1、水工建筑物复习材料水工建筑物复习材料3、水力发电的基本原理是什么？河川水力资源的开发方式有哪几种？各自适用于何种场合？P13在地球引力（重力）作用下，河水不断向下游流动而具有的能量-水能。通常情况下，水能有三种存在形式，即位能，动能，压能。它们不仅可以相互转换，而且可以通过一定的设备（如水轮机）转换成机械能，并进一步（通过发电机）转换成电能。水力发电就是利用天然水流的水能来生产电能的。P15开发方式：1、抬水式（坝式）开发；在河流中拦河筑坝，使原河段中分散的落差在坝址处集中起来，坝高常受坝址处的地形地质条件，库区地形地质及浸没淹没条件，国民经济发展的需要以及开发技术条件等因素的控制。适用于河道
2、坡降较缓，流量较大，有筑坝建库条件的河段。2、引水式开发；不需修建高坝，故不会造成淹没损失，这适用于地形地质等条件不允许筑坝，河段坡降较陡、流量小，建造较短的引水道即能获得所期望水头的山区性河段。3、混合式开发；既利用大坝抬高水位又利用引水建筑物集中水头，水电站的水头由两种工程措施共同取得的开发方式称为混合式开发。混合式开发因建有水库，可调节径流，兼有坝式开发和引水式开发的双重优点，但必须具备合适的条件，如河段前部有筑坝建库的条件，后部坡降大（如有急滩或大河弯）。4、抽水蓄能；它不是为了开发水能资源向系统提供电能，而是以水体为储能介质，起调节负荷作用。需要建有高低两个水库和连接两个水库的有压引
3、水建筑物。9、 什么是水工建筑物？与其他建筑物相比，水工建筑物有些什么特点？水工建筑物：为了防洪、发电、灌溉、航运等要求，通常需要修建不同类型的建筑物，以控制水位、调节水量、兴利除害，这些建筑物统称为水工建筑物。特点：（1）工作条件的复杂性;（2）施工建造的艰巨性;（3）设计选型的独特性;（4）工程效益的显著性;（5）环境影响的多面性；（6）失事后果的严重性10、水工建筑物有哪几类？各自功能是什么？按其作用可分为：挡水、泄水、输水、取水、整治建筑物和专门性建筑物。按其使用寿命长短可分为：永久性和临时性两种。永久性建筑物按其重要性又可分为主要建筑物和次要建筑物。(1)、挡水建筑物：用以拦截江河，
4、雍高水位或形成水库，如各种类型的坝和水闸；以及为抗御洪水或挡潮，沿江河海岸修建的堤防、海塘等。(2)、泄水建筑物：用以宣泄水库或渠道中的多余水量，以保证工程安全，如各种溢洪道、溢流坝、泄洪隧洞、泄水闸等。(3)、输水建筑物：为灌溉、发电和供水的需要从上游向下游输水用的建筑物，如：输水隧洞、涵管、渠道、渡槽等。(4)、取水建筑物：是输水建筑物的首部建筑，用来从水库或河道取水，满足灌溉、发电和给水等要求。如：引水隧洞的进水口、灌溉渠首和供水用的进水闸、扬水站等。(5)、整治建筑物：用以调整和改善河道水流条件，防止水流和波浪对河床及河岸的冲刷破坏。如：丁坝、顺坝、导流堤、护底和护岸等。 (6)、专门
5、建筑物：专门为发电、航运、过鱼及过木等单一目标而设置的建筑物。如：水电站厂房、船闸、升船机、鱼道、过木道等。11、水利枢纽及水工建筑物为什么要分等分级？分等分级的依据是什么？划分的目的、依据和方法 ：水利枢纽和水工建筑物必须确保安全可靠，但又要经济合理。为使两者适当地统一起来，将水利枢纽及其组成建筑物按所承担的任务、效益、规模大小及其重要性划分成不同等级，以便根据不同的等级依次确定不同的设计、施工和运用标准。第二章P991、 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挥？工作原理：（1）依靠坝体自重在坝基面上产生的摩阻力来抵抗水平水压力以达到稳定要求；（2）、利用坝体
