水工建筑物课件 之八九.doc

第八章 溢洪道1、泄水建筑物的作用：用来宣泄洪水期间(泄洪)或其他情况下水库（或渠道）中多余水量（泄水）以保证大坝安全的建筑物2、泄水建筑物的分类泄洪建筑物、泄水孔、施工泄水道、水闸3、河床溢洪道（如溢流坝、水闸、泄水孔）下泄水流能量消耗：①水流的内部损耗，如摩擦、冲击、紊动、漩涡；②水流与固体边界作用，如摩擦、冲刷等；当冲刷扩展到坝基时，就会危及坝体安全消能设计原则：①尽量增加水流的内部紊动;②限制水流对河床的冲刷范围消能方式：底流消能、面流消能、挑流消能、戽流消能4、河岸溢洪道（明渠、泄水隧洞）⑴采用条件：①河谷狭窄，洪峰流量大，采用河床布置有困难；②坝体不宜作河床溢洪道；③有垭口地形；④利用施工导流洞改建⑵工作方式有闸门----大多数情况下;无闸门----中小型工程，多雨地区两者比较：①堰顶高程不同；②水位在堰顶以上，泄流能力不同；③坝高不同；④防洪库容相同，但位置不同；⑤管理方式不同；⑥溢流前缘长不同；⑶分类按水流方向是否变化：正槽溢洪道、侧槽溢洪道、井式溢洪道、虹吸溢洪道;按使用频率分：正常溢洪道、非常溢洪道5、正槽溢洪道⑴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.①组成: 进水段（引水渠）, 控制段,泄槽(陡槽), 消能段,尾水渠. ②优点:结构简单,进流量大,泄流能力强,工作可靠,施工、管理、维修方便，因而被广泛采用。

③缺点：当两岸地势较高且岸坡较陡时，开挖方量大⑵布置(选线)地形上：在坝址附近寻找马鞍形垭口以减少土石方开挖量，泄槽线路选在地形低洼处；地质上：坚硬的岩石，开挖困难，但可省去衬砌；软弱的岩石开挖容易，但衬砌、冲能防冲措施工程量大；水流条件：a.水流通畅不影响其他建筑物；b.控制堰上游应开阔，使堰前水头损失小；c.泄槽在平面上最好不设弯段，以避免离心力和冲击波的影响；d.泄槽末端消能段应远离坝脚也不应影响通航建筑物和水电站尾水；施工上： a.充分利用开采出来的石渣；b.爆破开挖不影响相邻建筑物⑶各部分设计①引水渠作用：使水流平顺地进入控制段，改善堰身及泄槽的流态；断面形式：岩基上接近矩形，土基上采用梯形；进口布置形式：喇叭口②控制堰段作用:控制溢洪道的泄流能力.；横断面:矩形；纵剖面:实用堰和宽顶堰；设计要求:有足够的泄流能力ⅰ宽顶堰：简单、方便、m低（0.32~0.385），适用于地基条件差、泄量小的地形平缓的中小型工程；ⅱ实用堰：m高，工程量小，施工复杂，适用于岸坡较陡的大中型工程③泄槽——将过堰水流送往下游工作特点：为使槽内水流呈急流状态其纵坡常为大于临界坡度的陡坡由于泄槽内水流流速较高，设计时必须考虑高速水流产生的冲击波、掺气和空蚀现象水流特点：（a）陡坡i＞ icr 、急流Fr＞1（b）高速水流问题－脉动、掺气、振动、冲击波、空化空蚀平面布置及纵横剖面：总原则：直线、等宽、对称布置，但工程中常采用：收缩段（以减小工程量）、扩散段（减小单宽流量）、弯曲段（解决洪水归河问题）弯曲段：渠底超高法—作用是使流量分布均匀并适当改善流态。

对弯曲的泄槽，为使槽内流量分布均匀和改善流态，可将渠底做成外侧高于内侧的横向底坡，用重力来平衡离心力6、空化空蚀及其减蚀措施①空化：压力降低至蒸汽压力后，出现蒸汽气穴(初始空化)；空蚀：气核膨胀遇高压溃灭，撞击固壁使固壁发生破坏，即发生空蚀②空化空蚀的原因：泄水建筑物的体型不合理；泄水建筑物表面不平整；放样不准；模板走样；混凝土质量不佳；泥沙的不均匀磨损；③减蚀方法：选用好的体型；采用高强度的抗蚀材料；提高抗滑平整度；掺气减蚀④消能方式：底流消能和挑流消能7、侧槽溢洪道①组成：溢流堰、侧槽、调整段、泄槽、出口消能段、尾水渠②特点：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设计：泄流量沿侧槽轴线均匀增加，所以侧槽断面积应沿程增大；槽断面应为深窄型梯形断面；槽底高程应保证溢流堰为自由溢流，侧槽中水流应为缓流流态，底坡坡度为缓坡第九章 水工隧洞1、水工隧洞的功用及其特点①定义：在水利枢纽中，为满足防洪、发电、灌溉、供水等各项任务的要求②.功用： (1)与溢洪道一起担任泄洪任务--泄洪洞；(2)向下游供水(灌溉、航运、供水)用--供水(通航)洞； (3)放空水库用---放空洞； (4)施工导流用--导流洞； (5)排沙用----排沙洞； (6)发电引水用--发电洞。

