第三章_拱坝

第三章拱坝自测题一、填空题1. 拱坝是一空间壳体结构，其坝体结构可近似看作由一系列凸向上游的______________________ 和一系列竖向 __________ 所组成,坝体结构既有拱作用又有梁作用，因此具有双向传递荷载的特点。

2. 拱坝所承受的水平荷载一部分由______________ 的作用传至两岸岩体，另一部分通过____________ 的作用传到坝底基岩，拱坝在外荷载作用下的稳定性主要是依靠____________________ 的反力作用，并不完全依靠坝体重量来维持稳定。

这样就可以将拱坝设计得较薄。

3. 拱结构是一种_________ ，在外荷作用下内力主要为________________ ，有利于发挥筑坝材料（混凝土或浆砌块石）的抗压强度。

4. 拱坝坝身不设 _____________ ，其周边通常是固接于基岩上，因而____________和_________ 对坝体应力的影响较显著，设计时，必须考虑基岩变形，并将温度荷载作为一项主要荷载。

5. 拱坝理想的地形应是左右两岸___________ ，岸坡________ 无突变，在平面上向下游________ 的峡谷段。

6. 坝址处河谷形状特征常用河谷的______________ 及______________ 两个指标来表示。

7. 拱坝的厚薄程度，常以坝底最大厚度T和最大坝高H的比值，即 _____________来区分。

8. 拱坝理想的地质条件是；基岩___________ 单一、完整稳定、强度____________ 、刚度大、透水性小和耐风化等。

9. 拱坝按拱坝的曲率分________________ 、______________ 。

10. 拱坝按水平拱圈形式分可分为____________________ 、_____________________ 、________________。

11. 静水压力是坝体上的最主要荷载，应由拱、梁系统共同承担，可通过_____________ 、来确定拱系和梁系上的荷载分配。

第三章拱坝第三节拱坝的布置一、拱坝断面尺寸的初步拟定当坝高已定，坝体待定的基本尺寸主要是：拱圈的平面形式及各层拱圈轴线的半径和中心角，拱冠梁上下游成的形式以及各高程的厚度。

首先要拟定的是平面拱圈的形式及其中心角、半径和厚度，以及拱冠悬臂梁的尺寸。

圆弧形拱圈的中心角、半径和厚度拱坝的水平拱圈以圆弧形最为常用。

图3-10为从拱坝任意高程取的单位高度的等截面圆拱，设拱圈的外半径为，拱圈中心线半径为，中心角为，在沿外弧均布水压力平衡条件可得“圆简公式”为：图3.10 圆弧拱圈水平拱圈的较优形态合理的拱圈形式应当是压力线接近拱轴线，使拱截面的压应力分布趋于均匀，从工程力学可知，当单独一个拱圈在上游面承受匀布水压力时，其最合理的形态为圆弧拱。

但是对于拱坝来说，由于其结构性能具有水平拱和垂直梁的作用，拱梁的系统共同承担外荷载，且水平拱所分担的水压力部分往往是非匀布的，通常是从拱冠向拱端逐渐减少（图3-1c）的。

因此最经济合理的拱圈形大辩论就不一定是圆弧拱，实际采用时需综合考虑经济、设计及施工等因素。

铅直剖面（拱冠梁）的形式和尺寸在拱坝的轴线和拱圈平面形式确定之后，铅直剖面可以拱冠梁为代表，初步拟定其尺寸。

1、坝顶厚度坝顶厚度应根据剖面设计确定，并满足运行、交通要求，一般不应小于3m。

坝顶厚度还可按下列经验公式估算：式中H——坝高(m)L1——坝顶高程外两拱端新鲜基岩之间的直线距离（m）；R辆——顶拱轴线的半径（m），初估时可取，此时相当于顶拱中心角为113°。

