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1、第六章第六章 水电站水利枢纽水电站水利枢纽第一节第一节 概述概述第二节第二节 水电站挡水建筑物水电站挡水建筑物第三节第三节 水电站泄水建筑物水电站泄水建筑物第五节第五节 水电站其他建筑物水电站其他建筑物第六章第六章 水电站水利枢纽水电站水利枢纽 水利枢纽：水利枢纽：是为满足各项水利工程是为满足各项水利工程兴利除害兴利除害的目的目标，在河流或渠道的适宜地段修建的不同类型标，在河流或渠道的适宜地段修建的不同类型水工建水工建筑物，筑物，有机地布置在一起吗，并协调工作、控制水流，有机地布置在一起吗，并协调工作、控制水流，称为称为水利枢纽水利枢纽。第一节第一节 概概 述述第六章第六章 水电站水利枢纽水电
2、站水利枢纽水利枢纽：水利枢纽：是为满足各项水利工程是为满足各项水利工程兴利除害兴利除害的目标，的目标，在河流或渠道的适宜地段修建的不同类型在河流或渠道的适宜地段修建的不同类型水工建筑物，水工建筑物，有机地布置在一起吗，并协调工作、控制水流，称为有机地布置在一起吗，并协调工作、控制水流，称为水利枢纽水利枢纽。第六章第六章 水电站水利枢纽水电站水利枢纽水利枢纽：是为满足各项水利工程兴利除害的目标，在河流或渠道的适宜地段修建的不同类型水工建筑物的综合体。第六章第六章 水电站水利枢纽水电站水利枢纽水工建筑物：水工建筑物：在水的静力或动力的作用下工作，并与在水的静力或动力的作用下工作，并与水发生相互影响
3、的各种建筑物。控制和调节水流，防水发生相互影响的各种建筑物。控制和调节水流，防治水害，开发利用水资源的建筑物。治水害，开发利用水资源的建筑物。按照功用分类挡水建筑物泄水建筑物取水建筑物输水建筑物专门建筑物第六章第六章 水电站水利枢纽水电站水利枢纽 专为发电或主要为发电而修建的水利枢纽，称专为发电或主要为发电而修建的水利枢纽，称为为水电站水利枢纽水电站水利枢纽。根据水电站的基本布置型式，。根据水电站的基本布置型式，水电站水利枢纽可归结为水电站水利枢纽可归结为坝式坝式和和引水式引水式。一、坝式水电站水利枢纽一、坝式水电站水利枢纽二、引水式水电站水利枢纽二、引水式水电站水利枢纽一、坝式水电站水利枢纽
4、一、坝式水电站水利枢纽1 1、坝式水电站水利枢纽分为、坝式水电站水利枢纽分为坝后式坝后式和和河床式河床式。2 2、其主要建筑物有挡水、泄水建筑物和水电站厂房，、其主要建筑物有挡水、泄水建筑物和水电站厂房，另外为满足综合利用要求还可能有通航、灌溉取水、工另外为满足综合利用要求还可能有通航、灌溉取水、工业取水、鱼道及筏道等建筑物。业取水、鱼道及筏道等建筑物。3 3、其主要特点是水头由挡水建筑物来集中，建筑物集其主要特点是水头由挡水建筑物来集中，建筑物集中布置在河床中，互相影响较大，必须合理安排。中布置在河床中，互相影响较大，必须合理安排。飞来峡水利枢纽飞来峡水利枢纽(广东广东)河 床 厂 房河 床
5、 厂 房河 床 厂 房河 床 厂 房开 关 站开 关 站船 闸船 闸泄 洪 闸泄 洪 闸万家寨水电站万家寨水电站岩滩水电站岩滩水电站(广西红水河广西红水河)太平湾水电站太平湾水电站一、坝式水电站水利枢纽一、坝式水电站水利枢纽1 1、坝式水电站水利枢纽分为、坝式水电站水利枢纽分为坝后式坝后式和和河床式河床式。2 2、其主要建筑物有、其主要建筑物有挡水建筑物挡水建筑物、泄水建筑物泄水建筑物和和水电站水电站厂房厂房，另外为满足综合利用要求还可能有通航、灌溉取，另外为满足综合利用要求还可能有通航、灌溉取水、工业取水、鱼道及筏道等建筑物。水、工业取水、鱼道及筏道等建筑物。3 3、其主要特点是水头由挡水建
6、筑物来集中，建筑物集其主要特点是水头由挡水建筑物来集中，建筑物集中布置在河床中，互相影响较大，必须合理安排。中布置在河床中，互相影响较大，必须合理安排。二、二、 引水式水电站水利枢纽引水式水电站水利枢纽v 引水式水电站水利枢纽分为引水式水电站水利枢纽分为有压有压和和无压无压两种。两种。v 特点是都有较长的引水道，水头由引水道形特点是都有较长的引水道，水头由引水道形成，建筑物较为分散，相互影响较小，布置灵活。成，建筑物较为分散，相互影响较小，布置灵活。有压引水式水电站水利枢纽示意图有压引水式水电站水利枢纽示意图1、有压引水式水电站水利枢纽由三个部分、有压引水式水电站水利枢纽由三个部分组成组成：1
