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水工建筑物考试习题

2.1重力坝的工作特点是什么?基本剖面是何形状?一般采用什么材料?

答:重力坝的工作特点:①主要依靠坝体自重产生的抗滑力满足稳定要求;②依靠坝体自重产生的压应力来抵消水压力产生的拉应力。基本剖面:三角形。材料:混凝土和浆砌石。

2.2简述重力坝的优缺点。

答:优点:①安全可靠;②对地形、地质条件的适应性强;③枢纽泄洪问题容易解决;④便于施工导流;⑤施工方便;⑥结构作用明确。缺点:①耗材多;②材料强度未充分发挥;③坝底扬压力大;④施工温度控制严格。

2.3重力坝的设计内容包括哪几个部分?

答:主要包括①剖面设计②稳定分析③应力分析④构造设计⑤地基处理⑥泄洪设计⑦监测设计。

2.4简述重力坝失稳破坏的机理?

答:重力坝失稳破坏的机理:坝踵胶结面出现微裂松弛区→坝址胶结面出现局部剪切屈服→屈服范围向上游延伸→形成整体滑动失稳。

2.5掌握单滑面的抗剪强度和抗剪断公式。

2.6简述深层抗滑稳定的计算方法类型。

答:深层抗滑稳定计算方法类型分为:⑴分区计算法,含①剩余推力法;②被动抗力法;

③等安全系数法⑵整体计算法。

2.7岸坡坝段与河床坝段相比,抗滑稳定有何特点?

答:岸坡坝段坝基是倾向河心的斜面或折面,有向下游和河心滑动的双重趋势,稳定性不如河床坝段。

2.8简述提高坝体抗滑稳定的工程措施。

答:提高坝体抗滑稳定的工程措施主要有:

①利用水重:将上游面做成倾斜以利用水重。②利用有利的开挖轮廓线③设置齿墙:齿墙阻断软弱面,改变滑动面位置,增加抗滑力④抽水措施:抽去坝底渗透水,减少浮托力。⑤加固地基:帷幕灌浆以减少坝基渗透能力,固结灌浆以增加坝基强度和整体性,断层处理以减少坝基软弱结构面。⑥横缝灌浆:将局部或全部横缝灌浆,增加坝体的整体稳定性。⑦预加应力措施。

2.9简述重力坝应力分析的方法,掌握重力坝水平截面边缘应力的计算公式,边缘主应力面于何处?为何边缘应力是首先需计算的应力?

答:重力坝应力分析的方法主要有:⑴模型试验法;⑵材料力学法;⑶弹性理论的解析法;

⑷弹性理论的差分法;⑸弹性理论的有限元法。边缘最小主应力为坝面,最大主应力为垂直于坝面的剖面。因最大最小应力均出现在坝面,所以需首先校核边缘应力。

2.10除主要荷载以外,对坝体应力的影响还有哪些因素?

答:除主要荷载以外,对坝体应力的影响还有如下影响:⑴地基变形模量对坝体应力的影响⑵坝体混凝土分区对坝体应力的影响⑶纵缝对坝体应力的影响⑷分期施工对坝体应力的影响⑸温度变化及施工过程对坝体应力的影响。

2.11简述坝体温度变化的阶段?何为水热化温升和温度回降值?

答:坝体温度变化主要有温度上升期、降温期和稳定期三个阶段。水热化温升是指最高温度与入仓温度之差;温度回降值是指最高温度与年均气温之差。

2.12施工期温度引起的应力主要有哪两类?

答⑴地基约束引起的应力⑵内外温差引起的应力。

2.13简述温度裂缝的类型和温度控制的措施。

答:温度裂缝的类型主要有:①贯穿性裂缝:含横向贯穿性裂缝、纵向贯穿性裂缝、水平向贯穿性裂缝。②表面裂缝温度控制的措施主要有:①降低砼的入仓温度T

②降低砼的水热

j

③加强砼表面的养护。

化温升T

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2.14重力坝最小剖面如何确定?常用剖面形态有哪几类?坝顶高程如何确定?

答:重力坝最小剖面确定:根据自重、上游静水压力(库水位与坝顶平,通常是校核洪水位)和扬压力三项主荷载作用下,满足稳定和强度要求的工程量最小的三角形。常用剖面形态:①上游面铅直;②上游面上直下斜;③上游面斜向上游。坝顶高程取设计洪水位+相应坝顶超高与校核洪水位+相应坝顶超高中的最大者,其中安全超高包括波高、波浪中心线距静水面高度和安全加高三部分。

2.15重力坝极限状态设计分哪两类?其验算的主要内容是什么?

答:重力坝极限状态设计包含①承载能力极限状态;②正常使用极限状态。其中承载能力极限状态需验算坝基面或深层抗滑稳定和坝趾抗压强度,正常使用极限状态需验算坝踵不出现拉应力。

2.16掌握重力坝在水压力,水重,扬压力,自重荷载下的边缘应力和抗滑稳定验算。

2.17简述重力坝易出现地震震害的位置和抗震措施。

答:重力坝易出现地震震害的位置:①坝顶和断面突变处易出现裂缝;②原有裂缝易扩展延伸;③孔口及廊道附近易开裂;④接缝止水易破坏。重力坝抗震措施:①作好地基处理,加强接触面的结合;②加强施工质量控制和养护,防止出现早期裂缝;③重量、变形、刚度、几何等突变部位设缝;④增加坝顶强度、刚度以及布筋;⑤孔口、廊道附近布筋;⑥坝后设置检修桥。

2.18简述溢流重力坝的工作特点和类型。

答:工作特点:将规划库容不能容纳的洪水经由坝顶泄向下游,以满足防洪和大坝安全要求。类型:①开敞溢流式;②大孔口溢流式

2.19简述溢流重力坝的基本要求。

答:①足够的孔口尺寸,良好的孔形,较高的流量系数;②水流平顺, 不产生负压和振动, 避免发生空蚀;③保证下游河床不产生危及大坝安全的局部冲刷;④下泄水流不产生折冲水流等,不影响其他建筑正常运行;⑤有灵活控制下泄水流的设备。

2.20溢流重力坝孔口设计的影响因素有哪些?简述孔口形式类型及其特点。

答:影响因素主要有①洪水设计标准;②下游防洪要求;③库水位壅高限制;④洪水预报的准确度;⑤泄水方式;⑥地形、地质条件。孔口形式类型:①开敞溢流式;②大孔口溢流式开敞溢流式的特点:①坝体不设胸墙,出流常为堰流;②孔口埋深浅,闸门水压力较小,孔口尺寸可以较大,泄流量较大,超泄能力强;③可排泄冰凌和其他漂浮物;④闸门于坝顶,易检修;⑤应用较广泛。大孔口溢流式的特点:①坝体上部设胸墙,出流常为孔口出流,但当水位低于胸墙时为堰流;②堰顶较低,需设工作闸门和检修闸门;③超泄能力常比开敞溢流式小。

2.21溢流重力坝通常设计成等同的奇数孔,为什么?

答:采用相同闸孔诣在检修闸门、启闭设备等设施可共用,且泄流量相同可对称泄流。采用奇数孔目的在于闸门对称布置,可对称泄流以减轻消能负担,避免折冲水流等。

2.22为什么说单宽流量是溢流重力坝设计中很主要的控制性指标?

答:因为①单宽流量是确定溢流坝的净宽和堰顶高程的主要参数;②单宽流量是影响消能工设计的关键因素;③单宽流量是影响坝下冲刷的主要因素。

2.23简述孔口尺寸设计应考虑的因素。掌握两种孔口形式过流量的计算公式。

答:孔口尺寸设计应考虑的主要因素:①泄洪要求:泄流单宽流量是关键因素;②闸门和起闭机械:闸门承载能力和起闭能力等;③枢纽布置:枢纽中其他建筑的布置是否宽松;④下游水流、地质条件:下游水的深度、岩石硬度等;⑤下游消能工的性能:消能工消能效果等。

2.24为何闸墩上游端需做成圆弧形或流线型?溢流坝设置边墙的作用是什么?