在实际工程中常以顶拱外弧作为拱坝的轴线。

2、坝底厚度拱坝的坝底厚度主要取决于坝高和河谷形状。

设计时可参考已建成的坝高和河谷形状大致相近的拱坝来初步拟定，再通过计算和修改布置定出合适的尺寸。

作为拱坝优选的初始方案，坝底厚度可按下式计算：式中K——经验系数，一般可取K=35×10-4——分别为第一层及倒数第二层拱圈处两拱端新鲜基岩面之间的直线距离（m）；3、拱冠梁的形态和尺寸拱冠梁剖面的形态对拱坝的竖直曲率和自重应力有很大影响。

水工建筑物 授课教案章节名称 第三章 重力坝 教学日期授课教师姓名 张社荣 职称 教授 授课时数14学时本章的教学目的与要求重力坝一章的教学是《水工建筑物》这门课程的入门章节，通过这章的学习，教师要将水工建筑物的设计方法、设计过程、设计原理和具体计算、绘图等内容系统的讲解清楚。

设计方法上要掌握极限状态设计方法；计算方法上要掌握材料力学方法、刚体极限平衡方法。

设计过程上要掌握从剖面拟定、作用施加、过坝水流处理、基础处理和细部构造等。

设计原理上要掌握强度和稳定是如何提出问题和解决问题的；掌握重力坝水电枢纽中“水”从拦蓄到宣泄的能量转换原理。

授课主要内容及学时分配重力坝的工作特点；重力坝上的主要荷载计算方法以及荷载组合；岩基上重力坝的稳定分析；强度校核（应力计算）；剖面设计；溢流重力坝的泄水方式及特点；下游消能与水面衔接；地基处理；构造要求。

重力坝的发展；轻型坝简介；碾压混凝土坝、砌石坝等。

重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）重点是设计方法、设计原理和设计过程；开始掌握国内外的设计标准、规范。

难点是如何将已经学过的知识和原理系统的运用的重力坝的设计过程中。

对学生的基本要求：(1)非溢流重力坝的荷载计算、剖面拟定、抗滑稳定验算及坝体应力的计算；(2)溢流重力坝的水力计算、剖面拟定；(3)重力坝的主要构造尺寸拟定能力；(4)重力坝的地基处理能力；(5)从新方法、新技术、新材料等方面看重力坝建设的发展方向。

思考题和作业（1） 重力坝的工作特点是什么？重力坝的优缺点？（2）重力坝的设计内容？基本剖面历史变革？（3）筑坝材料变革的历史和基础？（4）抗滑稳定的计算方法类型？计算方法比较。

提高坝体抗滑稳定的工程措施。

（5）重力坝失稳破坏的机理？目前设计中计算方法的缺陷？（6）重力坝应力分析的方法？扬压力存在的影响？（7）重力坝施工和运行期温度应力的计算方法？温度裂缝的类型和温度控制的措施？（8）重力坝地震作用计算方法、设防标准和工程措施？（9）溢流重力坝孔口设计、孔口形式类型及其特点？为什么用单宽流量衡量溢流重力坝泄水控制指标？（10）消能工的基本原理?不同消能工能量转换的途径？近20年在消能工设计方面的进展?（11）溢流坝有哪些高速水流问题？计算方法？判断标准？工程措施？（12） 重力坝地基处理的主要内容和作用？（13）重力坝构造设计的内容？面，构并做构造设计，最终绘出三维重力坝溢流和非溢流两个坝段。

第一章绪论1、水利工程：指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以达到除害兴利目的而修建的工程。

