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