答:闸墩上游端需做成圆弧形或流线型是为了进口水流平顺、减少水流侧收缩,溢流坝设置边墙的作用是起闸墩和分隔作用。

2.25简述空化和空蚀的概念,流速大于多少时就可能发生空蚀?什么是引起溢流面发生空蚀的主要原因?空化数大于初生空化数时会发生空蚀现象吗?

答:空化:当高速水流在某点的压力低于饱和蒸汽压强时,水体中固有的小气核迅速膨胀而成小空泡,这种现象称为空化。

空蚀:当空气泡进行高压区受压而溃灭,因溃灭时间短暂,产生很高的局部冲击力,当坝面冲击力大于材料凝聚力时,坝面遭到破坏,这种现象称为空蚀。

流速大于15m/s时就可能发生空蚀。

坝面不平整是引起溢流面发生空蚀的主要原因。

空化数大于初生空化数时不会发生空蚀现象。

2.26 掺气虽然可减少空蚀,但也存在什么不利之处?

答:掺气虽然存在①减少空蚀;②射流掺气消耗大量能量而有利于消能工等益处。但也存在

①增加水深从而加大工程投资;②形成雾化区等的不利之处。

2.27 水流脉动对溢流坝有什么害处?

答:①增大建筑物的瞬时荷载;

②脉动周期性引起的振动可能对轻质建筑造成振动;

③增加空蚀破坏的可能性。

2.28 溢流面体形包括哪三段?上游第一段一般采用什么曲线?

答:溢流面体形由顶部曲线段、中间直线段、反弧段组成。上游第一段一般采用复合圆弧或椭圆曲线。

2.29 消能工的原理是什么?能量转换的途径有哪些?辅助消能工主要有哪几种?

答:能工的原理:通过水跃等局部水力现象,将水流动能转换为热能。能量转换的途径:①水流内部的紊动、掺混、剪切和旋滚等;②水股的扩散及水股间的碰撞;③水流与固体间的剧烈摩擦和撞击;④水流与气体间的摩擦和掺混。辅助消能工主要有:趾墩、消力墩、尾槛等。

2.30详述泄水重力坝消能工的主要形式和原理?

答:泄水重力坝消能工的主要形式:①底流消能;②挑流消能;③面流消能;④消力戽消能。底流消能的原理:①通过水跃将急流转变为缓流而消能;②主要靠水跃产生的表面旋滚与底流间的强烈紊动、剪切和掺混消能。挑流消能的原理:利用泄流建筑物出口处设置的挑流鼻坎,将急流挑向空中,再落入离建筑物较远的下游河道。主要靠急流沿固体边界摩擦而耗能,射流在空中与空气摩擦、掺气和扩散等耗能,射流落入尾水中淹没紊动扩散耗能。面流消能的原理:利用鼻坎将急流挑至水面,在主流下面形成旋滚而消能。消力戽消能的原理:急流进入潜在水下的戽内发生旋滚,经大量消能后由鼻坎挑向下游水面。

2.31 简述底流消能的特点及其与下游水流的衔接形式、形成消力池的主要措施。

答:底流消能的特点:①通过水跃将急流转变为缓流而消能;②主要靠水跃产生的表面旋滚与底流间的强烈紊动、剪切和掺混消能;③流态稳定,消能效果好;④对地质和尾水条件要求低,适应性强;⑤产生的雾化小;⑥方量大,投资高。

底流消能与下游水流有①临界水跃;②远驱水跃;③淹没水跃等三种衔接形式。形成消力池的主要措施:①护坦尾修筑消力坎;②降低护坦高程;③降低护坦和修筑消力坎。

2.32 护坦的主要作用是什么?稳定验算主要验算其什么内容?

答:护坦的主要作用是防护河床免受高速水流的冲刷,稳定校核内容是满足抗浮稳定要求。

3.33 挑流消能工的主要设计内容有哪些?

答:主要设计内容有:鼻坎形式、鼻坎高程、反弧半径、反弧挑角、挑距、冲刷坑深度。2.34 折冲水流是如何形成的?

答:溢流坝仅占河床一部分,出口水流于主流两侧形成回流,如两侧回流强度、大小不一致时,易将主流压向一侧,形成折冲水流。

2.35 简述坝身泄水孔的作用和特点及其分类。

答:坝身泄水孔的作用:①预泄库水,增强调蓄能力;②放空检修;③排沙减淤;④调节下泄流量以满足通航、灌溉需要;⑤施工导流。

坝身泄水孔的特点:①孔口全部淹没,随时可放水;②孔内流速高,易发生负压、空蚀、振动等;③检修困难;④闸门承压大,启闭力较大;⑤门体结构、止水、启闭设备复杂,造价高。

2.36 坝身泄水孔进口通常用什么曲线?为何需设平压管和通气孔?

答:坝身泄水孔进口通常用长轴与孔轴平行的椭圆曲线。

设置平压管的目的:将平压管设置在检修闸门和工作闸门之间,用以在检修闸门提起前冲水平压,减小启门力。

设置通气孔的目的:进口工作闸门提起后,后面的空气被水流带走而形成负压,需于工作闸门后设通气管充气。

2.37 重力坝地基处理的作用是什么?它主要包括哪些内容?

答:重力坝地基处理的作用:①防渗;②提高岩基的强度和整体性。主要内容:①坝基的开挖和清理;②坝基的固结灌浆;③帷幕灌浆;④坝基排水;⑤断层、软弱夹层、溶洞等不良地质的处理。

2.38坝基固结灌浆和帷幕灌浆的目的是什么?灌浆一般布置何处?

答:固结灌浆的目的:增强基岩的整体性和强度,降低地基的透水性。固结灌浆的布置位置:①应力较大的坝踵和坝趾;②裂隙发育和破碎带范围内。帷幕灌浆的目的:降低坝底渗透压力,防止坝基产生管涌,减少坝基渗流量。

2.39 坝基排水主要采用什么措施?其目的是什么?

答:基排水主要措施:于帷幕稍下游设置排水孔幕。目的在于进一步降低扬压力

2.40 陡、缓倾角顺流方向断层通常采用什么措施处理?横流方向断层又如何?

答:缓倾角顺流走向断层:浅者清除,深者形成顶赛、斜塞、水平塞骨架

陡倾角顺流走向断层:顶部设砼塞

缓倾角横流走向断层:选址应避免

陡倾角横流走向断层:选址应避免,无法避免则加大砼塞。

2.41 坝基软弱夹层有何害处?一般采用什么方法处理?

答:弱夹层的影响:软弱夹层较薄,遇水易泥化、软化,使坝基抗剪强度降低,影响坝体抗滑稳定性。

处理方法:①对于浅埋夹层采用明挖换基,即挖去夹层回填砼的方法;②对于埋深较浅的深埋夹层可采用坝踵做砼深齿墙以切断夹层的方法;③对于埋深较深的深埋夹层可采用于夹层做砼塞、坝趾后设深齿墙、坝趾下游岩体埋设预应力锚索等措施。

2.42 水工混凝土一般应满足哪些性能的要求?其材料组成有哪几种?

答:满足的性能:强度、抗渗、抗冻、抗冲刷、抗侵蚀、抗裂等性能。采用组成:水泥、掺合剂、外加剂、粗骨料、细骨料、水。

2.43 混凝土重力坝为何要分区?分缝的类型和目的是什么?

