河海大学水工建筑物复习温习.doc

'第一章总论水工建筑物：就是在水的静力或动力作用下工作，并与水发生相互影响的各种建筑物。水利枢纽：多种水工建筑物组成的综合体。分类：1挡水建筑物2泄水建筑物3引水建筑物4整治建筑物5专门建筑物。引水建筑物包括取水建筑物和输水建筑物。水利枢纽“三大件”：挡水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物水工建筑物的特点（1）由于水的作用，建筑物的工作条件复杂（2）设计独特性（3）施工条件复杂（4）意义重大，失事后果严重河川水利枢纽对环境的影响：物理影响1.淤积和冲刷：上游：流速降低，泥沙淤积，下游：清水下泄，加大冲刷2.气候变化、诱发地震、边坡失稳。生态影响1.水库养鱼，但阻碍回游2.调蓄水量，但水温不一定适应作物生长3.增加了传播疾病有利条件（钉螺、疟蚊）4.库水化学成分改变，影响生物5.大库影响气候变化6.大量淹没水利枢纽分等：水利部《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》规定，水利水电枢纽工程分为五等。山区、丘陵区部分划分依据为（1）总库容：校核洪水位以下库容（2）防洪：保护城镇及工矿区，保护农田面积（3）灌溉面积（设计）（4）水电站装机。平原、滨海地区划分依据为（1）总库容：校核洪水位以下库容（2）防洪：保护城镇及工矿区，保护农田面积（3）排涝面积（4）灌溉面积（设计）（5）供水——城镇、工矿区（6）水电站装机水工建筑物分级：根据工程等别、建筑物在枢纽中的重要性（永久、临时），确定水工建筑物的级别。在特殊情况下，可适当提高建筑物级别1-2级。（1）永久性建筑物—枢纽工程运行期间使用的建筑物。主要建筑物—失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益，如：坝、泄洪建筑物、输水建筑物、电站厂房等。次要建筑物—失事后对下游没有灾害或对工程效益影响不大，如导流墙作桥护岸等（2）临时性建筑物—枢纽施工期间使用的建筑物，如：导流建筑物不同级别的水工建筑物不同的要求：不同级别的水工建筑物在规划、设计、施工管理方面的要求不同，级别越高，要求越高。主要表现为四个方面：抵御洪水的能力，结构的强度和稳定性，建筑材料，运行的可靠性。第二章水工结构上的作用荷载分类：水工建筑物的荷载按随时间的变异可分为三类：永久作用（基本荷载）、可变作用（基本荷载）、偶然作用（特殊荷载）。永久作用：建筑物及设备自重，地应力及围岩压力，土压力和淤沙压力，预应力可变作用：静水压力，动水压力，扬压力，水锤压力，浪压力，外水压力，风荷载，雪荷载，冰压力，冻胀力，活荷载，桥机和门机荷载，温度（变）作用，土壤孔隙水压力，灌浆压力偶然作用：地震作用，校核洪水位时的静水压力自重：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。坝面水压力：包括静水压力、动水压力、浪压力。静水压力，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。动水压力，溢流坝泄水，专门研究确定，溢流坝挑流反弧段根据动量方程计算。假定反弧段起始和末端两断面的流速相等，可求得总水平分力和垂直分力。扬压力由两部分组成：下游水深产生的浮托力，上下游水头产生的渗透压力。土压力：主动土压力、被动土压力、坝前泥沙压力。主动土压力和被动土压力仅部分岸坡或挡土坝段出现，坝前泥沙压力仅在存在淤积的坝段出现。泥沙淤积高程随时间增加而增加，需要确定淤积年限（50~100年）。由于逐年淤积，逐年固结，淤沙的容重和强度参数随时间而变，且随层而异，因此，计算困难。一般参照经验公式按土压力计算，斜面上的泥沙压力还应该考虑淤沙重力。浪压力：波浪遇坝反射，产生立波（超过浪高一倍）。首先计算浪高、波长、波浪中心线超出静水面的高度。深水波和浅水波：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。波峰所及高程决定坝高中要依据。