6、自重在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力引起的拉应力以满足强度要求。工作特点：1.材料抗冲能力强，施工期可用坝体缺口或底孔导流；2.结构简单，施工技术易掌握，便于机械化施工；3.对地形地质条件适应性好，几乎任何形状的河谷均可修建；4.坝体与地基接触面大，受扬压力的影响也大；5.材料强度不能充分发挥；6.坝体体积大，水泥用量多，混凝土凝固时水化热高，散热条件差，施工期应有严格的温度控制和散热措施。2、重力坝的主要荷载有哪些？其计算方法如何？为什么说扬压力对重力坝的稳定、应力总是不利的？重力坝的主要荷载：坝体自重、 上下游水压力、 扬压力、 浪压力、泥沙压力、 地震力、 冰压力等（1）坝体自重
7、：建筑物（坝体）及附属永久设备的重量。是维持重力坝稳定的主要荷载，由坝的体积和材料重度计算确定。较大孔洞应扣除，永久固定设备的重量应计入。（2）坝面水压力：包括静水压力、动水压力、浪压力。静水压力(static water pressure)按水力学原理计算，沿坝面积分，可分解成水平和垂直两部分。（3）扬压力：包括：渗透压力(U2)和浮托力(U1)两部分。渗透压力从上游向下游逐渐消减，其变化呈抛物线分布。扬压力对坝体稳定不利。有防渗排水措施的情况: 河床坝段:=0.25岸坡坝段:=0.35；2.坝体内部扬压力 3 = 0.25（4）浪压力：波浪要素：波高2hl、波长2Ll 、波浪中心线超出静水
8、面高度h0。深水波当坝前水深大于半波长时，波浪运动不受库底的影响。浅水波当坝前水深小于半波长而大于临界水深时，波浪运动受库底的影响，临界水深近似取为(3-5)倍半浪高：详细见书P42(5) 泥沙压力：确定泥沙压力时，先要规定一个淤积年限 (可取为50100年)，由此确定淤沙深度。按土压力公式计算：(6）地震荷载 (PP.46)包括:地震惯性力：水平和垂直地震惯性力；地震动水压力；动土压力（7）温度荷载：坝体温度变化引起的热胀冷缩受到约束所产生的荷载，包括水温、气温变化等。（8）冰压力第二小问见书P524、重力坝失稳破坏过程怎样？稳定验算有哪些公式？它们主要区别在哪里？提高重力坝稳定性的工程措施
9、有哪些？重力坝失稳破坏的类型:(a) 坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，包括沿基岩接触面的滑动以及沿坝基岩体内连续软弱结构面产生的深层滑动；(b)在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引起倾倒滑移破坏。公式见书P52工程措施： 1.利用水重：当抗剪强度参数较小时，将坝的上游面做成倾向上游，利用水重来提高坝的抗滑稳定性。 但上游面的坡度不宜过缓，否则上游坝面容易产生拉应力，对强度不利。n 一般控制在0.10.2之间。 2.采用有利的开挖轮廓线 将坝踵高程降低，使坝基面倾向上游，但这将增加开挖量和混凝土浇筑量。 3.设置齿墙 增加抗滑力。 4.抽排水措施
10、 当下游水位较高，坝体承受的浮托力较大时，可在坝基面增设排水系统，定时抽水以减少坝底浮托力。 5.预加应力措施 在靠近坝体上游面，采用深孔锚固高强度钢索，并施加预应力措施，既增加坝体的抗滑稳定，又可消除坝踵处的拉应力。 6. 横缝灌浆 限制侧向位移，增强岸坡坝段的整体性和稳定性。5、重力坝应力分析的目的是什么？目前应力分析有哪几种方法？材料力学法的基本假定是什么？目的：检验大坝在施工期与运用期是否满足强度要求，同时也为进行坝体混凝土分区和某些部位的配筋等提供依据。方法：材料力学法 ；弹性理论差分法；弹性理论有限元法；模型试验法基本假定： 1)混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料 2)视坝段为
