第一篇：水工建筑物
第四章拱坝
一、填空题
1.拱坝是一空间壳体结构,其坝体结构可近似看作由一系列凸向上游的_水平拱圈和一系列竖向__悬臂梁_所组成,坝体结构既有拱作用又有梁作用，因此具有双向传递荷载的特点。
2.拱坝所承受的水平荷载一部分由__拱__的作用传至两岸岩体，另一部分通过__梁_的作用传到坝底基岩，拱坝在外荷载作用下的稳定性主要是依靠__两岸拱端__的反力作用，并不完全依靠坝体重量来维持稳定。这样就可以将拱坝设计得较薄。
3.拱结构是一种_推力结构_，在外荷作用下内力主要为__轴向力_，有利于发挥筑坝材料（混凝土或浆砌块石）的抗压强度。
4.拱坝坝身不设__永久伸缩缝_，其周边通常是固接于基岩上，因而_温度变化_和__基岩变形_对坝体应力的影响较显著，设计时，必须考虑基岩变形，并将温度荷载作为一项主要荷载。
5.拱坝理想的地形应是左右两岸_对称_，岸坡_平顺_无突变，在平面上向下游 收缩_的峡谷段。
6.坝址处河谷形状特征常用河谷的__宽高比_及_河谷断面形状_两个指标来表示。
7.拱坝的厚薄程度，常以坝底最大厚度T和最大坝高H的比值，即_厚高比“T／H”来区分。
8.拱坝理想的地质条件是；基岩_均匀、坚固完整、有足够的强度、透水性小和耐风化等。
9.拱坝按拱坝的曲率分__单曲拱坝__、_双曲拱坝_。
10.拱坝按水平拱圈形式分可分为_单心圆拱坝_、多心圆拱坝_、_变曲率拱坝__。
11.静水压力是坝体上的最主要荷载，应由拱、梁系统共同承担，可通过_拱梁分载法_来确定拱系和梁系上的荷载分配。
12.混凝土拱坝在施工时常分段浇筑，最后进行__灌浆封拱_，形成整体。
13.温降时拱圈将缩短并向下游变位，由此产生的弯矩、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__，但轴力方向__相反_。
14.当坝体温度高于封拱温度时，称温升，拱圈将伸长并向上游变位，由此产生的弯矩、剪力和位移的方向与库水压力所产生的方向_相反_，但轴力方向则___相同_。
15.拱坝坝身的泄水方式有：__自由跌流式__、__鼻坎挑流式__、_滑雪道式_及坝身泄水孔__等。
16.水流过坝后具有___向心集中__现象，水舌入水处单位面积能量大，造成集中冲刷，因此消能防冲设计要防止发生危害性的河床集中冲刷。
17.拱坝坝基的处理措施有坝基开挖、__固结灌浆___、_接触灌浆__、_防渗帷幕灌浆_、坝基排水、断层破碎带或软弱夹层的处理、高边坡处理等。
18.在防渗帷幕下游侧应设置__排水孔幕_，以减小坝底扬压力。
二、单项选择题
1.下列说法正确的是（A）
A、对于一定的河谷、一定的荷载，当应力条件相同时，拱中心角2φA 愈大（即R愈小），拱圈厚度T愈小，就愈经济。
B、很大的中心角容易满足坝肩稳定的要求。
C、当拱厚T一定，拱中心角愈小，拱端应力条件愈好
D、从经济和应力考虑，采用较小中心角比较有利。
2．在V形和接近V形河谷中，多采用（D）
A、等半径拱坝。B、等中心角拱坝。
C、变半径、变中心角拱坝。D、双曲拱坝。
3．（C）应力分析方法假定坝体由若干层独立工作的水平拱圈叠合而成，每层拱圈可作为弹性固端拱进行计算。
A、有限元法。B、拱梁分载法。
C、纯拱法。D、壳体理论计算方法。
4．（C）泄洪方式，其溢流面曲线由溢流坝顶和紧接其后的泄槽组成。
A、自由跌流式。B、鼻坎挑流式。
C、滑雪道式。D、坝身泄水孔式。
三、名词解释
1．拱冠梁
答：位于水平拱圈拱顶处的悬臂梁称为拱冠梁。
2．双曲拱坝
答：双曲拱坝在水平断面和悬臂梁断面都有曲率，拱冠梁断面向下游弯曲，适用于V形河谷或岸坡较缓的U形河谷
3．封拱温度
答：拱坝系分块浇筑，经充分冷却，当坝体温度降至相对稳定值时，进行封拱灌浆，形成整体，在封拱时的坝体温度称作封拱温度。
4．温度荷载
答：拱坝为超静定结构，在上下游水温、气温周期性变化的影响，坝温度将随之变化，并引起坝体的伸缩变形，在坝体内将产生较大的温度应力。
5．拱冠梁法
答：拱冠梁法是一种简化的拱梁分载法，计算时，只取拱冠处的一根悬臂梁为代表与若干层水平拱圈组成计算简图，并按径向位移一致条件，对拱梁进行荷载分配。
6．滑雪道泄洪
答：滑雪道式泄洪是拱坝特有的一种泄洪方式，在溢流面曲线由溢流坝顶和紧接其后的泄槽组成，泄槽通常由支墩或其它结构支承，与坝体彼此独立。
7．重力墩
答：重力墩是拱坝的坝端处的人工支座，对形状复杂的河谷断面，通过设重力墩改善支承坝体的河谷断面形状，它承受拱端推力和上游库水压力，靠本身重力和适当的断面来保持墩的抗滑稳定。
四、简答题
1、拱坝对地形和地质条件的要求？
答：拱坝对地形条件的要求是：左右岸对称；岸坡平顺突变；在平面上向下游收缩的峡谷段，坝端下游侧要有足够的岩体支承。
地质条件是：基岩均匀、坚固完整、有足够的强度、透水性小和耐风化等。
2、拱坝的特点有哪些？
答：拱坝的特点：①稳定特点。拱坝的稳定主要依靠两岸拱端的反力作用为持稳定。对地形、地质条件要求较高，对地基处理要求也高。②结构特点。抗震
性能好，超载能力强，安全度高。能充分发挥混凝土的抗压强度，体积小。③荷载特点。温度荷载和地基变形对坝体应力影响较大。
3、拱坝按曲率和水平拱圈形式各分为哪些类型？
答：按曲率分：单曲拱坝；双曲拱坝
按水平拱圈分：圆弧拱坝；多心拱坝；变曲率拱坝，包括椭圆拱坝、物线拱坝等。
4、拱圈中心角如何确定？
答：从经济和拱圈应力的角度来分析，采用较大中心角比较有利，对于一定的河谷，一定的荷载，当应力条件相同时，最经济的中心角为133°34′，但从坝肩稳定来考虑，过大的中心角将使拱端内弧面切线与岩面等高线的夹角减小，对拱座稳定不利。实际工程中，一般拱顶中心采用90～110°，底拱中心在50～80°之间。
5、为什么左右对称的V形河谷最适宜发挥拱的作用？
答：因为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，因此可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、作用于拱坝的荷载主要有哪些？
答：作用于拱坝的荷载主要有：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、拱坝为什么在稍低于年平均温度时进行封拱？
答：在稍低于年平均温度时封拱，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、简述温度变化对拱坝内力及坝肩稳定的影响。
答：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．拱坝坝肩稳定分析目前常用什么方法？其基本假定是什么？
答：拱坝坝肩稳定分析目前常用的方法是：刚体极限平衡法
其基本假定是：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。
10．通过坝肩稳定分析，如发现局部或整体稳定性不能满足要求时，可采取哪些工程措施？
答：①加强地基处理，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。
②加强坝肩岩体的帷幕灌浆及排水措施，减小岩体内的渗透压力；
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改进拱圈设计，如采用三心圆拱或抛物线等，使拱推力尽可能转向正交于安坡；
⑤如坝基承载力较差，可采用局部扩大拱端厚度，增设重力墩等措施。
11．拱坝坝身泄流方式有哪几种？各自的优缺点是什么？
答：自由跌流式：单宽泄量小，落水点距坝趾较近
鼻坎挑流式：落水点距坝趾较远，泄流量大，但结构复杂，施工困难。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
坝身泄水孔式：压力流，流速大，挑距远，结构复杂，施工困难。
12．拱坝坝体为什么分缝？有几种类型？接缝如何进行处理？
答：拱坝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。接缝应预埋灌浆系统。
第二篇：水工建筑物重点
水利工程指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配,以达到除害兴利的目的而修建的工程.水工建筑物:为综合利用水资源,达到防洪,灌溉,发电,供水,航运等目的,修建的不同类型的建筑物,以控制和支配水流,满足国民经济的需要.水利工程特点:工程量大,投资多,工期长;工作条件复杂;受自然条件制约,施工难度大;效益大,对环境影响也大;失事后果严重.可靠度:结构在正常设计,正常施工,正常运行的条件下,在设计基准期内完成预定功能的概率;安全性,适用性和耐久性合称为可靠性.流土:在向上渗流作用下,表层局部土体被顶起或是粗细颗粒群发生浮动而流失的现象管涌:在渗流作用下,土中的细颗粒由骨架孔隙通道中被带走而流失的现象,主要发生在无黏性土中接触冲刷:渗流沿两不同土壤接触面流动,带走细颗粒,使临近接触面不同土层混合起来接触流土:渗流方向垂直于两种不同土壤的接触面.坝基不同土层间渗流将一层细颗粒带至另一层粗颗粒(管涌);一层为黏土,含水量大,凝聚力降低而成块移动,甚至形成剥蚀(接触流土).灌浆:回填灌浆(充填衬砌与围岩之间的空隙,使之结合紧密,共同受力,以发挥围岩的弹性抗力作用,并减少渗漏.)和固结灌浆(加固围岩,提高围岩的整体性,减小围岩压力,保证围岩的弹性抗力,减小渗漏).水工隧洞:为满足水利水电工程各项任务的需要,在地面以下开凿的各种隧洞.土石坝指由当地土料,石料或混合料,经过抛填,碾压等方法堆砌成的挡水坝.扬压力:是渗透压力和浮托力的总称.其中渗透水压力由上,下游水位差产生,浮托力由下游水深产生.浸润线:土石坝挡水后,在坝体内形成由上游向下游的渗流,这在坝体中渗流的水面线.节制闸:枯水期用于拦截河道,抬高水位,以利上游取水或航运要求,洪水期则开闸泄洪,控制下泄流量.