水工建筑物知识点总结.docx

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水工建筑物知识点总结

水工建筑物知识点总结

第一章绪论

1.水利枢纽与水工建筑物的基本概念

为满足防洪要求，获得灌溉、发电、供水等方面的效益，需要在河流的适宜地段修建不同类型的建筑物，用来控制和分配水流，这些建筑物统称为水工建筑物，而不同类型的水工建筑物组成的综合体称为水利枢纽。

第二章水工建筑物设计综述

1.水工建筑物的分类和水工建筑物的分级

水工建筑物按承担任务分：

挡水建筑物、泄水建筑物、输水建筑物、取水建筑物、整治建筑物（导流堤、护岸、护底等）、专门建筑物（水闸、船闸、升船机等）

将水利水电工程根据其工程规模、效益和在国民经济中的重要性分为五等。

水利水电工程的永久性水工建筑物和临时性水工建筑物，根据其所属工程等别及在工程中的作用和重要性划分为五级和三级。

2.水利工程的特点

（1）工作条件复杂

（2）受自然条件制约，施工难度大（3）效益大，对环境影响也大（4）失事后果严重（5）个别性强

3.作用效应组合、作用效应分析方法

作用：

指外界环境对水工建筑物的影响。

主要作用有：

重力、水作用、渗透水作用、风及波浪作用、冰及冰冻作用、温度作用、土及泥沙作用、地震作用等

作用效应：

建筑物对外界作用的响应。

如：

应力、变形、振动等

荷载：

在进行结构分析时，如果一开始即可用一个明确的外力来代表外界环境的影响，则此作用称为荷载，也叫直接荷载。

直接荷载如：

自重、水荷载

间接荷载：

在进行结构分析时，无法用一个明确的外力来表示，其作用及产生的作用效应只能在结构分析中同步求出。

建筑物的作用效应分析方法：

数学模型：

物理模型（模型试验）经验类比解析法、差分法、有限元

第一类正常运用情况下的基本组合、第二类为施工检修组合、第三类为非常情况下的特殊组合作用效应组合

4.水工建筑物安全储备的表达方法、设计准则

安全储备：

1.单一安全系数法；2.分项系数极限状态设计法

极限状态：

当整个结构（包括地基）或结构的一部分超过某一特定状态，结构就不能满足设计规定的某种功能要求时，称此种特定状态为该功能的极限状态。

5.极限状态设计的内容、表达方式

极限状态设计包含：

1.承载能力极限状态；2.正常使用极限状态

承载能力极限状态：

刚体失去平衡；超过材料强度；塑性变形过大；土石结构或地基、围岩产生渗透失稳等。

正常使用极限状态：

结构或构件影响正常使用或达耐久性的极限值。

如：

影响结构正常使用或外观变形、对人员或设备仪表有不良影响的振动等。

6.基本烈度、设计烈度

基本烈度：

指该地区在今后50年内可能遭遇的较大地震，其超越概率在10％。

抗震设计时，一般取基本烈度作为设计烈度

抗震设计内容：

抗震计算和工程抗震措施

7.地震作用效应的分析方法

地震作用效应是一种典型的动态作用，其分析方法需根据工程的抗震设防等级来选定。

8.结构可靠度、可靠度指标

可靠度：

结构在给定的条件下，在基准期内完成预定功能的概率，或称可靠概率。

可靠度指标：

见书P21

9.在水工设计中，对不同级别的建筑物有不同要求：

设计基准期抗击灾害能力安全性运行可靠性建筑材料

10.水工建筑物抗震设计的基本要求

能抗御设计烈度的地震，如有轻微损坏，经一般处理仍可正常使用。

11．地震作用效果

地震作用是典型的动态作用，在地基随机性运动的影响下，可能使岩基断层活化发生错动、砂土地层液化、库水对坝体产生动水压力、建筑物振动开裂或倾倒、填土对挡土建筑物产生动土压力、水库库岸崩塌、土石坝坝坡滑动或沉降裂缝等反应，及地震作用效果

第三章岩基上的重力坝

1.重力坝的工作原理与特点

依靠坝体自重，满足稳定和强度要求。

（重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求；同时依靠坝体自重产生的压力来抵消水压力所引起的拉应力，以满足强度要求）