答:分区的目的:坝体各部位的工作条件不同,对砼各种性能要求各不同,为了节约和合理利用水泥,常将坝体砼分区,各区可采用不同标号的砼。分缝有以下类型:⑴横缝,含永久性横缝和临时性横缝。分横缝的目的:横缝将坝体分成若干独立工作的坝段,可减少温度应力、适应地基不均匀变形和满足施工要求。⑵纵缝,含铅直纵缝、斜缝和错缝。设纵缝的目的:适应砼的浇筑能力;减少施工期的温度应力。⑶水平施工缝。水平施工缝的目的:适应砼的浇筑能力;减少施工期的温度应力。

2.44 重力坝为何需设廊道系统?

答:为了满足灌浆、排水、观测、检查、交通等要求,需在坝体内布置各种不同作用的廊道,且相互连通,形成廊道系统。

2.45 何为碾压混凝土重力坝?与常态混凝土相比它有何优点?

答:碾压砼是采用自卸汽车或皮带输送机将超干硬性砼运到仓面,以推土机平仓,振动碾压实的筑坝新方法,是将土石坝施工的碾压技术应用到砼重力坝的一种筑坝方法。采用碾压砼修筑的重力坝称为碾压混凝土重力坝。

碾压混凝土与常态混凝土相比的优点:①工程程序简单,施工速度快;②胶凝材料用量少;

③水热化温升大大降低,简化了温度控制程序;④不设纵缝,节省了模板和接缝灌浆的费用;

⑤可使用大型通用机械设备,提高砼的运输和浇筑工效;⑥降低工程造价。

2.46简述浆砌石重力坝的优缺点,其防渗设施有哪些?

答:浆砌石重力坝的优点:①就地取材,节约水泥;②水热化温升低,可不进行温度控制、不设纵缝、坝段长;③节省模板,减少脚手架,模料用量少,减少了施工干扰;④施工技术容易掌握,施工安排灵活,缺少施工机械时可人工砌筑。

浆砌石重力坝的缺点:①人工砌筑的质量易不均;②石料的修整和砌筑难以机械化,需大量人力;③砌体防渗性能差,需专设防渗设施;④工期长。

防渗设施主要有:①砼防渗面板或防渗墙;②水泥砂浆勾缝的浆砌石防渗层;③钢丝网水泥喷浆护面

2.47 浆砌石重力坝主要有哪些材料?

答:浆砌石重力坝的材料主要有石料和胶结材料,其中石料有块石、粗料石、细料石等,胶结材料有水泥砂浆和小石子砂浆(细骨料砼)等。

为了充分利用砼的抗压强度,将实体重力坝横缝下部扩宽成为空腔的重力坝,称为宽缝重力坝。

2.48 何为宽缝重力坝?并简述其优缺点?

答:宽缝重力坝的优点:①渗透压力显著降低,作用面积也减小;②坝体砼方量较实体坝少10~20%;③增加了坝体的侧向散热,加快了散热进程;④便于观测、检查和维修。

宽缝重力坝的缺点:①立模较复杂,且模板用量增加;②分期导流不便;③在严寒地区,宽缝需采取保温措施。

2.49 何为空腹重力坝?并简述其优缺点?

答:空腹重力坝:坝体内沿坝轴线方向设有较大空腔的重力坝。

空腹重力坝的优点:①空腔坝基不设地板,可减少扬压力,砼用量减少20%左右;②减少坝基开挖量;③坝体前后腿嵌入岩体,增强稳定;④前后腿应力分布均匀,坝踵压应力较大;

⑤便于砼散热;⑥坝体施工可不设纵缝;⑦便于检测和检修;⑧空腔可布置电站厂房。

空腹重力坝的缺点:①施工复杂;②钢筋用量大;③如空腔内布置厂房,施工干扰大。

2.50何为支墩坝?并简述其结构形式?

答:支墩坝:由一系列支墩和挡水面板组成的重力坝。

支墩坝的结构形式:

①大头坝:支墩上游端两侧扩大,形成悬臂大头,大头间紧贴挡水。

②连拱坝:由一系列紧连的拱筒挡水,并与支墩连成整体。

③平板坝:由平面板简支在支墩上挡水。

2.51 简述大头坝的头部和支墩形式。

答:⑴大头坝的支墩形式:①开敞式单支墩;②封闭式单支墩;③开敞式双支墩;④封闭式双支墩。

⑵单支墩大头坝的头部形式:①平头式;②圆弧式;③折线式。

⑶双支墩大头坝的头部形式:一般采用折线式

3.1 简述拱坝的特点,其要求的理想地形和理想地质是什么?

答:拱坝的特点⑴拱坝是固结于基岩的空间壳体结构;⑵坝体结构具有拱和梁双重作用;⑶坝体稳定主要依靠两岸拱座,其次依靠自重;⑷拱为轴向受力,应力分布均匀,材料强度得到充分发挥;⑸拱和梁具有自行调整应力分布的功能;⑹坝肩岩体的稳定性是影响拱坝安全的主要因素;⑺温度作用为一主要荷载;⑻既可坝顶溢流,也可坝身孔口泄流;⑼施工质量、材料强度、防渗等要求严格。

理想地形:①两岸对称,岸坡平顺无突变,逐渐收缩的峡谷段;②坝体两侧具有足够的岩体支撑。

理想地质:①基岩比较均匀、坚固完整、强度足够;②基岩能抵抗水的侵蚀、耐风化;③岸坡稳定、没有大断裂。

3.2 在V形和U形河谷修建拱坝有何差异?

答:V形河谷:最易发挥拱作用,底部水压力大,但拱跨短,拱较薄。U形河谷:底部水压力大,但拱跨长,拱作用显著降低,拱较厚。

3.3 拱圈厚度与中心角的关系是什么?

答:中心角越大,拱圈厚度越薄。

3.4 详述拱坝的形式?

答:拱坝主要有单曲拱和双曲拱两种形式。

对于单曲拱:①对于上下相差不大的矩形河谷,各高程拱圈跨度和中心角相差不大,可用定圆心、定外弧半径、变内弧半径的以增加厚度的拱形。②对于上宽下窄的河谷,各高程拱圈跨度和中心角相差较大,可用定外弧圆心和半径、变内弧圆心和半径以增加厚度。③上游面铅直,仅水平面曲线,称单曲拱。其特点是施工简便,上游面铅直有利于布置泄、排水设施的控制设备。

对于双曲拱:①对于V形河谷,如仍采用单曲拱会使底部中心角过小而加大拱厚,为使上下中心角差异不大,可将下部的内外弧半径逐渐减小;②坝体在水平面和铅直面均成曲线,成双曲线。其特点是①适应河谷广;②梁具有拱的作用③水压应力与自重应力相反;④水压位移与梁位移趋势相反。

3.5 温度荷载对拱坝有何影响?温升温降对坝体应力影响有何差异?

答:压和温度变化引起的总变位中,温度变位占1/3~1/2,温度作用为主要荷载之一。

温降对坝体应力不利:温降时,轴线收缩,坝体下移,产生的弯矩和剪力与水压作用相同,与轴力相反。

温升使拱端推力加大,对坝肩岩体稳定不利:温升时,轴线伸长,坝体上移,产生的弯矩和剪力与水压作用相反,与轴力相同。

3.6 拱坝的合理体形应满足什么条件?坝体尺寸应包括哪些内容?

答:拱坝的合理体形满足的条件:①满足枢纽布置、运用和施工的要求;②坝体材料强度得到充分发挥,不出现不利的应力状态;③保证坝肩岩体稳定;④工程量最省、造价最低。

坝体尺寸包括的内容:①拱圈的平面形式;②各层拱圈轴线的半径和圆心角;③拱冠梁上下游坝面的形式;④拱冠梁各高程的厚度。

3.7 双曲拱上游面曲线通常需要确定哪些参数?

答:①凸点位置:最凸向上游点距坝顶的高度;②凸度:凸点与坝轴线间的水平距离与坝高的比值;③最大倒悬度:凸点与上游坝底点之间的水平距离与垂直距离的比值。

3.8 最合理拱圈形式应满足什么条件?现有拱圈有哪些形式?

