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水工建筑物 (1)
—— 混凝土坝
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教材
?吴媚玲 编著, 水工建筑物,
清华大学出版社
?祁庆和 主编, 水工建筑物,
中国水利电力出版社
?,水工建筑物, 习题集 清华大
学水利系
以上两本任选一本即可!
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参考书
1 P,Novak et al,Hydraulic Structures
(3rd Ed.),Spon Press,2001
2 张光斗、王光纶著,,水工建筑物,
(上册),水利电力出版社
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课程特点
?属专业课
?基础知识的综合运用
?科学根据与工程措施
?多学习、勤思考
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水工建筑物( 1)教学大纲
第一章 绪论 ( 2学时)
§ 1.1 水利水电工程建设及
其对经济和生态的影响
§ 1.2 水工建筑物的分类分

第二章 重力坝 ( 18学时)
§ 2.1 重力坝的特点
§ 2.2 荷载及其组合
§ 2.3 重力坝的断面
§ 2.4 重力坝的抗滑稳定分

§ 2.5 重力坝的应力分析
§ 2.6 分缝、分块及温度控

§ 2.7 重力坝的构造
§ 2.8 基础处理
§ 2.9 其它型式的重力坝
§ 2.10 泄水坝段的水力设计
、布置与构造
§ 2.11 泄水坝段的下游消能
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水工建筑物( 1)教学大纲
第三章 拱坝 ( 12学
时 )
§ 3.1 拱坝的特点及其
对地形地质的要求
§ 3.2 拱坝的荷载及其
组合
§ 3.3 拱坝的布置及体
形设计
§ 3.4 拱坝的应力分析
§ 3.5 拱坝的稳定分析
§ 3.6 拱坝的基础处理
§ 3.7 拱坝的构造, 分
缝及接缝灌
§ 3.8 拱坝的泄洪设计
§ 3.9 连拱坝及支墩坝
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学时安排(共 32学时)
1.讲课:绪论( 2) +重力坝
( 14) +拱坝( 8)
2.习题课( 2)
3.机动或测验( 2)
4.五一放假( 4)
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成绩组成( 讨论稿 )
1.平时成绩:含作业和纪律 40%
2.测验,60% 或
3.论文或报告,60%
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§ 1.1 水利水电工程建设对
经济和生态的影响
水资源
水利建设
水利建设对环境的影响
第一章 绪论
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水是一种重要的资源
生命和工农业生长必需的物质
航运交通和水产事业必要的介质
是一种可利用的和可再生的重要能源
改善环境和发展旅游事业的必要条件
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水资源分布情况
地球上的总水量很大,但是时
空分布极不均匀
地球总水量:约为 13.86× 108亿 m3,但
是大部分为海水,淡水仅占 2.5%
全球年径流量,4.7× 105亿 m3,人均为
9000m3/年,分布不均
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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。
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水资源分布情况
我国的情况
河流流域超过 1000Km2的大
河流有 1598条
年径流总量约为 2.78× 104
亿 m3,人均为全球的 1/4
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水资源分布情况
我国的情况
不同地区,南方一日雨量可远超
过西北全年的降水量。
同一地区,一次暴雨可超过多年
的年均降水量,从而导致我国各地
历史上洪、涝、旱灾频繁发生。
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我国水能资源丰富
如果说我国水的人均拥有量不算多
的话,而由于从 青藏高原 到 海平面 之间的
巨大落差,我国可用于发电的水能资源却
十分丰富。全国水能理论蕴藏量达
6.8× 108 KW,可开发的为 3.78× 108 KW,
年发电量可达 19100× 108 KW·h以上,均居
世界之首 。
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16
水利建设 —
远古时期
远古以来,我国人民为治理水患、
开发水利,进行过长期的英勇斗争,取得
了光辉的业绩。
李冰主持修建的岷江 都江堰
分洪灌溉工程,一直是成都平原农
业稳定高产的保证,堪称中华民族
的骄傲之一。
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都江堰
18
封建统治时期