横缝：

为适应地基变形、温度变化和混凝土的浇筑能力，沿坝轴线方向用横缝将坝体分成若干个独立工作的坝段。

坝内设排水管：

在靠近坝体上游面

坝基设防渗帷幕及排水孔：

靠近坝踵的地基内设防渗帷幕，帷幕后设排水孔

缺点：

（1）坝体剖面尺寸大，材料用量多

（2）坝体应力低，材料强度得不到充分发挥（3）坝体与地基接触面积大，相应坝底扬压力大，对稳定不利（4）坝体体积大，由于施工期混凝土的水化热和硬化收缩，将产生不利的温度应力和收缩应力，因此在浇注混凝土时，需要有较严格的温度控制措施

优点：

（1）结构作用明确，设计方法简便，安全可靠

（2）对地形、地质条件适应性强（3）枢纽泄洪问题易解决（4）便于施工导流（5）施工方便

2.重力坝的荷载及其组合

荷载：

自重、静水压力扬压力动水压力、波浪压力、泥沙压力、土压力、冰压力、温度作用、地震作用等。

扬压力：

包括上浮力及渗流压力。

上浮力是坝体下游水深产生的浮托力；渗流压力是在上、下游水位差作用下，水流通过基岩节理、裂隙而产生的向上的静水压力。

动水压力：

当水流流经曲面，由于流向改变，在该处产生动水压力。

波浪作用使重力坝承受波浪压力，而波浪压力与波浪要素和坝前水深等有关系。

冰压力分静冰压力和动冰压力。

当温度升高时，冰层膨胀，对建筑物产生的压力称为静冰压力。

结构由于温度变化而产生的压力、变形、位移等称为温度作用效应。

荷载按性质分：

基本荷载和特殊荷载

荷载组合可分为基本荷载组合与特殊荷载组合。

基本荷载组合属设计或正常情况，由同时出现的基本荷载组成。

特殊荷载组合属于校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。

3.重力坝抗滑稳定分析的内容

沿坝基面的抗滑稳定分析：

采用抗强度公式：

将坝体与基岩看成是一个接触面，而不是胶结面。

采用抗剪断公式：

认为坝体混凝土与岩基接触良好。

深层抗滑稳定分析：

单斜面深层抗滑稳定计算：

地基内只有一个软弱面，计算中将软弱面以上的坝体和地基视作刚体。

双斜面深层抗滑稳定计算:

