水工建筑物电子教案.docx

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水工建筑物电子教案

水工建筑物

教案

水工教研室

（一）本课程的性质和任务

本课程是水利水电工程建筑专业的主要专业课之一。

本课程的主要任务是，使学生了解各种水工建筑物的设计理论和方法以及运用管理知识，了解各种水工建筑物在水利枢纽中的相互关系及其布置原则，通过听课、实习、实验、课程作业（课程设计）等环节，使学习受到运用所学知识解决实际工程问题的基本锻炼，配合其它有关课程的学习，为今后从事水工建筑物的设计、施工管理和科学研究等工作打下基础。

（二）本课程的基本要求

学生学完本课以后，应达到下列基本要求：

1、混凝土重力坝、拱坝、土石坝、水闸、水工隧洞及岸边溢洪道的工作原理及工作条件，有较深的理解；对其它水工建筑物的基本型式和工作原理等也有一般的了解。

2、懂得从安全、经济、运用的原则出发，根据任务和具体条件选择水工建筑物的型式和基本尺寸，初步掌握这一工作方法和步骤。

3、能根据水工建筑物的工作原理和具体条件，拟定其主要细部构造。

4、能运用所学基本理论，选择合理的设计条件，进行各种水工建筑的一般水力计算，稳定计算，强度校核等。

5、了解在进行水工建筑物设计时所需的原始资料；了解水利工程的一般设计阶段，程序及其内容。

6、了解水利枢纽中各种水工建筑物在布置上的要求，以及当地的地形、地质、水文、施工、运用等条件对水利枢纽布置的影响，初步掌握进行水利枢纽布置的方法与步骤。

7、对水工建筑物的运用、管理和观测有所了解。

8、能绘制一般水工建筑物的设计图纸；对水工建筑物的模型实验有初步的了解。

（三）本课程与其它课程的联系和分工

1、水力计算和渗流计算的基础理论在“水力学”中讲授。

2、土坡稳定的圆弧法及折线法，地基承载力、地基深层滑动稳定计算的基本理论主要在“土力学”中讲授。

3、钢闸门的具体结构设计原理和计算方法在“水工钢结构”中讲授。

4、发电引水建筑物的深式进水口、压力管道，隧洞经济断面计算等，均在“水电站”中讲授。

5．堆石坝、定向爆破筑坝、过水土石坝的施工工艺和机械化、大体积混凝土施工散热措施等在“水利工程施工”中讲授。

（四）各章内容的重点、深度和广度

1、绪论

（1）着重介绍水利事业及其在国民经济中的作用以及介绍解放后我国水利建设的主要成就。

（2）着重介绍水利枢纽的概念。

（3）着重讲述水工建筑物的特点，水利工程分等和水工建筑物分级，以及分等、分级的意义。

2、岩基上的重力坝

（1）本章主要研究对象是混凝土重力坝。

着重讲述坝的荷载、稳定、应力分析、剖面设计、材料，分区、细部构造和坝基处理。

（2）在讲述荷载时，应使学生了解不同荷载组合的适用条件。

（3）稳定分析应介绍常用的几个计算公式和相应采用的安全系数（只考虑破坏面上的摩擦力；考虑破坏面上的抗剪断强度等）并加以分析比较，指出存在问题。

（4）在讲述应力分析时以材料力学法为主，其它方法可根据具体情况扼要讲述。

应向学生交代影响坝体应力分布的各种因素，着重讲述影响的范围和影响的程度，使学生有比较明确的物理概念。

（5）着重讲解重力坝面尺寸拟定的原则，拟定的方法及控制数据（如抗滑稳定安全系数、许可应力等）的选用。

简介剖面优化设计原理。

（6）可靠度设计仅介绍设计原则，极限状态设计方法。

（7）泄水重力坝着重讲述坝体设计、下游消能型式，下泄水流的衔接等。

