水利电力工程概论

水利电力工程概论

水资源特性：具有循环性与有限性，时空分布不均性，用途广泛性和不可替代性，有利性和有害性。

我国水资源特点：1江河众多，水资源丰富。2人均亩占有量少

3地区分布不均4时间分布不均

5水土流失严重，河流泥沙问题突出。（原因：森林覆盖率极低。后果：

土壤贫瘠，环境恶化，农牧减产，水资源开发不利）

根据调节周期的长短，水库可分为日调节水库、年调节水库和多年调节水库。

水工建筑物类别：挡水建筑物，泄水建筑物，引水建筑物，整治建筑物，专门性的水工建筑水工建筑物：1永久性建筑物：（1）主要建筑物（2）次要建筑物；2临时性建筑物

挡水建筑物按其材料可分为：土石坝，混凝土坝，浆砌石坝。

重力坝

特点：主要依靠自重来维持坝体稳定

设计要求：（1）各截面上满足抗滑稳定（2）坝内各点满足强度要求

荷载：（1）自重（2）水压力（主要是扬压力）（3）冰压力（4）土压力（5）地震力（6）温度变化

剖面设计原则：在满足运用、稳定和强度要求的前提下，尽量减少工程量和造价，缩短工期。失稳形势（1）沿软弱面深层滑动（2）倾倒破坏

应力分析（1）满库时坝体上游面有拉应力（2）空库时坝体下游面有拉应力

缺点：（1）扬压力大（2）材料强度不能充分得到利用（3）耗材多，散热差

改进措施（1）采用宽缝重力坝、空腹重力坝（2）采用硬壳坝

宽缝重力坝特点：（1）扬压力减小（2）散热良好（3）工程量少，省材

（4）模板用量大，结构复杂（5）分期导流不便

分缝：横缝（一般为永久缝）纵缝（一般为临时缝，蓄水前要进行灌浆处理）

地基要求：（1）具有足够的强度（2）具有足够的整体性和均匀性

（3）具有足够的抗渗性（4）具有足够的耐久性

地基处理：（1）坝基开挖与清理（2）坝基固结灌浆（应对节理，裂隙）

（3）帷幕灌浆（上游防渗）（4）坝基排水（5）断层破碎带处理

拱坝

特点：主要依靠两岸拱端的反力作用来维持稳定

设计要求：（1）除拱端外，拱圈应力几乎全部是压应力

（2）梁向应力除底部外也绝大部分是压应力

荷载：温度荷载是其主要荷载（固结与基岩的整体结构，为高次超静定结构）扬压力小

确定拱坝体型的主要参数：拱弧的半径，中心角，圆弧中心沿高程的迹线和拱厚等

拱坝通常体形：（1）定圆心、等半径拱坝（适用于U型河谷）

（2）等中心角变半径拱坝（适用于V型河谷）

（3）变圆心变半径双曲拱坝

拱坝的布置，要优先考虑坝顶溢流和坝身孔洞泄流的可能性，以期布置紧凑，节省工程量。常用的坝顶溢流方式：（1）坝顶跌流（单宽流量较小）

（2）坝顶挑流（单宽流量需限制）

（3）滑雪道式挑流（下泄流量大）

拱坝轴线布置要兼顾拱座稳定和坝体应力。（大的中心角对应力分布有利）

中心角过大：拱端轴线与河岸基岩等高线交角过小，拱推力方向过于偏向下游，不利于拱座稳定，且拱端上游侧开挖过深，拱弧增长。

中心角过小：对拱座稳定有利，但拱的作用不能发挥，对坝体应力分布不利，拉应力增加。分缝：拱坝是整体结构一般不做永久性分缝。施工期间为了散热可做横缝，蓄水时灌浆处理。应力分析方法：圆筒法，纯拱法，拱梁法。常用拱梁法，这是一种双向杆件计算法，此法将拱坝看作由许多水平拱圈和垂直的悬臂梁系统组成。

地形地质条件：（1）河谷狭窄，两岸山体雄厚，地形对称

（2）基岩均匀、坚固完整、有足够的强度、不透水性和抗风化性

（3）拱座附近无平行河流方向的断裂构造和连续节理面，无与拱推力正交的断层破碎带和裂隙

处理：开挖，固结灌浆，破碎带处理

土石坝（散粒体结构）

（1）渗流问题（由于散粒体结构的颗粒间存在较大空隙）

后果：流土，管涌措施：前堵后排

（2）冲刷问题（散粒体结构的颗粒相互之间的粘结能力差）

后果：坝面破坏，坍塌措施：护坡

（3）沉陷问题（土石料填筑体内有孔隙，各颗粒间易发生位移）

后果：挡水高度不够，引起坝体裂缝措施：压实坝体，改换材料

设计要求：（1）保证坝体稳定（2）保证挡水高度，不许水流漫顶（3）满足防渗要求

缺点：（1）坝顶不能过流（2）施工导流不便（3防渗要求高（4）剖面大，施工受季节影响类型：（1）均质坝（2）粘土心墙和斜墙坝（3）人工材料心墙和斜墙坝（4）土石混合坝（5）多种土质坝

塑性心墙和斜墙坝各自的优缺点：

心墙坝：优点：坡陡，坝剖面较均质坝小，工程量少，心墙占总方量比重不大，施工受季节影响相对较小

缺点：要求心墙与坝壳大体同时填筑，干扰大，一旦建成难修补

斜墙坝：优点：斜墙与坝壳之间的施工干扰相对较小，在调配劳动力和缩短工期方面比心墙坝有利

缺点：上游坡较缓，粘土量及总工程量较心墙坝大，抗震性及对不均匀沉降的适应性不如心墙坝

布置原则（均质坝除外）：将弱透水性材料布置在上游或中央起防渗作用；将透水性强同时抗剪强度高的材料布置在下游或两侧起支撑作用维持稳定并便于排除渗水。筑坝土料的性质

（1）粘性土：颗粒小，结构密，水流不宜渗透，适宜做防渗材料。但压实困难，土壤含水量不易控制，干燥时易开裂。

（2）非粘性土：凝聚力低但内摩擦力大，常用与坝体边坡稳定。不能做防渗体只能做支撑体，因其透水性强，常用作排水设备的材料。

（3）壤土和砂壤土：性质介于粘性土和非粘性土之间，常用来做均质坝。壤土是由粉土、砂土、粘土按不同比例配比而成。

组成部分：坝身、防渗体、排水设备、护坡

剖面设计：是梯形，应满足挡水，边坡稳定和防渗的要求。剖面尺寸包括坝顶高程（由水库静水位加波浪爬高及安全超高定出）坝顶宽度（满足交通，施工和防汛要求）坝

坡以及防渗体和排水设施尺寸。

主要构造：（1）防渗体（2）排水设备和反滤层

反滤层：在排水设备与坝身土料或地基相接处，设置几层细粒到粗粒的砂土过渡层，以保证坝体或地基土粒不被渗水带走。