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水工建筑物考试复习资料

09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

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）

（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。

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）

（1）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

（2）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/H<1.5，适宜修薄拱坝,T/H<0.2；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/H>4.5，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。

4.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

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。

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