冰压力：静冰压力，冬季水库表面结成冰盖，当气温升高时，冰层膨胀对坝面产生的挤压力。动冰压力，当冰盖破碎后发生冰块流动时，流冰撞击坝面而产生的冲击力。冰压力在高坝设计荷载中不起控制作用，特别是当水库操作频繁或冬季水位长期较低时，可忽略不计。但冰冻作用会破坏材料的耐久性。对低坝、闸墩、胸墙等结构，当冰层较厚或水库吹程不大时，是主要荷载，应予以考虑。地震作用：1地震惯性力，《水工建筑物抗震设计规范》规定按拟静力法计算。在静力法（地震力等于建筑物的质量与设计加速度的乘积，加速度沿建筑物高度不变）的基础上，考虑到地震时建筑物发生变形，加速度沿其高度分布是不均匀的，参照动力计算结果，将加速度沿建筑物高度的分布用某种简化的图形（梯形或折线形）来代替，使计算结果更接近实际。2地震动水压力3地震土压力单一安全系数法：基本荷载：出现概率较大的荷载（坝体及其永久设备的自重，正常蓄水位或设计洪水位的静水压力，正常蓄水位或设计洪水位的扬压力，泥沙压力，正常蓄水位或设计洪水位的浪压力，冰压力，土压力，相应于设计洪水位的动水压力，其他出现机会较多的荷载）特殊荷载：出现概率较小的荷载（校核洪水位时的浪压力，相应于校核洪水位的动水压力，地震荷载，其他出现机会很少的荷载，校核洪水位时的静水压力，校核洪水位时的扬压力）荷载组合有两种：基本组合（设计情况）水库处于正常运用情况下可能发生的荷载组合，由基本荷载组成。特殊组合（校核情况）水库处于非常运用情况下可能发生的荷载组合，由基本荷载+一种或几种特殊荷载组成。分项系数极限状态设计法：作用代表值：设计中用以验算极限状态所采用的作用量值，称为作用代表值。作用标准值是作用的基本代表值，是指设计基准期内可能出现的最大作用值。作用组合：当整个结构（包括地基和围岩）或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的功能要求时，称该特定状态为结构相应于该功能的极限状态。从工程结构设计的实际需要出发，极限状态可划分为“承载能力极限状态”和“正常使用极限状态”两类。结构设计状况：1持久状况：在结构正常使用过程中一定出现且持续期很长，一般与结构设计基准期为同一数量级的设计状况；2短暂状况：在结构施工（安装）、检修或使用过程中短暂出现的设计状况；3偶然状况：在结构使用过程中出现概率很小、持续期很短的设计状况。作用组合一般分为基本组合与偶然组合两类。持久状况和短暂状况下的作用效应组合为称为基本组合，它仅考虑永久作用与可变作用的效应组合；偶然状况下的作用效应组合为偶然组合，它是永久作用、可变作用与一种偶然作用的效应组合。第三章水工水力学问题和水力设计常用的消能方式：底流水跃消能，挑流消能，戽斗或跌坎面流消能（三滚一浪）。底流消能：是在泄水重力坝的坝趾下游设置一定长度的护坦，使过坝水流在护坦上发生水跃，通过水流的旋滚、摩擦、撞击和掺气等作用消能，以减轻水流对下游河床和两岸的冲刷。底流消能原则上可用于各种高度的泄水坝以及各种河床的地质情况，特别适用于地质条件差，河床抗冲能力低的情况。底流消能运行可靠，下游流态也比较平稳，对通航和发电尾水影响较小，但土石方开挖量和混凝土浇筑量一般都较大，故当技术上有可能采用挑流消能时，底流消能方案在经济对比方面往往不利。面流消能：面流消能是利用溢流末端的鼻坎将主流挑至下游水面。在主流下面形成旋滚的水体。其流速低于表面，且旋滚水体的底部流动方向指向坝趾，并使主流沿下游水面逐步扩散，不直接冲刷河床，达到消能防冲的目的。面流消能适用于下游水深较大，水位变幅较小，有漂木、排冰等要求的情况。面流消能主要靠表层主流波浪和底部旋滚的作用，消能效率不高，下游水面波动强烈。挑流消能挑流消能适用于水头较高，下游有一定水垫深度，基岩条件良好的情况。鼻坎挑流消能包括两个过程，一是空中消能，二是水垫消能。前者通过水舌在空中扩散、掺气、与空气摩擦消能，扩散越充分，掺气越多，消能效果越好；后者系水流跌入下游水中以后，形成强烈的旋滚区，并冲刷河床，但冲刷到一定深度，水流的余能便消耗于水滚的摩擦中，冲刷就不再继续加深。因此，下游水深愈大，对减轻河床冲刷愈是有利；水头愈大射程愈远，对坝的安全愈有保证。