水工建筑物整理

水工建筑物緒論：水利樞紐：由幾種不同類型與功能的水工建筑物聚合一起組成的建筑物群，以控制水流并便于協(xié)調(diào)運行與管理。水工建筑物：凡實現(xiàn)某一水利、水電功能為防洪、發(fā)電、灌溉、航運等的建筑物，如控制水位，調(diào)節(jié)水流，興利除害。水工建筑物分類（1） 按功能分：擋水建筑物：如攔河壩、堤防、施工圍堰等；功能：攔截或約束水流抬高水位或調(diào)蓄水量。泄水建筑物：如溢流壩、泄水閘（孔）、河岸溢洪道、泄水隧洞；功能：宣泄多余洪水降低水位、放空。輸水建筑物：引水隧洞、涵管、渠道、渡槽、倒虹吸管、輸水涵洞等；功能：將水源從一處輸送到另一處。取水建筑物：取水口、進水閘、揚水泵站等；功能：從水源取水以達應(yīng)用之目的。整治建筑物：丁壩、順壩、潛壩、導(dǎo)流壩、防波堤、護岸等；功能：改善河道水流條件，調(diào)整河勢，穩(wěn)定河床（槽），保護河岸。專門建筑物。是為某種特定的單一目標(biāo)而專門修建的建筑物，如水電站廠房、船閘、魚道及筏道等。（2） 按建筑物使用期限分：永久性建筑物（工程長期使用）和臨時性建筑物（工程施工期間使用）兩大類。（3） 按重要性分：主要建筑物和次要建筑物水工建筑物的特點（與一般土建工程相比）工作條件的復(fù)雜性：設(shè)計選型的獨特性；施工建造的艱巨性；失事后果的嚴(yán)重性書上的是：復(fù)雜性；艱巨性；個別性；顯著性水利樞紐與水工建筑物的等級劃分（1） 原因（目的）為了解決安全性與經(jīng)濟性的矛盾，首先要對水利樞紐進行分等，對水工建筑物進行分級，等級越高者，在規(guī)劃、設(shè)計、施工和管理等方面的要求也越高。（2） 等別分五等，確定原則：①工程模型大小，效益大小。②失事后的破壞程度。③對于綜合利用的多功能工程，其等別按最高者為標(biāo)準(zhǔn)。（3） 級別分五級，確定依據(jù)：①等別；②重要性；③特殊情況下可升級或降級。第一章重力壩重力壩：用混凝土或歧視等材料修筑而成的，主要依靠壩體重力維持自身穩(wěn)定的擋水建筑物。組成：由溢流壩段、非溢流壩段以及邊墩、導(dǎo)墻和壩頂結(jié)構(gòu)等組成。（1） 工作原理：①依靠壩體自重在壩基面上產(chǎn)生摩阻力來抵抗水平水壓力以達到穩(wěn)定要求；利用壩體自重在水平截面上產(chǎn)生的壓應(yīng)力來抵消由于水壓力引起的拉應(yīng)力以滿足強度要求。（2） 剖面特征：剖面較大；一般為上游面接近于垂直的三角形剖面。壩軸線呈直線，垂直壩軸線方向常設(shè)有永久伸縮縫。（3） 與其他壩型相比具有的顯著特點表現(xiàn)在：重力壩筑壩材料抗沖能力強，耐久性好，可靠性強，壩頂溢流，利用較低的壩塊，底孔導(dǎo)流;重力壩結(jié)構(gòu)簡單一一般可不設(shè)河岸溢洪道或泄水隧洞，便于施工；對地形地質(zhì)條件適應(yīng)性較好，但對地基要求高于土石壩，要求地基有較高的承載能力；由于壩與壩基接觸面積大，壩內(nèi)應(yīng)力較低且分布均勻，但受揚壓力作用亦較大，故需采取有效的防滲排水措施，降低揚壓力，增強壩體穩(wěn)定，改善應(yīng)力狀況；大壩壩體大，材料強度不能充分發(fā)揮，壩體應(yīng)力一般不大，材料強度不能充分發(fā)揮，不同部位采用不同標(biāo)號砼，以降低造價；壩體體積大，水泥用量多，水化熱高，易引起開裂，溫度控制問題突出；重力壩基本斷面適用于在壩頂布置溢洪道和在壩身設(shè)置泄水孔，一般不需要另外設(shè)置溢洪道或泄洪隧洞。注：重力壩設(shè)計，亦圍繞上述特點和主要問題展開。重力壩上的作用（荷載）結(jié)構(gòu)上的作用又稱荷載，指對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)（內(nèi)力、變形等）的各種原因的總稱。作用效應(yīng)（由結(jié)構(gòu)抗力R承擔(dān)）：結(jié)構(gòu)對外界作用的響應(yīng)，即結(jié)構(gòu)受到作用后所產(chǎn)生的內(nèi)力、變形和振動等（如軸力、彎矩、剪力、位移、撓度、裂縫和結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)等）。作用：①直接作用一施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力；間接作用一使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生外加變形或約束變形的原因，如地震、變溫作用等。作用分類（隨時間的變異）：永久作用一設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)量值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計的作用；（自重、永久設(shè)備、土壓力、泥沙壓力、地應(yīng)力、予應(yīng)力等）；可變作用一設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)量值隨時間變化的作用；（靜水壓力、揚壓力、動水壓力、浪壓力、冰壓力、凍漲力、變溫作用等）；偶然作用一設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)出現(xiàn)概率很小，一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時間很短的作用。（地震作用、校核水位作用）；主要荷載：重力壩上作用力包括：①自重；②上、下游壩面靜水壓力；③揚壓力（滲透壓力與浮托力之和，向上）；④浪壓力；⑤泥沙壓力；⑥地震荷載；⑦冰壓力等。作用效應(yīng)組合：原因：永久作用、可變作用、偶然作用出現(xiàn)的機率不相同，在進行設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)工程的具體條件，將各種作用按可能同時出現(xiàn)的機率合理的組合成不同的設(shè)計情況。為降低壩基面揚壓力，通常在壩踵附近的壩基中設(shè)置防滲帷幕，用以增加滲徑，肖U減滲流水頭并在帷幕后設(shè)置排水孔幕，以便使?jié)B透水流在排水孔中逸出，從而進一步降低滲透壓力。重力壩的穩(wěn)定性（穩(wěn)定分析：抗剪、抗滑、抗倒伏）承載能力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)達到最大承載能力或不適宜繼續(xù)承載變形為依據(jù)；正常使用極限：結(jié)構(gòu)達到正常使用或耐久性要求的某一功能限值為依據(jù)。（1） 失穩(wěn)破壞形式（兩種類型）：壩體沿抗剪能力不足的薄弱面產(chǎn)生滑動a）沿壩與基巖接觸面的滑動；b）沿壩基巖體內(nèi)連續(xù)軟弱結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的深層滑動水平荷載作用下a）上游壩踵以下巖體受拉產(chǎn)生傾斜裂縫；b）下游壩踵以下巖體受壓發(fā)生壓碎引起傾斜滑移破壞。（2） 穩(wěn)定驗算的方法：安全系數(shù)計算法和分項系數(shù)極限狀態(tài)計算法（3） 提高重力壩穩(wěn)定性的工程措施：將壩的迎水面做成傾斜或折坡行，利用壩面上的水重來增加壩體的抗滑穩(wěn)定；將壩基面開挖成傾向上游的斜面，或降低壩踵，使壩基面傾向上游；利用地形地質(zhì)特點，在壩踵或壩趾設(shè)置深入基巖的齒墻；采用有效的防滲排水或抽水減壓措施，降低揚壓力，增大穩(wěn)定性；加固地基；利用預(yù)加應(yīng)力措施提高抗滑穩(wěn)定性。重力壩應(yīng)力分析（1） 目的：①檢驗重力壩在施工期和運用期是否滿足強度要求；解決設(shè)計與施工中的典型問題：材料分區(qū)、孔洞及分縫位置、配筋等。（2） 分析方法：①材料力學(xué)法彈性理論法：有限元、有限差分法等。模型實驗法：電測法、光測法、地質(zhì)力學(xué)模型實驗法（3） 材料分析法的基本假定：壩體混凝土為均勻、連續(xù)、各向同性的彈性體；各壩段均為固接于基巖上的懸臂梁，各壩段獨立，橫縫不傳遞力，不考慮基巖變形對壩體應(yīng)力的影響；壩體水平切面上的正應(yīng)力 按線性分布，不考慮廊道、孔洞對壩體應(yīng)力分布的影響。（4） 內(nèi)容：計算選定截面（壩基面、折坡處斷面和其他需計算的截面）上的應(yīng)力；計算壩體削弱部位的局部應(yīng)力；計算壩體個別部位（如寬縫重力壩的頭部、閘墩和胸墻等）的應(yīng)力。（5） 影響重力壩的因素：直接作用的荷載因素，非荷載因素：地基變形、材料分區(qū)、施工縱縫、分期施工、溫度變化。重力壩的基本剖面：指在主要荷載作用下滿足壩基面穩(wěn)定和應(yīng)力控制條件的最小三角形剖面。