目录

第1章绪论1

1.1水资源与水能资源1

1.1.1水资源1

1.1.2水能资源2

1.2水利工程3

1.2.1防洪工程4

1.2.2农村水利工程4

1.2.3水力发电工程5

1.2.4航道工程6

1.2.5跨流域调水工程6

1.2.6水土保持7

1.2.7生态水利工程8

1.3水工建筑物与水利枢纽8

1.3.1水工建筑物分类8

1.3.2水工建筑物的特点9

1.3.3水利枢纽9

思考题12

第2章水利水电工程引论13

2.1水利水电工程等级与设计准则13

2.1.1水利水电工程分等13

2.1.2水工建筑物分级14

2.1.3设计准则14

2.2水工建筑物的工作条件、荷载(作用)效应与设计方法16

2.2.1水工建筑物的工作条件16

2.2.2水工建筑物的重力作用16

2.2.3水流对水工建筑物的作用16

2.2.4水工建筑物与地基相互作用17

2.2.5水工建筑物的温度作用18

2.2.6地震对水工建筑物的作用19

2.2.7荷载作用效应组合与设计方法21

2.3水工建筑物的安全性、耐久性与风险管理23

2.3.1水工建筑物的安全性23

2.3.2水工建筑物的耐久性24

2.3.3水工建筑物安全风险管理24水工建筑学目录2.4水利水电工程规划设计概要26

2.4.1河流综合开发利用规划26

2.4.2水利水电枢纽工程设计27

2.4.3水利水电工程水文研究28

2.4.4水利水电枢纽工程地质与建筑材料勘测研究28

2.4.5水库淹没与移民安置29

2.4.6环境影响评价与保护措施29

2.4.7经济评价30

2.4.8水工建筑物设计要点30

2.4.9施工组织设计要点30

2.4.10水利水电枢纽工程的运行与管理31

2.5水利水电工程对环境与河流生态的影响32

2.5.1水利水电工程对环境与河流生态的有利影响32

2.5.2水利水电工程对环境与河流生态的不利影响33

2.5.3实现水利水电工程的理想目标——环境友好与可持续发展36

2.6水工建筑物的前沿科学技术问题37

2.6.1概述37

2.6.2高坝建设的主要前沿科学技术问题37

2.6.3结语与展望40

思考题41

第3章重力坝42

3.1概述42

3.1.1重力坝的工作条件与特点42

3.1.2重力坝的建设发展历程43

3.1.3重力坝的分类和主要设计内容45

3.2作用荷载及其组合46

3.2.1作用荷载46

3.2.2荷载的组合54

3.3重力坝的应力分析55

3.3.1应力分析方法综述55

3.3.2材料力学法56

3.3.3有限元法58

3.3.4影响重力坝应力的主要因素64

3.4重力坝的抗滑稳定分析68

3.4.1沿坝基面的抗滑稳定分析69

3.4.2坝基深层抗滑稳定分析72

3.4.3坝体与厂房联合作用的抗滑稳定分析75

3.4.4岸坡坝段的抗滑稳定分析75

3.4.5抗滑稳定分析的有限单元法76

3.4.6提高坝体抗滑稳定性的工程措施77

3.5重力坝的剖面设计79

3.5.1重力坝的基本剖面79

3.5.2重力坝的实用剖面81

3.5.3重力坝体形的优化设计81

3.6重力坝的极限状态设计84

3.6.1重力坝的承载能力极限状态设计84

3.6.2重力坝的正常使用极限状态设计85

3.7泄水重力坝86

3.7.1重力坝的泄水布置86

3.7.2溢流重力坝87

3.7.3坝身泄水孔95

3.7.4泄水重力坝下游的消能防冲设计99

3.7.5泄水重力坝的高速水流问题108

3.8重力坝的地震反应分析和抗震设计113

3.8.1拟静力法地震反应分析113

3.8.2动力法地震反应分析113

3.8.3库水附加质量的计算118

3.8.4重力坝的抗震措施120

3.9重力坝的材料120

3.9.1混凝土材料的性能和配合比121

3.9.2坝体混凝土材料的分区125

3.10重力坝的裂缝及温度控制127

3.10.1裂缝的种类和防止措施127

3.10.2坝体温度场的计算127

3.10.3坝体温度应力的计算130

3.10.4坝体混凝土温度控制的标准132

3.10.5温度控制的措施133

3.11重力坝的分缝分块和坝体构造134

3.11.1重力坝的分缝分块134

3.11.2重力坝的坝体构造138

3.12重力坝的地基处理141

3.12.1坝基处理的目的和要求141

3.12.2坝基处理的内容142

3.13其他类型的重力坝152

3.13.1浆砌石重力坝152

3.13.2堆石混凝土重力坝153

3.13.3宽缝重力坝154

3.13.4空腹重力坝156

3.13.5预应力锚索重力坝157

3.13.6土基上的重力坝158

3.14碾压混凝土坝159

3.14.1概述159

3.14.2碾压混凝土重力坝的材料设计和分区160

3.14.3碾压混凝土重力坝的构造设计162

3.14.4碾压混凝土重力坝的施工164

3.14.5碾压混凝土坝今后的发展165

3.15支墩坝166

3.15.1支墩坝的特点和类型166