由于挑流消能具有结构简单、工程投资省、检修施工方便等优点，所以大多数岩基上的高坝泄水都采用这种消能方式。挑流消能设计内容包括选择挑流鼻坎型式、反弧半径、鼻坎高程和挑射角，估算水舌挑射距离和冲刷坑深度等。型式：连续式鼻坎，差动式鼻坎。戽流消能：戽流消能是在溢流坝趾设置一个半径较大的反弧戽斗，促使下泄水流在戽内形成旋滚，主流挑向下游水面，形成一种“三滚一浪”的典型流态，即戽内的旋滚，戽后的底部旋滚，主流涌浪及其后的表面旋滚，利用旋滚的摩擦，混掺作用达到消能防冲的目的。戽流消能适用于下游尾水深的变幅较小，无排冰、漂木要求，且下游河床和两岸有一定抗冲能力的情况。戽流消能的主要优点是工程量比底流消能小，冲刷坑比挑流消能浅，且不存在雾化问题。主要缺点是下游水面波动较大，易冲刷河岸，也不利于下游通航，底部旋滚可能将河床砂石带入戽内造成磨损。空化：溢流坝面在高速水流的作用下，由于外形轮廓设计不当或施工质量不好造成建筑物表面不平整，水流在贴近边界处可能产生负压，当水流中的压强低于饱和蒸汽压强时，便产生空化。空蚀：当空化水流运动到高压区时空泡就会破裂，这种破裂的过程极为短暂。但是，空泡溃灭时所产生的压力却很大，如果空泡溃灭靠近建筑物表面，则边壁会受到巨大的冲击力。这种冲击力超过结构表面材料颗粒的内聚力时，便发生剥离状的破坏，称为空蚀现象。减蚀措施：①合理设计过流体型，以改善水流流态，避免水流的分离、突变，使边界上不出现负压或者使负压较小，消除产生空穴的条件。②提高过流表面的平整度，要求严格控制施工质量，如果由于施工原因造成表面的不平整凸体或凹坑，要进行认真的磨平、填平处理。③采用工程措施，促使水流掺气减蚀，主要有挑坎掺气、跌坎掺气、掺气槽及坎槽结合等形式。④提高过流表面材料的抗蚀性能，采用高标号混凝土、钢纤维混凝土、硅粉混凝土、环氧砂浆及各种聚合材料等。第四章岩基上的重力坝重力坝的工作原理：稳定，依靠坝体自重在坝基面上产生摩阻力来抵抗水平水压力，以达到稳定的要求。应力，利用坝体自重在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力，以满足强度的要求。重力坝的特点1筑坝材料抗冲能力强，施工期可以利用较低的坝块或底孔导流。坝体断面形态适于在坝顶布置溢洪道和坝身设置泄水孔，一般不需要另设河岸溢洪道或泄洪隧洞。2结构简单，施工容易，有利于机械化施工。3对地形、地质条件适应性好，几乎任何形状的河谷都可以修建重力坝。对地基要求高于土石坝，低于拱坝及支墩坝。一般来说，具有足够强度的岩基均可满足要求，因为重力坝常沿坝轴线分成若干独立的坝段，所以能较好地适应岩石物理力学特性的变化和各种非均质的地质。4坝基面积大，扬压力的影响大，扬压力的作用会抵消部分坝体重量的有效压力，对坝的稳定和应力情况不利，故需采取各种有效的防渗排水措施，以削减扬压力，节省工程量。5剖面尺寸大，内部压应力小，材料强度不能充分发挥。6体积大，水泥用量大，水化热高，散热差重力坝的类型：实体重力坝，宽缝重力坝，空腹重力坝，预应力重力坝，装配式重力坝重力坝的设计内容：①总体布置，选择坝址、坝轴线和坝的结构型式，决定坝体与两岸其它建筑物的联接方式，确定坝体在枢纽中的布置。②剖面设计，根据安全、经济和运用等条件，参照已建成类似工程的经验，通过必要分析计算，确定坝的剖面形态和轮廓尺寸。③稳定分析验算，坝体在荷载作用下沿坝基面或地基中软弱结构面抗滑稳定的安全度，为剖面设计、地基处理和正常运行提供依据。④应力分析，计算坝体和坝基在荷载作用下的应力和变形，判定大坝在施工期及运用期是否满足强度和变形方面的要求。为其他设计(剖面设计、地基处理、结构布置、施工分缝等)提供依据。⑤构造设计，根据施工和运用要求确定细部构造，包括坝体材料选择及分区，坝内廊道布置及排水、防渗措施以及坝体分缝等。⑥地基处理，根据坝基的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。⑦泄水设计，包括溢流坝或泄水孔的孔口尺寸、体形、消能防冲及运行控制设计等。⑧监测设计，研究大坝在各种荷载和环境影响下的工作状态，对工程质量和建筑物的安全条件作出判断，以便采取相应的措施，保证运行安全可靠和提高经济效益。