水利工程概论知识点

河南理工大学水文与水资源工程
《水工概论》
《水利工程概论》源指水体的动能、势能和压力能等能量资源，是自由流动的天然河流 的出力和能量。水力发电过程中水轮机将水能转化为机械能，然后带动发电机将机械能转 换为电能。 2.水利事业的根本任务：水利事业—对河流进行控制和改造，采取工程措施合理使用和调 配水资源，以达到兴利除害的各部门从事的事业。除水害是防止旱涝成灾；兴水利是从多 方面利用水资源为人类服务。 3.公元前 485 年开始兴建的京杭大运河-是世界上里程最长、工程最大、最古老的运河之一。 北起北京(涿郡),南到杭州(余杭)。 全长 1794 千米，公元前 486 年开始建造。春秋末期建 设，经隋朝和元朝二次大规模的扩展和整治。 4.灵渠位于广西桂林市兴安县境内，于公元前 214 年凿成通航， 距今已 2217 年，将长江水系的湘江和珠江水系的漓江连接在一 起，沟通了两大水系。 5.都江堰：都江堰分洪引水灌溉工程：建于公元前 250 年，以无 坝引水为特征的宏大水利工程。主要有分水鱼嘴、飞沙堰、宝瓶 口、金刚堤、人字堤等构成。 分水鱼嘴起导水作用；飞沙堰高 2m，汛期通过堰顶由内江向外 江溢水分流排沙；宝瓶口在枯水期可大量引水，洪水期约束控制 进渠水量，实现“三（30%洪水期）七（70%枯水期）分流”。 6.洪水过程线：河道洪水流量的变化过程曲线。 影响因素： 1）流域条件——包括河流纵坡降，流域形状系数。 2）暴雨条件——暴雨强度、降雨时间、降雨量、降雨面积、雨区在流域中的位置。 7.水电工程地质问题： ①斜坡岩体失稳破坏问题
1、和易性 和易性指流动性、黏聚性和保水性。工程中常用坍落度作为混凝土和易性指标。
2、混凝土强度 材料强度：指材料在荷重或其他因素（温度变化、变形等）所产生的内部应力作用下，抵 抗破坏的性能。 材料强度表示方法——用材料试件在破坏时的极限应力值表示（抗压、抗拉、抗剪、抗弯 等）。 抗压强度—指外力是压力时的强度极限。 抗拉强度—指材料最大均匀塑性变形的抗力。超出之后，金属开始出现缩颈现象，即产生 集中变形。对于没有(或很小)均匀塑性变形的脆性材料，它反映了材料的断裂抗力。 抗剪强度—指外力与材料轴线垂直，并对材料呈剪切作用时材料断裂的强度极限。 抗弯强度—指材料抵抗弯曲不断裂的能力。在试件的两支点之间施加载荷，至试件破坏时 的单位面积载荷值。 混凝土强度的表示方法——标号和强度等级
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《水利工程概论》 周游先生
永久荷载在设计基准期内，其大小基本不随时间变化（自重、静水压力）。 可变荷载在设计基准期内，大小随时间变化（温度、波浪） 偶然荷载在设计基准期内，出现概率很小，量值较大、作用时间较短（地震、校核洪水位 以下静水压力） 设计基准期——指为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。按 照规范一般取 50 年 （七）重力坝坝体基本剖面和实用剖面
水流冲刷。重力坝可以做成溢流的，也可以设置坝身泄水孔，一般不用另没河岸式泄水道， 枢纽布置紧凑。
(4)适用于各种气候条件。 (5)施工方便 大体积混凝土，可以采用现代机械化施工，在放样、立模和混凝土浇筑方 面都比较简便。 (6)结构作用明确 重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构作用明 确，应力分析和稳定计算都比较简单。 缺点：