3.15.2大头坝167

3.15.3平板坝169

3.15.4连拱坝170

思考题173

第4章拱坝174

4.1概述174

4.1.1拱坝的特点174

4.1.2拱坝对地形、地质条件的要求175

4.1.3拱坝的类型177

4.1.4拱坝的发展简况179

4.1.5我国拱坝枢纽布置的特点182

4.2拱坝的荷载及其组合185

4.2.1自重186

4.2.2温度荷载186

4.2.3水荷载188

4.2.4地震荷载188

4.2.5拱坝的荷载组合189

4.3拱坝的体形设计和布置189

4.3.1拱坝体形设计的步骤190

4.3.2拱坝拱端的布置原则193

4.3.3拱坝坝体倒悬的处理193

4.3.4拱坝体形的评估193

4.4拱坝的体形优化设计195

4.4.1给定参数和设计变量195

4.4.2体形优化设计的目标函数197

4.4.3拱坝体形优化的约束条件197

4.4.4拱坝优化求解方法198

4.4.5拱坝体形优化设计的展望198

4.5拱坝的应力分析198

4.5.1拱梁分载法199

4.5.2拱坝应力的有限元法分析216

4.5.3拱坝设计的应力控制指标217

4.6拱坝的抗滑稳定分析218

4.6.1刚体极限平衡法218

4.6.2拱坝坝肩抗滑稳定的有限元法分析227

4.6.3拱坝坝肩抗滑稳定非连续介质应力应变分析228

4.6.4地质力学模型试验230

4.6.5拱坝设计的抗滑稳定指标230

4.7拱坝的地震动力法反应分析和抗震措施231

4.7.1有限元法的地震动力反应分析231

4.7.2拱梁分载法的地震动力反应分析234

4.7.3拱坝的抗震措施237

4.8拱坝的材料与构造237

4.8.1拱坝的材料237

4.8.2常规混凝土拱坝的构造237

4.8.3碾压混凝土拱坝的特殊构造243

4.8.4浆砌石拱坝245

4.9拱坝的建基面与基础处理247

4.9.1坝基的开挖248

4.9.2固结灌浆与接触灌浆249

4.9.3帷幕灌浆249

4.9.4坝基排水250

4.9.5断层破碎带和软弱构造面的处理251

4.9.6工程高边坡的处理252

4.10拱坝的坝身泄水建筑物252

4.10.1表孔泄流253

4.10.2坝身泄水孔泄流258

4.10.3拱坝泄洪的消能防冲262

4.10.4高拱坝泄流的高速水流问题265

4.11拱坝破坏实例的分析和启示268

4.11.1拱坝破坏、失事的典型实例268

4.11.2拱坝破坏、失事实例对设计工作的启示273

思考题274

第5章土石坝275

5.1概述275

5.1.1土石坝的类型275

5.1.2土石坝的新发展及其特点276

5.1.3土石坝设计的基本要求278

5.2土石坝的基本剖面、构造及筑坝土石料278

5.2.1土石坝的基本剖面278

5.2.2土石坝的构造及筑坝材料280

5.3土石坝的渗流分析290

5.3.1土石坝中的渗流特性290

5.3.2二维渗流分析的基本方程和主要分析方法291

5.3.3土坝的渗流变形及其防护299

水工建筑学目录5.4土石坝的稳定分析301

5.4.1稳定分析方法301

5.4.2碾压式土石坝稳定分析标准306

5.4.3抗剪强度指标的测定和选择307

5.5土石坝的应力应变分析310

5.5.1非线性弹性体模型310

5.5.2弹塑性模型313

5.6土石坝的沉降与裂缝分析318

5.6.1沉降分析318

5.6.2土石坝的裂缝控制320

5.7土石坝的地基处理324

5.7.1岩基处理324

5.7.2砂砾石坝基处理325

5.7.3细砂、软黏土和湿陷性黄土坝基处理331

5.8土石坝的抗震设计332

5.8.1土石坝的地震震害332

5.8.2土的动力特性和液化判断334

5.8.3土石坝的抗震稳定分析335

5.8.4土石坝的抗震措施338

5.9现代堆石坝339

5.9.1堆石坝的特点339

5.9.2混凝土面板堆石坝340

5.9.3其他型式的堆石坝349

5.10土石坝的坝型选择350

思考题352

第6章水闸353

6.1概述353

6.1.1水闸的功能、分类和等级353

6.1.2水闸的组成部分及其主要作用355

6.1.3水闸的工作特点356

6.1.4水闸设计的主要内容和所需的基本资料356

6.2闸址及闸孔型式和尺寸的选择356

6.2.1闸址的选择356

6.2.2闸孔型式和尺寸的选择357

6.3水闸的地下轮廓和防渗、排水设计360

6.3.1水闸的地下轮廓布置360

6.3.2水闸地下轮廓的渗流计算361

6.3.3地下轮廓的构造365

6.3.4水闸的侧向绕渗及其防渗、排水设施367

6.4闸室的布置和构造369

6.4.1底板369

6.4.2闸墩与闸门371

6.4.3胸墙372

6.4.4交通桥及工作桥372

6.5闸室的结构分析373

6.5.1底板的结构计算373

6.5.2闸墩的结构计算377

6.5.3胸墙的结构计算379