包括坝的内部和外部的观测设计。制定大坝的运行、维护和监视等方面的要求及规则。⑨施工设计，大坝的施工方法和施工组织设计。重力坝破坏模式：坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，包括沿坝与基岩接触面的滑动以及沿坝基岩体连续软弱结构面产生的深层滑动；在荷载作用下，上游坝踵以下的岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游岩体受压发生压碎区而引起倾倒滑移破坏。抗滑稳定计算：可见，滑动面倾向上游时，对坝体抗滑稳定有利；倾向下游时，对坝体稳定不利。在进行坝基开挖时，应尽量考虑这一影响。提高抗滑稳定性的措施：1将坝的迎水面做成倾斜或折坡形，利用坝面上的水重来增加坝体的抗滑稳定。适用于坝基摩擦系数较小的情况。过缓的坡度容易导致上游面出现拉应力（1：0.1~1：0.2）。2将坝基面开挖成倾向上游的斜面，增加抗滑力。但会增加开挖量。也可将坝基面开挖成若干段倾向上游的斜面，形成锯齿状，增加抗剪能力。3利用地形、地质特点，在坝踵或坝趾设置深入基岩的齿墙，增加抗力。有的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措施，降低扬压力。5利用预加应力提高抗滑稳定性，如预应力锚索加固。岸坡坝段：可采用灌浆封闭横缝，限制其侧向位移；将岸坡开挖成高差不大、宽度足够的平台，增加侧向抗滑力。应力分析的材料力学法：假定坝体水平截面上的垂直正应力呈直线分布，可按材料力学的偏心受压公式计算。结果在坝体上部2/3~3/4坝高范围内较准确，靠近坝基部分不能反映地基对坝体应力的影响，复杂部位也不能反映应力状态。当上游坝面倾斜时n>0，即使，但如，上游面主应力仍会成为拉应力。因此重力坝的上游坝面坡率n一般很小乃至为零，以防上游坝面出现主拉应力。重力坝受力特点：在空库时，坝踵处压应力最大，坝趾处压应力最小，甚至出现拉应力。在满库时，坝趾处压应力最大，坝踵处压应力最小，甚至出现拉应力。非荷载因素对坝体应力的影响：1地基变形对坝体应力的影响：坝体和基岩的弹性模量之比在1~2的范围内较合适。2地基不均匀对坝体应力的影响，上游坝踵地基刚度较大，可能产生拉应力；相反，下游坝趾地基刚度较大，有利于改善坝踵应力。宜将下游坝趾布置在较坚硬的岩石上。3施工纵缝对坝体应力的影响，当n=0，即上游为铅直坝面时，不考虑纵缝与考虑纵缝的自重应力基本相同；当n>0上游坝面为正坡时，考虑纵缝时上游坝踵的自重应力减小了，与水压力引起应力叠加的结果，使坝踵处应力状况明显恶化，可能发生拉应力。因此上游坝坡不宜过缓；当n<0，上游坝面形成倒坡时，考虑纵缝影响时上游坝踵的自重应力增大了，与水压引起的应力叠加结果，对坝踵处应力却很有利。重力坝的剖面设计：拟定基本剖面，核算、修改，确定剖面。1.基本剖面，在主要荷载作用下，满足坝基面稳定和应力控制条件的最小三角形剖面。任务：给定坝高H，求最小坝底宽度B，即确定三角形的上下游坡度。2.实用剖面，根据运用要求（如坝顶超高、构造、交通等），由基本剖面修改而成的剖面。3.剖面形态，非溢流重力坝(a)适用于坝基抗剪强度较高且有防渗排水设施、由应力控制剖面尺寸的情况；(b)适用于坝基抗剪强度较低、由稳定条件控制剖面的情况；(c)应用较多，既可利用部分水重帮助坝体稳定，又便于进水口的设备安装和操作；(d)把基本三角形的顶点适当提高，它保留了(a)的特点，在坝高及剖面面积相同的情况下底宽较小，当下游水位高时能显著减小扬压力，但在库空遇上地震的情况下，下游面易出现较大的拉应力。溢流重力坝(a)直接以基本三角形的上、下游坡与溢流面曲线相切而成的实用剖面。(b)地基较差，且孔口溢流水头较大，堰顶高程较低，堰顶以上去掉的体积较多，影响坝体的稳定时，可考虑将下游坝坡略为放缓。(c)将三角形顶点略为抬高而仍保持下游坡为基本三角形的原坡度溢流重力坝就采用这种结构形式。(d)当由于溢流要求，按水力条件拟定的溢流坝剖面较为宽厚，超出基本三角形剖面较多，为节省工程量并满足泄水条件，可考虑下游溢流面与基本三角形下游坡斗一致，而将上游面顶部做成悬臂状。