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水工建筑物考试大纲(20124011)第一章绪论目前我国水利水电工程高坝建设的历史之最：世在建的最高双曲拱坝：锦屏一级水利枢纽工程，高305m。界最高的面板堆石坝：水布垭面板堆石坝，高233m。世界上最高碾压混凝土坝：龙滩水利枢纽，高216.5m。最大的枢纽工程:三峡大坝各种水工建筑物的作用：一般(1)挡水建筑物：如坝、堤防、水闸及施工围堰等。(2)泄水建筑物：如设于河床的溢流坝、泄水闸、泄水孔，设于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。(3)输水建筑物：如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸管、输水涵洞等。(4)取(进)水建筑物：如深式进水口、进水塔和各种进水闸等。(5)整治建筑物：如丁顺坝、潜坝、导流堤、防波堤、护底、护岸等。专门(1)水力发电建筑物：如水电站厂房、前池、调压井等。(2)农田水利建筑物：如专为农田灌溉用沉沙池、冲沙闸等。(3)水运建筑物：如船闸、升船机、鱼道、过木道等。水工建筑物、水利枢纽的定义：水工建筑物：为满足防洪、发电、灌溉、供水、航运等任务在河流的适宜段修建的建筑物。(完成各项任务所需要的建筑物)水利枢纽：对于开发河川水资源来说，常须在河流适当地段集中修建几种不同类型与功能的水工建筑物，以控制水流并便于协调运行和管理，这一多种水工建筑物组成的综合体就称为水利枢纽。（不同类型水工建筑物组成的综合体）防洪工程的措施，水利工程的优缺点：防洪工程的基本措施：（1）上拦：治本，拦蓄洪水控制泄量；（2）下排：治标，疏通河道，提高行洪能力。（3）两岸分滞：设蓄滞洪区分洪减流。（4）应着重关注水土保持。（5）同时建立洪水预报、预警系统和洪水保险制度。水利工程优缺点（1）工作条件的复杂性。（2）受自然条件制约，施工难度大。（3）对自然环境及社会环境影响大。①利：兼顾发电、灌溉、供水、养殖、旅游、治理旱涝灾害等。②弊：库区：淹没、滑坡坍岸、水库淤积、生态变化、水温变化、水质变化、气象变化、诱发地震、卫生条件恶化。水库下游：水清引起河道冲刷、原河道水量变化、河道水温、水质变化。（4）失事后果的严重性。（5）工程量大、投资多、工期长我国水资源的特点：（1）总量较多，人均少，1/4,但相对缺乏。(2)时空分布不均①时间：年内、年际分布不均②空间：南丰北欠水利系统：在一条河流上，兴建多个水利枢纽，并形成一个共同进行河流水资源调节的系统。第二章水工建筑物设计综述水工建筑物的分等分级原因、指标，不同级别的水工建筑物在设计上的具体区别。分等分级原因：使工程的安全可靠性与其造价的经济合理性适当统一起来。分等分级标准按原水利电力部颁发的《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》规定进行，即先按工程的规模、效益及在国民经济中的重要性，将水利枢纽分等，而后再对各组成建筑物按其所属枢纽等别、建筑物作用及重要性进行分级。具体设计方法上的区别体现在（不同级别水工建筑物的区别）：（0）设计基准期：水工建筑物在正常的施工与运行的条件下，不是小的完成预定功能的基本年限(1)抵御灾害的能力：如防洪标准抗震标准坝顶超高等(2)安全性。如建筑物的强度和稳定安全指标、限制变形的要求等。(3)运用可靠性。如建筑物的供水、供电、通航的保证率，闸门等设备的可用性等。(4)建筑材料的选用。如使用材料的品种、质量及耐久性等。第三章岩基上的重力坝重力坝的结构类型：按坝体的结构形式：可分为实体重力坝，宽缝重力坝，空腹重力坝和预应力重力坝、装配式重力坝等。重力坝地基处理的基本思想及处理工序安排：为了保证大坝的稳定、强度以及防渗性，要对地基的各种地质构造要进行处理。重力坝对地基的要求：具有足够的抗渗性、强度、整体性和均匀性、耐久性。工序安排：一、坝基的开挖与清理;二、断层破碎带、软弱夹层、溶洞的处理;三、基础的固结灌浆;四、帷幕灌浆;五、坝基排水设施;重力坝设计的基本流程：1、总体布置及工程等级、水工建筑物级别划分。