《水工建筑物Ⅰ》教学大纲

《水工建筑物Ⅰ》教学大纲一、课程基本信息课程名称（中、英文）：水工建筑物Hydraulic Structure课程号（代码）：30655240课程类别：必修课学时：72 学分：4二、教学目的及要求本课程是水利水电工程建筑专业的专业课之一。

本课程的主要任务是，使学生了解各种水工建筑物的设计理论和方法以及运行管理知识，了解各种水工建筑物在水利枢纽中的相互关系及其布置原则，了解水利水电工程建设的发展情况，通过听课、实习、实验、课程作业（课程设计）等环节，使学生受到运用所学知识解决实际工程问题的基本锻炼，配合其它有关课程的学习，从今后从事水工建筑物的设计、施工和科学研究等工作打下基础。

三、教学内容1．绪论水资源与水利工程。

水利枢纽与水工建筑物。

水利框纽的组成与分类。

水工建筑物的分类，水工建筑物的特点。

我国水利工程建设的主要成就。

当前水利建设的发展概况。

我国水利工程技术人员肩负的任务。

2．水工建筑物设计综述水利工程及水工建筑物的设计任务、工作步骤和特点水利枢纽分等和水工建筑物分级水工建筑物上的作用及作用效应组合水工建筑物的安全性评价体系与可靠度分析综述水工建筑物的优化设计与抗震分析简介3．岩基上的重力坝重力坝的工作原理及特点。

重力坝的类型及设计内容，国内外重力坝建设情况及成就。

重力坝的荷载及其计算方法（包括自重、水压力、土压力、泥砂压力、浪压力、冰压力及地震荷载等），荷载的组合。

重力坝的稳定分析。

稳定的概念及影响因素，稳定分析方法、指标的选用及评价，提高稳定性的工程措施。

重力坝应力分析的目的和内容。

应力分析方法综述，材料力学法及应力控制标准，影响坝体应力分布的因素（包括地基变形、剖面轮廓突变、施工方法及分期施工等），有限单元法及实验方法在重力坝应力分析中的应用。

重力坝的渗流分析，有限元法求解稳定渗流场综述。

重力坝的温度应力、温度控制和裂缝防止措施，稳定温度场及温度应力的有限元分析综述。

拟定重力坝剖面的基本原理，重力坝的基本剖面及实用剖面。

重力坝的极限状态设计与抗震设计概述。

泄水重力坝的剖面及布置，泄水重力坝的工作特点及泄水方式（坝顶溢流式，大孔口溢流式，深式泄水孔）；溢流重力坝的剖面设计；泄水孔的布置；设计流量的确定；单宽流量的选择；堰顶高程，溢流前缘长度，孔口尺寸及其位置的确定；溢流坝段的结构（包括闸门、闸墩、边墙和导墙、胸墙、工作桥、交通桥等）；深式泄水孔的型式及构造。

