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1、第一章绪论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。水利工程的根本任务是：除水害兴水利。资源水利就是从水资源开发、利用、治理、配置、节约、保护等六个方面系统分析，综合考虑，实现水资源的可持续利用。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。水利枢纽是指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。水工建筑物的分类按其在枢纽中的作用分为
2、：1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。2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。3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。4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。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；水利枢纽按其规模、效益和在国民经济中的
3、重要性分为五等。第二章重力坝重力坝的工作原理是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；同是也依靠坝体自重在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力，以满足强度的要求。其基本剖面为上游面近于垂直的三角形剖面。重力坝的工作特点：优点：a、安全可靠；b、对地形、地质条件适应性强；c、枢纽泄洪问题容易解决；d、便于施工导流；e、施工方便；f、结构作用明确缺点：a、坝体应力较低，材料强度不能充分发挥作用；b、坝体与地基接触面积大，对坝底稳定不利的扬压力相应大；c、坝体体积大，由于施工期混凝土的水化热和硬化收缩，将产生不利的温度应力和收缩应力。重力坝承受的
4、主要荷载是静水压力、扬压力和自重。因为作用于上游面的水压力呈三角形分布，所以重力坝的基本剖面是三角形重力坝的布置：通常由溢流坝段、非溢流坝段、边墩、导墙、（轴线）组成。重力坝的类型按其结构形式为：实体重力坝、空腹重力坝、宽缝重力坝。扬压力是由上、下游水位差产生的渗透水压力和下游水深产生的浮托力两部分组成。泥沙压力根据坝前淤积高程淤积计算年限可取50-100年。波浪要素：波浪高度、波浪长度、波浪中心线超出静水面的高度。基本烈度：是指该地区今后50年期限内，可能遭遇超越概率P50为0.10的地震烈度。重力坝抗滑稳定分析：目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全性能失稳形式有两种：
5、一种是沿坝体抗剪能力不足的软弱结构薄弱层面产生滑动，这种软弱结构薄弱层包括坝体与坝基的接触面和坝基岩体内连续的断层破碎带。另一种是在各种荷载作用下，上游坝踵出现拉应力，使之裂缝，或下游坝趾压应力过大，超过坝基岩体或坝体砼的允许强度而压碎，从而产生破坏。提高坝体抗滑稳定性的工程措施1、利用水重。2、将坝基面开挖成倾向上游的斜面，借以增加抗滑力，提高稳定性。3设置齿增。4抽水措施。5加固地基。6横缝溉浆。7预应力锚固措施。应力分析的目的是检验大坝在施工期间和运用期是否满足强度要求；根据应力分布情况进行坝体砼标号分区；为研究坝体某些部位应力集中和配筋等提供依据。分析方法：理论计算和模型试验两大类。材