封建统治,人民群众的力量与智慧受到压
抑,生产力低下,科学技术落后,水利设施失修,
灾患频繁,水利事业处于停滞状态。
1928年,遍及全国的旱灾,灾民人数为
当时全国人口的 1/4
1931,1933,1935,1939年,江、淮、
黄、汉以及海河的洪灾,也使人民生命财
产蒙受了巨大损失。
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共和国成立后
中华人民共和国成立后,我国的水利建
设才有了较大的发展。
整修和兴建了约 26万 Km的堤防
疏浚整治了排水河道,开辟了海河和淮河的排洪
通道
兴建 86000多座水库,面积 10000亩以上的灌区有
2500多处
水电装机从 1949年的 16.3万 KW发展到 6000万 KW
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共和国成立后 ( 续 )
中华人民共和国成立后,我国的水利建设才有
了较大的发展。
灌溉面积从 2.4亿亩上升到 7亿亩以上
3.4亿亩易涝耕地,2/3得到初步的治理,
1.1亿亩盐碱地,1/2得到改良
城市、工业供水及农牧区人、畜饮水提供
了相当数量的水源
为工农业生长和人民生活提供了电能
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现状与理想的差距
我国大江大河的防洪还没有真正的解决
我国农业目前仍在很大程度上受制于自然
地理和气候条件
工业和城市用水增长速度快,一些沿海城
市已经出现淡水供应困难,水源紧缺将日益
成为限制我国生长和生活提高的 重大障碍瓶
颈 。
水能资源的开发比例相当低。
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坝工建设情况
标志性工程,
? 50年代的 新安江 水电站,混凝土宽缝重力坝,
坝高 102m
? 60年代的 刘家峡,混凝土重力坝,强震区,坝
高 147m
? 70年代,乌江渡 重力拱坝,石灰岩岩溶区,坝
高 165m
? 80年代,葛洲坝 工程,大江截流流量达 4400~
4800m3/s
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坝工建设情况 (续)
? 90年代,三峡工程,世界第一(库容、
发电量、混凝土工程量、船闸等 );
?二滩拱坝,第一个国际招标,我国最
高拱坝;
?小浪底,第一个引进外资,出现洋工
仔,
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坝工建设情况 (续)
我国的大坝统计资料,( 99年统计资料 )
坝高 座数
15~ 30m 17526座
> 30m 4578座
> 100m 32座运行( 99年底)
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坝工建设情况 (续)
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
1950 1960 1970 1980 1990 2000
Y e a r
D
a
m
s
C h i n a
W or l d
O t h e r c ou n t r i e s
大坝数量统计( ICOLD)
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我国总库容
20亿立方米以上的水库
大坝按库容统计
2 2 3 6
7
13 17
48
0
20
40
60
大于3
5
0
大于3
0
0
大于2
5
0
大于2
0
0
大于1
5
0
大于1
0
0
大于5
0
大于2
0
单位(亿立方米)
单位(个)
系列1
( 具体数据列表 )
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27
28back
29
水利建设对环境的影响
一条河流、一个河段及其周围地区
在天然状态下,一般处于某种相对平衡状
态。水利工程的建设会 破坏原来的平衡,
特别是具有高坝大库的水利枢纽的建成运
行,对周围的自然和社会环境都将产生重
大的影响。 其中包括:
i,物理影响
ii,生态影响
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物理影响
上游:水库水深加大,流速降低,泥沙
淤积,库容减少。库岸由于水的渗入,原
来稳定的岩石边坡失稳破坏。 (实例 )
下游:水库的, 沉沙池, 作用,使过坝
调节下放的水流成为, 清水,,悬移质以
及沉沙少,冲刷能力加大,下游河床被刷
深,可能影响河势。
小气候的变化:雾天增多,诱发地震
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31
瓦依昂 (Vajont)拱坝
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瓦依昂拱坝上游大滑坡
意大利的 瓦依昂( Vajont)拱坝,
1963年 10月 9日 上游大滑坡,造成 150m高涌
浪翻越坝顶,冲毁下游村镇,死亡 2000人。
坝高 262m,当时世界最高
滑坡体长 1.8Km,宽 1.6Km,体积达 2.7亿 m3
水库在 30~ 45 s内几乎被滑冲材料填没
整个失事过程历时仅 7 min
33back
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生态影响
回游鱼类产生障碍:中华鲟
水温变化不一定适合作物生长
疟蚊等的媒介物有可能有利于生存、
