第3章 拱坝1
水工建筑物习题及答案
第一章绪论1．我国人均水资源约为世界水资源的 1/42．河道常用的防洪体系为上拦、下排、两岸分滞；3．水利工程按所承担的任务可分河道整治与防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、供水和排水工程、航运工程；4.水工建筑物按用途可分为挡水建筑物；泄水建筑物；输水建筑物；取水建筑物；整治建筑物；专门建筑物；5．水工建筑物按使用时间可分为永久性建筑物；临时性建筑物；6．组成水库枢纽的“三大件”包括拦河坝、溢洪道和、取水建筑物；等类型建筑物;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,以达到除害兴利的目的而修建的工程;2．水利枢纽3．水工建筑物4．水利事业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; √第二章重力坝1.重力坝是指主要依靠坝体自重所产生的抗滑力来维持稳定的挡水建筑物;其坝轴线一般为直线,垂直于坝轴线方向设横缝,将坝体分成若干个坝段,每一个坝段相当于固接于地基上的悬臂梁;2.重力坝按坝高可分为低坝坝高＜30m、中坝30m ≤坝高≤70m、高坝70m＜坝高三类;按泄水条件可分为溢流重力坝、非溢流重力坝;按坝体结构形式可分为实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝和宽缝填渣坝;3.重力坝承受的主要荷载是呈三角形分布的静水压力；控制坝体剖面尺寸的主要指标是稳定；强度要求重力坝的基本剖面是三角形;4.非溢流坝的坝顶或防浪墙顶必须高出库水位,其高出库水位的高度为：△h=h l+hz+hc,其中h l表示半个波浪高度,hz表示波浪中心线距静水位的高度,hc表示安全加高;5.地震烈度表示地震对建筑物的影响程度;烈度越大,表示对建筑物的破坏越大,抗震设计要求越高;6.按承载能力极限状态设计时,应考虑荷载的基本组合和偶然组合两种作用效应组合;7.按正常使用极限状态设计时,应考虑荷载的长期组合和荷载的短期组合两种作用效应组合;8.溢流坝既是挡水建筑物,又是泄水建筑物;因此,坝体剖面设计时除满足稳定和强度要求外,还要满足泄水的要求,同时要考虑下游的消能问题;9.溢流坝的溢流面由顶部的曲线段、中间的直线段、底部的反弧段组成;10.单宽流量的大小是溢流坝设计中一个很重要的控制指标;如果单宽流量越大,对消能防冲不利,但对枢纽布置有利;11.溢流坝段的横缝有两种布置方式;其中,横缝布置在闸墩中间时,相邻坝段产生的不均匀沉陷不影响闸门启闭,但闸墩厚度较大;另一种形式,横缝布置在溢流孔中间,闸墩比较薄,但受地基不均匀沉陷的影响大;12.闸墩的水平剖面形状应使水流平顺,减小水头损失,墩头的形状常用半圆形、三角形、流线型等;13.工作闸门常在动水中启闭；检修闸门在静水中启闭；事故闸门常在动水中快速关闭,在静水中开启;14.通气孔的上端进口不允许设在闸门启闭室内,自由通气孔的上端进口应高于上游最高水位;15.重力坝坝体排水措施是：靠近上游坝面设置排水管幕,其上下端与坝顶和廊道直通;坝基排水措施是在灌浆帷幕后设排水管木;16.坝体分缝的目的是：防止温度变化和地极不均匀沉降导致坝体裂缝,满足施工的要求;常见的缝有：横缝、纵缝和施工缝;17.重力坝内的廊道的作用是满足灌浆、检查和排水和观测、交通廊道常分为：坝基灌浆廊道和检查及坝体排水廊道;18.排水孔幕布置在防渗帷幕的下游,通常在防渗帷幕灌浆后施工;19．重力坝岩基渗流危害性有①消减坝体自重、②水库水量损失、③地基岩石耐久性降低,④坝体抗滑稳定性降低等;采用的措施是：帷幕灌浆;20．扬压力对重力坝的抗滑稳定不利;重力坝主要依靠自重满足稳定和强度要求;21．重力坝坝基岩体若坚固完整且抗渗能力强,其地基采用排水孔降低扬压力,若节理裂隙发育常采用帷幕灌浆降低扬压力;22．混凝土重力坝控制坝基渗流的目的,有防止渗透破坏、江堤坝基面上的扬压力和渗漏量大小,一般是控制渗流;23．重力坝临时性横缝键槽方向—般为：当相邻坝段要求传递铅直向剪力时,采用横向键槽；要求传递水平向剪力时,则采用竖向键槽;1．扬压力2．重力坝的基本剖面3．重力般的实用剖面4．荷载作用的基本组合5．荷载作用的偶然组合1．溢流坝属于A ;A 挡水建筑物和泄水建筑物B 次要建筑物C 挡水建筑物D 泄水建筑物2．下列重力坝是按坝体的结构形式进行分类的有 C ;A 混凝土重力坝B 浆砌石重力坝C 实体重力坝D 溢流重力坝3．