6、料力学法基本假定：坝体砼为均质、连续、各向同性的弹性材料。视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力影响，并认为各坝段之间独立工作，横缝不传力。假定坝体水平截面上的正应力按直线分布。重力坝剖面设计原则：（1）保证大坝安全运用，满足稳定和强度要求；（2）工程量少，造价低；（3）结构合理，运用方便；（4）利于施工，方便维修。重力坝消能形式及适用条件：挑流消能适用于基岩比较坚固的高坝或中坝。底流消能适用于中、低坝或基岩较软弱的河道。面流消能适用于水头较小的中、低坝，要求下游水位稳定，尾水较深，河道顺直，河床和河岸在一定范围内有较高抗冲能力，可排漂和排冰。消力戽适用于尾水较深，变幅较小，无
7、航运要求且下游河床和两岸有一定抗冲能力的情况。联合消能适用于泄洪量大，河床相对狭窄、下游地质条件差的高、中坝或单一消能形式经济合理性差的情况。坝顶结构布置原则：安全、经济、合理、实用。坝顶排水：一般都排向上游坝顶防浪墙：高度一般1.2m三、强度校核 1重力坝坝基面坝踵、坝趾的垂直应力应符合下列要求： 运用期：在各种荷载组合下（地震荷载除外），坝踵垂直正应力不应出现拉应力，坝趾垂直正应力应小于坝基容许压应力；在地震荷载作用下，坝踵、坝趾的垂直应力应符合水工建筑物抗震设计规范（SL203）的要求。 施工期：坝趾垂直正应力允许有小于0.1 MPa的拉应力。 2重力坝坝体应力应符合下列要求： 运用期：
8、 1）坝体上游面的垂直正应力不出现拉应力（计扬压力）。 2）坝体最大主压应力，不应大于混凝土的允许压应力值。3）在地震荷载作用下，坝体上游面的应力控制标准应符合水工建筑物抗震设计规范（SL203）的要求。 施工期： 1）坝体任何截面上的主压应力不应大于混凝土的允许压应力。 2）在坝体的下游面，允许有不大于0.25 MPa的主拉应力。 消能的设计原则：尽量使下泄水流的大部分动能消耗于水流内部紊动及水流与空气的摩擦中；不产生危及坝体安全的河床冲刷或岸坡局部冲刷；下泄水流平稳，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行；结构简单，工作可靠；工程量小，经济。 消能形式：常用的消能工形式有底流式消能、挑流式消能、
9、面流式消能、消力戽消能及联合式消能（宽尾墩一挑流、宽尾墩一消力戽、宽尾墩一消力池等）。设计时应根据地形、地质、枢纽布置、水头、泄量、运行条件、消能防冲要求、下游水深及其变幅等条件进行技术经济比较，选择消能工的形式。坝体分缝按其作用可把缝分为沉降缝、伸缩缝、工作缝；按其位置分为横缝、纵缝及水平缝。为了适应砼的浇筑能力和减少施工期的温度应力，常在平行坝轴线方向设纵缝，将一个坝段分为几个坝块，待坝体降到稳定温度后再进行接缝灌浆。纵绦是平行于坝轴线设置的温度缝和施工缝。重力坝地基处理主要包含：防渗、提高基岩强度。重力坝深层抗滑稳定的破坏类型：（1）沿滑裂面剪切破坏 （2）下游尾岩挤压破坏 （3）下游尾
10、岩抗力体隆起破坏抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。当岸坡坝段地形陡峻时，还需核算这些坝段在三向荷载作用下的抗滑稳定。2.重力坝滑动失稳模式极其计算方法（一）沿坝基面的抗滑稳定分析 假定坝体与坝基的连接有三种物理模式:“触接”、“粘接”、“咬接” 单一的安全系数法：（1）抗剪强度公式（摩擦公式） a、滑动面水平面时： b、滑动面倾向上时：本公式不考虑凝聚力，偏于安全，凝聚力作为安全储备，所以规定的安全系数较低。摩擦系数f的选取问题根据国内外已建工程的统计资料，混凝土与基岩的f值常取在0.50.8之间。摩擦系数的选定直接关系到大坝的造价与安全，f值愈小，要
11、求坝体剖面愈大。（2）抗剪断公式 1、假定：认为砼与基岩接触良好，直接采用接触面上的抗剪断参数f和c。2、公式： 3、 安全系数Ks,设计规范规定：不分等级 基本荷载组合：采用3.0 特殊荷载组合：（a）采用2.5； （b）采用不小于2.3。 本公式既考虑了抗剪断摩擦力，又考虑了滑动面上的凝聚力，比较符合实际情况。抗剪断参数的选定对于大、中型工程，在设计阶段， f ,c应由野外及室内试验成果决定。在规划和可行性研究阶段，可以参考规范给定的数值选用。规范规定如下：类基岩很好的岩石， f 1.21.5, c1.31.5Mpa类基岩好的岩石， f 1.01.3, c1.11.3Mpa类基岩中等的岩石