2、地基开挖。3、泄水孔口尺寸的设计。4、剖面设计。5、荷载组合的选定及荷载计算。6、稳定分析。7、应力分析。8、细部构造设计。9、地基处理10、溢流坝或泄水孔设计。11、监测设计。重力坝的工作原理、特点：1、工作原理①稳定：利用自重在坝基面产生的摩擦力来抵抗水平水压力而满足稳定要求。②强度：利用坝体自重在水平截面上引起的压应力来抵消由坝底水扬压力产生的拉应力以满足强度的要求。2、工作特点(1)优点：①结构及受力明确，设计方法简便，安全可靠。②对地形、地质条件适应性强。③枢纽泄洪容易解决，便于枢纽布置。④便于施工导流。⑤结构简单，施工方便，便于机械化施工。(2)缺点：①剖面尺寸大，水泥石料等用量多。②坝体应力较低，材料强度不能充分发挥。③扬压力大，对稳定不利。④砼体积大，水化热较高，温控要求较高，否易出现裂缝。扬压力的基本概念及降低措施：扬压力组成：由于上下游水头差引起的渗透压力及下游水深引起的浮托力组成。扬压力形成原因：①上下游水位差；②砼、岩石都是透水材料。措施：采用有效的防渗排水或抽水设施：帷幕灌浆（采用坝基防渗帷幕，并在防渗帷幕后设排水孔幕。坝体上游3~5米范围内的防渗性材料提高，在其后布置排水管）溢流重力坝段横缝的布置：1.设置在闸墩之间，当各段间产生不均匀沉降时，不致影响闸门的启闭，工作可靠，缺点闸墩厚度大。2.设置在溢流孔跨中，闸墩为整体墩，使大跨度弧形闸门支铰结构加强，但受低级不均匀沉降。溢流重力坝坝面曲线组成：曲线组成：★顶部曲线段★中间直线段★下部反弧段过水建筑物消能的原理、途径及方法：（1）底流消能。原理：在溢流坝坝址下游设置一定长度的护坦，使过坝水流在护坦上发生水跃，通过水流的旋滚、摩擦、撞击和掺气等作用消耗能量，以减轻对下游河床和岸坡的冲刷。优点：流态稳定、消能效果好，对地质条件和尾水变幅适应强，水流雾化小。缺点：护坦较长，土石方开挖量大，工程造价高。适用：水头较小的中、低坝或基岩软弱的河道。（2）挑流消能。原理：利用挑流鼻坎，将下泄高速水流抛向空中，使急流沿固体边界摩擦后，在空中扩散、掺气并与空气摩擦，然后跌入下游河床水垫中，发生淹没紊动扩散，产生旋滚和摩擦，以消耗能量。优点：其可有效的控制射流落入下游河床的位置、范围和流量分布，对尾水变幅适应性强，结构简单，施工维修方便，耗资省。缺点：下游冲刷严重，堆积物多，尾水波动大、雾化大，影响电站工作。适用：基岩比较坚固的中、高水头泄水建筑物。是应用非常广泛的一种消能工。（3）面流消能。原理：利用溢流坝末端的鼻坎，将主流挑至下游水面，在主流下形成旋滚的水体，其流速低于表面，且旋滚水体的底部流动的方向是指向坝趾，并使主流沿下游水面逐步扩散，不直接冲刷河床。优点：不需设护坦和其他加固措施。缺点：高速水流在表面伴有强烈的波浪、绵延数里，影响电站运行及下游通航，易冲刷两岸。适用：下游尾水较深，流量变化范围较小，水位变幅不大，或有排冰、漂木的中、低坝。（4）戽流消能（消力戽）。原理：利用一个较大的反弧半径和挑角形成的戽斗，在一定尾水深度的作用下，使从溢流坝下泄的高速水流在戽斗内产生激烈的表面旋滚，并使出戽的高速水流在底部及尾水中均产生旋滚。优点：工程量较消力池小，冲刷坑比挑流式浅，不存在雾化问题。缺点：下游水面波动大，绵延范围长，易冲刷岸坡，对航运不利，底部旋滚将泥沙带入戽内时，摩损戽面，增加了维修费用。适用：尾水较深(跃后水深)且变幅小，无航运要求，且下游河床和两岸抗冲能力较强。平压管的位置和作用(按笔记整理)：①检修门和工作门之间，并与水库连通。作用为使检修闸门在静水中开启，减小启门力。②有压引水系统设在工作闸门之后与水库连通。作用为向有压引水系统充水，以便在静水中开启工作闸门，减小启门力，排除引水系统中空气。重力坝横缝、纵缝、水平缝性质、缝面处理方法，要求能够正确绘制示意图：横缝：垂直坝轴线的竖向缝，用于将坝分成若干个独立坝段。横缝应设止水。横缝键槽：梯形台或球面结构。纵缝：平行于坝轴线方向，为适应砼土的浇筑能力和减小施工期的温度应力而设置的临时缝。纵缝将一个坝段分为几个坝块，待坝体降到稳定温度后，至缝张开度达0.5mm以上，水库蓄水运行前应进行接缝灌浆。