答:最合理的拱圈形式:压力线接近拱轴线,应为变曲率、变厚度和扁平的。现有拱圈形式

①圆拱;②三心拱;③双心拱;④抛物线拱;⑤椭圆拱;⑥对数螺旋线拱

3.9 拱与拱端面为何要尽量做成全径向接触?坝面倒悬会在什么期间在何面出现拉应

力?

答:拱端与拱座面应尽量做成全径向,使推力垂直拱端面。倒悬易使另侧出现拉应力。

3.10 拱坝应力分析有哪些方法?简述拱梁分载法的原理。

答:应力分析方法共有五种⑴纯拱法;⑵拱梁分载法;⑶有限元法;⑷壳体理论计算方法;

⑸结构模型试验。拱梁分载法的原理:①将拱坝视为由若干水平拱圈和竖直悬臂梁组成的空间结构,荷载由梁系和拱系分担,荷载分配由变位一致来确定;②算法是首先将总荷载试分配到梁、拱,按各自的方法算各自的变位,如变位一致则分配正确,否则调整直到一致。

3.11 纯拱法只计算几个内力?拱梁分载法需考虑几个内力?一般采用哪几向位移的调

整?

答:用纯拱法只能计算三个内力,而分载法需考虑12个内力,有些内力可忽略,主要有六个内力,拱圈三个,悬臂梁三个。

拱梁分载法中六个变位不易调整,略去影响微小的和合并非独立的,一般只需调整三个主要变位来进行荷载分配,即径向变位、切向变位、扭转变位。

3.12 拱坝破坏的主要形式有哪两种?

答:⑴坝肩岩体发生滑动破坏,为主要形式;⑵坝肩岩体变形量过大,引起坝体的不利应力。

3.13 拱坝稳定分析主要有哪些方法?简述刚体极限平衡法的假定条件和可能滑动面的形

式和位置。

答:拱坝稳定分析主要有刚体极限平衡法、有限元法、地质力学模型试验三种方法。

刚体极限平衡法的假定条件:①滑移体为刚体;②仅考虑滑移体力的平衡,不考虑力矩平衡;③忽略拱坝的内力重分布,受力为定值;④达到极限平衡时,滑裂面剪力与滑移方向平行,方向相反。

可能滑动面的形式和位置:①单独的陡倾角结构面F1和缓倾角结构面F2组合;②成组的陡倾角和成组的缓倾角结构面组合;③混合组合:由单独的陡倾角和成组的缓倾角结构面组合;或由成组的陡倾角和单独的缓倾角结构面组合;④多刚体组合:结构复杂的结构面将滑移体分割成多块刚体。

3.14 详述拱坝坝身泄水的方式。

答:坝身泄水方式有:自由跌流式、鼻坎挑流式、滑雪道式、坝身泄水孔四种。

自由跌流式:坝顶自由跌流;适用于较薄的双曲或小型拱坝,基岩良好、单宽流量小;需设防护措施,因为落水距坝较近。

鼻坎挑流式:溢流堰顶曲线末端设反弧挑流鼻坎,以使落水点距坝较远;鼻坎常有连续坎,有时也采用差动坎。

滑雪道式:溢流面由溢流坝顶和与坝体轮廓以外的泄槽(滑雪道)连接而成,槽尾设鼻坎挑流,滑雪道地板可在厂房顶、可专设支承;适用于泄洪量大、较薄的拱坝

坝身泄水孔:在水面以下一定深度的坝体内设置中孔或底孔泄流;坝体半高以上为中孔,主要用于泄洪;坝体下部为底孔,多用于放空,辅助泄洪、排沙和导流。

3.15 简述拱坝消能的形式和防冲措施。

答:拱坝消能主要有:跌流消能、挑流消能、底流消能。跌流消能水流从表孔直接跌落下游,利用下游水垫消能,落点距坝太近,需采取防冲措。鼻坎挑流、滑雪道、坝身泄水孔等多采用各种型式的鼻坎挑流消能,泄流具有向心集中的特点,可利用泄流对冲消能。对于重力拱坝,泄水孔下弯,可采用底流消能。

防冲措施:一般在下游需设护坦、护坡、二道坝等防冲措施。

3.16 拱坝的管孔主要有哪些类型?

答:主要含坝身泄水孔、水轮机进水孔、灌溉和供水等引水孔。

3.17 简述拱坝垫座和周边缝的作用。

答:①周边缝使梁的刚度和作用减弱,拱的作用加强;②周边缝减小坝体传至垫座的弯矩,可减小上游坝面的拉应力;③垫座加大了与基岩的接触面,改善地基的受力状态;④垫座可减少不规则和软弱面对坝体的影响;⑤坝体开裂不影响基础,基础开裂不影响坝体;⑥垫座对坝体起地震缓冲作用。

3.18 简述拱坝设置重力墩的目的。

答:①对于不规则河谷,用重力墩减小宽高比,避免岸坡大量开挖。

②重力墩是拱坝坝端的人工支座;

③用重力墩连接拱坝与其它坝段或溢洪道。

3.19 拱坝的地基处理主要包含哪些内容?

答:坝基开挖、固结和接缝灌浆、防渗帷幕、坝基排水、不良地质处理等。

4.1 何为土石坝?其能广泛应用的原因何在?

答:土石坝:土石坝是指由土、石料等当地材料经碾压建成的大坝。

土石坝广泛应用的原因:①可以就地、就近取材,大量节约三材和材料运输费;②能适应各种地形、地质及气候条件;③可充分利用大容量、多功能、高效率施工机械;④计算方法、试验手段的发展为土石坝设计提供了安全保障;⑤高边坡、地下工程及溢流防冲等配套设施的发展解决了土石坝的难题。

4.2 简述土石坝设计的基本要求。

答:⑴具有足够的断面维持坝坡的稳定⑵设置良好的防渗和排水设施以控制渗流⑶选择与现场适应的良好土石种类及配置和坝型结构⑷泄洪建筑物具有足够的泄洪能力⑸采取使大坝

运用可靠和耐久的构造措施

4.3 详述土石坝的分类情况。

答:主要按坝高、施工方法、土料配置和防渗材料三种方式分:

㈠按坝高分⑴低坝:坝高<30m;⑵中坝:坝高=30~70m;⑶高坝:坝高>70m。

㈡按施工方法分⑴碾压式土石坝;⑵冲填式土石坝;⑶水中填土坝;⑷定向爆破堆石坝㈢按土料配置和防渗体材料分,将碾压土石坝分为⑴均质坝:稳定和防渗均采用一种土料⑵土质心墙坝:由不透水土料中央防渗体和透水土料坝壳组成⑶土质斜墙坝:由不透水土料防渗体和下游透水土料支撑体组成⑷多种土质坝:由多种土料组成⑸人工材料心墙坝:以沥青砼、砼等为心墙的坝⑹人工材料面板坝:由沥青砼、砼、塑料薄膜等为防渗面板的土石坝

4.4 通常选用的土石坝坝坡坡度是多少?

答:⑴中低均质坝:平均坡度1:3;⑵土质心墙坝:下游1:1.5~1:2.5,上游1:1.7~1:2.7(坝壳堆石)下游1:2~1:3,上游1:2.5~1:3.5(坝壳土料)⑶人工材料面板坝:上游1:1.4~1:1.7,下游1:1.3~1:1.6(可随堆料优劣适当变化)⑷人工材料心墙坝:可参照人工材料面板坝选用

4.5 土石坝渗流分析的主要内容包括哪三项?分析的目的是什么?

