建筑工程管理水工建筑物自学指导书精编.docx
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建筑工程管理水工建筑物自学指导书精编
（建筑工程管理）水工建筑物自学指导书
水利水电工程建筑专业学习丛书
《水工建筑物》学习指导和习题集
第1章绪论………………………………………………………3
第2章岩基上的重力坝…………………………………………5
第3章拱坝……………………………………………………13
第4章土石坝…………………………………………………18
第5章水闸……………………………………………………24
第6章河岸溢洪道……………………………………………28
第7章水工隧洞及坝下涵管…………………………………30
第8章过坝建筑物和渠系建筑物……………………………33
第9章水利枢纽布置…………………………………………38
第10章水利工程管理…………………………………………39
第1章绪论
一、重点要求
⒈水利枢纽和水工建筑物
⒉水利枢纽分等和水工建筑物分级
二、壹般阅读
⒈水资源和水利工程建设
⒉本门课程的学习方法和研究途径
三、学习指导
⒈了解我国的水资源状况及特点，水利工程的任务和分类，水利工程的建设成就和发展趋势。
⒉了解水利枢纽的组成，掌握水利枢纽的概念——为若干个不同用途的水工建筑物所组成的综合体。
⒊掌握水工建筑物的分类、特点和作用（包括名词解释）。
掌握水利枢纽的分等（确定的依据为最高等别指标）、水工建筑物分级（注意新老规范的差别）、洪水标准的确定。
四、习题及思考题
（壹）填空题
1．地球上总水量的_________%是海洋中的咸水，人类能够利用的只是江河湖海及地下水的壹部分，仅占地球总水量的_________%。
2.水工建筑物按功能能够分为_________、_________、_________、_________、_________、_________等几类建筑物。
3．为了将工程安全和工程造价合理统壹起来，首先应对水利枢纽分_________，然后对枢纽中的建筑物分_________。
（二）选择题
1、下列_________指标是确定水利枢纽等别的依据。
A．水库兴利库容
B.坝高
C.总库容
D.挡水建筑物类型
E.水电站的装机容量
F.水电站的年发电量
G.设计灌溉面积
H.保护农田面积
I.保护城镇及工矿区
2、各种坝属于哪类水工建筑物_________。
A．取水建筑物
B.挡水建筑物
C.泄水建筑物
D.专门建筑物
（三）思考题
1、我国古今水利建设成就有哪些?
2、我国水资源的特点是什么?
开发程度如何?
3、什么是水利枢纽?
什么是水工建筑物?
和土木工程其他建筑物相比,水工建筑物有些什么特点?
4、拟建高50m的土石坝，形成总库容2.0亿m3，装机容量9.0万kW、灌溉面积20万亩的水电枢纽工程。
试问该水利枢纽工程属几等？
各主要、次要、临时建筑物属几级？
第2章岩基上的重力坝
壹、重点要求
⒈概述
⒉重力坝的荷载及其组合
⒊重力坝的抗滑稳定分析
⒋重力坝的应力分析
⒌重力坝剖面设计
⒍溢流重力坝
⒎重力坝的材料及构造
⒏重力坝的地基处理
二、壹般阅读
⒈其他形式重力坝及支墩坝
三、学习指导
⒈本章掌握的程度，对本门课程学习情况将有较大的影响，因此要求同学们花大气力加以学习。
通过本章的学习，可掌握其他章节讲述的基本内容和壹般规律；重力坝上作用的荷载、荷载的计算方法、组合情况，下游消能方式等内容对其他建筑物也具有普遍性。
⒉重力坝的工作原理也是重力坝设计的依据，既依靠自身重量来满足抗滑稳定和无拉应力要求。
重力坝的工作特点关键在于掌握其主要优点（泄洪和施工导流容易解决）和最大缺点（扬压力大和材料强度不能充分发挥）。