水利工程的根本任务是：除水害兴水利。

2、水工建筑物：为了达到防洪、灌溉、发电、供水等目的，需要修建各种不同类型的水工建筑物，用来控制和支配水流。

这些建筑物统称为水工建筑物。

3、水利枢纽：集中建造的几种水工建筑物配合使用，形成一个有机的综合体，称为水利枢纽。

水利枢纽分为蓄水枢纽（水库）和取水枢纽。

其中水库枢纽包括挡水、泄水、输水（或引水）三类建筑物，称为水库三大件。

4、水工建筑物的分类：挡水建筑物：用以拦截江河，形成水库或壅高水位。

如拦河坝、拦河闸。

泄水建筑物：用以宣泄多余水量，排放泥沙和冰凌，或为人防、检修而放空水库等，以保证坝和其他建筑物的安全。

如溢流坝、溢洪道、隧洞。

输水建筑物：为灌溉、发电和供水的需要，从上游向下游输水用的建筑物。

如：引水隧洞、渠道、渡槽、倒虹吸等。

取（进）水建筑物：是输水建筑物的首部建筑物，如引水隧洞的进口段、进水闸等。

整治建筑物专门建筑物5、水工建筑物的特点：（1）工作条件的复杂性；（2）设计选型的独特性；（3）施工建造的艰巨性；（4）工程效益的显著性；（5）环境影响的多面性；（6）失事后果的严重性；6、分等分级的目的：为使工程的安全可靠性与其造价的经济合理性恰当地统一起来，水利枢纽及其组成的建筑物要进行分等分级。

水利枢纽按其规模、效益和在国民经济中的重要性分为五等。

水工建筑物按其所属枢纽工程的等别及其在工程中的作用和重要性分为五级。

第二章重力坝1、重力坝的工作原理：在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自身重量产生的抗滑力来满足稳定的要求。

其基本剖面为上游面近于垂直的三角形剖面。

2、重力坝的特点：（1）泄洪和施工导流比较容易解决；（2）安全可靠，结构简单，施工技术比较容易解决；（3）对地形、地质条件适应性强；（4）受扬压力影响较大；（5）温度控制要求严格。

3、重力坝的类型：其结构形式为：实体重力坝、空腹重力坝、宽缝重力坝。

水工建筑物习题第一部分课内训练第一章绪论 (2)第二章重力坝 (3)第三章拱坝 (7)第四章土石坝 (11)第五章水闸 (16)第六章河岸溢洪道 (20)第七章水工隧洞与坝下涵管 (21)第八章渠系建筑物 (22)第九章水利枢纽 (25)第一部分课内训练第一章绪论一、填空题1．我国人均水资源约为世界水资源的。

2．河道常用的防洪体系为、、。

3．水利工程按所承担的任务可分、、、和。

4．水工建筑物按用途可分为、、、、和。

5．水工建筑物按使用时间可分为、。

6．组成水库枢纽的“三大件”包括、和等类型建筑物。

二、名词解释1．水利工程2．水利枢纽3．水工建筑物4．水利事业三、判断题1．我国地大物博，河流众多，是一个水资源充沛的国家。

（）2．我国的水资源分布情况大体是南涝北旱的局面。

（）3．水工建筑物的级别越高所采用的洪水重现期越短。

（）4．所谓水利工程，是指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以达到除害兴利目的而修建的工程。

（）四、简答题1．我国水资源分布的特点是什么？2．水利工程按所承担的任务分为哪几类？3．简述水工建筑物的特点？4．水工建筑物按用途分为哪几类？5．为什么要在江河上兴建水利工程?6．兴建水利工程对国民经济、自然环境有哪些影响?如何充分利用其有利方面并做好不利方面的转化工作。

7．什么是水工建筑物的工作条件，工作条件应包括哪些内容?8．水工建筑物有哪些结构特点，有哪些工作特点?9．如何对水工建筑物分类?10．为什么要对水利水电枢纽工程分等和对水工建筑物分级，分等分级的原则、方法是什么，分等分级有哪些作用?11．请以三峡水利枢纽工程为例，说明水利工程的根本任务。

12．拟建高50m的土石坝，形成总库容2.0亿m3、装机容量9.0千kW、灌溉面积20万亩的水电枢纽工程。

试问该水利工程属几等?各主要、次要、临时建筑物属几级?13．下列哪些指标是确定水利工程等别的依据？哪些指标是提高挡水建筑物级别的依据？①水利兴利库容：②坝高；③总库容；④挡水建筑物类型；⑤水电站的装机容量；⑥水电站年发电量；⑦设计灌溉面积；⑧保护农田面积；⑨保护城镇及工矿区；⑩淹没损失；⑾过坝陆上交通货运量。

