广西大学《水工建筑物》考试详细复习提纲――适用林继镛主编《水工建筑物》第五版

拱坝结构特点：①稳定：坝体稳定主要依靠两岸拱端的反作用力来维持②结构：高次超静定结构，超载能力强，是整体空间结构，坝体轻韧，弹性好，抗震能力强，拱主要承载轴向压力，拱内弯矩小，应力分布均匀，利于发挥材料性能③荷载：设计时，必须考虑岩基变形，并将温度荷载列为主要荷载拱坝优：工程量小，安全性高缺：设计施工要求高；受温度地基变化的影响大；对地形地质要求高地形：左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段，坝端下游侧要有足够的岩体支撑，以保证坝体的稳定。地质：岩基比较均匀，坚固完整，有足够的强度，透水性好，能抵抗水的侵蚀，耐风化，岸坡稳定，没有大断裂等温度变化对拱圈应力：①均匀温度变化：温度荷载主要部分，拱圈轴向力和力矩、悬臂梁力矩都较大②等效线性温差：拱圈力矩较大③非线性温度变化：局部应力忽略。封拱温度低，有利于降低坝体内拉应力。当坝体温度低于封拱温度时，坝轴线收缩，使坝体向下游变位，由此产生的M和FQ和方向的水压力作用所产生的相同，但轴力方向相反。当坝体温度高于封拱温度时，坝轴线伸长，使坝体向上游变位，由此产生的M和FQ和方向的水压力作用所产生的相反，但轴力方向相同，温降对坝体应力不利，温升对坝肩稳定不利。拱圈中心角因素：1对于一定宽度的河谷，拱中心角越大，拱圈厚度越小，材料强度就越能发挥2中心角越大，拱圈弧就越长3从稳定条件考虑，过大的中心角将使拱轴线与河岸岩基等高线间的夹角过小，以至拱端推力过于趋向岸边，不利于坝肩岩体的稳定双曲拱坝倒悬：原因：由于上下层拱圈半径及中心角或拱圈曲线参数的变化，坝体上游面不能保持直立。若上层八面突出于下层坝面，就形成了坝面的倒悬。倒悬度：上下层的错动距离与其间高差之比处理：①使靠近岸边的坝体上游面维持直立，这样，河床中部坝体将俯向下游②使河床中间的坝体上游面维持直立，而岸边坝体向上游倒悬③协调前两种方案，使河床段坝体稍俯向下游，岸坡段稍向上游倒悬拱坝布置步骤：1根据坝址地形图地质图和资料定出开挖深度画出可利用岩基面等高线地形图2试定顶拱轴线位置，使拱轴线与岩基等高线在拱端处夹角不小于30度3初拟拱冠梁剖面尺寸，至上往下选取5-10层拱圈，绘制各层拱圈平面图4切取若干铅直剖面，检查其轮廓线是否光滑连续倒悬5应力计算和坝肩岩体抗滑稳定校核6绘制立视图7工程量计算拱坝应力分析方法：纯拱法（假定坝体由若干独立水平拱圈叠合，弹性固端不能反映拱圈之间相互作用，假定荷载由水平拱承担，不符合实际，求出应力偏大）；拱梁分载法（若干水平拱圈和竖直悬臂梁组成，荷载分别承担，拱梁荷载分配在其相交点变位一致的条件确定广泛应用；有限元法适用性强；壳体理论计算法体型和边界条件；结构模型法破坏试验）拱坝的失稳方式：①滑动失稳②变形失稳③上滑失稳。泄水：①自由跌流式②鼻坎挑流式③滑雪道式④坝身泄水式。消能：跌流消能；挑流消能；底流消能。改善稳定：①加强地基处理提高其抗剪强度②加强坝肩岩体的灌浆和排水措施，减少岩体内渗流压力③将拱端向岸臂深挖嵌进，以扩大下游的抗滑岩体④改进拱圈设计，使拱端推力尽可能转向正交于岸坡⑤如拱端基岩承载能力较差，可局部扩大拱端或设置重力蹲。拱冠梁法是按中央悬臂梁（拱冠梁）与若干水平拱在其相交点变位一致的原则分配荷载的拱坝盈利分析方法，是简化的拱梁分载法。一般是沿坝高选取5-7层拱圈，仅考虑承受径向荷载，并假定荷载沿拱圈均匀分布。这种方法仅适用于对称或接近对称的拱坝，是一种近似的应力分析法。