水工建筑物.docx

水工建筑物 1.拱坝是固接于基岩的空间壳体构造，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2.拱坝的特点？1.稳定特点；坝体的稳定主要依靠两岸拱端的反作用力2.构造特点；拱坝属于高次超静定构造，超载实力强，平安实力强，平安度高当外荷载增大或坝的某一局部发生局部开裂时，坝体的拱和梁作用将会自行调整，使坝体应力重新安排 3.荷载特点；温度作用为一主要荷载志向地形：①两岸对称，岸坡平顺无突变，渐渐收缩的峡谷段；②坝体两侧具有足够的岩体支撑 志向地质：①基岩比拟匀称、坚实完整、强度足够；②基岩能反抗水的侵蚀、耐风化；③岸坡稳定、没有大断裂3.地形条件是确定拱坝构造形式，工程布置以及经济性的主要因素 河谷的形态特征常用坝高程处的河谷宽度L与最大坝高H的比值，即宽高比L/H表示 拱坝的厚薄程度，那么以最大厚度T与H的比值，即厚高比T/H来区分 4.拱坝的类型？ 1.按建筑材料和施工分类：可分为常规混凝土拱坝、碾压混凝土拱坝、砌石拱坝 2.按坝高来分：大于70m为高坝、30m—70m为中坝、 小于30m为低坝 3.按拱圈线性分类：可分为单心圆、双薪圆、三心圆、抛物线、对数螺旋线、椭圆拱坝等。

4.按坝面曲率分类：可分为单曲拱坝、双曲拱坝 中心角：当应力条件一样时，拱中心角φA越大，拱圈厚度T越小，坝体越经济；拱中心角φA过大,拱圈弧线增长，那么工程量增大当T必须，外荷载、河谷形态一样时，2φA越大，拱端应力越小，应力条件越好；假设按与工程实际更为接近的两端固端拱计算，当中心角>120°时，拱圈截面将无拉应力拱中心角一般为70~120°拱中心角愈大、拱圈厚度愈小，材料强度愈能得到充分利用，因而适合加大中心角是有利的，但不利于坝肩岩体的稳定 合理拱圈型式：压力线接近拱轴线，使拱截面内的压力分布趋于匀称拱坝布置的步骤：1.依据坝址地形图、地质图和地质勘查资料，定出开挖深度，画出可利用基岩面等高线地形图 2.在可利用基岩面等高线地形图上，试定顶拱轴线的位置〔尽量使拱轴线与基岩等高线在拱端处的夹角不小于30°〕 3.按初拟拱冠梁剖面尺寸，自坝顶往下，一般选取5—10道拱圈，绘制各层拱圈平面图，布置原那么与顶拱一样 4.切取假设干铅直剖面，检查其轮廓线是否光滑连续，有无上层突出下层的倒悬现象确定倒悬程度 5.进展应力计算和坝肩岩体抗滑稳定校核 6.将坝体沿拱轴线绽开，绘成坝的立视图，显示基岩面的起伏改变，对突出处应采纳削平或填塞措施。

7.计算坝体工程量，作为不同方案比拟的依据坝面倒悬的处理：1、岸边坝段直立，中部坝段倾向下游2、中部坝段直立，岸边坝段倒悬3、中部坝段稍稍俯向下游，岸边坝段稍稍倒悬〔设计时宜采纳第三种折中处理方式，以减小坝面的倒悬度〕坝面倒悬的处理时运用第三种的优点：1、增加了向下的竖向水压力，坝内主应力轨迹线也倾斜向下，有助于坝体稳定；2、如沿主应力倾斜方向截取拱圈，其中心角将比水平拱圈大，故应力状况要比不向下游倾斜的拱坝为好；3、采纳坝顶溢流布置时，下泄水流的冲刷坑距离坝脚可以远些拱端与基岩接触面原那么上做成全半径向的，使拱端推力垂直于拱座面温度作用：由于拱座嵌固在基岩中，限制坝体随温度改变而自由伸缩，于是就在坝体内产生了温度应力，上述温度变更值 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，由此产生的弯矩和剪力的方向与水压力作用产生的一样，但轴力方向相反； 当坝体温度高于封拱温度时，坝轴线延长，使坝体向上游变位因此，在一般状况下，温降对坝体应力不利，温升将使拱端推力加大，对坝肩岩体稳定不利应力分析方法及原理： 1、纯拱法: 假定拱坝由很多互不影响的独立水平拱圈组成，不考虑梁的作用，荷载全部由拱圈担当。