12、， f 0.91.2, c0.71.1Mpa 类基岩较差的岩石， f 0.70.9, c0.30.7Mpa上述结果不包括基岩内有软弱夹层的情况；同时，胶结面的f ,c值不能高于混凝土的f ,c；对于、类基岩，如果建基面做成较大的起伏差，可采用混凝土的抗剪断参数。坝基固结灌浆的目的是提高基岩的整体性和强度，降低地基的透水性。帷幕灌浆的目的是降低坝底渗透压力，防止坝基内产生机械或化学管涌，减少坝基和绕坝渗透流量。宽缝重力坝是将相邻坝段间的横缝部分地拓宽的重力坝。在实体重力坝坝底沿坝轴线方向设置大尺寸的空腔，即为空腹重力坝。支墩坝按其过水面板的形式分为：平板坝、连拱坝和大头坝。碾压砼重力坝是用水泥含
13、量比较低的超干硬性砼经碾压而成的砼坝。第三章拱坝拱坝是平面上 向上游三向固定的空间壳体挡水建筑物，是由一根根悬臂梁 和一层层水平拱构成的，它能把上游坝面水压力等荷载的大部分通过拱的作用传给两岸岩体，而将小部分水压力通过悬臂梁的作用传至坝底基岩。它不像重力坝那样利用自重维持稳定，而是利用筑坝材料的抗压强度和两岸拱端岩体来支承拱端推力。拱坝的工作原理与重力坝的不同：1、拱坝是一种推力结构，在外荷载作用下，只要设计得当，拱圈截面上主要承受轴向压应力，弯矩较小，有利于充分发挥坝体砼或浆砌石材料抗压强度。拱作用发挥得愈大，材料的抗压强度愈充分利用，坝体的厚度也愈可减薄。而重力坝受弯曲为主，无法充分发挥材
14、料的抗压强度。2、与重力坝利用自重维持稳定的特点不同，拱坝将外荷载大部分通过拱作用传至两岸岩体，主要依靠两岸岩体维持稳定，坝体自重对拱坝的稳定性影响不大。3、自重与扬压力等荷载降为次要荷载，而温度和地基变形将对拱应力产生较大影响。拱坝中心角对应力、稳定的影响：中心角愈大，拱圈厚度愈小，材料强度可得到充分利用，对应力有利。但对拱坝坝肩稳定不利。拱坝的类型：薄拱坝、一般拱坝、厚拱坝（重力拱坝）、单曲拱坝、双曲拱坝。拱坝的布置原则：根据坝趾处地形、地质等自然条件以及枢纽综合利用要求统筹布置。在满足稳定和建筑物运用要求条件下，通过调整拱坝的外形尺寸，使坝体材料的强度得到充分发挥，将拉应力控制在允许范围
15、内，使坝体的总工程量最省。温度荷载是指拱坝在运行过程中，坝体温度相对于封拱温度的变化值。封拱温度的高低对温度荷载的影响很大。封拱温度越低，建成后愈有利于降低坝体拉应力。一般情况下，温降对坝体应力不利，温升对坝肩稳定不利。温度荷载包括：均匀温度变化tm、沿坝厚温度梯度变化td、非线性温度变化tn；拱坝应力分析方法有：圆筒法、纯拱法、拱梁分载法（包括拱梁法和拱冠梁法）、有限单元法和模型试验法等。圆筒法是将拱坝当作铅直圆筒的一部分。纯拱法假定拱坝由一系列各自独立互不影响的水平拱圈叠全而成，每层拱圈简化为两端固结的平面拱，用结构力学方法求解拱的应力。拱冠梁法基本原理拱冠梁法是拱梁分载法最基本的一种，（
16、1）它按照拱冠部位的中央悬臂梁和若干水平拱在交点处径向变位一致的原则进行拱梁荷载分配。（2）求得各层拱圈的拱冠梁各自承担的荷载后，拱圈各截面的应力，拱冠梁按悬臂梁结构计算应力。拱坝坝身泄水方式：自由跌落式、鼻坎挑流式、滑雪道式、坝身泄水孔式。1适用于基岩良好，泄量不大，坝体较薄的双曲拱坝或小型拱坝。2适用于基岩良好，泄量大，坝体较薄的双曲拱坝或大中型拱坝。3适用于泄量大，坝体较薄拱坝。一、荷载作用在拱坝上的荷载主要有：水压力（静水压力和动水压力）、温度荷载、自重、扬压力、泥沙压力、浪压力、冰压力和地震荷载（地震惯性力和地震动水压力）等。一般荷载的计算方法与重力坝基本相同，这里只强调作用的拱坝上
17、荷载的某些特点。1、自重荷载 对薄拱坝而言，自重的影响很小，几乎可忽略不计，对中等厚度拱坝和重力拱坝来说，应考虑自重的作用，自重荷载由梁承担。截面A1、A2间的坝体自重G可按辛普森公式进行计算：2、水平径向荷载 主要为静水压力，其次有泥沙压力、浪压力、冰压力等，由拱和梁共同承担。分担荷载的比例须通过荷载分配的方法来划分。当基岩弹模与坝体相同时，在均布径向荷载作用下水平面上的应力分布的一般规律是：3、温度荷载这是拱坝设计中的主要荷载之一 在水压力和温度荷载共同引起的径向变位中，温度荷载约占据1/3至1/2，对坝顶部分的影响更大。通常假定温度荷载由拱圈承担。产生温度荷载的两个原因是：（1）混凝土施
