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1、水工建筑物挡水建筑物知识系列1. 什么是水利水电工程枢纽?为了满足防洪需求,获得发电、灌溉、供水、航行等方面的综合 效益,需要在河流的适宜段修建不同类型的建筑物,用来控制和支配 水流。这些建筑物通称为水工建筑物,而不同功能的水工建筑物组成 的综合体称为水利水电工程枢纽。2. 水工建筑物按其作用可分为几类?水工建筑物种类繁多,但按其作用可以分为挡水建筑物,泄水建 筑物,输水建筑物,取(进)水建筑物,整治建筑物,专门为灌溉、 发电、过坝需要而兴建的建筑物等六类。 但是,应当指出的是,有些水工建筑物的功能并非单一,难以严格区 分其类型。如各种溢流坝既是挡水建筑物,又是泄水建筑物;水闸既 能挡水,又可
2、泄水,有时还作为灌溉渠首或供水工程的取水建筑物,3. 什么是挡水建筑物?用于拦截江河水流,形成水库或空高上游水位的建筑物。如各种 坝和水闸以及为抗御洪水或挡潮沿江河岸修建的堤防、海塘等。4. 水库有哪些特征水位及相应库容?库容大小决定着水库调节径流的能力和它所能提供的效益。因 此,确定水库特征水位及其相应库容是水利水电工程规划、设计的主 要任务之一。(1)死水位和死库容水库正常运用情况下允许水库消落到最低的水 位称为死水位,该水位以下的库容即死库容。除特殊情况外,死库容 不参与径流调节,即不能动用这部分水库的水量。(2)正常蓄水位和兴利库容水库正常运用情况下,为满足设计的兴 利要求,在设计枯水
3、年(或枯水段)开始供水时应蓄到的水位,称为 正常蓄水位,又称设计兴利水位。该水位与死水位间的库容即兴利库 容。正常蓄水位到死水位间的水库深度称为消落深度或工作深度。(3)防洪限制水位水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位称为防洪限 制水位。可根据洪水特性和防洪要求,对汛期不同时期分段拟定。(4)防洪高水位和防洪库容当退下游防护对象的设计洪水位时,水 库为控制下泄流量而拦蓄洪水,这时在坝前达到的最高水位称为防洪 高水位。该水位与防洪限制水位间的库容称为防洪库容。当防洪限制 水位低于正常蓄水位时,防洪库容与兴利库容的部分库容是重叠的, 可减小专用防洪库容,重叠部分称共用库容或重叠库容,在汛期是防 洪库容
4、的一部分,而在汛后则为兴利库容的一部分。(5)设计洪水位和拦洪库容水库遇设计洪水,在坝前达到的最高水 位称为设计洪水位。该水位与防洪限制水位间的库容称为拦洪库容。(6)校核洪水位和调洪库容水库遇校核洪水,在坝前达到的最高水 位称为校校洪水位。该水位与防洪限制水位间的库容称为调洪库容。(7)总库容和有效库容校核供水位以下的全部库容称总库容。校核 洪水位与死水位之间的库容称有效库容。5. 拦水坝按形式可分为几种?主要有土石坝、重力坝、拱坝、支墩坝和橡胶坝等。其中土石坝 又可分为心墙坝、斜墙坝、堆石坝、均质坝等。6. 土石坝的工作特点是什么?土石坝是土坝与堆石坝的总称。土石坝历史悠久,在国内外广泛采
5、用。其优点是: 就地取材; 结构简单,便于维修和加高、扩建; 对地质条件要求较低,能适应地基变形; 施工技术较简单,工序少,便于组织机械化快速施工; 有较丰富的修建经验。其主要缺点在于: 坝身不能溢流,需另设溢洪道; 施工导流不如混凝土坝方便; 粘性土料的填筑受气候条件的影响大等。7. 土石坝在设计、施工和运行中必须满足哪些要求?土石坝坝体主要由散粒材料构成。为使其安全有效地发挥作用, 在设计、施工和运行中必须满足以下各项要求:(1)不允许水流漫顶由于规划设计时对洪水估计偏低,致使溢洪 道行洪断面偏小;或因坝顶高程不足,或水库控制运用不当等原因, 都可导致坝顶漫水直至溃坝的严重事故。(2)不发
6、生危害性渗透变形水库蓄水后不仅在坝身和坝基内产生 渗流,而且库水还会绕过坝端经两岸渗向下游,形成绕坝渗流。渗透 水流不但损失水量,更重要的是在渗流逸出处可能将土料中的细颗粒 带走或局部主体被冲动,导致坝身、坝基产生危害性的渗透变形,甚 至引起溃坝。(3)坝身和坝基应稳定可靠由于设计不当或施工质量不良,在外 力作用下,可能造成坝坡或连同坝基的坍滑破坏。国内外土石坝破坏 事故中约有 14 是由滑坡造成的。(4)避免产生有害的裂缝由于受坝址地形、筑坝材料性质。坝基 不均匀沉陷、施工质量以及地震荷载等因素的影响,坝身可能产生不 均匀沉陷,一旦形成大的裂缝,就会危及坝身安全。(5)能抵抗其他自然现象的破
