水工建筑物考前复习资料

水工建筑物作用:挡水建筑物(用以拦截江河,形成水库或壅高水位和为抗御洪水或挡潮)泄水(宣泄多余水量,排放泥沙和冰凌,或为人防,检修而放空水库,渠道等,以保证和其他建筑物的安全)输水(为满足灌溉,发电和供水的需要,从上游向下游输水用的建筑物)取水(输水建筑物的首部建筑)整治(用以改善河流的水流条件,调整水流对何尝及河岸的作用,以及防护水库, 湖泊中的波浪和水流对岸坡的冲刷)专门(为灌溉,发电,过坝需要而兴建的建筑物)

水工建筑物:为满足防洪,发电,灌溉,供水,航运等任务在河流的适宜段修建的建筑物。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为

库容:1总库容(校核洪水位以下的水库容积)2设计调洪(设计洪水位与汛前水位)3防洪(防洪高水位与汛前水位间的水库容积)4兴利(设计蓄水位和死水位之间)5校核调洪(校核洪水位与汛前水位)

我国水资源特点:1总量较多,但相对缺乏2时空分布不平衡(时间上:年内,年际分布不均.空间上:南丰北欠.长江以南人口54%,水资源82%,长江以北人口43.2%,水资源14.4%)

防洪工程措施:1上拦:治本,拦蓄洪水控制泄量2下排:治标,疏通河道,提高行洪能力3两岸分滞:设蓄滞洪区分洪减流4应着重关注水土保持5同时建立洪水预报,预警系统和洪水保险制度

水利工程的优点:兼顾发电,灌溉,洪水,养殖,旅游,治理旱涝灾害等。缺点:1库区(淹没,滑坡坍塌,水库淤积,生态变化,水温变化,水质变化,气象变化,诱发地震,卫生条件恶化)2水库下游(水清引起河道冲刷,原河道水量的变化,河道水温和水质的变化)

2.不同级别水工建筑物设计区别:1设计基准期:水工建筑物在正常的施工与运行的条件下,不失效地完成预定功能的基本年限(aⅠ级挡水建筑物设计基准期按100年考虑b其它永久建筑物采用50年c临时建筑物按预定使用年限及可能滞后的时间确定d特大型挡水水工建筑物的设计基准期应专门研究确定)2抗御灾害的能力.如防洪标准,抗震标准,坝顶超高等3安全性.如建筑物的强度和稳定安全指标,变形的要求等4运用可靠性.如建筑物的供水,供电,通航的保证率,闸门等设备的可用性等5建筑材料.如使用材料的品种,质量及耐久性等

3.重力坝的类型:1按坝体的高度(高坝:H>70m中坝:30m≤H≤70m低坝:H<30m)2按坝体的结构形式:实体重力坝,宽缝重力坝,空腹重力坝和预应力重力坝,装配式重力坝等3按筑坝材料:分砼和浆砌石重力坝4按施工方法:分浇筑砼和碾压砼重力坝5按是否溢流:溢流.非溢流

地基处理:根据地质条件及受力情况,进行地基开挖,防渗,排水,加固及断层软弱带的处理等以保证大坝的稳定,强度以及防渗性

碾压砼坝的防渗措施:1在坝上游面采用常态砼作防渗层2在坝上游面3m范围内,采用高胶凝碾压混凝土形成防渗层,起加强防渗作用3上游面用6cm厚的沥青砂浆作防渗层,再在其外表面用6cm厚的钢筋砼预制板保护,预制板与坝体之间以钢筋连接,兼做沥青砂浆灌注的模板4.上游面采用预制砼板,板背面加设防水土工织物5在坝的上游面喷涂2mm合成橡胶防渗薄膜。金包银:坝体内部用碾压砼填筑,上,下游和坝基面用2~3m厚的常态砼填筑,形成一种包过剖面形式

重力坝工作原理:稳定(依靠自重在坝基面产生的摩擦力来抵抗水平水压力);强度(利用坝体自重在水平截面上引起的压应力来抵消由坝底水扬压力产生的拉应力)

特点:优点(1结构及受力明确,设计方法简便,安全可靠2对地形,地质条件适应性强3枢纽泄洪容易解决,便于枢纽布置4便于施工导流5结构简单,施工方便,便于机械化施工)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,水化热较高,温控要求较高,不易出现裂缝)

