水工建筑物复习资料

水工建筑物复习资料——刘欢整理第一章总论2.什么是水利枢纽？什么是水工建筑物？与土木工程其他建筑相比，水工建筑物有哪些特点？水工建筑物就是在水的静力或动力作用下工作，并与水发生相互影响的各种建筑物。不同类型与功能的水工建筑物组成的综合体就称为水利枢纽。工作条件的复杂性、设计选型的独特性、施工建造的艰巨性、失事后果的严重性3.水工建筑物分哪几类？各自功用是什么？按功用分：挡水建筑物（拦截或约束水流，并可承受一定水头作用）、泄水建筑物（排泄多余水量，以保证挡水建筑物和其他建筑物安全，或必要时降低库水位乃至放空水库）、输水建筑物（为满足用水需要，将水自水源或某处送至另一处）、取水建筑物（位于引水建筑物首部）、整治建筑物（改善河道水流条件、调整河势、稳定河槽、维护航道和保护河岸）、专门性水工建筑物（为水利工程种某些特定的单项任务而设置的建筑物）按使用期限分：永久性建筑物和临时性建筑物按重要性分：主要建筑物和次要建筑物5.水利枢纽、水工建筑物为何要分等分级？分等分级的依据是什么？原因：为使工程的安全可靠性与其造价的经济合理性统一起来依据：先按工程的规模、效益及其在国民经济中的重要性分等，然后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第二章水工结构上的作用1、水工结构上的作用（荷载）有哪些？如何分类？如何组合？永久作用：结构自重和永久设备自重、土压力、淤沙压力、地应力、围岩压力、预应力可变作用：静水压力、扬压力、动水压力、水锤压力、浪压力、外水压力、风荷载······偶然作用：地震作用、校核洪水位时的静水压力结构按承载能力极限状态设计时，应对持久状况、短暂状况采用基本组合，偶然状况采用偶然组合。可能同时出现的永久作用、可变作用效应组合为基本组合，基本组合与一种可能同时出现的偶然作用效应组合为偶然组合。结构按正常使用极限状态设计时应根据结构设计要求分别采用作用效应的短期组合和长期组合（持久状况下的基本组合称长期组合，短暂状况下的基本组合称短期组合）5.扬压力是什么性质的力？对哪些结构影响特大？如何定量计其作用？本质是由挡水建筑物上下游静水头作用下的渗流场产生的？？第四章岩基上的重力坝1.重力坝的工作原理和工作特点是什么？原理：依靠坝身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的要求；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所引起的拉应力以满足强度的要求。特点：重力坝筑坝材料的抗冲能力强；重力坝结构简单，施工技术比较容易掌握，有利于机械化施工，断面尺寸大，材料强度高、耐久性好，安全性较高；对地形地质条件适应性较好；坝体与地基接触面积大，受扬压力的影响也大；重力坝剖面尺寸较大，坝体内部的压应力一般不大，因此材料的强度不能充分发挥；坝体体积大，水泥用量多，混凝土凝固时水化热高，散热条件差，分部浇筑，容易形成裂缝。2.重力坝的剖面比较宽厚的原因是什么？为什么说重力坝的材料强度不能得到充分利用？依靠坝身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的要求并在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度的要求。重力坝剖面尺寸较大，坝体内部的压应力一般不大，因此材料的强度不能充分发挥4.重力坝失稳破坏形式是什么？稳定验算的定值安全系数计算法和分项系数极限状态计算法主要区别在哪里？有哪些计算公式？提高重力坝稳定性的工程措施有哪些？两种类型：一种是坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，包括沿坝与基岩接触面的滑动以及沿坝基岩体内连续软弱结构面产生的深层滑动；另一种是在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引起倾倒滑移破坏。？？