水工建筑物
關注創建者：Hs小畢 創建時間：2023-08-18
水工建筑物的視頻教程
ABAQUS反應譜分析中如何生成反應譜
附件為根據NB35047-2015《水電工程水工建筑物抗震設計規范》的標準反應譜制作的反應譜生成文件，并演示了附件的用法，以及對數據進行調整以應用到ABAQUS中進行結構反應譜法分析。
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水工建筑物的實例教程
一、按具體水利樞紐中所起的主要作用分類：
①擋水建筑物：壩、閘和堤防等。泄水建筑物：溢洪道、泄洪洞等。
②輸水建筑物：輸水洞、引水管、渠道。取水建筑物：進水口、進水閘、揚水站。
③專門建筑物：電站廠、船閘、升船機、魚道、筏道等。
④整治建筑物：用來整治河道、改善河道 的水流條件，如丁壩、順壩、導流堤、護岸等。
二、水工建筑物的分級
水利水電工程中的永久性水工建筑物和臨時性水工建筑物，根據其所屬工程等別及其在工程中的作用和重要性劃分為五級和三級。
三、水工建筑物的特點
1.工作條件復雜：自重、風雪壓力、地震作用、 水壓力、風浪等
2.施工的艱巨 ⑴野外施工：深山老林、無路無水無電、生活難。⑵解決河道來水：導流、截流、地下水等。⑶地基處理：巖石開挖、洞挖、地基的復雜性。⑷規模宏偉：工程量大、工期長、受氣候影響。
四、水工建筑物的獨特： 受地形、地質、水文、氣象、技術、經濟等方面的影響，各水工建筑物大小、形式不同。
五、水利樞紐對環境的影響
1.淤積和沖刷：造成庫區泥沙淤積，造成下游河床的沖刷下切。
2.水文狀態變化：水庫蓄水上游淹沒、浸沒等，下游地下水位下降。
3.水質的變化：水溫下降、水質改善的。
4.氣候的變化：蒸發大，形成小氣候，降雨增加。
5.地震的影響：水庫誘發地震（大庫容）
6.對漁業影響：發展水產養殖，對野生魚的回游形成障礙，需專門考慮。
六、對國民經濟影響巨大
投資巨大、影響國家經濟發展；防洪、供水、發電等關系到國計民生大事；水庫移民問題復雜，影響深遠；如規劃、設計不當，很難改正；水庫大壩失事：對國民經濟、下游人民；群眾生命、財產造成極大損失；水庫形成避暑、旅游場所。
文章來源：水利工程質量
展開 二、水工建筑物級別
1、一般規定
1.1 水利水電工程永久性水工建筑物的級別，應根據工程的等別或永久性水工建筑物的分級指標綜合分析確定。
1.2 綜合利用水利水電工程中承擔單一功能的單項建筑物的級別，應按其功能、規模確定；承擔多項功能的建筑物級別，應按規模指標較高的確定。
1.3 失事后損失巨大或影響十分嚴重的水利水電工程的2～5級主要永久性水工建筑物，經論證并報主管部門批準，建筑物級別可提高一級；水頭低、失事后造成損失不大的水利水電工程1～4級主要永久性水工建筑物，經論證并報主管部門批準，建筑物級別可降低一級。
1.4 對2～5級的高填方渠道、大跨度或高排架渡槽、高水頭倒虹吸等永久性水工建筑物，經論證后建筑物級別可提高一級，但洪水標準不予提高。
1.5 當永久性水工建筑物采用新型結構或基礎的工程地質條件特別復雜時，對2～5級建筑物可提高一級設計，但洪水標準不予提高。
1.6 穿越堤防、渠道的永久性水工建筑物的級別，不應低于相應堤防、渠道的級別。
2、水庫及水電工程永久性水工建筑級別
2.1 水庫及水電站工程的永久性水工建筑物的級別，應根據其所在工程的等別和永久性水工建筑物的重要性，按表4.2.1確定。
2.2 水庫大壩按2.1條規定為2級、3級，如壩高超過表4.2.2規定的指標時，其級別可提高一級，但洪水標準可不提高。