基本剖面:是指坝体在自重,静水压力P(与坝顶齐平)和扬压力U三个主要荷载作用下,满足稳定和强度要求,并使工程量最小的三角形剖面

扬压力: 组成(上下游水头差引起的渗透压力及下游水深引起的浮托力)成因(1上下游水位差2砼,岩石是透水材料)措施(防渗,排水)

消能原理:将急流变成缓流,把水流的动能转换成热能。途径:1水流内部的紊动,掺混,剪切及旋滚2水股的扩散及水股之间的碰撞3水流与固体边界的剧烈摩擦和撞击4水流与周围气体的摩擦和掺混等。方法:挑流消能,底流消能,面流消能,戽流消能

防止空蚀措施:1精心施工,施工后发现不平整度不符合要求,应进行磨削处理2设计合理的过流面体形3设置掺气减蚀装置4采用抗空蚀性能好的材料5合理的运行方式如控制闸门的开启速度等

平压管:1检修门和工作门之间与水库连通(使检修闸门在静水中开启,减小启门力)2有压引水系统设在工作闸门之后与水库连通(向有压引水系统充水,以便在静水中开启工作闸门,减小启门力)。通气孔:1检修闸门与工作闸门之间(排气)2工作门后(引水时排气和放空时补气)3过水结构有扰动的地方(消能)

横缝:垂直坝轴线的竖向缝,用于将坝分成若干个坝段。纵缝:平行于坝轴线方向,为适应砼土的浇筑能力和减小施工期的温度应力而设置的临时缝。水平缝:是上下新老层混凝土浇筑块之间的施工接缝,为临时缝

温度裂缝成因:砼温度发生变化,其体积也随着胀缩,由于砼坝体不能自由伸缩,从而产生温度应力,当拉应力＞砼的抗拉能力时,出现裂缝

提高抗滑稳定性措施:1利用水重:将坝上游面做成倾斜或折坡形,利用水重增加阻滑力,但倾斜坡度不宜过大,以防上游坝面出现拉应力2将坝基开挖成倾向上游的斜面或齿形:增加抗滑力,但也会增加开挖量及浇筑量,少用3设置齿墙或抗滑桩:当节理面倾向下游时,在坝踵或坝趾下设置深入基岩的齿墙,增加抗滑力及抗剪强度;为了阻止坝体连同坝基沿软弱夹层滑动,有的工程则采用大型钢筋混凝土抗滑桩4采用有效的防渗排水或抽水设施:减小扬压力5加固地基:如进行固结灌浆,帷幕灌浆及断层,软弱夹层的处理等,以提高坝基的强度参数6横缝灌浆:将部分坝段或整个坝体的横缝进行局部或全部灌浆,以增强坝的整体性和稳定性7预加应力措施:利用预加应力提高抗滑稳定性,在靠近坝体上游面,采用深孔锚固高强度钢索,并施加预应力,即可增加坝体的抗滑稳定,又可消除坝踵处的拉应力8为改善岸坡坝段的稳定,可将岸坡开挖成若干高差不大且有足够宽度的平台

支墩坝类型:连拱坝,平板坝,大头坝

4.横缝布置方法:1在各分层高程处,横缝指向各层拱圈的半径方向,采用较多2横缝以某一高程的径向为准,其他高程均与其一致,可用于中小型或坝面曲率变化较小的拱坝3横缝在不同高程分别采用上述两种方式,一般结合坝内泄水管道和溢流坝布置需要而采用

拱坝:固接于基岩的空间壳体结构,在平面上呈凸向上游的拱形,其拱冠剖面呈竖直的或向上游凸出的曲线形。工作原理:坝体结构既有拱的作用又有梁的作用,其承受的荷载一部分通过拱的作用压向两岸,另一部分通过竖直梁的作用传到坝底基岩。特点:1稳定特点:稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用,对地形,地质条件及坝基处理的要求较高2造价低;属高次超静定结构,超载能力强;抗震性强;推力结构有利于发挥材料的抗压强度3荷载特点:坝体一般不设永久性伸缩缝,温度作用较大4其他,如地形地质条件,施工,泄流,下游冲刷等问题较突出

