水工建筑物考试复习资料

109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1、工程失常影响效益，工程失事造成灾难2、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…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结构或结构构件丧失弹性稳定；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。①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）施工方便（6）结构作用明确，设计方法简便，安全可靠2重力坝的缺点：（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，材料强度不能充分发挥。（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)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3（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采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、夹层处理）⑥横缝灌浆⑦预加应力措施13.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。4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（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.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。18.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。19.重力坝坝体分缝的原因、类型(重点)（一）横缝横缝的作用：将坝体分成若干独立工作的坝段,可减少温度应力、适应地基不均匀变形和满足施工要求。横缝的分类：永久性横缝，临时性横缝（二）纵缝布设纵缝的目的：适应砼的浇筑能力，减少施工期的温度应力纵缝的分类：铅直纵缝，斜缝，错缝第四章拱坝1.拱坝的工作特点(重点)（1）稳定特点：稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用，因而对地基的要求很高；（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，坝体的拱和梁作用会自行调整,使坝体应力重新分配；（3）荷载特点：不设永久性伸缩缝；抗震性能好；几何形状复杂，施工难度大。2.地形、地质条件对拱坝的影响(重点)（1）对地形的要求理想地形：两岸对称,岸坡平顺无突变；逐渐收缩的峡谷段；坝体两侧具有足够的岩体支撑宽高比L/H和厚高比T/H的影响：L/H1.5，适宜修薄拱坝,T/H0.2；L/H=1.5-3.0，适宜修一般拱坝，T/H=0.2-0.35；L/H=3.0-4.5，适宜修重力拱坝，T/H=0.35-0.60；L/H4.5，适宜修建重力坝。断面形状的影响V形河谷：最易发挥拱作用；U形河谷：拱作用降低,拱较厚；梯形河谷：介于二者之间。（2）对地质的要求：要求最高，坝肩必须能承受拱端传来的推力，且能保持稳定。理想地质条件：基岩比较均匀、坚固完整、强度足够；；基岩能抵抗水的侵蚀、耐风化，透水性小；岸坡稳定、整体性好，没有大断裂、软弱夹层,压缩变形小。上述条件不能满足时，需进行固结灌浆以增加地基的整体性和牢固程度。54.确定双曲拱坝拱冠梁几何尺寸的参数见右图：凸点与坝顶高差Z0：=β1H；凸度β2：=DA/H；倒悬度：AB水平距离与高差之比6.拱坝自重荷载的如何分配，与重力坝有什么不同？(重点)拱坝自重：封拱前浇筑的全部由悬臂梁承担。7.温度作用对拱坝的应力和稳定有什么影响？(重点)（1）坝体温度变化：均匀温度变化tm：温差均值,对拱圈轴向力及力矩、悬臂梁力矩影响很大。等效线性温差td：上下游坝面的温度差值,对拱圈力矩影响大，其余影响小。非线性温度变化tn：只产生局部应力,可忽略不计。（2）温升温降的影响差异温降:温度低于封拱温度。对坝肩稳定有利，对应力不利温升:温度高于封拱温度。对坝肩稳定不利，对应力有利8.拱坝的应力分析方法有哪些？(重点)纯拱法，拱梁分载法，有限元法，壳体理论计算方法，结构模型试验9.拱梁分载法、拱冠梁法、纯拱法的原理，有什么不同？纯拱法：假定拱坝由许多互不影响的独立水平拱圈组成，不考虑梁的作用，荷载全部由拱圈承担拱梁分载法：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，荷载由梁系和拱系分担，荷载分配由变位一致来确定。拱冠梁法：拱梁分载法的简化方法，即仅对拱冠梁与若干水平拱圈进行应力计算,对其它截面的悬臂梁不计算,对于对称的、狭窄的拱坝可作初步应力计算。10.理解拱坝的失稳形式：坝肩岩体失稳，上滑失稳坝肩岩体滑动的原因:1）岩体内存在软弱结构面；2）荷载作用（拱端推力、渗流压力）影响上滑稳定的因素：1）河谷的几何形状：河谷越宽，岸坡越平缓，对稳定不利2）坝体几何形状：坝薄、扁，曲率小，合力倾角小3）渗流力越大，越不稳定4）摩擦角越小，越不稳定。11.稳定分析方法(重点)刚体极限平衡法、有限元法、地质力学模型试验12.拱坝坝身泄水的方式有哪些？各自的特点？(重点)（1）自由跌流式特点：1)适用于较薄的双曲或小型拱坝,基岩良好、单宽流量小；2）因为落水距坝较近，需设防护措施。（2）鼻坎挑流式特点：溢流堰顶曲线末端设反弧挑流鼻坎，以使落水点距坝较远。（3）滑雪道式特点：1）挑坎处落差大，挑距远；2）底板下可布置发电厂房；3）溢流面参数要求高以避免空蚀；（4）坝身泄水孔式6特点：1）工作闸门多用弧形闸门，且布置在出口；2）出口收缩以保证泄水孔有压流；3）孔身多用矩形,进口常做成曲线形。13.拱坝的消能方式、防冲设施有哪些？(重点)拱坝消能形式：跌流消能、挑流消能、底流消能防冲措施：护坦、护坡、二道坝14.拱坝分缝与接缝处理(重点)分缝目的：散热，防止收缩开裂，分段浇筑，平均气温左右时封拱。接缝灌浆：1）目的是保证拱坝的整体性；灌浆缝仍是拱坝的薄弱部位，尽量减少伸缩缝数量；2）灌浆工艺同重力坝；上游面设止水。永久横缝的特例：坝肩上弱下强时,上部可做成永久缝,推力由下部承担。15.垫座、周边缝、重力墩的作用(重点)（1）垫座和周边缝的作用：1）周边缝使梁的刚度和作用减弱，拱的作用加强；2）周边缝减小坝体传至垫座的弯矩,可减小上游坝面的拉应力；3）垫座加大了与基岩的接触面，改善地基