泄水重力坝的下游消能及高速水力学问题，水流对河床的作用；泄水重力坝下游水流衔接方式及其特点。

（1）底流式消能。

促成淹没水跃的措施；闸门的开启程序；护坦及其它辅助消能功的设计。

（2）挑流式消能。

挑射距离；冲刷深度；挑坎体型选择和尺寸的拟定。

（3）面流式消能的特点及运用条件。

（4）消力戽消能的特点及运用条件。

回流、折冲水流产生的原因，影响及防止措施。

重力坝的地基处理。

重力坝对地基的要求；坝基的开挖、灌浆（固结灌浆、帷幕灌浆、接触灌浆）及排水设计；坝基软弱破碎带的处理。

重力坝对材料的要求。

材料的种类、特性及使用条件，坝体断面混凝土标号的分区。

重力坝的细部构造。

坝缝（横缝、纵缝、水平施工缝）、止水；坝身排水、廊道的布置及构造、坝顶等。

碾压混凝土重力坝的特点，构造及材料要求。

浆砌石重力坝的特点，构造及材料要求。

宽缝重力坝及空腹力坝的工作特点；宽缝重力坝的剖面轮廓；宽缝重力坝的应力分析简介；空腹坝的结构特点。

支墩坝的工作特点和类型。

大头坝、平板坝、连拱坝的主要优缺点。

大头坝：大头型式，支墩型式。

大头坝的剖面设计；拟定大头坝的基本尺寸，大头的形状和尺寸。

应力和稳定计算；大头应力分析；支墩应力分析；支墩纵向弯曲稳定和抗震计算的概念大头坝的构造：伸缩缝与止水；施工纵缝及水平工作缝；坝与地基联接；泄水大头坝及管道。

4．拱坝拱坝的工作特点及结构特点；经济性及安全性；拱坝的地形和地质条件；拱坝的形式；拱坝的发展概况和我国拱坝的建设成就。

拱坝的荷载及其组合。

拱坝的荷载特点；温度及地震荷载的计算；荷载组合。

拱坝的体型及布置；拱坝断面尺寸的初步拟定；拱圈形式选择，垂直剖面的形式及尺寸的初拟；坝体轮廓布置的原则和要求；拱端的布置原则；坝面倒悬的处理；拱坝布置举例。

拱坝的应力分析：拱坝应力分析方法综述；地基变形对拱坝的影响及其计算概念，纯拱法；拱梁法基本原理，拱冠梁法及应力计算。

坝肩岩体稳定分析方法综述（刚体极限平衡法，有限无法，地质力学模型试验），坝肩岩体平面滑动和整体滑动分析方法、指标的选用及评价，渗透压力和地应力对坝肩岩体稳定的影响。

拱坝体型优设计综述。

拱坝的坝身泄水：拱坝坝身泄水的方式和特点；泄水拱坝的消能和防冲。

拱坝的构造：拱坝对材料的要求；坝体分缝和接缝处理；拱坝的构造（坝顶、坝面、廊道及排水、孔口及管道、垫座、重力墩）；坝肩岩体稳定加固措施。

拱坝建基面的设计要求和地基处理方法。

浆砌石拱坝的特点。

5．土石坝土石坝的工作条件及对土石坝的一般要求，土石坝的优缺点；土石坝的类型；国内外土石坝的建设情况。

土坝剖面的基本尺寸拟定。

土坝的渗流：土坝渗流分析的目的，要求和方法综述；土坝渗流分析的水力学法和流网法；流网的绘制，应用流网计算土坝的渗透要素；用水力学方法分析不透水地基上的均质坝、斜墙坝，有限深透水地基上的均质坝、心墙坝、斜墙坝；土坝渗透变形的类型、防护标准。

土坝坝坡的稳定：土坝稳定破坏的类型；土的强度与破坏理论综述，稳定分析的计算情况与控制标准，土壤抗剪强度指标的选择，稳定计算方法的简述；圆弧滑动面法，折线滑动面法，复式滑动面法，稳定分析方法土石坝的固结、沉降与应力分析：土体固结分析的概念与基本理论、固结分析的近似计算与沉降分析；土的本构模型，高土石坝的应力和变形特性。

筑坝材料及土料设计：坝体各部分对材料的要求；土石料选择；风化料及其它土石料的应用；土石料填筑标准的确定。

土石坝的构造：防渗体（塑性及刚性心墙和斜墙）的作用与构造；排水、过渡层及反滤层；护坡、坝顶、马道等尺寸的拟定及其构造；土工合成材料的应用。

土石坝的裂缝及其控制：裂缝的类型、产生的原因及其危害；裂缝的控制及处理措施。

土石坝的地基处理：土石坝对地基的一般要求；岩基防渗及断层破碎带处理；砂卵石地基处理；细砂及淤泥层地基处理；软粘土及黄土地基处理。

土坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接。

土石坝的抗震设计：土石坝的震害情况；土的动力特性，土石坝的地震反应分析；震动液化的判别及其防止；土石坝的抗震计算及其工程措施。

堆石坝的结构型式及工作特点；砼面板堆石坝的构造特点。

土石坝坝型选择的原则。

6．土基上的水闸水闸的作用和类型；水闸的组成部分及其作用；水闸的工作特点。

水闸的孔口尺寸和泄流能力：闸孔型式的选择；上下游水位的确定；单宽流量的选择；闸底板高程的确定；孔口尺寸的拟定；闸孔泄流能力的验算。

闸基防渗排水与渗流计算：闸下地基渗流的特点；闸基防渗长度的确定；地下轮廓线设计；闸基渗流的计算方法、流网法、直线法；防渗排水设施及其构造。

水闸的消能防冲设计：闸下水流的一般连接方式；消力池与辅助消能工的布置；波状水跃及折冲不流的防止措施；护坦、海漫、防冲槽、翼墙和护坡；水闸的上游防护；土工合成材料在水闸中的应用。

