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第七章水工隧洞与坝下涵管答案一、填空题1.塔式；斜坡；塔式2.有压隧洞；无压隧洞；无压隧洞；流态3.衬砌；围岩；传力；渗漏4.涵衣5.圆拱直墙形6.圆形7.进出口高程；水力计算8.出口；动水；静水9.泄洪洞；引水洞10.分级卧管式；塔式；斜拉闸门式11.截水环12.挑流消能；底流消能；榨缝式挑流坎消能；洞中突扩散消能二、单项选择题1.关于隧洞选线，不正确说法有（ B ）。
A、洞线要与岩层构造断裂向及主要软弱带走向有较大交角。
B、洞线应与最大水平地应力方向尽量垂直。
C、对有压隧洞，当考虑弹性抗力时，围岩的最小覆盖厚度不小于3倍洞径。
D、对低流速的隧洞，弯道曲率半径不应小于5倍洞径或洞宽。
2.工作闸门布置在（ D ）的为有压隧洞。
A、进口B、洞身C、中部 D、出口3.隧洞洞身的（ C ）为不受力衬砌。
A、喷锚衬砌B、预应力衬砌C、平整衬砌D、单层衬砌4.有压隧洞的出口断面面积应（ C ）洞身断面面积。
A、大于B、等于C、小于 D、无法确定5.水工隧洞的回填灌浆的目的是（ B ）。
A、加固围岩，提高围岩的整体性B、充填衬砌与围岩之间的空隙，使之结合紧密C、保证围岩的弹性抗力D、减小渗漏，减小外水压力6.弹性抗力的分布范围为（ B ）（考虑洞身的对称性）。
A、0～πB、π/4～πC、π/2～πD、3π/4～π三、判断题1.围岩地质条件比较均一的洞身段不设施工缝。
（×）2.无压隧洞由于内水压力较大，从水流及受力条件考虑，一般用圆形断面。
（×）3.隧洞中常需要临时性支护和永久性衬砌，以承受围岩压力。
（√）4.回填灌浆的目的是加固围岩，提高围岩的整体性，减小围岩压力，保证岩石的弹性抗力。
（×）5.当围岩厚度超过1.5倍开挖洞径时，才考虑弹性抗力。
（×）6.在均匀内水压力作用下，隧洞衬砌的外边缘应力是衬砌设计控制（×）7.当围岩完好，有压隧洞的洞径小于6米时，可只考虑内水压力。
水工压力隧洞与坝下涵管结构应力计算下载【实用版】目录一、引言二、水工压力隧洞与坝下涵管结构概述1.定义及作用2.结构类型及特点三、应力计算方法1.弹性应力计算2.塑性应力计算3.疲劳应力计算四、应力计算的注意事项1.计算模型的建立2.边界条件的设定3.应力集中的处理五、结论正文一、引言水工压力隧洞与坝下涵管结构是水利工程中常见的两种结构形式，它们在水利工程中起着至关重要的作用。
水工压力隧洞主要用于输送压力水流，而坝下涵管结构则主要用于坝下排水。
为了确保这两种结构的安全运行，对其进行应力计算是非常必要的。
本文将对水工压力隧洞与坝下涵管结构的应力计算进行探讨。
二、水工压力隧洞与坝下涵管结构概述1.定义及作用水工压力隧洞是指在水工建筑物内，用于输送压力水流的封闭式管道。
其主要作用是将高压水流从一处输送到另一处，以满足水工工程的需求。
而坝下涵管结构是指大坝底部设置的用于排水的管道，通常用于排放水库中的多余水量，以保证大坝的安全运行。
2.结构类型及特点水工压力隧洞与坝下涵管结构在结构类型和特点上有所不同。
水工压力隧洞通常采用圆形或矩形断面，其特点是承受压力高、水流速度快。
而坝下涵管结构一般采用圆形断面，特点是承受压力较低、水流速度相对较慢。
三、应力计算方法在水工压力隧洞与坝下涵管结构的应力计算中，通常采用以下三种方法：1.弹性应力计算弹性应力计算是基于材料弹性范围内的应力分布规律进行计算。