⒊掌握重力坝上作用的荷载类型、计算方法和组合情况，重点掌握自重、水压力、扬压力、波浪要素的计算（计算单元壹般为单位坝长，所有荷载均分解为水平和垂直俩个方向）及荷载组合情况，难点是扬压力、浪压力和地震力的计算。
①自重：
按容易计算大小和确定形心位置的原则，将重力坝断面分块；
②水压力：
注意判定水压力的指向（水平、垂直，指向上游、指向下游）；
③扬压力：
根据是否有减压措施、采用何种减压措施、减小了哪部分压力（渗透压力？
浮托力？
俩者都减小？
）、折减点位置、折减系数多少等确定扬压力分布图；实体重力坝坝基面上扬压力如图2－1所示：
④地震力：
地震荷载是学习中的难点，不要求了解公式来源，但应弄清楚公式的物理意义。
（a）（b）
（c）（d）
图2－1实体重力坝坝基面上扬压力分布图
注：
（a）图为坝基面无防渗帷幕和排水孔情况，扬压力无折减，下游无水时，分布图为三角形；
（b）图为坝基面设置防渗帷幕和排水孔情况，现已改为（d）图形式，既折减位置相同——均在排水孔中心处，但折减系数不同，河床段α＝0.25，岸坡段α＝0.35；
（c）图为坝基面设置防渗帷幕，但无排水孔情况；
（d）图为坝基面未设置防渗帷幕，但有排水孔情况；
⑤浪压力：
浪压力计算时，要会使用双曲函数，会计算波浪要素（h1%、2Ll、h0），能正确确定坝顶高程。
⑥荷载组合：
掌握基本组合、特殊组合的组合类型，能根据具体情况选择组合方式。
⒋了解稳定的概念，对几个稳定计算公式加以分析比较，注意区分公式的意义、参数的选择和适用条件，掌握用“分项系数极限状态法”进行抗滑稳定计算的方法。
了解特殊情况的抗滑稳定，掌握增加抗滑稳定性的措施。
⒌了解应力分析的目的，掌握利用材料力学法进行应力计算的方法，熟记重力坝上、下游边缘点应力的计算公式（计入和不计入扬压力），掌握用“概率极限状态”进行强度校核的方法和控制标准。
了解坝身内部应力的分布规律。
⒍了解重力坝基本断面尺寸的拟定原则、方法，重力坝常用剖面主要参数的大体取值范围，如上下游坡度，坝底和坝高的比值等。
掌握把基本断面修改成实用断面的方法，且了解各种实用断面的应用条件。
⒎对泄水重力坝着重了解溢流面曲线设计、孔口尺寸拟定和下游消能。
①溢流面曲线设计中应了解：
泄水重力坝的工作特点、泄水方式及曲线和参数的选择；
②孔口尺寸拟定应了解：
单宽流量的选择，上下游控制水位的确定，设计流量下孔口尺寸确定方法和布置原则等；
③下游消能应着重了解：
常见的四种消能形式的工作原理，优缺点及适用条件。
对挑流消能应了解挑流鼻坎参数选择、水力计算方法及控制条件；对底流消能应了解促成淹没水跃的措施，了解泄水重力坝下游的不利流态和防止措施。
本章中着重掌握挑流消能设计，底流消能设计主要放在水闸壹章学习。
最后，要能根据设计参数绘制泄水重力坝的剖面及进行结构布置，
⒏在重力坝的材料和构造中要了解：
混凝土坝对材料的要求和坝体材料分区方法；重力坝的坝顶、廊道和竖井、分缝、止水及排水的构造特点。
⒐了解重力坝对地基和要求，掌握基础开挖的要求（深度及轮廓形状），掌握坝基帷幕灌浆设计参数的确定（深度、厚度和灌浆范围），固结灌浆作用、设置部位、布孔方法，了解对不同产状的软弱破碎带采用的加固和处理措施，了解坝基排水的布置方法。
本章主要为岩石地基的处理，土基的处理技术主要放在水闸和土石坝部分学习。
⒑在其他形式重力坝及支墩坝壹节中，重点介绍碾压混凝土重力坝，对其他形式坝型仅需初步了解其结构特点、剖面尺寸的拟定方法和构造要点。
四、思考题：
（壹）填空题
1．重力坝主要依靠_________产生的_________来满足坝体稳定要求。