下面关于坝体应力的几种说法正确的是 A ;A 正常运用期,坝基面的最大铅直正应力应小于坝基容许压应力;B 正常运用期,坝基面的最大铅直正应力应大于坝基容许压应力;C 坝体内绝对不允许出现拉应力D 以上说法都不对;4．重力坝的坝体廊道的主要作用是 B;A 检查和排水B 检查、灌浆和排水C 排水D 交通6．采用以下 C 措施主要用来降低重力坝坝基的扬压力;A 开挖与清理B 固结灌浆C 帷幕灌浆D 混凝土齿墙7．重力坝的基本剖面为B ;A 梯形B 三角形C 矩形D 正方形8．重力坝地基处理时,顺水流方向的开挖面不宜 C ;A 成台阶状B 成锯齿状C 向下游倾斜D 向上游倾斜9．高度超过 C 的坝属于高坝;A 50 mB 60mC 70 mD 100m10．因为作用于重力坝上游面的水压力呈A 分布,所以其基本剖面是三角形;A 三角形B 矩形C 梯形D 弧形;1．检修闸门和事故闸门都只能在静水中关闭和开启; ×2．官厅公式只适合于计算峡谷水库的波浪三要素; √3．对于基本烈度为6度及其以下地区不考虑地震荷载; ×4．坝内水平截面上的剪应力τ呈三次抛物线分布; ×5．挑流消能适用于基岩较坚固、水头较高的情况; √6．固结灌浆是深层高压水泥灌浆,其主要目的是为了降低坝体的渗透压力;×7．地震烈度大,对建筑物的破坏小,抗震设计要求低; ×8．设计洪水情况属于荷载的偶然组合; ×9．按定型设计水头确定的溢流面顶部曲线,当通过校核洪水位时不能出现负压;√10．重力坝的基本剖面是三角形是因为考虑施工方便; ×第三章拱坝1．地形条件往往是决定拱坝结构型式、工程布置以及经济性的主要因素;地形条件主要指河谷形状、河谷剖面与河谷宽度平面形状两岸对称、喇叭口、顺直形地形2．一般来说,拱圈的曲率相对较大时,曲率半径就相对较小,拱圈内的弯矩较小3．做应力分析时,应考虑温降情况；作稳定分析时—般考虑温升情况;4．拱坝的水平拱圈在温降时,拱圈将向下游变位,相当于拱圈承受向下游的均匀水平水压力所产生的变位；拱圈内产生的剪力、弯矩与水平水压力产生的剪力和弯矩的方向相同,而轴向力则相反；拱冠上游面受压,下游面受拉,拱端上游面受拉,下游面受压;5．均匀温度变化T m是温度荷载的主要部分,等效线性温差是温度荷载次要部分,而非线性温度变化;T n仅对局部应力有影响;1.拱坝2.拱冠梁3.纯拱法4.拱梁分载法1.双曲拱坝是指坝体在Ｃ方向上呈拱形;A 水平B 铅直C 水平和铅直D A与B和C均不对;2. Ａ将拱坝视为有一系列各自独立、互不影响的水平拱圈所组成;A 纯拱法B 拱梁法C 有限单元法D 拱冠梁法3.与重力坝相比,拱坝的Ｃ荷载,且其上升为主要荷载;A 扬压力B 自重C 温度D 水压力4.在V型或接近V型河谷中,多采用Ｄ;A 等半径拱坝B 变半径、变中心角拱坝C 等中心角拱坝D 双曲拱坝5. Ｃ泄洪方式,其溢流面曲线由溢流坝顶和紧接其后的泄槽组成;A 自由跌流式B 鼻坎挑流式C 滑雪道式D 坝身泄水孔6.拱坝应力计算的拱冠梁法仅需满足Ａ变为协调;A 径向B 切向C 竖向D 三个方向的角变位7.拱坝非溢流坝段顶宽度应根据剖面设计,满足运行、交通要求确定,不宜小于Ａ;A 3mB 4mC 5mD 6m8．Ｄ将拱坝视为由一系列水平拱圈和拱冠处的一根悬臂梁所组成;A 纯拱法B 拱梁法C 有限单元法D 拱冠梁法9．拱坝体型设计要求拱圈内弧与该高程可利用岩体等高线间的夹角宜大于或等于Ｃ;A 10°B 20°C 30°D 40°1.拱坝的超载能力高是由于坝体厚度较薄、材料均匀性好; ×2.拱坝坝肩的抗滑稳定决定了拱坝的安全; √3.拱圈中心角2A增加对稳定有利,对应力不利; √4.如果封拱时混凝土温度过高,则以后温降时拱轴线收缩对坝肩岩体稳定不利;×5.拱坝的超载能力高是由于坝体厚度较薄、材料均匀性好; ×6．在拱坝的应力分析方法中,拱冠梁法在荷载分配时仅考虑了径向变位的调整; √第四章土石坝1．土石坝按施工方法可分为碾压式土石坝；水力充填坝；定向爆破堆石坝等形式;2．土坝按防渗体的位置分为均质坝；粘土心墙坝；粘土斜心墙坝；粘土斜墙坝;3．土石坝的剖面拟定是指坝顶高程；宽度；坝坡的拟定;4．在土石坝的坝顶高程计算中,超高值Y= R+e+A 写出公式;公式中各字母代表的含义是：R:波浪在坝坡上的最大爬高、e:最大风雍水面高度；A安全加高;5.碾压式土石坝上下游坝坡常沿高程每隔10～30m设置马道,宽度不小于1.5～2.0m,一般设在坡度变化处;6.当有可靠防浪墙时,心墙顶部高程应高于高出设计洪水位0.3－0.6m,且不低于校核洪水位;7.由于填筑土石坝坝体的材料为散粒体,抗剪强度低,下游坝坡平缓,坝体体积和重量都较大,所以不会产生水平整体滑动;8.