水利水电工程概论 第4章PPT课件
河海大水利水电工程概论讲义04拱坝
第四章拱坝第一节概述一、拱坝概念拱：在竖向荷载作用下能产生水平推力的结构叫拱式结构拱坝：是一个三边嵌固在基岩上的变曲率、变厚度的多次超静定空间壳体结构二、拱坝的工作原理●拱坝是拱向上游三向固定的空间壳体挡水建筑物,它将水压力、泥沙压力的大部分通过拱的作用传到两岸岩体，而将另外的通过悬臂梁的作用传给底部基岩。
它不象重力坝那样依靠自重来维持稳定，而是由两岸岩体的支撑和砼的抗压强度来维持拱坝的稳定和安全。
●P=Pa+Pc三、工作特点1.稳定性特点2.应力特点3.拱梁作用的自行调整①拱梁系统的调整②拱圈自身调整为二次拱4.抗震性能好5.温度荷载是主要载之一6.地基变形对坝体应力影响大（2）由于拱是一推力结构，当拱坝以拱的作用为主时，坝体应力以受压为主，因此可以发挥混凝土、砖石等材料的抗压强度高的特点。
（3）拱坝是一整体的空间壳体结构，局部破坏只会导致荷载的转移和应力的重分布，而不会造成严重的失事。
因此说拱坝的安全度较高，同时基于这一原因，拱坝允许出现拉应力。
（4）厚度薄、重量轻、柔度大，抗震性好。
四、拱坝对地形地质的要求1.对地形的要求①河谷狭窄②岸坡平顺无突变③坝两端下游有足够大的岩体支撑拱坝的分类1、按高度分：高（H≥70m）、中、低（H＜30m）●2、按厚高比分：TB/H＜0.2 薄拱坝；0.2—0.35中厚拱坝；＞0.35厚拱坝或重力拱坝●3、按结构分：周边固定拱坝、周边缝拱坝、有重力墩的拱坝、空腹拱坝、铰拱坝、预应力拱坝、拱上拱拱坝、上重下拱拱坝4、按坝体曲率分：单曲拱坝；双曲拱坝5、按水平拱的形式分：圆弧拱坝，二心圆拱坝；三心圆拱坝；抛物线拱坝；椭圆拱坝；对数螺旋线拱坝；双曲线拱坝。
6、按水平拱的厚度变化分：等厚拱坝；变厚拱坝五、拱坝的发展阶段1、拱坝发展阶段1.1、拱坝建设的萌芽阶段（1854年以前）1.2、拱坝建设的起步阶段（1854－1917年）1.3、拱坝建设的成熟阶段（1917－1960年）1.4、拱坝建设的熟练阶段（1960年－至今）世界拱坝之最：已建最高拱坝：前苏联英古力拱坝H=272m,n=2.8 T/H=0.15在建最高拱坝：中国小湾拱坝H=292m,n=2.83,T/H=0.238在设计的最高拱坝：中国锦屏拱坝H=305m ,n=1.6,T/H=0.19二滩水电站是一座以发电为主的大型水力发电枢纽，它的坝型为混凝土双曲拱坝，最大坝高240米，是中国已建成的最高坝，它的高度在世界同类型坝中居第四位。
《水利水电工程概论》第四章7节水工隧洞
（1）地质条件 1 ）隧洞线路选择原则上应使洞线布臵于 地质构造简单、岩体完整坚硬稳定，水文 地质条件有利及施工方便的地区。尽量避 开向斜、断层、软弱地层、滑坡等不利地 质构造。同时尽量避开涌水量大、地下水 位高、岩溶发育、承压水区以及高地应力 区，以减少隧洞衬砌荷载及便于施工。
2)若洞线与岩层、构造破碎带及主要节理面相交时， 应尽量使洞线具有较大夹角。在整体块状结构的岩 体中，其夹角应不小于30º ，在层状岩体中，其夹角 不宜小于45º 。
1）单层衬砌 单层衬砌是指由混凝土、钢筋混凝土、 喷混凝土及浆砌石等做成的衬砌。适用于中等地质条 件、高水头、高流速、大跨度的情况。衬砌的厚度应 根据受力、抗渗、结构和施工要求分析确定。一般约 为洞径和跨度的 1/8 ～ 1/12 。单层整体混凝土衬砌， 其厚度不宜小于20cm；单层钢筋混凝土衬砌不宜小于 25cm；双层钢筋的不宜小于30cm。
（ 3 ）圆形 : 当地址条件较差，同时又有较大的外 水压力时，可以考虑采用圆形断面。当采用掘进机 开挖施工时，也可采用圆形断面。
马蹄形隧洞
圆拱直墙式隧洞
圆形隧洞
2.无压隧洞的断面尺寸
无压隧洞的断面尺寸应根据隧洞通过的流量，作用 水头及纵剖面布臵，通过水力计算确定，其断面尺 寸同时还应满足施工和维修的要求。 无压隧洞的泄流能力取决于进口压力段，其泄流能 力按管流计算：
工作闸门布臵在出口的隧洞，一般为有 压。这种布臵洞内水流条件好，但工作 闸门与检修闸门分臵于出、进口，不便 于运行管理。 工作闸门设臵于洞内时，门前为有压段， 门后为无压段。这种布臵往往是受某些 条件限制所致。如地形、施工和枢纽布 臵上的原因。
