1F411012 熟悉水工建筑物的分類
  水工建筑物一般按它的作用和使用時(shí)期等來進(jìn)行分類。
  （一）水工建筑物按作用分類
水工建筑物按其作用可分為擋水建筑物、泄水建筑物、輸水建筑物、?。ㄟM(jìn)）水建筑物、整治建筑物以及專門為灌溉、發(fā)電、過壩需要而興建的建筑物。
  1．擋水建筑物。是用來攔截江河，形成水庫或壅高水位的建筑物，如各種壩和水閘，或用以抗御洪水，如沿江河海岸修建的堤防、海塘等。
  2．泄水建筑物。是用于宣泄多余洪水量、排放泥沙和冰凌，以及為了人防、檢修而放空水庫、渠道等，以保證大壩和其他建筑物安全的建筑物。如各種溢流壩、壩身泄水孔、岸邊溢洪道和泄水隧洞等。
  3．輸水建筑物。是為了發(fā)電、灌溉和供水的需要，從上游向下游輸水用的建筑物，如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸等。
  4．取（進(jìn)）水建筑物。是輸水建筑物的首部建筑物，如引水隧洞的進(jìn)水口段、灌溉渠首和供水用的進(jìn)水閘、揚(yáng)水站等。
5．整治建筑物。是用以改善河流的水流條仵，調(diào)整河流水流對(duì)河床及河岸的作用以及為防護(hù)水庫、湖泊中的波浪和水流對(duì)岸坡沖刷的建筑物，如丁壩、順壩、導(dǎo)流堤、護(hù)底和護(hù)岸等。
6．專門為灌溉、發(fā)電、過壩需要而興建的建筑物。
  （1）水電站建筑物：如水電站用的壓力管道、壓力前池、調(diào)壓室、電站廠房。
  （2）灌溉、排水建筑物：如灌溉渠道上的節(jié)制閘、分水閘和渠道上的建筑物（渡槽、倒虹吸、跌水等）。
 （3）水運(yùn)建筑物：保證河流通航及浮運(yùn)木材而修建的建筑物，如升船機(jī)、船閘、筏道、碼頭等。
 （4）給水、下水建筑物：如自來水廠的抽水站、濾水池和水塔，以及排除污水的下水道等。
 （5）漁業(yè)建筑物：為了使河流中魚類通過閘壩而修建的魚道、升魚機(jī)等。
 有些水工建筑物在樞紐中所起的作用并不是單一的。例如溢流壩既起擋水作用，又起泄水作用；水閘既可擋水，又能泄水，還可作為灌溉渠首或供水工程的取水建筑物等。在水利樞紐布置時(shí)，應(yīng)盡量使一個(gè)建筑物起到多種作用。
 （二）水工建筑物按使用時(shí)期分類
 水工建筑物按使用時(shí)期分為永久性建筑物和臨時(shí)性建筑物。
 1．永久性建筑物是指工程運(yùn)行期間長期使用的水工建筑物。根據(jù)其重要性又分為主要建筑物和次要建筑物。
 （1）主要建筑物是指失事后造成下游災(zāi)害或嚴(yán)重影響工程效益的水工建筑物。例如：壩、泄水建筑物、輸水建筑物及電站廠房等。
 （2）次要建筑物是指失事后不致造成下游災(zāi)害，對(duì)工程效益影響不大，易于恢復(fù)的水工建筑物。例如：失事后不影響主要建筑物和設(shè)備運(yùn)行的擋土墻、導(dǎo)流墻、工作橋及護(hù)岸等。
 2．臨時(shí)性建筑物是指工程施工期間使用的建筑物，如圍堰、導(dǎo)流明渠等。
 （三）水工建筑物按構(gòu)造分類
 水工建筑物中的壩體按構(gòu)造分類分為重力壩、拱壩、支墩壩等。
 1．重力壩可分為實(shí)體重力壩、寬縫重力壩、空腹重力壩、漿砌石重力壩等。
 2．拱壩按壩體的拱弧半徑和中心角，通?？煞譃椋旱劝霃绞焦皦巍⒍ń鞘焦皦巍⒆儼霃绞焦皦?。按厚薄程度不同又可分為：薄拱壩、一般拱壩、重力拱壩。
 3．支墩壩按其結(jié)構(gòu)形式可以分為：平板壩、大頭壩、連拱壩。
 （四）水工建筑物按筑壩材料分類
 水工建筑物的壩體按筑壩材料可以分為土石壩、混凝土壩、漿砌石壩、鋼筋混凝土壩、木壩等。
 1．混凝土壩按受力形式可以分為混凝土重力壩和拱壩，按施工方法又可分為碾壓混凝土重力壩和拱壩等。
 2．土石壩根據(jù)筑壩施工方法可以分為：碾壓式土石壩、拋填式堆石壩、定向爆破堆石壩、水力沖填壩和水墜壩等。應(yīng)用最廣的是碾壓式土石壩。其按照土料在壩身內(nèi)的配置和防滲體的材料不同分為：均質(zhì)壩、黏土心墻和斜墻壩、人工材料心墻和斜墻壩、多種土質(zhì)壩、土石混合壩等。
 （五）渠系建筑物按其作用分類
 渠系建筑物按其作用可分為：渠道、調(diào)節(jié)及配水建筑物、交叉建筑物（如渡槽、倒虹吸管、涵洞等）、落差建筑物（跌水及陡坡）、泄水建筑物、沖沙和沉沙建筑物、量水建筑物等。
 1．渡槽：渠道與山谷、河流、道路相交，為連接渠道而設(shè)置的過水橋，稱為渡槽。
由進(jìn)口段、槽身、出口段及支承結(jié)構(gòu)等部分組成。渡槽按支承結(jié)構(gòu)的形式可分為梁式渡槽和拱式渡槽兩大類。渡槽按施工方法分為裝配式渡槽和現(xiàn)澆式渡槽兩種類型。
 2．倒虹吸管：是當(dāng)渠道橫跨山谷、河流、道路時(shí)，為連接渠道而設(shè)置的壓力管道，其形狀如倒置的虹吸管。由進(jìn)口段、管身和出口段三部分組成。
 3．涵洞：由進(jìn)口段、洞身和出口段三部分組成。涵洞有圓管涵、拱涵或箱涵等幾種形式。
 4．跌水及陡坡：跌水由跌水口、進(jìn)口連接段、跌水墻、側(cè)墻、消力池和出口連接段組成。跌水多用漿砌石或混凝土建造。陡坡和跌水的主要區(qū)別在于前者是以斜坡代替跌水墻。
                  