土石坝挡水后,在坝体内形成由上游向下游的渗流;坝体内渗流的水面线叫做浸润线;其下的土料承受着渗透动水压力,并使土的内磨擦角和粘结力减小,对坝坡稳定不利;9.土石坝可能滑动面的形式有曲线滑裂面；直线或折线滑裂面和复合滑裂面;10.土石坝的上游面,为防止波浪淘刷、冰层和漂浮物的损害、顺坝水流的冲刷等对坝坡的危害,必须设置护坡;11.土石坝砂砾石地基处理属于“上防”措施,铅直方向的有粘性土截水墙；板桩；混凝土防渗墙和帷幕灌浆;12.砂砾石地基一般强度较大,压缩变形也较小,因而对建筑在砂砾石地基上土石坝的地基处理主要是解决渗流问题;13.土石坝与混凝土坝、溢洪道、船闸、涵管等混凝土建筑物的连接,必须防止接触面的集中渗流,防止因不均匀沉降而产生的裂缝,以及因水流对上下游坝坡和坝脚的冲刷而造成的危害;14.土石坝的渗漏处理时,要遵循“上防下排”的原则,即在坝的上游坝体和坝基防渗措施、阻截渗水,在坝的下游面设排水和导渗设备排出渗水;15．设坝基和均质坝坝身材料的渗透系数分别为K T 、K ,K T >K与K T＝K相比,坝内浸润线将降低;抬高、不变、降低16．渗流在防渗体出口处及排水体入口处,渗流坡降最大,为防止渗透变形,当J> JJ 为允许渗透坡降时,必须设置反滤层;1.土石坝的粘土防渗墙顶部高程应Ｂ;A 高于设计洪水位B 高于设计洪水位加一定超高,且不低于校核洪水位C 高于校核洪水位D 高于校核洪水位加一定安全超高2.关于土石坝坝坡,下列说法不正确的有Ａ;A 上游坝坡比下游坝坡陡B 上游坝坡比下游坝坡缓C 粘性土料做成的坝坡,常做成变坡,从上到下逐渐放缓,相邻坡率差为0.25或0.5D 斜墙坝与心墙壁坝相比,其下游坝坡宜偏陡些,而上游坝坡可适当放缓些3.反滤层的结构应是Ｂ;A 层次排列应尽量与渗流的方向水平B 各层次的粒径按渗流方向逐层增加C 各层的粒径按渗流方向逐渐减小,以利保护被保护土壤D 不允许被保护土壤的细小颗粒小于0.1mm的砂土被带走4.砂砾地基处理主要是解决渗流问题,处理方法是“上防下排”,属于上防的措施有Ａ;A 铅直方向的粘土截水槽、混凝土防渗墙、板桩B 止水设备C 排水棱体D 坝体防渗墙5．粘性土不会发生Ａ;A 管涌B 流土C 管涌或流土D 不确定6．下列关于反滤层的说法不正确的是Ｂ;A 反滤层是由2～3层不同粒径的无粘性土料组成,它的作用是滤土排水B 反滤层各层材料的粒径沿渗流方向由大到小布置;C 相邻两层间,较小层的颗粒不应穿过粒径较大层的孔隙D 各层内的颗粒不能发生移动7．土石坝上、下游坝面如设变坡,则相邻坝面坡率差值一般应在Ｃ范围内;A 0.35～0.45B 0.15～0.25C 0.25～0.50D 0.50～0.758．一般坝顶不允许溢流的坝型为Ｃ;A 拱坝B 浆砌石坝C 土石坝D 混凝土重力坝9．不能够降低土坝坝体浸润线的排水设备有Ｃ;A 堆石棱体排水B 褥垫式排水C 贴坡式排水D 管式排水10.粘性土的填筑标准是Ｄ;A 最优含水率B 孔隙率C 相对密度D 设计干重度及相应的含水率11．当滑裂面通过无粘性土,坝坡部分浸入水中时为Ａ形滑裂面;A 折线B 直线C 曲线D 复合12．土坝坝体由于不均匀沉降而产生ＤA 纵缝B 横缝C 水平缝D 竖向裂缝1．流土2．管涌3．流网4．反滤层5．浸润线6．褥垫排水7．粘性土截水槽1．上游坝坡长期处于水下饱和状态,水库水位也可能快速下降,为了保持坝坡稳定,上游坝坡常比下游坝坡为缓; √2．土石坝的坝坡特征为,上部坡缓,下部坡陡; ×3．心墙坝的上、下游坝坡均比斜墙坝的缓; ×4．有限深透水地基上的心墙坝,一般都做有截水槽以拦截透水地基渗流;心墙土料的渗透系数常比坝壳土料的小得多,故可近似地认为上游坝壳中无水头损失,心墙前的水位仍为水库的水位; √5．在渗流作用下,坝体或坝基中的细小颗粒被渗流带走逐步形成渗流通道的现象称为流土; ×6．粘性土的颗粒之间存在有凝聚力或称粘结力,渗流难以把其中的颗粒带走,一般不易发生流土; ×7．反滤层一般是由2～3层不同粒径的非粘性土、砂和砂砾石组成的;层次排列应尽量与渗流的方向垂直,各层次的粒径则按渗流方向逐层减小; ×8．土石坝失稳形式主要是坝坡滑动或坝坡与坝基一起滑动; √9．滑裂面通过无粘性土时,滑裂面的形状可能是曲线; ×10、用瑞典圆弧法计算土石坝坝坡稳定问题,没有考虑土条间的相互作用力,计算出的抗滑稳定安全系数偏小; √11．简化毕肖普法计算土石坝坝坡稳定时,近似考虑了土条间相互作用力的影响; √12．流土这种渗透变形主要发生在粘性土体的渗流出口处; √13．孔隙水压力在土体滑动时能产生摩擦力,增大粘性土体的抗剪强度; ×14．