5-1F411000 水利水电工程勘测与设计四

1F411000 水利水电工程勘测与设计（四）1F411020 水利水电工程设计1F411023水工建筑物结构受力状况及主要设计方法一、水工建筑物按功能分类水工建筑物可按使用期限和功能进行分类。按使用期限可分为永久性水工建筑物（主要建筑物和次要建筑物）和临时性水工建筑物。按功能分为以下类型：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、专门建筑物（用于发电、通航、过木、过鱼等单一目的的建筑物，如水电站、船闸、升船机、鱼道、鱼闸、过木道（机）、筏道等）。二、水工建筑物结构荷载根据水工建筑物荷载设计规范SL7442016，按荷载随时间的变异，水工建筑物结构上的荷载分为永久荷载、可变荷载、偶然荷载。永久荷载：建筑物结构自重、永久设备自重、地应力、围岩压力、土压力、预应力锚固荷载、淤沙压力(有排沙设施时可列为偶然荷载）；可变荷载：静水压力、外水压力、扬压力、动水压力、风荷载、雪荷载、冰压力、冻胀力、浪压力、楼面活荷载、平台活荷载、桥机荷载、闸门启闭机荷载、温度荷载、灌浆荷载、土壤空隙水压力、系缆力、撞击力等;偶然荷载：校核洪水时的静水压力、地震荷载等。三、水工建筑物的基本设计方法（1）理论分析。 （2）试验研究。（3）原型观测。（4）工程类比。四、水工建筑物结构设计的基本方法目前在水工建筑物结构设计中，主要采用以下两种设计方法：单一安全系数法、分项系数极限状态设计法。水工混凝土结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。六、水工建筑物抗滑稳定分析稳定分析是水工建筑物设计的一项重要内容。目前水工建筑物的稳定分析采用整体宏观的半经验法。重力坝失稳一般发生在坝底与基岩的接触面，因为此处受库水压力最大，坝底混凝土与岩基不易完全接触好，或者混凝土凝固收缩和温度收缩时，接触面产生局部的微小裂缝。七、水工建筑物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。应力分析是校核强度和稳定的前提。重力坝应力分析的方法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。八、水工建筑物渗流分析导致大坝灾难性破坏的原因及基本模式有五种：（1）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；（2）坝体连同部分地基沿软弱面发生滑移破坏；（3）坝体因扬压力过大而沿坝基面滑动；（4）坝体或坝基因管涌或流土而破坏；（5）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i秀发地震等，也都与渗流的作用密切相关。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十、水工建筑物抗震设计水库诱发地震主要是指由于水库蓄水后，库水渗透到岩石中，使岩体孔隙水压力增大，导致断层面的有效应力减小、抗剪强度降低，以致产生滑动。通过抗震计算使水工建筑物满足稳定要求和强度要求。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，其设计烈度可在基本烈度的基础上提高1度。地震震级是表承地震时释放能量大小的尺度。地震烈度是指某一地区地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。一次地震只有一个震级，然而随震中距离的远近，却可以有不同的烈度。1F411024水利水电工程建筑材料的应用一、建筑材料的类型建筑材料是一切建筑工程的物质基础。（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）无机非金属材料包括无机胶凝材料、天然石料、烧土与熔融制品。（1）胶凝材料气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，有石灰、石膏与水玻璃等。用于地面上干燥环境的建筑物。 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，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：土料、砂、石三类；毛石、块石、粗料石、建筑板材等。（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。（1）黑色金属材料：是钢和生铁的总称（2）有色金属材料：水工建筑中常用的有色金属是铜和铜的合金及铝的合金。紫铜片是水工建筑中常用的止水材料。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：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。（1）地沥青：按产源可分为天然沥青和石油沥青。（2）焦油沥青：按其加工的有机物不同分为 2）植物材料：使用较广泛的是木材，分为软木材（建筑上常用松、杉、柏等）和硬木材（榆、槐、栎等）。3）合成高分子材料：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：包括土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特殊材料四大类。3.复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。按其结构特点分为纤维复合材料、夹层复合材料、细粒复合材料、混杂复合材料。（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。 （三）建筑材料按其功能分类建筑材料按其功能分类为结构材料、防水材料、胶凝材料、装饰材料、防护材料、隔热保温材料等。二、建筑材料的应用条件（一）筑坝用土石料 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110-4cm/s；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。心墙坝和斜墙坝多用粒径级配较好的中砂、粗砂、砾石、卵石及其他透水性较高、抗剪强度参数较大的混合料。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。（注：砂壤土注意：“砂”是标准写法，“沙”是错误写法。壤土指土壤颗粒组成中黏粒、粉粒、砂粒含量适中的土壤，沙土是指含沙量占80%，黏土占20%左右的土壤，砂壤土就是介于壤土与沙土之间的土壤。黏土成分大于80%左右的称为黏土，60%左右的称为黏壤土，40%左右的称为砂壤土，20%左右的称为沙土。）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。（二）土工合成材料土工合成材料在水利水电工程中的应用包括：1.防渗工程。利用土工膜或复合土工膜防渗性强的特点，进行土坝、堤防、池塘等工程的防渗。2.反滤、排水工程。利用土工布透水性好、孔隙小的特点，作为土石坝、水闸、堤防、挡土墙等工程的排水和反滤体。3.防护工程。需要利用工程措施实现防冲、防浪、防冻、防震、固砂、险情抢护、防止盐溃化、防泥石流或需用轻质材料使结构减载等时，可选用相应的土工合成材料。4.加筋土工程。土工合成材料可用作加筋材改善土体强度，提高土工结构物稳定性和地基承载力。用作加筋材的土工合成材料按不同结构需要可分为：土工格栅、土工织物、土工带和土工格室等。（三）建筑石材水工建筑物对石料的要求是有较好的耐水性、抗冻性、耐久性。1.火成岩花岗岩、闪长岩、辉长岩、辉绿岩、玄武岩。（口诀：玄辉辉闪花）2.水成岩石灰岩（可用来砌墙、堤坝护坡，碎石可用来作混凝土骨料等）、砂岩（黏土砂岩遇水软化，不能用于水中建筑物） （口诀：水砂石） 3.变质岩 片麻岩 、大理岩、石英岩。 （口诀：变大石片）（四）水泥1.水泥的品种及主要性能水泥是水硬性胶凝材料。通用硅酸盐水泥密度一般为31003200kg/m3，初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于600min。2.水泥的适应范围（1）水位变化区域的外部混凝土、溢流面受水流冲刷部位的混凝土，应优先选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐大坝水泥，避免采用火山灰质硅酸盐水泥。（2）有抗冻要求的混凝士，应优先选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐大坝水泥，并掺用引气剂或塑化剂。当环境水兼硫酸盐侵蚀时，应优先选用抗硫酸盐水泥。（3）大体积建筑物内部的混凝土，应优先选用矿渣硅酸盐大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等，以适应低热性的要求。（4）位于水中和地下部位的混凝土，宜采用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