答:分析的主要内容:⑴确定浸润线的位置;⑵计算渗流流速和比降;⑶确定渗流流量。

分析的目的:⑴依据渗流力确定稳定的坝体型式和尺寸;⑵作为坝体防渗布置和土料布置的依据;⑶确定渗流量以估计水流损失和确定排水系统的容量。

4.6 简述土石坝渗流的特性。

答:主要有以下特性:①均为无压流,有浸润线存在;②大多为稳定渗流,偶有非稳定渗流;

③土质坝体渗透通常遵循达西定律;砾石、卵石有一定偏差;④均质土坝渗透系数各向同性,非均质坝需考虑各向异性;⑤宽谷河段土石坝渗流场接近二维,峡谷河段则为三维渗流场;

4.7 掌握二维渗流控制方程各变量的含义,掌握水力学分析法矩形断面单宽流量和浸润线的计算公式。

答:中的H为水头,k x为x方向的渗透系数,k y为y方向的渗透系数。

4.8简述土石坝渗流分析中流网法流网绘制的基本特性。

答:①等势线与流线相互正交;②流网各个网格的长宽比保持为常数;③上、下游坝坡面为等势线,其差为总水头;④坝下不透水层为一流线;⑤浸润线均为一流线,且水头等于其位置水头;⑥下游坝面逸出段与浸润线一样,水位为其位置水头;⑦两种土

4.9 详述渗透变形的类型和危害。

答:渗透变形主要有四类:①管涌:坝体和坝基的土体颗粒被渗流带走的现象。内部管涌的颗粒移动只发生在坝体内部,外部管涌可将土粒带出坝外,管涌仅发生在无粘性土。②流土:渗流作用下,粘土和均匀无粘性土被浮动的现象。常见于渗流在坝下游逸出。③接触冲刷:在粗、细土粒交界面上,细颗粒被渗流冲动的现象。④剥离:粘性土与粗粒土接触面上,渗流使粗颗粒脱离整体结构的现象。多发生在粘性土与反滤层的交界面上。⑤化学管涌:土体中的盐类被渗流水溶解而带走的现象。

4.10 简述土石坝渗透变形防护的措施。

答:渗透变形的危害主要表现为:导致坝体沉降、坝坡塌陷或形成集中的渗流通道等,危及大坝安全。①防渗结构:控制渗流,减小逸出坡降和渗流量,为第一道防线;②过渡区:实现防渗体与坝壳体可靠连接,防止刚度突变和渗流变形;③反滤层:实现坝体、坝基与排水的良好连接,滤土排水,防止管涌和流土;④排水孔:进一步降低地下水位,减小渗流力,排水为第二道防线。

4.11 管涌和流土的防护标准主要取决于什么?

答:管涌的防护标准:取决于颗粒组成和渗流坡降流土的防护标准:取决于粗、细层的粒径组合

4.12 掌握总应力和有效应力的关系。

4.13 土石坝稳定分析的计算工况有哪几种?

答:①施工期;②稳定渗流期;③库水位降落期;

4.14土石坝稳定分析的方法有哪几种?各种分析方法的安全系数是否一样?

答:析方法有瑞典圆弧法和简化的毕肖普法两种。简化的毕肖普法的安全系数需在瑞典圆弧法安全系数的基础上提高5~10%。

4.15 何为固结?常用的固结理论有哪些?

答:固结:坝在施工和蓄水过程中荷载和应力不断发生变化,土体中的孔隙水压力和骨架应力也不断发生变化,当超过稳定渗流的孔隙水压力逐步消散,外载压力相应传到土骨架上使之发生压缩变形直到稳定,这一过程称为固结。

4.16土石高坝应力和变形特性分析常用什么方法?可分析什么内容?

答:常用固结理论:太沙基和比奥饱和土固结理论。

常用计算方法:增量有限元法。

可分析的内容:⑴坝体塑流区、拉应力区的范围;⑵裂缝发生的可能性部位;⑶防渗体出现水力劈列的可能性及部位;⑷防护工程措施后的效果。

4.17 石坝填筑料的一般要求是什么?坝壳料的基本要求是什么?

答:土石坝填筑料的一般要求:⑴具有与使用目的相适应的工程性质:防渗料具有足够的防渗性能,坝壳料具有较高的强度,反滤、过渡料等具有良好排水性能⑵土石料的工程性质在长时期内保持稳定:不风化,不浸蚀等⑶具有良好的压实性能:防渗体可降到最优含水量,无影响压实的超径材料,压实后承载力高,施工机械可正常运行。

坝壳料的基本要求:⑴保持坝体的稳定,故需要较高的强度;⑵坝体水位下的筑料需良好的排水性能;如砂、砾石、卵石、漂石、碎石等。

4.18 防渗体土料选择应考虑哪些特性?

答:⑴防渗性;⑵抗剪强度;⑶压缩性;⑷抗渗稳定性;⑸含水量;⑹颗粒级配;⑺膨胀量和体缩值;⑻可溶盐、有机质含量。

4.19“任意料”应放在什么位置?质量好坏的料应放置什么位置?

答:“任意料区”布置在干燥和贴近心墙区,其外包围排水过渡区。质量差、粒度小的放内侧;质量高、粒度大放外侧。

4.20 反滤、过渡和排水材料的主要要求是什么?

答:⑴质地致密坚硬;⑵具有高度抗水性和抗风化能力。

4.21 简述坝体排水和反滤的作用。

答:排水的作用:①控制和引导渗流;②降低浸润线;③加速孔隙水压力消散;④保护下游坝坡免遭冻胀破坏。反滤层的作用:①防护渗流出口;②防止坝体和坝基发生管涌、流土等渗透变形。

4.22 详述坝体排水的形式及其优缺点。

答:⑴棱体排水(滤水坝址):设置在坝趾的堆石棱体。优点是可降低浸润线,防止坝坡冻胀,保护坝脚不受淘刷,增加坝体稳定;缺点是石料用量大,费用高,与坝体施工有干扰,检修困难。

⑵贴坡排水(表面排水):堆石或砌石直接铺放在下游坝坡表面。优点是结构简单,用料少,施工方便,易于检修;缺点是不能降低浸润线,易冰冻而失效。常用于下游无水的中小型均质坝和浸润线较低的中坝。

⑶坝内排水:排水体设置在坝体内部。又分褥垫排水、网状排水、竖直排水体和水平排水层。优点是下游无水时可降低浸润线,加速软基固结;缺点是不均匀沉陷适用性差,易断裂,难以检修。

⑷综合式排水:由棱体排水、贴坡排水、坝内排水等两种或两种以上的排水措施组合而成。具有以上各项排水的优点。

4.23简述反滤层的类型,其颗粒大小随水流方向的变化如何?

答:反滤层分类:

①Ⅰ型反滤:位于被保护土的下方,渗流自上而下,需承受自重和渗透压力。

②Ⅱ型反滤:位于被保护土的上方,渗流自下而上,自重与渗透压力相反。

反滤层一般铺设1~3层级配均匀且耐风化的砂、砾、卵石或碎石,每层粒径随渗流方向而增大。

4.24 简述土石坝裂缝类型和成因。

答:⑴纵缝:因坝壳与心墙、或多种土质坝固结速度的差异形成拉应力而裂缝

⑵横缝:因岸坡陡峻或岸坡突变而致

⑶内缝:因坝基与坝体的不均匀沉降而致

4.25 砂砾石地基处理的主要问题和措施是什么?各措施的主要作用是什么?

答:砂砾石地基处理的主要问题是:渗流控制。

主要措施:①垂直防渗设施;②上游水平防渗铺盖;③下游排水设施垂直防渗设施的目的在于完全阻断透水层;防渗铺盖的目的在于延长渗径,减小渗流比降到容许范围;下游排水设施的目的在于防排结合,控制渗流,降低浸润线。

4.26 土石坝体与砼建筑物的连接形式有哪几种?

答:主要有插入式和翼墙式两种型式。插入式连接是从砼坝与土石坝的连接部位开始,砼坝的断面逐渐减小,最后成刚性插入土石坝的心墙内,适用于低坝。翼墙式连接是在结合部作成砼挡墙并向上下游延伸成翼墙,适用于与船闸、砼溢流坝等建筑物的连接。

4.27 何为堆石坝?目前主要是什么堆石坝?