将坝的迎水面做成倾斜或折坡行，利用坝面上的水重来增加坝体的抗滑稳定；将坝基面开挖成倾向上游的斜面，借以增加抗滑力提高稳定性；利用地形地质特点，在坝踵或坝趾设置深入基岩的齿墙，用以增加抗力提高稳定性；采用有效的防渗排水或抽水措施，降低扬压力；利用预加应力提高抗滑稳定性5.重力坝应力分析的目的是什么？目前应力分析的方法有哪几种？材料力学法的基本假定是什么？如何应用材料力学法计算坝体的边缘应力和内部应力？目的：检查坝体和坝基在计算情况下能否满足强度的要求，并根据应力分布情况进行坝体混凝土标号的分区；研究坝体某些部位的局部应力集中和某些特殊结构的应力状态，以便采取加强措施。理论计算和模型试验两大类，理论计算又分为材料力学法和弹性理论法等基本假定：坝体水平截面上的垂直正应力呈直线分布，即可按材料力学的偏心受压公式计算？6.拟定重力坝剖面的主要原则是什么？何谓重力坝的基本剖面？如何从基本剖面修改成实用剖面？？“既满足稳定和强度要求，又使体积最小和施工简单运行方便”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考虑其他荷载和运用条件，修改坝顶宽度、坝顶高程和剖面形态，使其符合实际需要7.溢流坝的溢流面由哪几部分组成？各部分的形态应如何确定？顶部曲线段、中间直线段、下游反弧段P1929.溢流坝和坝身泄水孔消能的基本方式有哪几种？挑流式、底流式、面流式、戽流式10.重力坝为什么要分缝？缝有哪几种类型？横缝如何处理？止水如何布置？纵缝有哪几种布置方式？为什么斜纵缝可以不进行水泥灌浆？为防止在运用期由于温度变化发生伸缩变形和地基可能产生不均匀沉陷而引起裂缝，以及为了适应施工期混凝土的浇筑能力和温度控制等垂直于坝轴线的横缝和平行于坝轴线的纵缝高坝的横缝止水常采用两道金属止水片和一道防渗沥青井，中低坝的止水可适当简化垂直纵缝、斜缝、错缝因为缝面的剪应力很小，可只在缝面上凿毛、加设键槽12.重力坝的坝身和坝基排水的目的是什么？各应如何布置？减小渗水对坝体的有害影响，降低坝体中的渗透压力？“在靠近上游坝面处应设置排水管，将坝体渗水由排水管排入廊道，再由廊道汇集于集水井，用水泵排向下游”？为了收集并排走由地基渗透进来的水，进一步降低坝底扬压力主排水孔一般设在基础灌浆廊道的下游侧，如基岩裂隙发育，还可在基岩表面设置排水廊道或排水沟14.混凝土重力坝施工期产生裂缝的原因为何？防止裂缝的主要措施是什么？当混凝土块体不能自由伸缩而受到约束时，就要产生温度应力，而当拉应力超过混凝土的抗裂能力时，则要产生温度裂缝措施：加强温度控制、提高混凝土的抗裂强度、保证混凝土的施工质量和采用合理的分缝、分块等15.重力坝对地基有哪些要求？为什么有这些要求？帷幕灌浆和固结灌浆的作用是什么？断层破碎带的处理方式有哪些？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的要求；具有足够的抗渗性，以满足坝基渗透稳定和减少渗透的要求；具有足够的耐久性以防止在水的长期作用下基岩性质发生恶化固结灌浆目的：提高基岩整体性和弹性模量，减少基岩受力后的变形，并提高基岩的抗压、抗剪强度；降低坝基的渗透性，减少渗透量帷幕灌浆目的：降低坝基的渗透压力，减少渗透流量；防止坝基内产生机械或化学管涌，即防止基岩裂隙中的充填物被带走或溶滤对于倾角较大或与基面接近垂直的软弱破碎带，常采用混凝土梁或混凝土拱加固；对于倾角较小的软弱破碎带，除适当加深表层混凝土塞外，还要在较深的部位沿破碎带开挖若干个斜井和平洞，然后用混凝土回填密实第五章拱坝1.拱坝和重力坝的工作条件有何不同？？“重力坝完全靠自重维持稳定，拱坝利用筑坝材料强度承担以轴向压力为主的拱内力，并由两岸拱端岩体来支撑拱端推力”2.拱坝对地形和地质条件有何要求？河谷形状对拱坝剖面和荷载分配有何影响？地形指标包括坝顶高程处的河谷宽度L和坝高H之比（称L/H为宽高比）及河谷断面形状较理想的地质条件是岩石均匀单一，有足够的强度，透水性小，耐久性好，两岸拱座基岩坚固完整，边坡稳定，无大的断裂构造和软弱夹层，能承受拱端传来的巨大推力而不致产生过大的变形，尤其要避免两岸边坡存在向河床倾斜的节理裂隙或构造河谷的宽高比愈小，说明河谷愈窄深。