水工建筑物复习重点

水工建筑物复习重点内容摘要：

软弱夹层、溶洞等不良地质的处理。 答固结灌浆的目的：增强基岩的整体性和强度，降低地基的透水性。 固结灌浆的布置位置：①应力较大的坝踵和坝趾；②裂隙发育和破碎带范围内。 帷幕灌浆的目的：降低坝底渗透压力 ,防止坝基产生管涌 ,减少坝基渗流量。 帷幕灌浆的位置：坝轴线的上游面区域，自河床向河岸延伸。 答坝基排水主要措施：于帷幕稍下游设置排水孔幕。 目的在于进一步降低扬压力。 答缓倾角顺流走向断层：浅者清除，深者形成顶赛、斜塞、水平塞骨架陡倾角顺流走向断层：顶部设砼塞。 缓倾角横流走向断层：选址应避免。 陡倾角横流走向断层：选址应避免，无法避免则加大砼塞。 答软弱夹层的影响：软弱夹层较薄，遇水易泥化、软化，使坝基抗剪强度降低，影响坝体抗滑稳定性。 处理方法：①对于浅埋夹层采用明挖换基，即挖去夹层回填砼的方法；②对于埋深较浅的深埋夹层可采用坝踵做砼深齿墙以切断夹层的方法；③ 对于埋深较深的深埋夹层可采用于夹层做砼塞、坝趾后设深齿墙、坝趾下游岩体埋设预应力锚索等措施。 答满足的性能：强度、抗渗、抗冻、抗冲刷、抗侵蚀、抗裂等性能。 采用组成：水泥、掺合剂、外加剂、粗骨料、细骨料、水 答分区的目的：坝体各部位的工作条件不同，对砼各种性能要求各不同，为了节约和合理利用水泥，常将坝体砼分区，各区可采用不同标号的砼。 分缝有以下类型：⑴横缝，含永久性横缝和临时性横缝。 分横缝的目的：横缝将坝体分成若干独立工作的坝段，可减少温度应力、适应地基不均匀变形和满足施工要求。 ⑵纵缝，含铅直 纵缝、斜缝和错缝。 设纵缝的目的：适应砼的浇筑能力；减少施工期的温度应力。 ⑶水平施工缝。 水平施工缝的目的：适应砼的浇筑能力；减少施工期的温度应力 答为了满足灌浆、排水、观测、检查、交通等要求，需在坝体内布置各种不同作用的廊道，且相互连通，形成廊道系统。 答碾压砼是采用自卸汽车或皮带输送机将超干硬性砼运到仓面，以推土机平仓，振动碾压实的筑坝新方法，是将土石坝施工的碾压技术应用到砼重力坝的一种筑坝方法。 采用碾压砼修筑的重力坝称为碾压混凝土重力坝。 碾压混凝土与常态混凝土相比的优点：①工程程序简单，施 工速度快；②胶凝材料用量少；③水热化温升大大降低，简化了温度控制程序；④不设纵缝，节省了模板和接缝灌浆的费用；⑤可使用大型通用机械设备，提高砼的运输和浇筑工效；⑥降低工程造价。 答浆砌石重力坝的优点：①就地取材，节约水泥；②水热化温升低，可不进行温度控制、不设纵缝、坝段长；③节省模板，减少脚手架，模料用量少，减少了施工干扰；④施工技术容易掌握 ,施工安排灵活 ,缺少施工机械时可人工砌筑。 浆砌石重力坝的缺点：①人工砌筑的质量易不均；②石料的修整和砌筑难以机械化，需大量人力；③砌体防渗性能差，需专设防渗设施 ；④工期长。 防渗设施主要有：①砼防渗面板或防渗墙；②水泥砂浆勾缝的浆砌石防渗层；③钢丝网水泥喷浆护面 答浆砌石重力坝的材料主要有石料和胶结材料，其中石料有块石、粗料石、细料石等，胶结材料有水泥砂浆和小石子砂浆 (细骨料砼 )等。 为了充分利用砼的抗压强度，将实体重力坝横缝下部扩宽成为空腔的重力坝，称为宽缝重力坝。 答宽缝重力坝的优点：①渗透压力显著降低，作用面积也减小；②坝体砼方量较实体坝少 10～ 20％；③增加了坝体的侧向散热，加快了散热进程；④便于观测、检查和维修。 