四、洞身断面形式及尺寸
影响洞身断面形式及尺寸的因素很多，如水流 条件，地质条件，地应力情况，施工及运用要 求条件，因此，其断面形式及尺寸应通过技术 经济分析来确定。
水利水电工程概论课件
❖水利水电工程概论❖第一章绪论❖第一节水资源与水利工程❖水资源是人类生存及社会发展的一项基本因素，随着生产的发展和生活水平的不断提高，人们对水的要求日益增多，而大自然的来水：地域、年际、年内分配不均，使来水与供水的矛盾日益尖锐，解决这种矛盾的根本措施是修建水利工程。
❖第一节水资源与水利工程❖第一节水资源与水利工程❖第一节水资源与水利工程❖人均水资源量（1950~2050）❖第一节水资源与水利工程❖第一节水资源与水利工程❖最大的世界性问题──水匮乏❖世界银行最新提供的报告警告：世界上近40%的人口难保有足够的洁净用水。
水资源已经到了严重不足的阶段。
一些环境和资源学家也指出，不远的将来，水缺乏将成为地球环境方面最大的难题。
❖第一节水资源与水利工程❖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。
❖水利工程对水资源的综合利用主要包括:❖水电站的优缺点能源回报率(Energy payback ratio)--以火力发电厂为例运行期内发出的所有电力建设期、运行期消耗的所有电力(Luc Gagnon，hydro2009)➢消耗的所有电力包括建设期、运行期所消耗的所有电力既包括直接能源消耗，如机械设备运行、照明耗能等，也包括建筑材料、煤炭等制造、运输等过程的耗能。
❖我国水电建设从解放初期装机16万千瓦，发展到2002年底装机8607万千瓦，尽管在发展进程中曾数度遭遇困难和挫折，但是仍然顽强地发展，从弱到强，由小到大。
❖在不同的历史时期，我国水电事业曾受到不同因素的制约，先后经历了技术制约、投资制约、市场制约和生态制约四个发展阶段。
❖1.技术制约阶段❖新中国成立初期，我国水电事业受建筑材料和技术等因素制约，发展速度缓慢。
由于缺乏科学的筑坝技术和现代化的建筑材料、施工机械，修建大坝主要靠人扛肩挑，机械化水平极低，制约了水电事业的发展。
❖如今技术制约阶段早已成为过去，中国目前有能力设计、修建任何类型的大坝。
水利施工第四章第一节
112.5 240
水
伊泰普 （巴西）
6.7×22
混凝土空腹重力 坝
196
第 四 4. 坝体缺口导流 章
施 ▼ 缺口高程：水力计算、施工进度、坝下游冲刷
工 导 ▼ 多缺口高差：柘溪经验为4~6m
流
与 ▼ 缺口宽度：控制单宽流量，一般q=60～
基
80m3/s·m
坑
排
水
第
四 章
二、全段围堰法导流
与 基 ▼ 条件：河床较宽、有通航要求、流量很大、工期 坑 较长、冰凌严重
排 水
莱茵河肯伯司水电站分八期施工
第
分段围堰法导流（二段二期）
四 章 （a）平面图
（b）下游立视图 （c）导流底孔纵剖面图
1－一期上游横向围堰 2－一期下游横向围堰 3－一、二期纵向围堰 4－预留缺 口 5－导流底孔 6－二期上下游围堰轴线 7－护坦 8－封堵闸门槽 9－工作闸
15.0×18.5（宽×高）
隧洞条数
初期导流标 准（年）
设计流 量
（m3/s ）
5，左岸1#、2#、5#， 50 右岸3#、4#
17400
2，右岸
20
7890
城门洞型
15×19（宽×高）
2，左右岸各一条
实测资料
9170
城门洞型 方圆型 城门洞型 城门洞型 城门洞型 城门洞型 城门洞型
10×13 （宽×高） 顶拱中心角：120°
流
与
基
坑
排
水
第 四 纵向围堰位置的影响因素（续）
章
▼ 与永久建筑物相结合 施
工
葛洲坝利用厂闸隔墙
导
流 ▼ 束窄河床允许流速 与
水利水电工程PPT课件
本章内容
9.1 农田水利工程 9.2 水电工程 9.3 防洪规划 9.4 前景展望
引言
都江堰水利工程
都江堰及其示意图
引言
从古到今人类为了生存和发展的需要，采取各种措施， 对自然界的水和水域进行调控，以防治水旱灾害，开发利 用和保护水资源。
用于调控自然界的地表水和地下水，以达到除害兴利 目的而兴建的工程称为水利工程。
9.3.2 防洪工程
