水力学与桥涵水文1

水力学与桥涵水文《水力学与桥涵水文》复习资料（公式不能正常显示）第一章绪论一、学习要点：1.连续介质和理想液体的概念；2.液体的基本特征和主要物理性质，特别是液体的粘滞性和牛顿内摩擦定律及其应用条件；3.作用在液体上的两种力。

二、有关名词解释1、“连续介质”概念对于液体的宏观运动来说，可以把液体视为由无数质点组成、没有间隙的连续体，并认为液体的各物理量的变化也是连续的。

这种假设的连续体称为“连续介质”。

可用连续函数表达液体中各物理量的变化关系。

2、液体质点微观上充分大，宏观上充分小的液体微团，称为液体质点3、易流动性静止时，液体不能承受切力、抵抗剪切变形的特性4、粘滞性在运动状态下，液体所具有的抵抗剪切变形的能力5、液体内摩擦力剪切变形过程中，液体内部层流间出现成对的切力6、气化液体分子逸出液面向空间扩散的现象。

7、表面张力沿液面自由表面，液体分子引力所产生的张力三、主要知识点1、为什么要学水力学与桥涵水文？水力学不但是桥涵孔径、管道渠道设计的基本理论，也是水文资料收集与整理的理论依据，水文分析与计算的结果则是桥涵水力学理论计算必不可少的数据，水力水文计算结果是桥涵布设与结构设计的依据。

2、水力学的任务及应用（1）任务以水为模型研究液体的平衡与运动的规律，侧重于演绎推导及原理方法的应用。

（2）应用（作用）在交通土建、市政工程、水利、环境保护、机械制造、石油工业等方面都有广泛应用。

3、桥涵水文的作用依靠数理统计分析方法，分析实地调查勘测的河川水文资料，预示桥涵工程可能遭遇的未来水文情势，为桥涵设计提供设计依据。

4、连续介质假说（1753年欧拉）假说内容：即认为液体和气体充满一个空间时，分子间没有间隙，是一种连续介质，其物理性质和运动要素都是连续分布的。

5、理论分析方法的步骤①、对液体流动现象作物理描述，建立液体运动的力学模型。

②、以液体质点作对象，运用机械运动的普通规律建立液体运动的质量守恒、动量定律等微分方程。

《水力学与桥涵水文》作业参考答案一、填空题1.气体、液体和固体。

2.流动性(易变形的)、不易被压缩的、均匀各向同性3.液体汽化和凝结达到平衡时液面的压强，种类和温度4.表面张力5.重力、惯性力、粘滞力、压力、表面张力，质量力（重力、惯性力）和表面力（粘滞力、压力、表面张力）6.液体中由压强相等的各点所构成的面（可以是平面或曲面），静止液体，等压面就是等势面；等压面与质量力正交；自由表面7.液体的压缩性8.绝对压强p＇；相对压强p9.完全没有粘滞性10.静止11.粘滞性12.重力，容重，重度13.径流，地表径流，地下径流或基流，坡面径流，河川径流14.降水，入渗，径流，蒸发15.随机性、周期性、地区性16.数理统计法、成因分析法、地理综合法河流，河谷，基本河槽，洪水河槽，航线，河川径流17.河源、上游、中游、下游、河口18.河流长度、弯曲系数、横断面积及纵向比降19.峡谷性河段、稳定性河段、次稳定性河段、变迁性河段、游荡性河段、宽浅性河段、冲积漫流性20.雨源类、雨雪源类、雪源类21.水位22. 粒径，泥沙重度，水力粗度或沉速23. 河床演变，纵向变形和横向变形24. 洪峰流量、洪水总量、洪水过程25. 设计洪水；设计洪水总量；设计洪峰流量；设计洪水过程线26. 形态调查方法27. 河段踏勘、现场访问、形态断面及计算河段选择、野外测量28. 导流构造物、挑流构造物和底流调治构造物29. 河床自然演变冲刷、桥下断面一般冲刷、墩台局部冲刷二、 问答题1. 解：水力学是水利水电工程专业重要的技术基础课，它的任务是研究以水为代表的液体的平衡和机械运动的规律，并依据这些规律来解决工程中的实际问题，为今后学习专业课程和从事专业技术工作打下良好的基础。