2．重力坝按其结构形式分类，可分为____________、____________和____________。
3．扬压力是上、下游水位产生的____________和下游水深产生的____________俩部分组成。
4．地震基本烈度是指该地区今后____________期限内，可能遭遇超越概率为____________的地震烈度。
5．抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿____________或沿____________抗滑稳定的安全性能。
6．溢流重力坝挑流消能的设计内容，包括____________、____________、____________、____________、____________等。
7．溢流坝的消能形式有____________、____________、____________、____________四种消能方式。
8．重力坝地基处理主要包括俩方面的工作：
壹是____________，二是__________________。
9．因为作用在重力坝上游面的水压力呈____________分布，所以重力坝的基本剖面是____________形。
10．碾压混凝土重力坝是用____________含量比较低的超干硬性混凝土，经____________而成的混凝土坝。
（二）选择题
1、坝底扬压力等于____________。
A．浮托力和压力之和
B.浮托力和渗透压力之和
C.浮托力和场压力之和
D.渗透压力和坝体场压力之和
2、重力坝的基本剖面为____________。
A．梯形
B.三角形
C.矩形
D.正方形
3、下面关于坝体应力的几种说法正确的是____________。
A．正常运用期，坝基面的最大铅直正应力应小于坝基容许压应力
B.正常运用期，坝基面的最大铅直正应力应大于坝基容许压应力
C.坝体内绝对不容许出现拉应力
D.之上说法都不对
4、采用以下措施主要用来降低重力坝坝基的扬压力____________。
A．开挖和清理
B.固结灌浆
C.帷幕灌浆
D.混凝土齿墙
5、SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》推荐使用官厅公式计算坝前浪压力，在校核洪水位时，该公式的风速V宜采用相应洪水期多年平均最大风速的____________。
A．1．0倍
B.1．5倍
C.2．0倍
D.2．5倍
6、混凝土坝防渗帷幕后设置排水幕的目的是降低____________。
A．渗透压力
B.浮托力
C.扬压力
D.静水压力
7、溢流坝段的堰面曲线，当采用开敞式溢流孔时可采用____________。
A．抛物线
B.幂曲线
C.椭圆曲线
D.圆弧曲线
8、重力坝在水位变化范围内表面混凝土其控制因素主要是____________。
A．抗冻性能
B.防渗要求
C.强度要求
D.抗冲刷要求
9、当重力坝和岩石地基之间的抗剪断摩擦系数较大时，坝体剖面尺寸壹般由_________控制。
A．稳定条件
B.强度条件
C.工程造价
D.施工条件
10、溢流坝上不设闸门时，其堰顶高程和_________齐平。
A．校核洪水位
B.设计洪水位
C.正常蓄水位
D.死水位
（三）思考题
1、重力坝的工作原理和工作特点是什么？
为什么说重力坝的材料强度不能充分发挥？
2、重力坝的基本断面是什么？
3、重力坝是如何分类的？
4、重力坝的主要荷载有哪些？
5、什么是扬压力、渗透压力、浮托力？
6、什么是基本组合？
什么是特殊组合？
各有哪些组合方式？
7、简述重力坝的设计过程？
8、稳定计算的方法有哪些？
各有什么特点？
