流、孔 流），淹没出流、自由出流，给消能设计带来困难。 闸门全开时，水位差小易形成波状水跃 闸门开启顺序、闸室布置不合理时产生折冲水流. 2闸基稳

22、定问题（平原地区水闸大多建在土基上）土基的特点:（1）抗剪强度低稳定性差（2）压缩性较大容易产生不均匀沉降，导致水闸倾斜甚至断裂；（3）易产生渗透变形，抗冲刷能力低。特别是粉细沙。3水闸的传力过程   闸门闸墩底板地基。（承受水压力和上部结构重量） (较均匀地传给)4结构：防渗排水，消能防冲，闸室结构二、闸孔形式（一般分堰流式和孔流式两种。）三、底板高程选择底板高程是闸孔设计的关键环节，直接影响水闸的运用和造价。单宽流量过大，消能防冲困难。一般根据下游河床的地质条件，并结合上下游水位差、下游水深、河床宽度与闸室宽度的比值等因素加以选定。底板高程低：过闸水深加大单宽流量加大，闸室总宽减

23、小，但增大水闸高度，开挖量增大；两岸连接建筑物工程增加。底板高程高：情况相反。故此，需作经济技术比较。§6.3 水闸的消能防冲设计消能工设计(一) 消能方式选择水闸消能方式有底消式，面流式和挑流式三种。其中底流式消能是应用比较广泛的基本消能方式，这种消能形式由消力池、海漫和防冲槽等三个部分组成§6.4 闸基渗流分析与防渗设施闸基渗流有压；两岸绕渗无压(有浸润面)一、闸基渗流的危害渗透变形是水闸失事的主要原因。二、防渗设施的作用减小闸室渗透压力和防止地基发生渗透破坏。四、闸基防渗长度L的确定地下轮廓线（闸基渗流第一根流线，即铺盖和垂直防渗体等防渗结构以及闸室底板与地基的接触线

24、）的长度。五、闸基防渗地下轮廓布置布置原则：先阻后排渗流出口保护，防渗与导渗相结合。防渗排水设施：用来延长渗径，减小底板渗透压力。水平防渗    铺盖：粘土、粘壤土铺盖，砼、钢筋砼、沥青砼铺盖。 水平铺设土工膜。垂直防渗钢筋砼板桩，砼防渗墙，灌注式水泥砂浆帷幕，土工膜垂直防渗结构。导渗排水反滤（使闸基的渗流尽快排出，减小渗透压力，并防止渗透变形）六、不同地基条件下的防渗布置（主要两种）1、粘性土地基闸室上游多采用水平铺盖，不用板桩(打板桩引起粘土结构破坏，容易引起集中渗透通道)。闸室下游护坦底部应设垫层及反滤层，下游排水可延伸到闸底板下(见图6

25、12a)。 2、砂性土地基要求：防止渗透变形通过延长渗径来降低渗透流速和坡降，对降低渗透压力的要求较低。砂层很厚时：闸室上游可采用铺盖和悬挂式防渗墙相结合的形式（图a），闸室下游渗流出口处应设置滤层，排水布置在护坦之下。砂层较浅时：闸室底板上游端设置截水槽或防渗墙（嵌入相对不透水层深度不应小于1.0m）(图b），闸室下游渗流出口处应设置滤层，排水布置在护坦之下。闸室是水闸的主体，由底板、闸墩、闸门、工作桥及交通桥组成，许多水闸还设有胸墙。§6.5 闸室的布置与构造一、底板按底板与闸墩的连接方式分(一)整体式底板特点：闸墩、底板整体浇筑功能：作闸室基础，传递上部荷载于地基； 防冲、防渗

26、。 （二）分离式：底板与闸墩用沉陷缝分开。闸墩传力，底板仅防渗抗冲，一般适用于岩基或压缩性小的土基。 三、闸门 型式：最常用的有平面闸门和弧形闸门。六、分缝和止水沉陷缝、伸缩缝：防止闸室因地基不均匀沉陷或温度变化而产生裂缝。止水：防渗，有水平止水和垂直止水。§6.6 闸室和闸基的稳定分析稳定分析内容： 抗滑稳定（闸底沿地基面）；地基承载能力；地基沉陷及不均匀沉陷。一、荷载组合1、有关荷载： 1) 波浪压力2) 地震惯性力3)地震动水压力 二、闸室抗滑稳定验算闸室抗滑稳定验算，通常取某一联(注：有一孔一联，二孔一联及三孔一联情况)。要求上述验算Kc值满足 Kc>Kc 当Kc值不能

27、满足要求时，主要可采取以下措施：将闸门位置向下游侧移动，以增加水重；加强防渗设施（如延长铺盖等），以减小渗透压力；利用砼铺盖作阻滑板（但计算时不计阻滑板作用）。§6.7 闸室的结构计算二、底板结构计算1、倒置梁法2、反力直线分布法3、弹性地基梁法根据闸室底板的受力特点，把闸室底板简化为两个方向(顺水流方向与垂直水流方向)的平面问题处理。§6.8 水闸与两岸连接结构连接建筑物包括：上、下游翼墙；边坡（或岸墙）；防渗刺墙。二、连接建筑物的布置方式(一)岸墙的布置(1)边墩直接挡土方式(2)岸墙挡土方式(二)翌墙的布置 作用：挡土、导流，防止侧向绕渗。§6.9 水工闸门

28、2、闸门的组成：闸门、埋固部分、启闭设备二、闸门的类型（一）根据闸门所控制的孔口位置的不同，可分为：1、表孔闸门 型式：平面闸门，弧形闸门2、深孔闸门（由于这类闸门所在位置较深，门上承受的水压力很大，启门力也大，因而所遮挡的孔口面积较表孔闸门要小得多，运用和检修条件也较困难。）型式：平面闸门 ， 弧形闸门（二）按工作性质分：工作闸门 事故闸门 检修闸门 施工闸门第八章 渠系建筑物§8.1 渡槽的作用、类型及位置选择一、渡槽的作用、组成、类型渡槽是输送渠水跨越山冲、谷口、河流、渠道及交通道路等的交叉建筑物。作用：输水为主，兼排洪，导流。组成：槽身、支承结构、基础、进口、出口等部分。二、渡槽的位置选择 轴线(中心线) 起止点位置选择时，拟考察的主要因素：(1)地形、地质条件：利用有利地形缩短槽身长度；选择较好的地质条件，以减少基础的处理工程量，尽量使进出口