重力坝指依靠坝体自重所产生的抗滑力来维持稳定的挡水建筑物.其坝轴线一般为直线,垂直于坝轴线方向设横缝,将坝体分成若干个坝段,每一个坝段相当于固接于地基上的悬臂梁.有压隧洞指洞内充满水,没有自由水面,隧洞内壁承受较大的内水压力,断面形状一般为圆形的过水隧洞.水利水电工程分等和水工建筑物分级:(1)分等分级的意义(目的):为贯彻执行国家经济,技术政策,达到既安全又经济的目的.(2)将水利水电工程按其工程规模,效益和在国民经济中的重要性分为5等;(3)将水工建筑物的永久建筑物和临时建筑物按其所属工程等别及其在工程中的作用和重要性分为5级和3级.水闸按作用分为节制闸,进水闸,排水闸,分洪闸,挡潮闸,冲沙闸.书闸按闸室的结构型式可分为开敞式和涵洞式.水闸组成:上游连接段(作用:使水流平顺进入闸孔,同时保护两岸及河床免受冲刷并具有防渗作用),闸室段,下游连接段.闸门作用:挡水和控制下泄流量.护坦作用:消减过闸水流的能量,防治冲刷下游河床.上游连接段组成:上游翼墙,铺盖,护底,上游防冲槽,上游护坡.下游:下游翼墙,护坦(消力池),海漫,下游防冲槽,下游护坡.闸室段:底板,闸墩,闸门,胸墙,工作桥,交通桥.水闸的底流方式,由消力池,海漫和防冲槽等三部分组成.水闸工作特点：(1)稳定方向：水闸必须具有足够的重力,以维持自身的稳定.(2)渗流方向：应妥善进行防渗设计.(3)消能防冲方面：必须采取有效的消能防冲措施,以防止河道产生有害的冲刷.(4)沉降方面：采取必需的地基处理等措施,以减小过大的地基沉降和不均匀沉降.提高水闸抗滑稳定措施:①将闸门位置移向低水位一侧,或将水闸底板向高水位一侧加长②适当加大结构尺寸③增加闸室地板的齿墙深度④增加铺盖长度或在不影响防渗安全的条件下将排水设施向水闸底板靠近⑤利用钢筋混凝土铺盖作为阻滑板,但闸室自身抗滑稳定系数应小于1.0,阻滑板应满足限裂要求.土基特点:抗剪强度低,稳定性差;压缩性较大,容易产生不均匀沉降;易产生渗透变形,抗冲刷能力差;
水闸下游冲刷破坏主要部位是下游河床,下游岸坡.处理：下游河床：设置消力池,消力槛,海漫,防冲槽等
下游岸坡：①在消力池斜坡段顶部上游预留平台,上设小槛；②使上游引渠具有较长的直线段,并对称布置翼墙；③下游布置翼墙,并控制翼墙扩散角；④下游设置护坡；⑤制订合理的闸门开启程序.水闸防渗长度:L=C△H
坝基加固处理有开挖,清理,固结灌浆和破碎带的处理.进口建筑物型式:竖井式,塔式,岸塔式,斜坡式进水口.重力坝特点:优点:1工作安全,运行可靠2对地形,地质条件适应性强3泄洪方便,导流容易4施工方便,维护简单5,受力明确,结构简单缺点:1坝体剖面尺寸大,材料用量多2材料的强度不能够得到充分发挥3坝底扬压力大,对坝体稳定不利4砼体积大,易产生不利的温度应力和收缩应力.重力坝分类:按坝高分为低坝,中坝,高坝三类;按泄水条件分为溢流和非溢流重力坝;按坝体结构形式分为实体,宽缝,预应力,装配式和空腹重力坝.按材料科分为混凝土和浆砌石重力坝.重力坝分缝原因：在水工建筑物中,为适应施工期和运行期的温度变化,地基不均匀沉降,施工时混凝土的浇筑能力及散热要求以及结构布置要求等设置的接缝构造.缝的类型按作用分为温度缝(伸缩缝),沉陷缝和施工缝,按使用期限分为永久缝和临时缝.温度缝和沉陷缝多为永久缝,施工缝多为临时缝.重力坝工作原理:在水压及其他荷载作用下,依靠坝体自重在坝基面产生的抗滑力来抵抗水平水压力已达到稳定的要求.提高重力坝抗滑稳定措施:设置倾斜的上游坝面,利用坝面上水重以增加稳定;采用有利的开挖轮廓线;设置齿墙;抽水降压措施;加固地基;基本剖面:指坝体在自重,静水压力(水位与坝顶齐平)和扬压力3项主要荷载的作用下,满足稳定和强度的要求,并使工程量最小的三角形剖面.重力坝承受的主要荷载是呈三角形分布的静水压力,控制坝体剖面尺寸的主要指标是稳定,强度要求,重力坝基本剖面是三角形.非溢流坝的坝顶或防浪墙顶必须高出库水位,其高出库水位的高度为:△h=hl hz hc,其中hl表示波浪高度,hz表示波浪中心线高
出静水位的高程,hc表示安全超高.溢流坝的溢流面由顶部的曲线段,中间的直线段,底部的反弧段组成.溢流重力坝消能方式为挑流式,底流式,面流式和户斗流式.重力坝地基处理措施:①坝基的开挖与清理;②坝基固结灌浆:提高基岩的整体性和强度,降低地基的透水性;③帷幕灌浆:降低坝底渗流压力,防止坝基内产生机械或化学管涌,减少坝基渗流量.④坝基排水;⑤对断层破碎带,软弱夹层和溶洞进行处理.重力坝坝体排水措施是:靠近上游坝面设置排水管幕,其上下端与坝顶和廊道直通.坝基排水措施是在灌浆帷幕后设排水孔幕.重力坝对地基要求：1重力坝地基应具有足够的抗压和抗剪强度,以承受坝体的压力2应具有良好的整体性和均匀性,以满足坝基的抗滑稳定要求和减少不均匀沉降3应具有足够的抗渗性和耐久性,以满足渗透稳定的要求和防止渗渗水作用下的岩体变质恶化.重力坝分缝:(1)横缝(2)纵缝(3)水平缝
土石坝分类:按施工方法分:碾压式土石坝,水力冲填坝,定向爆破堆石坝按坝体材料分:土坝,土石混合坝,堆石坝;在坝身内的配置和防渗体的额材料分:均质坝,黏土心墙心墙坝,斜墙坝和多种土质坝.土石坝:优点:易于取材,工程造价低;适应地形条件能力强;运用较安全可靠;结构简单,易于维修和扩建;提高了土石坝的施工质量缺点:断面大,体积大;坝身一般不能溢流,需另设溢洪道;施工不如混凝土坝方便;粘性土料的填筑受气候条件影响.坝坡比:上游:1:2.5,1:2.75,1:3;下游:1:2.25,1:2.5,1:12.75
渗流计算的水力学法原理:等效原理和叠加原理.土石坝稳定破坏的状态:滑动(圆柱面,折线,复合滑动面),液化,塑性流动.土石坝工作特点:稳定,渗流,沉陷,冲刷方面.确定土石坝坝顶高程的确定:土石坝坝顶高程:水库静水位 超高(Y)Y=R e A①设计洪水位 正常运用情况的坝顶超高;②校核洪水位 非常运用情况的坝顶超高;③正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高;④正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高,再加地震安全加高
提高土石坝稳定性措施:提高了土的填筑标准;坝脚加压重;加强防渗排水措施;加固地基.土石坝坝坡滑裂面形状：曲线滑裂面,直线或折线滑裂面,复合滑裂面.面板堆石坝特点:就地取材;施工度汛问题比土坝容易解决;对地形地质和自然条=条件适应性较混凝土坝强;方便机械化施工,有利于加快施工工期和减少沉降;坝身不能泄洪,一般需另设泄洪和导流措施.变形裂缝:由于不均匀变形,在坝的某些部应变和剪应变而产生的裂缝.防渗体指该部位土体比坝壳其他部位土体更不透水,作用是控制坝体浸润线的位置,保持渗流稳定.设防渗体原因:土石坝挡水后,在坝体内会形成由上游的渗流,这会使水库损失水量,还引起管涌,流图等渗透变形,对坝颇稳定不利.形式:黏土心墙;黏土斜墙;非土料防渗体;
常用坝体排水形式:1贴坡排水2棱体排水3褥垫排水4管式排水5综合式排水土坝按防渗体的位置分为均质坝;粘土心墙坝;粘土斜心墙坝;粘土斜墙坝.底流消能设施有挖深;消力槛;综合式三种形式.常用泄水建筑物:河床式溢洪道,河岸溢洪道.河岸溢洪道的分类:按结构形式分为正槽式,侧槽式 ,井式和虹吸式四种;按其泄洪标准和运用情况分为:正常溢洪道和非正常溢洪道(漫流式,自溃式,爆破引溃式三种).泄槽水流特点:高速,紊乱,渗气,惯性大,对边界变化非常敏感.正槽溢洪道由进水渠(将水库的水平顺地引向溢流堰),控制段(控制溢洪道泄流能力的关键部位),泄槽(将过堰洪水安全地泄向下游河道),消能防冲设施(消除多余能量),出水渠(溢洪道下泄水流经消能后,直接进入下游河床易造成伤害,应设置出水渠)等部分组成,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一致.侧槽溢洪道通常由溢流堰,侧槽,泄水道和出口消能段等部分组成.正槽溢洪道和侧槽溢洪道区别：正槽溢洪道的泄槽轴线与溢流堰的轴线正交,过堰水流方向与泄槽轴线方向一致.侧槽溢洪道的泄槽轴线与溢流堰的轴线接近平行,过堰水流在侧槽内转900弯后顺泄槽而下.水工隧洞衬砌作用: ①防止围岩变形,保证围岩的稳定②承受围岩压力,内水压力和其他荷载③防止渗漏④保护围岩免受水流,空气,温度,干湿变化等冲蚀破坏作用⑤平整围岩,减小表面粗糙,增大过流能力.类型:1无衬砌隧洞2平整衬砌3受力衬砌(单层衬砌,组合式衬砌,预应力衬砌,喷锚衬砌)
隧洞选线:从地质条件考虑;布置泄水隧洞的进口应注意使水平平顺;泄水隧洞一般流速较高;隧洞沿线应有一定的埋置深度;从施工方面要求;
有压隧洞的底坡由进出口高程决定.无压隧洞断面形式:城门洞形,马蹄形,圆形.衬砌上荷载计算:围岩压力;弹性压力;内水压力(无压隧洞,有压隧洞);外水压力
泄水隧洞作用:配合溢洪道泄放水,使水库调度灵活;泄防下游兴利用水;在多沙的河道上泄洪排沙;为人防或检修建筑物的要求而放空水库;施工导流,往往与永久泄水建筑物结合.地下轮廓布置原则:“上防下排”,即在闸室底板的上游侧布置铺盖,板桩和齿墙等防渗措施,用以延长渗径,减少底板下的渗透压力和渗透比降;在下游侧布置排水孔,减压井等排水设施,以便尽快排水渗水,减少底板下的渗透压力,防止发生渗透变形.闸基渗流计算方法:流网法,改进阻力系数法和直线比例法.直线比例法包括勃莱法和莱因法.底板作用:防冲,防渗.荷载计算:自重,水重,水平水压力,扬压力,波浪压力,泥沙压力,地震力.水平水压力指作用在胸墙,闸门,闸墩及底板上的水平水压力.对于软土地基上的水闸,当计算地基最大沉降量或相邻部位的最大沉降差超过允许值时,采用措施:①变更结构形势②采用沉降缝隔开③调整闸室布置.尽量使基底压力均匀分布④调整基础尺寸,加大底板长度,以减少基底压力⑤必要时对地基进行人工加固,以提高地基承载力⑥选择合适的施工程序,将重大的建筑物安排在前期施工,使它提前沉降.防渗,排水措施:排水孔;连续排水垫层.侧向绕渗:水闸挡水后,除闸基有渗流外,水流同时还从上游经水闸两岸渗向下游的形式.管路布置:竖井式,斜管式,折线形,桥式.涵洞包括:圆涵,箱涵,盖板涵及拱涵.拱形涵组成:拱圈,侧墙及底板.跌水的上下游渠底高差为跌差.跌差小于3—5米时布置为单级跌水,超过5米为多级跌水,常采用等落差布置,每级跌差控制在3—5米.渡槽按支承结构分为梁式,拱式,桁架式,组合式及悬吊或斜拉式