2.3 水庫工程中最大高度超過200m的大壩建筑物，其級別應為1級，其設計標準應專門研究論證，并報上級主管部門審查批準。
2.4 當水電站廠房永久性水工建筑物與水庫工程擋水建筑物共同擋水時，其建筑物級別應與擋水建筑物的級別一致按表4.2.1確定。當水電站廠房永久性水工建筑物不承擔擋水任務、失事后不影響擋水建筑物安全時，其建筑物級別應根據水電站裝機容量按表4.2.4確定。
展開 水利水電工程永久性擋水建筑物頂部高程，應按工程設計情況和校核情況時的靜水位加相應的波浪爬高、風壅增高和安全加高確定。其安全加高應不小于表1中的規定。
表1 永久性擋水建筑物安全加高（m）
當水利水電工程永久性擋水建筑物頂部設有穩定、堅固和不透水的且與建筑物的防滲體緊密結合的防浪墻時，防浪墻頂部高程可按上文確定，但擋水建筑物頂部高程應不低于水庫正常蓄水位。
土石壩的土質防滲體頂部在設計靜水位以上的超高，應在表2規定的范圍內選取，防滲體頂部高程并應不低于校核情況下的靜水位。
表2設計情況下土石壩土質防滲頂部防滲體結構形式超高（m）
嚴寒地區土石壩土質防滲體頂部的保護層厚度應不小于該地區的凍結深度。
確定地震區土石壩頂部超高時，應另計入地震壩頂沉陷和地震涌浪高度。地震涌浪高度，可根據壩前水深和設計烈度的大小，采用0.5～1.5m。當庫區有可能發生大體積坍岸或滑坡引起涌浪時，其安全加高應進行專門研究。
堤防工程的頂部高程，應按設計洪水位或設計高潮位加堤頂超高確定。堤頂超高包括設計波浪爬高、設計風壅增水高度和安全加高三部分。安全加高值應不小于表3的規定。
經統一規劃的堤防體系，其堤頂超高，應按制定的統一標準確定。
不過水的臨時性擋水建筑物的頂部高程，應按設計洪水位加波浪高度，再加安全加高確定。安全加高值按表4確定。
過水的臨時性擋水建筑物頂部高程，應按設計洪水位加波浪高度確定，不另加安全加高。
表3堤防頂部安全加高（m）
表4臨時性擋水建筑物安全加高（m）
文章來源：水利工程質量周刊
展開 一、主要荷載
根據《水工建筑物荷載設計規范》，水工建筑物的荷載按作用隨時間的變異性，可分為永久作用荷載、可變作用荷載和偶然作用荷載。
1.永久作用荷載：包括結構自重和永久設各自重、土壓力、淤沙壓力、地應力、圍巖壓力、預應力。
2.可變作用荷載：包括靜水壓力、揚壓力、動水壓力、水錘壓力、浪壓力、外水壓力、風荷載、雪荷載、冰壓力、凍脹力、溫度荷載、土壤孔隙水壓力、灌漿壓力等。
3.偶然作用荷載：包括地震作用、校核洪水位時的靜水壓力、揚壓力、浪壓力及水重等。
水工建筑物設計時，首先要計算建筑物上所承受的荷載，然后再進行荷載組合，以及進行抗滑穩定分析、應力分析、滲流計算、沉降計算、應力應變計算和抗震設計等。
二、抗滑穩定分析析
在各種荷載組合情況下，水工建筑物都應保持其穩定。穩定分析是水工建筑物設計的一項重要內容。目前水工建筑物的穩定分析采用整體宏觀的半經驗法。
例如，一般重力壩失穩發生在壩底與基巖的接觸面，因為此處受庫水壓力最大，壩底混凝土與巖基不易完全接觸好，或者混凝土凝固收縮和溫度收縮時，接觸面產生局部的微小裂縫。
展開 在水利水電工程中，測量是一項很重要的工作，它貫穿著水利水電工程建設全過程，是水利水電工程建設的眼睛、尖刀兵，為水利水電工程建設規劃、施工，水工建筑物變形觀測，防止重大事故發生，保證水利水電工程安全運行，為人民生命財產安全提供著技術性的支持，對促進水利水電事業起著至關重要的作用。
測量是一門實踐性強，技術操作性要求高，是貫穿于水利水電工程建設全過程的基本工作，是從事水利水電工程規劃設計與施工技術工作的基本條件。在水利水電工程建設中起著舉足輕重的作用，被譽為工程建設的眼睛和尖刀兵。