6.5.4工作桥与交通桥的结构计算380

6.6水闸的抗滑稳定和沉降分析380

6.6.1水闸承受的荷载及其组合380

6.6.2闸室的抗滑稳定分析381

6.6.3水闸地基的沉降计算384

6.7水闸的地基处理385

6.8水闸的消能防冲设计389

6.8.1过闸水流的特点390

6.8.2底流水跃消能设计390

6.8.3海漫393

6.8.4防冲槽及末端加固395

6.8.5土工合成材料在水闸工程中的应用395

6.9水闸与两岸的连接建筑物396

6.9.1连接建筑物的型式和布置396

6.9.2连接建筑物的破坏形式和稳定计算内容398

6.10其他型式的水闸398

6.10.1装配式水闸398

6.10.2橡胶袋水闸399

6.10.3灌注桩水闸400

6.10.4浮运水闸401

6.10.5水力自控翻板水闸403

6.10.6岩基上的水闸403

思考题405

第7章岸边溢洪道406

7.1概述406

7.1.1岸边溢洪道的主要型式406

7.1.2岸边溢洪道的适用条件406

7.1.3岸边溢洪道的发展趋势及问题408

7.2正槽式溢洪道408

7.2.1引水渠408

7.2.2控制段409

7.2.3泄槽412

7.2.4出口消能段及与下游河道的衔接421

7.3侧流式溢洪道423

7.3.1侧流式溢洪道的断面设计424

7.3.2侧槽的水力计算426

7.3.3侧流式溢洪道的设计步骤426

7.3.4侧流式溢洪道的泄槽、消能及与下游衔接的布置427

7.4其他型式的溢洪道427

7.4.1井式溢洪道427

7.4.2虹吸式溢洪道428

7.4.3非常溢洪道430

7.5岸边溢洪道的总体布置及型式选择431

7.5.1地形、地质条件431

7.5.2总体布置及安全运行管理431

7.5.3施工条件432

思考题432

第8章水工隧洞433

8.1概述433

8.1.1水工隧洞的类型和功能433

8.1.2水工隧洞的特点433

8.1.3水工隧洞的组成434

8.1.4水工建筑物中的洞群435

8.2水工隧洞的布置436

8.2.1水工隧洞总体布置及要求436

8.2.2水工隧洞中的闸门布置437

8.2.3多用途隧洞的布置438

8.2.4隧洞群的布置440

8.3水工隧洞进口建筑物441

8.3.1进水口的型式和计算要点441

8.3.2进口建筑物的组成444

8.4水工隧洞洞身结构446

8.4.1洞身断面形式446

8.4.2洞身断面尺寸446

8.4.3洞身的支护与衬砌447

8.5水工隧洞的出口建筑物及消能设施450

8.5.1出口建筑物布置450

8.5.2消能设施450

8.6高流速泄水隧洞的空蚀及减蚀措施453

8.6.1脉动压力、空化与空蚀453

8.6.2减蚀措施454

8.7水工隧洞围岩的应力和稳定分析457

8.7.1岩体与围岩的基本概念457

8.7.2岩体初始应力场458

8.7.3隧洞开挖后的洞周围岩应力459

8.7.4影响隧洞围岩稳定的主要因素462

8.7.5隧洞围岩失稳的主要形式463

8.7.6隧洞围岩稳定的分析方法465

8.7.7小结467

8.8水工隧洞衬砌计算467

8.8.1荷载及其组合468

8.8.2衬砌的内力和应力计算471

8.9新奥法与隧洞的喷锚支护474

8.9.1新奥法的基本原理474

8.9.2喷锚支护的作用与类型475

8.9.3喷锚支护设计476

8.9.4水工隧洞喷锚支护设计中的几个问题478

思考题479

第9章取水及输水建筑物480

9.1取水建筑物480

9.1.1无坝取水枢纽480

9.1.2有坝取水枢纽482

9.1.3取水防沙设施486

9.2输水建筑物490

9.2.1渡槽490

9.2.2渠道493

9.2.3倒虹吸管496

9.2.4涵洞500

9.2.5跌水与陡坡502

思考题504

第10章过坝建筑物505

10.1通航建筑物505

10.1.1船闸505

10.1.2升船机510

10.1.3通航建筑物的规划布置及型式选择512

10.2过鱼建筑物513

10.2.1过鱼建筑物的分类513

10.2.2鱼道513

10.2.3鱼闸516

10.2.4升鱼机及人工孵化场517

10.2.5鱼类的下行问题518

10.2.6过鱼建筑物在水利枢纽中的布置518

10.3过木建筑物518

10.3.1筏道519

10.3.2漂木道520

10.3.3过木机521

10.3.4过木建筑物型式的选择521

思考题521

第11章水工闸门522

11.1概述522

11.1.1水工闸门的组成和类型522

11.1.2闸门的设计要求525

11.2平面闸门525

11.2.1平面闸门的组成、布置与提升方式526

11.2.2平面闸门结构受力计算527

11.2.3平面闸门的行走支承530

11.2.4平面闸门的止水534

11.2.5平面闸门的启闭力536

11.2.6闸门启闭机536