18、工过程中水化热的散发；（2）外界气温的变化。* 封拱温度：选用下游以年平均气温、上游以年平均水温作为边界条件，求出此时的坝体温度场作为稳定温度场。工程中，一般选在年平均气温或略低时进行封拱。* 温升：温度高于封拱温度。温升对坝肩稳定不利，对应力有利；* 温降：温度低于封拱温度。温降对坝肩稳定有利，对应力不利。 图3.9 坝体温度变形图(a:温降, b:温升)“”为压应力，“”为拉应力4、扬压力由于拱坝坝底厚度很小，作用于坝底的扬压力较小，除厚拱坝和中厚拱坝需考虑扬压力的作用外，对薄拱坝扬压力可忽略不计。二、荷载组合拱坝设计荷载组合可分为基本组合和特殊组合二类。（一）基本组合有以下几种情况：1、
19、水库正常蓄水位及相应的尾水位和设计正常温降，自重、扬压力、泥沙压力、浪压力、冰压力。2、水库死水位（或运行最低水位）及相应的尾水位和此时出现的设计正常温升，自重，扬压力（或不计），泥沙压力，浪压力。（二）特殊组合分以下几种情况：1、校核洪水位及相应的尾水位和此时出现的设计正常温升，自重，扬压力，泥沙压力，动水压力，浪压力。2、基本组合1+地震荷载。3、施工期的荷载组合，包括接缝未灌浆和分期灌浆两种情况。（1）接缝未灌浆自重；遇施工洪水时的静水压力加自重。（2）分期灌浆自重及接缝灌浆部分坝体浊度荷载（设计正常温升或设计正常温降）；遭遇施工洪水时，静水压力，自重及接缝灌浆部分坝体温度荷载（设计正常
20、温升）。第四章土石坝土石坝的工作特点：1稳定方面：由于坝体断面形状为梯形，断面比较大,在水平水压力的作用下，不可能产生沿坝基面的整体滑动。其失稳主要形式是坝坡滑动或坝坡连同部分坝基一起滑动。2渗流方面：大坝建成挡水后，水库里的水将通过坝身、坝基及两岸向下游渗透，在坝身和坝基的结合面及坝和其他建筑的结合面更是渗流易于通过而产生集中渗流的地方。为了消除减轻渗流的上述不利影响，土坝必须采用可靠的防渗排水设施，以减少渗漏损失并保证坝体和坝基土的渗透稳定性。渗流在坝体内的自由水面称为浸润面。_浸润线3冲刷方面：由于土体颗粒间的粘结力很小，抗冲能力低。水库内风浪对坝面将产生强烈的冲击淘刷作用，和雨水的冲刷
21、坝面。为此，上下游坝坡均需采取有效的防冲保护及坝面排水措施，以免受风浪、雨水甚至动物作空等有害影响。4沉降方面：由于土粒间存在空隙，且很容易产生相对移动，因此在坝体自重和水压力的作用下，坝体和坝基都会由于压缩而产生沉降。沉降过大会造成坝顶高程不足而影响土坝的正常工作，不均匀沉降会引起坝体开裂，造成大坝漏水。土石坝的类型：按其施工方法分碾压式土石坝、抛填式堆石坝、定向爆破堆石坝、水力冲填坝和水中填土坝。其中碾压式土石坝分为均质坝、分区坝（心墙坝、斜墙坝和斜心墙坝）、人工防渗材料坝。由于上游坝坡长期浸泡于水中，土的抗剪强度下降，会降低坝体的稳定性。所以，当材料相同时，上游坡常比下游坡缓，对在同一水
22、位侧坝坡，水下部分也常比水上部分缓。防渗体的作用是防渗，降低坝体浸润线、降低渗透坡降和控制渗流量。排水体的作用是1）降低坝体浸润线及孔隙压力、改变渗流方向，增加坝体稳定2）防止渗流逸出处的渗透变形、保护坝坡和坝基3）防止下游波浪对坝坡的冲刷及冻胀破坏，起到保护下游坝坡的作用。排水体类型：棱体排水、贴坡排水、褥垫排水和组合式排水。渗流计算的目的1）确定坝体浸润线及下游出逸点的位置。为坝体稳定计算提供依据。2）计算坝体和坝基渗流量，以便估算水库的渗漏损失。3）求出坝体和坝基局部地区的渗透坡降，验算该处是否会发生渗透破坏。分析方法有流体力学法、水力学法、流网法、试验法和数值解法。水力学法基本假定：坝