9、提高重力坝抗滑稳定的工作措施有哪些？
10、重力坝应力分析方法有哪些？
各有什么特点？
11、材料力学计算坝体应力的基本假定是什么？
主要计算内容是什么？
12、非溢流坝剖面设计的原则是什么？
什么是基本剖面、实用剖面？
13、溢流坝的剖面由哪些组成？
各有何要求？
14、溢流重力坝的消能常用的有哪几种，各自优、缺点及适用范围是什么？
15、坝体为什么要分区？
如何分区？
16、重力坝内设置廊道系统的作用是什么？
不同用途的廊道设置部位和尺寸如何？
17、什么叫坝段？
坝体为什么要进行分缝？
18、什么叫固结灌浆、帷幕灌浆？
各有何作用？
19、重力坝地基处理的措施有哪些？
20、其他形式的重力坝有哪些？
各有什么特点？
21、如图2－2分别在无排水孔和有排水孔情况下计算坝底扬压力。
22、如图2－3示，壹重力坝基本剖面，已知坝基抗剪断参数f'=1.1，c'=1200kpa，坝体容重γC=24KN/m3，水的容重γW=10KN/m3。
试求：
1、坝在自重，水压力及基底扬压力作用下的抗滑稳定分析（俩种方法）；
2、坝底面铅直正应力бY的分布（计入扬压力），且图示之。
*23、已知某溢流坝闸门全开泄洪时，上游水位高程45.0m，下游水位高程22.0m，堰顶高程42.0m，设计水头Hd=3m，坝上游面垂直，下游直线段坡度1：
0.75，反弧最低点最大水深0.4m，单宽流量q=80m3/（s.m），反弧半径R=4m，挑射角α=20°，鼻坎高程23m，高度3m，坝基高程20m，河底高程21.0m。
成果要求如下：
（1）绘出该坝剖面图（比例1：
100或1：
200）
（2）计算挑距及冲坑深度，且验算是否安全。
图2－2坝底扬压力计算图图2－3重力坝稳定、应力计算简图
24、某山区砼重力坝为Ⅳ级建筑物，
挡水坝河床段如图2－4。
基本资料：
1）多年平均最大风速v=6m/s，吹
程D=1.5km。
2）坝顶高程231.0m，校核洪水位
229.0m，正常高位227.0m，淤沙高程
204.0m，泥沙浮容重γm＝7Kn/m，内摩
擦角ψ＝18°。
3）混凝容重γh＝24Kn/m。
4）坝基岩石f'=1.0，C'=0.9Mpa。
图2－4重力坝抗滑稳定、应力计算图
（2）计算要求：
1）坝顶高程（若设防浪墙，求坝顶和墙顶高程）。
2）计算作用于重力坝上的各种荷载（见表1－1）。
3）验算在正常高水位下沿坝基面的抗滑稳定。
4）计算在正常高水位下坝基和高程205m处二截面上、下游边缘应力；
且绘出坝基面、坝体边缘主应力矢量图。
用单壹系数和分项系数极限状态俩种方法计算，且比较结果。
表2－1重力坝荷载计算表
计算情况：
上游水位：
下游水位：
计算截面高程：
荷
载
计算式
垂直力
（Kn）
水平力
（Kn）
对截面形心的力臂
（m）
力距
（KN.m）
自
重
垂直
水压力
水平
水压力
浪压力
泥沙
压力
小计
扬
压
力
合计
第3章拱坝
壹、重点要求
⒈概述
⒉拱坝的布置
⒊拱坝的荷载及组合
⒋拱坝的应力分析
二、壹般阅读
⒈拱坝的坝肩稳定分析
⒉拱坝的泄洪
⒊拱坝的构造及地基处理
三、学习指导
⒈了解拱坝的工作原理（拱坝是依靠拱、梁结构来承担荷载，满足强度要求，依靠作为拱座的俩岸岩体来满足稳定要求，且拱的作用越大，拱坝越经济）、特点和类型。
拱坝用坝底厚度和最大坝高比值即厚高比T/H分类时有：
薄拱坝（T/H<0.2），中厚拱坝（T/H＝0.2～0.35），重力拱坝（T/H>0.35）三种；若按坝体形态分有单曲拱坝、双曲拱坝俩种。
⒉拱坝的安全性和经济性很大程度上取决于坝扯的地形条件和地质条件。
学习时，要了解坝址地形条件的俩个重要方面，即河谷的宽高比L/H和河谷的断面形状，它们直接影响拱坝的类型；了解坝址对地质条件的要求及坝址选择时应注意的几个问题。