溢流坝:是将溢流孔设于坝顶，泄洪时水流以自由堰流的方式过坝，其泄流量与堰顶水头的3/2次方成正比，即随着库水位升高，泄量也迅速加大，所以当遭遇意外洪水时，超泄能力较大。坝身泄水孔:是将泄流进口布置在设计水位以下一定深度的部位。按孔口设置的高程分为中孔和深孔(底孔)，前者进口位于坝体的中部，后者位于坝体的下部。按孔内水流状态又可分为有压泄水孔和无压泄水孔两种。有压泄水孔指高水位闸门全开泄水时整个孔道都处于满流承压状态；无压泄水孔指泄水时除进口附近一段有压外其余各部分都处于明流无压状态。重力拱坝的溢流面：可由堰顶曲线段、中间直线段及下部反弧段组成。混凝土的耐久性：抗渗性：抗渗标号表示W，由渗透坡降确定。渗透坡降是指单位渗径长度上的水头损失。抗冻性：抗冻标号表示F，混凝土在饱和状态下，经受多次冻融循环而不破坏、也不严重降低强度的性能。抗冻性好的混凝土，抗风化能力强，故在温暖的地区也有此要求。抗磨性：混凝土抵抗高速水流或夹沙水流的冲刷、磨损的性能，尚无明确标准，一般用提高抗压强度来处理（高标号硅酸盐大坝水泥，C20级以上），且骨料坚硬、振捣密实。抗侵蚀性：混凝土抵抗环境水侵蚀的性能，尚无明确标号，一般选择适当品种水泥和骨料。如矿渣水泥或火山灰水泥。温度应力和温度裂缝：混凝土温度发生变化，其体积随之热胀冷缩，当混凝土块体受到约束、不能自由伸缩时，就产生温度应力；当拉应力超过混凝土抗裂强度时，就产生裂缝。1基础温差引起的应力和裂缝。2坝块内外温差引起的应力和裂缝混凝土块体在温度发生变化时，其温度分布是不均匀的。表面与周围环境易热交换，内部温度高于外部，内部混凝土膨胀较快，表层膨胀较慢（甚至收缩）。内部混凝土的膨胀受到约束，产生压应力，而外部混凝土受到内部混凝土的约束，产生拉应力，若拉应力超过混凝土的抗拉强度，就产生裂缝。一般只发生在表层，不甚重要。防止温度裂缝的措施：温度裂缝对坝体的危害性视其发展深度和出现的位置而不同。平行于坝轴线的贯穿性裂缝，破坏坝的整体性；在上游面出现的裂缝会加剧渗漏，使混凝土遭受溶蚀，且扬压力增大，对坝的应力和稳定不利；溢流坝面的裂缝将降低抵抗高速水流冲刷的能力；较深的表面裂缝也在一定程度上降低坝的整体性和耐久性。温度应力取决于温差及约束条件。因此，防止坝体温度裂缝的措施，主要有加强温度控制、提高混凝土的抗裂强度、保证混凝土的施工质量和采用合理的分缝、分块等方面。温度控制措施：①减少混凝土发热量②降低混凝土入仓温度③加速混凝土热量散发④防止不利气温影响，保护混凝土表面横缝及止水：横缝垂直于坝轴线，将坝体沿坝轴线分成若干个坝段，是永久缝。缝面为平面，不设键槽，不灌浆，使各坝段独立工作。缝宽1~2cm，缝内用沥青油毛毡或沥青玛蹄脂填充。缝内上游设止水。纵缝和水平施工缝：纵缝平行于坝轴线，是为适应混凝土的浇筑能力和减小施工期温度应力而设置的临时缝。纵缝有垂直纵缝、斜缝、错缝三种布置。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，使坝段成为整体。缝面设键槽。坝基开挖清理：高坝应挖到新鲜或微风化下部的基岩；中坝宜挖到微风化或弱风化下部的基岩；对两岸地形较高部位的坝段，其开挖基岩的标准可比河床部位适当放宽。坝基开挖的边坡必须保持稳定；在顺河方向，不宜开挖成向下游倾斜的斜面，必要时可挖成分级平台或向上游倾斜面；两岸岸坡应开挖成台阶形，以利于坝块的侧向稳定；基坑开挖轮廓应尽量平顺，避免有高差悬殊的突变，以免应力集中；当地基中有软弱夹层存在，且用其他措施无法解决时，也应挖除。为保持基岩完整、避免开挖爆破震裂，基岩应分层开挖。基岩开挖后，在浇筑混凝土前，需进行彻底的清理和冲洗，清除松动的岩块，打掉突出的尖角。基坑中原有的勘探钻孔、井、洞等均应回填封堵。固结灌浆：浅孔低压灌注水泥浆的加固处理。目的：①提高岩体的整体性和弹性模量，减少基岩受力后的变形，并提高基岩的抗压、抗剪强度；②降低坝基的渗透性，减少渗漏量；③帷幕旁边的固结灌浆可提高帷幕的灌浆压力。帷幕灌浆 ：靠近上游坝基设一排或几排钻孔，利用高压灌浆填塞基岩内的裂隙和孔隙等渗水通道，在基岩中形成一道相对密实的阻水帷幕。