答:堆石坝以堆石体作为支撑,以土、砼、沥青砼等作为防渗体的一种坝型。目前主要钢筋混凝土面板堆石坝,简称面板坝。

4.28 面板坝的堆石体由有那四个分区?防渗体系由哪些构成?

答:面板坝的堆石体分为垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区等四个区。防渗体系由面板、址板、灌浆帷幕、周边缝、接缝止水等构成。

5.1岸边溢洪道的型式有哪几类?哪一类应用最广?

答:⑴正槽式;⑵侧槽式;⑶竖井式;⑷虹吸式。其中正槽式应用最广泛。

5.2 何为正槽溢洪道?其组成部分有哪些?

答:正槽溢洪道的溢流堰轴线和泄槽轴线正交,过堰流向与泄槽走向一致。由⑴进水段;⑵控制段;⑶泄槽;⑷消能段;⑸尾水渠等五部分组成。

5.3 引水渠与控制连接段常是何形状?引水渠有何要求?

答:引水渠与控制连接段常是:线形平顺、无突变的喇叭口形状。引水渠有何要求:⑴水流平顺、均匀;⑵水头损失小,增加泄水能力;⑶渠道不冲不淤;⑷减少开挖工程量。

5.4简述正槽溢洪道控制段的组成部分及溢流堰的形式,最常用何种堰型?

答:控制段的组成:⑴溢流堰:关键部位,控制了溢洪道的过水能力;⑵两侧连接建筑。溢流堰的形式:⑴按横断面形状及尺寸分为薄壁堰、宽顶堰、实用堰;⑵按平面布置的轮廓形状分为直线堰、折线堰、曲线堰、环形堰;⑶按堰轴线与来水方向相对关系分为正交堰、斜堰、侧堰。最常用的堰型是宽顶堰和实用堰。

5.5迷宫堰为折线型堰,是为了获得什么?

答:为了获得较长的溢流前沿。

5.6 正槽溢洪道泄槽的主要水力特征是什么?其平面布置尽量做成什么形式?纵剖面应为什么坡?

答:主要水力特征:①底坡陡,故为急流;②流速高,故会产生冲击波、水流掺气、空蚀、压力脉动等现象。平面上尽量采用直线、等宽、对称布置。泄槽纵坡必须大于临界坡度,且宜为单一坡度。

5.7 泄槽中产生冲击波的危害是什么?收缩段为何宜采用直线收缩?

答:冲击波的危害:①使水流沿横剖面分布不均匀,从而增加边墙高度;②冲击波的波动范围可延伸很远,给泄槽工作及出口消能带来不利影响。收缩段宜采用直线收缩,因其偏转角比弧线收缩的值小,从而冲击波高较小。

5.8 泄槽弯曲段设计的主要问题在于什么?有哪两类设计方法?

答:弯曲段设计的主要问题在于:(a)使断面内流量分布均匀;(b)消除或抑制冲击波。有施加侧向力法(渠道超高法、弯曲导流墙法)和干扰处理法(弯曲线区法、螺旋线过渡区、斜槛法)两种设计方法。

5.9 抗空蚀的主要措施有哪些?简述掺气装置的组成和类型。

答:抗空蚀的措施:掺气减蚀、优化体形、控制溢流面的平整度、采用抗空蚀材料掺气装置的组成:①掺气空间:低挑坎、跌坎等;②通气系统:为掺气空间补气。掺气空间的形式:①掺气槽式;②挑坎式;③跌坎式;④挑、跌联合式;⑤挑坎与掺气槽联合式;⑥跌坎与掺气槽联合式;⑦突扩式和分流墩式。

5.10 挑流消能中挑坎承受的主要荷载有哪些?

答:主要有水流离心力、水重、扬压力、脉动压力、混凝土自重等

5.11 简述侧槽溢洪道的布置特点和水流特点,其设计要求有哪些?

答:⑴布置特点:侧槽溢洪道由溢流坝、侧槽、泄水道、出口消能等组成。水流经溢流堰泄入与堰大致平行的侧槽后,于槽内再转向90°经泄槽或泄水隧洞流向下游(侧向进水、纵向泄流)。⑵水流特点:①侧槽内形成横向旋滚;②侧槽内流量沿程增加,旋滚沿程强度不断变化;③侧槽内水流紊动和撞击强烈,水面极不稳定。⑶设计要求:①泄流量沿侧槽均匀增加;②槽底应有一定的坡度。③水流应处于缓流状态。④侧槽中的水面高程要保证溢流坝为自由出流。

5.12 简述井式溢洪道的布置特点和水流特点。

答:⑴布置特点:由溢流喇叭口、渐变段、竖井、弯段、泄水隧洞、出口消能等组成。水流经溢流喇叭口溢流进入渐变段、竖井,最后泄水隧洞流向下游。

⑵水流特点:①超泄能力弱,水位升高到一定时候形成孔流;②易产生振动和空蚀;泄流量较小时,水流连续性遭到破坏,水流不稳。原理:利用大气压强产生的虹吸作用。组成:⑴断面变化的进口段;⑵虹吸管;⑶具有自动加速发生和停止虹吸作用的辅助设备;⑷泄槽及下游消能设施。

5.13 简述虹吸式溢洪道的原理和组成部分。

答:原理:利用大气压强产生的虹吸作用。组成:⑴断面变化的进口段;⑵虹吸管;⑶具有自动加速发生和停止虹吸作用的辅助设备;⑷泄槽及下游消能设施。

5.14 为何要设置非常溢洪道?

答:因为⑴设计洪水本身有一定限制,实际中有可能存在超过设计频率的洪水;⑵设计洪水调查资料经过处理后得到,历史上也许还有更大的洪水;⑶人类对生态环境的破坏,改变了流域汇流条件,洪水更集中,峰值更大。

6.1 详述水工隧洞的类型和功能。

答:主要类型:(1)按功能分:泄洪、引水输水、灌溉供水、放空排沙、施工导流等隧洞。

(2)按流态分:有压隧洞、无压隧洞。(3)按衬砌方式分:不衬砌隧洞,喷锚、混凝土衬砌或钢筋混凝土衬砌隧洞等。(4)按流速大小分:高速隧洞(>16m/s),低速隧洞(<16m/s)。主要功能:(1)泄洪:配合溢洪道宣泄洪水,有时也作为主要泄洪建筑物。(2)引水:引水发电、灌溉等,为供水和航运等输水。(3)排沙:排放水库泥沙,延长水库使用寿命,有利于电站等的正常运行。(4)放空水库:用于人防和检修水工建筑物。(5)施工导流:用于水利枢纽施工期导流。

6.2简述水工隧洞的水力特点。

答:一般表现为深泄水孔。具体为①泄水能力与水头的1/2成正比,超泄能力较表孔弱;②进口位置低,能预泄;③承受的水头较高,流速大,易引起空化、空蚀;④水流脉动会引起闸门等振动;⑤出口单宽流量大,能量集中会造成下游冲刷。

6.3简述水工隧洞的组成及其各部分的作用。

答:⑴进口段:用以控制水流,含拦污栅、进水喇叭口、闸门室、渐变段;⑵洞身段:用以输送水流;⑶出口段:用以连接消能设施,无压隧洞仅设门框,有压隧洞含渐变段和工作闸门室。

6.4 水工隧洞的洞线为何力求短直?

答:洞线在平面上应力求短直,目的在于可减少工程量、方便施工、减少水头损失。

6.5 有压隧洞和无压隧洞工作闸门布置位置有何不同?

答:无压洞常布置在进口,有压洞常布置在出口。

6.6 泄洪洞与导流洞合一布置常采用什么形式?泄洪洞与发电洞合一布置的形式有哪几种?