⒊在拱坝的布置中，首先要选择拱坝的体形：
单曲拱坝和双曲拱坝、圆弧拱和变曲率拱、等厚拱和变厚拱，且了解其悬臂梁的断面形状和尺寸的拟定方法；其次合理拟定各高程拱圈的形状参数：
拱圈中心角，半径及厚度；第三要了解拱坝布置的原则、方法和步骤，能在地形图上作出壹个拱坝平面布置方案，特别要掌握等截面圆弧双曲拱坝的布置方法。
⒋和重力坝比较，应深入理解拱坝的荷载特点，作用在拱坝上荷载有：
静水压力、扬压力、泥沙压力、浪压力、自重、地震荷载和温度荷载。
由于拱坝较薄，铅直荷载常为较次要荷载（如自重、扬压力）而水压力和温度变化则是拱坝的主要荷载。
由于温度荷载是唯壹和作用于重力坝荷载不同的荷载，故应特别了解封拱温度、温度荷载的概念，掌握其计算方法，了解温度变化（温升、温降）对拱坝稳定应力的影响。
了解荷载组合的方式。
⒌在拱坝的应力分析时，要了解有哪些计算方法，各种方法的基本假定、计算原理、特点和适用条件。
①利用纯拱法计算坝体应力时，要了解纯拱法的基本假定、计算原理、掌握纯拱法中利用数表的简化计算方法，且弄清公式中每项符号的意义，会查表求得各参数及计算出拱冠、拱端内力。
②利用拱冠梁法计算坝体应力时，要了解拱梁法的基本原理，了解拱梁荷载分配时，哪些荷载需参加分配？
哪些荷载不需要参加分配？
且能根据拱梁交点处径向变位壹致的原理，建立协调方程。
能利用列表和查表计算等方法求出方程中各参数，且用高斯消去法求得拱梁上的分配荷载。
拱，梁荷载分配后，拱圈按照所分配的荷载用纯拱法进行分析，悬臂梁则由所分配的荷载用偏心受压公式计算，由此得出拱上应力和梁上应力。
⒍在拱坝坝肩稳定分析时，对坝肩局部稳定，整体稳定的计算方法作壹般了解，此时计算荷载应考虑水压力及均匀温升俩种荷载迭加的最不利组合。
应着重掌握可能滑动面的分析和改善坝肩基岩稳定的措施。
⒎拱坝和重力坝壹样，能够从坝顶溢流，坝身开孔泄水。
了解拱坝泄洪方式、特点和适应性，了解拱坝下游消能和防冲措施。
⒏对拱坝的地基处理，首先要了解拱座的几种开挖形式及适用条件，了解壹些特殊地基的处理方法（如对溶岩，断层裂隙和软弱带地基）。
拱坝构造要求，主要了解于重力坝构造的异同点。
四、思考题：
（壹）填空题
1、温升对____________不利，温降对____________不利。
2、拱坝的应力分析方法有_________、_________、_________、_________、和_________等。
3、拱坝坝体任意点有6个变位，其中3个为线变位，3个为角变位。
拱冠梁法考虑了其中的____________调整。
（二）选择题
1、在V形或接近V形河谷中，多采用____________。
A．等半径拱坝
B.变半径、变中心角拱坝
C.等中心角拱坝
D.双曲拱坝
2、____________泄洪方式，其溢流面曲线由溢流坝顶和紧接其后的泄槽组成。
A．自由跌流式
B.鼻坎挑流式
C.滑雪道式
D.坝身泄水孔
3、拱坝应力计算的拱冠梁法仅需满足____________变位协调。
A．径向
B.切向
C.竖向
D.三个方向的角变位
4、和重力坝相比，____________荷载上升为主要荷载。
A．扬压力
B.自重
C.温度荷载
D.浪压力
5、拱坝非溢流坝段坝顶宽度应根据剖面设计，满足运行、交通要求确定，不宜小于___________。
A．3m
B.4m
C.5m
D.6m
6、设计拱坝悬臂梁断面时，在满足施工期自重拉应力控制标准及坝表孔布置的要求下，可选取较大的下游面倒悬度（水平比垂直）。
面的悬臂梁上游倒悬度不宜大于___________。
A．0．3：
1
B.0．2：
1