第三篇：港口水工建筑物
港口水工建筑物
正文
建于水中的港口建筑物。一般包括防波堤、码头、升船和修船用的船台、滑道、船坞等。港口护岸、海上灯塔和布置在水上的导标也属于港口水工建筑物。汇通社区
港口水工建筑物的设计和施工，除与一般水工建筑物有许多共同之处外，也有其特点。波浪、潮汐、水流、泥沙、冰凌等动力因素对港口水工建筑物的作用及环境水(主要是海水)、海生物对建筑物的腐蚀作用，在确定建筑物荷载、平面布置和结构设计方案时应予充分考虑，并采取相应的防冲、防淤、防冻、防腐蚀等措施。港口水工建筑物经常在水深、浪大、流急的海上或洪枯水位变幅大的河流上施工，海港有时还受台风或飓风的袭击，水上工作量大,质量要求高,施工周期短，因此要求采用装配化程度高、施工速度快的工程设计、施工方案，以尽量缩短水上作业时间，并采取切实可行的措施，保证建筑物在施工期间的稳定性。
汇金网
港口水工建筑物的主要建筑材料有混凝土、钢筋混凝土、砂石料和钢材（见水工建筑材料）。木材由于耐久性差，有些海区还有食木虫，现已很少采用。钢材强度大,钢结构自重轻,便于施工,但由于成本高,且易于被海水腐蚀，在中国很少采用。混凝土和钢筋混凝土得到最广泛的应用。
第四篇：水工建筑物知识点总结
第一章 绪论
1.水利枢纽与水工建筑物的基本概念
为满足防洪要求，获得灌溉、发电、供水等方面的效益，需要在河流的适宜地段修建不同类型的建筑物，用来控制和分配水流，这些建筑物统称为水工建筑物，而不同类型的水工建筑物组成的综合体称为水利枢纽。
第二章 水工建筑物设计综述
1.水工建筑物的分类和水工建筑物的分级
水工建筑物按承担任务分：挡水建筑物、泄水建筑物、输水建筑物、取水建筑物、整治建筑物（导流堤、护岸、护底等）、专门建筑物（水闸、船闸、升船机等）
将水利水电工程根据其工程规模、效益和在国民经济中的重要性分为五等。水利水电工程的永久性水工建筑物和临时性水工建筑物，根据其所属工程等别及在工程中的作用和重要性划分为五级和三级。2.水利工程的特点
（1）工作条件复杂（2）受自然条件制约，施工难度大（3）效益大，对环境影响也大（4）失事后果严重（5）个别性强
3.作用效应组合、作用效应分析方法 作用：指外界环境对水工建筑物的影响。
主要作用有：重力、水作用、渗透水作用、风及波浪作用、冰及冰冻作用、温度作用、土及泥沙作用、地震作用等 作用效应：建筑物对外界作用的响应。如：应力、变形、振动等
荷载：在进行结构分析时，如果一开始即可用一个明确的外力来代表外界环境的影响，则此作用称为荷载，也叫直接荷载。直接荷载如：自重、水荷载
间接荷载：在进行结构分析时，无法用一个明确的外力来表示，其作用及产生的作用效应只能在结构分析中同步求出。
建筑物的作用效应分析方法：○1数学模型：物理模型（模型试验）○2经验类比○3解析法、差分法、有限元 第一类正常运用情况下的基本组合、第二类为施工检修组合、第三类为非常情况下的特殊组合作用效应组合 4.水工建筑物安全储备的表达方法、设计准则
安全储备：1.单一安全系数法；2.分项系数极限状态设计法
极限状态：当整个结构(包括地基)或结构的一部分超过某一特定状态，结构就不能满足设计规定的某种功能要求时，称此种特定状态为该功能的极限状态。5.极限状态设计的内容、表达方式
极限状态设计包含：1.承载能力极限状态；2.正常使用极限状态
承载能力极限状态：刚体失去平衡；超过材料强度；塑性变形过大；土石结构或地基、围岩产生渗透失稳等。正常使用极限状态：结构或构件影响正常使用或达耐久性的极限值。如：影响结构正常使用或外观变形、对人员或设备仪表有不良影响的振动等。6.基本烈度、设计烈度
基本烈度：指该地区在今后50年内可能遭遇的较大地震，其超越概率在10％。抗震设计时，一般取基本烈度作为设计烈度 抗震设计内容：抗震计算和工程抗震措施 7.地震作用效应的分析方法
地震作用效应是一种典型的动态作用，其分析方法需根据工程的抗震设防等级来选定。8.结构可靠度、可靠度指标
可靠度：结构在给定的条件下，在基准期内完成预定功能的概率，或称可靠概率。可靠度指标：见书P21 9.在水工设计中，对不同级别的建筑物有不同要求：
○1设计基准期○2抗击灾害能力○3安全性○4运行可靠性○5建筑材料 10.水工建筑物抗震设计的基本要求
能抗御设计烈度的地震，如有轻微损坏，经一般处理仍可正常使用。11．地震作用效果
地震作用是典型的动态作用，在地基随机性运动的影响下，可能使岩基断层活化发生错动、砂土地层液化、库水对坝体产生动水压力、建筑物振动开裂或倾倒、填土对挡土建筑物产生动土压力、水库库岸崩塌、土石坝坝坡滑动或沉降裂缝等反应，及地震作用效果
第三章 岩基上的重力坝
1.重力坝的工作原理与特点
○1依靠坝体自重，满足稳定和强度要求。（重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求；同时依靠坝体自重产生的压力来抵消水压力所引起的拉应力，以满足强度要求）
○2横缝：为适应地基变形、温度变化和混凝土的浇筑能力，沿坝轴线方向用横缝将坝体分成若干个独立工作的坝段。○3坝内设排水管：在靠近坝体上游面
○4坝基设防渗帷幕及排水孔：靠近坝踵的地基内设防渗帷幕，帷幕后设排水孔 缺点：
（1）坝体剖面尺寸大，材料用量多（2）坝体应力低，材料强度得不到充分发挥（3）坝体与地基接触面积大，相应坝底扬压力大，对稳定不利（4）坝体体积大，由于施工期混凝土的水化热和硬化收缩，将产生不利的温度应力和收缩应力，因此在浇注混凝土时，需要有较严格的温度控制措施 优点：
（1）结构作用明确，设计方法简便，安全可靠（2）对地形、地质条件适应性强（3）枢纽泄洪问题易解决（4）便于施工导流（5）施工方便 2.重力坝的荷载及其组合
荷载：自重、静水压力 扬压力 动水压力、波浪压力、泥沙压力、土压力、冰压力、温度作用、地震作用等。扬压力：包括上浮力及渗流压力。上浮力是坝体下游水深产生的浮托力；渗流压力是在上、下游水位差作用下，水流通过基岩节理、裂隙而产生的向上的静水压力。
动水压力：当水流流经曲面，由于流向改变，在该处产生动水压力。
波浪作用使重力坝承受波浪压力，而波浪压力与波浪要素和坝前水深等有关系。
冰压力分静冰压力和动冰压力。当温度升高时，冰层膨胀，对建筑物产生的压力称为静冰压力。结构由于温度变化而产生的压力、变形、位移等称为温度作用效应。荷载按性质分：基本荷载和特殊荷载
荷载组合可分为基本荷载组合与特殊荷载组合。基本荷载组合属设计或正常情况，由同时出现的基本荷载组成。特殊荷载组合属于校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。3.重力坝抗滑稳定分析的内容 沿坝基面的抗滑稳定分析：
采用抗强度公式：将坝体与基岩看成是一个接触面，而不是胶结面。采用抗剪断公式：认为坝体混凝土与岩基接触良好。深层抗滑稳定分析：
单斜面深层抗滑稳定计算：地基内只有一个软弱面，计算中将软弱面以上的坝体和地基视作刚体。
双斜面深层抗滑稳定计算:在作深层抗滑稳定分析时，应验算几个可能的滑动通道，从中找出最不利的滑动面组合，进而计算其抗滑稳定安全系数 常用的计算方法： 4.抗滑稳定分析方法
刚体极限平衡法（常用）、采用有限元法和地质力学模型试验加以复核 5.双斜面深层抗滑稳定分析方法 剩余推力法、被动抗力法、等安全系数法 6.提高抗滑稳定性的工程措施
（1）利用水重：当坝底基面与基岩间的抗剪强度参数较小时，常将坝的上游面略向上游倾斜。
（2）采用有利的开挖轮廓线：最好利用岩面的自然坡度使坝基面倾向上游；有意将坝踵高程降低，使坝基面倾向上游。
（3）设置齿墙：当基岩内有倾向下游的软弱面时，可在坝踵部位设置齿墙，切断较浅的软弱面。
（4）抽水措施：当下游水位较高，坝体承受浮托力较大时，可考虑在坝基面设排水系统，定时抽水以减小坝底浮托力。
（5）加固地基：帷幕灌浆、固结灌浆以及软弱夹层的处理。
（6）横缝灌浆：将部分坝段或整个坝体的横缝进行局部或全部灌浆，以增强坝的整体性和稳定性。（7）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。7.重力坝应力分析的材料力学法的基本假定
○1坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料。②视坝段为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，并认为各坝段独立工作，横缝不传力。③假定坝体水平截面上的正应力δy按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。
8.重力坝的上游坝面坡度为什么不能太大？ 剪应力τu=(pu-δyu)n
9.重力坝应力控制标准（强度指标）
采用材料力学法分析时，规范规定的强度指标：
（a)正常使用极限状态：①短期及长期组合，坝踵(计入扬压力)不出现拉应力；②长期组合，坝体上游面(计入扬压力)垂直应力不出现拉应力；③短期组合，下游坝面垂直拉应力不大于0.1MPa。（b)承载能力极限状态：
基本组合和偶然组合，坝趾及选定截面下游端点的抗压强度承载能力极限状态 10.影响坝体应力的各种因素。
（1）地基变形模量（2）坝体混凝土分区（3）纵缝（4）分期施工(5)温度变化及施工过程 11.纵缝对坝体应力的影响。
（1）上游面铅直时，纵缝对应力分布没有影响（2）上游面为正坡时，坝踵合成铅直正应力减小，甚至产生拉应力（3）上游为倒坡时，坝踵铅直压力增大，对坝体强度有利 12.重力坝的温度裂缝的类型及防止措施