宽高比:河谷宽度L与坝高H的比值。厚高比:坝厚T与坝高H的比值。关系: L/H<1.5,薄拱坝,T/H <0.2。L/H=1.5-3.0,中厚拱坝,T/H =0.2-0.35。L/H=3.0-4.5,重力拱坝,T/H =0.35-0.60。L/H>4.5,可修重力坝或拱形重力坝(L/H↘-河谷深窄-水平拱圈跨度较短,受力大部分传给两岸-坝体较薄)

封拱温度:拱坝分块浇注后,灌浆封拱时的温度。温度选取:一般为年平均气温或略低,可通过适当安排工期或对坝体进行降温处理实现。时机选择:拱坝分块浇筑并充分冷却后,坝体温度趋于相对稳定,满足封拱温度条件,缝张开度≮0.5mm,缝两侧砼龄期≮4个月,在水库蓄水之前进行

温升:外界温度高于封拱温度.温升对坝肩稳定不利,对坝体应力有利。温降:外界温度低于封拱温度.温降对坝肩稳定有利,对应力不利

泄水方式:坝顶溢流(自由跌落式,鼻坎挑流式),坝面溢流,滑雪道式斜流

下游防冲加固:建戽斗,护坦,护坡,二道坝等,且各种防冲加固措施的长度,范围,位置等应由水工模型试验而定

5.纵向裂缝:走向大体上与坝轴线平行.多数发生在坝顶和坝坡中部。横向裂缝:走向与坝轴线近于垂直,多数发生在两岸坝肩附近。内部裂缝:在坝体表面很难发现,位于坝体内部(不均匀沉降引起)

土石坝裂缝处理:1表面裂缝(a砂土填塞→低塑性粘土封填,夯实b裂缝深度不大的也可挖除→回填土料(W>W最优),分层夯实)2深部裂缝(灌浆处理.材料:低塑性粘土或在其中加少量中,细砂,水泥)3严重的裂缝:可在坝体内做砼防渗墙

地基:1砂砾石地基:地基透水性大(上游防渗,下游排水减压)2细沙地基:易液化3软粘土或淤泥地基。

与砼建筑物连接:翼墙式,插入式或经论证的其他形式

优点:1就地取材,降低造价2适应不同的地形,地质,气候条件3施工技术简单,工序少,便于组织机械化快速施工4设计理论,试验技术及相关的工程技术的发展,加快了土石坝的建设步伐5.土石坝结构简单,工作可靠,便于管理,维修和加高,扩建。缺点:1一般需在河岸上另设泄水建筑物2施工导流不如混凝土坝方便3粘性土料的填筑受气候条件影响较大4坝体断面大,体积大,工程量也较大

类型:1按坝高分:高,中,低坝2按施工方法分:碾压式土石坝,水力冲填坝,水中填土坝,定向爆破堆石坝3按照坝体材料和防渗体布置:均质土坝,土质防渗体分区坝(又可分为土质心墙坝,土质斜墙坝,土质斜心墙坝,多种土质坝),非土质材料防渗体坝

滑坡类型:1曲线滑动(多为滑动面通过粘性土的情况,滑动面常可简化为圆弧面)2折线滑动:多为滑动面通过无粘性土情况,直线:土料为干的或完全浸水,折线:折点在水面附近3复合滑动:当滑动面通过多种土质坝时或坝基中存在软弱夹层时

渗流变形:1管涌(在渗流作用下,土中的细颗粒由骨架孔隙通道中被带走而流失的现象,主要出现在较疏松的无黏性土中)2流土(指在向上渗流作用下,表层局部土体被顶起或是粗细颗粒发生浮动而流失的现象,前者多发生在表层为黏性土或其他细粒土组成的图层中,后者多发生在不均匀砂土层中)3接触冲刷(渗流沿着渗流系数不同的两种土层接触面上或是建筑物与地基接触面上流动时,将细颗粒沿接触面带走的现象)4接触流土(在渗流系数相差悬殊的两种土层交界面上,由于渗流垂直于层面流动,将渗流系数较小土层中的细颗粒带入渗流系数较大的图层中的现象)

坝顶高程:1设计洪水位+d正常运用2正常蓄水位+ d正常运用3校核洪水位+ d非常运用4正常蓄水位+ d非常运用+地震安全加高。重力坝:水位,浪高,壅高,安全加高