剖面設(shè)計過程：先擬定基本剖面，再根據(jù)實際情況將其修改成實用剖面，然后根據(jù)穩(wěn)定、應(yīng)力分析和強度驗算成果對剖面反復(fù)修改，最后得到經(jīng)濟合理的實用剖面。設(shè)計考慮原則：①滿足穩(wěn)定和強度要求；②剖面最小，即工程量最??；③便于施工；④滿足運行要求。剖面設(shè)計的原則：滿足穩(wěn)定和強度要求；剖面最小即工程量最?。槐阌谑┕?；滿足運行要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù):對作用效應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗力進行比較，需求及滿足使用要求，又安全經(jīng)濟的設(shè)計方案。結(jié)構(gòu)安全儲備的必要性：各種作用具有隨機性和變異性；結(jié)構(gòu)抗力因材料的性能、強度和結(jié)構(gòu)尺寸等方面的不確定性因素產(chǎn)生不利性變異；設(shè)計時所用方程不盡準(zhǔn)確。結(jié)構(gòu)可靠度：指結(jié)構(gòu)在規(guī)定時間內(nèi)，在規(guī)定條件下完成預(yù)定功能的概率。Pr失效概率：結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率。Pf。Pf+Pr=1溢流重力壩的消能防沖措施：挑流、底流、面流、戽流重力壩分縫（1） 目的：為防止在運用期由于溫度變化發(fā)生伸縮變形和地基可能產(chǎn)生不均勻沉陷而引起裂縫，以及為了適應(yīng)施工期混凝土的澆筑能力和溫度控制等（2） 分類:按縫的作用分：沉降縫：將壩體沿長度分段，以適應(yīng)地基的不均勻沉降，避免壩體由此產(chǎn)生裂縫溫度縫：將壩體分塊，以減小壩體伸縮時對壩體的約束及新舊混凝土之間的約束而造成的裂縫施工縫：為了便于分期澆筑、裝拆模板以及混凝土的散熱而設(shè)的臨時縫按縫的位置分：橫縫、縱縫、水平縫（3） 布置要求：（斜縫可存在）橫縫：垂直于壩軸線的豎直縫，為平面，不設(shè)鍵槽，不灌漿，使各壩段獨立工作，兼有沉降縫和溫度縫的作用?？p內(nèi)需設(shè)置可靠地止水設(shè)備?？v縫：平行于壩軸線的縫，目的在于適應(yīng)混凝土的澆筑能力和減小施工期的溫度應(yīng)力。水平縫：上下層澆筑塊新老混凝土的結(jié)合面。材料分區(qū)及表1-16I區(qū)：上下游水位以上壩體外部表層混凝土；（抗凍）II區(qū)：上下游水位變化區(qū)壩體外部表層混凝土；（抗凍、抗裂）m區(qū)和w區(qū)：分別為上、下游最低水位以下壩體外部表層混凝土和壩體基礎(chǔ)混凝土；（抗?jié)B抗裂V區(qū):壩體內(nèi)部混凝土，多采用低等級低熱混凝土；W區(qū):抗沖刷部位的混凝土，如溢流面、泄洪孔、導(dǎo)墻、閘墩等。（抗沖耐磨溫度應(yīng)力和溫度裂縫的成因：（1）基礎(chǔ)溫差引起混凝土的應(yīng)力和裂縫；（2）壩塊內(nèi)外溫差引起混凝土的應(yīng)力和裂縫。防止溫度裂縫的措施：1）、加強溫度控制；2）、提高抗裂強度；3）、保證施工質(zhì)量；4）、合理分縫、分塊。溫度控制的標(biāo)準(zhǔn)：基礎(chǔ)溫差、上下層溫差、內(nèi)外溫差溫度控制的措施：選擇低熱水泥或水泥用量（如加摻和劑、外加劑等），減少混凝土的發(fā)熱；降低混凝土的入倉溫度；加速混凝土入倉后的熱量散發(fā)；放置氣溫的不利影響，進行混凝土塊的表面保護；合理安排施工季節(jié)，將防裂難度較大的部位，如基礎(chǔ)及大孔洞結(jié)構(gòu)等部位安排在氣溫較低的季節(jié)施工。壩基固結(jié)灌漿（還有回填灌漿、接觸灌漿（1） 方法：用淺孔低壓灌注水泥漿。（2） 目的（作用）：提高基巖的整體性、彈性模量，減少荷載作用下的變形；②提高抗壓、抗剪強度；降低壩基滲透性、減少滲透量；④在防滲帷幕旁邊的固結(jié)灌漿可提高帷幕的灌漿壓力。（3） 灌漿設(shè)計：a、確定灌漿范圍；b、確定灌漿孔深、孔距；c、排距布置等。壩基帷幕灌漿：壩基帷幕灌漿是壩基和兩岸最主要的防滲措施。澆筑一定厚度混凝土后施工。（1） 目的：①降低壩基滲透壓力；②減少滲流量；防止基巖內(nèi)的軟弱夾層、斷層破碎帶等抗水性能差的巖體發(fā)生滲透變形破壞。（2） 灌漿材料：水泥漿、化學(xué)材料灌漿。重力壩對地基的要求：具有足夠的強度，以承受壩體的壓力；具有足夠的整體性和均勻性，以滿足壩基抗滑穩(wěn)定和減少不均勻沉陷的要求；具有足夠的抗?jié)B性，以滿足壩基滲透穩(wěn)定和減少滲透的要求；具有足夠的耐久性以防止在水的長期作用下基巖性質(zhì)發(fā)生惡化。重力壩的地基處理：壩基開挖、壩基加固處理、壩基防滲處理、地基排水、兩岸處理等。第二章拱壩拱壩:平面上呈凸向上游的拱形建筑物，有時在立面上也凸向上游，借助拱的作用將水壓力的全部或部分傳遞給河谷兩岸的基巖。（失穩(wěn)破壞：抗滑穩(wěn)定（1） 工作原理:拱壩可以看作由拱、梁系統(tǒng)組成，上游面所受水壓力（絕大部分）通過拱作用傳至兩岸巖壁，通過懸臂梁作用將部分（小部分）傳至壩基。（2） 工作特點：A） 拱壩傳力方式使其充分發(fā)揮混凝土抗壓特性，斷面較重力壩單薄，工程量節(jié)省。B） 高次超靜定結(jié)構(gòu)特性使其承載能力、抗震性得起顯著提高，穩(wěn)定性依靠兩岸拱座的反力作用。單曲拱壩：僅在水平截面上呈拱形，鉛直懸臂梁不彎曲或曲率很小。雙曲拱壩：鉛直向斷面為弓形，使梁的重力偏向上游，從而在梁底上游面產(chǎn)生壓應(yīng)力，可以起到抵消庫水壓力在此處產(chǎn)生拉應(yīng)力的作用，懸臂梁上下游面均向上游凸出。拱壩的地形和地質(zhì)條件（1）地形條件：地形條件是決定拱壩結(jié)構(gòu)形式、工程布置及經(jīng)濟性的主要因素。理想的地形應(yīng)是壩址河谷相對寬度較窄，兩岸基巖面大致對稱，岸坡平順無突變且壩兩端下游有足夠大的巖體支承，這樣的地形可以充分發(fā)揮拱的作用。（2）地質(zhì)條件要求：要求巖基堅硬致密、質(zhì)地均勻、有足夠的強度、透水性小、能抗風(fēng)化，也沒有大的斷層構(gòu)造和軟弱夾層。總體要求高于重力壩對壩基地質(zhì)的要求，特別是壩頭。拱壩平面布置的步驟：根據(jù)地形地質(zhì)資料，確定開挖深度，繪制壩址可利用基巖的地形圖；試定頂拱軸線的位置； ③擬定拱冠梁斷面尺寸；擬定拱圈形式； ⑤頂層拱圈布置；自頂層向下依次繪出各層拱圈平面； ⑦切取代表懸臂梁，驗算整體倒懸度；繪出各層圓心的連線，校驗上下游面應(yīng)力連續(xù)情況；根據(jù)初擬布置進行有關(guān)計算分析校核、布置調(diào)整循環(huán)過程，直至滿意為止。拱壩的應(yīng)力分析（1） 荷載拱壩上的主要荷載：水壓力、變溫荷載、自重、揚壓力、浪壓力、冰壓力及地震荷載等。計算方法：同重力壩。（2） 變溫作用對拱壩的影響：溫度荷載：由于拱端嵌固于基巖而限制壩體變形，使壩體產(chǎn)生溫度應(yīng)力。溫升情況：環(huán)境溫度高于封拱后的相對穩(wěn)定溫度時，拱圈膨脹，向上游變位造成拱端的上游面受壓，下游面受拉；拱冠的上游面受拉，下游面受壓；溫降情況：環(huán)境溫度低于封拱后的相對穩(wěn)定溫度時，拱圈膨收縮，向下游變位造成拱端的下游面受壓，上游面受拉；拱冠的下游面受拉，上游面受壓；拱壩應(yīng)力分析方法（1） 純拱法：假定：拱壩是許多相互獨立的拱圈所組成，荷載全部有拱圈承擔(dān)，每層拱圈均作為彈性固端拱進行計算。特點：計算簡單，但計算的應(yīng)力結(jié)果一般偏大，特別對于厚拱壩誤差更大。對于狹窄河谷中的薄拱壩，仍屬一個實用計算方法。但主要用于小型工程的計算分析。（2） 拱梁分載法：假定：拱壩是由許多水平拱圈和鉛直懸臂梁所組成，荷載由拱和梁共同承擔(dān)，按拱、梁交點處的位移協(xié)調(diào)條件將荷載分配拱、梁兩個系統(tǒng)上。荷載分配后：梁按靜定結(jié)構(gòu)計算應(yīng)力；拱則按彈性固端拱計算應(yīng)力。特點：計算方法比較合理，其結(jié)果與模型實驗成果比較吻合。但計算工作量大，可借助計算機計算。除彈性拱的一般假定外，拱圈的軸向力、剪力及拱端基巖變形（即地基變位）不能忽略。（3） 拱冠梁簡化法：假定：用一根梁（拱冠梁）與許多水平拱圈組成拱、梁體系，然后上述原理進行荷載分配，并分別計算拱冠梁和各層拱圈的應(yīng)力。特點：計算工作量顯著減少，計算結(jié)果比較接近于拱梁分載法。（4） 有限元法特點：①將壩體和地基劃分為有限個單元，并以節(jié)點互相連接，用這樣一個離散模型代替連續(xù)結(jié)構(gòu)體，進行壩體內(nèi)各單元的變位和應(yīng)力計算，并能反映拱壩建筑過程對應(yīng)力的影響。有限元法既能模擬復(fù)雜的邊界條件，又能模擬壩體及地基材料的非均勻性，當(dāng)引入塑性力學(xué)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系時，還能模擬材料的非線性等。