水工建筑物重点知识总结

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、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：①刚体失去平衡；②材料强度不足而破坏；③结构失稳；④结构转变为机动体系；⑤结构体产生渗透失稳等现象；（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。2①影响结构正常使用或外观变形②对运行人员、设备、仪表等有不良影响的振动③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=P[g(.)0]可靠度：能完成预定功能的概率，ps=1-pf分项系数：考虑不同因素变异性来源的系数，将每种因素的影响在不同的工程结构上统一考虑，取划一的分项系数。①结构重要性系数：②作用分项系数：③材料性能分项系数：④设计状况(工作状况)系数：⑤结构系数γd：反映极限状态方程与结构实有性能的贴近程度，作用效应与抗力计算的不定性等。第三章岩基上的重力坝1.重力坝的分类(重点)按结构形式分类：实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝按是否溢流分类：溢流重力坝、非溢流重力坝按筑坝材料分类：混凝土重力坝、浆砌石重力坝按施工方法：浇筑（常态砼）、碾压（碾压砼）按坝高分类：高坝（大于70m）、中坝（30-70m）、低坝（低于30m）2.重力坝的工作原理与优缺点(重点)工作原理：主要依靠坝体自重产生的抗滑力满足稳定要求，同时依靠坝体自重产生的压应力来抵消水压力产生的拉应力。重力坝的优点：（1）对地形、地质条件的适应性强。（2）枢纽泄洪问题容易解决。（3）便于施工导流（4）安全可靠（5）施工方便（6）结构作用明确（7）可采用块石筑坝重力坝的缺点：RRSKKS或01.11.00.9级结构安全级别级结构安全级别级结构安全级别FdkFFfkdff1.00.950.85持久状况短暂状况偶然状况3（1）剖面尺寸大，材料用量多。因为稳定靠重力。（2）中低型重力坝的应力较低，混凝土材料的强度不能充分发挥。（3）坝体与地基的接触面大，扬压力大，对稳定不利。（4）坝体体积大，温度应力严重，需采取温控措施。3.作用与荷载的概念(重点)作用：指外界环境对水工建筑物的影响。荷载：在结构分析时，如果开始即可用一个明确的外力来代表外界环境的影响，此作用（外力）称为荷载。作用的分类：①永久作用：如自重，土压力②可变作用：如水荷载、温度作用③偶然作用：如地震作用、校核洪水重力坝的荷载组成：①自重：包括固定设备②水压力：包括动水和静水压力③扬压力④浪压力⑤泥沙压力⑥冰压力⑦土压力⑧地震作用⑨温度作用⑩风作用4.各种荷载的计算方法(重点)（结合教材参考）（一）自重：根据大坝的体积和材料容重计算，坝内较大的孔洞体积应扣除，坝上的永久固定设备重量应计入（二）静水压力？（三）动水压力：根据动量方程可得（四）扬压力：上浮力+渗流压力减小扬压力的措施：设帷幕、设排水（五）波浪压力：波浪三要素（波高，波长，壅高），官厅水库公式（峡谷水库）（六）土压力及泥沙压力土压力：主动、被动、静止土压力泥沙压力（七）冰压力和冰冻作用：静冰压力、动冰压力、冰冻作用（八）温度作用温度应力：混凝土温度变化会产生膨胀或收缩，当变形受到约束时，产生温度应力。温度作用效应：结构由于温度作用而产生的应力、位移、变形等。（十）地震作用：地震惯性力5.荷载组合㈠荷载性质分类基本荷载：⑴自重(坝体及固定设备)⑵正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力⑶正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力⑷泥沙压力⑸正常蓄水位或设计洪水位时的浪压力⑹冰压力⑺土压力⑻设计洪水位时的动水压力⑼其他出现机会较多的荷载特殊荷载：（1）校核洪水位时的静水压力（2）校核洪水位时的扬压力（3）校核洪水位时的浪压力（4）校核洪水位时的动水压力（5）地震荷载（6）其他出现机会很少的荷载㈡荷载组合（表3-3）基本组合：正常或设计状况同时出现的基本荷载的组合212xPHzPV220sbs3kN/mkN14522::m/msssbsssPhtgPh水平泥沙压力坝面单位宽度上的:淤沙的泥沙淤，浮积厚度，：淤沙的容重，内摩擦角4特殊组合：校核或非常状况同时出现的基本荷载再加上一种或几种特殊荷载的组合6.重力坝抗滑稳定分析的方法(重点)（1）沿建基面(重点掌握)、深层滑动、岸坡坝段（2）计算公式及其适用性×沿坝基面抗滑稳定分析抗剪强度公式和抗剪断公式（1）抗剪强度公式(只接触，不胶结)（2）抗剪断公式两种公式的适用性：（1）坝基内不存在软弱面时，采用抗剪断公式（2）对中型工程中的中、低坝，可按抗剪强度公式计算7.提高重力坝抗滑稳定性的工程措施(重点)①利用水重：将上游面做成倾斜以利用水重。②利用有利的开挖轮廓线③设置齿墙④抽水措施：抽去坝底渗透水，减少浮托力。⑤加固地基（帷幕灌浆，固结灌浆，断层处理）⑥横缝灌浆⑦预加应力措施8.材料力学法中边缘应力的计算最大最小应力均出现在坝面，首先应校核边缘应力⑴竖向正应力(水平截面上的正应力)⑵剪应力(上游、下游)⑶水平正应力(竖向截面上的正应力)(上游、下游)⑷主应力(上游、下游)9.坝体强度校核⑴坝基面的铅直应力sy运用期：1）地震工况外,坝踵不许出现拉应力,坝趾小于允许压应力2）地震工况，应符合《水工建筑物抗震设计规范》施工期：坝趾允许有小于0.1MPa的拉应力⑵坝体应力10.什么叫水化热温升？11.重力坝的温度裂缝有哪些？对大坝各有什么影响？（1）贯穿性裂缝：1）横向贯穿性裂缝：导致渗漏和渗透侵蚀性破坏(图)2）纵向贯穿性裂缝：损坏坝的整体性PAcUWfKsmaxmax::rjjTTTTT水化热温升：（最高温度，入仓温度）53）水平向贯穿性裂缝：降低坝的抗剪强度（2）表面裂缝12.重力坝剖面设计的基本理论（结合教材参考）剖面设计原则：①满足稳定和强度要求②工程量小③运用方便④便于施工（一）基本剖面：指坝体在自重、上游静水压力(库水位与坝顶平)和扬压力三项主荷载作用下，满足稳定和强度要求的工程量最小的三角形。优缺点：基本剖面虽然经济、但不实用：尖顶不便于施工、运行管理、交通；未考虑超高;不便于布置闸门、拦污栅。（二）实用剖面坝顶宽度取坝高的8％－10％，且b2m，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①足够的孔口尺寸,良好的孔形,较高的流量系数。②水流平顺,不产生负压和振动,避免发生空蚀。③保证下游河床不产生危及大坝安全的局部冲刷。④下泄水流不产生折冲水流等,不影响其他建筑正常运行。⑤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7～8m/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6（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