7、坏作用库区风浪在水位变化范围内 可能淘刷上游坝被;雨水沿坡面流动可能冲毁坝坡;冰冻可能破坏坝 坡;坝身粘性土料,冬季由干冻胀可能产生裂缝,夏季由于日晒又会 龟裂,等等。8. 土石坝有几种类型?土石坝既可依筑坝施工方法分类,也可按土料在坝身内的配置划 分类型。(1)根据筑坝施工方法可分为碾压式上石坝、抛填式堆石坝、 定向爆破堆石坝。水力冲填坝等。其中应用最广的是碾压式上石坝。(2)按照土料在坝身内的配置和防渗体的材料,可分为以下几 种主要类型:1)均质坝。坝身的绝大部分由一种主料筑成,整个剖面起防渗 和稳定作用。2)粘土心墙和斜墙坝。用透水性较好的砂石料作坝壳,以防渗性较好的土质做防渗体,设在坝
8、中央或稍向上游倾斜的防渗墙坝称为心墙坝或斜心墙坝;设在靠近上游面的防渗墙坝称为斜墙坝。3)人工材料心墙或斜墙坝。防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土 或其他人工材料制成,其余部分用土石料构成的坝称为人工材料心墙 或斜墙坝。4)多种土质坝。坝身主要部分由几种不同的土料所构成的坝称 为多种土质坝。5)土石混合坝。将多种土质坝的某些部位以石料代替,即成为 土石混合坝。为改善坝身应力状态,避免裂缝,近代修建的高土石坝 常将心墙略向上游倾斜做成斜心墙土石混合坝。9. 土石坝主要由哪几动分组成?它们各自的作用是什么?土石坝四部分组成,即坝壳、防渗体、排水设备和护坡。坝壳是 土石坝的主体,坝的稳定主要靠它来维持;
9、防渗体的作用是降低浸润 线,防止渗透破坏坝体和减少渗流量;排水设备的主要作用是要全地 排除渗漏水,增加坝体和下游坝坡的稳定性,降低扬压力;而护坡的 作用则是防止波浪、冰层、温度变化、雨水和水流等对坝坡的破坏。10. 土坝的渗透变形有几种主要形式?土壤在渗透水流作用下可能产生渗透变形。破坏性的渗透变形可 以导致水工建筑物失事。渗透变形主要有以下几种形式:管涌、流土、 接触冲刷及接触流土和接触管涌。11. 什么叫管涌?坝身或坝基内的土壤颗粒被渗流带走的现象称为管涌。12. 什么叫流土?在渗流作用下,主体从坝身或坝基表面被掀起浮动的现象称为流 土。流立现象主要发生在粘性土及较均匀的非粘性主体的渗流出
10、口 处。13. 什么叫接触冲刷?当渗流沿着两种颗粒不同的土层交界面流动时,在交界面处的土 壤颗粒被冲动而使两种颗粒不同的土层混合起来的现象称为接触冲 刷。14. 什么叫接融流土和接触管涌?当渗流垂直于两相邻土层的交界面,如粘土心墙(或斜墙)与坝体砂砾料之间、坝体或坝基与排水设备之间以及坝体内大小粒径土层之间,有可能出现由于粘性上的凝聚力降低,形成剥蚀区或一层的细 颗粒被渗流带进粗颗粒层,前者称为接触流上,后者称为接触管涌。15. 重力坝的工作特点是什么?重力坝在水利水电工程中得到广泛应用,主要是因为它具有以下 几方面的特点:(1)安全可靠重力坝剖面尺寸大,应力较小,筑坝材料强度高, 耐久性好,
11、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、地质条件适应性强任何形状的河谷都可以修建重 力坝,因为坝体作用于地面上的压应力不高,所以对地质条件的要求 也较低。(3)枢纽泄洪问题容易解决重力坝可以做成溢流的,也可以在 坝内设置泄水孔,一般不需要另设溢洪道或泄水隧洞,枢纽布置紧凑。(4)便于施工导流在施工期可以利用坝体导流,一般不需要另 开设导流隧洞。(5)施工方便大体积混凝土,可以采用机械化施工,在放样、 立模和混凝土浇捣方面都比较简便。(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。但是,重力坝也有下面一些缺点:(1)坝体剖面尺寸大,水泥用量多。(2)坝体应力较低,材料强度不能充分发挥。(3)坝体与地基接触面积大,因而坝底的扬压力较大,对稳定 不利。(4)坝体体积大,施工期混凝土的温度应力和收缩应力较大, 在施工期对混凝土温度控制的要求较高。16. 重力坝主要有几种型式? 重力坝主要分为混凝土重力坝、浆砌石重力坝、宽缝重力坝、空 腹重力坝、碾压混凝土重力坝等型式。17. 作用于重力坝上的荷载主要有哪些? 作用于重力坝上的荷载主要有自重、静水压力和扬压力、动水压 力、冰压力、泥沙压力、浪压力、地震力、温度和其他荷载等。