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电大《水工建筑物》期末重点考试小抄(最新打印版)第一章水利事业与水工建筑物1.我国水能资源理论蕴藏量：6.76亿kW；技术可开发量：4.93亿kW；经济可开发量：3.78亿kW。我国水能资源居世界首位，但水资源人均则仅约相当于全球平均数的1/4。2.我国水资源的特点①时间上：年内、年际分布不均。②空间上：南丰北欠。长江以南人口54%，水资源82%；长江以北人口43.2%，水资源14.4%；3.防洪利用修建水库拦蓄洪水、挖河筑堤宣泄洪水等办法，来防止洪水灾害，保障人民生活及工农业生产的正常进行。防洪工程的基本措施：上拦：治本，蓄洪筑堤；下排：治标，疏通河道，提高行洪能力。两岸分、滞：设蓄滞洪区分洪减流。着重关注水土保持。建立洪水预报、预警系统和洪水保险制度。4.校核洪水位以下的全部库容称总库容。设计蓄水位与死水位间的库容即兴利库容(调节库容、有效库容)。正常运用情况下允许水库消落到最低的水位称为死水位，该水位以下的库容即死库容。5.水力发电的基本原理在天然河流上修建水工建筑物，集中水头，然后将水流输送到水轮机中，使：水能→水轮机的旋转机械能→驱动发电机将机械能转化为电能→输电线路→用户。优点：①能源再生性；②运行管理人员较少，主要是远程调控；③运行灵活；④节约煤炭、石油、天然气及人力资源；⑤可兼顾防洪、航运及灌溉等综合效益。⑥污染小。缺点：①所处地理位置给建设及输电带来困难；②工程量大，工期长；③造成水库淹没，对自然生态环境有不利影响。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。6.我国水利工程建设概况一、我国水利事业的发展世界之最高的面板堆石坝：水布垭，高233m。最高碾压混凝土坝：龙滩，高216.5m。在建的最高双曲拱坝：锦屏一级，高305m。世界上在建的最大的水电站：三峡水电站。二、我国古代防洪、水利、水能开发利用(1)春秋时期：黄河大堤，长1600km。(2)公元前485年－1293年：纵贯我国南北的京杭大运河，长1794km，为世界最长。(3)公元前256－前251年：四川都江堰水利工程，利用鱼嘴分洪、飞沙堰泄洪排沙、宝瓶口引水，是世界上现存最长的无坝引水工程，至今仍在使用。三、我国水电事业的发展趋势已规划的最大水电站：雅鲁藏布江上的墨脱县的墨脱水电站，若采用40km的引水隧洞，装机容量可达4000万kW。我国大陆地区第一座水电站是昆明的石龙坝水电站，装机480KW，1910年7月开工，1912年4月发电。经过不断扩建，至1949年，全厂总装机容量为2920kW。7.河川水力资源的开发方式即讨论在水利枢纽中如何集中水头落差。基本开发方式有：坝式开发（适用于河道坡降较缓，流量较大，有筑坝建库条件的河段）、引水式开发（适用于地形地质等条件不允许筑坝，河段坡降较陡、流量小，建造较短的引水道既能获得所期望水头的山区性河段）、混合式开发（适用于上游有良好坝址，而紧邻水库下游河道突然变陡或河流有较大转弯的情况}）、抽水蓄能式开发（一般建有上水库和下水库的有压引水建筑物。装设具有抽水及发电两种功能的机组。）、潮汐式开发、梯级开发、潮汐电站是利用涨潮和退潮时所形成的水头发电的电站，分为单库单向（退潮时发电）、单库双向和双库连续（一高一低两个水库，单向发电）三种潮汐水电站。梯级开发如在一条河流下游建一个高坝大库，库区淹没损失太大或经济技术水平有限，故可修多个较低的坝形成一系列的较小的水库。8.水利枢纽和水工建筑物的等级划分1、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。2、方法：按规范规定，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。我国水利枢纽的分等分级，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，如书表1-2、表1-3、表1-4所示。