11.2.7反钩门——一种新型的平面闸门538

11.3弧形闸门539

11.3.1总体布置539

11.3.2结构选型及结构计算540

11.3.3支承铰541

11.3.4止水和止水座埋件541

11.3.5启闭机、吊耳544

11.3.6启闭力545

11.4平面闸门与弧形闸门的比较与选用545

11.5阀门548

11.5.1高压平面滑动阀门548

11.5.2蝴蝶阀549

11.5.3锥形阀549

11.5.4空注阀550

思考题551

参考文献552Contents

Chapter 1Introduction1

1.1Water Resources and Hydropower1

1.2Hydraulic Engineering3

1.3Hydraulic Structures and Hydrocomplex8

Questions12

Chapter 2Introductory Remarks for Water Resources and Hydropower Engineering13

2.1Ranking and Design Criteria of Water Resources and Hydropower Engineering13

2.2Working Conditions, Load effects and Design Methods of Hydraulic Structures16

2.3Safety, Durability and Risk Management of Hydraulic Structures23

2.4Planning and Design Outline for Water Resources and Hydropower Engineering26

2.5Environmental and River Ecological Effects of Water Resources and

Hydropower Engineering32

2.6Science and Technological Frontier Issues of Hydraulic Structures37

Questions41

Chapter 3Gravity Dams42

3.1General42

3.2Acting Loads and their Combinations46

3.3Stress Analysis of Gravity Dams55

3.4Stability Analysis against Sliding of Gravity Dams68

3.5Profile Design of Gravity Dams79

3.6Limit State Design of Gravity Dams84

3.7Overflow Gravity Dams86

3.8Earthquake Analysis and Aseismic Design of Gravity Dams113

3.9Construction Materials of Gravity Dams120

3.10Cracking and Temperature Control of Gravity Dams127

3.11Joints, Blocks and Details of Gravity Dams134

3.12Foundation Treatment of Gravity Dams141

3.13Other Types of Gravity Dams152

3.14Roller Compacted Concrete Dams159

3.15Buttress Dams166

Questions173

Chapter 4Arch Dams174

4.1General174

4.2Loads and their Combinations185

4.3Shape Design and Layout of Arch Dams189

4.4Shape Optimization Design of Arch Dams193

4.5Stress Analysis of Arch Dams198

4.6Stability Analysis against Sliding of Arch Dams218

4.7Earthquake Analysis and Aseismic Measures of Arch Dams231

4.8Construction Materials and Details of Arch Dams237

4.9Interface and Foundation Treatment of Arch Dams247

4.10Overflow and Orificed Arch Dams252

4.11Case Study of Arch Dam Failures and Enlightenments268

Questions274

水工建筑学ContentsChapter 5Earth and Rockfill Dams275