答:泄洪洞与导流洞合一布置常采用“龙抬头”式。泄洪洞与发电洞合一布置的形式有:①主洞(干洞)泄洪、支洞(岔洞)发电;②支洞(岔洞)泄洪、主洞(干洞)发电。

6.7 详述水工隧洞的进水口形式及其优缺点。

答:进水口形式主要有①竖井式;②塔式;③岸塔式;④斜坡式。

竖井式在进口附近开挖竖井,井底设闸门,井顶设启闭设备及操纵室;其优点是结构简单,不受风浪和冰的影响,抗震和稳定性好,地形条件适宜时,工程量较小;缺点是竖井开挖较困难,竖井前的洞段检修不便;适用条件是地质条件好,地形适宜。

塔式独立于隧洞首部而不依靠岩坡的封闭式塔或框架式塔,塔底设闸门,操纵室多设在塔顶,水平截面多为矩形;其优点是对取水用的封闭塔,可在不同高程设置取水口,取用上层温度较高的清水;缺点是受风浪、地震、冰的影响大,稳定性相对较差,需工作桥与库岸相连;适用于岸坡岩石较差,岸坡低缓,覆盖层较厚的情况。岸塔式是靠在开挖后洞脸岩坡上直立或倾斜的进水塔;其优点是稳定性比塔式好,施工、安装比较方便,无须接岸桥梁;缺点是受风浪、冰、地震有一定影响;适用于岸坡较陡、岩石比较坚固稳定的情况。斜坡式是在较为完整的岩坡上进行平整开挖、护砌而成的一种进水口,闸门和拦污栅的轨道直接安装在斜坡护砌上;其优点是结构简单,施工、安装方便,稳定性好,工程量小;缺点是因闸槽倾斜,闸门面积加大,关门时不易靠自重下降;适用于岩坡完整,地形适宜,斜坡的护砌上可直接安装轨道的情况。

6.8 简述水工隧洞进水口的组成部分和要求。

答:组成部分:①进水喇叭口;②闸门室;③通气孔;④平压管;⑤渐变段。要求:①体形与孔口水流的形态相适应,使水流平顺通过,不致脱壁;②避免产生不利的负压和空蚀破坏;

③减少局部水头损失,以提高泄流能力。

6.9 无压隧洞洞身断面形式主要有哪些?有压隧洞洞身断面为何常采用圆形?

答:无压隧洞洞身断面形式:⑴城门洞形(圆拱直墙形);⑵马蹄形;⑶圆形。有压隧洞洞身断面常采用圆形是因为圆形是最大水力断面,并且圆形水流条件和受力条件均有利。

6.10 简述有压隧洞和无压隧洞水力计算的内容和方法。

答:有压隧洞的计算内容:①泄流能力;②沿程压坡线。

无压隧洞的计算内容:①泄流能力;②洞内水面线;③高速时需研究掺气、冲击波、空蚀问题。计算方法:①泄流能力均按管流计算;②沿程压坡线或洞内水面线按能量方程分段推求。

6.11 简述隧洞衬砌的功用和类型。

答:衬砌的功用:①阻止围岩变形的发展,保证围岩稳定;②承受围岩压力、内水压力及其它荷载;③防止渗漏;④保护岩石免受水流、空气、温度、干湿变化等的冲蚀破坏作用;⑤减小隧洞的表面糙率等。衬砌的类型:①平整衬砌,主要是护面和抹平衬砌;②单层衬砌,整个洞身均采用一种措施衬砌;③组合式衬砌,内层和外层,顶拱和边墙等采用砼或钢筋砼、钢板、钢筋网喷浆等不同方法衬砌。

6.12 简述衬砌灌浆的类型、目的和先后。

答:衬砌灌浆的类型:①回填灌浆;②固结灌浆。回填灌浆的目的是为了充填衬砌与围岩之间的空隙,使之紧密结合,共同工作,改善传力条件和减少渗漏;固结灌浆的目的是加固围岩,提高围岩整体性,减小围岩压力,保证岩石的弹性抗力,减小渗漏。固结灌浆在回填灌浆7~14天后进行,并与回填灌浆孔错开布置。

6.13 水工隧洞的主要消能方式有哪几种?应用情况如何?

答:主要消能方式有:⑴挑流消能:应用最广,适用于出口高程高于或接近于下游水位,且地形、地质条件允许的情况;⑵底流消能:应用次广,适用于出口高程低于下游水位的情况;

⑶洞内突扩消能:新型消能方式,适用于洞内流速很高,可防止空蚀和泥沙磨损。

6.14 岩体初始应力主要由哪两部分组成?哪部分岩体属围岩?

体初始应力主要由自重应力和构造应力组成。洞室开挖后产生应力重分布的这部分岩体叫围岩

6.15 简述隧洞衬砌计算的方法和荷载,围岩压力有哪几种计算方法?

答:隧洞衬砌计算的主要方法:一类是将围岩与衬砌分开,按文克尔假定考虑围岩的弹性抗力,衬砌上承受各项有关荷载,然后按超静定结构解算衬砌内力;二类是将围岩与衬砌视为整体,主要是有限元法。隧洞衬砌计算的主要荷载:①围岩压力(山岩压力);②内水压力;

③外水压力;④衬砌自重;⑤灌浆压力;⑥温度荷载;⑦地震力。③围岩压力的计算方法:

①塌落拱法(松散介质理论);②围岩压力系数法;③弹塑性理论法。

6.16 何为围岩的弹性抗力?有压隧洞内水压力含哪两部分?

答:围岩的弹性抗力:当衬砌承受荷载向围岩方向变形时,将受到围岩的抵抗,这个被动的抵抗力叫围岩的弹性抗力。有压隧洞中的内水压力含均匀内水压力和非均匀无水头满水压力两部分。

6.17 有压隧洞衬砌为何要分段计算及设计?

答:因为:隧洞沿线的地质条件及计算参数常变化,内、外水压力同样也有变化,要使衬砌安全和经济,应根据变化情况将隧洞沿轴线分成若干段落,分段进行设计。

6.18 简述喷锚支护的定义和类型。

答:喷锚支护是喷混凝土、设置锚杆或联合使用喷混凝土与锚杆支护的总称。

类型主要有:①喷混凝土支护②锚杆支护③喷混凝土+锚杆支护④喷混凝土+锚杆+钢筋网支护。

7.1 详述水闸的分类。

答:⑴按承担的任务分:主要分为节制、进水、分洪、排水、挡潮、冲沙闸6种。①节制闸:拦河或建在渠首,用于拦洪、调节水位以满足上游引水或航运的需要,控制下泄流量,保证下游河道安全或根据需要调节放水流量。②进水闸:建在河道、水库或湖泊岸边,用来控制引水流量,以满足灌溉、发电或供水的需要,又称取水闸或渠首闸。③分洪闸:建于河道一侧,用来将超过现有安全的洪水量泄入分洪区或分洪道。④排水闸:建于江河沿岸,用于排除内河或低洼地区的渍水。具有双向挡水的作用,可引、挡外河水,也可排、挡内河水。⑤挡潮闸:建于入海河口,涨潮关闭以防海水倒灌;退潮开启泄水。具有双向挡水的特点。⑥冲沙闸:建在进水闸一侧、拦河闸并排等,用于排除闸前或坝前淤积的泥沙,延长水库等的使用寿命。

⑵按结构形式分:开敞式、胸墙式、涵洞式等①开敞式水闸:对有泄洪、过木、排冰或其他漂浮物要求的水闸,如节制闸、分洪闸等大多采用。②胸墙式水闸:一般用于上游水位变幅较大、水闸净宽又为低水位过闸流量所控制、在高水位时仍需用闸门控制流量的水闸,如进水闸、排水闸、挡潮闸等多用该形式。

