水工建筑物自学指导书

1水利水电工程建筑专业学习丛书《水工建筑物》学习指导与习题集2目录第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章过坝建筑物与渠系建筑物……………………………33第9章水利枢纽布置…………………………………………38第10章水利工程管理…………………………………………393第1章绪论一、重点要求⒈水利枢纽与水工建筑物⒉水利枢纽分等与水工建筑物分级二、一般阅读⒈水资源与水利工程建设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与发展趋势。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（一）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一部分，仅占地球总水量的_________%。2.水工建筑物按功能可以分为_________、_________、_________、_________、_________、_________等几类建筑物。3．为了将工程安全和工程造价合理统一起来，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4F.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?与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？5第2章岩基上的重力坝一、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、一般阅读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一般规律；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（计算单元一般为单位坝长，所有荷载均分解为水平和垂直两个方向）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？两者都减小？）、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。6H(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，坝底与坝高的比值等。掌握把基本断面修改成实用断面的方法，7并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一章学习。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在重力坝的材料与构造中要了解：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一节中，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：（一）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____________两部分组成。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____________、____________、____________、____________8四种消能方式。8．重力坝地基处理主要包括两方面的工作：一是____________，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.以上说法都不对4、采用以下措施主要用来降低重力坝坝基的扬压力____________。A．开挖与清理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9B.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、当重力坝与岩石地基之间的抗剪断摩擦系数较大时，坝体剖面尺寸一般由_________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，其堰顶高程与_________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10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，一重力坝基本剖面，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（两种方法）；2、坝底面铅直正应力бY的分布（计入扬压力），并图示之。*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）11（2）计算挑距及冲坑深度，并