施工期的温度应力包括：地基约束引起的应力和内外温差引起的应力。裂缝多是由温度应力引起的，裂缝可分为：贯穿性裂缝和表面裂缝
防止措施：合理分缝、分块、提高混凝土质量、温度控制
温控措施：（1）降低混凝土的浇注温度：骨料预冷、加冰屑拌和、埋石、减少水泥用量（2）减少水泥水化热温升：冷却水管、减少浇注层厚度利用仓面散热（3）加强对混凝土表面养护和保护 13.重力坝的应力分析。重点掌握材料力学方法。应力分析的过程：
首先进行荷载计算及荷载组合，然后选择合适的方法进行应力计算最后检验大坝各部位的应力是否满足强度要求 分析方法：理论计算（材料力学法、悬臂梁与水平梁的分载法、有限元计算）、模型试验 14.重力坝的基本剖面与实用(设计)剖面
基本剖面：在自重、静水压力、扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面。实用剖面：（1）上游坝面铅直，适合用于混凝土与岩基接触面的f、c值较大或坝体内有泄水洞或引水管道、进口控制设备的情况（2）上游坝面上部垂直，下部倾斜，既便于布置进口设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定（3）上游坝面略向上游倾斜，适用于混凝土与基岩接触面间的f、c值较低的情况 15.溢流重力坝的孔口形式及其特点 孔口形式：开敞溢流式和大孔口溢流式两种 17.溢流重力坝的孔口设计
孔口尺寸：下泄流量Q、单宽流量q、孔口宽度b、孔口数n、溢流长度L、堰顶高程 考虑的因素：泄洪要求、闸门和启闭机械、枢纽布置、下游水流条件 18.泄水重力坝设计中有关高速水流的几个问题
（1）空化与空蚀：水流在曲面上进行，由于离心作用，或水流受不平整表面的影响，在贴近边界处可能产生负压，当水体中的压强减小至饱和蒸汽压强时，便产生空化。当空化水流运动到压力较高处，由于气泡的溃灭，伴随有声响和巨大的冲击作用。当这种作用力超过结构表面材料颗粒的内聚力时，便产生剥离状的破坏，这种破坏现象称为空蚀
（2）掺气：由溢流坝下泄的水流，当流速超过7-8m/s时，空气从自由表面进入水体，产生掺气。
（3）水流脉动：泄水建筑物中的水流属于高度紊动的水流，其基本特征是流速和压力随时间不断变化。水流对泄水建筑物主要是动水压力。
（4）冲击波：在高速水流边界变化处，如断面扩大、收缩、转弯处，将产生冲击波。19.溢流面体形设计、设计定型水头
溢流面组成：顶部曲线段、中间直线段和反弧段 顶部曲线段：关键部位：克－奥曲线、WES曲线。
反弧段：目的：使从堰面下泄的水流能够平顺转向。反弧半径R应结合下游效能设施来确定。中间直线段：与坝顶曲线和下部反弧段相切、坡度与非溢流坝段相同。
剖面设计：要求与非溢流坝基本剖面适应。20.基本消能形式有哪几种？底流消能和挑流消能各有何特点？设计的关键是什么？ 常用消能工型式：挑流消能、底流消能、面流消能、消力戽消能
(1)挑流消能：利用泄水建筑物出口处的挑流鼻坎，将下泄急流抛向空中，然后落入离建筑物较远的河床与下游水相衔接的消能方式。适用于：基岩比较坚固的高、中水头泄水建筑物。(2)底流消能：通过水跃将急流转变为缓流。
底流消能的关键：设计时，要注意能产生一定淹没度的水跃。
适用于中、低坝，且下游水位稳定，尾水较深。21.有压泄水孔与无压泄水孔设计上有何不同？
有压泄水孔：工作闸门布置在出口，门后为大气，可以部分开启；出口高程低，利用的水头大，断面尺少较小。缺点足闸门关闭时，孔内承受较大的内水压力，对坝体应力和防渗都不利，常需钢板衬砌。为此，常在进口处设置事故检修闸门，平时用来挡水。
无压泄水孔：工作闸门布置在进口。为了形成无压水流，需在闸门后将断面项部升高。闸门可以部分开用，闸门关闭后孔道内无水，明流段可不用钢饭衬砌，加工简便，干扰少，有利于加快施工进度；缺点是断四尺寸较大，对坝体削弱大。
平压管：设在检修闸门和工作闸门之间。减小检修闸门的启门力。通气孔设在：工作闸门之后。起补气和排气作用。22.坝对地基有何要求？ 处理后的地基应达到的要求：
○1具有足够的强度，以承受坝体的压力。
○2具有足够的整体性和均匀性，以满足坝基抗滑稳定和减少不均匀沉陷。○3具有足够的抗渗性，以满足渗透稳定，控制渗流量。
○4具有足够的耐久性，以防止岩体性质在水的长期作用下发生恶化。23.基础处理的任务是什么？
○1防渗 ○2提高基岩的强度和整体性。24.灌浆的目的是什么？范围？
目的：提高基岩的整体性和强度，降低地基的透水性。
25.帷幕灌浆的目的是什么？帷幕深度、厚度、灌浆压力如何确定？
目的：降低坝底渗透压力，防止坝基内产生机械或化学管涌；减少坝基和绕坝渗漏量，使其在允许范围内。帷幕位置：帷幕中心线离上游面距离约0.1倍底宽 帷幕灌浆范围：河床至两岸，帷幕应连续
帷幕深度：应根据作用水头和基岩的地质情况确定，地基内透水层厚度不大时，帷幕可伸入相对隔水层3~5m；河床至两岸，帷幕应连续。当透水层埋藏较深或分布无规律时，通常取(0.3~0.7)倍水头。26.排水的目的是什么？如何布置？
坝基排水目的：充分降低坝基渗透压力并排除渗水。布置：主排水幕(帷幕后)主排水幕＋纵横向廊道组成的副排水系统
27.为什么要对断层、破碎带进行处理？应如何处理？
断层破碎带强度低，压缩变形大，易于使坝基产生不均匀沉降，引起不利的应力分布，导致坝体开裂；软弱夹层的厚度较薄，遇水易软化或泥化，使抗剪强度降低，不利于坝体的抗滑稳定，特别是连续、倾角小于30度的软弱夹层，更为不利。断层破碎带：
○1规模大，影响范围广，且对基础强度和压缩变形有较大影响时——进行专门的处理设计 ○2规模不大，但对基础强度和压缩变形有一定影响时——混凝土塞加固 缓倾角软弱结构面：根据埋深不同，分别采用：
○1混凝土置换、混凝土深齿墙、混凝土塞——提高抗剪能力
○2抗滑桩、预应力锚索、化学灌浆等——保证抗滑稳定、断层破碎带（倾角较陡）28.横缝纵缝的作用、分类及处理方法。
横缝垂直于坝轴线，将坝体分成若干独立的坝段，横缝的划分主要取决于地基特征、河谷地形、温度变化、结构布置和浇注能力等。起作用是：减小温度应力，适应地基不均匀变形和施工要求 类型：永久性横缝：伸缩缝或沉降缝，大小1~2cm。临时性横缝：坝段与基岩面的连接
处理方法：临时性横缝：缝面设键槽和灌浆系统灌浆 永久性横缝：缝面为竖直平面，不灌浆。29.纵缝
为了适应混凝土的浇注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，将一个坝段分成几个坝块，待其温度接近稳定后再进行接缝灌浆。
纵缝按其布置型式可分为：铅直纵缝、斜缝、错缝。30.重力坝哪些部位需设置止水设施？
止水位置：横缝上游面、溢流面、下游面最高尾水位以下、坝内廊道和孔洞穿过分缝处的四周等部位 31.碾压混凝土重力坝与常态重力坝相比，设计上有什么不同？ 碾压重力坝：材料：无坍落度的干硬性混凝土
混凝土分区：“金包银”(RCD)－观音阁；全碾压式(RCC)坝体防渗：常态混凝土防渗；沥青砂浆防渗层 坝体分缝：不设纵缝，横缝可减少 温度控制：适当减少 32.宽缝重力坝的特点。
工作特点：坝基渗水通过宽缝排出，渗透压力明显降低；作用面积小，扬压力小。33.空腹重力坝的特点。
特点：空腔下部不设底板，减少了坝底面上的扬压力。34.支墩坝
支墩坝是由一系列支墩和挡水面板组成，支墩沿坝轴线排列，前面设挡面板。支墩按照结构分：大头坝、连拱坝、平板坝。
35.当今世界的碾压混凝土重力坝日本宫濑坝。
第四章 拱坝
1.拱坝的工作特点
（1）稳定特点：主要依靠两岸拱端的反力作用。
（2）结构特点：拱坝属于高次超静定结构，超载能力强，安全度高，当外荷载增大或坝的某一部位发生局部开裂时，坝体的拱和梁作用将会自行调整。
（3）荷载特点：拱坝坝身不设永久伸缩缝，温度变化和基岩变形对坝体应力的影响比较显著。2.拱坝的结构受力特点
拱坝是一种推力结构——拱坝结构上的根本特点
坝体承受的荷载○1一部分通过拱作用——两岸岩体，○2一部分通过梁作用——坝底基岩 坝体稳定，主要依靠两岸拱端的反作用，而不只是靠坝体重量来维持 坝体内力分布以压应力为主，压力分布较均匀，有利于发挥材料强度。3.拱坝坝址对地形地质的要求有哪些？
地形要求：左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上是向下游收缩的狭窄河谷段。（理想的）地质要求：两岸的基岩必须能承受由拱端传来的推力，要在任何情况下保持稳定。
河谷的形状特征用坝顶高程处的河谷宽度L与最大坝高H的比值，即宽高比L/H 表示——作为修建拱坝的一项指标。L/H 小拱作用大，坝体可薄。
拱坝的厚薄程度常以坝底最大厚度T和最大坝高H的比值，即厚高比T/H来区分。4.拱坝类型
（1）按建筑材料和施工方法分：常规混凝土拱坝、碾压混凝土拱坝、砌石拱坝（2）按拱圈线形分类：单心圆、双心圆、三心圆、抛物线、对数螺旋线、椭圆拱坝等（3）按坝面曲率分：只有水平向曲率，单曲拱坝；水平竖直都有，双曲拱坝 5.拱坝中心角对坝体应力影响
对于一定宽度的河谷，拱中心角越大，拱圈厚度越小，材料强度越能充分得到利用，因而适当加大中心角是有利的。然而加大中心角会使拱圈的弧长增加，在一定程度上抵消了减薄拱圈厚度所节省的工程量，使拱圈体积最小的中心角133.57度。
由于拱坝的最大应力常在坝高1/3~1/2处，所以有的工程在坝的中下部采用较大的中心角，由此而向上向下中心角都减小。
6.拱圈中心角对坝肩稳定有何影响？
中心角2δA较大时会直接影响到坝肩的稳定，2δA较大时对坝肩稳定不利 7.拱坝封拱、温降对坝体应力及稳定的影响
拱坝封拱：横缝（径向）、纵缝，蓄水前需灌浆封填(封拱)，使坝连成整体。
封拱温度：坝体处于温升状态时：坝体受力(M、Q)与水压力作用刚好相反，有利于降低坝内应力，轴力N方向相同，对坝端的推力加大，不利稳定。故封拱温度通常选得较低。一般选在年平均气温或略低时，进行封拱。8.拱坝布置的原则