目的：①降低坝基的渗透压力，减少渗流量；②防止坝基内产生机械或化学管涌。帷幕深度根据基岩的透水性、水头、降低渗压的要求确定。一般达到相对不透水层，需专门研究。两岸帷幕：减少两岸绕坝渗流的不利影响，保证岸边坝块稳定。达到相对不透水层，与坝基防渗帷幕形成封闭防渗系统。坝基排水系统：目的：收集并排走由地基渗透过来的水，进一步降低坝基扬压力。因为：坝基虽然已经进行帷幕灌浆，但并不能完全截断渗流。软弱破碎带处理：目的：提高力学性能，防止坝基承受荷载时因局部承载能力低而使坝体产生应力集中、不均匀沉陷或滑动失稳；提高软弱带的抗渗能力，以防止库水沿软弱带发生严重渗漏、管涌或增加坝基扬压力。宽缝重力坝：(1)坝基扬压力减小，坝体混凝土减少10~20%(2)坝段内部减薄，材料强度能较好利用(3)天然散热面，有利于温控(4)宽缝有利于观测和检查(5)模板增加，施工复杂（有倒悬）(6)气温变化剧烈，易产生裂缝，严寒地区保温空腹重力坝(1)坝基扬压力减小(2)空腹内可设厂房(3)前后退分别浇筑，天然散热，有利于温控(4)前腿深嵌，有利于稳定(5)有利于检查、检测(6)可加快前期施工(7)结构复杂，施工复杂，设计难度加大(8)钢筋用量大，模板多碾压混凝土坝RCCD：既具有混凝土体积小、强度高、防渗性能好、坝身可溢流等特点，又具有土石坝施工程序简单、快速、经济、可使用大型通用机械的优点(1)构造简单（通仓浇筑、不分缝）(2)水泥和模板用量省（超干硬性混凝土）(3)施工速度快（连续浇筑）。(4)工程造价低第一章拱坝拱坝的工作原理：拱坝是拱向上游三向固定的空间壳体挡水建筑物,它将水压力、泥沙压力的大部分通过拱的作用传到两岸岩体，而将另外的通过悬臂梁的作用传给底部基岩。它不象重力坝那样依靠自重来维持稳定，而是由两岸岩体的支撑和砼的抗压强度来维持拱坝的稳定和安全。经济中心角：中心角愈大，拱圈厚度愈小，说明中心角愈大，材料强度可得到充分利用，对应力有利；反之，拱圈中心角减小，半径愈大，拱作用减弱，要求加大拱圈厚度。加大中心角使拱圈弧长增加，在一定程度上会抵消一部分由减小拱厚所节省的工程量。所以从节省工程量的角度存在一个经济中心角，即单位高度拱圈的工程量最小时所对应的中心角。设单位高度拱圈工程量为V时有最大值，，此即经济中心角。这是按圆筒公式推得的，工程实际中，中心角时拱截面不出现拉应力。从经济和应力角度考虑，采用较大中心角有利但拱端轴力方向将向顺岩坡等高线方向偏转，对坝肩稳定不利。拱坝布置的一般步骤：1）根据坝址地形地质资料，绘出坝址新鲜基岩面等高线图，综合考虑地形、地质、水文、施工及运用条件选择适宜的拱坝坝型，并拟定出拱冠梁剖面。2）利用新鲜基岩等高线，综合考虑应力和坝肩稳定两方面的要求，定出拱圈形式，试定顶拱轴线的位置。尽量使拱轴线与等高线在拱端处的夹角不小于35ο，同时应使顶拱对称中心线尽可能对称于河谷两岸，左半中心角与右半中心角之差5ο，并使两端夹角大致相近，按适当的中心角和坝顶厚度画出顶拱内外缘弧线。3）根据初拟的拱冠梁剖面尺寸，选取5~10层拱圈，绘制各层拱圈平面图，各层拱圈的圆心在平面上的连线尽可能对称于河谷可利用基岩面等高线，在立面上，这种圆心连线应是光滑的曲线。4）每层拱圈的两拱端与岩基的接触原则上应做成全径向拱座，使拱端推力接近垂直于拱座面，以减小向下游滑动的剪力。5）自对称中心线向两岸切取若干个垂直梁剖面，检查各剖面轮廓是否连续光滑，倒悬度是否满足要求，若不满足要求，应适当修改拱圈的半径、中心角及圆心位置，直至满足要求为止。6）按上述初拟的坝体形状和尺寸，进行坝体应力分析和坝肩稳定核算，如不满足要求，应重复上述步骤修改尺寸并布置。7）计算坝体工程量，作为不同方案比较的依据。温度荷载a.定义：是指运行过程中任一时刻坝体空间温度场与封拱温度之差。b.封拱温度的确定，封拱温度是坝体温升、温降的计算基准。当t>t封时：坝体膨胀，坝轴线伸长，使坝体向上游变形，拱端上游侧和拱冠下游侧受压，产生的弯矩和剪力的水压影响相反，轴力与水压影响相同。当t103×k防渗体。