心墙坝、斜墙坝作防渗设施的土料应具有足够的防渗性,与坝壳材料的渗透系数之比最好不大于1/100; √15．非粘性土料是填筑坝体或坝壳的主要材料之一,对它的填筑密度也应有严格的要求;压密程度一般用填土的干重度γd来表示; ×16．斜墙与下游坝体之间应根据需要设置过渡层; ×17．排水设施应具有充分的排水能力,不至被泥沙堵塞,以保证在任何情况下都能自由地排出全部渗水; √18．土石坝的不均匀沉陷主要由地基的不均匀性造成; ×第五章水闸1．水闸是一种低水头的水工建筑物,兼有挡水和泄水的作用,用以调节水位；控制流量,以满足水利事业的各种要求;2．水闸按所承担的任务分为节制闸；进水闸；分洪闸；挡水闸；挡潮闸;3．水闸由上游连接段闸室段段和下游连接段组成;4．闸下水位随水闸泄流量变化、且滞后于泄流量变化,在天然地基上可产生各种水跃连接形态,而且往往出现波状水跃和折冲水流两种不利流态,必须采取有效措施改善之;5．消能设计的控制条件一般是上游水位高,闸门部分开启和单宽流量大;6．底流消能设施有下挖式、突槛式和综合式三种形式;7．水闸防渗设计的原则是在高水位侧采用铺盖；板桩；齿墙等防渗措施,在低水位侧设置排水设施;8．闸基渗流计算的方法有流网法、改进阻力系数法和直线比例法;9．直线比例法有勃莱法和莱因法;10．闸底板上、下游端一般设有齿墙,因为有利于抗滑稳定,并可延长渗径 ;11．闸墩的外形轮廓应满足过闸水流平顺、侧向收缩小和过流能力大的要求;12．工作桥的作用是为安装启闭机和便于工作人员操作,交通桥的作用是供人畜车辆通行 ;13．对于软弱粘性土和淤泥质土,应采用换土垫层地基处理方法;14．影响水闸工作条件的因素中有两个最主要因素是地基条件差和水头低且尾水位变幅大;15．设计拦河闸,进行过水能力计算时,过水能力确定用正常蓄水位及相应下游水位；做消力池深度计算用设计洪水位；闸室稳定分析用设计洪水位和校核洪水位;16．为了防止防冲结构局部、下游河床及两岸的有害冲刷,保证其安全应用,首先要选用适宜的消能措施,其次是合理地进行闸门的开启运用,以利水流扩散,解决好“归河”问题；第三是消除水流的剩余能量和采用相应的防冲加固措施;1.涵洞式水闸2.节制闸3.折冲水流4.地下轮廓线7.不平衡剪力8.圆弧式翼墙1. Ｄ闸孔形式结构简单、施工方便,但自由泄流时流量系数较小,易产生波状水跃;A 驼峰堰型B 曲线堰型C 胸墙孔口型D 宽顶堰型2.验算水闸的过流能力时,计算的过流能力与设计流量的差值不得超过Ｂ;A ±8%B ±5%C ±10%D ±3%3.底流消能是在水闸下游产生Ｂ水跃来进行消能的;A 临界B 淹没C 远驱D 稳定4.混凝土铺盖与底板连接处设Ｄ止水效果较好;A 沥青麻袋B 紫铜片C 柏油油毛毡D 塑料带5.对于密实的地基或岩基,采用Ｄ底板较合适;A 整体式B 箱式C 反拱式D 分离式6.在动水中关闭静水中开启的闸门是Ｃ;A 工作闸门B 检修闸门C 事故闸门D 平面闸门7.适用于弧形闸门侧止水的是Ｂ;A P型B L型C 刀型D ♀型8.水闸翼墙的高度为6～10m,用Ｃ形式的挡土墙较合适;A 重力式B 扶壁式C 悬臂式D 空箱式9．枯水期下闸挡水,洪水期开闸泄水,这个闸可能是Ａ;A节制闸B进水闸C分洪闸D挡潮闸1.闸孔孔数少于8孔时,应采用奇数孔,利于对称开启闸门,改善下游水流条件;√2.勃莱法认为渗流在水平方向流动和垂直方向流动,消能效果是不一样的,后者是前者的三倍; ×3.铺盖的厚度是根据铺盖土料的允许水力坡降值计算确定的; √4.铺盖具有较好的防渗效果,所以越长越好; ×5.水闸的侧向绕渗为有压渗流,不必考虑侧向防渗措施; ×6.闸底板的长度只与地基情况有关,与水头无关; ×7.水闸进行稳定计算时,计算单元为沿水闸轴线方向取单位长度一米,计算各种荷载值的大小 ; √8．海漫的作用是进一步消减水流剩余能量,保护护坦安全,并调整流速分布,保护河床、防止冲刷; √第六章河岸溢洪道1．河岸溢洪道的主要类型有正槽式、侧槽式井式和虹吸式四种;2．正槽溢洪道通常由进水渠、控制段、泄槽、消能防冲设施和出水渠等部分组成;3．侧槽溢洪道通常由控制段、侧槽、泄槽、消能防冲设施、出水渠等部分组成;4．非常溢洪道一般分为漫流式、自溃式、爆破引溃式三种;5．溢流堰的主要形式有宽顶堰、实用堰、驼峰堰和折线形堰;6．正槽式溢洪道的裂缝不但出现在闸墩上,而且也常发生在闸室底板、泄槽底板、护坦底板和边墙等部位;其中闸墩裂缝引起人们更大的注意;。
水工建筑物课件：第四章 拱坝(1)
以下措施：
（1）当气温接近年最高温度时，停止砌筑；
在气温超过年平均气温时，可分段浇筑，到气温接近