原则：在满足稳定和建筑物运用要求下，通过调整拱坝外形尺寸，使坝体材料强度得到充分发挥，控制拉应力在允许范围内，而坝体工程量最省。
9.合理的拱圈形式应当是什么样的？
最合理的拱圈形式应当是：变曲率、变厚度、扁平的 ○1其压力线接近拱轴线，使截面压应力分布趋于均匀；
○2传到两岸岩体上的合力方向与岩体的交角较大，以利坝肩稳定。抛物线拱的优点：曲率变化连续、压应力分布均匀、利于坝肩岩体稳定 10.拱坝主要作用荷载有哪些？
自重、静水压力、扬压力、动水压力、泥沙压力、冰压力、浪压力、温度荷载及地震荷载 11.温度荷载对拱坝的影响
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产生的相同，但轴力方向相反；当坝体温度高于封拱温度时，坝轴线伸长，使坝体向上游变位，由此产生的弯矩和剪力方向与水压力产生的相反，但与轴力方向相同。因此，温降对坝体应力不利；温升使拱端推力加大，对坝肩稳定不利。在拱坝分析中，温度荷载分为：均匀温差（主要部分），等效线性温差，非线性温差 12.应力分析方法、应力指标
（1）纯拱法：假定坝体由若干层独立的水平拱圈叠合而成，每层拱圈可作为弹性固端拱进行计算。由于纯拱法没有反应拱圈之间的相互作用，假定荷载全部由水平拱承担，不符合拱坝的实际受力状况，因而求出的应力一般偏大。（2）拱梁分载法：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，坝体承受的荷载一部分由拱系承担，一部分由梁系承担，拱和梁的荷载分配由拱系和梁系在各交点处变位一致的条件来确定。（3)有限元法：将拱坝视为空间壳体或三维连续体，根据坝体体形，选择不同的单元模型。（4）壳体理论计算方法（5）结构模型试验
（6）拱冠梁法：是按中央悬臂梁与若干层水平拱在其相交点变位一致的原则分配荷载的拱坝应力分析方法。是一种简化了的拱梁分载法
应力指标：容许压应力、容许拉应力
13.坝肩岩体稳定的分析方法有哪几种？刚体极限平衡法的基本假定是什么？
拱坝失稳形式：坝肩岩体（拱座）失稳；沿建基面及附近软弱面的上滑失稳，最常见的失稳方式是坝肩岩体在拱端推力作用下发生的滑动失稳。
稳定分析方法计算分析法:刚体极限平衡法○2有限元法：地质力学模型试验 刚体极限平衡法基本假定：
○1.将滑移体视为刚体,不考虑期间的相对位移○2.只考虑滑移体上力的平衡，不考虑力矩平衡○3.忽略拱坝的内力重分布作用○4.达极限平衡状态时，滑裂面上的剪力达极限 14.拱坝的坝身泄水方式及消能方式
坝身泄水方式：（1）自由跌流式（2）鼻坎挑流式（3）滑雪道式—拱坝特有的一种泄洪方式（4）坝身泄水孔式 消能方式：（1）跌流消能（2）底流消能（深式泄水孔）（3）挑流消能 15.拱坝的横缝为永久缝吗？如何处理？
在一定条件下，可将横缝的一部分保持为永久性的明缝。16.垫座、重力墩与周边缝
对于地形不规则的河谷或局部有深槽时，可在基岩与坝体之间设置垫座，在垫座与坝体间形成周边缝。周边缝一般可做成二次曲线或卵形曲线，使垫座以上坝体尽量对称。重力墩是拱坝坝端的人工支座。17.在拱坝建基面原则
在拱坝建设中，确定建基面时多以岩体风化标准为依据，一般是：高坝应开挖至新鲜或微风化的基岩；中坝应尽量开挖至微风化或弱风化中下部的岩体。
18.拱坝结构形式有哪两种？分别适合什么样的河谷形状？
V形河谷，可选双曲拱坝（在水平面及铅直面上均有曲率，各层拱圈的中心角和半径是变化的）U形河谷，可选单曲拱坝（其上游面铅直，下游面是斜线或折线，仅在水平面上呈曲线形）
第五章 土石坝
1、土石坝
指由土石料等当地散粒体材料填筑而成的坝。
特点：（1）就地取材，节省三材；（2）适应各种地形、地质和气候条件；（3）适应机械化施工；（4）各种理论、试验、技术的发展对土石坝的建设和推广有促进作用。
2、土石坝设计基本要求
（1）具有足够的断面以保持坝的稳定；（2）设置良好的防渗和排水设施以控制渗流；（3）因地制宜选择坝体筑坝
材料和坝体的结构形式；（4）坝基足够稳定；（5）有足够的泄洪能力和安全超高；（6）采用适当的构造措施，使坝运用可靠耐久。
3、土石坝类型
按施工方法：碾压式土石坝、填填式土石坝、水中填土坝、定向爆破土石坝
碾压式土石坝按材料种类和在坝身内的配置：均质坝、土质防渗体分区坝（又分：心墙坝、斜心墙坝、斜墙坝）、非土质防渗体坝。
4、坝坡坡率的选择遵循规律
（1）上游坝坡应比下游坡为缓（2）斜墙坝的上游坝坡一般较心墙坝为缓。而厚心墙坝的下游坝坡，一般较斜墙坝为缓（3）粘性土料做成的坝坡，常沿高度分成数段，每段10~30m砂石和堆石的稳定坝坡为一平面，可采用均一坡率。（4）由粉土、砂、轻壤土修建的均质坝，适当放缓下游坝坡。（5）当坝基或坝体土料沿坝轴线分布不一致时，应分段采用不同坡率。
5、渗流分析的内容
（1）确定坝体内侵润线及其下游逸出点位置，绘制坝体及坝基内的等势线分布图或流网图；（2）确定渗流的主要参数——渗流流速与比降（3）确定渗流量。
6、渗流分析的方法
（1）水力学方法（2）流网法：流网法是一种图解法。根据等势线和流线互相正交，每一个网格的长宽比保持为常数的特性绘制流网（3）有限元法
7、土石坝渗流变形
（1）管涌：指在渗流作用下，土中的细颗粒由骨架孔隙通道中被带走而流失的现象。
（2）流土：指在向上渗流作用下，表层局部土体被顶起或是粗细颗粒群发生浮动而流失的现象。
（3）接触冲刷：指渗流沿着渗透系数不同的两种土层接触面上或是建筑物与地基接触面上流动时，将细颗粒沿接触面带走的现象。
（4）接触流土：指在渗流系数相差悬殊的两种土层交界面上，由于渗流垂直于层面流动，将渗流系数较大土层中的细颗粒带入渗流系数较大土层中的现象。
注意：前两种主要出现在单一土层中，后两种多出现在多种土层中。粘性土的渗流变形主要是流土。
8、土石坝稳定分析
理论：摩尔-库伦理论：认为最大剪应力是导致材料破坏的控制因素，破坏面上的抗剪强度和极限剪应力是法向应力的函数。
计算土的抗剪强度的两种方法：总应力法、有效应力法。有效应力等于总应力与孔隙压力之差。
9、计算工况：施工期（包括竣工时）、稳定渗流期、水库水位降落期、地震作用时。
10、稳定分析方法
（1）简单条分法——瑞典圆弧法：该法不满足每一土条力的平衡条件，使计算出的安全系数偏低。（2）简化的毕肖普法：毕肖普法的局限性是只适用于圆弧滑动面的情况。
（3）滑楔法：滑楔法只满足力的平衡条件，不满足力矩平衡条件，计算结果准确性不足。β选择不当易出误差。（4）满足所有力和力矩平衡的方法。
11、固结与沉降
固结：土石坝和地基在施工和蓄水过程中，在荷载作用下土体不断得到压密，孔隙变小，孔隙水在压力作用下产生不稳定渗流。
12、非线性弹性E-B模型
邓肯-张提出一种双曲线型非线性弹性模型，以土的切线模量E和体积模量B作为计算参数。邓肯-张模型共有8个参数，这些参数通过三轴排水压缩试验测定；采用总应力分析时，通过三轴不排水压缩试验测定。模型以E、B为参量表示应力-应变关系，故称为E-B模型。
邓肯-张模型于此的一些土坝的变形与实测结果比较接近。但该模型不能描述土的塑性变形特性，不能反映土体接近破坏时、破坏发生时和破坏后的特性，不能考虑中间主应力的影响，也不考虑土的剪胀性
13、拱效应
由于心墙和坝壳土料变形性质的不同，在坝体内产生“拱”效应，使心墙部位显著卸载，而在过渡区内形成应力集中。拱效应可使心墙中的竖向应力较γs·h（γs为填土容重，h为填土深度）减小很多。
14、水力劈裂
坝的下游坡出现集中漏水，但漏水不是在水库满蓄后立即发生，而是延迟几个小时 几天后突然发生。说明，在一定条件下，水库水压力可使已存在的闭合裂缝张开或是产生新的裂缝，故称为水力劈裂。可能发生水力劈裂的情况：总应力小于或等于水压力，土料的变形和透水性不均一。
15、填筑标准
填筑标准设计控制指标：压实度、最优含水率（指在一定的压实功能条件下达到最佳压实效果时 含水率）。粘性土的填筑标准以压实度和最优含水率作为设计控制标准，无粘性土压实标准按相对密度确定。
16、坝壳料
主要用来保持坝体稳定，应具有比较高的强度。
17、防渗体
（1）土质防渗体：防渗体：指该部位土体比坝壳其他部位更不透水，它的作用是控制坝体内侵润线的位置，并保持渗流稳定。
（2）沥青混凝土防渗体：有较好的塑像和柔性，防渗和适应变形能力好，产生裂缝时，有一定自行愈合的功能，且受气候影响小。
18、坝顶与护坡
（1）坝顶：坝顶护面采用密实的砂砾石、碎石、单层砌石或沥青混凝土等柔性材料以适应坝的变形，并对防渗体起保护作用，防止干裂和雨水冲蚀。坝顶选用耐冲材料，坝顶上游侧宜设防浪墙。
（2）护坡：上游护坡的常用型式为：干砌石、浆砌石、堆石或水泥土。下游护坡采用干砌石、碎石、砾石或草皮护坡。还应设坝面排水系统来避免雨水漫流冲刷坝坡坡面。严寒地区还应设防冻垫层。
19、坝体排水
排水作用：控制和引导渗流，降低侵润线，加速孔隙水压力消散，以增强坝的稳定，并保护下游坝坡免遭冻胀破坏。棱体排水 贴坡排水 坝内排水 20、反滤层及过渡层
反滤层：滤土排水，保护渗流出口，防止坝体和坝基发生管涌、流土等渗流变形破坏以及不同土层界面处的接触冲刷。过滤层主要对其两侧土料的变形起协调作用，反滤层可起过渡作用，而过渡层却不一定满足反滤层的要求。设计要求：（1）有足够小的孔隙防止被保护土层发生管涌等有害渗流变形
（2）有足够大孔隙保证透水性大于被保护层来顺畅排出渗透水流。
21、土石坝裂缝类型和成因
（1）纵向裂缝：走向大体与坝轴线平行，多数发生在坝顶和坝坡中部。易形成：土质斜墙坝坝 材料如压实不足，沉降变形大，上部和下部沉降不均，都可使斜墙断裂，形成纵向裂缝；高压缩性地基上也易形成坝坡面和坝内部的纵向裂缝
（2）横向裂缝：走向与坝轴线近乎垂直，多发生在两岸坝肩附近。岸坡较陡峻或岸坡地形突变时，都易发生（3）内部裂缝：主要有坝基和坝体不均匀沉降引起。
22、岩基处理
防渗处理方法：接触面做好表面处理，采用水泥或化学材料灌浆、混凝土塞、混凝土防渗墙，或加宽心墙、加设防渗铺盖等措施，以增长渗径，或将断层与坝的防渗体分隔开，防止接触冲刷。岩基稳定性较强时需做帷幕灌浆。
