水利水电工程技术实务精品课件：7水利水电工程设计.ppt

1、水利水电工程枢纽布置 一、工程坝址(闸址、厂址)选择 (一)坝址选择 1地形条件 河谷狭窄，地质条件良好，适宜修建拱坝；河谷宽阔，地质条件较好，可以选用重力坝或支墩坝；河谷宽阔、河床覆盖层深厚或地质条件较差，且土石、砂砾等当地材料储量丰富，适于修建土石坝。,2地质条件 重力坝坝址，首先要求岩石有足够的强度及完整性、均匀性；混凝土拱坝坝址，对岩体的强度及完整性比重力坝要求更高，同时坝肩要具有良好的稳定性。土石坝坝址应查清坝基覆盖层厚度，并注意坝基是否存在可能液化的土层。,3施工条件 施工条件也是坝址比选考虑的重要因素之一。 4建筑材料条件 坝址的建筑材料分布情况也对坝址比选存在重要影响，不同建筑

2、材料的种类、储量、质量、数量、分布及运距情况，会影响到坝址及相应坝型的选择。,5其他条件 (1)水库区的淹没大小和移民搬迁安置的难度，是坝址比选考虑的重要因素之一。 (2)坝址比选时，还要考虑对环境的影响，尽量避开敏感对象。 (3)工程量、工程总投资及动能经济指标，是坝址比选时应考虑的重要经济条件。,例：下列不属于水利水电工程坝址的选择条件的是（ ） A.地形条件 B.地质条件 C.施工条件 D.水流条件 答案：D 解析:本题考查的是工程坝址（闸址、厂址）选择。坝址的选项条件一般包括：地形条件、地质条件、施工条件、建筑材料条件、其他条件。,(二)闸址选择 1.闸址宜选择在地形开阔、岸坡稳定、岩

3、土坚实和地下水水位较低的地点。闸址宜优先选用地质条件良好的天然地基，尽量避免采用人工处理地基。 2.节制闸或泄洪闸闸址宜选择在河道顺直、河势相对稳定的河段，经技术经济比较后也可选择在弯曲河段裁弯取直的新开河道上。,水工建筑物的分类 水工建筑物可按功能和使用期限进行分类。按功能可分为通用性水工建筑物和专门性水工建筑物两大类。按使用期限可分为永久性水工建筑物和临时性水工建筑物。,一、水工建筑物按功能分类 通用性水工建筑物可分为挡水建筑物、泄水建筑物、输水建筑物、取(进)水建筑物、河道整治建筑物；专门性水工建筑物可分为水电站建筑物、渠系建筑物、港口水工建筑物、过坝建筑物等。 (一)通用性水工建筑物,

4、1挡水建筑物：是用来拦截江河，形成水库或壅高水位的建筑物，如各种坝和水闸以及抗御洪水，或沿江河海岸修建的堤防、海塘等。 2河道整治建筑物：是用以改善河流的水流条件，调整河流水流对河床及河岸的作用以及为防护水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡冲刷的建筑物，如丁坝、顺坝、导流堤、护底和护岸等。,例：用以改善河流的水流条件，调整河流水流对河床及河岸的作用以及为防护水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡冲刷的建筑物称为（ ）。 A.挡水建筑物 B.输水建筑物 C.河道整治建筑物 D.取水建筑物 答案：C,(二)专门性水工建筑物 水电站建筑物：如水电站用的压力管道、压力前池、调压室、电站厂房等。 二、水工建筑物按使用

5、时期分类 (一)永久性建筑物 永久性建筑物是指工程运行期间长期使用的水工建筑物。根据其重要性又分为主要建筑物和次要建筑物。,1主要建筑物：是指失事后造成下游灾害或严重影响工程效益的水工建筑物。例如：坝、泄水建筑物、输水建筑物及电站厂房等。 2次要建筑物：是指失事后不致造成下游灾害，或工程效益影响不大，易于恢复的水工建筑物。例如：失事后不影响主要建筑物和设备运行的挡土墙、导流墙、工作桥及护岸等。 (二)临时性建筑物 临时性建筑物是指工程施工期间使用的建筑物，如围堰、导流隧洞、导流明渠等。,例：以下属于临时性水工建筑物的是（ ）。 A.围堰 B.挡水大坝 C.电站厂房 D.导流墙 答案：A 解析：