水平缝：上下新老层混凝土浇筑块之间的施工接缝。施工时需将下部砼面打磨成干净的麻面，再铺一层2-3cm厚的水泥砂浆，再进行砼的浇筑。砼温度裂缝产生的原因：砼温度发生变化，其体积也随着胀缩，由于砼坝体不能自由伸缩，从而产生温度应力。当拉应力＞砼的抗拉能力时，出现裂缝。从设计的角度降低重力坝造价的基本方法：1空腹宽缝式重力坝。2分等级使用，分区使用不同级别的混凝土。3堆大石头在重力坝中间。4降低扬压力（空腹重力坝、地基防渗排水和帷幕灌浆）。5两种坝型的设计。6增大地基的抗滑稳定性，提高f。7、可不设人行道和车道，使坝宽变小，从而减少混凝土用量。8、选择合适的消能方式，尽量选择工程量小的消能方式。碾压混凝土坝的分区方法：1．全断面为碾压砼，上游坝面采用不同形式的防渗结构。2.“金包银”式布置。即坝体内部用碾压砼填筑，上、下游和坝基面用2~3m厚的常态砼填筑。支墩坝的类型：按挡水面板的结构：可分为连拱坝、平板坝和大头坝三种。第四章拱坝拱坝对地形的要求：(一)对于地形的要求地形条件：所谓地形条件是对开挖以后的基岩面而言，而非原地面。1、基本要求.：理想的地形：狭窄、左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的下孤单，坝段下游有足够的岩体支撑。2、地形处理：在不对称河谷中也可修建，但应经过一定的处理使之对称（重力墩垫座与周边缝）拱坝的定义、工作原理、特点：一：拱坝定义：固接于基岩的空间壳体结构，在平面上呈凸向上游的拱形，其拱冠剖面呈竖直的或向上游凸出的曲线形。二：原理：坝体结构既有拱作用又有梁作用，其所承受的水平荷载：一部分通过拱的作用压向两岸；另一部分通过竖起梁的作用传到坝底基岩。三：特点：(1)稳定特点。稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用，对地形、地质条件及坝基处理的要求较高。(2)结构特点。①拱与梁的共同作用，属于高次超静定结构，超载能力强，安全度高。②拱是推力结构，承受轴向压力，拱内M小，σ均匀，有利于发挥砼及浆砌石材料的抗压强度。③拱坝坝体厚度减薄，节省工程量，与同地质条件、同高度重力坝相比节省1/3-1/2。(3)荷载特点：温度作用列为一项主要荷载。因坝体不设永久性伸缩缝。据实测资料分析表明，由温度变化引起的径向位移，约占总位移的1/3～2/3。抗震性强。(4)泄水特点：拱坝坝身可以泄水，设置单层或多层大孔口泄水。(5)筑坝难。施工：拱坝坝身较薄，几何形状复杂，施工难度大，施工质量、筑坝材料强度及防渗要求等较重力坝严格。（6）造价低河谷的宽高比与拱坝厚高比的关系（要求会根据河谷宽高比选型）：①L/H1.5，薄拱坝，T/H0.2；②L/H=1.5-3.0，中厚拱坝，T/H=0.2-0.35；③L/H=3.0-4.5，重力拱坝，T/H=0.35-0.60；④L/H4.5，可修重力坝或拱形重力坝。说明：L/H↘→河谷深窄→水平拱圈跨度较短，受力大部分传给两岸优良的地形条件应该是河谷断面是V形，L/H较小，两岸对称无突变。→坝体较薄拱坝封拱温度及封拱时机的选择，温升及温降对拱坝坝身及两岸山体的影响：封拱温度：拱坝分块浇筑厚，灌浆封拱时的温度封拱温度选取：一般为年平均气温或略低，可通过适当安排工期或对坝体进行降温处理实现。拱坝接缝灌浆时机的选择：拱坝分块浇筑并充分冷却后，坝体温度趋于相对稳定，满足封拱温度条件，缝张开度≮0.5mm，缝两侧砼龄期≮4个月，在水库蓄水之前进行。①温升：外界温度高于封拱温度。温升对坝肩稳定不利，对应力有利；②温降：外界温度低于封拱温度。温降对坝肩稳定有利，对应力不利。拱坝的泄水方式：除有明显合适的岸边溢洪道外，宜首先研究采用拱坝坝身泄洪的可行性。1、坝顶溢流(1)自由跌落式：鼻坎挑流式：2、坝面溢流：适用单宽流量较大的重力拱坝3、滑雪道式泄流：适用于泄流量大、较薄的拱坝。4、坝身泄水孔式：一般为压力流，流量大，挑距远。一般进口设检修闸门，出口设工作闸门(弧形居多)。拱坝下游的防冲加固措施:★★泄水拱坝的下游一般都采取防