23、砂砾石坝基处理
在砂砾石地基上建坝的主要问题是进行渗流控制，解决的主要方法是做好防渗和排水。
（1）粘性土截水槽：当坝基砂砾石层不太厚时采用。（2）混凝土防渗墙：深厚砂砾石地基采用（3）灌浆帷幕：砂砾石坝基的灌浆采用水泥、粘土和膨润土等粒状材料（4）防渗铺盖：作用：延长渗径，从而使坝基渗漏损失和渗流比降减小至容许范围内。（5）下游排水减压设施
24、裂缝的防治措施
（1）改善坝体结构或平面布置（2）采用实用的施工措施和运行方式（3）重视坝基处理（4）适当选择坝石土料
25、连接
（1）坝体与坝基及岸坡的连接（2）坝体与混凝土建筑物的连接
26、液化
剪应力循环作用的次数达到 一定数值后，有效应力趋于0，全部应力由土骨架转移到水，土的抗剪强度和抵抗变形的能力几乎完全丧失，而且变形的增长具有突发性质，土转化为液化状态。
27、堆石坝
主要组成：①堆石体（垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区）；②钢筋混凝土面板及其与河床和岸坡相连接的趾板构成的防渗系统。
28、土质心墙堆石坝
优点：可利用大型振动碾压实堆石，使坝体达到较高的紧密度，以减小工程量；可利用土质心墙的柔性适应坝体变形，保障防渗体的安全。
29、堆石坝的特点
（1）结构特点：密度大，抗剪强度高，坝坡较陡，抗震性能较好（2）运行维护特点：沉降量最小易于检修、维护（3）施工特点：堆石体可分区，充分利用修建泄水建筑物开挖的石料，降低了工程造价，简化了施工导流和度汛
工程设施，加快施工进度。30、混凝土面板坝的特点
工程量小，施工方便，拦洪度汛简单
第六章 水闸
1、水闸类型，工作特点？
水闸是一种利用闸门挡水和泄水的低水头水工建筑物。作用：
1、闭闸：拦洪、挡潮、抬高水位以满足上游引水和通航的需要
2、开闸：泄洪、排涝、冲沙或根据下游用水需要调节流量。按所承担任务：节制闸 进水闸 分洪闸 排水闸 挡潮闸 冲沙闸（排沙闸）按闸室结构型式：开敞式 胸墙式 涵洞式
水闸的组成：上游连接段 闸室 下游连接段 水闸的工作特点：
（1）软土地基的压缩性大，承载能力低，细砂容易液化，抗冲能力差。
（2）水闸泄流时尽管流速不高，但水流仍具有一定剩余能量，而土基的抗冲能力较低，可能引起水闸下游冲刷。（3）土基在渗流作用下，易产生渗流变形，特别是粉、细砂地基，在闸后易出现翻砂冒水现象。
2、闸孔设计
（1）堰型选择：宽顶堰（常用）、低实用堰（2）闸底板高程的选定（3）计算闸孔总净宽（4）确定闸室单孔宽度和闸室总宽度
3、地下轮廓线
在水头作用下，闸基内的渗流将从护坦上的排水孔等渗出，不透水的铺盖、板桩及底板与地基的接触线，即是闸基渗流的第一根流线，成为地下轮廓线，其长度即为水闸的防渗长度。
4、地下轮廓线的布置
（1）粘性土地基：主要考虑如何降低作用在底板上的渗流压力，以提高闸室的抗滑稳定。可在闸室上游设置水平防渗，而将排水设施布置在闸底板下游段或消力池地板下。对粘性土地基一般不用板桩。
（2）砂性土地基：在布置时应以防止渗流变形和减小渗漏为主。对砂层很厚的地基，可采用铺盖与悬挂式板桩相结合，而将排水设施布置在消力池下面。当砂层较薄时，采用齿墙或板桩切断砂层，并在消力池下设排水。对于粉砂地基，为了防止液化，大都采用封闭式布置，将闸基四周用板桩封闭起来。
5、渗流计算的基本方法 流网法 改进阻力系数法 直线法
改进阻力系数法基本原理：这是一种以流体力学解为基础的近似方法。对于复杂地下轮廓，可从板桩与底板或铺盖相交处和桩尖画等势线，将整个渗流区域分成几个典型流段。
直线法：假定渗流沿地下轮廓的坡降是均一的，即水头损失按直线变化，当渗流水头H及防渗长度L已定，即可按直线比例求出地下轮廓各点的渗流压力，这种方法称为直线法。
用流网法求得的逸出坡降比按直线法求得的数值大得多；长度相同，形状各异的地下轮廓，逸出坡降的差别很大。说明，直线法比较粗略，但计算简便，对于地下轮廓比较简单的中、小型工程，还是可以采用的。
6、防渗及排水设施
防渗设施：构成地下轮廓的铺盖、板桩及齿墙
排水设施：铺设在护坦、浆砌石海漫底部或闸底板下游段起导渗作用的砂砾石层。
7、闸下出流的特点
（1）闸下易形成波状水跃：由于水闸上下游水位差较小，相应弗劳德数Fr较低，易发生波状水跃
（2）闸下易出现折冲水流：拦河闸的宽度通常只占河床宽度的一部分，水流过闸时先收缩，出闸后再扩散，如果布置或操作运行不当，出闸水流不能均匀扩散，易形成折冲水流。
8、底流消能工设计
底流消能工的作用：通过在闸下产生一定淹没度的水跃消除余能，保护水跃范围内的河床免遭冲刷。
当尾水深度不能满足要求时可采取：（1）降低护坦高程（2）在护坦末端设消力坎（3）既降低护坦高程又建消力坎等措施形成消力池，有时还护坦上设消力墩等辅助消能工
9、海漫
水流流过消力池，虽已消除了大部分多余的能量，但仍有一定剩余的动能，特别是流速分布不均匀，脉动仍较为剧烈。因此，护坦后仍应设置海漫等防冲加固设施，以使水流均匀扩散，并将流速分布逐渐调整到接近天然河道的水流形态。
（2）要求：
1、表面有一定粗糙度，以利进一步消除余能；
2、具有一定的透水性，以便使渗水自由排出，降低扬压力。
3、具有一定柔性，以适应下游河床可能的冲刷变形。
（3）海漫结构：
1、干砌石海漫；
2、浆砌石海漫；
3、混凝土板海漫；
4、钢筋混凝土板海漫；
5、其他型式海漫
10、整体式底板与分离式地板
常用闸室底板有：水平底板、低实用堰底板
整体式底板：横缝设在闸墩中间，闸墩与底板连在一起的。整体式底板闸孔两侧闸墩之间不会出现过大的不均匀沉降，对闸门启闭有利，用的较多。分离式底板：在坚硬、紧密或中等坚硬、紧密的地基上，单孔底板上设双缝，将底板与闸墩分开的。
11、闸门与胸墙
闸门（1）平面闸门（小型工程）：设置靠上游侧，以便下游侧布置交通设施；有时为了充分利用水重，来维持闸室稳定，也可移向下游侧。（2）弧形闸门（大型工程）：为不使闸墩过长，需靠上游侧布置。胸墙（1）结构型式：
1、板式：跨度小于6m的水闸；
2、梁板式：跨度>6m的水闸。（2）支撑型式：
1、简支式（分离式底板胸墙）
2、固接式（整体式底板胸墙）
12、分缝方式与止水设备
分缝：为防止和减少由于地基不均匀沉降、温度变化和混凝土干缩引起底板断裂和裂缝，对于多孔水闸需沿轴线每隔一定距离设置永久缝。止水：
（1）止水形式:铅直止水 水平止水（2）止水材料:
1、铜片，2、橡皮或塑料，3、牛毛毡；（3）止水间连接方式：
1、柔性连接（铅直交叉），2、刚性连接（水平交叉）。
13、闸室稳定分析
稳定分析方法：分别验算水闸在刚建成、运行、检修以及施工时期等不同工作情况下的稳定，对于孔数较少而未分缝的小型水闸，可取整个闸室作为验算单元，对于孔数较多设有沉降缝的水闸，应取两缝之间的闸室单位进行验算。失稳形式：
1、滑动失稳，2、倾斜失稳，3、地基失稳。
14、地基处理
（1）预压加固（2）换土垫层（3）桩基础（4）沉井基础
15、闸室设计底边设计方法（1）弹性地基梁法（2）倒置梁法
用前者分析闸底板内力时，需要考虑可压缩土层厚度的影响，倒置梁法也是假定地基反力沿闸室纵向呈直线分布，横向为均匀分布，把闸墩当做底板的支座，在地基反力和扬压力底板自重及作用在闸室底板上的水重等荷载作用下安连续梁计算板底内力。
16、闸墩应力计算内容、方法
17、闸室的构成
底板、闸墩、闸门、胸墙、交通桥工作检修桥、止水设备
第七章 岸边溢洪道
1、正槽溢洪道
岸边溢洪道按其结构形式可分正槽溢洪道、侧槽溢洪道、井式溢洪道、虹吸式溢洪道。组成：引水渠、控制段、泄槽、出口消能段、尾水渠等。
（1）引水渠：将库水平顺地引向溢流堰。引水渠中的水流应平顺、均匀，流速3~5m/s。（2）控制段：包括溢流堰及其两侧的连接建筑。溢流堰分类：
2、低实用堰
优点：流量系数比宽顶堰大，在相同泄流量条件下，需要的溢流前缘较短，工程量相对较小，但施工复杂。
3、泄槽的设计
泄槽一般位于挖方地段，设计时要根据地形、地质、水流条件及经济因素合理确定形式和尺寸，由于泄槽内的水流处于急流状态，高速水流带来一些特殊问题：冲击波、水流掺气、空蚀、压力脉动等。
4、抗空蚀措施
掺气减蚀、优化体形、控制溢流表面的不平整度、采用抗空蚀材料。
掺气减蚀的机理：
1、水流掺气可以使过水边界上的局部负压消除或减轻，有助于制止空蚀的发生；
2、空穴内含有一定量空气成为含气型空穴，溃灭时破坏力减弱；
3、过水边界附近水流掺气，气泡对空穴溃灭时的破坏力起一定的缓冲气垫作用。
5、泄槽的衬砌泄基本形式
岩基上泄槽的衬砌 土基上泄槽的衬砌
6、侧槽溢洪道
侧槽溢洪道一般由溢流堰、侧槽、泄水道和出口消能段组成。
优点：
1、可减少开挖方量；
2、能在开挖方量增加不多的情况下，适当加大溢流堰长度，从而提高堰顶高程，增加兴利库容；
3、使堰顶水头减小，减少淹没损失，非溢流坝的高度可适当降低。侧槽溢洪道多采用实用堰，侧槽溢洪道与正槽溢洪道的主要区别在于侧槽部分。
侧槽设计：
1、泄流量沿侧槽均匀增加
2、槽底应有一定坡度
3、侧槽中的水流成缓流状态
4、侧槽中的水面高程要保证溢流堰为自由出流
第八章 水工隧洞
1、水工隧洞类型：
分类：泄洪隧洞、引水发电和尾水隧洞、灌溉和供水隧洞、放空和排沙隧洞、施工导流隧洞。
按隧洞内水流流态：有压隧洞、无压隧洞。从水库引水发电的隧洞一般有压，灌溉渠道内一般无压。其余各类可有压也可无压。
2、水工隧洞工作特点
（1）水力特点：大多数为深式进口，泄水隧洞承受的水头较高，流速较大。设计不当就可能引起空化水流导致空蚀，能量集中会造成下游冲刷。
（2）结构特点：常设置临时支护和永久性衬砌，以承受围岩压力。应做好勘探工作，是隧洞尽量避开不利的地质、水文地质地段。
（3）施工特点：隧洞一般是断面小，洞线长，从开挖、衬砌到灌浆工序多，干扰大，施工条件差，工期较长。
3、水工隧洞组成
（1）进口段（2）洞身段（3）出口段
4、洞线选择