1、定义：是控制、防御洪水以减免洪灾损失所 修建的工程。主要有堤、河道整治工程、分洪 工程和水库等。
2、分类：按功能和兴建目的分为：挡、泄（排） 和蓄（滞）。
9.3.2 防洪工程
一、堤坝 1、它是沿河、渠、湖、海岸边或行洪区、分洪区（蓄 洪区）、围垦区边缘修筑的挡水建筑物。 2、常见形式有：土堤、石堤、防洪墙、及较先进的橡 胶坝。
三、水库
1、水库是用坝、堤、水闸、堰等工程，于山谷、 河道或低洼地区形成的人工水域。
防洪包括防御洪水危害人类的对策、措施和 方法。其基本内容可分为建设、管理、防汛和科 学研究。
9.3.1 防洪规划
1、定义：是指为防治某一流域、河段或者区域 的洪涝灾害而制定的总体部署。
2、原则：统筹规划、综合利用、蓄泄兼筹、因 地制宜、区别对待。
3、内容：收集资料、洪水分析、拟定规划目标 与防洪标准、制定防洪方案、确定防洪高度、 防洪效益分析。
河南信阳市 浉河橡胶坝工程
9.3.2 防洪工程
二、河道整治
1、河道整治包括控制和调整河势，裁弯取直，河 道展宽和疏浚。
2、分洪是当河道洪水位将超过保证水位或流量将 超过安全泄量时，为保障保护区安全，而采取的分 泄超额洪水的措施；是牺牲局部，保存全局的措施。
水利水电工程概论PPT课件
Ⅰ类, 3.50%
Ⅱ类, 31.80%
Ⅳ类, 11.40%
Ⅲ类, 25.90%
西南诸河区、西北诸河区、长江区、珠江区和东 南诸河区水质较好，符合和优于Ⅲ类水的河长占 95%～64%； 海河区、黄河区、淮河区、辽河区和松花江区水 质较差，符合和优于Ⅲ类水的河长占35%～47%。
四、水土流失严重 水土流失原因：森林覆盖率低，只有12％，居世界120位 。 水土流失面积：约367万km2，占国土面积38％。 水土流失总量：50亿t/年。仅黄土高原每年因水土流失带走
水资源时空分布不均 全球气候变化与人类活动影响加剧 城市化发展迅速 江河防洪标准偏低
2、形式：河流洪水、突发洪水、城市洪涝灾害等
二、干旱缺水（水少）（08年底-09年初）
缺水类型 资源型缺水
产生原因 降水分布不均、自然地理差异
工程型缺水 供水工程缺乏或老化失修严重
增长型缺水 水质型缺水
人口和经济发展快速增长 污水未达标排放
1500
径流
1000
500
0
大洋洲 （各岛） 澳大利亚 欧洲 南极洲 南美洲 北美洲 非洲 亚洲
➢ 时空分布不均匀（我国）
西南诸河 21%
西北诸河 5%
松花江
5%
辽河
1%
黄河
海河
2%
1%
淮河
3%
珠江
长江
18%
37%
东南诸河 7%
降雨量：东南沿海地区：1500mm以上 华东、华北：400～800mm 西北： 400mm以下
➢ 2、设计洪水位和校核洪水位 发生设计频率洪水时，水库达到的最高水位称 设计洪水位。 发生校核频率洪水时，水库达到的最高水位称 校核洪水位。
申艳《水利水电工程概论》第四章7节水工隧洞
（3)高水头无压泄水隧洞，容易在高速水流的 作用下引起的振动及洞身空蚀破坏。
（4)有压隧洞往往承受较大的内水压力，要求 有一定厚度的围岩和足够强的衬砌。
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2.地下建筑的特点 （1)水工隧洞是一种地下结构。隧洞开挖后，改 变了岩体原来的平衡状态，引起孔洞附近应力重 分布，岩体产生变形，严重的甚至发生崩塌。因 此，隧洞中常需设置临时性（施工期）支护和永 久性衬砌，以确保隧洞施工期和运行期的安全。
第七节 水工隧洞
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1
一、水工隧洞的类型
水工隧洞是在山体中开凿的一种泄水、 放水建筑物，其主要作用是渲泄洪水、 引水发电或灌溉、供水、航运输水、 放空水库、排放水库泥沙以及水利枢 纽施工期导流。
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2
水工隧洞按其担负的任务可分为： 泄洪隧洞和放水隧洞。 按其工作时洞内的水流状态可分为： 有压隧洞和无压隧洞。 一般从水库引水发电的水工隧洞是有压的，而为泄 洪、供水、排沙、导流等目的而设置的隧洞，可以 是有压的，也可以是无压的。有压隧洞运行时，其 内壁承受一定的内水压力。无压洞内水流具有自由 水面，水面与洞顶保持一定的净空。