1F411020 水力學(xué)在水利水電工程中的應(yīng)用
1F411021 熟悉水力荷載
 一、主要水力荷載
永久作用荷載、可變作用荷載和偶然作用荷載。
其中可變作用荷載包括：靜水壓力、揚(yáng)壓力、動(dòng)水壓力、水錘壓力、浪壓力、外水壓力、風(fēng)荷載、雪荷載、冰壓力、凍脹力、溫度荷載、土壤孔隙水壓力、灌漿壓力等；
偶然作用荷載包括：地震作用、校核洪水位時(shí)的靜水壓力。
靜水壓力、揚(yáng)壓力、浪壓力和冰壓力是水工建筑物上所承受的主要水力荷載。  
二、靜水壓力
靜水壓力分為作用于平面上和曲面上的靜水總壓力兩種情況。
其中作用在矩形平面上的靜水總壓力的大小，等于分布在平面上各點(diǎn)靜水壓強(qiáng)的總和。
         （1F411021-1）
式中 L―平面的長度（m）；
     b平面的寬度（m）；
     γ水的重度（kN／m＇）；
h1、h2――傾斜放置的矩形平面的頂面和底面距水面的深度（m）。
 靜水總壓力P的作用點(diǎn)通過矩形平面ABEF的對(duì)稱軸O－O上，同時(shí)，靜水總壓力P的作用點(diǎn)還通過壓強(qiáng)分布圖的形心點(diǎn)Q。
 
 三、揚(yáng)壓力
揚(yáng)壓力是指滲流場內(nèi)作用于計(jì)算截面以上的水壓強(qiáng)度的集合。以混凝土實(shí)體重力壩為例，取某計(jì)算截面以上的壩體部分為討論對(duì)象。
（－）壩底揚(yáng)壓力
如圖1F411021－2（a）所示，庫水經(jīng)壩基向下游滲透時(shí)的揚(yáng)壓力。
浮托力――矩形abcd部分是下游水深H，形成的上舉力。
滲透壓力――多邊形cdef部分是由上下游水位差形成的滲透水流產(chǎn)生的上舉力。
揚(yáng)壓力＝浮托力＋滲透壓力    取值范圍
當(dāng)設(shè)有防滲帷幕，并在防滲帷幕后設(shè)排水孔幕時(shí)，壩底揚(yáng)壓力分布中，浮托力近似按矩形分布，壓力強(qiáng)度為γH2；滲透壓力呈折線分布，在壩踵處為全水頭γ（H1一H2）＝γH，在排水幕處為αγH，α為揚(yáng)壓力折減系數(shù)，在壩趾處為0，中間按直線變化?！端そㄖ锖奢d設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL 5077―1997）建議河床壩段α＝0．25，岸坡壩段α＝0．35。
 （二）壩體揚(yáng)壓力
作用于壩體各計(jì)算截面上的揚(yáng)壓力，如圖1F411021－2（b）所示，因壩身排水管幕有降低滲壓的作用，《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL 5077―1997）建議在排水幕處折減系數(shù)α＝0．2。
 