11、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，各坝段独立工作。 3)假定坝体水平截面上的正应力y按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。取单宽坝体，作为固结于地基上的变截面悬臂梁。6、非溢流重力坝的基本剖面是什么形状？它是受哪些条件决定的？实用剖面如何拟定？重力坝剖面设计原则：满足稳定和强度要求，以保证大坝安全；大坝失事主要是由于上游水压力产生的拉应力造成的。工程量要尽可能小；运用方便;便于施工。基本剖面：指重力坝在坝体自重、静水压力和扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度的要求，并使工程量最小的三角形剖面。非溢流坝实用剖面P65（一）坝顶宽度 一般取坝高的810,且不小于m。当在
12、坝顶布置移动式启闭机时，坝顶宽度要满足安装门机轨道的要求。 （二）坝顶高程为防波浪漫过坝顶，在静水位以上还应留有一定的超高h。h=2hl + h0 +h c ( h c见PP.66表2-6)坝顶高程=设计洪水位+ h设坝顶高程=校核洪水位+ h校 两者取最大值（三）剖面形态 (实体重力坝)7、为什么重力坝要分缝分块？缝有哪几种类型？横缝如何处理？止水如何布置？纵缝有哪些布置方式？为何要分缝分块；在混凝土重力坝中，为了防止运用期间由于温度变化和地基不均匀沉陷等引起坝体裂缝，以及为了适应施工期混凝土的浇筑能力和温度控制等，需要将坝体适当分缝。垂直于坝轴线的缝称横缝，平行于坝轴线的称纵缝，此外，还有
13、水平施工缝等。横缝及止水：横缝将坝体分为若干个独立的坝段，缝面常为平面，不设键槽，不进行灌浆，一般为永久缝，缝内设止水。横缝间距（即坝段宽度）一般为12-20米，主要取决于地基特性、河谷地形、温度变化、结构布置和浇筑能力等。特殊情况下横缝可做成临时缝。纵缝和水平缝：为适应混凝土的浇筑能力和减小施工期的温度应力，常在平行坝轴线方向设纵缝，将一个坝段分为几个坝块，待温度降到稳定温度后再进行接缝灌浆。纵缝按布置形式分为：铅直纵缝、斜缝和错缝纵缝必须在水库蓄水前，混凝土充分冷却收缩，坝体达到稳定温度的条件下进行灌浆填实。水平缝是上下两层新老混凝土浇筑块之间的施工接缝。9、重力坝的坝身和坝基排水的目的是
14、什么？如何布置？P88排水目的： 减小渗水对坝体的有害影响，降低坝体中的渗透压力。10、帷幕灌浆与固结灌浆的功能是什么？如何布置？P9111、重力坝内设置的廊道系统有哪些功用？不同用途的廊道设置部位和尺寸如何？功用：进行帷幕灌浆；集中与排除坝体坝基渗水；安装观测设备以监视坝体的运行情况；操作闸门或铺设风、水、电线路；施工中坝体冷却及纵（横）缝灌浆；坝内交通运输以及检查维修等。P8812、溢流重力坝的剖面如何拟定？单宽流量的选择应考虑哪些因素？溢流坝常用的消能方式有哪些？各自优缺点及适用场合如何？剖面拟定：P68消能方式：1挑流消能2.底流消能 3.面流消能4.戽流消能 消能适用场合见书P75第