其主要包括应力分布规律、应力集中处理等内容。
弹性应力计算适用于结构在弹性范围内的应力分析。
2.塑性应力计算塑性应力计算是基于材料在塑性范围内的应力分布规律进行计算。
其主要包括屈服强度、塑性应变等参数的计算。
塑性应力计算适用于结构在塑性范围内的应力分析。
3.疲劳应力计算疲劳应力计算是基于材料在循环载荷作用下的疲劳寿命进行计算。
其主要包括疲劳极限、疲劳系数等参数的计算。
疲劳应力计算适用于结构在循环载荷作用下的应力分析。
四、应力计算的注意事项在水工压力隧洞与坝下涵管结构的应力计算过程中，需要注意以下几点：1.计算模型的建立计算模型的建立是应力计算的基础，需要根据实际工程结构建立合适的计算模型。
2坝下塑料涵管应用与设计2.1工程布置坝下塑料涵管也由进水口、管身和控制室三部分组成。
在我省已建的工程中控制室大部分设在坝体的下游坡面。
我们认为这种布置方式不利于坝体的安全性，根据水工建筑物“上止下排”的原则，控制室最好放于坝体的上游坡面。
从调查的情况看，控制室内大部分采用铸铁闸阀，大部分漏水问题，操作不便，其规格受到一定限制，价格也昂贵。
我们认为控制室最好采用铸铁闸门，由于铸铁闸门止水效果好，方便管理，其投资也只相当于铸铁闸阀价格的20%~30%，且规格不受限制。
现已有部分工程改用铸铁闸门。
2.2埋管方式及基槽的开挖管道埋设一般有上埋式和沟埋式两种形式。
由于塑料管是柔性管材，其本身的刚度难抵管上土的压力，采用沟埋式所产生的土拱效应有利于塑料涵管的结构受力，所以选用沟埋式最为合适。
坝下塑料涵管基槽的开挖，由马斯墩公式和斯潘格勒公式可知基槽越窄，管基支撑角越大，其计算的土压力和管变形量越小。
因此，为安全起见，其基槽尽可能窄，管基支撑角尽可能大。
2.3管路连接及塑料管穿墙止水硬质聚氯乙稀管大部分为RR型承插连接，利用配套的橡胶圈止水，止水效果好，其连接一般人工可完成。
塑料管与控制室混凝土墙的连接止水是关键技术，现在运行的工程此处止水效果都不好，我们能过多种方案比较，认为采用可动式穿墙防水技术为最佳。
此项技术可查阅有关水工书籍。
2.4回填要求基槽和地埋沟开后利用水准仪进行量测，符合要求后再下管填土，回填土的要求应符合施工设计要求，回填土每层应小于25cm，夯实后再回填，管周各部位的夯实程度要求可参照下图。
按道路路基要求的密实度。
坝下应用塑料管，其承受外压的能力是管材本身刚度和回填土反作用力的组合，回填土是限制管材变形的一个重要因素，随着回填土的反作用横量的不同，管材承受外压的能力也不同。
北京水科院在低压管道应用研究中试验证明:当管材变形相同时，其承受外压的能力随回填土密度的增大而显著提高;当外荷载相同时，管子的变形量随回填土密度增大而显著减小。
水工建筑物——坝下涵管
在土石坝枢纽中，当由于两岸地质条件或其他原因，不易开挖隧洞时，可以采用在土石坝下埋设涵管的方式来满足泄水、引水的需求。
一、坝下涵管的特点
与在山岩中开挖隧洞相比，坝下涵管不需要开山凿洞，结构简单、施工方便、工期较短、造价也低，因此在中、小型工程中使用较多。
同时，坝下涵管的进口通常在水下较深处，也是属于深式泄水或放水建筑物。
因此，其工作特点、工程布置、进出口的形式与构造等方面与水工隧洞均有相似之处。
但是，坝下涵管的管身埋设于土石坝坝下，穿坝而过，如设计施工不良或运用管理不当，极易影响土石坝的安全。
根据国内外土石坝失事资料的统计分析表明，坝下涵管的缺陷是引起土石坝失事的重要原因之一。