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3
水工隧洞可以设计成有压的，也可以设计 成无压的。即使是在同一条隧洞中，以主 闸门为界，闸门前有压，闸门后为无压的。 但是在隧洞的同一段内，除了流速低的导 流隧洞外，应严禁出现时而有压，时而无 压的明满交替的流态，以免造成因此引起 的震动与空蚀。
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4
二、 水工隧洞的工作特点
1．深式过水建筑物的特点 （1）泄水隧洞出口流速高，单宽流量大，能 量集中，消能防冲措施要求较高。
水利水电工程导论 第四章 挡水建筑物 ppt
《水利水电工程导论》
第四章 挡水建筑物
第四章 挡水建筑物
所谓挡水建筑物是指为拦截水流、抬高水位、 调蓄水量或为阻挡洪水泛滥和海水入侵而建的水 工建筑物。如拦河闸、坝、堤防、海塘等。所谓 泄水建筑物是指用于排放水、泥沙、冰凌等的水 工建筑物。溢洪道、溢流坝、泄水孔、泄水隧洞 等是泄水建筑物的主要形式。本章主要介绍的挡 水建筑物包括重力坝、拱坝、土石坝和水闸，泄 水建筑物主要介绍河岸溢洪道，常也起泄水作用 的水工隧洞在下一章介绍。
4.2 拱坝
一、拱坝的特点
（3）荷载特点 拱坝坝身不设永久伸缩缝， 温度变化和基岩变形对坝体应力的影响比较显著， 设计时，必须考虑基岩变形，并将温度作用列为 一项主要荷载。 由于拱坝剖面较薄，坝体几何形状复杂，因 此，对于施工质量、筑坝材料强度和防渗要求等 都较重力坝严格。
4.2 拱坝
二、拱坝坝址对地形和地质条件的要求
第四章 挡水建筑物
第二节 拱坝
4.2 拱坝
早在 1000 年以前，人们就开始修建浆砌石拱 坝，到 20 世纪初才开始建造混凝土拱坝。 20 世纪 50 年代以来拱坝发展迅速，近 50 多年来，我国修 建了 500 多座高 30m 以上的拱坝，如二滩水电站 （双曲拱坝高 240m ，附图 6 ）、龙羊峡重力拱坝 （高 178m ）、东江双曲拱坝（高 162m ）、隔河岩 重力拱坝（高151m）等。
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讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
第五节 水工闸门
一、闸门的作用 及主要组成部分
二、闸门的类型 （一）表孔闸门 （二）深孔闸门
葛 洲 坝 船 闸
2
葛 洲 坝 船 闸
1
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
30
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
第四章 泄水建筑物
第一节 泄水建筑物的作用和分类 1、泄洪建筑物 2、泄水孔（或放水孔） 3、施工泄水孔
第二节 溢洪道
一、河床式溢洪道--溢流坝 消能设施：底流消能、
面流有两座石岛，河水分三股，分别叫 “人门”、“鬼门”、“神门”。
三门峡大坝
丹江口水利枢纽，坝长2494米，坝高97米，总库容 208.9亿立方米，总装机容量90万千瓦，1973年建
四种消能法
二、河岸式溢洪道
（一）正槽式溢洪道
1、引水渠 2、溢流堰 3、泄水槽 4、消能建筑物
小浪底平面布置图
溢洪道
（二）泄洪隧洞
小浪底工程泄洪洞
（三）紧急溢洪道
1、漫顶自溃式 2、引冲自溃式 3、爆破自溃式
第三节泄水孔
作用： 1、宣泄洪水 2、放空库水 3、排放泥沙 4、向下游放水 5、兼作施工导流建筑物
一、坝体泄水孔 二、管式泄水孔 三、分级卧管式泄水孔
图4_8
图4_9
图4_11
第四节 土基上的闸 一、水闸类型及工作特点
荆江分洪闸
荆江分洪区
汉江杜家台分洪闸
泄洪闸
水闸按闸室的结构可分为开敞室和涵洞式
二、水闸的组成
三、水闸消能与防冲 四、闸基防渗处理
五、闸室与地基的稳定、沉陷和地基加固