23、体为均质，坝内各点在各方向的渗透系数相同；渗透水流为二元稳定层流状态，符合达西定律；渗透水流是渐变的，任一铅直过水断面内各点的渗透坡降和流速相等。渗透变形的类型：管涌、流土、接触冲刷、接触流土等类型。防渗透变形的工程措施：1采取水平或垂直防渗措施，以便尽可能地延长渗径，以达到降低渗透坡降的目的。2采取排水减压措施，以降低坝体浸润线和下游渗流出口处的渗透压力。对可能发生管涌的部位，设置反滤层；可能发生流土，可设置盖重以增加土体抵抗渗透变形的能力。反滤层的作用：排水滤土。反滤层面的设置大体与渗流方向正交，且顺渗流方向粒径应由小到大。土坝稳定分析：土坝坝坡较缓，在外荷载作用下，不会产生整体水平滑动。
24、如果剖面尺寸不当或坝体、坝基材料的抗剪强度不足，在一些不利荷载组合下，有可能发生坝体或坝体连同部分坝基一起局部滑动失稳；另外，当坝基内有软弱来层时，也可能发生塑性流动，影响坝的稳定。稳定计算目的：保证坝体在自重、各种情况下的孔隙压力和外荷载作用下，具有足够的稳定性，不致发生通过坝体或坝体连同地基的剪切破坏。一、土坝稳定分析的目的分析坝体及坝基在各种不同的工作条件下可能产生的稳定破坏形式，通过必要的力学计算，校核坝剖面的安全度，经过反复修改定出经济剖面。确定土坝稳定性，主要指边坡的抗滑稳定。二、坝坡的滑动面形式坝坡的滑动面形式主要与坝体结构型式、筑坝材料和地基情况、坝的工作条件等因素有关。1、曲
25、线滑动面：滑动面通过粘性土部位时，2、折线滑动面：滑动面通过非粘性土部位时；3、复式滑动面：滑动面通过粘性土和非粘性土构成的多种土质坝时。图6-17 坝坡坍滑破坏形式1-坝壳或者坝体；2-防渗体；3-滑动面；4-软弱夹层三、荷载及其组合（一）作用力1、自重：水上湿容重，水下浮容重。2、渗透力：与渗透坡降有关。3、孔隙水压力：总应力法和有效应力法.4、地震力：地震区应考虑地震惯性力。地震惯性力壳拟静力法计算。（二）荷载组合：正常运用：（1）水库蓄满水（一般为正常蓄水位）形成稳定渗流时，验算下游坝坡稳定。（2）水库水位为最不利水位时，上游坡的计算。（3）库水位降落，使上游坡产生渗透压力时的稳定计算
26、非常运用：（1）库水位骤降时的上游坝坡的计算（2）施工期（含竣工期）考虑孔隙水压力上下游坝坡稳定计算（3）地震情况下，上下游坝坡计算（4）校核水位时下游坡的计算四、稳定分析方法强度分析法和刚体极限平衡法。1、圆弧滑动法：针对粘性土的坝坡； 2、折线滑动法：针对非粘性土的坝坡；滑动破坏形式：圆弧滑动面、折线滑动面和复合滑动面。砂卵石地基的处理主要是解决防渗问题，通过采取“上堵”、“下排”相结合的措施，达到控制地基渗流的目的。基本方式有垂直防渗、水平防渗和排水减压等。前者有粘土截水墙、砼截水墙、砼防渗墙、水泥粘土灌浆帷幕。水平有防渗铺盖。第六章河岸溢洪道溢洪道的作用是用来宣泄规划所规定库容所不能容
27、纳的多余水量，防止洪水漫溢坝顶，保证大坝安全。溢洪道的类型按其位置不同分为河床式和岸边式两种类型。1河床溢洪道：在砼和浆砌石坝枢纽中，利用建在原河床内溢流坝段泄洪，该溢流坝即为河床式溢洪道。2河岸溢洪道：当坝型不宜从坝体溢流或溢流坝的溢流长度不能满足泄洪要求时，需在坝体外的河谷两岸适当位置单独设溢洪道。河岸溢洪道分为正槽溢洪道和侧槽溢洪道。河岸溢洪道的布置及形式选择：受地形条件、地质条件、水力条件、枢纽布置要求等因素。正槽溢洪道：当溢洪道的泄槽轴线与溢流堰轴线垂直，即过堰水流与泄槽轴线方向一致。正槽溢洪道的组成：由进水渠、控制段、泄槽、消能防冲设施和出水渠五部分组成。其中控制段、泄槽、消能防冲
28、设施三部分是溢洪道的主体。进水渠的作用：将水流平顺、对称地引向控制段，并具有调整水流的作用；控制段的作用：调节水位，控制流量。泄槽的作用：使过堰水流顺畅地送往下游，保证工程安全。消能防冲设施的作用：消除能量，平稳下泄。出水渠的作用：是将消能后的水流平稳顺畅地与下游河道水流良好衔接。侧槽溢洪道：溢洪道的泄槽轴线与溢流堰轴线接近平行，即过堰水流与泄槽轴线方向接近正交。由溢洪堰、侧槽、泄槽、消能设施和出水渠等部分组成。非常溢洪道一般分为漫流式、自溃式和爆破引溃式。一、河岸溢洪道的类型河岸溢洪道可以分为正常溢洪道和非常溢洪道两大类。正常溢洪道常用的型式主要有正槽式、侧槽式、井式、虹吸式四种。开敞式溢洪