涵管的材料与土石坝的填土是两种性质差别较大的材料，如果两者结合不好，水库中的水就会沿管壁与填土之间接触面产生集中渗流，引起管外填土的渗透变形，特别当涵管由于坝基的不均匀沉陷或连接结构等方面原因，发生断裂、漏水时，后果更加严重，甚至导致坝体的失事。
因此在坝下涵管的设计、施工中必须采取适当的措施，做到管身与周围土体的紧密结合，加强管身的防渗处理，保证坝下涵管及坝体安全可靠运行。
对于高坝或多地震地区的坝，应尽量避免采用坝下涵管。
二、坝下涵管的位置选择
坝下涵管的线路选择及工程布置的一般原则为经济合理、安全可靠、运行方便。
在进行坝下涵管的位置选择时，主要应考虑以下几个方面的问题。
1.地质条件
应尽量将涵管设在岩基上。
如不可能时，对于坝高在10m以下的涵管也可设于压缩性小、均匀而密实的土基上，但必须有充分的技术论证。
涵管上部所受的外荷载沿管轴
线方向变化较大，将可能产生不均匀沉陷，而引起管身断裂，因此，必须避免将管身部分设于岩基上、部分设于土基上，以防止因地基的不均匀沉降而使得管身断裂。
不得将涵管直接建在坝体填土中。
在进出口的位置，要注意山坡地质的稳定性，防止山坡塌方堵塞涵管。
2.地形条件
涵管应布置在与进口高程相适应的位置，以免增加过多的挖方工程量。
涵管进口高程的确定，可根据运用要求、河流泥沙情况及施工导流等因素来考虑。
3.运用条件
涵管的布置要尽量从方便运用来考虑，引水灌溉的坝下涵管最好与灌区布置在同一岸侧，如两岸均有灌区，可在两岸各设一个涵管，以免修建过河交叉建筑物。
涵管不宜离溢洪道太近，以免泄水时相互干扰。
4.水流条件
涵管的轴线应为直线，且与坝轴线垂直，以使水流顺畅，并缩短管线，减小工程量，降低水头损失。
当为了适应地形、地质的变化，涵管必须转弯时，轴线应以光滑曲线连接，其转弯曲率半径应大于管径的5倍。
在进行涵管布置时，应综合考虑以上条件，并注意与其他建筑物之间的相互位置关系，拟定若干方案，经过经济技术比较后加以确定。
三、坝下涵管的进出口建筑物
1.进口建筑物
坝下涵管多见于小型水库，且涵管多用于引水灌溉，因此其进口建筑物最好选择分层取水的结构形式，以便在引水灌溉时引取水库表层温度较高的清水，有利于农作物的生长。
分级卧管式进口
（1）分级卧管式
此种进口形式广泛地应用于引水灌溉工程中，它是由斜卧在坝前岸坡上的进水卧管、卧管下部的消力井组成的（图7－33）。
在卧管上设有多级台阶，每个台阶上设圆孔进水口，孔径10～50cm，用木塞或平板门控制引水。
卧管应布设在坚实的地基或岩基上，坡度不宜太陡，坡度以1∶2.5～1∶3为宜，以免水流过急影响管身稳定，卧管上端应高于最高水位，并在顶端设通气孔，以保证管内的无压水流状态。
引水时，打开靠近水面的进水孔，使表层水进入卧管，并经底部的消力井消能后较平稳地转向，流入坝下涵管。
这种形式的进口建筑物结构简单、施工方便，由于卧管内的水流为无压流，对于小型工程，可以使用浆砌石块、条石来修建，可就地取材，降低造价。
同时，引取水库表层温度较高的水，对农作物生长有利。
但缺点是孔口较多，容易漏水，且闸门运用管理不便，对引水流量不易准确控制。
（2）塔式
这种进口形式与隧洞的塔式进口建筑物基本相同。
考虑到引水灌溉的要求，大多做成分层取水的封闭塔（图7－34）。
塔的位置可有三种布置方式，第一种是将塔布置在坝体内靠近坝顶附近，优点是塔身受风浪、冰冻的影响小，稳定性好，产生不均匀沉陷和断裂的可能性小，交通桥短。