防渗体:土质,沥青砼,土工膜,钢筋砼。排水体:1贴坡排水(适用于中小型工程切下游污水的均质坝河浸润线较低的心墙,斜墙坝)2堆石棱体排水(多用在较高的坝河石料比较丰富的地区)3坝体内排水(竖直排水适用均质坝和坝壳用弱透水材料填筑的土石坝,水平排水适用于黏性土等弱透水材料填筑的均质坝或分区坝为加速坝壳内孔隙水压力消散,降低浸润线的情况,褥垫式排水适用于下游无水,坝体和坝基土壤的透水性较小的情况)

垫层:作用:找平层,使护坡适应坝体变形.位置:护坡底部。反滤层:作用:滤土排水,防止水工建筑物渗流逸出处发生各种渗透破坏,下游侧有承压的土层,可起压重作用.位置:1排水体与坝体及地基之间2土质防渗体与坝壳或坝基透水层之间3坝壳与坝基的透水部位之间4地基防渗排水措施的四周5土质防渗体坝下涵管四周。保护层:作用:防止冰冻和干裂.位置:土质防渗体顶部和土质斜墙上游,粘土铺盖上部

上游护坡类型:堆石(抛石),干砌石,浆砌石,预制或现浇的砼或钢筋砼板,沥青砼,水泥土等。下游:干砌石,堆石,卵石或碎石,草皮,钢筋混凝土框格填石,土工合成材料等

6.水闸地下轮廓线:自铺盖前端开始,到排水前端为止,不透水的铺盖,板桩及底板等与地基的接触线,称地下轮廓线.即闸室渗流的第一根流线,其长度即为水闸的防渗长度。布置:上游侧:采用水平防渗(如铺盖)或垂直防渗(如齿墙、板桩、砼防渗墙、灌浆帷幕等).下游侧:设置排水反滤措施,如面层排水,排水孔,减压井等

基本类型:按负担任务(节制闸,进水闸,分洪闸,排水闸,挡潮闸,冲沙闸,排冰闸,排污闸,船闸)按闸室结构(开敞式,胸墙式,涵洞式)按操作闸门的动力(机械操作闸门的水闸,水力操作闸门的水闸)按施工方法(装配式,浮运式,灌注桩式,浇注式)

组成:上游连接段(上游防冲槽,护底,铺盖,上游两岸护坡,翼墙),闸室段(底板,闸墩,岸墙,闸门,胸墙,工作桥,检修便桥,交通桥,启闭机),下游连接段(消力池,海漫,下游防冲槽,下游翼墙,两岸护坡)

铺盖与底板连接:粘土和粘壤土(铺盖加厚,底板前端做成倾斜面,连接处铺设油毛毡等止水材料,一端用螺栓固定在斜面上,另一端埋入粘土)沥青砼(多用搭接,且应加厚)钢筋砼(与底板接触处应加厚至0.8-1.0m,并用沉降缝分开,缝中设止水)。板桩与底板:1板桩紧靠底板前缘,顶宽嵌入粘土铺盖一定深度,适用于闸室沉降量大情况2板桩顶部嵌入底板底面特设的凹槽内,适用于闸室沉降量较小情况

两岸连接建筑物:1剖面形式(重力式,悬臂式,扶壁式,空箱式,连拱空箱式)2布置形式: 岸墙(边墩和岸墙,即用边墩做岸墙;边墩与岸墙分开,即在边墩后再修一道岸墙;边墩部分挡土,即边墩作岸墙)翼墙(曲线式,扭曲面式,斜降式,斜坡式,边墩不挡土不设翼墙)

7.岸边溢洪道:正槽溢洪道(溢流堰轴线与泄槽轴线接近正交,过堰水流方向与堰下泄槽纵轴线方向一致)侧槽溢洪道(水流过堰后,在槽内很短距离内急转约转弯90°,再经泄槽或斜井,隧洞下泄的一种形式)竖井式溢洪道(水流从平面上呈环形的溢流堰四周向心汇入,再经竖井,隧洞泄往下游的一种形式)虹吸式溢洪道(利用虹吸作用,使水流翻越堰顶的虹吸管,再经泄槽下泄的一种形式,其可以与坝体结合在一起,也可以布置在岸边)

非常溢洪道启用:当库水位达到设计洪水位后

岸边溢洪道适用:1拦河坝为土石坝或堆石坝2在薄拱坝或轻型支墩坝的水库枢纽中,当Q较大,H较高时3河谷狭窄,泄量大,布置河床溢洪道困难或和坝后电站有矛盾等4有垭口地形5利用施工导流洞改建