29、道包括正槽式、侧槽式。封闭式溢洪道包括井式、虹吸式。1. 正槽式溢洪道这种溢洪道的泄槽轴线与溢流堰轴线正交，过堰水流方向与泄槽轴线方向一致，水流方向不变，进入泄水槽。特点：水流平顺，泄水能力强，结构简单，常用。适用：岸边有合适的马鞍形山口时，此时开挖量最小2.侧槽式溢洪道侧槽溢洪道的泄槽轴线与溢流堰轴线接近平行，水流过堰后，在侧槽内转弯约90，再经泄水槽泄入下游。特点：水流条件复杂，水面极不平稳，结构复杂，对大坝有影响。适用：两岸山体陡峭，无法布置正槽式溢洪道，可在坝头一端布置侧槽式溢洪道，此时溢流堰的走向与等高线大体一致，可减少开挖量，但水流就有转向问题。适用于中、小型工程。3.井式溢洪道：
30、其组成主要有溢流喇叭口段、渐变段、竖井段、弯道段和水平泄洪洞段。特点：是管流，泄水能力低，水流条件复杂，易出现空蚀，应用较少。适用：岸坡陡峭、地质条件良好，又有适宜的地形的情况。4.虹吸式溢洪道特点：结构复杂，不便检修，易空蚀，超泄水能力小。适用：用于水位变化不大和需随时进行调节的中小型水库，以及发电和灌溉的渠道上。 二、河床式溢洪道的位置选择1安全方面修建在坚固的岩石地基上，必须修在挖方上，两侧山体必须保证稳定，水流进出口不宜离大坝太近。2经济方面选择高程合适的马鞍形山口，开挖方量少，出水归河，冲毁农田要少。3施工运用方面为管理运用方便，不宜离大坝太远，施工中要考虑出渣线路、堆渣场地，最好开
31、挖的土石料能用在修坝中。要考虑爆破的影响。正槽式溢洪道由进水渠、控制段、泄水槽、消能设施、出水渠五部分组成。一、 进水渠：往往溢流堰不能紧靠水库，需修建进水渠将水库中的水平顺引至堰前。要求：应将水平顺引至堰前，在引水过程中，尽量减小水头损失，即在合理的开挖条件下，减小水流流速。平面布置：长度尽量短，轴线尽量平直，最好为直轴线，如需转弯，R5B（渠底宽），且堰前有足够长的直线段，保证正向进水。堰前进口为喇叭形。横断面：应足够大，以减小流速，减小水头损失，一般流速为12m/s。断面形状为梯形，应注意边坡稳定。做好衬砌，减小糙率。纵断面：底坡采用逆坡或平坡，渠底高程要低于堰顶高程。二、控制段溢洪道的
32、控制段包括：溢流堰及两侧连接建筑物。是控制溢洪道泄流能力的关键部位。（一）溢流堰的形式1、溢流堰：通常选用宽顶堰、实用堰，有时也是用驼峰堰、折线形堰。溢流堰的体形应尽量满足增大流量系数，在泄流时不产生空穴水流或诱发振动的负压等。宽顶堰：特点是结构简单，施工方便，但流量系数较低。由于宽顶堰荷载小，对承载力较差的土基适应能力较强，因此，在泄量不大或附近地形较平缓的中、小型工程中应用较广，如图所示。实用堰 实用堰与宽顶堰相比较，实用堰的流量系数比较大，在泄量相同的条件下需要的溢流前缘较短，工程量相对较小，但施工较复杂。大、中型水库，特别是岸坡较陡时，多采用这种型式，如图所示。泄流能力：溢洪道中的实用
33、堰一般都比较低矮，其流量系数介于溢流重力坝和宽顶堰之间。实用堰的泄流能力与其上下游堰高、定型设计水头、堰面曲线型式等因素有关。驼峰堰 驼峰堰是一种复合圆弧的溢流低堰，堰面由不同半径的圆弧组成，如图6-9所示。其流量系数可达0.42以上，设计与施工简便，对地基的要求低，适用于软弱地基。折线形堰 为获得较长的溢流前沿，在平面上将溢流堰做成折线形，称折线形堰。堰顶高程：中、小型水库溢洪道，特别是小型水库溢洪道常不设闸门，堰顶高程就是水库的正常蓄水位；溢洪道设闸门时，堰顶高程低于水库的正常蓄水位。堰顶是否设置闸门，应从工程安全、洪水调度、水库运行、工程投资等方面论证确定。侧槽式溢洪道的溢流堰一般不设闸
34、门。3、胸墙：当水库水位变幅较大时，常采用带胸墙的溢流堰。这种布置型式，可以减小闸门尺寸，在较低库水位时开始溢流，提高水库汛前限制水位，充分发挥水库效益。但在高水位时其超泄能力不如开敞式溢洪道。（二）溢流孔口尺寸的拟定溢洪道的溢流孔口尺寸，主要是溢流堰堰顶高程和溢流前沿宽度的确定。其设计方法与溢流重力坝基本相同。但由于溢洪道出口一般离坝脚较远，其单宽流量可以比溢流重力坝所采用数值大一些。闸墩的型式和尺寸应满足闸门（包括门槽）、交通桥和工作桥的布置、水流条件、结构及运行检修等的要求。当有防洪抢险要求时，交通桥与工作桥必须分开设置，桥下净空应满足泄洪、排凌及排漂要求。三、泄槽正槽溢洪道在溢流堰后多
