水利水电工程概论复习资料

1第一章绪论1.狭义、广义水资源2.水资源的特性（循环性和有限性、时空分布不均匀性、用途多样性、利害两重性）3.我国水资源现状（1．水资源短缺；2．水污染严重；3．水土流失严重；4．水价偏低，水资源浪费严重）4.水利事业的效益主要有：防洪、农田水利、水力发电、供水、排水、航运、水产等。5.了解我国水利建设的发展第三章水利枢纽1.基本概念：水工建筑物、水利枢纽水工建筑物：任何水利工程，在水的静力或动力作用下工作，并与水发生相互影响的各种建筑物，这就是水工建筑物。水利枢纽：对于开发河川水资源来说，常须在河流适当地段集中修建几种不同类型与功能的水工建筑物，以控制水流并便于协调运行和管理，这一多种水工建筑物组成的综合体就称为水利枢纽。2.水利枢纽特性水利枢纽是修建在同一河段或地点，共同完成以防治水灾、开发利用水资源为目标的不同类型水工建筑物的综合体。水利枢纽建成后，必然对周围的环境、自然状况以及社会生活发生重大影响。对上游、下游、社会经济的影响3.水工建筑物特点（受自然条件约束、受水的影响大、施工复杂、失事后果严重）4.水工建筑物分类（作用、时间）作用分（一）挡水建筑物拦截或约束水流，并可承受一定水头作用的建筑物。如蓄水或壅水的各种拦河坝，修筑于江河两岸以抗洪的堤防，施工围堰等。(二)泄水建筑物排泄水库、湖泊、河渠等多余水量，以保证挡水建筑物和其它建筑物安全，或为必要时降低库水位乃至放空水库而设置的建筑物。如设于河床的溢流坝、泄水闸、泄水孔，设于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。(三)输水建筑物为灌溉、发电、城市或工业给水等需要，将水自水源或某处送至另一处或用户的建筑物。其中直接自水源输水的也称引水建筑物。如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸管、输水涵洞等。(四)取水建筑物引水建筑物的上游首部建筑物。如取水口、进水闸、扬水站等。2五)整治建筑物改善河道水流条件，调整河势，稳定河槽，维护航道和保护河岸的各种建筑物。如丁坝、顺坝、潜堤、导流堤、防波堤、护岸等。水工建筑物按时间分类(一)永久性建筑物，主要建筑物:指一旦失事后,会给下游带来巨大的损害或严重影响工程效益的建筑物.如:大坝、泻水建筑物、电网中的主要电站、主干渠次要建筑物:失事后,不会带来严重灾害和效益损失,或易于恢复的建筑物.如:下游导流墙,以防洪、灌溉为主的水电站厂房,灌溉支渠(二)临时性建筑物枢纽工程在建设过程中使用的建筑物,通常工程结束后会拆除.如:导流隧洞、围堰5水工建筑物等级划分6水利枢纽布置原则研究枢纽中各水工建筑物之间的相互位置(1)技术上要安全可靠；(2)不同水工建筑物在布置上有矛盾时,应就重避轻,趋利避害；(3)在满足建筑物稳定和强度的前提下,使工程总造价和年运转费最省；力求建筑物布置紧凑，一个建筑物能发挥多种作用，减少工程量和工程占地,以减小投资。(4)考虑建筑材料、施工导流、施工方法、施工工期等因素的影响；(5)尽可能使建筑物提前发挥效益。第四章挡水建筑物和泄水建筑物第一节重力坝1.重力坝的工作原理和工作特点是什么？①利用自重在坝基面产生的摩擦力以及坝与地基间的凝聚力来抵抗水平水压力而维持稳定；②利用自重引起的压应力来抵消由水压力产生的拉应力。3优点：1）、安全可靠。剖面尺寸较大，抵抗水的渗漏，洪水漫顶，地震或战争破坏的能力都比较强，因而失事率较低。2）、对地形、地质条件适应性强，坝体作用于地基面上的压应力不高，所以对地质条件的要求也较低，低坝甚至可修建在土基上。3）、枢纽泄洪容易解决，便于枢纽布置。4）、适用于各种气候,施工方便，便于机械化施工。5）、结构作用明确，应力计算和稳定计算比较简单。缺点：1、剖面尺寸大，水泥石料等用量多。2、坝体应力较低，材料强度不能充分发挥。3、扬压力大，对稳定不利。4、砼体积大，温控要求较高2.重力坝的分类（作用，建材，内部结构）？按作用分非溢流重力坝、溢流重力坝按建筑材料分混凝土重力坝、碾压混凝土重力坝、浆砌石重力坝按内部结构分实体重力坝宽缝重力坝空腹重力坝、预应力重力坝3.