（1）隧洞的线路应尽量避开不利的地质构造、围岩可能不稳定及地下水位高、渗水量丰富的地段，以减少作用于衬砌上的围岩压力和外水压力。
（2）洞线在平面上力求短直，且有良好的水流条件。（3）隧洞应有一定的埋藏深度。
（4）隧洞的纵坡，应综合确定。无压隧洞纵坡>临界坡度，有压隧洞纵坡取决于进出口高程，要求全线洞顶在最不利的条件下保持>=2m的压力水头。（5）长隧洞应注意地形、地质条件。
5、闸门在隧洞中的布置
泄水隧洞中设置两道闸门：一道是工作闸门，用来调节流量和封闭孔口，能在动水中启闭；一道是检修闸门，设置在进口，用来挡水，以便检修工作闸门或隧洞。
6、多用途隧洞的布置
（1）导流隧洞与泄洪洞合一布置
常布置成龙抬头的型式。龙抬头式的泄洪洞多为无压隧洞，龙抬头泄洪洞一般水头高，流速大，反弧及其下游易遭空蚀破坏，应做好体形设计，并选用适当的掺气减蚀措施。（2）泄洪洞与发电洞合一布置
两种布置型式：
1、主洞泄洪（直洞泄洪）、支洞发电（岔洞发电）
2、主洞发电、支洞泄洪。会出现的问题是：岔尖附近发生空蚀。
（3）其他任务隧洞的合一布置
发电与灌溉隧洞合一布置 泄洪与排沙隧洞合一布置。
7、进水口的型式
深式泄水隧洞的进水口按后接洞的水流流态分为：有压隧洞进水口、无压隧洞进水口。按进水口布置及结构型式：竖井式、塔式、岸塔式、斜坡式。
8、进口段的组成部分与设计要求
进口段包括：进水喇叭口、闸门室、通气孔、拦污栅、平压管、渐变段。
9、水工隧洞洞身断面型式
（1）无压隧洞断面型式：多用圆拱直墙形（城门洞形）断面。如围岩条件较差，还可采用马蹄形断面。当围岩条件差，又有较大的外水压力时，也可采用圆形断面。
（2）有压隧洞断面型式：一般采用圆形断面，原因是圆形断面的水流条件和受力条件都较为有利。条件好时也可采用无压隧洞的型式。
10、洞身衬砌方式与分缝
（1）功用：
1、限制围岩变形，保证围岩稳定；
2、承受围岩压力、内水压力等荷载；
3、防止渗漏；
4、保护岩石免受水流、空气、温度、干湿变化等的冲蚀破坏作用；
5、减小表面糙率。
（2）衬砌类型：
1、平整衬砌（护面或抹平衬砌）适用：围岩条件较好，能自行稳定，且水头、流速较低的情况。可采用混凝土、浆砌石或喷混凝土。
2、单层衬砌：适用于中等地质条件、断面较大、水头及流速较高的情况。
3、组合式衬砌。
（3）衬砌分缝：为防止混凝土干缩和温度应力而产生裂缝，在相邻分段间设有环向伸缩缝。无压隧洞的伸缩缝，做成平缝或设键槽，不设止水。有压隧洞和有防渗要求的无压隧洞，需在缝中设止水。纵向施工缝应设在拉、剪应力较小的部位。对于圆形隧洞，常设在与中心铅直线夹角45°处；对于城门洞形隧洞，为便于施工可设在顶拱、边墙、底板交界附近。（4）灌浆
隧洞灌浆分为：回填灌浆、固结灌浆。回填灌浆是为了充填衬砌与围岩之间的空隙，使之结合紧密，共同受力，以发挥围岩的弹性抗力作用，并减少渗漏。范围：在顶拱中心角90°~120°以内，孔距和排距2~6m。
固结灌浆目的：加固围岩，提高围岩的整体性，减小围岩压力，保证围岩的弹性抗力，减小渗漏。固结灌浆均匀分布于隧洞断面周围。
（5）排水：设置排水可降低作用在衬砌上的外水压力。
11、消能设施、消能方式
（1）挑流消能（2）底流消能（3）洞中突扩消能（4）洞内旋流消能
12、脉动压力、空化与空蚀
（1）脉动压力：高流速的泄水道中，由于水流内部的紊动特性，水流对衬砌表面作用有脉动压力。脉动压力可加大过流面上的瞬时作用力，其负峰值会降低瞬时压强，促使水流发生空化，还会引起建筑物振动。
（2）空化与空蚀：空化：在自然条件下，水体中含有许多很小的气核，当过坝水流中某点压强降至饱和蒸汽压强时，气核迅速膨胀为小空泡，这种现象为空化。当低压区的空化水流流经下游高压区时，空泡遭受压缩而溃灭，产生很高的局部冲击力。
空蚀：若空泡溃灭发生在靠近水坝面，局部冲击大于材料的内聚力时，可使坝面遭到破坏，这种现象称空蚀。
12、减蚀措施
（1）做好体形设计（2）控制过流边界的不平整度（3）人工掺气、通气（4）选用抗空蚀性能强的衬砌材料
13、岩体初始应力（地应力、岩爆）
洞室开挖前，岩体中的应力称为初始应力或地应力。
初始应力场：重力应力场：以自重作用为主，构造应力场：以构造运动为主。
岩爆：在高地应力区的脆硬完整岩体中，由于地壳构造运动，积聚着大量弹性应变能，形成很高的初始应力。一旦开挖，出现自由边界，切向应力急剧增加，能量进一步集中，在高应力作用下，岩块会产生突发性脆性破裂、飞散。伴随着巨大的声响，形成所谓高地应力区地下工程开挖中的岩爆现象。措施：采用锚杆、喷混凝土等
14、围岩应力集中
岩体开挖洞室，破坏了洞室周围岩体原有的应力平衡状态，引起围岩应力重分布，在洞室周边及其附近出现应力集中。
15、围岩稳定分析
围岩稳定分析内容：
1、结合地质等，初步选择洞室轴线与断面；
2、如围岩应力超过岩体弹性极限且围岩又具有弹塑性特征，对圆形洞室求出无支护力时塑性区的半径R，再按卡柯公式近似判断是否失稳。
3、洞室周边可能塌落的岩块，按块体平衡法进行分析。
4、现场测量。
16、水工隧洞衬砌荷载
（1）围岩压力（山岩压力）：隧洞开挖后因围岩变形或塌落作用在支护上的压力。围岩压力主要有：铅直围岩压力、侧向围岩压力。
（2）围岩的弹性抗力：衬砌受力朝向围岩变形，围岩对衬砌呈现出的一种被动抗力。（3）内水压力及外水压力：（4）衬砌自重
（5）灌浆压力：固结灌浆均匀分布于隧洞断面周围，固结灌浆压力对衬砌的作用相当于外水压力。（6）温度作用与地震作用
17、圆形有压隧洞的衬砌计算方法、思路
基本原理：以内水压力为主要荷载，围岩分为一、二类的圆形有压洞。可采用弹性力学解析方法
计算要点步骤：欲求衬砌在某种荷载组合下的内力，只需分别计算出各种荷载单独存在时衬砌的内力，然后进行叠
加。
（1）均匀内水压力作用下的内力计算：按无限弹性介质中厚壁圆管公式。（2）其他荷载作用下内力计算：考虑弹性抗力、不考虑弹性抗力。
18、无压隧洞的衬砌计算方法、思路（1）顶拱衬砌计算：
（2）城门洞形及马蹄形衬砌计算：无压隧洞：城门洞形封闭式整体衬砌，有侧向围岩压力：马蹄形断面。
19、新奥法和喷锚支护
喷锚支护原理：喷锚支护能与围岩紧贴，共同作用。为使围堰在与支护共同变形中取得自身稳定，并减小传到支护上的压力，要求支护既有一定的刚度，又有一定的柔性。喷锚支护：喷混凝土支护与锚杆支护的总称。（1）新奥法施工：原理：柔性、适时、共同作用。
优点：喷层薄，柔性大，能与围岩共同变形，能充分发挥围岩自身作用。
缺点：①由于开挖岩面起伏大，而喷层薄，使洞子糙率较大；②由于大面积喷，施工质量不易控制，有可能引起渗漏和冲蚀破坏。
（2）类型：
1、喷混凝土支护
2、锚杆支护
3、喷混凝土锚杆联合支护
4、喷锚加钢筋网支护。（3）喷锚支护设计的问题：
1、喷锚支护的糙率
2、喷锚支护运行流速
3、喷锚支护的抗渗、防渗
自己认为的重点简答题：
1粘土心墙坝和斜墙坝的优缺点：（1）粘土墙坝：优点：坝壳可以超前于防渗体进行填筑，而不受气候条件的限制，也不依赖于地基灌浆的施工进度，施工干扰小；缺点：由于抗剪强度较低的防渗体位于上游面，故上游坝坡较缓，坝的工程量相对较大；斜墙对坝体的沉降变形也较为敏感，与陡峻河岸的连接较为困难。（2）心墙坝：优点：防渗体位于坝体中央适应变形的条件较好，特别是当两岸坝肩很陡的时候，较斜墙坝优越；缺点：心墙土料的压缩性较坝壳料高，易产生拱效应，对防止水劈裂不利，对坝的安全有影响；心墙在施工时必须和两侧的坝壳料平起平升，施工干扰大，受气候条件的影响也大
2闸室设计底边设计方法（1）弹性地基梁法（2）倒置梁法 用前者分析闸底板内力时，需要考虑可压缩土层厚度的影响，倒置梁法也是假定地基反力沿闸室纵向呈直线分布，横向为均匀分布，把闸墩当做底板的支座，在地基反力和扬压力底板自重及作用在闸室底板上的水重等荷载作用下安连续梁计算板底内力。
倒置梁缺点：1没有考虑底板与地基间的变形相容条件2假设底板在横向的地基反力为均匀分布，与实际情况不符合3闸墩出的支座反力与作用在该处实际的铅直荷载也不相等
3水闸的工作特点：（1）软土地基的压缩性大，承载能力低，细砂容易液化，抗冲能力差（2）水闸泄流时尽管流速不高，但水流仍具有一定剩余能量，而土基的抗冲能力较低，可能引起水闸下游冲刷（3）土基在渗流作用下，易产生渗流变形，特别是粉、细砂地基，在闸后易出现翻砂冒水现象
4岩基处理 防渗处理方法：接触面做好表面处理，采用水泥或化学材料灌浆、混凝土塞、混凝土防渗墙，或加宽心墙、加设防渗铺盖等措施，以增长渗径，或将断层与坝的防渗体分隔开，防止接触冲刷。岩基稳定性较强时需做帷幕灌浆。
5砂砾石坝基处理 在砂砾石地基上建坝的主要问题是进行渗流控制，解决的主要方法是做好防渗和排水。（1）粘性土截水槽：当坝基砂砾石层不太厚时采用（2）混凝土防渗墙：深厚砂砾石地基采用（3）灌浆帷幕：砂砾石坝基的灌浆采用水泥、粘土和膨润土等粒状材料（4）防渗铺盖：作用：延长渗径，从而使坝基渗漏损失和渗流比降减小至容许范围内（5）下游排水减压设施：水平排水层、排水沟、减压井、透水盖重
6地下轮廓线 在水头作用下，闸基内的渗流将从护坦上的排水孔等渗出，不透水的铺盖、板桩及底板与地基的接触线，即是闸基渗流的第一根流线，成为地下轮廓线，其长度即为水闸的防渗长度。（1）粘性土地基：主要考虑如何降低作用在底板上的渗流压力，以提高闸室的抗滑稳定。可在闸室上游设置水平防渗，而将排水设施布置在闸底板下游段或消力池地板下。对粘性土地基一般不用板桩。（2）砂性土地基：在布置时应以防止渗流变形和减小渗漏为主。对砂层很厚的地基，可采用铺盖与悬挂式板桩相结合，而将排水设施布置在消力池下面。当砂层较薄时，采用齿墙或板桩切断砂层，并在消力池下设排水。对于粉砂地基，为了防止液化，大都采用封闭式布置，将闸基四周用板桩封闭起来。
7反滤层及过渡层 反滤层：滤土排水，保护渗流出口，防止坝体和坝基发生管涌、流土等渗流变形破坏以及不同土层界面处的接触冲刷。过滤层主要对其两侧土料的变形起协调作用，反滤层可起过渡作用，而过渡层却不一定满足反滤层的要求。设计要求：（1）有足够小的孔隙防止被保护土层发生管涌等有害渗流变形（2）有足够大孔隙保证透水性大于被保护层来顺畅排出渗透水流。