一、測量在水利水電工程建設中的地位
測量作為一門能采集和表示各種地物和地貌的形狀、大小、位置等幾何信息，以及能把設計的建筑物、設備等按設計的形狀、大小和位置準確地在實地標定出來的技術，在各種工程建設中的應用廣泛。
在國民經濟建設中，例如水利水電工程的建設、工業與民用建筑建設、道路與橋梁建設等，都需要利用測量提供的資料和圖紙進行規劃設計，選定經濟合理的方案，并通過測量配合各項工程的施工，保證設計意圖正確執行。竣工后還要編繪竣工圖，以滿足工程的使用、管理、維修以至擴建的需要。
測量工作在水利水電工程建設中起著十分重要的作用。我國的水資源按人口平均是很少的，只有世界人均占有量的四分之一，但因我國地域遼闊，水資源總量卻居世界第6位，許多未開發利用。為了合理開發和利用我國的水資源，治理水旱災害，必須進一步發展水利事業，興建水利工程，但是，水利工程的規劃、設計、施工和運行管理各個階段都離不開測量工作。
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圖 1 排水豎井坍塌引起的尾礦庫泄漏事故現場（圖片源自網絡）
《尾礦庫安全規程GB39496-2020》中明確指出，“尾礦庫排洪構筑物應進行結構計算，結構計算應滿足相應水工建筑物設計規范要求，排水井還應滿足 GB 50135 的相關要求”。目前尾礦庫排洪系統結構計算依據的主要資料為《尾礦設施設計參考資料》，專用計算軟件尚為空白。
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如潰壩、泄洪、排澇等
明渠流動廣泛應用于天然河流、人工河道和專業水工建筑物中，在與明渠有關的水力學設計中，明渠斷面形狀、渠道形狀、底坡和渠道粗糙度應滿足最佳水力斷面和無沖淤流速的要求，以滿足河流或渠道系統的輸水能力。
其次，在滿足基本水力設計的基礎上，要滿足水閘、大壩、堰和泄水建筑物中水流的穩定流態，并盡量控制偏斜、脫墻、回流和渦流等不利流態。
水力發電需要修建可以引導水流和調節流量的水工建筑物，比如大壩、引水鋼管和蝸殼等，這些建筑物組成了水電廠。水電廠是如何將水能轉變為我們使用的電能的呢？這中間有什么“秘訣”？
水工建筑物安全管理
我國江河湖泊分布廣泛，水工建筑眾多，已有水庫數目可達十萬座。隨著運行時長不斷增加，老化劣化帶來的安全隱患日益銳化。同時有限的大壩測點，較長的測評周期，較高的專家運維門檻，極端的氣象變化等等都給大壩安全運維工作帶來了較大難度。
遠算科技作在本次展會中向現場觀眾展示了基于高性能云計算和CAE工業仿真等核心先進技術的大壩健康管理，海上風電樁基沖刷預警等數字孿生平臺和視頻測流水利感知系統，為水工建筑物安全管理，海上風電樁基安全預警管理等，提供智能化運維解決方案，引得業內專家頻頻駐足，受到廣泛贊譽。
遠算以先進的國產可控水利專業模型為核心，借助高性能并行計算，構建水利設施設備及流域內澇數字孿生體系，并利用數據同化技術持續率定參數優化模型，通過水工建筑物安全管理，流域洪澇和水資源管理，城市內澇預報預警三大應用場景全方位助力數字孿生水利建設運行安全管理，實現水庫泄洪、洪峰推演、流域洪澇與城市內澇的全流域數字孿生耦合聯動，推進水利數字孿生一體化建設。
這些模型使用了先進的多用途有限元水動力模型open TELEMAC，生成網格的空間分辨率可選范圍極大，從整個海域數百公里的海岸邊界，到特定位置的水工建筑物，都可以精確描述海洋氣象變化。