7、 1）首部枢纽首部枢纽：其组成建筑物有拦河坝和有压进水口；：其组成建筑物有拦河坝和有压进水口； 2 2）有压引水隧洞有压引水隧洞；3 3）厂区枢纽厂区枢纽：包括调压室、压力水管、电站厂：包括调压室、压力水管、电站厂房及尾水渠。房及尾水渠。无压引水式水电站水利枢纽示意图无压引水式水电站水利枢纽示意图2 2、无压引水式水电站水利枢纽由三个部分组成：、无压引水式水电站水利枢纽由三个部分组成：1 1）首部枢纽首部枢纽：有拦河坝、无压进水口和沉沙池：有拦河坝、无压进水口和沉沙池2 2）无压引水道无压引水道（渠道或无压引水隧洞）；（渠道或无压引水隧洞）；3 3）厂区枢纽厂区枢纽：有日调节池、压力前池、泄水
8、道、：有日调节池、压力前池、泄水道、压力管道、电站厂房及尾水渠。压力管道、电站厂房及尾水渠。碧口水电站碧口水电站第二节第二节 水电站挡水建筑物水电站挡水建筑物 坝的作用是挡截水流，壅高水位，形成坝的作用是挡截水流，壅高水位，形成水库水库。在。在有调节库容的坝式水电站上，坝同时实现有调节库容的坝式水电站上，坝同时实现集中河段集中河段落差落差和和调节河中流量调节河中流量的双重作用。的双重作用。坝的分类坝的分类按筑坝材料分：按筑坝材料分：土石坝土石坝混凝土坝混凝土坝浆砌石坝浆砌石坝土坝土坝堆石坝堆石坝土石混合坝土石混合坝浆砌石坝浆砌石坝坝的分类坝的分类按结构特点分分：按结构特点分分：重力坝重力坝拱坝
9、拱坝支墩坝支墩坝重力坝重力坝拱坝拱坝连拱坝连拱坝 1- 1-非溢流重力坝；非溢流重力坝； 2- 2-溢流重力坝溢流重力坝 3- 3-横缝；横缝；4-4-导墙导墙 5- 5-闸门；闸门； 6- 6-坝内排水管；坝内排水管； 7-7-检修、排水廊道；检修、排水廊道；8-8-基础灌浆廊道；基础灌浆廊道；9-9-防渗帷幕；防渗帷幕；10-10-坝基排水孔坝基排水孔混凝土重力坝示意图混凝土重力坝示意图一、混凝土重力坝一、混凝土重力坝坝的平面布置坝的平面布置 用混凝土或浆砌石筑成，坝轴线一般为直线，并有垂直于坝轴线方向用混凝土或浆砌石筑成，坝轴线一般为直线，并有垂直于坝轴线方向的横缝将坝体分成若干段。的横
10、缝将坝体分成若干段。 坝的纵剖面坝的纵剖面坝的纵剖面坝的纵剖面红石水电站红石水电站(混凝土重力坝混凝土重力坝)p重力坝定义：依靠自身的重量产生的抗滑力维持重力坝定义：依靠自身的重量产生的抗滑力维持其稳定性的坝。其稳定性的坝。p重力坝的基本剖面：呈三角形，上游面通常是垂重力坝的基本剖面：呈三角形，上游面通常是垂直的或稍倾向上游的三角形断面。直的或稍倾向上游的三角形断面。p受力特点：主要依靠坝体的重量，在坝体和地基受力特点：主要依靠坝体的重量，在坝体和地基的接触面上产生抗滑力来抵抗库水推力，以达到的接触面上产生抗滑力来抵抗库水推力，以达到稳定的要求。稳定的要求。1 1、重力坝的工作原理、重力坝的工
11、作原理抗滑力抗滑力扬压力扬压力水平推力水平推力优点：优点：u安全可靠。剖面尺寸较大，抵抗水渗漏、洪水漫顶，地安全可靠。剖面尺寸较大，抵抗水渗漏、洪水漫顶，地震、战争破坏的能力比较强，因而失事率较低。震、战争破坏的能力比较强，因而失事率较低。u对地形、地质条件适应性强。坝体作用于地基的压应力对地形、地质条件适应性强。坝体作用于地基的压应力不高，所以对地质条件的要求也较低，低坝甚至可修建在不高，所以对地质条件的要求也较低，低坝甚至可修建在土基上。土基上。u枢纽泄洪容易解决，便于枢纽布置；施工导流方便，便枢纽泄洪容易解决，便于枢纽布置；施工导流方便，便于机械化施工。于机械化施工。u结构作用明确，应力