6、注意此处导流墙属于次要建筑物。,水工建筑物主要设计方法 一、安全系数法与可靠度法 (一)安全系数法 安全系数是水工建筑物、结构或构件的抗破坏强度与设计荷载效应组合的比值，大于10的系数，它是建筑物、结构或构件的安全储备的指标。 规范给出的安全系数目标值是工程界根据经验制定的，主要考虑了：结构的安全级别；工作状况及作用效应组合；结构和地基的受力特点及计算所使用的方程。,(二)可靠度法 结构可靠度是结构在规定的时间内、规定的条件下具有预定功能的概率。将影响结构可靠度的因素视作随机变量，即形成以概率理论为基础的概率极限状态设计法。,二、主要荷载 水工建筑物的荷载按作用随时间的变异性，可分为永久作用荷

7、载、可变作用荷载和偶然作用荷载。 1永久作用荷载：包括结构自重和永久设备自重、土压力、淤沙压力、地应力、围岩压力、预应力。,2可变作甩荷载：包括静水压力、扬压力、动水压力、水锤压力、浪压力、外水压力、风荷载、雪荷载、冰压力、冻胀力、温度荷载、土壤孔隙水压力、灌浆压力等。 3偶然作用荷载：包括地震作用、校核洪水位时的静水压力、扬压力、浪压力及水重等。,例：拱坝在校核洪水位承受的波浪压力属于（ ）作用荷载。 A.永久 B.基本 C.可变 D.偶然 答案：D,三、应力分析 强度和稳定性是表示建筑物安全的两个重要方面。强度问题的研究，通常包括对内力、应力、变形、位移和裂缝的研究。,重力坝应力分析的方法

8、可归纳为理论计算和模型试验两大类。目前常用的模型试验方法有偏光弹性试验、激光全息试验和脆性材料试验。对于中、小型工程，一般可只进行理论计算，而对于十分重要的工程或在情况比较复杂时才进行模型试验。理论计算方法主要有材料力学法、有限单元法。材料力学方法比较常用，用于中、低坝且地质条件较简单时；对于高坝尤其是当地质条件复杂时，除用材料力学法计算外，宜同时进行模型试验或采用有限单元法进行计算。,四、渗流分析 导致大坝灾难性破坏的原因及基本模式有五种：溢洪道的泄洪能力不足，洪水漫过原来按不过水坝设计的坝顶，溢流而下；坝体连同部分地基沿软弱面发生滑移破坏；坝体因扬压力过大而沿坝基面滑动；坝体或坝基因管涌或

9、流土而破坏；坝的上、下边坡发生滑移破坏。渗流在后四种模式中起着重要的作用。此外，水库水的过量渗漏、水库岸坡的稳定性、水库诱发地震等，也都与渗流的作用密切相关。,根据大坝的结构特点和设计要求，进行如下三方面的计算就可达到选取恰当的防渗措施和校验建筑物在渗流作用下是否安全的目的。 渗流分析主要内容有：确定渗透压力；确定渗透坡降(或流速)；确定渗流量。 对土石坝，还应确定浸润线的位置。,例：碾压混凝土坝渗流分析的主要内容包括（ ）。 A.确定渗透压力 B.确定渗透坡降 C.确定渗流流速 D.确定浸润线位置 E.确定渗流量 答案：ABCE,例：土石坝渗流分析的主要目的是确定( )。 A渗透压力 B渗透

10、坡降 C渗透系数 D渗流量 E浸润线位置 答案：BDE 土石坝的渗流分析内容包括：确定浸润线的位置；确定渗流的主要参数渗流流速与坡降；确定渗流量。,五、应力应变计算 高土石坝一般要用有限单元法计算坝体坝基及岸坡接头在填土自重及其他荷载作用下的填土应力应变，以判断是否发生剪切破坏、有无过量的变形、是否存在拉力区和裂缝、防渗土体是否发生水力劈裂，为坝体稳定分析和与土坝连接建筑物设计提供依据。,例：高土石坝一般要用（ ）计算坝体坝基及岸坡接头在填土自重及其他荷载作用下的填土应力应变。 A.分层总和法 B.动力法 C.有限单元法 D.荷载计算法 答案：C,六、抗震设计 一次地震只有一个震级，然而随震中