③計算工作量很大，必須借助計算機才得以實現(xiàn)。（5） 結(jié)構(gòu)模型試驗法：①地質(zhì)力學(xué)模型法②光彈實驗法拱壩設(shè)計分析方法選擇及注意問題：拱壩設(shè)計時，應(yīng)以拱梁分載法或有限元法計算成果作為評價安全的主要標(biāo)準(zhǔn)。對于1、11級混凝土拱壩、高拱壩和復(fù)雜地質(zhì)條件、新型結(jié)構(gòu)形式等情況，除用拱梁分載法計算外，還應(yīng)采用有限元法計算；對于特別重要工程，應(yīng)進行結(jié)構(gòu)模型實驗加以驗證。壩座穩(wěn)定分析（1） 校核方法：塊體抗滑穩(wěn)定剛體極限平衡法。（2） 拱座可能滑動塊體選取原則：由若干滑裂面和臨空面組成的多面體。（3） 邊界面包含：巖體內(nèi)主要結(jié)構(gòu)面、尤其軟弱結(jié)構(gòu)面；臨空面-開挖后的地表、寬度較大的軟弱帶、斷層等拱壩的壩身泄流方式：自由跌落式、鼻坎挑流式、滑雪道式、壩身泄水孔式第三章土石壩（大壩、溢洪道、引水隧洞）土石壩：是用土、石等當(dāng)?shù)夭牧咸钪傻膲危卜Q當(dāng)?shù)夭牧蠅位蛱钪?。?） 分類：根據(jù)施工方法分:碾壓式土石壩；拋填式堆石壩；定向爆破堆石壩；水中倒土壩；水力沖填壩根據(jù)筑壩材料分：土壩；堆石壩；土石混合壩（2） 碾壓式土石壩按土料在壩體中的配置和防滲體位置的不同，可分為：⑴均質(zhì)壩：壩體由一種材料組成，既是防滲體，又是壩的主體，坡度較緩，用于中低壩。⑵分區(qū)壩：組成：防滲體、反濾層、過渡層、壩殼、排水體和護坡等。心墻壩：把防滲體放在壩體中部，斷面比均質(zhì)壩小。土料透水性自中央向兩邊逐漸增大。同時施工，相互干擾大。斜墻壩：把防滲體放在靠近上游壩面處，有效降低壩體浸潤線，但適應(yīng)地基變形的能力比心墻壩差。易產(chǎn)生縱向裂縫，抗震性能不如心墻壩。土料透水性自上游向下游逐漸增大。干擾小。土石混合壩： 要求：越靠近防滲體，土料性能越接近防滲體。透水性自中部向上、下游兩側(cè)逐漸增大。⑶鋼筋混凝土、瀝青混凝土面板堆石壩堆石壩主體為堆石，強度高；上游壩面以鋼筋混凝土面板或瀝青混凝土面板防滲。斷面較小。（3） 土石壩的特點優(yōu)點：⑴就地取材。 ⑵適應(yīng)地基變形的能力強，對地基的要求比砼壩低。⑶施工方法靈活性大。⑷結(jié)構(gòu)簡單，便于維修和加高。缺點：⑴壩頂不能溢流，壩身不便開孔泄洪，需另設(shè)岸邊溢洪道。⑵施工導(dǎo)流不如混凝土壩便利，需另設(shè)溢洪道宣泄施工期洪水。⑶壩體斷面大，工程量相應(yīng)增大。土石壩的工作條件：（1） 滲流問題及其控制：滲流問題壩體大部分浸泡在水中，土體有效重量降低，土的強度指標(biāo)降低。II.滲流力（動水壓力）的作用，增加了滑坡的可能性。m. 滲流在土體中流動產(chǎn)生滲透坡降，如果超過允許滲透坡降，可能產(chǎn)生滲透變形。w.滲流量，滲流量過大會影響水庫蓄水量，尤其對抽水蓄能水庫?？刂疲罕仨殱M足滲流控制要求進行合理的防滲設(shè)計來有效降低水流不利條件，上阻下排，合理布置排水及反濾設(shè)施，加強防滲體與其它部位的連接，保證壩體和壩基的滲透穩(wěn)定性。（2） 沖刷問題及其控制：沖刷問題:土石壩抗沖能力低，雨水、風(fēng)浪的淘刷作用，削弱了壩體的有效部分。絕大多數(shù)土石壩不允許水流漫頂?？刂?不允許水流漫頂,頂時水流拖曳作用將表面顆粒帶走，削弱壩體，會造成土石壩失事。要求：①要有足夠的壩高，應(yīng)預(yù)留沉陷值。要設(shè)置泄水能力足夠大的泄水建筑物。在上、下游壩坡應(yīng)采取有效的防護措施及壩面排水措施。沉降問題及其控制沉降問題：沉降過大會造成壩頂高程不足。過大的不均勻沉降會引起壩體開裂，導(dǎo)致漏水?？刂疲涸O(shè)計中要預(yù)留沉降值。為防止不均勻沉降，要合理設(shè)計壩體剖面及細部構(gòu)造，正確選擇壩體土料，施工時土料壓實要符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。穩(wěn)定問題(25%)壩體為散粒體結(jié)構(gòu)，局部范圍剪應(yīng)力＞允許剪應(yīng)力，就會產(chǎn)生壩體滑動或壩體連同地基一起滑動?？刂疲簤误w和壩基必須穩(wěn)定可靠合理選擇土料；合理設(shè)計壩坡；施工中做好地基處理，土料壓實要符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。其他問題:冰凍破壞；動物破壞；地震破壞?；脽羝?6壩體排水設(shè)備：主要作用：排除壩身及壩基滲水，降低浸潤線，有利于下游壩坡穩(wěn)定并防止?jié)B流逸出處的滲透變形，保護壩坡，防止凍脹破壞。影響因素：壩型、地基條件、下游水位、氣候、材料及施工條件。組成：由礫石、塊石或排水管做成的排水體和由數(shù)層粒徑沿滲流方向逐漸增大的砂礫料做成的反濾層兩部分組成。反濾層：指使液體通過的同時，保持受滲透壓力作用的土粒不流失，與過濾的方向相反，粒徑大小由滲透方向由小到大。主要形式：貼坡排水：位置：設(shè)在下游壩坡底部。優(yōu)點：構(gòu)造簡單，石料用量少，便于檢修。作用：防止?jié)B透破壞，保護下游壩腳，但不能降低浸潤線。要求：由廣2層堆石筑成，在石塊與壩坡間應(yīng)設(shè)反濾層。頂部應(yīng)高出浸潤線逸出點并高于下游最高水位1.5~2.0m。適用條件：適用于中小型下游無水的均質(zhì)壩以及有良好防滲體而壩內(nèi)浸潤線較低的中等高度土石壩。棱體排水位置：在下游壩腳處設(shè)排水棱體。作用：可降低浸潤線，并可防止壩坡凍脹破壞和滲透變形，保護下游坡腳。要求：頂部高程應(yīng)超出下游最高水位0.5~1.0m，應(yīng)大于波浪沿坡面的爬高，同時應(yīng)保證壩體浸潤線距坡面的距離大于冰凍深度。在排水與壩體及壩基之間應(yīng)設(shè)置反濾層。排水棱體其內(nèi)坡約為1：1~1：1.5，外坡約為1：1.5~1：2。適用條件：適用于下游有水的情況。優(yōu)點：排水效果好，體積大，用料多，對壩體施工有干擾，檢修困難，堆石壩較大時，可作為壩坡的支撐，有利于壩坡穩(wěn)定。褥墊排水位置：用塊石平鋪在下游的壩基面上，并用反濾層包裹。作用：下游無水時可有效降低浸潤線，并有助于壩基排水。但對不均勻沉降的適應(yīng)性差，對下游有水情況作用不大。要求：伸入壩體的長度不超過1/3~1/4的壩體寬度，一般向下游做成0.005~0.01的坡度，厚度一般為0.4~0.5m。適用條件：適用于下游無水或下游水位很低的情況。綜合式排水護坡和壩頂構(gòu)造護坡上游護坡：作用：主要是防止風(fēng)浪淘刷。厚度：其厚度選擇時應(yīng)考慮波浪因素。材料(形式)：砌石、堆石、混凝土或鋼筋混凝土、瀝青混凝土等。護坡范圍：從壩頂至水庫最低水位以下1.5~2.5m。下游護坡：作用：防止雨水沖刷、干裂、動物破壞及下游有水部位的波浪、冰凍和水流作用。材料(形式)：砌石、堆石、碎石、草皮等。護坡范圍：壩頂至排水棱體，無排水棱體時護至坡腳。壩頂構(gòu)造：交通、排水、防浪墻土料設(shè)計：任務(wù)：對壩體各部位的土料進行選擇，然后確定土料的填筑標(biāo)準(zhǔn)。(土石壩主要由壩殼、防滲體、排水設(shè)備、護坡等組成，還有反濾層及過渡層。)筑壩土料的選擇：一般土料原則上均可作為碾壓式土石壩的筑壩材料，或經(jīng)處理后用于壩的不同部位。但下列土料不宜采用：沼澤土、斑脫土、地表土及含有未完全分解有機質(zhì)的土料。均質(zhì)壩對土料的要求強度指標(biāo)④、c較大。 (2)滲透系數(shù)k較小，＜10-4cm/s。要有一定的塑性：塑性指數(shù)Ip=wL-wP=7?17。一能適應(yīng)壩基變形而不會產(chǎn)生裂縫。有機雜質(zhì)含量W5%。 (5)土質(zhì)：絕大多數(shù)采用粘性土。防滲體對土料的要求滲透系數(shù)k較小，＜10-5cm/s。一抗?jié)B性有較好的塑性以適應(yīng)壩體及壩基變形，塑性指數(shù)Ip大于10?12。有機雜質(zhì)含量W2%，水溶鹽含量按重量比W3%，有良好級配。浸水和失水時體積變化較小。土質(zhì)：粘粒含量(粒徑：0.005mm)為15%~30%或塑性指數(shù)為10?17的中、重壤土以及粘粒含量30%~40%或塑性指數(shù)為17?20的粘土較合適。壩殼對土石料的要求強度指標(biāo)④、c較大，具有抗震、抗滑穩(wěn)定性。排水性能好，k＞103Xk防滲體。一經(jīng)過防滲體后，迅速降低浸潤線。有良好級配：級配連續(xù)；不均勻系數(shù)n=d60/d10e30?100。土質(zhì)：級配良好的無粘性土(砂、礫石、卵石、碎石等)，料場開采的石料、開挖的石渣。排水、護坡對土石料的要求良好的抗水性、抗凍性和抗風(fēng)化性。 (2)具有一定的強度：抗壓強度N50Mpa（3）巖質(zhì)：不宜用風(fēng)化料，用新鮮巖石、卵石、碎石。反濾料及過渡層土料（1） 應(yīng)具有必要的透水性、強度，具有高度的抗水性和抗風(fēng)化能力。（2） 必須具有良好的級配，粒徑小于0.1mm的顆粒含量小于5%，不應(yīng)含有粒徑小于0.05mm的粉土和粘粒。（3） 土質(zhì)：反濾料應(yīng)盡量采用天然砂礫篩分，也可用人工砂和碎石。關(guān)于風(fēng)化料及特殊粘土料的采用（1） 風(fēng)化料也可作為筑壩材料，但應(yīng)注意其性能的不穩(wěn)定性，不可作為護坡、排水，上游及下游浸潤線以下也不能采用風(fēng)化料，應(yīng)使其在干燥區(qū)工作。（2） 特殊粘土料有（南方）紅土、膨脹土等。紅土是要作降低含水率處理；膨脹土用于心墻或均質(zhì)壩內(nèi)部，表面有一定壓重，就可正常使用，用于筑壩時，應(yīng)正確選擇其填筑標(biāo)準(zhǔn)可調(diào)節(jié)其漲縮特性。土石料填筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計：（1） 粘性土料的填筑標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計指標(biāo)：設(shè)計填筑干重度：按壓實度P確定。影響土的壓實性的因素很多，主要有含水量、擊實功能以及土的種類和級配等。施工時主要控制填筑含水量3，選在最優(yōu)含水量附近。（2） 粘性土料設(shè)計的步驟：初擬設(shè)計含水量3:計算填土的最大干重度：理論最大干重度一般難以達到，所以一般估算填土的最大干重度：擬定填土的設(shè)計填筑干重度：校驗填土的設(shè)計干重度：應(yīng)滿足調(diào)整含水量3使?jié)M足填筑要求。一般碾壓式土壩設(shè)計干重度為15.7~17.2kN/m3,I、II級壩及高壩的壓實度P不低于0.96~0.99,對III、IV、V級壩應(yīng)不低于0.93~0.96。施工時壓實干重度的合格率，對I、II級壩及高壩的防滲體為90%，對中小型土壩的防滲體和I、II級均質(zhì)土為85%~90%，對中小型均質(zhì)壩為80%~85%。（3） 非粘性土料的填筑標(biāo)準(zhǔn)：壓實程度與填筑含水量關(guān)系不大，主要與砂石料的級配和壓實功能有關(guān)。壓實程度用相對緊密度Dr表示，要求Dr不低于0.7~0.75，若為地震區(qū)，要求浸潤線以上不小于0.7，浸潤線以下不低于0.75~0.85。（4） 非粘性土料土料設(shè)計的步驟：計算相對緊密度Dr:計算設(shè)計干重度：計算不同含礫量的砂礫料填筑干重度非粘性土料的施工合格率要求一般為80%~85%。滲流分析（1）目的（任務(wù)）：確定壩體浸潤線及其下游逸出點的位置，繪制壩體和壩基內(nèi)的流網(wǎng)圖，為穩(wěn)定分析、應(yīng)力應(yīng)變分析及排水設(shè)備選擇提供依據(jù)；確定壩體與地基滲流量，以便估計水庫滲漏損失并校核壩的排水尺寸；確定滲在下游壩坡或地基出逸處的滲透坡降以及滲流場內(nèi)不同土層之間的滲透坡降，以便驗算抗?jié)B穩(wěn)定性；確定庫水位驟降時上游壩殼內(nèi)自由水面位置，以便計算孔隙水壓力，供上游壩坡穩(wěn)定分析用。計算壩肩的等勢線、滲流量和滲透坡降；確定壩體和岸基內(nèi)的浸潤面。滲流計算的方法：流網(wǎng)法；②有限單元法；③電擬試驗法：用電流場模擬滲流場，通過試驗測定滲流流網(wǎng)。水力學(xué)方法：在平面滲流條件下的一種近似方法，它用達西定律，并假定沿任一鉛直過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點的滲透坡降相等。滲流具體計算見P137-147土石壩的抗?jié)B穩(wěn)定驗算滲透變形的形式及其判別無粘性土：管涌、流土；粘性土：流土滲透變形：土石壩及其地基在滲流的物理作用和化學(xué)作用下發(fā)生土體顆粒流失的局部破壞現(xiàn)象管涌：無粘性土中細顆粒被滲流從孔隙通道中的連續(xù)移動并帶出，形成挾沙滲流的集中通道，導(dǎo)致土體破壞的現(xiàn)象。管涌可能發(fā)生的部位：非粘性土的滲流逸出點和進入排水處。管涌判別：級配連續(xù)時不均勻系數(shù)>20，級配不連續(xù)時細粒含量小于25%。流土：滲流作用下，土體的同時浮起或流失的現(xiàn)象。流土發(fā)生的部位：多發(fā)生粘性土坡和顆粒較均勻的非粘性土坡中。判別：級配連續(xù)時不均勻系數(shù)<10，級配不連續(xù)時細粒含量大于35%。接觸沖刷：順著兩種土壤的接觸面的滲流對接觸面顆粒的沖刷。判別：一般認(rèn)為當(dāng)相鄰兩層土體的d10比值小于10且兩層土的不均勻系數(shù)小于10時，不會產(chǎn)生接觸沖刷，反之應(yīng)考慮接觸沖刷和接觸流失的問題。一般發(fā)生在非粘性土中。接觸流失：滲流垂直于滲透系數(shù)相差較大的兩相鄰?fù)翆拥慕佑|面流動時，將滲透系數(shù)較小土層中的細顆粒帶入滲透系數(shù)較大的另一土層。防止?jié)B透變形破壞改善滲透穩(wěn)定性的工程措施：提高土的抗?jié)B性：土料設(shè)計時需考慮。采取水平或垂直防滲措施，以便近可能延長滲徑，達到降低滲透坡降的目的；降低滲透坡降：設(shè)置水平與垂直防滲體，調(diào)整防滲結(jié)構(gòu)的型式和尺寸。降低下游滲流出口處的滲透壓力：設(shè)置排水溝或減壓井。對可能產(chǎn)生流土的地段加蓋重以增加土體抵抗?jié)B透變形的能力，蓋重與被保護土體之間也要設(shè)反濾層。對可能發(fā)生管涌的部位，需設(shè)置反濾層，攔截可能被帶走的細顆粒。反濾層設(shè)計：反濾層的主要作用：排水濾土，防止壩體和壩基在滲流逸出處產(chǎn)生滲透破壞。反濾層位置：J較大處。各種排水與壩體和地基之間；防滲體與上、下游壩殼之間，防滲體與壩基透水層之間，下游滲流逸出處。滲水逸出處一般均需設(shè)反濾層。反濾層型式：土反濾：由幾層砂礫料按粒徑沿滲流方向增大鋪設(shè)。土工織物反濾。保護非粘性土的反濾層設(shè)計：D15\d85=<4~5抗管涌要求，使反濾料不至于太粗；D15\d15>=5滲透性要求，使反濾層不會受到較大的滲透壓力，以免反濾層不被滲水托起(流土)。穩(wěn)定分析(局部穩(wěn)定問題)目的：保證其在自重、滲透壓力、孔隙水壓力和其他外荷載作用下，具有足夠的穩(wěn)定性，不至于因剖面設(shè)計不當(dāng)，或壩體和壩基土料抗剪能力不足而造成失穩(wěn)。(1)土石壩的局部失穩(wěn)狀態(tài)：滑坡、液化、塑性流動?；拢河捎趬纹逻^陡或筑壩土料抗剪強度不夠，使某一滑動面以上土體所受滑動力或滑動力矩超過了其下相應(yīng)土體可能施加的抗滑力或抗滑力矩；由于壩基土體抗剪強度不夠，使部分壩體連同壩基一起滑動，尤其當(dāng)壩基有軟弱夾層時，滑動往往在該層發(fā)生。液化:易發(fā)生在由不緊密均勻細砂構(gòu)成的壩體或壩基中。發(fā)生的原因：飽和松砂受振動或剪切而發(fā)生體積收縮，但孔隙中的水分不能立即排出，沙礫相互接觸的有效應(yīng)力部分或全部轉(zhuǎn)化為沒有抗剪強度的孔隙水壓力，砂粒就隨水流動而“液化'。塑性流動：指壩體或壩基土的剪應(yīng)力超過土體實有的抗剪強度，變形遠超過彈性限值，失去承載能力，壩坡或壩角土被壓出或隆起，或壩體、壩基發(fā)生嚴(yán)重裂縫，過量沉陷等情況。壩體或壩基由軟粘土構(gòu)成又設(shè)計處理不當(dāng)時才會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。（2） 滑坡滑動面的基本類型：曲線滑動面：近似于圓弧面，多發(fā)生于粘性土坡及厚的心墻壩、厚斜墻壩中。折線滑動面：發(fā)生于非粘性土坡，以及斜墻連同保護層。復(fù)合滑動面：發(fā)生于厚的心墻壩、由多種粘性土和非粘性土組成的多種土質(zhì)壩、地基內(nèi)有軟弱夾層。（3） 穩(wěn)定分析方法：剛體極限平衡理論應(yīng)力應(yīng)變分析法滑動面法：①圓弧滑動法：瑞典條分法（均質(zhì)壩、厚心墻壩、厚斜墻壩）：不考慮條塊間的作用力。畢肖普法：考慮土條間的作用力。簡化畢肖普法：考慮土條間水平作用力而忽略豎向作用力。折線滑動法一一非粘性土坡計算：③復(fù)合滑動面法：不同土料，砂土直線，粘性土圓弧圓弧滑動法的基本原理:假定滑動面為圓弧形，將圓弧滑動面以內(nèi)的土體作為脫離體，以圓心作為力矩中心，當(dāng)圓弧范圍內(nèi)的土體底部滑裂面上的滑動力繞O點下滑的滑動力矩Ms大于滑裂面上的阻滑力繞O點的抗滑力矩Mr時，壩坡便喪失穩(wěn)定。瑞典條分法：自重：浸潤線以上取濕重度，以下取浮重度?？