一洞多用③工作特点⑴地质特点：开挖前：岩体处于整体稳定状态开挖后：原有的地应力平衡被打破，引起变形，严重时可能导致岩石崩塌，需进行开挖衬砌支护⑵水利特点：A.有压洞：洞内水头大压力高，对衬砌、强度、防渗等要求均较高；闸门启闭力大，设备复杂，局部开启时易振动 B. 无压洞：高速水流问题（空化、空蚀、脉动、振动等）；宜掺气；C. 隧洞出口水流通常流速高、单宽流量大、需要采取适当的消能防冲措施D. 超泄能力小 ⑶施工特点a. 施工条件差、工序多、工艺复杂； b.工作面小、干扰大； c.质量要求高、防渗要求高、安全问题突出； d.进度慢、时间紧、任务重；⑷山岩压力、弹性抗力山岩压力：对衬砌而言是主动荷载山体中任一点处，在未开挖前是处于平衡状态的，开挖后由于围岩的变形、滑移或塌落而施加在衬砌或支护上的压力称为弹性抗力：对衬砌而言是被动荷载隧洞在内水压力等作用下，衬砌(部分)向围岩方向发生变形，当变形受到围岩的抵抗时，就有一个抵抗力作用在衬砌上2、隧洞的组成、闸门的位置及其线路的选择①隧洞的组成上游引水段： （可省）；进口段：控制流量及流态；洞身段：输水道的主体；出口段：消能段；尾水渠：解决归河问题；②闸门的位置⑴类型：检修门（动水关闭，静水开启）；工作门（动水启闭）⑵无压洞位于进口，有压洞位于出口，)门前有压门后无压位于隧洞中间(内部③线路的选择：直、短、少拐弯3、进水口的形式竖井式进水口、塔式进水口、岸塔式进水口、斜坡式进水口、组合式进水口4、进水口的组成与功用进水喇叭口、闸门段、通气孔（补气和排气）、平压管（为了减小检修门的启门力，与水库相通，使检修门能在静水中开启）、渐变段5、 断面型式无压洞：城门洞形、马蹄形（可减小或消除侧向山岩压力）；有压洞：圆形断面（水流及受力条件好，水头损失小）a、有压引水隧洞洞内水流流速低，以减小水头损失，保证发电所需的能量。

b、有压泄洪隧洞洞内水流流速高，以便让洪水尽快下泄6、洞室衬砌①功用(1)保证围岩稳定，承受内水压力、山岩压力等荷载；(2)防止隧洞渗漏；(3)防止水流、空气、温度和湿度变化对围岩的冲刷、风化侵蚀等破坏作用；(4)减小糙率，改善水流条件，减小水头损失 ；②类型⑴抹平衬砌作用：减糙但不承载；材料：混凝土喷浆；适用于：水头低、岩层好的情况 ⑵受力衬砌作用：承载、减糙、防冲防渗等；材料：混凝土、钢筋混凝土；适用于：中等地质条件、断面较大、水头较高的情况⑶组合式衬砌⑷预应力衬砌③衬砌分缝纵缝、横缝、沉陷缝7、灌浆①回填灌浆：目的：充填衬砌与围岩间的空隙，使之紧密结合，提高衬砌结构传力条件和减少渗漏；范围：顶拱部位；压力：低压；深度：衬砌与围岩间②固结灌浆：目的：加固围岩，提高其整体性和弹性抗力；范围：全断面；压力：压力4-6kg/cm2；深度：2－10m8、排水无压洞：采用径向排水管，将外水直接排至洞内；有压洞：沿纵向设暗排水管，收集渗水排向下游9、掺气减蚀措施①空蚀易发生的部位：⑴有压隧洞的进口、门槽、过渡段、分岔段、弯曲段、出口及水流边界突变等部位；⑵无压隧洞龙抬头式曲线段、反弧段、扩散及收缩段、闸墩及门槽及出口段等；⑶隧洞出口消能部位。

②减蚀措施⑴做好体型设计⑵控制过水表面的施工不平整度⑶人工掺气减蚀⑷采用抗蚀强度高的材料护面⑸制定合理的运行方式10、水工隧洞围岩应力分布和稳定性判别①岩石受破坏规律和强度特性初始围岩应力:自重引起、地质构造运动引起②岩石的初始应力场—海姆假定在岩体深处的初始垂直应力（由自重引起的）与其上覆盖的岩体重量成正比，而水平应力与垂直应力几乎相等11、地下洞室围岩应力的弹性理论①Ｍ＝０，洞顶有切向拉应力，洞侧有较大的切向压力集中；②Ｍ＝１，洞周无拉应力，当　　　时，　　　　　，可见开挖洞室的影响在3倍洞高之内12、衬砌受力分析①荷载种类可准确计算：内水压力、自重、外水压力；可近似计算：灌浆压力、地震荷载、温度荷载；难以准确计算：山岩压力、弹性抗力②山岩压力顶拱上的竖向力------- 最主要荷载；侧墙上的水平侧向力----通常要考虑③考虑弹性抗力的条件(1)围岩没有不利的断层或裂隙;(2)围岩厚度大于洞中内水压力的0.4倍;(3)围岩厚度大于3倍洞径;(4)围岩与衬砌之间的间隙被完好填充,接触紧密。