3、不同级别水工建筑物设计基准期(即保质期)不同。如Ⅰ级挡水建筑物100年；其它永久建筑物50年等。具体设计方法上的区别体现在：(1)抗御洪水能力：如建筑物的设计洪水标准、坝（闸）顶安全超高等。(2)稳定性及控制强度：如建筑物的抗滑稳定、强度安全系数，砼材料的变形及裂缝的控制要求等。(3)建筑材料的选用：如不同级别的水工建筑物中选用材料的品种、质量、标号及耐久性等。9、水工建筑物的分类(一)按用途1、一般水工建筑物当一种型式水工建筑物在不同场合或在同一场合，可以服务于几个水利事业部门时，这种水工建筑物称为一般水工建筑物。即通用型的，包括：(1)挡水建筑物：拦截水流，形成水库或者壅高水位。如坝、堤防及施工围堰等。(2)泄水建筑物：用以宣泄水库或渠道中多余的水量。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：从水库或河道向下输送灌溉、发电或工业用水。如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸管、输水涵洞等。(4)取水建筑物：系输水建筑物的首部建筑，用来从水库或河道去睡，满足灌溉、发电，给水的用水要求。如深式进水口、进水塔和各种进水闸等。(5)整治建筑物：用以调整和改善河道的水流条件，防止水流和波浪对河床、岸坡的冲刷。如丁顺坝、潜坝、导流堤、防波堤、护岸等。2、专门水工建筑物专门为某一水利事业服务的建筑物。(1)水力发电建筑物：如水电站厂房、前池、调压井等。引水建筑物：进水口、沉沙池、压力前池、调压室、压力管道、尾水道等。发电厂房及附属建筑物：厂房、变电站、开关站等。(2)水运建筑物：如船闸、升船机、过木道等。(3)农田水利建筑物：如专为农田灌溉用的量水设备、沉沙池、渠系建筑物等。(4)给水、排水建筑物：如专门的进水闸、抽水站、滤水设备等。(5)过鱼建筑物：如鱼道、举鱼机等。农田水利建筑物：如专为农田灌溉用沉沙池、冲沙闸等。水运建筑物：如船闸、升船机、鱼道、过木道等。(二)按使用期1、永久性水工建筑物：工程运用期间长期使用的建筑物。主要建筑物：失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益。次要建筑物：失事后不致造成下游灾害或对工程效益影响不大并易于修复的建筑物。2、临时性水工建筑物工程施工期间使用的建筑物。根据用途，竣工后临时建筑物可转化为永久建筑物。第二章岩基上的重力坝1.坝轴线定义：代表坝平面位置的一根横断河谷的线，拱坝及重力坝一般用坝顶上游面在水平面上的投影线，土坝一般用坝顶中心线。坝高：坝基（一般不包括局部深槽）的最低面至坝顶的高度。坝长：坝顶两端之间沿坝轴线的长度（对拱坝而言，有弧长及弦长两种说法）2.重力坝的类型：按坝体的高度：高坝：H70m；中坝：30m≤H≤70m；低坝：H30m。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。按坝顶是否泄水：分为溢流重力坝和非溢流重力坝段。按筑坝材料：分为砼和浆砌石重力坝。按施工方法：分为浇筑混凝土重力坝和碾压混凝土重力坝工作原理：①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利用坝体自重在水平截面上引起的压应力来抵消由水压力产生的拉应力以满足强度的要求。特点：优点①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结构简单，施工方便，便于机械化施工⑤结构及受力明确，应力及稳定计算比较简单。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。重力坝设计步骤：1.总体布置2.坡面设计3.抗滑稳定校核4.压力校核5.细部结构设计6.地基处理7.溢流坝或泄水性设计8.监测设计重力坝实用剖面设计(二)坝顶宽度1、满足设备布置、运行、交通及施工的要求，非溢流坝的坝顶宽度一般可取坝高的8–10%，并不小于3m。2、若作交通要道或有移动式启闭机设施时，应根据实际需要确定。