重力坝的材料（砼的形成及重力坝对砼的性能要求）？重力坝的建筑材料主要是混凝土。而混凝土主要是水泥、水、砂子和石子按一定比例配合,搅拌均匀,硬化构成。砂子和石子是骨料,水泥是润滑剂和胶结剂水工砼的特性指标:(一)强度(二)抗渗性砼的抗渗性是指砼抵抗压力水渗透作用的能力。三)抗冻性抗冻性是指砼在水饱和状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏,同时也不严重降低强度的能力。四)抗磨性抗磨性是指砼抵抗高速水流或挟沙水流的冲刷和磨损的性能。(五)抗侵蚀性大坝砼可能遭受环境水中某些物质的化学作用，引起侵蚀破坏。如有抗侵蚀性要求时，应选择恰当的水泥品种，并尽量提高砼的密实性44.作用在重力坝上的荷载有那些？为什么要进行荷载组合？设计重力坝时需要考虑几种荷载组合？一、自重坝体自重由坝体体积和材料的容重算出二、静水压力作用在坝面上的静水压力可按静水力学原理计算，分为水平及垂直力分别进行计算三、扬压力(含坝基①下游水深引起的浮托力；②由水头差引起的渗透压力和坝体内扬压力)四、动水压力包括脉动压力、地震激荡力、动水离心压力等。五、冰压力1、静冰压力2、动冰压力六、泥沙压力七、浪压力空气流动，带动水体，形成波浪。波浪三要素:波高,波长,波浪中心线距静水面的距离.八、地震荷载地震惯性力地震动水压力(激荡力)地震动土压力B除自重外，作用在重力坝上的荷载有如下特点：时大时小、时有时无、此出彼没。荷载组合：将可能作用在建筑物上的所有荷载按出现的时间(机率)是否相同进行分组，然后将各组荷载分别作用在所设计的建筑物上，研究建筑物的稳定和强度，并给以不同的安全系数。这种分组的方法即为荷载组合。基本组合：可能同时出现永久作用和可变作用的组合。分为：（1）长期组合:持久发生(持久状态)如正常挡水位（2）短期组合:短暂发生(短暂状态)如设计洪水位偶然组合：基本组合与一种偶然作用同时出现的组合。5.重力坝为什么要分缝？缝有哪几种类型？止水如何布置？纵缝有哪几种布置？为适应施工期和运行期的温度变化、地基不均匀沉降、施工时混凝土的浇筑能力及散热要求，常常需要在水工建筑物中设置接缝构造。接缝构造的类型按其作用可分为温度缝（又称伸缩缝）、沉陷缝和施工缝。按其使用期限可分为永久缝和临时缝。横缝主要用于减少坝体的纵向约束，以适应运用期地基的不均匀沉降及温度变化。横缝一般为永久性缝5纵缝平行于坝轴线方向设的缝。目的：适应混凝土的浇筑能力和减小施工期的顺河向的温度应力。纵缝是临时缝，待坝体降到稳定温度后要进行接缝灌浆。纵缝布置形式：铅直、错缝、斜缝。水平施工缝水平施工缝是指上、下层浇筑块之间的新老混凝土的结合面（止水的布置：横缝靠近上有附近的地方可以制止水库的水渗入横缝）6.重力坝的坝身和坝基排水的目的是什么？坝体排水的作用是减少渗水对坝体的危害坝基排水的目的是进一步降低坝底渗透压力。坝基排水是通过在灌浆廊道下游侧沿坝轴线方向钻设排水孔，形成一排排水幕。第二节拱坝一·拱坝的工作特点1、拱与梁的共同作用；2、稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用，因而对坝基的要求很高；3、拱是承受轴向压力，有利于发挥砼及浆砌石材料的抗压强度；在坝高、坝址条件相同的情况下，拱坝的体积可为重力坝的1/1.5~1/5；4、拱坝坝身可以泄水；5、不设永久性伸缩缝；6、抗震性能好；7、几何形状复杂，施工难度大。二·拱坝的地形地质条件1·地形条件：河谷的宽高比，河谷宽高比为L/H当L/H〈2----可建薄拱坝，当L/H=2~3---可建中厚拱坝，当L/H〉3---可建重力拱坝；河谷的对称性，在对称河谷上兴建拱坝，可避免产生附加扭转矩。当河谷不对称时，可人为改变河谷的对称性。如在较缓的一侧建造重力墩、设置垫座及周边缝或采用二心拱或对数螺旋线拱圈。河谷平面形状，理想河谷形状为地形等高线向下游呈漏斗状,使得拱端推力方向与等高线交角较大,有利于拱端的稳定。