本書是水利水電工程水工結(jié)構(gòu)專業(yè)的教科書。全書共分9章,第1章“緒論”,第2章至第8章分別為各類水工建筑物,第9章為水利樞紐設(shè)計(jì)與管理概述,屬綜合性內(nèi)容。與同類教材相比,本書介紹了具有較大優(yōu)越性的新壩型或新的水工建筑物、新的設(shè)計(jì)方法和筑壩技術(shù)以及新規(guī)范所肯定的一些主要新規(guī)定,并適當(dāng)編入帶有研究性質(zhì)和設(shè)計(jì)理論思想方面的內(nèi)容。
本書除了適合水工結(jié)構(gòu)或河川樞紐專業(yè)的大學(xué)本科生學(xué)習(xí)以外,還適合從事水利水電工程設(shè)計(jì)、施工和管理工作的人員以及水工結(jié)構(gòu)專業(yè)的研究生閱讀參考。
水工建筑物這本專業(yè)教科書離不開前人對(duì)水利水電工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),當(dāng)然也離不開前人應(yīng)用數(shù)學(xué)、力學(xué)和其他學(xué)科理論來(lái)解決水利水電工程實(shí)踐問(wèn)題所積累的知識(shí)和技能。所以,《水工建筑物》是既有理論性更具實(shí)踐性內(nèi)容的專業(yè)教科書。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和我國(guó)水利水電工程的大力建設(shè),《水工建筑物》這本專業(yè)教科書需要不斷更新和補(bǔ)充新的內(nèi)容,才能適應(yīng)并指導(dǎo)和促進(jìn)我國(guó)今后許多大中型水利水電工程更好、更快地開發(fā)和建設(shè)。本書增加了經(jīng)20多年建壩實(shí)踐證明具有較大優(yōu)越性的新壩型或新的水工建筑物、新的設(shè)計(jì)方法和筑壩技術(shù)等方面的內(nèi)容,刪去了經(jīng)實(shí)踐證明有誤的或不切合實(shí)際的繁瑣的理論和計(jì)算式,增加了新規(guī)范所肯定的一些主要新規(guī)定。為適應(yīng)教學(xué)和研究工作的需要,本書還增加了較為接近于實(shí)際的、帶有研究性質(zhì)和設(shè)計(jì)理論思想方面的內(nèi)容,其中有些是作者從事設(shè)計(jì)和研究工作的體會(huì)和成果。
為適應(yīng)教學(xué)需要,減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān),對(duì)于較小的建筑物或在將來(lái)實(shí)踐中較容易學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)內(nèi)容不再編入本書或只略加提及,僅保留一些主要和常用的水工建筑物的關(guān)鍵性設(shè)計(jì)內(nèi)容;對(duì)于我國(guó)最近20多年來(lái)很少采用的支墩壩,本書將其內(nèi)容壓縮成一節(jié),放在拱壩一章中;至于有限元方法中的具體內(nèi)容和公式,在一般的有限元書籍中已做了詳細(xì)的介紹,這里不再重復(fù);至于近年來(lái)提出的可靠度設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)等理論以及水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范、水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范等內(nèi)容,考慮到其理論性較強(qiáng),內(nèi)容繁多而且有些抽象,學(xué)生難以接受,宜分散到各章結(jié)合水工建筑物具體講述,而不集中放在第1章或第2章中;關(guān)于地震荷載,因其偶然性、復(fù)雜性和不定性,只將水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的擬靜力荷載編入相應(yīng)結(jié)構(gòu)有關(guān)荷載的章節(jié),而有關(guān)動(dòng)力法的內(nèi)容,因其帶有很強(qiáng)的研究性,未來(lái)的震源及其傳至建筑物地基的加速度記錄都是很不確定的,加之本課程學(xué)時(shí)減少,故結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算內(nèi)容不再編入本書。