传播,增加疾病传染性
库水化学成分改变,营养物质浓集,
导致水的异怪或缺氧,对生物的生长
带来了不利影响。
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生态影响 (续)
? Dam or Damn? – WCD(World
Commission on Dams)
? See Reference,
―Dams and Disease‖ by William
Jobin,E&FN SPON,1998
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几个水库失事
的实例
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沟后水库沙砾石面板坝
失事实录
坝体溃口
(下游视图)
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沟后水库沙砾石面板坝
失事实录(续)
坝体溃口(上游视图)
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板桥水库失事
?758大洪水
?10多万人死亡
?失事原因
?启示:与自然和谐共处 —
— 资源水利
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梅花拱坝失事
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本节完
42
水利枢纽
水工建筑物分类
水工建筑物的特点
水利枢纽分等与水工建筑物的分级
§ 1.2 水工建筑物的分类分级
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水利枢纽 (Hydro-junction)
为了综合运用水利资源,达到防洪、
灌溉、发电、给水、航运等目的,需要修
建几种不同类型的水工建筑物,例如,挡
水、泄水、输水或其他专门的水工建筑物,
以控制和支配水流,满足国民经济的需要,
这些建筑物称为水工建筑物,水工建筑物
的综合体叫做 水利枢纽 。
三峡、龙羊峡及小浪底水利枢纽图
44
三峡大坝建成后全景
45
46
47
二滩水电站枢纽布置图
48
二滩水电站枢纽
49
小浪底水利枢纽位置图
50返回
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水工建筑物分类 -按其功用可划分
挡水建筑物 (water-retaining structures),拦截或
者约束水流,并可以承受一定水头作用的建筑
物,如坝 (dams)、闸 (gates)、堤 (dikes)
泄水建筑物 (water-releasing structures):排泄
水库、湖泊、河渠等多余水量,以保证让挡水
建筑物和其他建筑物安全,或者在必要时降低
库水位乃至放空水库而设臵的建筑物,如溢流
坝、溢洪道、泄洪洞等。
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输水建筑物 (water-conveying structures),
为灌溉, 发电, 城市或者工业给水等需
要, 将水自水源或某处送至另一处或用
户的建筑物 。 如引水隧洞, 引水涵管,
渠道, 灌槽, 倒虹吸管, 输水涵洞等 。
水工建筑物分类 -按其功用可划分(续 )
取水建筑物 (intake structures),输水建
筑物的首部建筑,如进水闸、扬水站等。
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整治建筑物 (training or control works),用
以整治河道, 改善河道的水流条件, 如丁坝,
顺坝, 导流堤, 护岸等 。
专 门 建 筑 物 (special-purpose hydraulic
structures),专门为灌溉, 发电, 治水, 航
运等用的建筑物, 如电站厂房, 船闸, 升船
机, 鱼道, 伐道 。
水工建筑物分类 -按其功用可划分(续 )
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水工建筑物分类 ( 续 )
其他分类方法:
按建筑材料, 土石坝、混凝土坝、
浆砌石坝、钢筋混凝土坝,木坝 等
按构造特点, 重力坝、拱坝、支敦
坝等
按是否泄水, 溢流坝和非溢流坝等
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水工建筑物的特点
工作条件复杂性 。 由于水的作用造成:静水压,
扬水压, 渗水作用, 泄水冲刷等 。
设计选型独特性 。 按当地地形, 地质条件设计,
因此找不到两个完全相同的坝 。
施工建造的艰巨性 。 除自然环境条件外, 尚有
水的作用, 要解决导流问题, 施工进度与洪水
,赛跑, 问题 。
失事后果的严重性 。 失事后, 水头急泄, 人民
财产损坏严重 。
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56
水利枢纽分等与水工建筑物的分级
根据, 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准,
( 山区, 丘陵区部分 ) SDJ12-78
水利枢纽分等,五等
水工建筑物分级,五级
其中, 建筑物的级别 取决于 工程的等别 。
不同级别的水工建筑物的不同要求主要体现在:
抗泄洪的能力 ; 强度和稳定性 ; 建筑材料 ; 运
行可靠性 。
59
本节完
60
习 题
习题 1,3