此时拱坝水平拱圈跨度相对较短，悬臂梁高度相对较大，即拱的刚度大，拱作用容易发挥，可将荷载大部分通过拱作用传给两岸，坝体可设计的薄些，反之设计得厚些河谷的断面形状，V形河谷，拱圈跨度自上而下逐渐减小，拱刚度逐渐增强，拱可做得薄些；U形河谷，拱圈跨度自上而下几乎不变，拱刚度不增加而水压力增加，需增加梁的刚度，做得厚些；梯形河谷介于V形和U形之间河谷在平面上的形状应呈喇叭口，以使两岸拱座下游有足够厚的岩体来维持坝体的稳定3.选取拱圈中心角要考虑哪些因素？这些因素之间的关系如何？中心角愈大，拱圈厚度愈小，说明中心角愈大，材料强度可得到充分利用，对应力有利；反之，拱圈中心角减小，半径愈大，拱作用减弱，要求加大拱圈厚度。加大中心角使拱圈弧长增加，在一定程度上会抵消一部分由减小拱厚所节省的工程量。从经济和应力角度考虑，采用较大中心角有利但拱端轴力方向将向顺岩坡等高线方向偏转，对坝肩稳定不利。5.双曲拱坝的倒悬是怎样形成的？如何处理拱坝过大的倒悬度？因上下层拱圈半径或中心角的变化，容易形成上层坝面突出下层坝面，即产生倒悬，以两岸最为明显。使靠近河岸坝段上游面维持直立，而河床中部坝段俯向下游；使河床中部坝段直立，而河岸坝段向上游倒悬，此时在上游侧加设临时的混凝土支撑或通过开挖做成基础支持；协调前两种方案，使河床坝段稍俯向下游，河岸坝段稍向上游倒悬6.拱坝的应力标准如何？为什么重力坝要严格限制坝面产生的拉应力，而拱坝允许相当可观的拉应力？容许压应力等于混凝土极限抗压强度除以安全系数，对于基本荷载，1、2级坝的安全系数为4.0，3级拱坝的安全系数采用3.5；对于非地震情况的特殊组合，1、2级坝的安全系数为3.5，3级拱坝的安全系数采用3.0；当考虑地震荷载时，混凝土的容许压应力可比静荷载情况适当提高，但不超过30%；容许拉应力，对于基本荷载不大于1.2MPa，对于非地震情况特殊荷载组合，不大于1.5MPa。当考虑地震荷载时，其处理原则同容许压应力？“拱坝属于高次超静定结构，且混凝土抗压强度较高，拱坝断面设计常受拉应力控制，拉应力较大的部位常在拱冠梁的上游面坝底处，实际上这个部位的梁向拉应力并非最危险，因为梁向拉应力大时可自行调整给拱结构”8.温度荷载怎样影响拱坝的应力和稳定？拱坝为什么要在稍低于年平均温度时进行封拱？当封拱温度较低时，此后坝体温度升高，拱轴线伸长，变位方向与水压引起的相反，有利于部分抵消拱端上游面由水压引起的拉应力；此后当坝体温度降低时也会因封拱温度低而减少温降值。所以对坝体应力而言是愈低愈好。如果封拱时混凝土温度过高，则以后降温时拱轴线收缩对应力不利。？“当封拱温度较低时，此后坝体温度升高，拱轴线伸长，变位方向与水压引起的相反，有利于部分抵消拱端上游面由水压引起的拉应力；此后当坝体温度降低时也会因封拱温度低而减少温降值。”9.计算地基变形的伏格特法的基本思路是什么？（基本假定）基础变位与建基面形状无关，即将坝体与基岩的接触面沿弧线展开摊平后的不规则平面用一个当量矩形来代替，并假定该当量矩形为均质各向同性半无限体的表面；不考虑地基各处作用力不等、各点变位互有影响的因素；不计库水压力对坝基变位的影响10.拱坝应力分析的常用方法有哪些？各适用于什么情况？圆筒法，适用于承受均匀外水压力的等截面圆弧拱圈；纯拱法适用于在狭窄河谷中修建拱坝；拱梁分载法，是当前用于拱坝应力分析的基本方法；有限单元法，适用于解决复杂的边界条件和坝体坝基材料不均匀性问题；模型试验法，用于研究拱坝在弹性阶段的工作状态，拱坝材料的非线性影响及破坏条件11.拱冠梁法分析拱坝应力的基本原理是什么？按照拱冠部位的中央悬臂梁和若干水平拱在交点处径向变位一致的原则进行拱梁荷载分配。求得各层拱圈和拱冠梁各自承担的荷载后，拱圈用纯拱法计算拱圈各截面的应力，拱冠梁按悬臂梁结构计算应力12.拱冠梁法如何考虑地基变形和温度荷载？温度荷载引起的拱圈变形由拱圈单独承担，但该变形能影响水平荷载的分配？地基变形13.拱冠梁法分析拱坝应力时，自重荷载由拱还是梁承担？对于分块浇筑的混凝土拱坝，坝体自重由梁单独承担，且不影响水平荷载；对整体砌筑的浆砌石拱坝或边浇筑边封