12、、稳定计算比较简单。结构作用明确，应力、稳定计算比较简单。2 2、重力坝的优点及缺点（特点）、重力坝的优点及缺点（特点）p 剖面尺寸大，水泥石料等用量多。剖面尺寸大，水泥石料等用量多。p 坝体应力低，材料强度不能充分发挥。坝体不同坝体应力低，材料强度不能充分发挥。坝体不同区域应采用不同强度等级和耐久性的材料。区域应采用不同强度等级和耐久性的材料。 p 扬压力扬压力影响大，对稳定不利。会减轻坝体的有效影响大，对稳定不利。会减轻坝体的有效重量，对坝体的稳定不利，因此要采取有效措施减重量，对坝体的稳定不利，因此要采取有效措施减小扬压力。小扬压力。 p 砼体积大，温控要求较高。易产生温度裂缝。砼体积大
13、，温控要求较高。易产生温度裂缝。 缺点：缺点：u 按坝高来分：按坝高来分：高坝：高坝：大于大于70m70m 中坝：中坝：30m30m70m70m 低坝：低坝：低于低于30m30mu 按材料分：混凝土重力坝按材料分：混凝土重力坝 浆砌石重力坝浆砌石重力坝u 按施工方法：浇筑按施工方法：浇筑常态混凝土常态混凝土 碾压碾压干硬性混凝土干硬性混凝土3 3、重力坝的类型、重力坝的类型 实体重力坝实体重力坝 三峡、龙滩三峡、龙滩 宽缝重力坝宽缝重力坝 新安江、丹江口新安江、丹江口 空腹重力坝空腹重力坝 湖南凤滩、枫树湖南凤滩、枫树按坝的内部结构分：按坝的内部结构分：二、土坝二、土坝土坝是最古老且应用最广泛
14、的一种坝。土坝是最古老且应用最广泛的一种坝。1 1、土坝的优点及缺点、土坝的优点及缺点优点：优点：u 可就地取材；可就地取材；u 结构简单，便于维修和加高、扩建；结构简单，便于维修和加高、扩建；u 对地质条件要求低，能适应地基变形；对地质条件要求低，能适应地基变形；u 施工技术简单，工序少，便于组织机械化快速施工；施工技术简单，工序少，便于组织机械化快速施工；u 有较丰富的修筑经验。有较丰富的修筑经验。缺点缺点u 坝身一般不能溢流，须另设溢流洪道；坝身一般不能溢流，须另设溢流洪道；u 施工导流不如混凝土坝方便；施工导流不如混凝土坝方便；u 粘性土料的添筑受气候条件的影响较大。粘性土料的添筑受气
15、候条件的影响较大。2 2、土坝的类型、土坝的类型均质土坝均质土坝分区土坝分区土坝人工防渗材料坝人工防渗材料坝土料用机械或土料用机械或人工运至坝上，人工运至坝上，分层铺平压实。分层铺平压实。u 土坝和混凝土重力坝不同，它是一种散粒体结构，且多土坝和混凝土重力坝不同，它是一种散粒体结构，且多数建于软弱基础上，由于土粒间的联结力低，抗剪能力小，数建于软弱基础上，由于土粒间的联结力低，抗剪能力小，为维持稳定，上下游需有一定坡度，剖面都为维持稳定，上下游需有一定坡度，剖面都呈梯形。呈梯形。u 由于具有巨大的坝身自重，土坝一般不致产生坝基的由于具有巨大的坝身自重，土坝一般不致产生坝基的整体滑动。土坝的稳定
16、，关键是需正确确定坝的边坡，整体滑动。土坝的稳定，关键是需正确确定坝的边坡，以防止坝坡或坝坡连同部分坝基的共同坍滑。边坡是影以防止坝坡或坝坡连同部分坝基的共同坍滑。边坡是影响土坝安全、经济的最主要的剖面参数。响土坝安全、经济的最主要的剖面参数。u 土坝边坡坡度取决于坝型、坝高、坝身及坝基土壤强土坝边坡坡度取决于坝型、坝高、坝身及坝基土壤强度等因素。通常边坡值为度等因素。通常边坡值为1 1：2 21 1：4 4。小浪底水电站小浪底水电站三、拱坝三、拱坝 1 1、拱坝的特点、拱坝的特点 拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平面上呈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
17、直的或向上游弯曲。坝凸向上游的拱形，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，基岩，另一部分通过竖向的悬臂梁的作用传到坝底基岩，如图所示。如图所示。 拱坝平面及剖面示意图白山水电站（混凝土拱坝）白山水电站（混凝土拱坝） n坝体的稳定主要是依靠两岸坝肩的反力来维持。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，拱坝的坝肩是指拱坝所座