正槽溢洪道的组成:引水渠(使水流平顺地进入控制段,改善堰身及泄槽的流态)控制段(控制水库水位和下泄流量的关键部位,又称控制堰)泄水槽(泄槽段布置在溢流堰后,与出口消能段相接,将过堰洪水安全地泄往下游河道)消能段(使高速水流与下游河道的正常水流妥善衔接,避免下游河床和岸坡遭受冲刷,使大坝更安全)尾水渠(将经过消能后的水流,较平稳地泄入原河道)

变坡处理:由陡变缓(易出现动水压力破坏,尽量避免,用此方式时,变坡处用反弧段连接,弧半径R为8-10倍水深)由缓变陡(槽底易产生负压,变宜选用符合水流轨迹的抛物线连接)

8.水工隧洞进口段:竖井式(适用于地质条件良好,岸坡岩体完整,稳定,坚固,坡度适宜,易于开挖平洞和竖井的情况)塔式(适用当地材料坝体,或进口处山岩地质条件较差,岸坡又比较平缓,不宜开凿竖井的情况)岸塔式(地质条件较好,岸坡较陡,进口处岩石坚固,不宜挖井,可开挖成近于直立的陡壁)斜坡式(岸坡地形地质条件适合的中小型工程和仅安装检修闸门的进水口,要求较为完整的岩坡)组合式(根据具体地形地质条件组合采用)

洞身段断面:1无压:圆拱直墙形(适用地质条件好,垂直山岩压力较大而无侧向山岩压力,或侧向山岩压力很小的情况)马蹄形(适用于岩石比较软弱破碎,垂直山岩压力和侧向山岩压力均较大的情况)圆形(围岩条件差,且地下水压力较大,掘进机施工情况)2有压:一般用圆形,在围岩较好,内水压力不大时,为了施工方便,可采用无压常用形式

衬砌类型:1抹平衬砌(适用:造价低,施工方便,适用于岩石较好,水头较低的情况)2单层 (适用:中等地质条件,断面较大,水头较高的情况,应用广泛,其中前两种材料的单层衬砌应用最广泛)3组合(不同材料组成的双层,多层衬砌,或顶拱,边墙及底板以不同材料构成的衬砌)4预应力(适用作用高水头的圆形有压隧洞)

喷锚支护:1喷砼支护2锚杆支护3喷砼+锚杆联合支护4喷砼+锚杆+钢筋网联合支护。砼的作用:1充填岩体表面张开的缝隙,是围岩结成整体2填补不平整表面,缓和应力集中3保护岩体表面,堵塞渗水通道,阻止岩块松动和被侵蚀。锚杆作用:悬吊作用,组合(销钉)作用,固结(承拱)作用,锚杆三种作用机制是综合发生的

固结灌浆应在回填灌浆7-14天之后进行

10.船闸类型:1按船闸级数:单级船闸,多级船闸2按船闸的线数:单线,多线3闸室形式:广厢式,井式。升船机类型:1垂直升船机(提升式.平衡重力式升船机)2斜面升船机

工作原理:船闸(当上行船队要通过船闸时.首先由下游输水设备将闸室的水位泄放到与下游水位齐平,然后开启下闸首闸门,船队驶入闸室,随即关闭下闸首闸门,由上游输水设备向闸室充水,待水面与上游水位齐平后,开启上闸首闸门,船队驶离闸室,此时若在上游有船队等待过闸,则待上行船队驶出闸室后,即可驶入闸室,然后关闭上闸首闸门,由下游输水设备向下游泄水,带闸室水位与下游水位齐平后,开启下闸首闸门,船队即可驶出闸室进入下游引航道)升船机(当船舶驶向上游时,先将承船厢停靠在厢内水位与下游齐平的位置上,操纵承船厢与闸首间的拉紧,密封装置和充满缝隙水,开启下闸首的工作闸门及承船厢下游端的厢门,船舶驶入承船厢,然后将下闸首的工作闸门和承船厢下游端个厢门关闭,泄去缝隙水,松开拉紧和密封装置,将承船厢提升至厢内水位与上游齐平的位置,待完成承船厢与上闸首之间的拉紧,密封和充满缝隙水等操作后,开启上闸首的工作闸门和承船厢上游端的厢门,船闸即可驶入上游,船舶自上游驶向下游,按上述程序反向进行)