宽缝重力坝的缺点：①立模较复 杂，且模板用量增加；②分期导流不便；③在严寒地区，宽缝需采取保温措施。 答空腹重力坝：坝体内沿坝轴线方向设有较大空腔的重力坝。 空腹重力坝的优点：①空腔坝基不设地板 ,可减少扬压力 ,砼用量减少 20％左右；②减少坝基开挖量；③坝体前后腿嵌入岩体 ,增强稳定；④前后腿应力分布均匀 ,坝踵压应力较大；⑤便于砼散热；⑥坝体施工可不设纵缝；⑦便于检测和检修；⑧空腔可布置电站厂房。 空腹重力坝的缺点：①施工复杂；②钢筋用量大；③如空腔内布置厂房 ,施工干扰大。 答支墩坝：由一系列支墩和挡水面板组成的重力坝。 支墩 坝的结构形式：①大头坝：支墩上游端两侧扩大 ,形成悬臂大头 ,大头间紧贴挡水。 ②连拱坝：由一系列紧连的拱筒挡水 ,并与支墩连成整体。 ③平板坝：由平面板简支在支墩上挡水。 答⑴大头坝的支墩形式：①开敞式单支墩；②封闭式单支墩；③开敞式双支墩；④封闭式双支墩。 ⑵单支墩大头坝的头部形式：①平头式；②圆弧式；③折线式。 ⑶双支墩大头坝的头部形式：一般采用折线式 四章 1 拱坝对地质地形要求：左右岸对称；岸坡平顺突变；在平面上向下游收缩的峡谷段，坝端下游侧有足够的岩体支承。 2 答拱坝的特点⑴拱坝是固结于基岩的空间壳体结 构；⑵坝体结构具有拱和梁双重作用；⑶坝体稳定主要依靠两岸拱座 ,其次依靠自重；⑷拱为推力结构，拱内弯矩小 ,应力分布均匀 ,材料强度得到充分发挥；⑸拱和梁具有自行调整应力分布的功能；⑹坝肩岩体的稳定性是影响拱坝安全的主要因素；⑺拱坝坝身不设永久伸缩缝，温度变化和岩体变形对坝体应力影响比较显著，温度作用为一主要荷载；⑻既可坝顶溢流，也可坝身孔口泄流；⑼施工质量、材料强度、防渗等要求严格。 与重力坝相比特点 1) 拱坝是一种推力结构，拱圈截面上主要承受轴向压应力，弯矩较小，有利于充分发挥坝体混凝土或浆砌石材料抗压强度，重 力坝以受弯曲为主的静定结构 2) 与重力坝利用自重维持稳定不同，拱坝将外荷载的大部分通过拱作用传至两岸岩体，依靠两岸坝肩岩体维持稳定 3) 自重和扬压力降为次要荷载，温度荷载和地基变形将对应力产生较大影响。 3 拱坝类型曲率分：单曲拱坝；双曲拱坝水平拱圈分：圆弧拱坝；多心拱坝；变曲率拱坝（椭圆拱坝，物线拱坝） 左右对称的 V形河谷最宜发挥拱的作用 V形河谷靠近顶部虽然跨度较大但水压强度小，因而厚度可较薄，在靠近底部水压强度最大，但拱跨短，因而厚度仍可较薄，这样整个坝体都可做得较薄，拱内力主要是轴力，弯矩较小，因 此利用砼的抗压能力大的特性将巨大的水平水压力通过较薄的水平拱圈传给两岸山体。 6 拱坝的荷载主要：静水压力，动水压力，温度荷载，自重，扬压力，泥沙压力，浪压力，冰压力和地震荷载等。 7 拱坝在稍低于年平均温度时进行封拱建成后有利于降低坝体拉应力，避免频繁出现温升温降对坝体的应力以及坝肩稳定造成不利影响。 8 温度变化对拱坝内力及坝肩稳定的影响。 当坝体温度低于封拱温度称温降，拱圈将缩短并向下游变位，由此产生弯矩，剪力及位移的方向都与库水压力作用下所产生的弯矩、剪力及位移的方向相同，对坝体应力不利。 当坝体温度高于封拱 温度时称温升，将使拱端推力加大，对坝肩稳定不利。 9 拱坝平面布置形式等半径拱坝，等中心角拱坝，变半径，变中心角拱坝，双曲线拱坝。 