11、距离的远近，却可以有不同的烈度。 地震荷载是大坝遭受地震时所承受的荷载，包括地震惯性力、水平向地震动水压力和地震动土压力等，其大小与建筑物所在地区的地震烈度有关。地震荷载计算方法有动力法和拟静力法两种。,抗震设计时常用到基本烈度和设计烈度。基本烈度是指建筑物所在地区在今后一定时期内可能遭遇的最大地震烈度。作为抗震设计中实际采用的烈度，称为设计烈度。对于重要建筑物的设计烈度可在基本烈度的基础上提高1度。,水利水电工程建筑材料的应用 一、建筑材料的类型 (一)建筑材料按其物理化学性质分类 建筑材料按其物理化学性质可分为无机材料、有机材料、复合材料三大类。 1无机材料 (1)无机非金属材料 又常称为

12、矿物质材料，包括无机胶凝材料、天然石料、烧土与熔融制品。,1)无机胶凝材料：按硬化条件不同，分为气硬性和水硬性两类。 气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，并保持或继续提高其强度，属于这类材料的有石灰、石膏与水玻璃等。只能用于地面上干燥环境的建筑物。,例：只能在空气中硬化，并保持或继续提高其强度，属于这类材料的是（ ）。 A.硅酸盐水泥 B.普通硅酸盐水泥 C.硅酸盐大坝水泥 D.水玻璃 答案：D, 水硬性胶凝材料：不仅能在空气中而且能更好地在水中硬化，保持并继续提高其强度，属于这类材料的有水泥等。既可用于地上也可用于地下或水中的建筑物。 2)天然石料：按形成条件不同分为岩浆岩(火成岩)、沉积岩(

13、水成岩)、变质岩三大类。 3)烧土与熔融制品：如烧结砖、陶瓷、玻璃等。 (2)金属材料 包括黑色金属材料和有色金属材料两类。,2有机材料 包括沥青材料、植物材料和合成高分子材料等三类。 (1)沥青材料：是一种有机胶凝材料，几乎不溶于水，属憎水材料。它与矿物材料有较强的粘结力，具有良好的防水、抗渗、耐化学侵蚀性、抗冲击性。沥青材料是含沥青质材料的总称，常分为地沥青和焦油沥青。,(2)合成高分子材料：是以高分子化合物为基础人工合成的材料和制品，按材料特性分为合成树脂及塑料、合成橡胶、合成纤维、土工合成材料等。 土工合成材料：是以人工合成的聚合物(如塑料、纤维、合成橡胶等)为原料制成各种类型的产品。

14、土工合成材料包括土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特殊材料四大类。,(二)建筑材料按材料来源分类 建筑材料按材料来源可分为天然建筑材料和人工材料两类。 1天然建筑材料，如常用的土料、砂石料、石棉、木材等及其简单采制加工的成品(如建筑石材等)。 2人工材料，如石灰、水泥、沥青、金属材料、土工合成材料、高分子聚合物等。,二、建筑材料的应用条件 (一)筑坝用土石料 主要包括土坝(体)壳用土石料、防渗体用土石料、排水设施和砌石护坡用石料。 1土坝(体)壳用土石料 常用于均质土坝的土料是砂质黏土和壤土，要求其应具有一定的抗渗性和强度，其渗透系数不宜大于110 -4cms；黏料含量一般为1030；有机质含量(按重量计)不大于5，易溶盐含量小于5。,例：均质土坝最常用的土料是（ ），要求其应具有一定的抗渗性和强度。 A.砂质黏土 B.黏土 C.细砂 D.砂砾石 E.壤土 答案：AE,2防渗体用土石料 一般采用黏土、砂壤土、壤土、黏质土等材料。 3排水设施和砌石护坡用石料 可采用块石，其饱和抗压强度不小于4050MPa，岩石孔隙率不大于3，吸水率(按孔隙体积比计算)不大于0.8，重度应大于22kNm3。也可采用碎石、卵石，不宜使用风化岩石。,