15、三章P1301、拱坝与重力坝相比，具有哪些工作特点？（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，因而对地基的要求很高；（3）、拱是一种推力结构，承受轴向压力，有利于发挥砼及浆砌石材料的抗压强度；（4）、拱梁所承受的荷载可相互调整, 因此可以承受超载；（5）、拱坝坝身可以泄水；（6）、不设永久性伸缩缝；（7）、抗震性能好；（8）、几何形状复杂，施工难度大。4、拱坝为什么要在稍低于年均温度时进行封拱？温度荷载这是拱坝设计中的主要荷载之一。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
16、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。* 封拱温度：选用下游以年平均气温、上游以年平均水温作为边界条件，求出此时的坝体温度场作为稳定温度场。工程中，一般选在年平均气温或略低时进行封拱。* 温升：温度高于封拱温度。温升对坝肩稳定不利，对应力有利；* 温降：温度低于封拱温度。温降对坝肩稳定有利，对应力不利。单曲拱坝双曲拱坝的概念？单曲拱坝： 对U型或矩形断面的河谷，其宽度上下相差不大，各高程中心角比较接近，外半径可保持不变，仅需下游半径变化以适应坝厚变化的要求。特点：施工简单，直立的上游面便于布置进水孔和泄水孔及其设备，但当河谷上宽下窄时，下部拱的中心角必然会减小，从而
17、降低拱的作用，要求加大坝体厚度,不经济.双曲拱坝：变外半径等中心角 对底部狭窄的“V”字形河谷，宜将各层拱圈外半径,由上至下逐渐减小，可大大减少坝体方量。特点：拱坝应力条件较好，梁呈弯曲形状,兼有拱的作用, 更经济，但有倒悬出现，设计及施工较复杂，对“V”、“U”型河谷都适用.第四章P1781、土石坝的优缺点有哪些？为使土石坝正常工作，对土石坝有哪些要求？优点：（1）筑坝材料可以就地取材，可节省大量钢材和水泥， 免修公路；（2）较能适应地基变形，对地基的要求比砼坝要低；（3）结构简单，工作可靠，便于维修和加高、扩建；（4）施工技术简单，工序少，便于组织机械化快速施工。不足之处： 坝顶不能过流，
18、必须另开溢洪道，施工导流不如砼坝便利，对防渗要求高，因为剖面大，所以填筑量大而且施工容易受季节影响。为使土石坝能安全有效地工作，在设计方面的一般要求：（1）不允许水流漫顶，要求坝体有一定的超高；（2）满足渗流要求；（3）坝体和坝基必须稳定；（4）应避免有害裂缝及必须能抵抗其他自然现象的破坏作用；（5）安全使用前提下，力求经济美观。2、按土料在坝体的配置和防渗体位置，碾压式土石坝可分为哪些类型？各有何特点？按材料在坝体内的配置和防渗体的位置分类（1）均质土坝(homogeneous earth dam)：坝体剖面的全部或绝大部分由一种土料填筑。 优点：材料单一，施工简单； 缺点：当坝身材料粘性较
19、大时，雨季或冬季施工较困难。（2）塑性心墙坝(embankment dam with plastic core /core wall dam)： 用透水性较好的砂或砂砾石做坝壳，以防渗性较好的粘性土作为防渗体设在坝的剖面中心位置，心墙材料可用粘土也可用沥青混凝土和钢筋混凝土； 优点：坡陡，坝剖面较（1）小，工程量少，心墙总方量比重不大，因此施工受季节影响相对较小；缺点：要求心墙与坝壳大体同时填筑，干扰大, 一旦建成，难修补。（3）塑性斜墙坝(earth dam with sloping core )：防渗体置于坝剖面的一侧。 优点：斜墙与坝壳之间的施工干扰相对较小，在调配 劳动力和缩短工期方面