紤]滲透力：浸潤線以下，下游水位以上土體計算滑動力矩時采用飽和重度，計算抗滑力矩時用浮重度。（4） 穩(wěn)定分析的計算情況：I.正常運用情況：庫水位處于正常蓄水位或設(shè)計洪水位，以及自正常蓄水位正常降落所對應(yīng)的工作條件。（庫水位在上述范圍內(nèi)經(jīng)常性正常起落；抽水蓄能電站的庫水位經(jīng)常性變化和降落水庫蓄滿水形成穩(wěn)定滲流時一驗算下游坡的穩(wěn)定；上游庫水位為某一最不利水位時一驗算上游坡的穩(wěn)定；上游水位正常降落，上游壩坡產(chǎn)生滲透動水壓力（流線方向指向上游）時的穩(wěn)定計算。非常運用情況：（施工期；校核洪水位有可能形成穩(wěn)定滲流的情況；正常運用條件遇地震庫水位驟降（kW10-3cm/s，V>3m/d），形成反向滲流一驗算上游坡的穩(wěn)定；正常蓄水位+地震一驗算上、下游坡的穩(wěn)定；校核洪水位時一驗算下游坡的穩(wěn)定；施工期考慮孔隙水壓力時一驗算上、下游坡的穩(wěn)定。（5） 提高壩坡抗滑穩(wěn)定的工程措施：①加大斷面，放緩邊坡；②提高壩體填筑標(biāo)準(zhǔn)；合理減壓，減小下滑力和滑動力矩；設(shè)加壓重，增加抗滑力和抗滑力矩；提高導(dǎo)滲、排水。（6） 斜墻連保護層一起滑動的抗滑穩(wěn)定->剛體極限平衡法原理先假定滑裂面；確定滑裂面上的抗剪強度值，cd面和df面分別位于保護層和斜墻中，應(yīng)分別選取相應(yīng)土料的抗剪強度值，且fb面處于斜墻和反濾層兩種土料的交界面上，故在fb面上應(yīng)取較小值后求得臨界壓應(yīng)力，確定試算交界面上抗剪強度分界點e；作鉛直線將滑動體分塊，各滑塊上的安全系數(shù)Kc等值；假定Kc，按各滑塊力的平衡關(guān)系進行試算，各滑塊間作用力的假定與壩坡平行。（6）穩(wěn)定計算工況：施工期的上下游壩坡；穩(wěn)定滲流期上下游壩坡；水庫降落期的上下游壩坡；正常運用條件遇地震11.土石壩的地基處理及裂縫控制（1）、地基處理主要解決防滲問題，主要措施：帷幕灌漿目的：滲流控制；穩(wěn)定控制；變形控制。常見地基：巖基或淺覆蓋地基；砂礫石地基；細砂或有淤泥地基；粘土或黃土地基砂礫石地基處理砂礫石地基的特點：具有較高的抗剪能力和承載能力，壓縮變形小，抗?jié)B性能差，因此對這類地基的處理以滲流控制為主。垂直防滲：粘土截水槽、砼防滲墻，灌漿帷幕；水平防滲：鋪蓋；下游設(shè)排水減壓設(shè)施及蓋重。*當(dāng)砂礫石透水層深度不大時(10~15米以內(nèi))，采用水平鋪蓋加截水槽的措施.*當(dāng)砂礫石透水層較深時(>10~15米)，采用水平鋪蓋加混凝土防滲墻的措施.*當(dāng)砂礫石透水層很深時，采用水平鋪蓋加灌漿帷幕的措施.土石壩裂縫類型及控制措施類型：干縮、凍融、不均勻沉降、滑坡、水力劈裂等?？刂拼胧和诔靥?；灌漿處理預(yù)防土壩裂縫的途徑：合理地計算壩體應(yīng)力和應(yīng)變的大小及分布，根據(jù)實驗測定的的土體強度特性，分析和估計壩體可能產(chǎn)生裂縫的危險部位、裂縫的性質(zhì)以及裂縫的幾何參數(shù)，據(jù)以采取相應(yīng)的地基處理措施;合理地設(shè)計土石壩剖面和細部結(jié)構(gòu)；m. 選擇適宜的土料并采取合理的設(shè)計參數(shù)；w.嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，明確運行管理上的要求，并精心進行管理。壩體材料分區(qū)堆石體的材料分區(qū)圖3-47墊層區(qū)：墊層的作用是平整上游坡面，避免面板出現(xiàn)應(yīng)力集中，故要求墊層料的粒徑不能過大，應(yīng)含有適量的細料。為改善面板的受力條件，墊層料應(yīng)級配良好，細料足以填滿粗料間的空隙，以便壓實到很高密度，并具有較高的變形模量。過渡區(qū)：該區(qū)的材料粒徑級配和密實度介于墊層區(qū)和主堆石區(qū)二者之間，既有與墊層區(qū)共同承擔(dān)面板傳力作用，也有防止墊層內(nèi)細顆粒流失的反濾作用。堆石區(qū)：在堆石體中，主堆石區(qū)內(nèi)是承受水壓力的主要部分，其作用是將面板承受的水壓力傳遞到地基。該區(qū)要求石料具有低壓縮性、高抗剪強度，并具有較好的透水性和耐久性。宜采用硬巖堆石料或砂礫料填筑。接縫與止水周邊縫：一般均采用有底部止水銅片、中部塑膠止水和表面塑性填料組成的三道止水。垂直縫：受拉縫與周邊縫相同或只設(shè)底部和表面兩道止水，受壓縫只設(shè)一道止水銅片。水平縫：面板的水平縫均按施工縫處理，面板頂部與防浪墻間的水平縫宜設(shè)表面及底部兩道止水。第四章河岸溢洪道泄水建筑物：用來宣泄洪水期間(泄洪)或其他情況下水庫(或渠道)中多余水量(泄水)以保證大壩安全的建筑物。包括：泄洪建筑物、泄水孔、施工泄水道、水閘消能設(shè)計原則：①盡量增加水流的內(nèi)部紊動；②限制水流對河床的沖刷范圍消能方式：底流消能、面流消能、挑流消能、戽流消能。底流消能工作原理：在壩趾下游設(shè)消力池、消力坎等，促使水流在限定范圍內(nèi)產(chǎn)生水躍，通過水流的內(nèi)部摩擦、摻氣和撞擊消耗能量。

挑流消能工作原理：利用鼻坎將水流挑向空中，并使其擴散，摻入大量空氣，然后落入下游河床水墊，形成旋滾，消耗能量約20%。起初沖刷河床，形成沖坑，達一定深度后，水墊加厚沖坑趨于穩(wěn)定。3.河岸溢洪道(與泄洪隧洞比較：一般造價較低，除具有正常泄洪能力外，當(dāng)發(fā)生非常洪水時又具有較大的超泄能力)(1)采用條件：①河谷狹窄，洪峰流量大，采用河床布置有困難；②壩體不宜作河床溢洪道；有埡口地形； ④利用施工導(dǎo)流洞改建。溢洪道分類：正槽溢洪道；②側(cè)槽溢洪道；③井式溢洪道；④虹吸溢洪道；⑤泄洪隧洞。河岸溢洪道的布置因素：地形條件、地質(zhì)條件、水流條件、施工條件、經(jīng)濟、樞紐中的布置。4.正槽溢洪道：水流特征：過堰水流與泄槽軸線方向一致。工作特點：開敞式正面進流.泄槽與溢流堰軸線正交,過堰水流與泄槽方向一致.組成：進水段(引水渠)，控制段，泄槽(陡槽)，消能段，尾水渠(進水渠和尾水渠的設(shè)置視情況而定)優(yōu):結(jié)構(gòu)簡單，進流量大，泄流能力強，工作可靠，施工、管理、維修方便，因而被廣泛采用。缺：當(dāng)兩岸地勢較高且岸坡較陡時，開挖方量大。、正槽溢洪道各組成部分的設(shè)計(i)引水渠：①作用：使水流平順地進入控制段，改善堰身及泄槽的流態(tài)。設(shè)計原理：在合理的開挖方量下，盡量減少水頭損失，以增加溢洪道的泄水能力，因此要控制流速。④進口布置形式：喇叭口。②橫斷面:矩形④設(shè)計要求:有足夠的泄流能力.斷面形式：巖基上接近矩形，土基上采用梯形。④進口布置形式：喇叭口。②橫斷面:矩形④設(shè)計要求:有足夠的泄流能力.(ii)、控制堰段①作用:控制溢洪道的泄流能力.縱剖面:實用堰和寬頂堰實用堰:流量系數(shù)大，需要的溢流前緣較短，但施工復(fù)雜，多用于巖石地基上，尤其是岸坡較陡的大中型工程。 形式：克-奧型 WES曲線型寬頂堰:結(jié)構(gòu)簡單，施工方便。但流量系數(shù)較小，需要的溢流前緣較長。多用于泄洪量不大或附近地形較平緩的中小型工程中。迷宮堰：由于泄洪前緣加長，堰頂高程可適當(dāng)抬高，有利于增大水庫興利庫容；尤其適用于樞紐布置受限，泄洪前緣不足，無閘門控制的中、低水頭溢洪道。、泄槽段工作特點：在溢流堰后用泄槽與消能段相接，為使槽內(nèi)水流呈急流狀態(tài)其縱坡常為大于臨界坡度的陡坡，因此又稱其為陡槽。由于泄槽內(nèi)水流流速較高，設(shè)計時必須考慮高速水流產(chǎn)生的沖擊波、脈動和空蝕現(xiàn)象，在布置和構(gòu)造上予以重視，一般應(yīng)加高、加固泄水槽的邊墻，以確保溢洪道的安全。泄槽的縱剖面設(shè)計泄槽的縱坡一般做成為大于臨界坡度的陡坡，通常i=1%~5%，有時可達10%~15%。變坡：泄槽很長時，為適應(yīng)地形、地質(zhì)條件而設(shè)。由陡變緩，變坡處用反弧段連接R8~10倍水深，易出現(xiàn)動水壓力破壞，應(yīng)盡量避免。由緩變陡：變坡處用拋物線連接。槽底易產(chǎn)生負壓。泄槽的平面布置：從高速水流考慮，泄槽在平面上應(yīng)盡量直線、等寬、對稱布置。實際上，由于地質(zhì)(形)條件的限制，或從減少開挖、處理洪水歸河、有利消能等方面考慮，往往改變橫斷面，設(shè)置收縮段、彎曲段或擴散段。斷面型式：在巖基上一般接近矩形斷面，土基上用梯形較多，邊坡不宜太緩以防止水流外溢和對流態(tài)不利，一般應(yīng)做襯砌。彎曲段：渠底超高法一作用是使流量分布均勻并適當(dāng)改善流態(tài)。對彎曲的泄槽，為使槽內(nèi)流量分布均勻和改善流態(tài)，可將渠底做成外側(cè)高于內(nèi)側(cè)的橫向底坡，用重力來平衡離心力。彎曲段：受離心力作用，外側(cè)水深大，流速與單寬流量分布不均。