→经过防渗体后，迅速降低浸润线；(3)有良好级配：级配连续；不均匀系数η=d60/d10≈30～100；(4)土质：级配良好的无粘性土（砂、砾石、卵石、碎石等），料场开采的石料、开挖的石渣。排水、反滤层对土石料的要求（1）质地致密，抗水性和抗风化性满足要求（2）具有要求的级配（3）具有要求的透水性（4）反滤料和排水体料中粒径小于0.075mm的颗粒含量应不超过5%（5）材料：反滤料应尽量采用天然砂砾筛分，也可用人工砂和碎石；3级低坝经过论证可采用土工织物作为反滤层。土石坝渗流分析的任务1确定坝体浸润线及其下游逸出点的位置，绘制坝体和坝基内的流网图；为稳定分析、应力应变分析及排水设备选择提供依据；2确定坝体与地基渗流量；用于估计水库渗漏损失并校核坝的排水尺寸；3确定在下游坝坡或地基出逸处的渗透坡降以及不同土层之间的渗透坡降；用于验算抗渗稳定性；4确定库水位骤降时上游坝壳内浸润线位置获孔隙水压力；供上游坝坡稳定分析用;5确定坝肩的等势线、渗流量和渗透坡降。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。（1）管涌: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；（2）流土: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；（3）接触冲刷:顺着两种土壤的接触面的渗流对接触面颗粒的冲刷；（4）接触流失:渗流垂直于渗透系数相差较大的两相邻土层的接触面流动时，将渗透系数较小土层中的细颗粒带入渗透系数较大的另一土层。防止渗透破坏改善渗透稳定性的工程措施1提高土的抗渗性：土料设计时需考虑；2降低渗透坡降：设置水平与垂直防渗体，调整防渗结构的型式和尺寸；3降低下游渗流出口处的渗透压力：设置排水沟或减压井；4对可能产生流土的地段加盖重，盖重与被保护土体之间也要设反滤层。反滤层(1)反滤层的主要作用：排水滤土，防止坝体和坝基在渗流逸出处产生渗透破坏；(2)坝的反滤层必须符合下列要求：使被保护土不发生渗透变形；渗透性大于被保护土，能通畅地排出渗透水流；不致被细颗粒淤塞失效；在防渗体出现裂缝的情况下，土颗粒不会被带出反滤层，能使裂缝自行愈合。土石坝失稳破坏状态通常有三种形式：滑坡：由于坝坡过陡或筑坝土料抗剪强度不够，使某一滑动面以上土体所受滑动力或滑动力矩超过了其下相应土体可能施加的抗滑力或抗滑力矩；由于坝基土体抗剪强度不够，使部分坝体连同坝基一起滑动，尤其当坝基有软弱夹层时，滑动往往在该层发生。液化：易发生在由不紧密均匀细砂构成的坝体或坝基中。发生的原因：饱和松砂受振动或剪切而发生体积收缩，但孔隙中的水分不能立即排出，砂砾相互接触的有效应力部分或全部转化为没有抗剪强度的孔隙水压力，砂粒就随水流动而“液化”。塑性流动：指坝体或坝基土的剪应力超过土体实有的抗剪强度，变形远超过弹性限值，失去承载能力，坝坡或坝脚土被压出或隆起，或坝体、坝基发生严重裂缝，过量沉陷等情况。坝体或坝基由软粘土构成又设计处理不当时才会出现这种现象。提高坝坡抗滑稳定的工程措施1加大断面，放缓边坡；2提高坝体填筑标准；3合理减压——减小下滑力和滑动力矩；设加压重——增加抗滑力和抗滑力矩；4提高导渗、排水。土石坝裂缝的成因和种类：1干缩、冻融裂缝干缩裂缝：由于土体表面失水干缩但受到内部不收缩土体的约束而产生拉应力，形成的裂缝。 冻融裂缝：冻土收缩但受到内部未降温土体的约束而产生的裂缝。都是表层裂缝，呈龟裂状，纵横交错，一般不至于威胁坝的安全。常发生于含水量较高的细粒土体中。2变形裂缝由不均匀沉降引起，是破坏坝体完整性的主要裂缝，防渗体中的拉伸缝，对坝的危害性较大。根据裂缝的走向和位置可分为：a棕向裂缝b横向裂缝缝的走向垂直于坝轴线，是由于坝体在坝轴线方向的不均匀沉降引起的。横缝常贯穿防渗体，危害很大。c水平裂缝多发生于较薄的心墙坝中，是由于心墙的拱效应引起的内部裂缝，危害大。3滑坡裂缝4水力劈裂缝是由于孔隙水压力的作用而使土体局部有效应力减小至小于0时拉伸破坏所引起的垂直或水平裂缝，多发生于水库初次蓄水时，危害性很大。拱效应使心墙的垂直正应力小于该处的孔隙水压力时，会因水力劈裂作用而产生裂缝；心墙的“拱效应”由于坝壳的非粘性土沉降速度快，较早达到稳定。