8闸下折冲水流现象、危害 拦河闸的宽度通常只是河床宽度的一部分，水流流过闸时先进行收缩，出闸后再进行扩散，如果布置或操作运行不当，出闸水流不能均匀扩散，极易发生冲折水流，此时水流集中，左右冲撞蜿蜒蛇形，套刷河床及坡岸，并影响水利枢纽的正常运行。
9重力坝的基本剖面与实用(设计)剖面 实用剖面：（1）上游坝面铅直，适合用于混凝土与岩基接触面的f、c值较大或坝体内有泄水洞或引水管道、进口控制设备的情况（2）上游坝面上部垂直，下部倾斜，既便于布置进口设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定（3）上游坝面略向上游倾斜，适用于混凝土与基岩接触面间的f、c值较低的情况
10重力坝抗滑稳定分析的内容（1）沿坝基面的抗滑稳定分析：采用抗强度公式：将坝体与基岩看成是一个接触面，而不是胶结面。采用抗剪断公式：认为坝体混凝土与岩基接触良好。（2）深层抗滑稳定分析：单斜面深层抗滑稳定计算：地基内只有一个软弱面，计算中将软弱面以上的坝体和地基视作刚体。（3）双斜面深层抗滑稳定计算:在作深层抗滑稳定分析时，应验算几个可能的滑动通道，从中找出最不利的滑动面组合，进而计算其抗滑稳定安全系数。
第五篇：水工建筑物结构设计关键问题初探
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水工建筑物结构设计关键问题初探
水工建筑物结构设计关键问题初探
摘要：水工建筑物作为技术设施建筑的一个重要组成部分，其结构设计一直以来都是建筑设计的重点内容。下文中笔者将结合自己的工作经验，对水工建筑物的结构设计的相关问题进行探讨，文中笔者将结合具体的工程实例，对其进行分析，将从工程概况和工程布置及水工建筑物结构设计两个方面展开论述，诸多不足，还望批评指正。
关键词：水工建筑物河闸 结构设计
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
引 言
随着我国经济的快速发展，我国建筑业也取得了较大的发展成就，尤其是城市基础设施工程方面，对于改善城市生活环境、提高城市居民生活质量起着非常重要的作用。下文中笔者将主要对水工建筑物的有关建筑结构问题进行探讨，因为水工建筑作为直接影响城市水环境的建筑工程，对于城市的防涝防洪工作有着非常重要的意义，为城市发展提供着可靠坚实的保障，所以，文中笔者将结合具体的实例，对水工建筑物的结构设计方面的几个关键问题进行浅析。下文中笔者选取的水工建筑的类型为河闸，其地理位置位于平原地区。
1工程概况
该河闸及套闸位于平原地区某城市，并且其在城市中的具体位置靠近中央商贸区，所以一定程度上增加了工程的施工难度，也对工程的安全性提出了更高的要求。该河闸工程的基本施工任务是：首先，要做好城市内的夏季防洪工作，结合当地的具体商贸区的规划，制定一个工程防洪防涝设计方案。其次，要满足该市的航运要求，因其处于该市的重要商贸区，所以周边有许多游船需要通航。本着这两个施工任务，在工程开展的过程中，有关部门和单位要时刻调整设计方案。
根据该市的具体情况，在河闸施工前，拟定的基本工程规模为：该河闸工程要建立一座长为八点五米的节制闸，并且每一个辅助商套
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闸的基本建筑参数为:闸首宽十二米，闸室宽十二米，闸室长六十米。另外，根据该市的整体市政规划，以及相关的河道规划要求，在河闸建筑的过程中，闸身顺水流中心线应该与河道中心线重合。这样不仅可以有效的缩短该地区的防洪岸线，有利于节约工程资源，还可以使河闸的闸身贴近外河口，有利于游船的停靠。
由此可见，在该河闸以及相关套闸的施工过程中，不仅应该满足河闸的基本结构设计要求，还应该尽量结合实际情况，规划一个有助于该区商业圈规划和管理的方案。
（1）具体河闸施工
上文中我们已经提到了该河闸的位置比较特殊，位于相城区中央商贸区，这样在建筑的过程中就必须要考虑其运行过程中对周围商业圈的影响。并且由于该河闸所处的位置是两河交界处，使得其结构更加复杂。在有关工程人员对该地进行了实地考察和地形分析后，决定采取如下的施工方案，即采用整体式钢筋砼结构，并将其设立成三孔基本结构，使其中的两孔作为闸室，中间的一孔封闭后作为河闸的基准平台。按照这种施工方案，所得的河闸的基本数据为底板垂直水流宽度为二十八点四米，顺水流向总长八米。两侧的每个闸室，也就是边孔的具体数据为宽八点五米，中间孔宽四米，中墩厚二点五米，边墩厚一点二米，底板面高一米，底板厚一点二米，墩顶高程六点五米。节制闸孔径八点五米，门顶高程五点二米。
（2）河闸周围的商贸区套闸结构设计
上文中我们提到，为了更好的处理该河闸周围的商贸区的防洪工作，需要通过一定的套闸施工予以辅助，所以该套闸的施工和结构设计也是非常重要的，套闸的位置相较于河闸主体的位置向东，其总长为十二米，闸室与闸首同宽，宽十二米，闸室长六十米。
另外，该套闸的其他数据分别为：上闸首垂直水流的宽度为十七米，顺水流向的基本长度为二十米，闸室宽十二米，底板面高程与河闸一样，为一米，套闸的底板厚一点二米，消力槛高程一米，墩顶高程六点五米。西侧墩墙厚一点儿米，东侧边墩墩墙厚四米左右。另外，值得注意的是，在套闸的内部有专门的输水通道，这个通道的为了保持与套闸的一致性，也应该选用下卧式钢闸门结构。
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2工程布置及水工建筑物结构设计
2.1设计依据
（1）工程等级
根据《城市防洪工程设计规范》(CJJ50-92)、《水利水电工程等别划分及洪水标准》(SL252-2000)、《苏州市城市防洪规划报告》，苏州市城市中心区和工业园区的城市等别为Ⅱ等，工程规模为大(2)型；相城区和其他几个区的城市等别为Ⅲ等，工程规模为中型。相城区防洪标准为100年一遇，根据《堤防工程设计规范》(GB50286-98)，外河堤防及堤防上的水闸、泵站等建筑物工程级别为Ⅱ级。主要建筑物级别为2级，次要建筑物为3级。
（2）通航标准
中央商贸区河道无航道等级要求，为满足水上旅游通航功能，拟建商贸区套闸工程按等外级航道上建筑物设计。
2.2工程总体布置
2.2.1 工程控制高程
（1）堤防。外河防洪设计水位4.80m，加上安全超高0.40m，外河侧堤防高程不低于5.20m；内河最高控制水位3.80m，加上安全超高0.30m，内河侧堤防高程不低于4.10m。
（2）闸顶高程。闸顶高程不低于堤顶高程。本次二闸工程主要任务是挡水（商贸区套闸兼顾通航）。挡水时闸顶高程不低于水闸设计(校核)洪水位加波浪计算高度和相应安全超高值之和。
（3）设计控制高程。根据以上两条基本要求，文陵河闸顶高程、商贸区套闸上闸首闸顶高程及各外河堤顶高程取5.20m ；商贸区套闸下闸首闸顶高程取4.50m；结合中央商贸区地面使用情况，内河侧堤顶及闸室挡墙顶高程取5.00m。
2.2.2闸位选择
闸位选择遵循以下原则：（1）工程总体布置与苏州市相城区城区防洪规划、元和塘以西地区控制性详细规划等要求相一致，建筑物外形与周边环境相协调；（2）满足防洪、航运和改善城市水环境的综合功能要求；（3）工程总体布置与规划河道相一致；（4）平面布局紧凑合理，满足规范要求。
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该河闸位于相城区中央商贸区东部，是商贸区东西向骨干河道，根据该片区防洪规划，本工程实施2×8.5m节制闸一座。闸孔分别布置两侧，二闸孔间的中孔为封闭孔，此形式同新建桥梁外形相协调一致，目前闸址南北侧为规划绿地，施工场地可布置于闸南侧，交通较为方便。闸站顺水流向轴线与桥梁中心线重合。
商贸区套闸位于相城区中央商贸区中部，所在河道规划河道宽度20m，根据该片区防洪规划，本工程实施12m套闸一座，闸首与闸室同宽，宽12m，闸室长60m。目前闸址西侧为规划公路绿化带，东侧为规划小岛，施工场地可布置于闸东侧，位置相对来说较为开阔，交通也较为方便。套顺水流向轴线与规划河道中心线重合。
2.3水工建筑物设计
2.3.1河闸设计
（1）闸结构及主要尺寸
闸为整体式钢筋砼结构，设三孔，其中二边孔为闸室，中孔封闭其上作平台。底板垂直水流总宽28.40m，顺水流向总长8.00m。每个闸室（边孔）宽8.50m，中孔宽4.00m，中墩厚2.50m，边墩厚1.20m，底板面高程0.00m，底板厚1.20m，墩顶高程6.50m。节制闸孔径8.50m，计二孔，闸门采用下卧式钢闸门结构形式。门顶高程5.20m，闸门启闭采用卷扬式启闭机（配减速机）。
结构设计考量因素
该河闸作为重要的基础城市设施，其在设计过程中需要综合各方面的因素，在对文中的河闸进行结构设计的过程中，有关部门应该从以下几个方面进行考量：首先，要满足运行的安全性，河闸的运行安全是其施工的基本要求；其次，河闸的防洪和防涝功能，作为河闸的基本功能，防涝和防洪是其作为城市基础设施，保障城市生活环境的最重要的结构设计影响因素；再次，河闸结构同周围套闸之间的结构一致性，因其在使用功能的发挥过程中，离不开套闸的支撑，所以在结构设计的过程中，还要充分的考虑套闸的基本结构。
综上所述，上文中笔者结合自己的工作经验，并列举实例，水工建筑，尤其是河闸的结构设计中的关键问题进行了分析，并针对不同的结构设计问题，提出了解决的措施和建议，希望能够为我国水工
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建筑物的更好更快发展，做出自己的贡献，以上仅为笔者拙见，诸多不足，还望批评指正。
简介：张文武，男 1980 湖北武汉大学
广东省兴宁市水利水电勘测设计室 水工建筑设计
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