闸室的布置和构造：闸室结构型式；底板的型式，布置与构造；闸门、启闭机、胸墙、工作桥、公路桥等的布置；闸墩分缝及止水的型式与构造。

闸室稳定计算：闸室及地基稳定的概念；闸室抗滑稳定计算；地基的沉陷计算；地基处理措施。

闸室结构计算：闸墩强度计算；闸底板强度计算；胸墙的结构计算。

闸与两岸的联接建筑物：两岸联接建筑物的作用；水闸与河岸的联接方式及布置；绕过联接建筑物的渗流计算及联接建筑物的防渗布置。

其他闸型（灌柱桩水闸、装配式水闸、浮运水闸、橡胶坝、水力自控翻板闸）和软基上的溢流坝简介。

河岸泄水建筑物的功用、类型和运用条件。

正槽溢洪道：组成、优缺点和适用条件及选线原则。

进水段的作用、平面布置、断面型式。

控制段：溢流堰的布置；堰型选择；低堰的水流特点。

泄槽：泄槽的工作特点；泄槽的类型及运用条件；泄槽的布置和断面设计；收缩段，扩散段，弯曲段的设计特点。

掺气减蚀措施。

出口消能及尾水渠；消能方式的选择。

侧槽溢洪道：布置、特点、断面型式和适用条件、侧槽的水流条件和断面设计要点。

其他型式溢洪道简介。

非常泄洪设施概念。

8．泄水隧洞水工隧洞的类型和工作特点；水工隧洞的组成。

水工隧洞的线路选择、纵剖面布置及平面布置。

闸门在隧洞中的布置，多用途隧洞的布置。

压力泄水隧洞的体形设计及水力计算，明流泄水隧洞的体形设计及水力计算。

高速泄水隧洞的脉动压力、空化、空蚀及减蚀措施。

洞室开挖时的围岩稳定性。

岩体的初始应力、围岩的应力集中与围岩稳定性。

进口建筑物的型式选择；洞身断面型式及尺寸选择；出口建筑物及下游消能。

作用在隧洞衬砌上的荷载（包括围岩压力、围岩的弹性抗力、内水压力、外水压力、衬砌自重、灌浆压力、温度荷载和地震力）；荷载组合。

圆形有压隧洞的衬砌型式衬砌内力计算。

无压隧洞衬砌的结构型式及衬砌内力计算概念。

泄水隧洞的构造（排水、灌浆、衬砌、分缝及止水、隧洞处理等）。

隧洞喷锚支护的概念及喷锚支护设计。

9．闸门闸门的种类和工作条件。

平面闸门的布置；结构设计；构造及埋件；启闭设施。

弧形闸门的布置；结构设计；构造及埋件；启闭设施。

深孔闸门的布置；构造及埋件；启闭设施。

10．过坝建筑物及渠系建筑物过坝建筑物的功用和分类。

通航建筑物的类型和适用条件。

船闸的工作原理和优缺点（相对于升船机）。

船闸的类型和适用条件。

船闸的组成部分，基本尺寸和布置。

过闸时间，通过能力及耗水量，船闸对输水系统的一般要求，输水系统型式及其典型布置。

过木建筑物工作特点和要求；过木方式、类型、适用条件和布置。

渠道建筑物的功用和类型；渠首工程，渡槽及倒虹吸管与涵洞。

11．水利工程设计水利工程设计阶段的划分，各阶段对设计资料的要求。

水利工程对环境的影响。

水利枢纽设计的主要内容：坝址、坝轴线和坝型选择；枢纽布置的一般原则；水利枢纽中各类水工建筑物（挡水、泄水、灌溉、发电、过船、过木、过鱼等）对布置的要求与考虑的因素；水利枢纽的布置实例（不同水利枢纽布置方案的比较和选定）。

12．水工建筑物管理管理工作的目的、任务和内容。

大坝安全的概念，水工建筑物的监测；大坝安全评价与监控；混凝土坝及土坝的观测内容和观测布置。

观测布置实例；水工建筑物的维修；（二）课程作业及课程设计作业内容：1. 岩基上非溢流重力坝的荷载、稳定、应力计算。

2. 拱坝的平面布置。

3. 拱冠梁法计算拱坝应力。

课程设计内容：土坝枢纽布置与设计。

（三）实验项目1. 溢流坝（或水闸）下游消能实验。

2. 水利枢纽的整体模型试验。

3. 水工结构模型实验。

教学大纲说明（一）本课程的目的和任务本课程是水利水电工程建筑专业的专业课之一。