基本公式：Pi为作用在第i层拱圈中面高程的总水平荷载强度，包括水压力及泥沙压力等；i为拱圈层数序号，i=1、2、3、…、n；xi为拱冠梁在第i层拱高程处分配承担的水平荷载强度，则（pi-xi）为第i层拱圈分配承担的水平荷载强度；xj为拱冠梁j点承受的水平荷载；j为单位荷载作用点的序次；αij为拱冠梁上j点的单位荷载在另一点i产生的径向位变，称为梁的单位位变；δi为第i层水平拱圈在单位强度的均匀径向荷载作用下，在拱冠处产生的径向位变，称为拱的单位位变；δiω为拱冠梁第i层截面在铅直荷载作用下产生的水平径向位变；ΔAi为第i层拱圈由于均匀温度变化tm在拱冠处产生的径向位变。土石坝优点：可以就地就近取材；适应不同地形地质气候；大容量多功能机械施工效率高；安全可靠。结构特点：①土石坝是散粒体结构，稳定靠土体的抗剪强度来控制，坡大，断面大；②一般只会出现局部滑动而失稳③坝身一般不宜开孔。土坝设计要求：①大坝断面要合理②设置良好的防渗排水设施③对霸体进行合理分区④泄水建筑物要有足够的泄洪能力⑤多采用适当的构造措施⑥坝基足够稳定7合理的检测设备土坝渗流分析内容：①确定坝体的浸润线②确定渗流的主要参数---渗流流速的比降③确定渗流量。目的：①土中饱水程度不同，土料的抗剪强度等力学特性也相应发生改变。渗流分析将为土坝中各部分的饱水状态提供依据；②确定对坝坡稳定有重要影响的渗流力③进行坝体防渗布置和土料布置，根据坝体内部的渗流系数和渗流溢出比降，检验坝体的渗流稳定性；防止管涌与流土，在此基础上确定坝体与坝基防渗体尺寸和排水设施的容量与尺寸④确定通过坝和河岸渗流量损失，并计算排水系统容量水力学法基本假定：1渗流为缓变流动，等势线和流线缓慢变化，渗流区可用矩形断面的渗流场模拟。2渗流系数相差在10倍以内的竖向条带土层或水平条带土层均可以用一等效的均质土层代替。3上游三角形棱体可以用等效矩形体代替4坝体和坝基渗流系数相同时，浸润线在下游坡面上的逸出高度渗透变形种类防止：管涌流土接触冲刷接触流土防护：反滤层：滤土排水，防止管涌流土接触冲刷排水：控制和引导渗流，降低浸润线，加速孔隙水压力消散防渗体：降低浸润线，保证下游坡度稳定，降低渗量，防止渗透变形溢洪道类型：正槽溢洪道、侧槽溢洪道、井式溢洪道、虹吸式溢洪道正槽溢洪道：引水渠、控制段、泄槽、出口消能段、尾水渠侧槽溢洪道：溢流堰、侧槽、泄水道、出口消能段泄槽的掺气减蚀装置类型：掺气槽式、挑坎式、跌坎式、挑坎掺气槽联合式、跌坎掺气槽联合式、突扩式、分流墩式筑坝土石料：①具有与使用目的相适应的工程性质②土石料的工程性质在长时间内保持稳定③具有良好的压实性能④就地取材，便于开采和运输。防渗体土料：①防渗性②抗剪强度③压缩性④具有较好的塑性和稳定性⑤透水与失水体积变化小⑥含水率⑦膨胀量与收缩值⑧可溶盐与有机质。防渗材料①粘土，壤土②砾石土防渗料③红粘土，黄土防渗体：土质防渗体：土料范围广，应用广泛；沥青混凝土防渗体：塑性和柔性好，防渗和适应变性能力好，裂缝自行愈合排水：棱体排水下游有水各种坝型，有效降低浸润线支撑坝体；贴坡排水：用料节省施工方便易于维修，易冰冻失效；坝内排水：褥垫排水降低浸润线，加速软黏土地基固结，适应性差易断裂，维修困难简单分条法（土坡失稳破坏简化平面应变问题，破坏滑动面为一圆弧面。计算时将可能滑动面以上的土体划分成若干铅直土条，略去土条间相互作用力的影响）简化的毕肖普法（假设土条间的切向力近似相等相互抵消，只记水平力作用，只适用于圆弧滑动面）滑楔法（假设滑动体由若干楔形体组成，不够准确）摩根斯顿-普莱斯（软弱夹层，薄斜墙，薄心墙）软基水闸工作特点1地基压缩性大承载能力低，抗冲能力差2泄流时水流有剩余能量，引起下游冲刷。下游波状水跃，折冲水流，加剧和床两岸冲刷3容易产生渗流变形防渗长度：不透水铺盖、板桩及底板与地基的接触线，闸基渗流的第一根流线。地下轮廓线布置：粘性土：闸室上游设置水平防渗，排水设施布置在消力池底板下，甚至伸向闸底板下游段底部，一般不用板桩。