在坝体设计中，应讲述泄水重力坝的工作特点及泄水方式，单宽流量的选择、溢流长度以及泄水重力坝剖面尺寸的拟定原则，以及孔口布置和孔口尺寸的确定等。

在下游消能中，着重介绍底流式消能、挑流式消能和消力戽消能。

对于挑流式消能，着重分析其作用原理及挑坎设计。

对于底流式消能，着重讲授促成淹没水跃的措施及闸门的开启程序。

注意联系而不重复水力学中已讲过的内容。

（8）在讲解重力坝构造时，应着重讲述其构造原理及要求。

对细部构造的各种形式，只作重点阐述，不必一一列举。

溢流坝的构造特点，可与非岩基面上的水闸及溢流坝配合讲授，注意前后联系，避免重复脱节。

（9）在重力坝的地基处理中，应着重讲述灌浆孔及排水孔的布置及要求，并扼要介绍工程实践中对坝基软弱破碎带的一般处理及加固方法。

（10）碾压混凝土坝只介绍材料特点、构造特点。

（11）在讲授宽缝重力坝时，可只讲述它的构造，计算特点。

（12）浆砌石重力坝只讲述其构造特点。

空腹重力坝、支墩坝只讲述其结构特点。

3、拱坝

（1）本章重点内容是拱坝的工作特点，布置，常用的坝体应力分析方法、坝肩岩体稳定分析方法，坝身泄水方式选择，以及细部构造。

（2）在讲述拱坝的工作特点时，着重阐述拱坝的结构特点，分析地形、地质对拱坝应力和坝肩岩体稳定的影响。

（3）在讲述拱坝布置时，应使学生充分理解如何结合河谷地形和地质条件进行布置。

（4）简要阐明拱坝的荷载特点，着重讲述温度荷载的概念及计算，地震荷载在重力坝已有概念基础上简述。

应使学生对拱坝应力指标有所了解。

（5）简要介绍拱坝应力分析的各种方法。

阐明地基变形对坝体应力影响的概念，使学生了解地基变形计算的伏格特法及延长坝高法。

应力分析中的试载法只讲基本原理，不讲具体的变位调整计算。

纯拱法应讲清分析原理。

拱冠梁法作为讲述重点，着重梁的变位计算，三角形单位荷载的用法及联立方程组的建立。

介绍拱坝荷载分配的特点，使学生进一步理解拱坝的工作原理。

不讲拱坝三向应力计算。

（6）拱坝坝肩岩体稳定分析，应着重阐明坝肩局部稳定、整体稳定的计算方法以及改善坝肩稳定性的技术措施。

要说明目前使用方法存在问题。

（7）拱坝坝身泄水方式选择，应使学生了解拱坝泄水的特点和目前常见的几种泄水方式。

（8）拱坝的缝，拱坝与河岸的连接是构造部分的重点。

应使学生掌握缝的作用、类型和构造；拱坝与河岸的连接方式，适用条件及其对拱坝稳定的影响。

5、土石坝

（1）本章主要讲碾压水土石坝。

在讲授碾压式土石坝的基础上适当补充堆石坝和其它非碾压式土石坝的结构型式及特点。

（2）本章重点内容是土石坝剖面基本尺寸的选择，土石坝的渗透分析，土石坝的坝坡稳定，筑坝材料、坝体构造和地基处理等。

对于工作条件，裂缝与控制措施，坝型选择等也应了解。

在讲授土石坝类型时，应提到水中倒土坝、水力冲填坝、水坠坝、定向爆坡筑坝及溢流土石坝等。

（3）渗流分析只讲几种典型情况，即不透水地基上均质坝，有限深透水地基上均质、心墙（带截水槽）斜墙坝的计算。

讲授时应着重指出渗透计算的目的，特别是它们对土坝的构造、安全和经济的影响。

渗透变形的类型及其判别方法。

适当指出库水位变动情况下的不稳定渗流现象及其对坝坡稳定的影响，但不介绍计算方法。

在水力学课程的基础上，介绍流网法在土坝渗流分析中的应用，以达到能绘制简单坝型的流网的目的。

（4）稳定计算中若圆弧法及折线法已在“土力学”课程中讲过，则此处仅作必要的联系和补充，但对复合滑动面和斜墙的稳定计算则应着重讲述，在讲授不同计算方法时，应对计算情况进行分析。