但由于塔身位于坝体中部，如果塔身与涵管的结合处漏水，将会引起坝体的渗透变形，而且塔的上游侧涵管检修不便，塔的下游侧较短，可能会出现渗径不足。
另一种布置方式是将进水塔布置在上游坝脚处，其优缺点与上述布置恰恰相反。
还有一种布置方式是将塔设在前述两种位置之间，由于这种方式容易造成塔身与斜墙防渗体结合部的漏水，因此这种方式不适用于斜墙坝。
（3）斜拉闸门式
沿库区山坡或上游坝面布置斜坡，在斜坡上设置闸门运用的轨道，进水口在斜坡的底部（图7－35），启闭机安装在山坡平台上或坝顶。
这种布置方式的特点是构造简单、操作方便、造价低、启闭力小，但由于闸门是倾斜安置，不易利用自重来关闭闸门，检修困难。
对于多泥沙河流及水头较高时不宜采用。
塔式进口布置图（单位：m）
1—工作桥；2—通气孔；3—控制塔
4—爬梯；5—主闸门槽；6—检修门槽
7—截水环；8—伸缩缝；9—渐变段
10—拦污栅；11—黏土心墙；12—消力池
13—岩基；14—坝顶；15—马道
16—干砌石；17—浆砌石；18—黏土
斜拉闸门式
1—斜拉闸门；2—支柱；3—通气孔
4—拉杆；5—混凝土块体；6—截水环
7—涵管；8—消能井
2.出口建筑物
坝下涵管的出口建筑物包括渐变段及消能设施两部分。
渐变段的构造与隧洞相同，由于涵管的流量不大、水头较低，涵管出口的消能
方式往往为底流式水跃消能方式。
四、坝下涵管的管身形式及构造
1.坝下涵管的管身形式
坝下涵管也分为有压涵管与无压涵管两种类型。
从防止管身漏水以免影响土石坝安全来考虑，最好将涵管做成无压的。
管身断面通常有圆形、矩形及拱形等。
2.坝下涵管的构造
为了防止管身的不均匀沉陷，避免产生集中渗流，在管身一般均设有伸缩缝、管座、截水环、涵衣等设施。
（1）伸缩缝
为了适应地基沉降变形、管身伸缩变形及施工能力的要求，需在涵管的轴线方向分缝。
为了适应地基的变形，铺设在土基上的涵管需设沉降缝。
在良好的岩基上，虽然不均匀沉降的影响很小，但由于地基对管身的约束作用，也可能使管身在温度变化时产生横向裂缝，故需设温度伸缩缝，一般将温度伸缩缝与沉降缝统一考虑，称为温度沉降缝。
对于现浇混凝土管，缝的间距一般不大于3～4倍管径，且不大于15m，预制管的接头即为伸缩缝。
缝宽一般为1～3cm。
缝内必须做好止水。
（2）管座
管身应放在较坚实且稳定的地基上，为防止地基因受力不均而产生不均匀沉降导致管身断裂，一般不宜将管身直接布置于土基上，更不允许将管身置于坝体的填方上。
当地基比较软弱时，应将管身置于用浆砌块石和混凝土做成的刚性管座上，管座与管身接触面所形成的包角一般为90°～135°，当竖向荷载较大时，可采用180°包角。
管座的厚度一般为30～50cm。
在管座与管身的接触面上，涂以沥青或铺上沥青油毡垫层，可减小管座对管身的约束，避免因管身纵向变形而导致管身出现横向裂缝。
（3）截水环
为了防止沿管道外壁发生集中渗流，常在管壁外围设置截水环，以达到改变渗流方向，增加渗径，减小渗流的目的。
截水环的布置位置可根据坝型及上堵下排的防渗原则来定。
对于黏土心墙坝或黏土斜墙坝，常将涵管通过防渗体的局部加厚，在两者相交处设2～3道截水环。
对于均质坝，在上游侧及坝轴线位置设2～3道截水环，下游侧不必设。
截水环宜设在两伸缩缝之间，以减少截水环对管身纵向变形的约束作用。
（4）涵衣
工程实践经验表明，涵管与坝体的接触面是防渗的薄弱环节，为了更有效地防止集中渗流，通常在涵管周围1～2m的范围内，回填黏性土做防渗层，这个防渗层称为涵衣。
涵衣与砂性坝壳之间应设过渡层。