或略低于年平均气温时封拱，分段长20m左右；在气 温低于年平均气温时，施工不分缝。 （2）坝体全年施工，砌筑时坝体分缝，在气 温等于或略低于年平均气温时封拱。
图4–70 浆砌石拱坝拱冠梁剖面（单位：m） （a）福建省南溪拱坝,坝高67.3m；（b）广西省板峡拱坝，坝高60.3m 1–φ15cm排水管，间距5m；2–M10号水泥砂浆砌粗料石；3–C10细骨料砼砌粗料 石；4–M15号水泥砂浆深勾缝6cm；5–C15号砼垫层，厚50cm； 6–M10号水泥砂浆砌粗料石并勾缝；7–C20号砼防渗层； 8–C15号细骨料砼砌块石； 9–C20号砼；10–C15号砼护面；11–C15号埋石砼；12–砂卵石
待蓄水后根据坝基的渗漏情况决定是否再行延伸。
■灌浆压力：由灌浆试验确定，在保证不破
坏岩体的条件下取较大值，在顶部段≮1.5h、底部
≮（2～3）h(坝前静水头)。
4.坝基排水 主排水孔:1道，间距3m左右，孔径≮15cm； 辅助排水孔: 1～2道，间距3~6m，孔径≮15cm。 排水孔与防渗帷幕下游侧的距离：≮帷幕孔中心距的
3.对于应力控制指标
《浆砌石坝设计规范》（SL25–91）规定：
抗压K：基本K=3.5；特殊K=3.0.
【б拉】取决于石料和胶结材料的标号，其值接
近砌石体的极限抗拉强度，如：胶结材料强度等级为
10MPa的粗料石、块石砌体，拱冠梁底的容许拉应力
为1.2MPa。
二、浆砌石拱坝的构造特点
1.坝体
对砌体强度的要求较高。砂浆标号为M7.5~M15，绝大 多数用M10，整个坝体都用同一标号。水泥用量为每m3砌体 100~150kg。图4–70是我国两座浆砌石拱坝的剖面图。 2.溢流面
《水工建筑物》第三章：拱坝的布置及荷载、应力及稳定分析、坝身构造及优化、地基处理等基础知识
单曲拱坝
双曲拱坝
（3）按构造 周边缝拱坝：在靠近坝基周边设置永久缝的拱坝； 空腹拱坝：坝体内有较大空腔的拱坝。
四、拱坝的发展概况
●最古老拱坝遗址是古罗马时期建于法国南部的鲍 姆拱坝，坝高约12m。13世纪伊朗修建的库力特拱坝， 高达60m，这个记录一直保持到20世纪初。
曲线等于上游面的曲线加上 T(z) 。
■单曲拱坝，拱冠梁上游面是铅直线，下游面 是倾斜直线或几段折线。
三、拱坝布置的步骤和原则
（一）步骤
1.根据坝址地形图、地质图和地质查勘资料，定 出开挖深度，画出可利用基岩面等高线地形图。
2.在可利用基岩面等高线地形图上，试定顶拱 轴线的位置。以顶拱外弧作为拱坝的轴线。顶拱 轴线的半径可用 ＝0.6L1，或参考其他类似工程初 步拟定。将顶拱轴线在地形图上移动，调整位置 ，尽量使拱轴线与基岩等高线在拱端处的夹角不 小于30°，并使两端夹角大致相近。按选定的半 径、中心角及顶拱厚度画出顶拱内外缘弧线。
图4–12 拱冠梁剖面尺寸示意图 1–凸点；2–拱冠顶点的铅垂线
根据我国对东风、拉西瓦等11座拱
坝的β 1、β 2和S值的敏感性计算分析， 其适合范围是：β 1＝0.6～0.7，β 2＝0.15～0.2，S＝
0.15～0.3。对基岩变形模量较高或宽高比较大的河
谷，β 1、β 2取小值、S取大值。定出A、B、C三点位
L/H=6.0，T/H＝0.29。
2. L/H相同，不同河谷形状的比较
（a）V型河谷；（b）U型河谷
1–拱荷载；2–梁荷载
★V形： 适于发挥拱的作用， 靠近底部水压强度最大，但拱跨 短，因之底拱厚度仍可较薄；
第三章 拱2
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。
第三章 挡水建筑物( 拱坝+支墩坝)
§3 拱坝（Arch Dam）
-9-
1936年，美国人建设了当时世界上最高的拱坝Hoover（胡佛）拱坝， 坝高221m，底厚201m，座跨科罗拉多河。
§3 拱坝（Arch Dam）
-10-
§3 拱坝（Arch Dam）
-11-
中国第一座拱坝建造于1927年，福建厦门的上里浆砌石拱坝， 坝高27m。但旧中国的拱坝建设极为缓慢，至1949年，我国仅 修建了2座15m以上的砌石拱坝。
T2(
7) 23z
6) 3z 3( T3z2- T3( 5) 4) 223z 3z 3( T 3) 3( T3( T 1) 2( 22) T2( 2T 3z 28) 3z 7)2( 2( 3z 2- T 2- T 2( 6) 3z 5)2( T 3z 2- T 2- 3) 3z 4) 23z 23z 3z
§3 拱坝（Arch Dam）
-28-
主要趋向:
①对坝址地形地质条件有所降低； ②厚度减薄，允许应力逐渐加大； ③坝顶溢流，坝身开孔，q加大； ④在较强地震地区可建拱坝； ⑤计算理论、计算方法的发展可进行优化设计； ⑥对材料特性（坝体坝基）由线性→非线性； ⑦碾压砼拱坝