不理想河谷形状为地形等高线向下游呈发散状，拱端推力方向与等高线交角较小,不利于拱端的稳定。2·地质条件：拱坝对地质条件的要求是基岩完整均一，强度高，地质构造简单，抗渗性能好。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。3、发展趋势：对地形地质条件的限制有所放宽，坝更高，坝体薄，坝型多样化，双曲居多，坝顶泄流的单宽流量加大，最优化设计处于实用阶段。三·拱坝的主要参数及拱坝的形式（不同的标准）（一）控制拱坝形式的主要参数有:拱弧的半径、中心角、圆弧中心沿高程的迹线和拱厚。（二）按不同的标准可对拱坝做分类：按拱圈厚度：1.根据拱坝在最大高度处的坝底厚度和坝高的比值，即厚高比TB/H，拱坝可分为：薄拱坝，TB/H0.2。中厚拱坝，TB/H0.2~0.35。重力拱6坝，TB/H0.35。2.按水平拱的厚度变化，拱坝又可分为：等厚度拱，水平截面为厚度不变的水平拱。变厚度拱，水平截面为变厚度的水平拱（变厚拱坝的应力条件较好，但设计和施工较为复杂，一般用于高、中拱坝）按拱圈轴线形式：1.圆弧拱：轴线为圆弧拱轴线的圆拱坝，水平截面是单心的圆弧水平拱，设计和施工较简单，但拱圈中压力线偏离中心线较大，拱端推力方向与岸坡边线的夹角往往较小，不利于坝肩岩体的抗滑稳定。圆拱一般适用于中、低拱坝。2.变曲率拱坝：包括抛物线、椭圆形或对数螺旋形的水平拱圈，拱圈中间段曲率较大，可改善拱中部应力，近两岸曲率较小，有利于坝肩岩体的抗滑稳定。变曲率拱坝适用于不同河谷形式，设计和施工较为复杂，多用于高、中拱坝。3.多心拱：包括二心拱、三心拱、四心拱，五心拱等,多心拱可以适应河谷形状，减少或加大拱端的曲率半径，用以改善坝身应力或增加坝肩稳定。按拱圈间的几何关系：（1）定圆心、定外（内）半径拱坝在U形河谷中，采用定圆心,定外（内）半径拱坝较为适宜。（2）变圆心，变半径拱坝按拱坝的体形：（1）单曲率拱坝特点：①结构简单，设计、施工方便。②下部拱圈的中心角较小，拱的作用不明显。（2）双曲率拱坝特点：拱冠梁在（1/5~1/3）坝高处，向上游鼓出，利用壳体结构的力学特点，使材料的强度能充分发挥悬臂梁的倒悬造成的预压应力，可平衡水压力产生的拉应力，施工难度较大。其它形式的拱坝：周边缝拱坝，空腹拱坝四.拱坝的荷载拱坝上的荷载可分为：①水平荷载——水压力、泥砂压力、浪压力；②铅直荷载——自重、扬压力、水重；③温度荷载和地震荷载。一般荷载的计算方法与重力坝基本相同，这里只强调作用在拱坝上荷载的某些特点。1，自重荷载，对薄拱坝而言，自重的影响很小，几乎可忽略不计，对中等厚度拱坝和重力拱坝来说，应考虑自重的作用，自重荷载由梁承担。2，温度荷载，在水压力和温度荷载共同引起的径向变位中，温度荷载约占据1/3至1/2，对坝顶部分的影响更大。通常假定温度荷载由拱圈承担。产生温度荷载的两个原因是：（1）混凝土施工过程中水化热的散发；（2）外界气温的变化。3，扬压力，由于拱坝坝底厚度很小，作用于坝底的扬压力较小，除厚拱坝和中厚拱坝需考虑扬压力的作用外，对薄拱坝扬压力可忽略不计。五．温度的升降坝体应力的变化1，温升：拱坝的轴线伸长，向上游变位，由此产生的剪力、弯矩的方向与水压力产生的剪力、弯矩的方向相反，轴力的方向与水压力产生的方向相同。对坝肩稳定不利；2，温降：拱坝的轴线缩短，向下游变位，由此产生的剪力、弯矩的方向与水压力产生的剪力、弯矩的方向相同；轴力的方向与水压力产生的方向相反。对坝体应力不利。六．拱座岩体可能发生的滑动条件，改善拱座稳定性的措施71．条件：①在坝的上游面基础内存在水平拉应力区，有产生铅直裂缝的可能，因此滑动体的上游边界一般假定从拱座上游面开始(图a)；若坝肩附近有顺河向断层破碎带，则有可能在断层破碎带与拱座间的岩体处发生破裂，然后沿断层破碎带向下游滑移。②滑动岩体下游具有滑动位移的空间，这可能是河流转弯突然扩大或冲沟形成的临空面，也可能是下游有断层破碎带或较宽的风化软弱岩脉受力压缩变形后形成的滑移空间。③滑动岩体底部有缓倾角节理裂隙或软弱夹层面。2.改善拱座稳定性的措施①加强地基处理，对不利的节理等进行有效的冲洗和固结灌浆，以提