10 拱坝布置要求①基岩轮廓线连续光滑②坝体轮廓线连续光滑步骤①根据坝址地形地质图和地质查勘资料，定出开挖深度，画出可利用基岩面等高线地形图②在地形图上，拟定顶拱轴线位置③初拟拱冠梁剖面尺寸④切取若干铅直剖面，检查轮廓线是否光滑连续⑤进行应力计算和坝肩岩体抗滑稳定校核⑥将坝体沿拱轴线展开，绘成拱坝上游下游展视图，显示基岩面的超伏变化对突变处应采取消平或填塞措施⑦计算坝体工程量，作为 不同方案比较的依据。 11 拱坝坝肩稳定分析常用方法刚体极限平衡法基本假定：①将滑移体视为刚体，不考虑各部分间的相对位移②只考虑滑移体上力的平衡，不考虑力矩的平衡③忽略拱坝的内力重分布的作用，认为作用在岩体上的力系为定值④达到极限平衡状态时，滑裂面上剪力方向将与滑移的方向平行，指向相反，数值达到极限值。 12 拱坝坝肩岩体滑动面形式在坝上游面的基础内存在着陡倾角的上游拉裂面；滑移体内侧由于存在着陡倾角的节理裂隙，软弱层面等形成侧向滑裂面，滑移体底部由于存在着缓倾角的上述结构面。 13 坝肩局部整体稳定性不满足要求 工程措施①通过挖除某些不利的软弱部位和加强固结灌浆等坝基处理措施来提高基岩抗剪强度③深开挖，将拱总原则嵌入坝肩深处，可避开不利结构面及增大下游抗滑体重量④加强坝肩帷幕灌浆及排水措施，减小岩体内的渗透压力⑤调整水平拱圈形态采用三心圆拱或抛物线等扁平的变曲率拱圈，使拱推力偏向坝肩岩体内部⑥如坝基承载力较差，可采用局部扩大拱端厚度，增设推力墩或人工扩大基础等措施。 14 拱坝坝身泄流方式 1 自由跌流式，落水点距坝趾较近适用于基岩良好，单宽泄流量较小，坝体较薄的双曲拱坝或小型拱坝 2 鼻坎挑流式：落水点距坝趾较远，泄流量大 ，结构复杂，施工困难。 适用于坝体较高，单宽流量较大的情况 3 滑雪道式：落水点距坝趾较远，落差大，挑距远，泄量大，拱坝较薄。 结构复杂，施工困难适用于泄洪量大、坝体较薄的拱坝枢纽中4 坝身泄水孔式：压力流，流速大，挑距远，结构复杂，施工困难。 适用于坝体较高的拱坝。 15 拱坝泄流特点①流过坝后向心集中，水舌入水处单位面积能量大，造成河床集中冲刷②拱坝河谷一般较窄，当泄流量集中在河床中部时，两侧形成强力回流，淘刷岸坡，消能防冲设计比须严格。 16 拱坝消能形式①跌流消能②挑流消能③底流消能 18 拱坝坝体分缝坝体不设永久性 横缝，为便于施工期间混凝土散热和降低收缩应力，防止混凝土产生裂缝，需分段浇筑，各段之间应设收缩缝，收缩缝有横缝、纵缝。 接缝处理应预埋灌浆系统。 19 拱冠梁法按中央悬臂梁与若干层水平拱在其交点变位一致的原则分配荷载的拱坝应力分析方法。 沿坝高选取 5~7 层水平拱圈，仅考虑承受径向荷载，假定荷载沿拱圈均匀分布。 适用于对称的拱坝，是一种近似的应力分析方法 20 拱梁分载法用于拱坝应力分析的基本方法，把拱坝看成由一系列水平拱圈和铅直梁所组成，荷载由拱和梁共同承担，各承担多少荷载由拱梁交点处变位一致条件决定。 荷载分配后，梁 按静定结构计算应力，拱按纯拱法计算应力 答拱坝的特点⑴拱坝是固结于基岩的空间壳体结构；⑵坝体结构具有拱和梁双重作用；⑶坝体稳定主要依靠两岸拱座 ,其次依靠自重；⑷拱为轴向受力 ,应力分布均匀 ,材料强度得到充分发挥；⑸拱和梁具有自行调整应力分布的功能；⑹坝肩岩体的稳定性是影响拱坝安全的主要因素；⑺温度作用为一主要荷载；⑻既可坝顶溢流，也可坝身孔口泄流；⑼施工质量、材料强度、防渗等要求严格。 