对上石坝在地震情况下的稳定分析，部分内容可在稳定分析中讲授。

（5）土料压实标准设计的内容，若土力学课程已讲授，此处仅作补充分析。

（6）讲授坝体构造时，应将防渗设备，排水过渡层和反滤层，坝与地基、河岸及其他建筑物连接作为重点。

防渗设备的重点是塑性（土料）斜墙、心墙、铺盖的构造（介绍沥青混凝土的防渗设备）以及过渡层的构造。

（7）土石坝的地基处理，要着重介绍土石坝对地基要求。

地基处理方式可结合部分实例介绍。

（8）在讲授本章时，应结合国内外土坝失事或发生事故的实例，对其原因进行分析。

7、土基上的水闸

（1）本章以渗流计算方法、地下轮廓设计、闸室布置、闸下消能防冲、两岸联接建筑物的细部构造以及目前常用的闸室结构计算的简化方法为重点。

（2）对于水闸孔口，应着重讲述堰型选择，闸底板高程以及孔口尺寸的拟定。

（3）闸下消能应着重说明水闸下游消能特点及解决方式；底流式消能的布置和尺寸确定亦应详细讲解，但要注意与水力学及重力坝一章的联系，防止重复。

（4）应着重讲述水闸地下轮廓设计，内容包括型式选择、尺寸拟定、排水位置的确定及细部构造。

闸底渗流计算，重点讲阻尼系数法和直线比例法，介绍闸下渗流的流网特点。

（5）闸室稳定计算以沿闸底的抗滑稳定计算为主，对深层滑动稳定验算方法，地基承载力校核及沉陷计算等可配合“土力学”课程讲授。

（6）闸室结构计算，着重介绍闸室受力后工作特点（弹性地基）计算图形选择及解题的途径，不必讲授具体的结构计算。

8、溢洪道

（1）学生应了解河岸泄水建筑物的功用、类型和运用条件，并对各种型式溢洪道的适用条件作一般说明。

（2）重点讲授正槽溢洪道的布置、泄槽设计和消能型式。

要根据水流特点、地形、地质条件讲解泄槽的平面布置，纵坡和衬砌构造。

对于转弯段、收缩段、扩散段的水流现象应作必要的说明，可不具体介绍其计算方法。

（3）对侧槽溢洪道主要分析侧槽中的水流特点和适用条件；对侧槽的设计可只介绍其原理。

（4）非常溢洪设施只简述型式概念。

9、水工隧洞

（1）本章内容以讲授泄水隧洞设计为主，讲授有压洞和无压洞的布置特点、体形设计及水力计算问题，讲授进口建筑物的型式和构造、洞身的断面形状、衬砌的类型及构造、洞身水流流态，出口消能方式的选择。

（2）各种作用荷载对衬砌的影响要讲授清楚，以便合理确定荷载组合，对于山岩压力及弹性抗力如已在《工程地质及岩石力学》中讲授，这里只讲对衬砌的影响。

（3）对于水工隧洞的衬砌计算，着重讲授设计步骤和圆形有压隧洞单层衬砌的计算方法，计算公式可以不作详细推导，对无压隧洞和渐变段的衬砌计算只讲概念。

10、过坝建筑物及渠系建筑物

本章以平原地区单级船闸为主要讲授内容，阐述船闸的型式，纵剖面，平面尺寸及其布置，船闸的通过能力等。

输水设备则着重阐明：

布置方式及工作情况。

过木建筑物的功有和类型只作一般介绍，重点介绍渡槽和倒虹的类型和工作原理。

过鱼建筑物只在概述提及，不另讲授。

11、水利工程设计

着重讲授基本建设程序设计阶段及设计内容，设计基本资料。

坝址，坝轴线、坝型选择和枢纽布置，说明一般的设计原则、对环境影响等。

12．水工建筑物的管理

本章宜在已建水利枢纽现场结合实例进行讲授。

讲授本章时，应强调水工建筑物管理的重要性，克服“重设计轻管理”的思想。

介绍其基本运用情况，出现的问题，发生这些问题的原因和修理的工程措施。

对于观测仪器只需说明作用，不必详细介绍仪器的内部构造。

（五）课程作业及课程设计的要求

（甲）课程作业

课程作业的目的是：

巩固和加深理解所学的基本概念和基本理论，初步培养学生分析和解决水工建筑物设计计算问题技能，结合水工建筑物讲课拟定安排下述三项作业。

1、岩基上非溢流重力坝的荷载、稳定、应力计算

（1）通过作业要求掌握：

①各种荷载和作用力的计算；②沿坝基面抗滑稳定分析；③坝体边缘应力的计算。

（2）给出资料：

①坝体剖面尺寸；②上、下游水位淤沙高程、荷载计算参数等。

（3）提交成果：

①各种荷载和作用力计算成果；②抗滑稳定计算成果；③坝基面或坝体某一断面的边缘应力。

（4）方式可以考虑把作业早一点发给学生，教师讲了哪一部分学生结合复习后就做哪一部分，把讲课、复习和作业结合起来，也可采用其它方式进行。

2、土石坝渗透计算及坝坡稳定分析

（1）给出资料①土坝剖面尺寸；②上、下游水位；③土石坝材料的渗透系数；抗剪强度指标、容重、比重；孔隙率、含水量等物理力学性质。

（2）提交成果：

①土坝渗透计算成果，画在方格纸上，注明浸润线位置及单宽渗透流量；②一个滑动圆弧的坝坡稳定分析成果。

（3）方式：

和重力坝作业一样边讲边做。

3、有压隧洞的衬砌计算

（1）通过作业要求：

①荷载计算方