§3 拱坝（Arch Dam）
锦屏一级水电站是雅砻江下游河段的控制性水库工程，主要任务是发 电，兼调洪和拦沙作用，是川电外送的主要电源点之一。装机容量3600MW， 多年平均年发电量174亿kW· h。总库容77.7亿m3，调节库容49.1亿m3，属年 调节水库。 工程特点：地质条件复杂，双曲拱坝高305m，将是世界第一高拱坝。
-44-
在平面上呈喇叭口状
河谷狭窄(V、U形河谷)，岸坡平顺无突变
§3 拱坝（Arch Dam）
河海大学水工建筑物版 ppt课件
一、水资源
1、为什么说水是一种重要资源？
(1) 必需品–––生命、工农业生产；
(2) 必要介质–––航运交通，水产事业；
(3) 重要能源–––可利用，可再生；
(4) 必要条件–––改善环境，发展旅游。
2、全球水量分布特点：
•
海洋咸水为主，淡水–––2.5％
• 3、我国水资源分布特点：
• (1) 我国水资源不丰富(人均意义-占全球人均1/4)；
• 坝体材料及构造，地基处理这两部分，要交待其在工程中的重 要性。限于时间及毕业后工作中学习，所以在讲课时讲清其设 计基本原理，简要介绍主要措施。
• 3、拱坝： • 本章重点是拱坝布置，应力分析及坝头稳定分析。坝体应力分
析中，温度荷载要讲清楚。限于课时，这里主要讲解拱坝的工 作原理与重力坝不同之处。
19
• (四)失事后果的严重性 • 水工建筑物，特别是堤坝等挡水建筑物，一旦失事，将给下
游人民的生命财产和经济建设带来灾难性损失。因此，在勘 测、规划、设计、施工及管理时都要慎重对待，按科学规律
办事，妥善解决安全与经济的矛盾。
ppt课件
20
• 第三节 水利枢纽与水工建筑物的等级划分
•
为了解决安全性与经济性的矛盾，首先要对水利枢纽进行分
力计算及基本构造 。
ppt课件
4
• 荷载及其组合，不仅针对本章而言，对其它水工建筑物均有用 处，要注意讲清基本概念。
• 抗滑稳定分析中，不仅介绍计算方法与公式，而且要加以分析 并要讲解计算公式中各种参数的选用问题。
• 应力分析要讲清孔隙水应力和接触应力的概念，以便讲清楚未 考虑扬压力计算的应力和考虑扬压力计算的应力。
75~25
三
中型
水工建筑物复习资料(09)
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。
拱坝课程设计报告
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。
拱坝浙江参考资料PPT
2p
(2 p) sin A
或
p
T sin A 2
由式（4-2）可见，当应力条件相同时， 2φA越大，拱圈厚度T越小，坝体越经济。 2φA过大,拱圈弧线增长，则工程量增大。相 应抵消了由厚度减小所节省的工程量。
从公式（4-3）可得，当T一定，外荷载、 河谷形状相同时，2φA越大，拱端应力越小， 应力条件越好。若按与工程实际更为接近 的两端固端拱计算，当中心角>120°时， 拱圈截面将无拉应力。
图4-1 拱坝平面及剖面示意图
坝体的稳定主要是依靠两岸坝肩的 反力来维持。拱坝的坝肩是指拱坝 所座落的两岸岩体部分，亦称拱座。
拱冠梁系指位于水平拱圈拱顶处的 悬臂梁，一般它位于河谷的最大深 处。
1.拱坝的结构特点
（1）拱作用的结构特点:
拱是一种主要承受轴向压力的推力结构。 拱内弯矩较小，应力分布比较均匀，这一 特点能适应坝体材料（混凝土或浆砌石） 抗压强度高的特性，使材料的强度得到充 分的发挥。对于同一坝址，坝高相同时， 拱坝的体积比重力坝可节省1/3～ 2/3。
第四章 拱 坝
第一节 概 述
一、拱坝的特点及类型
拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平面 上呈凸向上游的拱形，拱冠剖面呈竖直的或 向上游弯曲。坝体结构是由水平的拱圈和竖 向的悬臂梁共同组成。拱坝所承受的水平荷 载一部分通过水平拱的作用传给两岸的基岩， 另一部分通过竖向的悬臂梁的作用传到坝底 基岩，如图4-1所示。
采用坝顶泄洪，溢流段长91.3m，设8 扇弧形闸门，每扇10m宽，高5.1m， 底坎高程176m。
湖南东江拱坝
Байду номын сангаас
四川二滩拱坝
凤滩拱坝
普定碾压混凝土拱坝
因此，从减少拱圈厚度，改善坝体应力考 虑，选较大的中心角是比较有利的。
第3章 拱坝自测题
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__________。