要求：使斷面內(nèi)流量分布均勻，抑制沖擊波設(shè)計方法：施加側(cè)向力法，如渠底超高法；干擾處理法，如螺旋線過渡段法收縮段與擴散段：收縮段的收縮角大小直接影響由于斷面收縮而產(chǎn)生的沖擊波的大小。收縮角越小，沖擊波就越小，通常收縮角11.25°.擴散段一般設(shè)在泄槽的末端有利于消能.在高速水流的條件下，擴散角不宜過大以免水流于邊墻脫離.水平槽底取小值，即擴散角可大些；斜坡槽底取大值，即擴散角可小些。K的取值：1.5-3.0空化空蝕及其減蝕措施空化：壓力降低至蒸汽壓力后，出現(xiàn)蒸汽氣穴(初始空化)空蝕：氣核膨脹遇高壓潰滅，撞擊固壁使固壁發(fā)生破壞，即發(fā)生空蝕?？栈瘴g的原因：泄水建筑物的體型不合理；泄水建筑物表面不平整；放樣不準(zhǔn)；模板走樣;混凝土質(zhì)量不佳；泥沙的不均勻磨損；減蝕方法：選用好的體型；采用高強度的抗蝕材料；提高抗滑平整度；摻氣減蝕泄槽的襯砌：防沖、防滲、防風(fēng)化、承載混凝土及砌石結(jié)構(gòu)，分縫但縫內(nèi)必須做止水，襯砌底部設(shè)排水設(shè)備，有時襯砌要以鋼筋錨固。、消能設(shè)施：位于泄水槽出口處，作用是為了消除下泄水流具有破壞作用的動能，從而防止建筑物被水流沖刷，保證安全。消能方式：底流消能和挑流消能。、尾水渠:當(dāng)流經(jīng)泄槽的急流經(jīng)過消能后，不能直接進入原河道，需布置一段尾水渠，要求短、直、平順，底坡盡量接近原河道的坡度，以使水流能平穩(wěn)順暢地歸入原河道。2、側(cè)槽溢洪道在壩址處山高坡陡，采用正槽式溢洪道將使挖方量增加很多時，可采用側(cè)槽式溢洪道。組成：溢流堰、側(cè)槽、調(diào)整段、泄槽、出口消能段、尾水渠。特點：堰軸線、泄槽軸線可與山坡等高線平行布置，開挖量小，但側(cè)槽中水流流態(tài)復(fù)雜。水流經(jīng)過溢流堰，泄入與堰大致平行的側(cè)槽后，在槽內(nèi)轉(zhuǎn)向約90，經(jīng)泄槽或泄水隧洞流入下游。側(cè)向進流，縱向泄流。適用:壩址山頭較高、岸坡較陡的情況，尤其適于中小型水庫中采用無閘門控制的溢洪道中。、側(cè)槽的設(shè)計：①②③④⑤⑥⑦⑨⑧⑩泄流量沿側(cè)槽軸線均勻增加，所以側(cè)槽斷面積應(yīng)沿程增大，始末斷面底寬比約為1：1~1：4；槽斷面應(yīng)為深窄型梯形斷面，堰一側(cè)邊坡為1:0.5,山坡一側(cè)邊坡為1:0.3~1:0.5；槽底高程應(yīng)保證溢流堰為自由溢流，側(cè)槽中水流應(yīng)為緩流流態(tài)，底坡坡度為緩坡，1:0.01~1:0.05、調(diào)整段的設(shè)計：調(diào)整段是側(cè)槽后的平底梯形斷面的渠道，作用是穩(wěn)定水流。調(diào)整段與泄槽間利用斷面的局部收縮或槽底小坎構(gòu)成一控制斷面，使側(cè)槽水流壅高后入泄槽。自潰壩的啟潰方式：漫溢式、引沖式。第五章水工隧洞及壩下涵洞水工隧洞有壓隧洞，嚴(yán)禁高速水流時采用時而有壓、時而無壓的明滿流交替；低速校核洪水可以出現(xiàn)（1） 概念：在地基內(nèi)開挖而成，四周被圍巖包圍起來的水工建筑物。（2） 功能：①泄洪；②發(fā)電、灌溉、給水等所需的引水；③檢修或其他原因需要放空水庫；排沙；⑤施工導(dǎo)流涵管作用：灌溉、供水、放空水庫及施工（3） 類型：按功能分：泄洪、泄水、引水、輸水、放空、排砂、施工導(dǎo)流。按流態(tài)分：有壓和無壓。按襯砌方式分：不襯砌隧洞，噴錨、混凝土襯砌或鋼筋混凝土襯砌等。按流速分：高速（＞16m/s），低速（＜16m/s）（3） 工作特點結(jié)構(gòu)型式和承載方面開挖前：巖體處于整體穩(wěn)定狀態(tài)；開挖后：原由的地應(yīng)錄平衡被打破，引起變形，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致巖石崩塌，需進行開挖襯砌支護。圍巖壓力（山巖壓力）與彈性抗力的概念圍巖壓力:隧洞開鑿后由于圍巖變形（或塌落）而作用在襯砌上的壓力，是一種主動力.II.彈性抗力:當(dāng)襯砌受到某些主動力的作用而向圍巖方向變位時,會受到圍巖的限制而產(chǎn)生反作用力.是一種被動力，能協(xié)助襯砌分擔(dān)外荷載，是有利的.計算時一般不考慮地層反力（被動力）：為了滿足鉛直向平衡條件，在隧洞底部仍有反力存在。這種力稱~同一斷面，主被動力可以存在，同一點不行水力特性：封閉斷面水工隧洞受高水頭動水壓力作用。有壓隧洞一相當(dāng)于管流，受內(nèi)水壓力作用。若襯砌漏水，壓力水滲入圍巖裂隙，從而產(chǎn)生附加滲透壓力，導(dǎo)致巖體失穩(wěn)。要求堅固的襯砌。無壓隧洞一明渠流，高速水流下，在固體不平整邊界上可能會引起空蝕。施工方面：無論開挖或襯砌，其工作面比地面上小得多，洞線長，干擾大。（4） 采用水工隧洞的條件山嶺起伏地區(qū)的引水式電站；過水建筑物設(shè)計高程在地面以下，采用明渠挖方大不經(jīng)濟時；修建明渠可能受到滑坡、塌方、泥石流、雪崩和冰凍威脅時；深山峽谷中修建當(dāng)?shù)夭牧蠅螣o條件采用其他導(dǎo)流及泄洪建筑物時；水電站廠房采用地下結(jié)構(gòu)時。洞線的選擇：路線盡可能短，直線；洞軸線應(yīng)盡可能布置在堅固巖石中；洞頂以上巖層應(yīng)有足夠地厚度以保證圍巖穩(wěn)定，不產(chǎn)生塌方；施工條件有利，方便。水工隧洞的總體布置（1） 水工隧洞的結(jié)構(gòu)組成：進口段（控制水流），洞身段，出口段。（2） 閘門的布置：對泄水隧洞來說，一般需設(shè)兩道閘門，即控制泄流的工作閘門和工作閘門檢修時擋水的檢修閘門。檢修閘門一般位于隧洞進口處，且在工作閘門上游。工作閘門一般位于：有壓隧洞：出口處；無壓隧洞：進口處。啟閉：工作閘門應(yīng)能在動水中啟閉；檢修閘門在動水中關(guān)閉，靜水中開啟。（3） 泄水隧洞的布置形式：表孔泄洪隧洞和深式泄水隧洞。（4） 表孔泄洪隧洞的布置①表孔泄洪隧洞的主要方式：正堰斜井式斜洪洞。所謂表孔就是進水口位于水面附近。組成：正向溢流堰，陡坡斜井，隧洞及出口消能段。②正堰斜井式斜洪洞的布置進口：選擇地質(zhì)、地形條件好的地方以保證洞口穩(wěn)定、入流順暢。出口：高程受下游水位控制，除對地質(zhì)地形條件有所要求外，應(yīng)注意消能工的布置以利于與下游水流的銜接。其結(jié)構(gòu)組成類似于河岸正槽式溢洪道，不同之處在于泄水陡槽以封閉式代替開敞式。泄洪時閘門的斜井及隧洞中多為無壓流。（5） 深孔泄水隧洞的布置組成：水下進水口，洞身和出口消能段。根據(jù)進水口位置的不同可將進水口分為低位進水口和“龍?zhí)ь^”式進水口。（6） 水工隧洞的選線和定位：水工隧洞的布置是其設(shè)計問題中的關(guān)鍵，隧洞的選線則是隧洞布置得首要問題，直接關(guān)系到施工期限，工程造價及工程運行的可靠性。影響隧洞線路選擇堵塞因素很多，諸如地形、地質(zhì)條件，施工條件等。設(shè)計時必須根據(jù)隧洞的用途，綜合考慮地形地質(zhì)、施工，樞紐總體布置及對周圍環(huán)境的影響等各種因素，擬定不同方案，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。選線原則：地質(zhì)條件好，線路短，水流順暢，與樞紐和其他建筑物互不影響，安全經(jīng)濟。具體要求：地質(zhì)條件：洞線宜選在地質(zhì)構(gòu)造簡單，巖體完整且穩(wěn)定，其上的覆蓋層厚度大（尤其對有壓隧洞來說洞頂以上圍巖厚度至少要大于洞頂靜水壓力的重量），施工方便的地段。避開破碎帶，避開地下水位高、可能坍塌的不穩(wěn)定巖石II.地形條件：平面上盡量直線布置，必須轉(zhuǎn)彎時要求轉(zhuǎn)彎半徑不小于5倍洞徑或洞寬，彎道轉(zhuǎn)