心墙由于固结速度慢，沉降还在继续。坝壳通过心墙接触面的摩擦力作用阻止心墙继续沉降，形成心墙的拱效应。拱效应使心墙的垂直应力减小，如果拱效应过大，而使心墙的垂直应力变为拉应力时，便会出现水平裂缝。土石坝裂缝防治设计方面：1纵剖面：注意与刚性建筑物的连接。2横剖面：考虑相邻土料的差异。采用斜心墙型式，可使坝壳对心墙的拱效应大为减弱；如果相邻土料颗粒级配相差太大，在它们之间应设置过渡层。3土料设计要求。施工方面施工时要严格控制密实度、含水量和土料颗粒组成。运行管理方面1挖除回填2灌浆处理:对深层裂缝采用低压灌浆处理，并注意防止水力劈裂，浆液采用粘土水泥浆或粘土浆。3设置混凝土或粘土防渗墙:裂缝严重时，可设置从坝顶直达基岩的防渗墙；4对于滑坡裂缝，可采用反压盖重、加强排水及放缓边坡等措施。排渗减压措施对于砂砾坝基除了采取防渗措施外，尚需针对不同防渗方案，相应采取各种排渗措施，安全排泄渗水，降低坝基扬压力，必要时可在下游坝趾设透水盖重，保证坝基渗流稳定。对于垂直防渗方案，砂砾层渗水被完全截断，坝基渗流得到较彻底控制，下游排渗措施可适当简化；而水平铺盖由于砂砾覆盖层未被截断，一般应在下游设水平褥垫排水、反滤排水沟、减压井或透水盖重等。水平褥垫排水:适用于均质或上层透水性大于下层的双层地基。反滤排水沟:适用于砂砾覆盖层为双层结构，且上层比下层透水性小，同时上层又不厚的情况。减压井:适用于表层弱透水层比较厚，挖反滤排水沟不经济，或属多层坝基的情况。第七章河岸溢洪道泄槽设计工作特点:在溢流堰后用泄槽与消能段相接，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，因此又称其为陡槽。纵剖面布置:一般为陡槽（i>ik），有时为适应地形条件，泄槽由若干段变坡段组成，尽量使坡度由缓变陡，分段也不宜过多，在变坡处采用抛物线连接。通常i=1%~5%，有时可达10%~15%。泄槽边墙的实用高度=ha+（0.5~1.5）m。泄槽水深应加上高速水流自掺气导致的水深加大，则考虑掺气后的水深平面布置:为避免产生冲击波，应优先考虑等宽、直线、对称布置。也有扩散式、收缩式、束腰式布置。泄槽不得不设弯段时，应将弯段布置在纵坡比较平缓的地段（流速较低段），并采用较大的转弯半径。具体设计时常采用槽底超高法——使重力的分力与离心力平衡，使流量分布均匀并适当改善流态。断面型式:在岩基上一般接近矩形断面；土基上用梯形较多，边坡不宜太缓(不宜缓于1：1.5)以防止水流外溢和对流态不利，一般应做衬砌。泄槽高流速段减免空蚀的措施:当水流的流速超过35m/s时，应设置掺气设施（掺气槽掺气坎等）向水流中掺气以提高低压区压力，减小空化的可能性，并缓冲空泡溃灭时对边壁的冲击破坏作用，防止空蚀。第八章水工隧洞衬砌的作用：保证围岩稳定，承受围岩压力、内水压力及其他荷载；防止隧洞漏水；防止围岩被冲刷、风化、侵蚀而被破坏；减小隧洞表面糙率，改善水流条件，减小水头损失。洞身衬砌的形式按衬砌结构形式分为：抹平衬砌：用混凝土、喷浆及浆砌石做成的护面，不承受荷载。单层衬砌；组合衬砌；预应力衬砌。喷锚支护是一种可替代一般衬砌的支护技术：与围岩协同工作并增加围岩本身承载能力；喷混凝土的厚度远小于常规混凝土衬砌的厚度。衬砌所受的荷载有：（1）岩体对衬砌施加的山岩压力（围岩压力）；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山岩压力；山岩压力对衬砌而言是主动荷载。（2）衬砌自重；（3）内水压力；（4）外水压力；（5）灌浆压力；衬砌建造过程中，要进行顶拱部分的回填灌浆，压力一般为0.2~0.5MPa，还常对围岩进行固结灌浆，压力一般为0.3~1.0MPa。回填灌浆压力与衬砌自重的组合，可能成为衬砌结构计算中施工期的主要荷载组合情况。（6）一般不考虑温度荷载及地震荷载；（7）岩体可能对衬砌产生弹性抗力。当衬砌受内水压力等荷载作用，有指向围岩的变形趋势时，会受到围岩的限制而产生反作用力，即弹性抗力；弹性抗力是一种被动力，能协助衬砌分担外荷载，是有利的。'