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进入７０年代末期，代表世界拱坝建设水平的国家移至前苏联，它以高拱 坝建设为其主要标志。
８０年代末期，代表世界拱坝建设水平的国家是中国，其主要标志有对非 圆弧拱型拱坝的发展、体型优化技术、ＲＣＣ拱坝的实践、复杂自然条件 下修建拱坝的技术（包括宽河谷、大流量、复杂地基等）、特高拱坝的建 设、动静力应力稳定分析方法的完善及其软件的开发、拱坝ＣＡＤ技术的 发展等。
Height：261.6m Length of crown：190.15m Base thickness：22.11m Crest thickness：3.4m Concrete volume：360 000m3 Retained water volume：150×106m3
第三章 拱坝（Arch Dam）
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第三章 拱坝（Arch Dam） Name：Tolla Dam Country： France Type：arch Year of completion : 1959 Height：88 m Base thickness：2m T/H：0.023 The dam is a complete success and has been shown to posses adequate margins of safety. Whether or not such thin dam is psychologically justifiable is another matter.
L/H =1.5～3时，中厚拱坝
L/H =3～4.5时，厚拱坝 L/H ＞4.5时，重力坝或拱形 重力坝
第三章 拱坝（Arch Dam）
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2、河谷的断面形状
只适用于一定形状的河谷地段，如深窄的U、V和梯形 河谷。 V 形河谷：拱承担的荷载较大，坝可以修的较薄、 经济； U形河谷：梁承担的荷载较大，坝较厚； 梯形河谷介于二者之间。
第三章 拱坝（Arch Dam）
-38-
三、拱坝对地形和地质条件的要求
拱坝对地形和地质条件要求较高。
（一）地形条件
河谷狭窄 河谷的断面形状 河谷顺河流方向的形状
河谷对称性
第三章 拱坝（Arch Dam）
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1、河谷狭窄
河谷的宽高比：n = L/H= 坝
顶处河谷的宽度/最大坝高。 L/H ＜1.5时，薄拱坝
第三章 拱坝（Arch Dam）
-6-
2、起步阶段(1854－1917) 标志： 1854 年，法国 43m 高
的左拉（Zola）拱坝。
所用理论： 该拱坝以圆筒
公式为指导，主要利用水平拱 的作用来保证大坝的安全，忽 略梁的作用。
第三章 拱坝（Arch Dam）
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设有圆环或圆筒，内半
径为b，外半径为a．受
第三章 拱坝（Arch Dam） View towards the left bank from below the dam; the top edge was the left of the two white blocks at the upper-right of the photo.
-14-
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第三章 拱坝（Arch Dam）
-18-
4、拱坝建设的熟练阶段（1960年－至今）
标志： 1960 年，建成的意大利瓦依昂
（Vajont）拱坝（H=261.6m）。
主要成就： 拱坝新的结构形式、计算
方法及其体型优化的方法。 Dimensions & Quantities of Vajont Dam
第三章 拱坝（Arch Dam）
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第三章 拱坝（Arch Dam）
-12-
第三章 拱坝（Arch Dam）
-13-
重大历史事件： Malpasset
Dam failed not long
after it was built in 1959. Height：60 m；length： 225 m.