20、比心墙坝有利； 缺点：上游坡较缓，粘土量及总工程量较心墙坝大，抗震性及对不均匀沉降的适应性不如心墙坝。（4）多种土质坝：坝址附近有多种土料用来填筑的坝。（5）土石混合坝：如坝址附近砂、砂砾不足，而石料较多，上述的多种土质坝的一些部位可用石料代替砂料。 3、为什么土石坝防渗体不放置于偏下游处？为什么均质土坝常用于较低的坝而很少用于高坝？（需通过个人理解）4、土石坝剖面如何拟定？影响土坝坝坡的因素有哪些？为什么粘土斜墙坝的上游坡比粘土心墙坝缓？一、基本尺寸1、坝顶高程：坝顶超高其中，h1风浪爬高， a安全加高， e 坝前水位因风浪引起的壅高。2、坝顶宽度取决于交通需要、构造要求和施工条件。当坝高在
21、30m100m时，Bmin = 0.1H ;当坝高大于100m时， Bmin = H 0.5 。3、坝面坡度P136取决于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素。均质坝的上下游坡度比心墙坝的坝坡缓；粘土斜墙坝的上游坡比心墙的坝坡缓，而下游坝坡可比心墙坝陡些；土料相同时上游坡缓于下游坡；粘土均质坝的坝坡与坝高有关，坝高越大坝坡越缓；碾压式堆石坝的坝坡比土坝陡。5、土石坝渗流分析的目的是什么？有哪些分析方法？防渗体的位置，排水设备的形式对浸润线位置影响如何？P148渗流分析的目的：（1）确定坝体内浸润线的位置；（2）确定坝体及坝基的渗流量，以估算水库的渗漏损失；（3）确定坝体
22、和坝基渗流逸出区的渗流坡降，检查产生渗透变形的可能性；（4）为坝体稳定分析和布置观测设备提供依据。常用的渗流分析方法：流体力学方法、水力学方法、流网法和试验法。6、土坝渗透变形有哪几种？如何防止渗透变? (1)、渗透变形的形式及其判别渗透变形：土石坝及其地基在渗流的物理作用和化学作用下发生土体颗粒流失的局部破坏现象称渗透变形。(a)管涌(piping)：渗流作用下不均匀无粘性土中细颗粒从孔隙通道中的连续移动和带出。管涌可能发生的部位：非粘性土的渗流逸出点和进入排水处。管涌判别：级配连续时不均匀系数 20，级配不连续时细粒含量小于25%。(b)流土(earthflow, soil flow, m
23、ass flow)：渗流作用下，土体的同时浮起或流失。流土发生的部位：多发生粘性土坡和颗粒较均匀的非粘性土坡中。判别：级配连续时不均匀系数 30米), 采用水平铺盖加混凝土防渗墙（80m）的措施.当砂砾石透水层很深时, 采用水平铺盖加灌浆帷幕的措施.第五章 P2271、水闸有哪些类型？由哪几部分组成？各自有何作用？按任务不同，可分为不同类型：进水闸、节制闸、分洪闸、排水闸、挡潮闸按闸室结构分: 开敞式、涵洞式水闸的组成：上游连接段（引导水流平顺进入闸室 ） 闸室段（调节水位和流量） 下游连接段 （引导水流平顺出闸，消能、防冲）闸室 底板、闸墩、闸门(胸墙)、工作桥、交通桥上游连接段 翼墙、铺盖
24、、护底、防冲槽、护坡 下游连接段 翼墙、护坦(消力池)、海漫、防冲槽、护坡2、水闸的工作特点是什么？设计水闸时应解决哪些主要问题？工作特点P182要解决的问题：稳定问题：水平水压力、渗透压力不利于稳定（土基上的摩擦系数小、承载能力差等）渗流问题：扬压力降低结构有效自重、侧向绕渗、 渗透破坏冲刷问题：流速大，会冲刷下游河床、岸坡沉降问题：地基受压后变形，使水闸下沉5、在粘性土和砂性土地基上，布置水闸地下轮廓线有何不同？为什么？粘性土地基：有粘着力，不易产生管涌，但底板与土壤间摩擦系数小，不利于闸室稳定。重点是？降低渗透压力，增加闸身有效重量。闸室上游设铺盖(一般不用板桩)，闸室下游护坦底部应设排