2. 解：a) 牛顿内摩擦定律的内容叙述如下：当液体内部的液层之间存在相对运动时，相邻液层间的内摩擦力F 的大小与流速梯度dydu 和接触面面积A 成正比，与液体的性质（即粘滞性）有关，而与接触面上的压力无关。

水力学与桥涵水文课后习题答案第一章习题1.1 解：水温为30度时水的密度)/(79.9953m kg =ρ质量)(9957.0001.0*7.995kg v M ===ρ重力N Mg G 75786.98.9*9957.0===1.2 解：密度)/(135905.0/67953m kg v M ===ρ重度)/(1331828.9*135903m kN g ===ργ1.3 解：4℃时水的密度为1000(3/m kg )100℃时水的密度为958.4(3/m kg )假定1000kg 的水)(11000/1000)4(3m v ==)(0434.14.958/1000)100(3m v ==则体积增加百分比为%34.4%100*110434.1=-=∆v1.4 解：压缩系数)/(10*102.5)98000*198000*5(5001.0210N m dp v dv-=---=-=β 弹性系数)/(10*96.1129m N K ==β1.5 解：运动粘滞系数为动力粘滞系数与密度的比值)/(71.93m kN =γ)*(10*599.03s Pa -=μ610*605.01000*71.98.9*000599.0*-=====γμγμρμυgg)/(2s m1-8 解：剪切力不是均匀分布rdr dA π2=，δϖrdy du=dr r r r dr r dT δμϖπδϖπμ32**2*==δπμϖδπμϖδπμϖ320242244203d d r dr r T d===⎰积分后得δπμϖ324d T =1.9 解：cm D 12=，cm d 96.11=，cm l 14=，s Pa *172.0=μ，s m v /1=接触面面积2220526.010*14*10*96.11*1415.3)2(2m l d A ===--π 作用力N y v A dy dv A F 2.4510*2/)96.1112(1*172.0*0526.02=-===-μμ第二章习题 2-2 解：玻璃管的自由表面为等压面，液体的质量力包括重力、一个虚构的方向向左的惯性力，所以单位质量力的三个分量为：g Z Y a X -==-=,0,，带入液体平衡微分方程有：)(gdz adx dp --=ρ 积分得：C gz ax p +--=)(ρ当0,30==z x 时0p p =，当00,5p p x z ===时，从而有g a 530=，得2/63.16/8.9s m a ==2-3 解：1-1面为等压面，并且大气相通，相对压强为0，有00=+h p γ 所以得)(54.48.95.44m h == 水下0.3m 处相对压强)(56.418.9*3.05.443.00KPa p p -=+-=+=γ绝对压强)(44.569856.41KPa p p p a =+-=+='真空度)(24.4)(56.4144.5698m KPa p P p a v ==-='-=测压管水头)(54.48.956.413.0m pz -=-+-=+γ 2-4 解：2点与大气连通，相对压强02=p0*)(2211==-+p h h p γ，所以KPa h h p 606.48.9*)68.015.1(*)(211-=--=--=γ3322*)(p h h p =-+γ，所以KPa h h p 352.28.9*)44.068.0(*)(0323=-=-+=γ3点和4点压强相等，所以有KPa p p 352.234==2-8 解：设水的作用力为1P ，作用点距C 点的斜长为1e设油的作用力为2P ，作用点距B 点的斜长为2e根据已知条件有：KN h P 62.432*8*211*32***21111===γKN h h h P 107.411*34*))**(*(212211112=++=γγγ 