角不大于60°，彎段上下游直線段長度不小于5倍洞徑或洞寬。無壓隧洞高速流段盡量不轉(zhuǎn)彎。m. 縱剖面上：（1） 有壓隧洞（引水）的進水口高程取決于發(fā)電死水位，尾水高程取決于下游最低尾水位?？v向坡度的選取考慮施工排水和防空隧洞進行檢修的要求，一般為不小于0.5%—0.1%的正坡。（2） 無壓泄水隧洞的進口高程取決于水庫要求泄放的最低水位，出口高程決定于下游最高洪水位，應(yīng)避免水躍。其縱坡通過水利計算確定，多采用陡坡以防止洞內(nèi)泥沙淤積。N.運行條件：不影響樞紐和其他建筑物的正常工作。泄水隧洞出口應(yīng)與攔河壩的壩腳有一定距離，泄洪消能出口與壩腳相距200米以上，以防出洞水流沖刷壩腳。發(fā)電洞尾水則應(yīng)避開或隔開樞紐建筑物泄流時可能導(dǎo)致的水位波動。V.施工開挖條件：洞線應(yīng)與樞紐其他建筑物保持一定距離以免洞室開挖爆破影響建筑物基巖的穩(wěn)定。長隧洞可設(shè)幾個支洞以增加開挖面。水工隧洞的進口段（1） 表孔泄洪隧洞的進口：：類似于正槽溢洪道的進口堰型選擇（2） 深孔水工隧洞的進口基本結(jié)構(gòu)形式：按其布置和結(jié)構(gòu)型式不同，分為：豎井式塔式，岸塔式，斜坡式,組合式豎井式進水口：組成：閘前漸變段，豎井，閘后漸變段。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省工作橋,不受風(fēng)浪和冰的影響，抗震及穩(wěn)定性好。缺點：豎井開挖困難，檢修門前一段隧洞檢修不便。適用：河岸巖石堅固，開鑿豎井無塌方危險。塔式進水口：組成：閘前漸變段，塔身，閘后漸變段。優(yōu)點：為獨立懸臂結(jié)構(gòu)，布置緊湊，閘門檢修相對來說方便。缺點：另設(shè)工作橋，可能增加投資，需進行穩(wěn)定驗算。適用：進口處岸坡低緩，覆蓋層較厚,山巖破碎，不宜開鑿豎井。類型：框架式塔和封閉式塔。岸塔式進水口：優(yōu)點：穩(wěn)定性比塔式好，造價比塔式省，施工方便，地形、地質(zhì)條件許可時優(yōu)先選用。缺點：若傾斜，閘門也斜，啟門力增加，不易靠自重關(guān)閉閘門.適用：進口處巖石堅固，可開挖成近于直立的陡壁時。斜坡式進水口：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，穩(wěn)定性好，造價最低。缺點：斜坡上裝閘門，關(guān)門時不易靠自重下降，需另加關(guān)門力。適用：較為完整的巖坡。組合式進水口：（3）深孔水工隧洞的體型（進水口、閘室段及漸變段閘前及閘后漸變段：閘前喇叭口和閘后漸變段.上墻：側(cè)墻：D---斷面高度 B---斷面寬度閘后漸變段的長度以洞身直徑或洞高的1.5?2.0倍為宜.通氣孔:補氣和排氣③平壓管④攔污柵隧洞的洞身段（1）斷面尺寸及形式：斷面尺寸由水力計算得到。水力計算包括泄流能力，水頭損失，壓坡線（有壓流）水面線（無壓流）。斷面形式：與水流條件、工程地址條件和施工條件等有關(guān)。圓拱直墻形、馬蹄形、圓形有壓隧洞斷面形態(tài)（襯砌荷載主要是內(nèi)水壓力）與過水能力：圓形圓形斷面的優(yōu)點：流態(tài)好，受力條件好，過水能力強。荷載：內(nèi)水壓力洞身過水面積：w洞身過水面積，Q最大設(shè)計流量，兼計沿程與局部阻力的流量系數(shù)，H計算斷面的作用水頭。有壓引水隧洞洞內(nèi)水流流速低，以減小水頭損失，保證發(fā)電所需的能量；有壓泄洪隧洞洞內(nèi)水流流速高，以便讓洪水盡快下泄。無壓隧洞斷面形態(tài)及過水能力：城門洞形、馬蹄型或圓形城門洞形斷面：優(yōu)：適宜于承受垂直山巖壓力，也便于開挖和襯砌；缺：拱圈受力較差。為了減小或消除作用在側(cè)墻上的側(cè)向圍巖壓力，可把直墻改為斜墻，變成馬蹄形斷面。襯砌構(gòu)造：沿開挖洞壁做成的人工護壁。襯砌目的：人工護壁（1） 襯砌的作用①阻止圍巖變形發(fā)展，保證其穩(wěn)定；②加固圍巖承受圍巖壓力、內(nèi)水壓力和其他荷載；防止?jié)B漏； ④保護巖石免受水流、空氣、溫度、干濕變化等侵蝕破壞；平整圍巖，減小表面糙率，改善水流條件，減少水頭損失。（2） 型式按設(shè)置目的分為抹平襯砌和受力襯砌兩類。抹平襯砌：用砼、噴漿及漿砌石做成的護面。不承受荷載受力襯砌：單層，組合，預(yù)應(yīng)力，噴錨等一般襯砌（單層）厚度為1/8?1/12洞徑且＞25cm。單層：用砼、鋼筋混凝土或漿砌石做成。組合式：根據(jù)襯砌的不同受力特點和運用要求，用不同材料組成的雙層、多層襯砌。預(yù)應(yīng)力：在施工中預(yù)施環(huán)向壓應(yīng)力，運行時襯砌可承受由巨大內(nèi)水壓力引起的環(huán)向拉應(yīng)力。適用于高水頭圓洞。噴錨支護：新奧法（NATM）的表現(xiàn)形式.噴混凝土支護和錨桿支護.隧洞斷面形式及襯砌類型：單層襯砌；組合式襯砌；預(yù)應(yīng)力襯砌襯砌類型：混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、錨噴（3） 襯砌的分縫和止水（不銹鋼、銅片止水）整體式襯砌在施工中要分段分塊澆筑，需設(shè)橫、縱向工作縫；跳倉澆筑永久橫向伸縮縫：沉陷變形伸縮縫和溫度變形伸縮縫。（4） 錨噴襯砌優(yōu)越性：節(jié)省材料、降低投資，減輕勞動強度及加快施工速度等優(yōu)點。工作原理：在隧洞開挖后，由于及時的進行錨噴支護，使得襯砌與圍巖緊貼，共同發(fā)揮作用。這種襯砌的厚度小，本身既有一定的剛度，又有一定的柔性，既讓圍巖變形，又限制其變形自由發(fā)展，使圍巖和錨噴襯砌在共同變形的過程中取得自身穩(wěn)定，從而減小圍巖作用在襯砌上的壓力。內(nèi)外水壓力主要由圍巖承擔(dān)。灌漿、防滲和排水（1） 灌漿：回填灌漿和固結(jié)灌漿?；靥罟酀{：填充襯砌與圍巖之間的空隙，使之緊密結(jié)合以改善傳力條件，減小滲漏。一般施工中在襯砌頂拱部分時預(yù)留灌漿孔（圖）。范圍：頂拱90。?120。之間，孔矩和排矩2?6米，灌漿壓力一般為0.2?0.5MPa.固結(jié)灌漿：為了加固圍巖，提高圍巖的強度和整體性，減小山巖壓力，保證巖石的彈性抗力，減小地下水對襯砌的壓力和減少滲漏而做。由于其一般在襯砌后進行，故還可起預(yù)壓作用。孔深:一倍隧洞半徑，梅花形，間矩2?4米。灌漿壓力：1.5?2.0倍內(nèi)水壓力，一般0.3?1.0MPa.（2） 防滲與排水：當(dāng)?shù)叵滤惠^高時外水壓力將會成為主要荷載防滲排水設(shè)施不可缺少.對無壓洞:當(dāng)外水壓力較大時,可在洞內(nèi)最高水面線以上通過襯砌來設(shè)置排水孔（圖）.對有壓洞：在洞底部設(shè)置縱向排水管和橫向排水溝，間矩6?8米.隧洞的出口段（1） 出口段結(jié)構(gòu)體型有壓：出口處設(shè)閘門，因此設(shè)閘室，用以布置閘門及相應(yīng)的啟閉設(shè)備，門前設(shè)漸變段，門后接消能設(shè)施。無壓：出口處無閘門，因此其型式相對簡單，僅設(shè)門框，以防洞臉及其上部巖體崩塌，洞身直接與消能設(shè)施相連。（2） 消能方式：①挑流消能②擴散水躍消能③洞內(nèi)消能隧洞襯砌的結(jié)構(gòu)計算襯砌上的荷載：襯砌自重、內(nèi)水壓力、外水壓力、圍巖壓力、預(yù)應(yīng)力、彈性抗力、地基反力及其他荷載。涵管上的荷載：自重、內(nèi)水壓力、外水壓力、填土壓力、施工荷載、溫度荷載及地震荷載。（1） 水工隧洞的荷載組合：基本荷載與特殊荷載正常運用情況：圍巖壓力+襯砌自重+設(shè)計洪水時的內(nèi)、外水壓力，地下水壓力施工、檢修情況：圍巖壓力+襯砌自重+可能最大的外水壓力非常運用情況：圍巖壓力+襯砌自重+校核洪水時的內(nèi)、外水壓力（2） 襯砌上的荷載計算圍巖壓力：垂直圍巖壓力；側(cè)向圍巖壓力；底部上擠力彈性抗力：當(dāng)襯砌受力變形后，變形方向指向圍巖，就產(chǎn)生彈性抗力。*考慮彈性抗力的條件:圍巖沒有不利的斷層或裂隙;圍巖厚度大于洞中內(nèi)水壓力的0.4倍；圍巖厚度大于3倍洞徑;圍巖與襯砌之間的間隙被完好填充，接觸緊密.彈性抗力的計算：其中，k為巖石抗力系數(shù)， 為圍巖變形.水荷載內(nèi)水壓力：有壓:壓坡線。無壓:洞內(nèi)水深。外水壓力：指作用在襯砌外壁上的地下水壓力，其值取決于洞外地下水位線的高低和外水壓力，折減系數(shù)的大小。（3） 隧洞襯砌的結(jié)構(gòu)計算：包括確定襯砌厚度，配筋，校核襯砌強度等計算方法：結(jié)構(gòu)力學(xué)方法：以襯砌為計算方法，只能求到襯砌的應(yīng)力，得不到圍巖的應(yīng)力；彈性力學(xué)方法：以隧洞整體為計算對象。要求圍巖滿足均勻各向同性無限彈性體，圓洞，均勻內(nèi)壓力要求。有限元方法：能夠?qū)θ魏螐?fù)雜的巖體結(jié)構(gòu)中的隧洞進行線性或非線性分析，成為最有效的方法。（4） 鉛直斷面為圓形的洞室襯砌結(jié)構(gòu)計算內(nèi)水壓力是主要荷載，同時應(yīng)謹(jǐn)慎而充分地考慮彈性抗力。均勻內(nèi)水壓力作用下的圓形洞室襯砌內(nèi)力計算先根據(jù)管外璧與圍巖接觸面之間的變形相容條件求出彈性抗力，再用軸對稱受力圓管的彈性理論計算襯砌的內(nèi)力；彈性抗力作用下的圓形洞室襯砌內(nèi)力計算分別計算各種荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，按不同的荷載組合進行迭加，進行強度校核和配筋。（5） 無壓隧洞的襯砌結(jié)構(gòu)計算荷載：圍巖壓力，襯砌自重，內(nèi)水壓力，彈性抗力，摩擦力等。（圍巖壓力、外水壓力是主要荷載）設(shè)計荷載組合：不考慮彈性抗力：垂直山巖壓力+側(cè)向山巖壓力+襯砌自重；考慮彈性抗力：垂直山巖壓力+彈性抗力+巖石彈性抗力產(chǎn)生的摩擦力+襯砌重；摻氣減蝕措施（摻氣槽，摻氣槽與挑砍相結(jié)合）：體型；控制平整度；摻氣；抗蝕材料；合理的運行方式。第六章水閘水閘作用：是調(diào)節(jié)水位、控制流量的低水頭水工建筑物，主要依靠閘門控制水流，具有擋水和泄（引）水的雙重功能。