在作深层抗滑稳定分析时，应验算几个可能的滑动通道，从中找出最不利的滑动面组合，进而计算其抗滑稳定安全系数

常用的计算方法：

4.抗滑稳定分析方法

刚体极限平衡法（常用）、采用有限元法和地质力学模型试验加以复核

5.双斜面深层抗滑稳定分析方法

剩余推力法、被动抗力法、等安全系数法

6.提高抗滑稳定性的工程措施

（1）利用水重：

当坝底基面与基岩间的抗剪强度参数较小时，常将坝的上游面略向上游倾斜。

（2）采用有利的开挖轮廓线：

最好利用岩面的自然坡度使坝基面倾向上游；有意将坝踵高程降低，使坝基面倾向上游。

（3）设置齿墙：

当基岩内有倾向下游的软弱面时，可在坝踵部位设置齿墙，切断较浅的软弱面。

（4）抽水措施：

当下游水位较高，坝体承受浮托力较大时，可考虑在坝基面设排水系统，定时抽水以减小坝底浮托力。

（5）加固地基：

帷幕灌浆、固结灌浆以及软弱夹层的处理。

（6）横缝灌浆：

将部分坝段或整个坝体的横缝进行局部或全部灌浆，以增强坝的整体性和稳定性。

（7）预加应力措施：

在靠近坝体上游面，采用深孔锚固高强度钢索，并施加预应力。

7.重力坝应力分析的材料力学法的基本假定

坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料。

②视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力。

③假定坝体水平截面上的正应力δy按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。

8.重力坝的上游坝面坡度为什么不能太大？

剪应力τu=（pu-δyu）n

9.重力坝应力控制标准（强度指标）

采用材料力学法分析时，规范规定的强度指标：

（a）正常使用极限状态：

①短期及长期组合，坝踵（计入扬压力）不出现拉应力；②长期组合，坝体上游面（计入扬压力）垂直应力不出现拉应力；③短期组合，下游坝面垂直拉应力不大于0.1MPa。

（b）承载能力极限状态：

基本组合和偶然组合，坝趾及选定截面下游端点的抗压强度承载能力极限状态

10.影响坝体应力的各种因素。

（1）地基变形模量

（2）坝体混凝土分区（3）纵缝（4）分期施工（5）温度变化及施工过程

11.纵缝对坝体应力的影响。

（1）上游面铅直时，纵缝对应力分布没有影响

（2）上游面为正坡时，坝踵合成铅直正应力减小，甚至产生拉应力（3）上游为倒坡时，坝踵铅直压力增大，对坝体强度有利

12.重力坝的温度裂缝的类型及防止措施

施工期的温度应力包括：

地基约束引起的应力和内外温差引起的应力。

裂缝多是由温度应力引起的，裂缝可分为：

贯穿性裂缝和表面裂缝

防止措施：

合理分缝、分块、提高混凝土质量、温度控制

温控措施：

（1）降低混凝土的浇注温度：

骨料预冷、加冰屑拌和、埋石、减少水泥用量

（2）减少水泥水化热温升：

冷却水管、减少浇注层厚度利用仓面散热（3）加强对混凝土表面养护和保护

13.重力坝的应力分析。

重点掌握材料力学方法。

应力分析的过程：

首先进行荷载计算及荷载组合，然后选择合适的方法进行应力计算最后检验大坝各部位的应力是否满足强度要求

分析方法：

理论计算（材料力学法、悬臂梁与水平梁的分载法、有限元计算）、模型试验

14.重力坝的基本剖面与实用（设计）剖面

基本剖面：

在自重、静水压力、扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面。

实用剖面：

（1）上游坝面铅直，适合用于混凝土与岩基接触面的f、c值较大或坝体内有泄水洞或引水管道、进口控制设备的情况

（2）上游坝面上部垂直，下部倾斜，既便于布置进口设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定（3）上游坝面略向上游倾斜，适用于混凝土与基岩接触面间的f、c值较低的情况

15.溢流重力坝的孔口形式及其特点

孔口形式：

开敞溢流式和大孔口溢流式两种

17.溢流重力坝的孔口设计

孔口尺寸：

下泄流量Q、单宽流量q、孔口宽度b、孔口数n、溢流长度L、堰顶高程

考虑的因素：

泄洪要求、闸门和启闭机械、枢纽布置、下游水流条件

18.泄水重力坝设计中有关高速水流的几个问题

（1）空化与空蚀：

水流在曲面上进行，由于离心作用，或水流受不平整表面的影响，在贴近边界处可能产生负压，当水体中的压强减小至饱和蒸汽压强时，便产生空化。

当空化水流运动到压力较高处，由于气泡的溃灭，伴随有声响和巨大的冲击作用。

当这种作用力超过结构表面材料颗粒的内聚力时，便产生剥离状的破坏，这种破坏现象称为空蚀

（2）掺气：

由溢流坝下泄的水流，当流速超过7-8m/s时，空气从自由表面进入水体，产生掺气。

（3）水流脉动：

泄水建筑物中的水流属于高度紊动的水流，其基本特征是流速和压力随时间不断变化。

水流对泄水建筑物主要是动水压力。

（4）冲击波：

在高速水流边界变化处，如断面扩大、收缩、转弯处，将产生冲击波。

19.溢流面体形设计、设计定型水头

溢流面组成：

顶部曲线段、中间直线段和反弧段

顶部曲线段：

关键部位：

克－奥曲线、WES曲线。

横缝垂直于坝轴线，将坝体分成若干独立的坝段，横缝的划分主要取决于地基特征、河谷地形、温度变化、结构布置和浇注能力等。

起作用是：

减小温度应力，适应地基不均匀变形和施工要求

类型：

永久性横缝：

伸缩缝或沉降缝，大小1~2cm。

临时性横缝：

坝段与基岩面的连接

处理方法：

临时性横缝：

缝面设键槽和灌浆系统灌浆

永久性横缝：

缝面为竖直平面，不灌浆。

29.纵缝

为了适应混凝土的浇注能力和减小施工期的温度应力，常在平行坝轴线方向设纵缝，将一个坝段分成几个坝块，待其温度接近稳定后再进行接缝灌浆。

纵缝按其布置型式可分为：

铅直纵缝、斜缝、错缝。

30.重力坝哪些部位需设置止水设施？

止水位置：

横缝上游面、溢流面、下游面最高尾水位以下、坝内廊道和孔洞穿过分缝处的四周等部位

31.碾压混凝土重力坝与常态重力坝相比，设计上有什么不同？

碾压重力坝：

材料：

无坍落度的干硬性混凝土

混凝土分区：

“金包银”（RCD）－观音阁；全碾压式（RCC）

坝体防渗：

常态混凝土防渗；沥青砂浆防渗层

坝体分缝：

不设纵缝，横缝可减少