  四、浪壓力
因波浪對(duì)水工建筑物臨水面形成的浪壓力與波浪的幾何要素直接相關(guān)。波浪的幾何要素包括波高、波長、波速等。
 五、動(dòng)水壓力
溢流壩泄水時(shí)，在溢流面上作用有動(dòng)水壓力。壩頂曲線段和直線段上的動(dòng)水壓力很小，可忽略不計(jì)。在反弧段上，可根據(jù)水流的動(dòng)量方程求解動(dòng)水壓力。
 六、冰壓力
 冰壓力包括靜冰壓力和動(dòng)冰壓力。
 （一）靜冰壓力
 在寒冷地區(qū)的冬季，水面結(jié)冰的厚度自數(shù)厘米至lm以上。當(dāng)溫度回升時(shí)（仍低于0℃），因冰蓋膨脹對(duì)建筑物表面產(chǎn)生的冰壓力稱為靜冰壓力。靜冰壓力的大小與冰層厚度，開始升溫時(shí)的氣溫及溫升率有關(guān)。
 （二）動(dòng)冰壓力
冰蓋解凍后，冰塊隨水流漂移，撞到建筑物上而產(chǎn)生的撞擊力稱為動(dòng)冰壓力。
1F411022 熟悉滲流分析
  一、土壩滲流 
  滲流分析的內(nèi)容包括確定浸潤線的位置；確定滲流的主要參數(shù)――滲流流速與坡降；確定滲流量。進(jìn)行滲流分析的方法較簡單的有水力學(xué)法和流網(wǎng)法。
  （一）水力學(xué)法
  假定壩體內(nèi)土質(zhì)是均質(zhì)的，各方向的滲透系數(shù)相同；滲流是層流，符合達(dá)西定律，任一鉛直線上的流速和水頭是常數(shù)。
  （二）流網(wǎng)法
  流網(wǎng)法是一種圖解法，滲流場內(nèi)由流線和等勢線構(gòu)成的網(wǎng)格稱為流網(wǎng)，如圖lF41l022所示。

                        
 二、閘基滲流
閘基滲流計(jì)算的目的，在于求解滲流區(qū)內(nèi)的滲透壓力、滲透坡降、滲透流速及滲流量。進(jìn)行滲流分析的方法較簡單的有流網(wǎng)法和阻力系數(shù)法。
 三、滲透系數(shù)
 滲透系數(shù)是反映土的滲流特性的一個(gè)綜合指標(biāo)。滲透系數(shù)的大小主要取決于土的顆粒形狀、大小、不均勻系數(shù)及水溫，一般采用經(jīng)驗(yàn)法、室內(nèi)測定法、野外測定法確定。滲透系數(shù)尼的計(jì)算公式如下：
                                          
 四、滲透變形
滲透變形又稱為滲透破壞，是指在滲透水流的作用下，土體遭受變形或破壞的現(xiàn)象。
一般可分為管涌、流土、接觸沖刷、接觸管涌或接觸流土等類型。破壞性的滲透變形能夠?qū)е滤そㄖ锏氖隆?
滲透變形
（1）管涌― 非黏性土 ― 小顆粒穿過大顆粒 
1）臨界坡降
2）破壞坡降
管涌：允許坡降 = 臨界坡降/K
（2）流土 ― 非黏性土 ― 顆粒群同時(shí)移動(dòng)     
― 黏性土 ― 隆起、斷裂、浮動(dòng)
流土：允許坡降 = 破壞坡降/K’
（3）接觸沖刷―兩種顆粒土 ―水流沿著交界面引起沖刷
（4）接觸流土和接觸管涌 
― 兩種介質(zhì)(至少一中顆粒土) ― 接觸面
 
  （5）防止?jié)B透變形的工程措施 
  產(chǎn)生管涌和流土的條件主要取決于滲透坡降和土的顆粒組成。因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)盡量降低滲透坡降，同時(shí)增加滲流出口處土體抵抗?jié)B透變形的能力。具體工程措施為：
  1．設(shè)置水平與垂直防滲體，增加滲徑的長度，降低滲透坡降或截阻滲流。
  2．設(shè)置排水溝或減壓井，以降低下游滲流口處的滲透壓力，并且有計(jì)劃地排除滲水。
  3．對(duì)有可能發(fā)生管涌的地段，應(yīng)鋪設(shè)反濾層，攔截可能被滲流帶走的細(xì)小顆粒。
  4．對(duì)有可能產(chǎn)生流土的地段，則應(yīng)增加滲流出口處的蓋重。蓋重與保護(hù)層之間也應(yīng)鋪設(shè)反濾層。應(yīng)當(dāng)指出，滲透變形可以是單一形式出現(xiàn)，也可以是以多種形式出現(xiàn)于不同部位。
  （六）反濾層和過渡層
  反濾層的作用是濾土排水，防止在水工建筑物滲流出口處發(fā)生滲透變形。在土質(zhì)防滲體與壩身或與壩基透水層相鄰處以及滲流出口處，必須設(shè)置反濾層。對(duì)反濾層的要求是：
  1．相鄰兩層間，顆粒較小的一層的土體顆粒不能穿過較粗的一層土體顆粒的孔隙；
  2．各層內(nèi)的土體顆粒不能發(fā)生移動(dòng)，相對(duì)要穩(wěn)定；
  3．被保護(hù)土壤的顆粒不能夠穿過反濾層；
  4．反濾層不能夠被淤塞而失效；
  5．耐久、穩(wěn)定，在使用期間不會(huì)隨著時(shí)間的推移和環(huán)境的影響而發(fā)生性質(zhì)的變化。