水閘的類型：按擔(dān)負的任務(wù)（作用）分：節(jié)制閘（攔河閘）：攔河興建，調(diào)節(jié)水位，控制流量。進水閘（渠首閘）：在河、湖、水庫的岸邊興建，常位于引水渠道首部，引取水流。排水閘（排澇閘、泄水閘、退水閘）：在江河沿岸興建，作用是排水、防止洪水倒灌。分洪閘：在河道的一側(cè)興建，分泄洪水、削減洪峰洪、滯洪。擋潮閘：建于河流入海河口上游地段，防止海潮倒灌。沖沙閘：靜水通航，動水沖沙，減少含沙量，防止淤積。排冰閘：在堤岸上建閘防止冬季冰凌堵塞。按閘室結(jié)構(gòu)分：開敞式：閘室露天，又分為有胸墻；無胸墻兩種形式；涵洞式：閘室后部有洞身段，洞頂有填土覆蓋。（有壓、無壓）水閘的組成及各部分的功用：上游連接段（引導(dǎo)水流平順進入閘室，保護河床，側(cè)向防滲）一閘室段（調(diào)節(jié)水位和流量）一下游連接段（消能、防沖、防滲）水閘的工作特點：傳力過程：閘門（承受水壓力）一閘墩（承受上部結(jié)構(gòu)重量）一底板（較均勻地傳給）一地基關(guān)閘與開閘：（1）.靜水（關(guān)閘）：水平水壓力、土基一滑動；水位差產(chǎn)生滲透壓力一不利于穩(wěn)定；繞岸滲流一不利于翼墻穩(wěn)定。（2）.開閘泄水：水位差一流速大一對下游河床、岸坡沖刷；水位變幅較大一流態(tài)多（堰流、孔流），淹沒出流、自由出流；閘門全開時，水位差小一易形成波狀水躍；閘門開啟順序不合理時一產(chǎn)生折沖水流。水閘結(jié)構(gòu)：防滲排水，消能防沖，閘室結(jié)構(gòu)。水閘的消能工設(shè)計：消能工的作用是改善水流與固體邊界的接觸條件，防護加固下游河床。消能方式：底流消能（用于中低水頭的水閘）、面流消能（當(dāng)水閘下游尾水深度較大且變化較小，河床及岸坡抗沖能力較強時）、挑流消能（當(dāng)水閘承受水頭較高，閘后河床及岸坡為堅硬巖體時）。關(guān)于底流消能：由消力池、海漫和防沖槽構(gòu)成。消力池緊接閘室，在池中利用水躍消能；海漫緊接消力池，作用是繼續(xù)消除水流的剩余動能，使水流擴散并調(diào)整流速分布，以減小底部流速，達到不沖流速。海漫末端設(shè)防沖槽（限制沖刷向上游擴展，保護海漫。）為什么閘下水流一般采用底流水躍連接方式？波狀水躍和折沖水流產(chǎn)生的原因是什么？如何防止？一方面要盡可能消除水流的動能，消除波狀水躍，并促使水流橫向擴散，防止產(chǎn)生折沖水流；另一方面要保護河床和河岸，防止剩余動能引起的沖刷，我國大部分水閘都建在軟基上，且承受的水頭不高，閘下躍前水位的弗勞德數(shù)Fr較小，宜采用底流水躍連接方式。弗勞德數(shù)Fr較小，易產(chǎn)生波狀水躍；進口流態(tài)不對稱時會產(chǎn)生折沖水流。輔助消能工作用：加大水流阻力；加強水流紊動和撞擊；穩(wěn)定水躍；利于擴散水流。類型：消力墩，池首坎，消力梁，散流墩等。閘基滲流的主要危害:閘基滲流對建筑物產(chǎn)生向上的壓力，減輕建筑物有效重量，降低閘身抗滑穩(wěn)定性，沿兩岸的滲流對翼墻產(chǎn)生水平推力；由于滲透力的作用，滲透力可能造成土的滲透變形；嚴(yán)重的滲漏將造成大量的水量損失；滲流可能使地基內(nèi)可溶解的物質(zhì)加速溶解。尋求合理經(jīng)濟的防滲措施，合理擬定地下輪廓尺寸，消除滲流不利影響，保證水閘安全。防滲設(shè)計的內(nèi)容包括：（1）滲透壓力計算；（2）抗?jié)B穩(wěn)定性驗算；（3）濾層設(shè)計；（4）防滲帷幕及排水設(shè)計；（5）永久縫止水設(shè)計。11地下輪廓線:閘基滲流第一根流線，即鋪蓋和垂直防滲體等防滲結(jié)構(gòu)以及閘室底板與地基的接觸線。布置原則：先阻后排，防滲與導(dǎo)滲相結(jié)合。不同情況下防滲布置：①粘性土地基：降低滲透壓力，增加閘身有效重量。閘室上游宜設(shè)置水平鋼筋砼或粘土鋪蓋，或土工膜防滲鋪蓋，閘室下游護坦底部應(yīng)設(shè)濾層，下游排水可延伸到閘底板下。因為土壤顆粒之間具有凝聚力，不易產(chǎn)生管涌，但土壤與閘底板之間的摩擦系數(shù)小，不利于閘室穩(wěn)定。②砂性土地基：防止?jié)B透變形一通過延長滲徑來降低滲透流速和坡降，對降低滲透壓力的要求較低。砂層很厚一閘室上游可采用鋪蓋和懸掛式防滲墻相結(jié)合的形式，閘室下游滲流出口處應(yīng)設(shè)置濾層，排水布置在護坦之下。砂層較淺一閘室底板上游端設(shè)置截水槽或防滲墻（嵌入相對不透水層深度不應(yīng)小于1.0m），閘室下游滲流出口處應(yīng)設(shè)置濾層，排水布置在護坦之下。因為土壤與底板之間的摩擦系數(shù)較大，對閘室抗滑穩(wěn)定有利，土壤顆粒之間無黏聚力，容易產(chǎn)生管涌。③粉細砂地基（或粉土、輕砂壤土、輕粉質(zhì)砂壤土）閘室上游宜采用鋪蓋和垂直防滲體相結(jié)合的布置形式。在地震區(qū)的粉細砂地基上，有震動液化問題，宜采用封閉式布置（閘室底板下布置的垂直防滲體宜構(gòu)成四周封閉的形式）垂直防滲體的長度應(yīng)超過粉砂地基液化深度。④特殊地基：弱透水地基下有透水層，地基為不同性質(zhì)沖積層，KH>>KV。閘室下游設(shè)置鉛直排水，并防止淤堵。⑤雙向水頭作用：合理地進行雙向布置形式，并以水位差較大的一向為主。滲流分析的目的：決定滲透壓力，滲透坡降及滲流量。閘基防滲設(shè)計的要求是：確定最優(yōu)的地下輪廓及防滲排水措施，使閘基滲透壓力適當(dāng)減小，不發(fā)生滲透變形，并使閘基滲流量控制在允許范圍內(nèi)。改進阻力系數(shù)法計算原理：把閘基的滲流區(qū)域按可能的等水頭線劃分為幾個典型流段，根據(jù)滲流連續(xù)性原理，流經(jīng)各流段的滲流量相等，各段水頭損失與其阻力系數(shù)成正比，各段水頭損失之和等于上下游水頭差。計算步驟：①確定地基有效深度Te；②分段并計算各段的阻力系數(shù)，按可能的等水頭線劃分為幾個典型流段（進口段、出口段、水平段、內(nèi)部垂直段）按規(guī)范中基本公式計算各段的阻力系數(shù)，運用公式時要正確計算T、S、S1、S2等參數(shù)。③求出各段水頭損失，初繪滲壓圖；④進行進、出口段水頭損失修正。防滲設(shè)施：鋪蓋（閘室上游一側(cè)）、板樁（閘室底板高水位一側(cè)或設(shè)在鋪蓋起端）、齒墻（底板上下游兩端及鋪蓋起始處）及帷幕灌漿等（具有滯滲作用，一般設(shè)在地下輪廓末端及其下游部位，起倒?jié)B作用。）分縫和止水：沉陷縫、伸縮縫：防止閘室因地基不均勻沉陷或溫度變化而產(chǎn)生裂縫。每隔15?30m設(shè)一道縫。閘室本身要分縫，相鄰結(jié)構(gòu)荷重相差懸殊或結(jié)構(gòu)較長、面積較大的地方，如鋪蓋與閘室底板、翼墻連接處、消力池與閘室底板、翼墻連接處?；炷龄伾w及消力池的護坦面積較大時，翼長較長時要防滲設(shè)縫。止水：有防滲要求的縫必須止水，有水平止水和垂直止水，還應(yīng)適用混凝土收縮及地基不均勻沉降的變形，構(gòu)造簡單，便于施工。穩(wěn)定計算1）水閘承受的主要荷載有：自重、水重、水平水壓力、揚壓力（指方向朝上的滲透壓力與浮托力之和）、浪壓力、泥沙壓力、土壓力、地震力；2）閘室的穩(wěn)定性：閘室的穩(wěn)定性是指閘室在各種荷載作用下，不致沿地基面和深層滑動，不發(fā)生明顯的傾斜，且平均基底壓力不大于地基的容許承載力。3）穩(wěn)定驗算的計算方法：驗算閘室基底壓力；驗算閘室的抗滑穩(wěn)定；驗算閘室的整體穩(wěn)定。4）閘室是水閘的主體，由底板、閘墩、閘門、工作橋與交通橋、胸墻等。抗滑穩(wěn)定性提高措施：調(diào)整閘門位置，或?qū)⒌装逑蚋咚灰粋?cè)加長，以增加水重；增加鋪蓋和板樁的長度，或在不影響防滲安全的條件下，將排水設(shè)施向閘室靠近，以減小底板底部的滲透壓力；增加底板齒墻深度；利用鋼筋混凝土鋪蓋作為阻滑板，此時閘室自身（即不考慮滑阻板作用）抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)小于1.0，滑阻板還應(yīng)滿足抗裂要求；增設(shè)鋼筋混凝土抗滑樁或預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)。彈性地基梁法的基本原理：梁和地基都是彈性體，梁橫置于彈性地基上，梁受荷載發(fā)生彎曲變形，地基受壓產(chǎn)生沉陷，而梁與地基系緊密接觸，所以它們的變形和沉陷值是相等的，同時還計及底板范圍以外的荷載對梁的影響，可以以垂直水流方向截取的單寬板條作為計算對象，按平面應(yīng)變的彈性地基梁，根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件和靜力平衡條件，確定地基反力及梁的內(nèi)力。基本假定：地基反力在順?biāo)鞣较蛑本€分布；地基反力在垂直水流方向呈