5.1General275

5.2Basic Profile of Earth and Rockfill Dams278

5.3Seepage Analysis of Earth and Rockfill Dams290

5.4Stability Analysis of Earth and Rockfill Dams301

5.5Stress and Deformation Analysis of Earth and Rockfill Dams310

5.6Settlement and Cracking Analysis of Earth and Rockfill Dams318

5.7Foundation Treatment of Earth and Rockfill Dams324

5.8Aseismic Design of Earth and Rockfill Dams332

5.9Modern Rockfill Dams339

5.10Selection of Types of Earth and Rockfill Dams350

Questions352

Chapter 6Sluices353

6.1General353

6.2Selections of Sites, Types and Dimensions of Sluices356

6.3Seepage Profile, Antiseepage and Drainage Design of Sluices360

6.4Layout and Details of Sluice Chambers369

6.5Structural Analysis of Sluice Chambers373

6.6Stability and Settlement Analysis of Sluices380

6.7Foundation Treatment of Sluices385

6.8Design of Energy Dissipation and Scour Prevention of Sluices389

6.9Connecting Structures of Sluices with Banks396

6.10Other Types of Sluices398

Questions405

Chapter 7RiverBank Spillways406

7.1General406

7.2Chute Spillways408

7.3Side Channel Spillways423

7.4Other Types of Spillways427

7.5General Layout and Selection of Types of Spillways431

Questions432

Chapter 8Hydraulic Turrels433

8.1General433

8.2Layout of Hydraulic Tunnels436

8.3Inlet Structures of Hydraulic Tunnels441

8.4Body Structures of Hydraulic Tunnels446

8.5Outlet Structures and Energy Dissipators450

8.6Cavitation and Prevention Measures of High Velocity Water Tunnels453

8.7Stress and Stability Analysis of Surrounding Rock of Tunnels457

8.8Lining Calculation of Hydraulic Tunnels467

8.9New Austrian Tunneling Methods and ShotcreteAnchorage

Support of Hydraulic Tunnels474

Questions479

Chapter 9Water Intake and Conveyance Structures480

9.1Water Intake Structures480

9.2Water Conveyance Structures490

Questions504

Chapter 10Structures for Passing Dams505

10.1Navigation Structures505

10.2Fish Pass Structures513

10.3Log Pass Structures158

Questions521

Chapter 11Hydraulic Gates522

11.1General522

11.2Plain Gates525

11.3Radial Gates539

11.4Comparison and Selection of Plain and Radial Gates545

11.5Hydraulic Valves548

Questions551

References552