18、落的两岸岩体部分，亦称拱座。亦称拱座。n拱冠梁系指位于水平拱圈拱顶处的悬臂梁，一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。般它位于河谷的最大深处。 拱是一种主要承受轴向压力的推力结构。拱内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相同时，拱坝的体积比重力坝可节省1/31/3 2/32
19、/3。 u 拱作用的结构特点拱作用的结构特点拱坝的类型拱坝的类型按拱坝的厚高比分类：按拱坝的厚高比分类：n拱坝的厚高比拱坝的厚高比(T(TB B/H/H）小于）小于0.20.2为薄拱坝；为薄拱坝；n厚高比在厚高比在0.20.20.350.35之间的为中厚拱坝。之间的为中厚拱坝。n厚高比大于厚高比大于0.350.35的为厚拱坝；的为厚拱坝；按拱坝曲率分类可分类：按拱坝曲率分类可分类： n单曲拱坝单曲拱坝n双曲拱坝（水平及竖向截面均呈曲线形）。双曲拱坝（水平及竖向截面均呈曲线形）。单曲拱坝单曲拱坝双曲拱坝双曲拱坝u 空间整体作用的特点空间整体作用的特点 拱坝四周嵌固于基岩，属于高次超静定结拱坝四周
20、嵌固于基岩，属于高次超静定结构，当发生超载或产生局部裂缝时，坝体拱梁构，当发生超载或产生局部裂缝时，坝体拱梁作用自行调整，坝体的应力将重新分配，原来作用自行调整，坝体的应力将重新分配，原来低应力区的应力增大，高应力不再增长，裂缝低应力区的应力增大，高应力不再增长，裂缝停止发展甚至闭合。根据国内外拱坝结构模型停止发展甚至闭合。根据国内外拱坝结构模型实验成果表明，拱坝的超载能力可达到设计荷实验成果表明，拱坝的超载能力可达到设计荷载的载的5 51111倍。倍。 意大利瓦依昂（意大利瓦依昂（VajontVajont）双曲拱坝，）双曲拱坝，19611961年建成，坝顶年建成，坝顶长长190.5m190.
21、5m，顶宽，顶宽3.4m3.4m，底宽，底宽22.7m22.7m，最大坝高，最大坝高265.5m265.5m，是当，是当时世界上最高的混凝土薄拱坝。时世界上最高的混凝土薄拱坝。19631963年年1010月月9 9日晚，由于连日晚，由于连续降雨，水库水位上涨，左岸靠坝的上游发生大体积岩石续降雨，水库水位上涨，左岸靠坝的上游发生大体积岩石滑坡，近滑坡，近3 3亿亿m m3 3的滑坡体以的滑坡体以40m/s40m/s的速度滑入水库并冲上右岸，的速度滑入水库并冲上右岸，掀起掀起150m150m高的涌浪，涌浪溢过坝顶，冲向下游，致使高的涌浪，涌浪溢过坝顶，冲向下游，致使26002600人人丧生，但拱坝
22、并未破坏，仅在坝肩附近的坝内发生二、丧生，但拱坝并未破坏，仅在坝肩附近的坝内发生二、三条裂缝。据估算，拱坝当时已承受住相当于三条裂缝。据估算，拱坝当时已承受住相当于8 8倍倍设计荷载设计荷载的作用力，由此可见该拱坝的超载能力。的作用力，由此可见该拱坝的超载能力。实例实例天台里石门水库双曲拱坝天台里石门水库双曲拱坝四川二滩拱坝四川二滩拱坝凤滩拱坝凤滩拱坝普定混凝土拱坝普定混凝土拱坝第三节第三节 泄水建筑物泄水建筑物 泄水建筑物的主要作用是宣泄洪水，故又称泄泄水建筑物的主要作用是宣泄洪水，故又称泄洪建筑物，以防洪水漫顶，确保坝的安全，它是水利洪建筑物，以防洪水漫顶，确保坝的安全，它是水利枢纽中不可少的主要建筑物。枢纽中不可少的主要建筑物。河床河床溢流坝溢流坝河岸河岸溢洪道溢洪道坝体泄水孔坝体泄水孔泄（溢）洪隧洞泄（溢）洪隧洞一、溢流坝一、溢流坝溢流坝鼻坎挑流消能溢流坝鼻坎挑流消能二、河岸溢洪道二、河岸溢洪道三、深式泄水道三、深式泄水道第五节第五节 水电站其他建筑物水电站其他建筑物 一、通航建筑物一、通航建筑物 河流上修建拦河坝后，上下游水位差存在的情况下，河流上修建拦河坝后，上下游水位差存在的情况下，使船只以一定的方式过坝。使船只以一定的方式过坝。 包括包括船闸船闸和和升船机升船机两种。两种。二、鱼道二、鱼道