35、用泄槽与消能防冲设施相连，以便将过堰洪水安全地泄向下游河道。河岸溢洪道的落差主要集中在该段。（一）泄槽的衬砌1、泄槽衬砌应满足条件：.表面光滑平整，不至引起不利的负压和空蚀；.分缝止水可靠，避免高速水流浸入底板以下，因脉动压力引起破坏；.排水系统通畅，以减小作用于底板上的扬压力；.材料能抵抗水流冲刷；.在各种荷载作用下能保持稳定；.适应温度变化和一定的抗冻融循环能力。影响泄槽衬砌可靠性的因素是多方面的，而且作用在底板上的荷载不易精确计算。因此，衬砌设计应着重分析具体的地质、流速、工程规模、气候和施工条件，采取相应的构造措施。2、岩基上泄槽的衬砌岩基上的衬砌可以用混凝土、水泥浆砌条石或块石，以及
36、石灰浆砌块石水泥浆勾缝等型式。石灰浆砌石水泥勾缝，适用于流速小于10m/s的小型水库溢洪道。水泥浆砌条石或块石适用于流速小于15m/s的中、小型水库，厚度一般为0.30.6m。大、中型工程，由于槽内流速较高，一般用混凝土衬砌，衬砌厚度不小于0.3m。为防止产生温度裂缝，在衬砌上应设置横缝和纵缝。衬砌的纵横缝一般用平缝，接缝处衬砌表面应结合平整，当地基不均匀性明显时，垂直水流方向的横缝一般用搭接的型式，特别要防止下游表面高出上游表面。在良好的地基上有时也可用键槽缝。对于平行水流方向的纵缝，可适当降低要求，一般可用平接式。纵横缝的间距应考虑气候特点、地基约束情况、混凝土施工（特别是温度）条件，根据
37、类似工程的经验确定，其大小一般采用1015m。靠近衬砌的表面沿纵横向需配置温度钢筋，含筋率约0.1%。衬砌分缝的缝宽一般多采用12cm，缝内必须做好止水， 衬砌的纵缝和横缝下面应设置排水设施，且互相连通渗水集中到纵向排水内排向下游。纵向排水通常是在沟槽内放置缸瓦管，管径视渗水大小确定，一般采用1020cm。管接口不封闭，以便收集渗水，周围用12cm的卵石或碎石填满，顶部盖混凝土板或沥青油毛毡等，以防止浇筑混凝土时灰浆进入造成堵塞。横向排水通常是在岩石上开挖沟槽，尺寸视渗水大小而定，一般采用0.3m0.3m。为了防止排水管有可能被堵塞而影响排水，纵向排水管至少应有两排，以确保排水通畅。泄槽边墙的
38、构造基本上与底板相同。边墙的横缝间距与底板一致，缝内设止水，其后设排水并与底板下的排水管连通。在排水管靠近边墙顶部的一端设通气孔以便排水通畅。边墙的断面型式，根据地基条件和泄槽断面形状而定，岩石良好，可采用衬砌式，厚度一般不小于30cm，当岩石较弱时，需将边墙做成重力式挡土墙。混凝土边墙顶宽应不小于0.5m，以利通行。四、消能防冲设施1、溢洪道宣泄的洪水，单宽流量大，流速高，能量集中。因此，消能防冲设施应根据地形、地质条件、泄流条件、运行方式、下游水深及河床抗冲能力、消能防冲要求、下游水流衔接及对其他建筑物的影响等因素，通过技术经济比较选定。2、河岸式溢洪道一般采用挑流消能或底流消能。3、挑流
39、消能一般适用于较好岩石地基的高、中水头枢纽。挑坎下游常做一段短护坦以防止水流量时产生贴流而冲刷齿墙底脚。为避免在挑流水舌的下面形成真空，影响挑距，应采取通气措施，见图底流消能一般适用于土基或破碎软弱的岩基上。五、出水渠溢洪道下泄水流经消能后，不能直接泄入河道而造成危害时，应设置出水渠。出水渠的作用是将消能后的水流平顺地引入下游河道。选择出水渠线路应经济合理，其轴线方向应尽量顺应河势，利用天然冲沟或河沟。一、侧槽溢洪道的布置特点组成：由控制段、侧槽、泄槽、消能防冲设施和出水渠等部分。适用条件：一般适用于坝址山头较高、岸坡较陡、岩石坚固而泄量较小的情况。这种型式的溢洪道多用于中小型工程。特点：溢流
40、堰可采用实用堰，堰顶一般不设闸门。根据地形、地质条件，堰后可以是开敞明槽，也可以是无压隧洞，也可利用施工导流隧洞，如图所示。侧槽溢洪道与正槽溢洪道的主要区别在于侧槽部分，其它部分基本相同。一、存在的主要问题及原因溢洪道在运用中存在的主要问题是泄洪能力不足、闸墩开裂、闸底板开裂、陡坡底板被掀起、边墙冲毁、消能工破坏等。4消能设施的破坏大中型水库枢纽中的溢洪道多采用底流和挑流两种消能形式，在工程选用中，消能设施破坏的主要原因如下：底流消能时，消力池尺寸过小，不满足水跃消能的要求；护坦的厚度过于单薄，底部反滤层不符合要求；平面形状布置不合理，扩散角偏大造成两侧回流，压迫主流而形成水流折冲现象；消力池