第一章课程设计目课程设计安排在“水工建筑物”课程内容学习完成之后进行，课程设计作为综合性实践环节，是对平时作业的一个补充，课程设计包括土石坝设计的主要理论与计算问题，通过课程设计可以达到综合训练的目的。

课程设计的目的，是使学生融会贯通“水工建筑物”课程所学专业理论知识，完成土石坝较完整的设计计算过程，以加深对所学理论的理解与应用。

培养综合运用已学的基础理论知识和专业知识来解决基本工程设计问题的初步技能，全面分析考虑问题的思想方法、工作方法。

培养设计计算、绘图、编写设计文件、使用规范手册和应用计算机的能力，提高查阅和应用参考文献和资料的能力。

第二章课程设计题目描述和要求2.1 工程基本概况（一）坝址地形图及河谷地质剖面图（另附图2张）。

（二）设计标准，本水库总库容2.1千万方。

灌溉2万亩，电站装机1万千瓦。

工程等级，建筑物级别以及各项控制标准按有关规范自行确定。

（三）坝址地形地质条件。

1、坝址区峡谷呈“V””型，两岸谷坡陡削，高程300米以下较为对称，坡角40~50度。

唯右岸自高程300米以上地形转缓变为25~30度。

两岸附近山高均超出400米高程以上．河谷底宽11米高程260米，左岸受冲沟切割后山脊较为单薄。

2、河床和岸坡有大片基岩课露，距河床高47米范围内形成岩石陡壁。

以上为第四纪残、坡积的砂壤覆盖层。

厚度左岸2~5米，右岸3~5米，坝址区基岩一般风化不深，剧风化垂直深度，左岸为3~6米，右岸为4~8米，河床为0~3米，微风化或新鲜基岩距地表深度，在320米高程以下：两岸为10~20米，河床为4米左右。

坝址区岩性为坚硬致密的花岗岩，较为新鲜完整的物理力学指标甚高，抗压强度21500cm kg ，岩石容重326m kN r =。

滑动面上岩石之间的摩擦系数f ＝0.65、粘着力22cm kg c =。

基岩弹性模量()25104~1cm kg E f ⨯=。

泊松比＝0.2，坝体混凝土基岩摩擦系数f ＝0.65。

第三章拱坝自测题一、填空题1.拱坝是一空间壳体结构,其坝体结构可近似看作由一系列凸向上游的__________和一系列竖向__________所组成,坝体结构既有拱作用又有梁作用，因此具有双向传递荷载的特点。

2.拱坝所承受的水平荷载一部分由________的作用传至两岸岩体，另一部分通过_______的作用传到坝底基岩，拱坝在外荷载作用下的稳定性主要是依靠__________的反力作用，并不完全依靠坝体重量来维持稳定。

这样就可以将拱坝设计得较薄。

3.拱结构是一种________，在外荷作用下内力主要为___________，有利于发挥筑坝材料（混凝土或浆砌块石）的抗压强度。

4.拱坝坝身不设___________，其周边通常是固接于基岩上，因而__________和________对坝体应力的影响较显著，设计时，必须考虑基岩变形，并将温度荷载作为一项主要荷载。

5.拱坝理想的地形应是左右两岸_______，岸坡______无突变，在平面上向下游______的峡谷段。

6.坝址处河谷形状特征常用河谷的_________及____________两个指标来表示。

7.拱坝的厚薄程度，常以坝底最大厚度T和最大坝高H的比值，即___________来区分。

8.拱坝理想的地质条件是；基岩_______单一、完整稳定、强度________、刚度大、透水性小和耐风化等。

9.拱坝按拱坝的曲率分_____________、___________。

10.拱坝按水平拱圈形式分可分为_________ __、________________、_____________。

11.静水压力是坝体上的最主要荷载，应由拱、梁系统共同承担，可通过___________、来确定拱系和梁系上的荷载分配。

12.混凝土拱坝在施工时常分段浇筑，最后进行___________，形成整体。

13.温降时拱圈将缩短并向下游变位，由此产生的弯矩、剪力及位移的方向都与库水压力作用下所产生的弯矩、剪力及位移的方向__________，但轴力方向__________。