计算简洁，但结果偏大，尤其对厚拱坝对薄拱坝和小型工程较为适用 2、拱梁分载法: 假定拱坝由很多层水平拱圈和铅直悬臂梁组成，荷载由拱梁共同担当，按拱、梁相交点变位相同的条件将荷载安排到拱、梁两个系统上梁是静定构造，其应力简单计算；拱的应力那么按弹性固端拱进展，计算结果较为合理，但计算量大，需借助计算机，适于大、中型拱坝 3、拱冠梁法: 最简洁的拱梁分载法，可采纳拱冠梁作为全部悬臂梁的代表与很多拱圈组成拱梁系统，按拱、梁交点径向线变位相同的条件来建立变形协调方程, 并进展荷载安排, 可大大削减工作量 4、有限元法：将坝体视为空间壳体或三维连续体，依据坝体体形，选择不同的单元模型，空间壳体分解为假设干单元，单元之间在结点处相连接拱坝应力分析的构造力学法的根本假设：1、坝体和基岩都是匀称、各向同性的弹性体； 2、忽视库岸、库底在水压力作用下的变形影响；3、拱的法向截面在变形后仍保存平面；4、用伏格特公式计算地形变形 拱梁分载法的根本原理：内外力替代原理、唯一解原理拱梁分载法计算时应力指标：容许压应力〔考虑地震时，不超过30%〕；容许拉应力〔根本荷载：不大于1.2MPa 非地震状况特别荷载：不大于1.5MPa；地震荷载提高30%〕； 用有限元法时：容许拉应力〔根本荷载：不大于1.5MPa ；非地震状况特别荷载：不大于2.0MPa〕。

拱坝失稳包括：坝肩岩体失稳，沿建基面及其旁边懦弱面的上滑失稳，最常见的失稳是坝肩岩体在拱端推力作用下发生的滑动失稳滑动面的组成：断层、节理、裂隙、懦弱夹层 坝肩岩体滑动的主要缘由：岩体内存在着懦弱结够面、荷载作用 滑裂面：平面、折面、曲面滑移体由以下滑裂面组成：1、拱坝在水库蓄水受力后，坝肩上游侧岩体内存在一个水平拉应力区将产生近于铅直向的裂缝，从而形成上游拉裂面；2、滑移体靠河一侧的自然边坡为纵向临空面；3、滑移体内侧由于存在着陡倾角的节理、裂隙、懦弱夹层或断层等，形成侧向滑动面；4、滑移体底部由于存在着缓倾角的上述构造面，形成底部滑裂面 刚体极限平衡法的根本假设：1、将滑移体视为刚体，不考虑其间的相对位移；2、只考虑滑移体上力的平衡，不考虑力矩的平衡；3、忽视拱坝的内力重分布作用，认为作用在岩体上的力系为定值；4、到达极限平衡状态时，滑裂面上的剪力方向将与滑移的方向平行，指相反，数值到达极限值 拱坝上滑失稳：拱坝自身沿坝基面及其旁边的懦弱面对上或向下同时向下游滑动的现象改善拱坝稳定的措施： 1.加强地基处理 2.加强坝肩岩体的灌浆和排水措施，削减岩体内的渗流压力 3.将拱端向岸壁深挖嵌进，以扩大下游的抗滑岩体，也可避开不利的滑裂面。

4.改良拱圈设计 5.可局部扩大拱端或设置重力墩稳定分析方法： 1.刚体极限平衡法 2.有限元法 3.地质力学模型试验方法 拱坝坝身泄水方式及其适用条件： 1.、由跌流式；适用于基岩良好，单宽泄洪量较小的状况 大坝下游需设防护措施 2、鼻坎挑流坝；适用于拱坝修建于狭窄河谷中，一般没有修建岸边溢洪道的有利地形，逼得在坝上过流，一般都为表孔泄流 3.滑雪道式：适用于泄洪量大，较薄的拱坝挑坎比堰顶低许多，落差大，挑距远 4.坝身泄水式；适用于坝体较高的双曲薄拱坝拱坝的地基处理主要包含：坝基开挖、固结和接缝灌浆、防渗帷幕、坝基排水、不良地质处理等 接触灌浆是在岩石上或钢板构造物四周浇筑泥凝土时，混凝土干缩后，对混凝土与岩石或钢板之间形成缝隙的灌策 固结灌浆是为改善节理裂隙发育或有破裂带的岩石的物理力学性能而进展的灌浆工程 拱坝的消能方式： 1、跌流消能 2、挑流消能 3、 底流消能 收缩缝分为横缝、纵缝 对于地形不规那么的河谷或局部有深槽时，可在基岩与坝体之间设置垫座，在垫座与坝之间形成周边缝拱坝垫座和周边缝的作用：①周边缝使梁的刚度和作用减弱，拱的作用加强；②周边缝减小坝体传至垫座的弯矩，可减小上游坝面的拉应力；③垫座加大了与基岩的接触面，改善地基的受力状态；④垫座可削减不规那么和懦弱面对坝体的影响；⑤坝体开裂不影响根底，根底开裂不影响坝体；⑥垫座对坝体起地震缓冲作用 拱坝设置重力墩的目的：①对于不规那么河谷，用重力墩减小宽高比，幸免岸坡大量开挖。