当有较大的冰压力或漂浮物撞击力时，还应满足强度的要求。(三)坝顶高程防当墙顶高程由下二式中的较大值确定。正常蓄水位+Δh设校核洪水位+Δh校Δh＝2hl+h0+hc其中Δh由波浪爬高及安全超高等组成，为坝顶或坝顶上游防浪墙顶应超出水库静水位的高度。（四）坝坡设计：下游坡比一般为m=0.6-0.8；上游坡比一般为n=0-0.2；且坝底宽约为坝高的0.7-0.9倍。3.扬压力：渗透压力和浮托力之和。扬压力形成原因：①上下游水位差；②砼、岩石都是透水材料。降低扬压力：帷幕灌浆（在地基设置排水道）宽缝重力坝、空腹重力坝。4.消能防冲的原理尽量使下泄水流的动能消耗于水流内部的紊动中，以及与空气的摩擦上使下泄水流对河床的冲刷不致危机坝体安全。消能途径：水与空气、固体边界、水与水常见的消能工形式有：挑流消能、底流消能、面流消能和戽流消能等。挑流消能结构简单，施工维修方便，耗资省。但冲刷严重，尾水波动大、雾化大。适用：基岩比较坚固的中、高水头坝。底流消能流态稳定、消能效果好，但要在下游修砼护坦，并形成消力池，造价高。适用：水头较小的中、低坝或基岩软弱的河道。坝身泄水孔的布置(一)坝身泄水孔的作用及类型泄水重力坝：重力坝中的溢流重力坝和带有坝身泄水孔的重力坝。作用①预泄水库，增大水库调蓄能力；②放空水库以检修；③排放泥沙，减少水库淤积；④随时向下游放水，满足航运或灌溉要求；⑤施工导流。类型(1)按流态：分为有压泄水孔和无压泄水孔。(2)按作用：泄洪孔、发电孔、冲沙孔、灌溉孔、导流孔等，尽量一孔多用。(3)按高程：中孔、底孔。有压泄水孔工作闸门布置在下游出口处，进口处设置事故检修闸门。孔身常需钢板衬砌。(二)泄水孔的结构布置其组成包括以下几部分：1、进口曲线：工程上常采用椭圆曲线或圆弧曲线的三面收缩矩形进水口。2、闸门和闸门槽深孔常用的闸门也是平面和弧形闸门。为减免门槽空蚀，矩形收缩型门槽较好。3、孔身：有压泄水孔多采用矩形断面；无压泄水孔通常采用矩形断面。4、出口消能段：挑流和底流消能渐变段重力坝的材料和构造一、混凝土重力坝的材料(一)水工混凝土的特性指标水工混凝土除要求有足够的强度以外，还应有一定的抗渗性、抗侵蚀性、抗冻性、抗裂性、抗磨性和低热性等。1、强度等级龄期涵义：如某混凝土龄期为90天？是试块做好后保存90天后再进行抗拉、压试验确定其强度。混凝土标号：如C10？标准立方体混凝土的极限抗压强度为10MPa。重力坝常用C10、C15、C20、C25等级别。C7.5只用于应力很小的次要部位或作回填用，而C30或更高强度等级的砼应尽量少用。碾压砼强度等级不应低于C5。坝体砼抗压设计龄期一般为90天，且＜180天，同时规定相应28天龄期的强度，作为早期强计的控制。抗拉强度一般采用28天龄期强度。2、混凝土的耐久性：抗渗性、抗冻性、抗磨性、抗侵蚀性。(二)坝体混凝土的分区Ⅰ区—为上、下游最高水位以上坝体外部表面混凝土。在寒冷地区多采用厚2m-3m的抗冻混凝土，一般用C15。Ⅱ区—为上、下游水位变化区的坝体外部表面混凝土，多采用厚3m-5m的抗渗、抗冻并具有抗侵蚀性的混凝土，一般用C15。Ⅲ区—分别为上、下游最低水位以下坝体外部表面混凝土，其抗渗性要求较高，多采用厚2-3m的抗渗混凝土，一般用C20。Ⅳ区—为坝体靠近基础的底部混凝土，主要满足强度要求，一般用C20。V区—为坝体内部混凝土，多采用低标号低热混凝土，一般用C10-15。Ⅵ区—抗冲刷部位的混凝土，如溢流面、泄水孔、导墙和闸墩等。一般用C20-25，严寒地区应满足抗冻要求，一般用C25以上。选用各区砼时，应注意：（1）尽量减小整个枢纽中不同砼标号的类别，便于施工。（2）相邻区的强度等级相差不宜超过两级；同一浇筑块中砼的标号也不得超过两种。（3）分区厚度一般不小于2-3m。二、混凝土温度裂缝及防裂措施(一)温度裂缝的成因砼温度发生变化，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，而当拉应力超过砼的抗拉能力时，出现裂缝。(二)防止温度裂缝的措施①加强温度控制；②提高砼的抗裂强度；③保证砼