砂性土：粗砂或粗砾，铺盖和悬挂式板桩结合，排水布置在消力池下，细沙，铺盖上游增设短板桩，粉砂，封闭式布置，闸基四周用板桩封闭起来水工隧洞布置内容：①确定洞轴线②确定进口位置及进口结构形式③确定闸门在隧洞中的位置④确定洞身纵坡及洞身断面形状和尺寸⑤选定出口位置高程和效能方式隧洞的种类：泄洪隧洞；引水发电和尾水隧洞；灌溉和供水隧洞；放空和排沙隧洞；施工导流隧洞。有压无压衬砌类型和作用：平整衬砌：衬砌不受力减小表面糙率防止渗透和保证岩石不受风化单层衬砌：中等地质条件断面较大水头流速较高结合式衬砌：内层钢板外层混凝土。作用荷载：围岩压力，内水，外水压力，自重，灌浆压力，温度作用，地震作用隧洞线：①尽量避开不利的地质构造、围岩可能不稳定及地下水位高、渗水量丰富的地段，减少作于衬砌上围岩压力与外水压力②平面上短直③隧具有一定的埋藏深度④纵坡根据运用要求，上下游衔接，施工和检修等因素比较后确定⑤长隧道，选择洞线时还应注意利用地、地质条件，增加工作面，有利于改善施工条件，加快施工进度。材料力学法：①坝体混凝土为均质连续各项同性的弹性材料②坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，各段独立工作，横缝不传力③假定坝体水平截面上的正应力按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力影响溢流重力坝剖面：上游坝面铅直或上部铅直下部倾向上游，尽量与非溢流坝上游坝面一致。剖面小于基本三角形剖面，适当调整堰顶曲线与三角形的斜边相切，对有鼻坎的，鼻坎超出基本三角形以外。大于基本三角形剖面，节约工程量，堰顶突向上游。重力坝的优点：①结构作用明确，设计方法简单，安全可靠；②对地形地质条件适应性强；③枢纽泄洪问题容易解决；④便于施工导流；⑤施工方便缺点：①坝体剖面尺寸大，材料用量多；②坝体应力低，材料强度不能得到充分的发挥；③坝体与地基接触面积大，相应坝体扬压力大，对稳定不利；④坝体体积大，所需温控措施严格提高重力坝坝体抗滑稳定性措施：1适当增加重量：①合理加大坝体剖面②利用水重2调整基面轮廓：①基面向上游倾斜②开挖呈锯齿状3坝基设置齿墙4减小扬压力：①加强坝基防渗灌浆②增加抽水减压排水系统5加固地基，提高抗剪能力：6施加预应力措施。底流：水跃，急流变缓流，流态稳定效果好，地质尾水变幅适应性强水流雾化小中低水头，护坦较长开挖量大造价高挑流：利用挑流鼻坎急流抛向空中落入较远河床，有效控制位置范围和流量分布，尾水变幅适应性强，结构简单，施工维修方便，工程量小，下游冲刷严重，堆积物多，尾水波动雾化较大，岩基比较坚固中高水头面流：下游水位深流量变化小，水位变幅不大排水漂木要求，波动强烈很长距离不平稳，影响电站运行航运，冲刷两岸地基处理：①防渗②提高岩基的强度和整体性措施：①坝基的开挖和情理②固结灌浆③帷幕灌浆④坝基排水⑤断层破碎带，软弱夹层和溶洞的处理固结灌浆：提高基岩的整体性和强度，降低地基的透水性帷幕灌浆：降低坝底的渗流压力，防止坝基内产生管涌，减少坝基渗流量坝基排水：降低扬压力平板门：优：1门叶结构简单，便于制造安装运输2闸门可吊出孔口，便于维护3互换性好4布置紧凑5启闭设备可以移动6深孔可利用水柱压力闭门，减少门重。缺：1较厚闸墩2埋固部分设在门槽内产生低压漩涡影响泄流能力空蚀3启闭力大4工作桥排架高地震弧形门：优：1节省启门力2不易产生空蚀破坏，开启条件好3闸墩高度和厚度较小4埋设件较少缺：1闸墩较长2闸门所占空间大3土建结构要求高4维护检修不方便环境影响：库区：淹没，滑坡、坍岸，水库淤积、生态变化、水温变化、水质变化、气象变化、诱发地震、卫生条件。河道冲刷，下游：河道水量变化、河道水温，河道水质坝址坝型选择：地质、地形、施工、建筑材料、综合效益、合理性，枢纽布置原则：坝址，满足各个建筑物布置要求，降低费用，布置紧凑，易于管理，一种建筑物发挥多用途，临时和永久结合，早期投产提前发挥效益，外观相协调。