385.032*31311===AC e 943.0)2*8.91*81*82*8.91*8*1*8*2(34*31)2(*23*3122211112211112=++++=++++=h h h h h h h e γγγγγγ合力KN P P P 727.45107.4162.421=+=+=21,P P 对B 点求距之和与合力P 对B 点求距相等，因而有e P e P e hP **)60sin (*22121=++︒得)(12.1m e =算法二：压强分布图分三部分，两个三角形，一个矩形)(62.432*1*8*211*60sin *211111KN h h P ==︒=γ385.032*3160sin 3111==︒=h e)(632.2234*2*8.9*211*60sin *212222KN h h P ==︒=γ77.034*3160sin 3122==︒=h e)(475.18232*1*81*60sin *2113KN hh P ==︒=γ155.1342160sin 2123==︒=h e)(727.45475.18632.2262.4321KN P P P P =++=++=Pe e P e P h e P =++︒+3322211)60sin (得)(12.1m e =2-9解：设左边静水总压力为1P ，作用点距水闸底距离（斜长）为1e ，右边静水总压力为2P ，作用点距水闸底距离（斜长）为2e ，)(72.2722*8.9*2*211KN p ==，)(94.022*311m e ==)(49.226.0*8.9*6.0*212KN p ==，)(28.026.0*312m e ==由题意知，当1p ，2p 对o 点力矩相等时，闸门将会自动打开，所以有)(*)(*2211e x p e x p -=- 则，)(008.149.272.2728.0*49.294.0*72.27**212211m p p e p e p x =--=--=2-10解：此题只可采用解析法求解面积)(785.01*1415.3*4141222m D A ===π)(09.23785.0*3*8.9KN A h P c ===γ049.05.0*1415.3*414144===r Ic π464.323323===hyc518.05.0785.0*464.3049.0)(=+=+-+=+-=r yc ycA Icyc r y y oD c DP 和F 对o 点力矩相等时，F 即为所求oD P D F **21=所以)(9.232*09.23*518.02**KN P oD F ===2-11解：)(78410*4*2*8.9*111KN A h P x c x ===γ（方向向右）)(19610*2*1*8.9**222KN A h P x c x ===γ（方向向左）所以)(588196784KN P x =-=（方向向右）)(92310*2**43*8.92KN V P z ===πγ（方向向上）（V 为43圆柱）所以)(10949235882222KN P P P z x =+=+=角度︒==5.57arctan Px Pzα2-12解：由题意画压力体图得知压力体为一个圆柱减一个半球（作用力方向向上） )(8.71)1*34*213*1*1415.3(*8.9)**34*21(*8.93232KN r H r V P =-=-==ππγ2-132-14(a)(b)(c)(d)第三章习题内容简单回顾：水力学三大方程1.连续方程：总流各断面所通过的流量是相同的，（对理想液体和实际液体的各种流动状态都适用）表达式为：21Q Q =，或者2211A v A v =2.能量方程：ϖαγαγh gv p z gv p z +++=++222222221111γpz +表示过水断面上单位重量液体具有的势能；gv 22α表示过水断面上单位重量液体具有的平均动能； ϖh 表示在1、2两过水断面之间单位重量液体的平均水头损失。