25、水设施。（下游排水延伸到闸底板下？）砂性土地基：易发生渗透变形，对降低渗透压力的要求相对较低。 重点是？(a)砂层很厚 上游可采用铺盖和悬挂式板桩相结合的形式，下游渗流出口处应设置反滤层，排水布置在护坦下。(b)砂层较浅 板桩直接深入相对不透水层，下游渗流出口处应设置反滤层，排水布置在护坦下。6、分别说明水闸防渗设施和排水设施的设计要求，并分析铺盖长度和厚度是怎样确定的？板桩设在闸室前端、后端或两端均设置的作用是什么？各使用在什么情况？防渗设施：(一) 铺盖 （水平防渗设施） 渗透系数 比地基的小100倍以上； 铺盖长度 采用上、下游最大水头差的35倍；并非越长越好。1.粘土及粘壤土铺盖 （K
26、10-5cm/s）铺盖厚度=H / J，上游端不小于0.6m，末端不小于11.5m； 为防止冲刷，表面应设护面结构。2.混凝土、钢筋混凝土铺盖 （K20cm，长度不超过8m，采用C20、C25预制。(三) 齿墙 钢筋混凝土做成，深度一般为0.51.5m 延长渗径、增加闸室稳定性(四) 排水及反滤层 排水位置对底板渗透压力大小的影响(图)7、改进阻力系数法计算闸基渗流的基本原理是什么？P1928、衡量闸室稳定性有哪几个指标？如何进行闸室稳定验算？若稳定性不够，可采取哪些措施提高稳定性？闸室稳定性的指标见书P204提高闸室抗滑稳定的措施：(1)调整闸门位置，增加水重；(2)增加防渗长度，或在满足防
27、渗安全的条件下将排水设施向底板靠近；(3)增加齿墙深度；(4)用钢筋混凝土铺盖作阻滑板。第六章P2533、采取正槽溢洪道和侧槽溢洪道的地形条件是什么？它们由哪几部分组成？正槽溢洪道过堰水流方向与堰下泄槽纵轴线方向一致，此型式应用最广。(p.368图8-2)。侧槽溢洪道水流过堰后急转弯近90，再经过泄槽或斜井，或隧洞下泄；(p.378图8-15)。正槽溢洪道工作特点： 开敞式正面进流. 泄槽与溢流堰轴线正交,过堰水流与泄槽方向一致.组成: 进水段（引水渠）, 控制段,泄槽(陡槽), 消能段,尾水渠.进水渠和尾水渠的设置视情况而定。优点:结构简单,进流量大,泄流能力强,工作可靠,施工、管理、维修方
28、便，因而被广泛采用。缺点：当两岸地势较高且岸坡较陡时，开挖方量大。侧槽溢洪道：在坝址处山高坡陡，采用正槽式溢洪道将使挖方量增加很多时，可采用侧槽式溢洪道。1、组成：溢流堰、侧槽、调整段、泄槽、出口消能段、尾水渠。2、特点：堰轴线、泄槽轴线可与山坡等高线平行布置， 开挖量小，但侧槽中水流流态复杂。水流经过溢流堰，泄入与堰大致平行的侧槽后，在槽内转向约90，经泄槽或泄水隧洞流入下游。侧向进流，纵向泄流。3、适用:坝址山头较高、岸坡较陡的情况，尤其适于中小型水库中采用无闸门控制的溢洪道中。4、如何布置正槽溢洪道？P2305、泄水陡槽上有哪些高速水流问题？是如何产生的？怎样解决？（在第七章）第七章 P2954、按流态分，深式泄水隧洞有哪两种基本类型？如何保证洞内流态的稳定？两类洞的工作闸门一般如何布置？为什么？按流态分：有压 和 无压隧洞 。 避免明满流交替 。发电引水隧洞一般是有压的P266 5、泄水隧洞进口段设置的通气孔，平压管各有何用途？p2626、水工隧洞洞身横断面形态有哪些？各使用于何场合？P2667、洞身衬砌的功用是什么？阻止围岩变形发展，保证其稳定；承受围岩压力、内水压力和其他荷载；防止渗漏；保护岩石免受水流、空气、温度、干