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《水利工程概论》 周游先生
(2)按筑坝材料分类： 按坝体的建筑材料，分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝。重要的和 较高的重力坝，大都用混凝土建造。
(3)按泄水条件分类： 一座重力坝往往是河床中部坝段溢流，其余坝段不溢流。其中溢流 部分为溢流坝，不溢流部分为非溢流坝。
(4)按坝的结构形式分类:实体重力坝、空腹重力坝和宽缝重力坝。 三、重力坝的材料 重力坝建筑材料主要是混凝土，中小型也用浆砌石。 （一）混凝土形成 由水泥、水、沙子、石子四种主要材料组成。沙和石子是骨料，水泥是润滑剂和胶结剂。 混凝土：将水、水泥、沙子和石子按一定比例配合，搅拌均匀，硬化后形成。 混凝土的配合比：指混凝土中水泥、水、砂、石子用量之间的比例关系。 （二）混凝土的质量：
重力坝的主要荷载是自重和水平水压力，根据受力特点重力坝的基本剖面形状应该是 三角形。同时，考虑重力坝需要具有抗倾覆能力，基本三角形坡度为上游陡、下游缓，使 坝体重心靠近上游面。
决定一个基本三角形尺寸的指标—上游坝坡、下游坝坡和坝高。 上游坝坡：上游坝坡面一般做成垂直，有时也将上游坡度做成一定倾斜，以便利用水重维 持稳定。上游坝坡（垂直高差为 1m 时的水平距离）一般取 n=0-0.2。 下游坝坡：在坝高一定的情况下，坝体重力取决于坝底宽度。重力坝下游坝坡一般取 m=0.6-0.8，坝底宽度约为坝高的 0.7-0.9 倍。 坝顶高程=静水位+超高（风浪高度+安全超高）
重力坝
一、重力坝的特点 优点： (1)安全可靠。重力坝剖面尺寸大，应力较低，筑坝材料强度高，耐久性好，因而抵抗水
的渗漏、洪水漫顶、地震和战争破坏的能力都比较强。 (2)对地形、地质条件适应性强。坝体作用于地基面上的压应力不高，所以对地质条件的
要求也较低，低坝甚至可修建在土基上。 (3)枢纽泄洪问题容易解决。混凝土材料可以做成任意适合于泄水的形状，而且能够抵抗
5.水泥强度等级——水泥的强度等级是水泥强度大小的标志，测定指标为水泥的抗压 强度，检测标准主要为水泥砂浆硬结 28d 后的强度。 水泥的强度等级定为 42.5 级或 42.5R 级表示检测得到 28d 后的抗压强度为 42.5MPa。 水泥的强度等级有 32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R 八种。带 R 表 示该水泥为早强水泥。用于抢修抢建混凝土工程。 混凝土养护期间，应重点加强混凝土的湿度和温度控制。 四、重力坝的构造 （一）重力坝对材料的要求 抗渗性、低热性、抗磨性、抗冻性、抗侵蚀性、耐久性。 （二）分缝 分缝按其缝面的方向分为横缝、纵缝和水平缝。
泥石流、蠕变、崩塌、滑坡、剥落。 蠕变：长期缓慢的松动变形下滑。 剥落：岩石风化产生的碎屑，在重力作用下滚落。 ②闸坝工程地质问题 重力坝滑动和沉降：发生在风化层、断层破碎带及各种软弱夹层。 重力坝坝基和坝肩渗透：发生在孔隙、裂隙、洞穴、断层破碎带及各种软弱夹层。 土石坝沉降：发生在淤泥质土、软黏土等高压缩性土层。 水闸闸基沉降：大多数闸基是软基，沉降较大，需做处理。 ③水库的工程地质问题 水库渗漏：库区是否有砂砾石层、岩溶通道、断层破碎带。 水库浸没：蓄水使库区周边地下水上升，当上升水位接近或高出地表的现象。 水库塌岸：水库蓄水使岸边岩土容重增大，强度降低，在波浪冲刷下发生坍塌。 水库淤积：建坝后，上游水流挟带泥沙沉积在水库。 8.水库—在河道上修筑建筑物（坝、闸），拦截水流，抬高水位而形成的水体。