本書內(nèi)容力求深入淺出。有些高等院校水工專業(yè)課內(nèi)學(xué)時(shí)較少,書中許多內(nèi)容可安排學(xué)生課外自學(xué),或者由學(xué)生在畢業(yè)后邊工作邊學(xué)習(xí)。本書除了適合水工結(jié)構(gòu)或河川樞紐專業(yè)的大學(xué)本科生學(xué)習(xí)以外,還適合從事水利水電工程設(shè)計(jì)、施工和管理工作的人員以及水工結(jié)構(gòu)專業(yè)的研究生閱讀參考。
本書在編寫過(guò)程中得到清華大學(xué)河川樞紐研究所的領(lǐng)導(dǎo)和老師們的關(guān)心和支持,得到王光綸教授、金峰教授和李慶斌教授等老師寶貴的修改意見和建議,在此一并表示由衷的感謝。
由于筆者水平有限,本書難免會(huì)有錯(cuò)誤或不妥之處,敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。
第1章緒論(1)
1.1水工建筑物和水利樞紐工程(1)
1.2水利樞紐工程的重要作用、意義和對(duì)周圍環(huán)境的影響(4)
1.3我國(guó)水利工程的發(fā)展概況以及面臨的主要任務(wù)(6)
1.4水利樞紐分等和水工建筑物分級(jí)(10)
1.5水工建筑物的安全性與設(shè)計(jì)安全判別準(zhǔn)則(11)
思考題(15)
第2章重力壩(16)
2.1概述(16)
2.2重力壩的荷載及荷載組合(18)
2.3重力壩的斷面設(shè)計(jì)(27)
2.4重力壩的抗滑穩(wěn)定分析(34)
2.5重力壩的應(yīng)力分析(48)
2.6重力壩的優(yōu)化設(shè)計(jì)(61)
2.7重力壩的溫度應(yīng)力與溫控設(shè)計(jì)(66)
2.8混凝土重力壩的材料、分區(qū)、分縫及構(gòu)造(71)
2.9碾壓混凝土筑壩技術(shù)和碾壓混凝土重力壩(82)
2.10重力壩的地基處理(87)
2.11重力壩的泄水建筑物(94)
2.12其他類型重力壩(122)
思考題(128)
第3章拱壩(130)
3.1概述(130)
3.2拱壩的荷載及其組合(135)
3.3拱壩的體形和布置(140)
3.4拱壩的應(yīng)力分析(146)
3.5壩肩巖體穩(wěn)定分析(157)
3.6拱壩體形的優(yōu)化設(shè)計(jì)(165)
3.7拱壩的材料和構(gòu)造(169)
3.8拱壩的地基處理(176)
3.9拱壩的壩身泄水建筑物(180)
3.10連拱壩及其他形式支墩壩(189)
思考題(193)
水工建筑物目錄第4章土石壩(194)
4.1概述(194)
4.2土石壩的基本剖面、構(gòu)造及筑壩土石料(198)
4.3土石壩的滲流分析(212)
4.4土石壩的穩(wěn)定分析(222)
4.5土石壩的應(yīng)力應(yīng)變分析(232)
4.6土石壩的沉降與裂縫分析(235)
4.7土石壩的地基處理(239)
4.8土石壩的抗震設(shè)計(jì)(246)
4.9堆石壩(251)
4.10土石壩的壩型選擇(259)
思考題(261)
第5章岸邊溢洪道(262)
5.1正槽式溢洪道(262)
5.2其他形式的溢洪道(276)
5.3非常泄洪設(shè)施(281)
5.4岸邊溢洪道的布置和形式選擇(283)
思考題(284)
第6章水工隧洞(285)
6.1概述(285)
6.2水工隧洞的布置及線路選擇(287)
6.3進(jìn)口段(292)
6.4洞身段(298)
6.5出口段及消能設(shè)施(302)
6.6高流速泄水隧洞的空蝕及減蝕措施(306)
6.7洞室圍巖的應(yīng)力和穩(wěn)定分析(311)
6.8隧洞襯砌計(jì)算(314)
6.9隧洞的錨噴支護(hù)(318)
思考題(323)
第7章水閘(324)
7.1概述(324)
7.2閘址選擇和閘孔初步設(shè)計(jì)(328)
7.3水閘的防滲、排水設(shè)計(jì)(331)
7.4水閘的消能、防沖設(shè)計(jì)(341)
7.5閘室的布置和構(gòu)造(346)
7.6閘室穩(wěn)定分析、沉降校核和地基處理(348)
7.7閘室的結(jié)構(gòu)計(jì)算(355)
7.8水閘與兩岸的連接建筑物(362)
7.9其他閘型(366)
思考題(369)
第8章閘門(370)
8.1概述(370)
8.2平面閘門(372)
8.3弧形閘門(382)
8.4閥門(386)
思考題(389)
第9章水利工程設(shè)計(jì)與管理(390)
9.1水利樞紐設(shè)計(jì)概述(390)
9.2水利工程管理概述(394)
思考題(405)
中英文專業(yè)詞匯索引(406)
參考文獻(xiàn) (409)