②重力墩是拱坝坝端的人工支座； ③用重力墩连接拱坝与其它坝段或溢洪道重力墩用于：河谷形态不规那么，为减小宽高比，幸免岸坡大量开挖；河谷有一岸较平缓，用重力墩与其他坝段或岸边溢洪道相连接等状况浆砌石拱坝在我国拱坝建立中占很大比重的缘由：1.山区石多土少，便于就地取材，节约三材；2.工程量比同样高度的重力坝约小40%； 3.坝顶可以溢流；4.施工导流和度汛较易解决；5.施工技术便于群众驾驭其工作特点：1.在坝体改造方面采纳双曲坝型，易在两岸坝段产生倒悬，对于砌石拱坝有必须的影响，故砌石拱坝的倒悬度一般不大于1/10—1/5 2.在受力状态方面砌石拱坝由砌石和混凝土防渗两局部组成，砌石本身又有砌缝存在，因此，坝体事实上具有非均一和各向异性的力学性质 3.在应力限制指标方面与混凝土拱坝相比拟，砌石拱坝的容许应力增大，平安系数相应减小〔浆砌石坝的平安系数的取值：根本荷载—3.5，特别荷载—3.0，均比混凝土拱坝规定的相应值小0.5〕 浆砌石拱坝：砂浆标号为M7.5—M15；水泥用量为：101—150kg/m3碾压混凝土拱坝与常态混凝土拱坝在应力分析方面的不同主要表此时此刻：自重应力、温度应力。

常态混凝土拱坝只产生竖向的梁向应力，而不产生水平的拱向应力河岸溢洪道的形式〔按构造分〕：①正槽式②侧槽式③竖井式④虹吸式 〔按泄洪标准分〕：正常泄洪道和特别泄洪道正槽溢洪道由引水渠﹑限制段﹑泄槽﹑出口消能段及尾水渠等局部组成，溢流堰轴线与泄槽轴线接近正交，过堰水流流向与泄槽轴线方向相同〔引水渠愈长，流速愈大，水头损失就大〕 引水渠转弯半径为4—6倍渠底宽度 溢流堰体型设计的要求是：尽量增大流量系数，在泄流时不产生空穴水流或诱发危急振动的负压等溢流堰的形式：⑴按横断面形态及尺寸分为薄壁堰、宽顶堰、管用堰；⑵按平面布置的轮廓形态分为直线堰、折线堰、曲线堰、环形堰；⑶按堰轴线与来水方向相对关系分为正交堰、斜堰、侧堰最常用的堰型是宽顶堰和管用堰 堰高对流量系数的影响：(高P1>1.33Hd;低堰0.3Hd—1.33Hd〕高堰的流量系数几乎不随P1/Hd的改变而趋于最大值；低堰的流量系数那么随P1/Hd的减小而削减，这不仅是因引水渠中流速增大，水头损失假的，而且还与P1小、过堰水舌下缘垂直收缩不完全，压力增大，动力减小有关〔驼峰堰的流量系数随堰上水头增加而减小〕泄槽的平面布置：1〕为了使水流平顺，削减冲击波的发生，沿水流平面宜尽量采纳直线、等宽、对称布置。

2〕泄槽长度大，受地质、地形条件限制，不能完全做成直线，须要转弯，转弯半径大于等于10b〔b：陡槽直线段的平均宽度〕3〕为了减小泄槽末端的单宽流量，以利于消能防冲，有时在泄槽末端设扩散段 泄槽纵断面：1〕泄槽水流流速高，一般设在挖方上 2〕最好运用单一的陡坡〔大于临界坡〕〔为适应地形、地质条件，削减开挖量，可以采纳变坡，使坡度改变不宜太多〕 〔弯曲段半径大于10倍槽宽〕弯曲段水力设计方法：1、施加侧向力法：采纳的工程措施，向弯曲区水流施加作用力，使它与水流所受的离心力相平衡，以到达消退干扰的目的〔渠道超高法、弯曲导流墙法〕2、干扰处理法:即在曲线的起点和终点，引入与原来的干扰大小相等但相位相反，来消退原来扰动的影响弯曲线区法、螺旋线过渡区、斜槛法〕掺气减蚀的机制：①掺气可使过水边界上的负压减小或消退，有利于制止空蚀的发生②假设空穴中含有必须数量的空气，破灭时破坏力减弱③空气泡的存在，对空穴溃灭时的破坏力有缓冲气垫作用渠道超高法：在弯曲区的横剖面上，将外侧渠底抬高造成。