41、上游泄水槽采用弯道，进入消力池单宽流量沿进口宽分布不均，水流紊乱、气蚀等；施工质量差、强度不足，结构不合理，维护不及时等均能引起消力池的破坏。挑流消能时，挑距达不到设计要求，冲坑危及挑坎和防冲墙；反弧及挑坎磨损、气蚀，使其表面高低不平而不能正常运用；采用差动式挑流鼻坎时，在高坎的侧壁易产生气蚀破坏，实际工程运用表明：差动式挑流高、低坎挑角差的大小是影响气蚀的主要原因，一般越大，越易产生气蚀；挑坎上过流量较小，易产生贴壁流，直接陶刷防冲墙的基础，并且挑出的水流向两侧扩散，冲刷两岸岸坡；设计不合理、地质条件差、施工质量低、强度不足及维护不及时等都会造成挑流设施的破坏。二、主要处理措施1泄洪能力不足
42、的处理主要应采取以下措施：（1）加高大坝，增加蓄水能力。（2）加大溢洪道泄洪断面。（3）改建溢洪设施。改建的方法一般包括降低溢流堰高程、宽顶堰改实用堰、增建闸门、改变布置和结构型式、尺寸或提高衬砌质量等措施，充分改变水流条件，加大泄流流速和流量。以上几种方法多根据工程实际情况进行结合运用。（4）增设泄洪设施。为防御超标准洪水，在原有泄洪设施情况下可增设以下泄洪设施：增设非常溢洪道；增设泄洪隧洞或涵管，此法泄洪能力有限且超泄能力低，故应慎重对待；增设副坝或自溃坝，这是较为常用的临时建筑物，主要用来渲泄非常洪水，这是较为经济的一种简易泄洪设施。（5）清除阻洪设施。溢洪道进口阻洪设施主要有临时桥梁、
43、拦鱼栅、随意弃渣、漂浮物及两岸山坡的滑坡体等，要求在汛期来临时，及时拆除和清理干净，以防影响行洪安全。2闸墩和底板开裂处理处理闸墩和底板开裂应根据具体情况而定。可采用埋设辐射筋及环氧砂浆封面的方法，取得了较好的效果。这种方法是先在墩的表面凿槽，用环氧砂浆和预埋螺栓固定一端，另一端通过牛腿锚定加拉，使钢筋受拉产生拉应力，把钢筋放在槽内，然后用环氧砂浆进行封闭。闸墩开裂与地基的约束有关，而地基约束在温差作用下闸墩内产生温度应力的大小与闸墩的B/H有关，通常B/H2时温度应力在闸墩中间部位明显增加，即出现贯穿性裂缝的条数和裂缝延伸高度亦明显增加。因此，应适当控制闸墩在岩基上的长度，一般要求在墩满足自
44、身稳定和应力要求前提下尽量使B/H2为宜。裂缝的其它处理方法，可参考混凝土重力坝及其它有关资料。3陡坡底板和边墙破坏的处理（1）改善陡槽水流条件。主要方法包括：陡槽尽量布置成直线，不变底坡，当陡槽底坡采用变坡时，应用曲线连接，以避免产生负压、气蚀；平面上尽量使陡槽入口收缩角不超过10左右；弯道上水流条件改善，由于地形所限而导致转弯较急时，可在进弯时设置分流隔墩如图6-35所示，墩形可做成流线形，使断面横比降经隔墩而分散，从而可以降低侧墙的高度，同时起导流作用，但要注意在高速水流作用下，易引起隔墩局部边壁的气蚀。（2）修复处理破坏部位。泄水槽底板与边墙的工作条件是较复杂的，承受水压力、脉动压力、
45、渗透压力、浮托力等作用，并受温度变化、冻融交替产生的伸缩应力影响，还要抵抗风化、磨蚀、气蚀等作用，一旦发生破坏现象，应及时进行修复处理。具体方法较多，处理时应视其原因而采取不同措施，作到“封”、“通”、“压”、“光”。“封”指截断渗流，如采用防渗帷幕、齿墙、止水等防渗措施；“通”指排水系统要畅通，底板下面未做排水或排水被堵塞，将会产生很大的扬压力，造成底板被掀起、折断或淘空， “压”指利用底板自重、衬砌上游块压住下游块或在缝中设键槽相互挤压等措施，使底板不被掀起；“光”指要求底板、边墙的表面光滑平整，施工时残留废渣、砂浆块、钢筋头等不平整因素应彻底清除，以防止气蚀破坏。4消能设施破坏的处理挑流消能设施存在的主要问题有气蚀破坏、挑距不足、贴壁流及局部破坏等，处理时应按不同情况具体对待。如改善结构布置形式、提高结构抗蚀抗冲能力、向低压区补气防蚀等措施。为了防止挑距过近，应正确选择挑射角，