第三章 拱坝（Arch Dam）
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4、抗震性能好
厚度薄、重量轻、柔度大 自行调整结构特性
意大利荷尔佛诺拱坝40m，强震不破坏； 中国峡沟浆砌石拱坝78m，强震不破坏; 美国巴柯依玛拱坝，大震未倒。
第三章 拱坝（Arch Dam）
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5.温度变化和基岩的变形对拱坝应力的影响大 由于是超静定结构：
第三章 拱坝（Arch Dam）
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（2）安徽梅山水库连拱坝坝肩破裂
右坝肩花岗岩体内有一组平缓裂隙向河谷方向滑移导致。
第三章 拱坝（Arch Dam）
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（3）鲍尔德温山水库的溃决
库区距一知名的大断裂带仅300m，有几条小断层从库底下 穿过。尽管沿断裂采取了封闭和排水措施，但是由于断层的错 动尔使断层张开使封闭层（沥青混凝土）破坏，水沿断层渗透 使地基中的粉砂岩、细砂岩受到潜蚀，潜蚀洞穴塌陷造成坝体 突然溃决。
第三章 拱坝（Arch Dam）
-37-
6.运行特点
拱坝坝身可以泄水
开孔对坝体刚度的影响 泄水振动 不能形成完整的溢流面 下泄水流向心集中
坝顶交通及启闭机等设备的布置
7.施工特点
横缝也要设键槽进行封拱灌浆 施工困难（倒悬、体形复杂） 施工质量要求高（应力水平及防渗高） 温控、放样、基础处理要求压结构，有利于发挥材料的抗压强度。 体积小，工程量小。 重力拱坝＝（65～75）％重力坝 双曲拱坝＝（55～65）％重力坝 河谷宽高比小于3～4时，拱坝经济性明显。
第三章 拱坝（Arch Dam）
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3、超载能力强，安全度高
坝体处于三维受力状态，混凝土实际极限抗压强 度比单轴受压高。 能自动调整拱和梁的作用，荷载的转移和应力的 重分布。
拱坝建设有三个高峰期
高峰期时间
1920－1930年 1950－1960年 1970－1980年
建坝数量
200 150 500
空间集中分布
美国（加利福尼亚州） 西欧：法国、意大利及瑞士等国 中国
第三章 拱坝（Arch Dam）
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（三）世界拱坝之最
已建的最高拱坝：前苏联英古力（Inguri）拱坝 （H=271.5m，n=2.8，T/H=0.33） 中国小湾拱坝
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１９３６年以前：美国代表世界拱坝水平：美国胡佛大坝的建成，应该说 美国代表着世界拱坝建设的水平，对拱坝拱梁结构概念的形成、应力分析 方法的产生和发展以及大体积混凝土坝成套施工及温控技术的发展作出过 巨大的贡献。
1936--1975拱坝建设的先进水平转移到了西欧（法、意、瑞），其主要贡 献在于对双曲拱坝结构等轻、巧、薄拱坝结构的发展以及拱坝结构模型实 验方法的发展。
将力传给基岩。 ③坝体的稳定主要依靠 两岸拱端的反力来维持。
第三章 拱坝（Arch Dam）
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一 拱坝的发展 （一）拱坝发展阶段
拱坝建设的萌芽阶段（1854年以前） 拱坝建设的起步阶段（1854年－1917年） 拱坝建设的成熟阶段（1917年－1960年） 拱坝建设的熟练阶段（1960年－至今）
第三章 拱坝（Arch Dam） Viewed from above the dam, with the remaining right-bank structure in the foreground shade.
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第三章 拱坝（Arch Dam） From below the dam at the bottom, looking up at the right-bank ruins; the top walkway is at the upper-left.
意大利瓦依昂拱坝261.6m，超过坝顶150m以上涌浪；丰 乐抗裂安全系数2.3，承载能力安全系数11.
第三章 拱坝（Arch Dam）
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意大利瓦依昂水库滑坡 事件
坝高261.6m，是当时世
界上最高的双拱坝。库区蓄 水后，山体突然以高达25－ 30m/s的速度下滑，近2亿方 土石迅速淤满水库，掀起高 过坝顶100余米的涌浪，冲 毁下游3km处的村镇，造成 3000人死亡，水库变为石库。
第三章 拱坝（Arch Dam）
-4-
1、萌芽阶段（1854年以前） 起源：始于罗马时期，类比砌石圆拱结构在桥梁工
程中应用。
特点：水平截面为拱形，但未真正利用拱结构的优
点，似拱坝结构。
贡献：为发展积累了经验。
代表：意大利的高桥（Ponte Alto）拱坝。
第三章 拱坝（Arch Dam）
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意 大 利 高 桥 拱 坝 的 建 设 过 程
第三章 拱坝（Arch Dam）
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（二）世界拱坝建设
主要分布在中国、美国及西欧的阿尔卑斯山地区的法国、 意大利及瑞士等国。
拱坝在各类大坝中所占的比例随坝高的增加而增加。
坝
高（m）
拱坝所占比例（％）
100－150
150－200 200m以上
30
45 60
第三章 拱坝（Arch Dam）
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（H=55m），正式提出多拱梁分载的概念。
主要成就：
拱梁分载的概念（拱冠梁法，多拱梁法）；
拱坝体形多元化（双曲拱坝及带缝拱坝<周边缝、底缝> 的发展）； 抗滑稳定概念的形成及发展。
第三章 拱坝（Arch Dam）
-9-
第三章 拱坝（Arch Dam）
-10-
Name：Hoover arch dam Country：U.S.A Type：arch Height：223 m
第三章 拱坝（Arch Dam）
正在建设中金沙江上的溪落渡水电站：双曲拱坝,H=282m。
-27-
第三章 拱坝（Arch Dam）
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二、拱坝的工作特点 1、受力条件好