理想地形：①两岸对称，岸坡平顺无突变，逐渐收缩的峡谷段；②坝体两侧具有足够的岩体支撑。 理想地质：①基岩比较均匀、坚固完整 、强度足够；②基岩能抵抗水的侵蚀、耐风化；③岸坡稳定、没有大断裂。 答 V形河谷：最易发挥拱作用，底部水压力大，但拱跨短，拱较薄。 U形河谷：底部水压力大，但拱跨长，拱作用显著降低，拱较厚。 答中心角越大，拱圈厚度越薄。 一般可用公式 表示。 答拱坝主要有单曲拱和双曲拱两种形式。 对于单曲拱：①对于上下相差不大的矩形河谷 ,各高程拱圈跨度和中心角相差不大 ,可用定圆心、定外弧半径、变内弧半径的以增加厚度的拱形。 ②对于上宽下窄的河谷 ,各高程拱圈跨度和中心角相差较大 ,可用定外弧圆心和半径、变内弧圆心和半 径以增加厚度。 ③上游面铅直，仅水平面曲线，称单曲拱。 其特点是施工简便，上游面铅直有利于布置泄、排水设施的控制设备。 对于双曲拱：①对于 V 形河谷，如仍采用单曲拱会使底部中心角过小而加大拱厚 ,为使上下中心角差异不大，可将下部的内外弧半径逐渐减小；②坝体在水平面和铅直面均成曲线，成双曲线。 其特点是①适应河谷广；②梁具有拱的作用③水压应力与自重应力相反；④水压位移与梁位移趋势相反。 答水压和温度变化引起的总变位中，温度变位占 1/3~1/2，温度作用为主要荷载之一。 温降对坝体应力不利：温降时，轴线收缩，坝体下移， 产生的弯矩和剪力与水压作用相同，与轴力相反。 温升使拱端推力加大，对坝肩岩体稳定不利：温升时，轴线伸长，坝体上移，产生的弯矩和剪力与水压作用相反，与轴力相同。 答拱坝的合理体形满足的条件：①满足枢纽布置、运用和施工的要求；②坝体材料强度得到充分发挥 ,不出现不利的应力状态；③保证坝肩岩体稳定；④工程量最省、造价最低。 坝体尺寸包括的内容：①拱圈的平面形式；②各层拱圈轴线的半径和圆心角；③拱冠梁上下游坝面的形式；④拱冠梁各高程的厚度。 答①凸点位置：最凸向上游点距坝顶的高度；②凸度：凸点与坝轴线间的水平 距离与坝高的比值；③最大倒悬度：凸点与上游坝底点之间的水平距离与垂直距离的比值。 答最合理的拱圈形式：压力线接近拱轴线，应为变曲率、变厚度和扁平的。 现有拱圈形式①圆拱；②三心拱；③双心拱；④抛物线拱；⑤椭圆拱；⑥对数螺旋线拱 答拱端与拱座面应尽量做成全径向，使推力垂直拱端面。 倒悬易使另侧出现拉应力。 答应力分析方法共有五种⑴纯拱法；⑵拱梁分载法；⑶有限元法；⑷壳体理论计算方法；⑸结构模型试验。 拱梁分载法的原理：①将拱坝视为由若干水平拱圈和竖直悬臂梁组成的空间结构，荷载由梁系和拱系分担， 荷载分配由变位一致来确定；②算法是首先将总荷载试分配到梁、拱，按各自的方法算各自的变位，如变位一致则分配正确，否则调整直到一致。 答用纯拱法只能计算三个内力，而分载法需考虑 12 个内力，有些内力可忽略，主要有六个内力，拱圈三个，悬臂梁三个。 拱梁分载法中六个变位不易调整，略去影响微小的和合并非独立的，一般只需调整三个主要变位来进行荷载分配，即径向变位、切向变位、扭转变位。 答⑴坝肩岩体发生滑动破坏，为主要形式；⑵坝肩岩体变形量过大，引起坝体的不利应力。 答拱坝稳定分析主要有刚体极限平衡法 、有限元法、地质力学模型试验三种方法。 刚体极限平衡法的假定条件：①滑移体为刚体；②仅考虑滑移体力的平衡 ,不考虑力矩平衡；③忽略拱坝的内力重分布，受力为定值；④达到极限。