主要荷载有：①坝体自重；②静水压力；③扬压力；④动水压力；⑤冰压力；⑥泥沙 压力；⑦浪压力；⑧地震力；⑨温度及其他荷载。 扬压力：是渗水在坝体和坝基面产生的渗透压力和浮托力。 由于上、下游水位差的作用，库水通过坝体和坝基渗向下游，渗流作用使得在坝体和坝基 上产生渗透压力，渗透压力对坝体的作用力向上，即扬压力。 扬压力根据形成原因分为渗透压力和浮托力。渗透压力由上下游水头差产生，浮托力由下 游水深产生。 动水压力：溢流坝泄水时，流水对溢流面产生的作用力。坝顶曲线和下游面直线段上的动 水压力很小，可忽略不计。只计算反弧段上的动水压力。 荷载分类 （1）按其作用方式分为：直接荷载和间接荷载。 直接荷载是直接施加在结构上的力（自重、水压力、扬压力、土压力、浪压力等）。 间接荷载是结构产生外加变形或约束变形的原因（地震、温度等）。 （2）按其作用在建筑物上随时间变异情况分为：永久荷载、可变荷载和偶然荷载。
在坝体内沿坝轴线方向每隔 2-3m 设一根排水管（垂直放置），下部与排水廊道相连通。 排水管收集渗入坝体的渗水，将其排入廊道。渗水在从廊道排水沟汇集到底部集水井，最 后通过自流或用抽水机排到下游。 排水管—排水廊道—集水井—排到下游 （五）廊道系统
为满足施工和运用要求（如灌浆、排水、观测、检查、交通的需要），须在坝体内设 置各种廊道。这些廊道相互连通，构成廊道系统。 排水廊道包括坝基排水廊道和坝体排水廊道。 坝基排水廊道—位于坝的基础面，廊道底部不浇筑混凝土，使基岩直接暴露在廊道内，起 到排水，降低坝基扬压力作用。 坝体排水廊道—收集坝体排水管内的渗水，排除到下游。一般为门洞形，沿坝高每隔 15-30m 布置一层，距离上游面一定距离，可兼做检查廊道。 （六）重力坝的荷载—指作用在水工建筑物上的力。
调节周期：由库空到库满再到库 空，循环一次所经历的时间。
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《水利工程概论》 周游先生
9.正常蓄水位（正常高水位、设计 兴利水位）—设计枯水年（或枯水 期）开始供水时应蓄到的水位，它 是水库在正常运用时，允许长期维 持的最高水位。 死水位和死库容—死水位是允许 库水位消落的最低水位，死水位以 下的库容为死库容。 防洪限制水位—水库在汛期允许 兴利蓄水的上限水位。 防洪高水位和防洪库容—水库承 担下游防洪任务时，在调节下游防 护对象的防洪标准洪水时，坝前达到的最高水位。防洪高水位与防洪限制水位之间的库容 为防洪库容。 防洪库容与兴利库容之间的位置关系（3 种） （1）不结合。防洪限制水位等于正常蓄水位，重叠库容为零。（2）完全结合。防洪高水 位等于正常蓄水位，重叠库容等于防洪库容。（3）部分结合。 校核洪水位—当遇到大坝校核标准洪水时，水库经调洪后，坝前达到的最高水位。它与防 洪限制水位之间的水库容积称为调洪库容。 坝顶高程—设计洪水位或校核洪水位加上一定数量的风浪高值和安全超高值。 10.重力坝——主要依靠坝体自身重量在地基上产生的摩擦力和坝与地基之间的凝聚力抵 抗坝前巨大的水推力，来维持自身稳定的坝型。
3.标号：指按标准方法制作、养护的边长为 20cm 的立方体标准试件，在 28 d 龄期用 标准试验方法所测得的抗压极限强度，以 kgf/ cm2 （公斤力/平方厘米）计。如 500 号混 凝土，其试件抗压极限强度为 500 kgf/ cm2 。1MPa=10kgf/ cm2。