C.0．4：
1
D.0．5：
1
7、拱坝体型设计要求拱圈内弧和该高程可利用岩体等高线间的夹角宜大于或等于___________。
A．10°
B.20°
C.30°
D.45°
（三）思考题
1、拱坝具有哪些特点？
2、拱坝对坝址地形条件和地质条件的要求是什么？
3、拱坝设计荷载和重力坝设计荷载特点有何区别？
为什么？
4、拱圈中心角如何确定？
5、对拱坝布置有何要求？
拱坝布置的步骤是什么？
6、拱坝为什么在稍低于年平均温度时进行封拱？
7、纯拱法进行应力分析的原理是什么？
8、拱冠梁法的基本原理是什么？
9、拱坝坝肩岩体滑动面型式有哪些？
10、坝肩岩体稳定分析的方法有哪几种？
适用条件如何？
11、改善坝肩岩体稳定的措施有哪些？
12、拱坝坝身泄流方式有哪几种？
各自的优缺点是什么？
13、拱坝坝体为什么分缝？
有几种类型？
接缝如何处理？
14、拱坝地基处理和重力坝地基处理有何区别？
15、已知资料：
坝址可利用基岩的地形平面图（见图3－1），俩岸基岩坚硬、完整，岩性均匀，无重大地质构造裂缝，拟建浆砌石拱坝，坝顶高程140m，河岸可利用基岩面最低处高程98.0m。
成果要求：
1）作出拱坝平面布置图。
2）绘出拱冠梁铅直面剖面图（定为双曲拱坝）和各高程拱圈圆心位置的连线在铅直面上的投影，标明拱冠梁主要参数。
3）列出拱坝的主要参数表（见表3－1）。
4）用拱冠梁法进行拱坝应力计算。
表3—1拱坝主要参数表
高程（m）
弦长（m）
中心角（°）
外半径（m）
内半径（m）
拱厚（m）
上游偏距（m）
下游偏距（m）
图3—1坝址可利用基岩面地形图（1：
1000）
第4章土石坝
壹、重点要求
⒈概述
⒉土石坝的剖面和构造
⒊土石坝的筑坝材料
⒋土坝的渗流分析
⒌土坝的稳定分析
二、壹般阅读
⒈堆石坝
三、学习指导
⒈了解土坝的工作特点和土坝的类型，特别要了解碾压式土坝的几种剖面和结构形式。
⒉在土坝的断面尺寸中，要掌握如何确定坝顶高程（设防浪墙和不设防浪墙）、坝顶宽度，拟定坝体上、下游坡度。
坝体构造中要了解坝顶构造、护坡的构造（上、下游护坡构造不同），了解坝体防渗措施，主要为土心墙和土斜墙的结构构造，了解土坝设置排水的目的，掌握坝体排水的形式、特点和适用条件，特别是堆石棱体排水的功用、结构。
⒊了解土坝对筑坝土料的要求，坝体各不同部位对土料有哪些具体要求。
土料设计中，可结合土力学已学的基础知识，加深对最大干容重和最优含水量的理解。
粘性土设计主要是确定干容重和含水量，非粘性土料设计的主要指标是相对密度Dr。
⒋能用水力学法对土坝渗流进行计算，渗流计算所达到的目的为：
壹确定坝体浸润线置，二计算坝体坝基的渗流量，三是计算渗流逸出区的渗透坡降。
具体计算时，主要掌握对不透水地基上的均匀坝、心墙坝、斜墙坝的渗流计算。
了解土石坝渗透破坏的类型（最常见的为管涌和流土）、判别方法和防止渗流破坏的工程措施。
要了解反滤层的作用、设置位置及对反滤层的要求，且会设计反滤层。
⒌土坝的稳定计算中，首先要了解土坝的滑裂面形式及相应的计算方法。
了解土坝稳定计算时主要考虑的荷载及组合情况。
具体计算时，着重掌握圈弧法的基本原理、计算公式和计算方法（列表法计算），特别要掌握稳定渗流期按有效应力简化法计算坝坡稳定。
理解稳定计算公式中各符号的意义，了解圆弧法最小稳定安全系数的确定方法。
对折线法要了解斜墙和保护层的稳定计算方法，但不作为重点。
⒍在土坝的地基处理中，要进行渗流、稳定和变形三方面的控制。
相应的坝基防渗措施有：
粘土截水墙，混凝土防渗墙及各种材料的灌浆（水泥灌浆，粘
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