③涵洞式水闸:多用于穿堤取水或排水。⑶按过流量大小分:大型(Q>1000m3/s)、中型

(Q=100~1000m3/s)、小型(Q<100m3/s)。

7.2 详述水闸的组成部分。

答:闸由闸室、上游连接段、下游连接段3部分组成。其中闸室为水闸的主体,含闸门、闸墩、边墩(岸墙)、底板、胸墙、工作桥、交通桥、启闭机等,闸门挡水及控流、闸墩分隔闸孔等、底板是基础并防渗、工作桥用于安装启闭机,交通桥用于过闸交通。上游连接段含两岸翼墙、两岸护坡、河床部分的铺盖及防冲墙、护底等,目的在于导流、防冲、防渗、护稳等。下游连接段含护坦、海漫、防冲槽、两岸翼墙、两岸护坡等,目的在于消能、导流、调流、减速、防冲等。

7.3 简述水闸设计的内容。

答:⑴闸址选择;⑵孔口形式和尺寸设计;⑶防渗、排水设计;⑷消能、防冲设计;⑸稳定性计算;⑹沉降校核和地基处理;⑺两岸连接建筑的型式和尺寸设计;⑻结构设计

7.4 简述宽顶堰和低实用堰的优缺点。

答:宽顶堰的优点:泄流能力稳定,结构简单,施工方便,有利于泄洪、冲沙、排污、排冰、通航;缺点:自由泄流时比实用堰流量系数小,易产生波状水跃。

低实用堰的的优点:自由出流流量系数大,水流条件较好,堰型适宜可消除波状水跃;缺点:出流受尾水影响明显,淹没出流流量系数低,施工复杂。

7.5 掌握堰流和孔口出流流量的计算公式。

7.6 简述水闸通常发生渗流的位置和危害。

答:通常发生渗流的位置:①闸基;②边墩背水一侧;③翼墙背水一侧。

渗流的危害:⑴降低闸室的抗滑稳定及边墩和翼墙的侧向稳定性;⑵可能引起闸基的渗透变形,甚至破坏;⑶损失水量;⑷使闸基的可溶性物质加速溶解。

7.7 何为地下轮廓线和防渗长度?

答:地下轮廓线:上游铺盖、板桩、底板等防渗设施与地基的接触线,为渗流的第一根流线。

防渗长度:地下轮廓线的长度。

7.8 水闸渗流计算常有哪几种方法?改进的阻力系数法的基本原理是什么?

答:主要有⑴流网法;⑵改进的阻力系数法;⑶直线法

改进的阻力系数法的基本原理:是以流体力学为基础的近似方法,它以板桩、底板、铺盖等交点或桩尖画等势线,将整个流区分为几个典型的流段,每个流段具有不同的阻力系数,水头损失按阻力系数进行分配,各流段的阻力损失之和便是上下游总水头差。

7.9 水闸排水一般布置在什么位置?

答:水闸排水一般铺设在护坦、浆砌石海漫及闸底板下面,起导渗作用。

7.10 简述过闸水流的特点及形成原因、危害。

答:过闸水流的特点:闸下易形成波状水跃和折冲水流。⑴波状水跃的形成原因:落差小时Fr偏低,在1.0

⑵折冲水流的形成原因:水流过闸后先收缩后扩散,如布置或运行操作不当,易出现折冲水流;危害:①左冲右撞淘刷河床和岸坡;②影响枢纽的正常运行。

7.11闸下底流消能时水跃的淹没度一般选择多少?为什么?

答:般选择1.05~1.10。因为淹没度过小,水跃不稳定,表面旋滚前后摆动,影响消能效果;淹没度过大,较高流速的水舌潜入底层,表面旋滚的剪切、掺混作用减弱而使消能效果反而减小,同时会影响泄流能力。

7.12 海漫的作用是什么?

答:⑴防冲:防止水流出消力池后的剩余能量对下游的冲刷;

⑵顺流:调整水流均匀扩散,使流速分布逐渐调整到天然状态。

7.13 简述水闸底板的类型。

答:⑴按过闸形式分:水平底板和低实用堰底板⑵按与闸墩的连接形式分:整体式底板和分离式底板⑶按结构形式分:实体底板和箱式底板。

7.14 水闸底板分缝有哪两类?水闸胸墙有哪两种形式?水闸胸墙的支承有哪两种形式?答:⑴水闸的两类分缝:①闸墩间分缝;②底板中间分缝

⑵水闸胸墙的两种形式:①板式,适用于跨度<5m的水闸;②梁板式,由墙板、底梁、顶梁组成,适用于跨度>5m的水闸。

⑶水闸胸墙的两种支承形式:①简支式支承,柔性连接,可避免闸墩附近出现裂缝,但截面尺寸较大,用于分离式底板;②固接式支承,刚性连接,闸室整体稳定好,但受温度和变形影响大,用于整体式底板。

7.15 简述闸室稳定验算的内容。

答:⑴基底压力验算:不发生明显的倾斜,最大、最小反力之比值<容许反力比值

⑵抗滑稳定验算:不致沿基面或深层滑动,滑动安全系数>容许安全系数

⑶整体稳定验算:平均基底压力<地基的容许承载力,容许塑性开展深度需限制

7.16何种闸基不需要沉降验算?需验算采用什么方法?

答:卵石、砾石、中砂、细砂地基可不进行沉降验算。需验算采用时常分层总和法。

7.17 简述水闸地基处理的措施。

答:处理措施主要有8种:⑴预压加固;⑵换土垫层;⑶桩基础;⑷沉井基础;⑸振冲砂石柱;⑹强夯法;⑺爆炸法;⑻高速旋喷法。

7.18 闸室底板的结构计算有哪几种方法?

答:⑴弹性地基梁法:适用于相对紧密度Dr>0.5的土基⑵地基反力直线分布法:适用于相对紧密度Dr≤0.5的非粘性土地基⑶倒置梁法:适用小型水闸

7.19 水闸与两岸的连接建筑的作用是什么?主要由哪些部分组成?

答:作用:①挡土护岸:挡住两侧填土,维持土坝及两岸稳定;②顺流匀流:上游翼墙引导水流平顺进闸,下游翼墙使出流均匀扩散,减少冲刷;③护底防冲:保护河床或土坡不受过闸水流冲刷;④防止渗透变形:控制通过闸身两侧的渗流,防止河岸或相连土坝的渗流变形;

⑤削弱岸坡影响:在软基上,设置独立岸墙可减少两岸沉降对闸身应力的影响。组成主要有:上游翼墙、下游翼墙、边墩(或边墩+岸墙),有时设防渗刺墙。

7.20 简述水闸上、下游翼墙的作用和形式。

答:上游翼墙的作用:①挡土;②引导水流平顺入闸室;③配合铺盖防渗;④保护两岸或土坝边坡不受过闸水流的冲刷。下游翼墙的作用:①挡土;②引导水流出闸后均匀扩散避免出现不利流态。

7.21 简述连接建筑物的稳定破坏形式和稳定计算内容。

答:稳定破坏形式:①滑动破坏:沿边墙底向前滑动;②浅层地基的剪切破坏:浅层地基某曲面剪应力过大;③深层地基的剪切破坏:墙身及墙后填图沿埋于深层的软弱土层滑动;④下沉破坏:地基反力分布不均引起墙身过分倾斜。

稳定计算内容:①抗倾覆稳定计算;②抗滑稳定计算;③地基深层滑动验算;④地基承载力验算。

7.22 简述水闸的其他类型。

答:⑴灌注桩水闸:采用钻机造孔,泥浆固壁,水下灌注混凝土做成的一种桩基形式的水闸。

⑵装配式水闸:底板采用现浇,其他结构采用多种形式的预制构件装配而成的水闸。⑶浮运水闸:将预制并装配成整体的闸室浮于水中,然后用船舶拖运到闸址进行装配的水闸,适用于挡槽闸。⑷橡胶水闸:以高强度合成纤维做胎(布)层,用合成橡胶粘合成袋,锚固在闸底板上,用水或气冲胀挡水的水闸。⑸水力自动翻板闸:利用水位高低水力作用点的变化自动启闭闸门的水闸。

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