水力学模拟试题及答案（一）1、选择题：（每小题2分）（1）在水力学中，单位质量力是指（）a、单位面积液体受到的质量力；b、单位体积液体受到的质量力；c、单位质量液体受到的质量力；d、单位重量液体受到的质量力。

答案：c（2）在平衡液体中，质量力与等压面（）a、重合；b、平行c、相交；d、正交。

答案：d（3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为a、1 kN/m2b、2 kN/m2c、5 kN/m2d、10 kN/m2答案：b（4）水力学中的一维流动是指（）a、恒定流动；b、均匀流动；c、层流运动；d、运动要素只与一个坐标有关的流动。

答案：d（5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（）a、8；b、4；c、2；d、1。

答案：b（6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于a、层流区；b、紊流光滑区；c、紊流过渡粗糙区；d、紊流粗糙区答案： c（7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。

已知水击波速c=1000m/s，水击压强水头H = 250m，则管道中原来的流速v0为a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m答案：c（8）在明渠中不可以发生的流动是（）a、恒定均匀流；b、恒定非均匀流；c、非恒定均匀流；d、非恒定非均匀流。

答案：c（9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。

a、均匀缓流；b、均匀急流；c、非均匀缓流；d、非均匀急流。

答案：b（10）底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q =1.5m3/s，已知渠中某处水深h = 0.4m，则该处水流的流态为a、缓流；b、急流；c、临界流；答案：b（11）闸孔出流的流量Q与闸前水头的H（）成正比。

a、1次方b、2次方c、3/2次方d、1/2次方答案：d（12）渗流研究的对象是（）的运动规律。

a、重力水；b、毛细水；c、气态水；d、薄膜水。

答案：a（13）测量水槽中某点水流流速的仪器有a、文丘里计b、毕托管c、测压管d、薄壁堰答案：b（14）按重力相似准则设计的水力学模型，长度比尺λL=100，模型中水深为0.1米，则原型中对应点水深为和流量比尺为a、1米，λQ =1000；b、10米，λQ =100；c、1米，λQ =100000；d、10米，λQ=100000。

第一章 绪论1、水力学的研究方法：理论分析、实验验证与补充，并利用现代化电子技术快速求解。

2、实验方法：原型观测、模型试验。

3、液体的主要物理性质：①质量和密度 ②重量和重度 ③易流动性与粘滞性 ④压缩性 ⑤气化特性和表面张力。

理想液体：没有粘滞性的液体（0=μ）。

实际液体：存在粘滞性的液体（0≠μ）。

牛顿液体：τ与y u /d d 呈过原点的正比例关系的液体。

非牛顿液体：与牛顿内摩擦定律不相符的液体。

4、作用在液体上的力：即作用在隔离体上的外力。

按物理性质区分：粘性力、重力、惯性力、弹性力、表面张力。

按力的作用特点区分：质量力和表面力两类。

质量力：作用在液体每一质点上，其大小与受作用液体质量成正比例的力。

表面力：作用于液体隔离体表面上的力。

第二章 水静力学1、静水压强特性：①垂直指向作用面 ②同一点处，静水压强各项等值。

2、静水压强分布的微分方程：)Zd d d (d z y Y x X p ++=ρ，它表明静水压强分布取决于液体所受的单位质量力。

3、等压面：液体压强相等各点所构成的曲面。

等压面概念的应用应注意，它必须是相连通的同种液体。

4、重力作用下水静力学基本方程C pz =+γ5、压强的单位可有三种表示方法：①用单位面积上的力表示：应力单位Pa ，kN/m 2 ②用液柱高度表示：m （液柱），如p=98kN/m 2，则有p/γ=98/9.8=10m （水柱） ③用工程大气压Pa 的倍数表示：kPa 981=a p6、①绝对压强)(abs p ：以绝对真空作起算零点的压强（是液体的实际压强，≥0）h p p γ+=0abs②相对压强)(γp ：以工程大气压a p 作起算零点的压强，a 0a abs )(p h p p p p -+=-=γγ ③真空：绝对压强小于大气压强时的水力现象。

真空值)(v p ：大气压强与绝对压强的差值。

7、帕斯卡原理：在静止液体中任一点压强的增减，必将引起其他各点压强的等值增减。

水力学与桥涵水文1.液体质点完全充满空间而没有任何空隙存在，其物理性质和运动要素在空间和时间上都是连续的，即连续介质，我们称之为连续介质假定。

2.在分析水力学问题是，为了简化期间，有时不考虑液体粘滞性的影响，这种假想无粘滞性的液体称为理想液体，而具有粘滞性的液体则称为实际液体。

分析理想液体所获得的研究成果作为进一步探究实际液体运动规律的手段，我们将这种处理方法称之为理想液体假定。

此假定与连续介质假定、不可压缩液体假定统称为水力学三大假定。

3.液体总是与周围介质相接触，其中液体和气体的交换面，称之为自由面。

凡通过这种接触面而起作用的力，称之为表面力。

作用于每个液体质点并通过液体的质量而起作用的力，称为质量力。

4.静水压强有两个特性：一是它的方向和作用面的内法线方向一致；二是任意一点上各个方向的静水压强的大小都相等。

5.液体中压强相等的各点组成的面叫做等压面。

静止液体的自由表面，就可以看做是一个水平的等压面、6.以设想的不存在任何气体的绝对真空状态但作为计算零点的压强称为绝对压强。

以当地大气压作为计算零点的压强称为相对压强。

7.静水压强基本方程z+p/γ=C的能量意义表明：在静止液体中，单位重力液体势能是守恒的。

同时，位能与压能之间可以相互转化，位置水头大些，压强水头就小些，位能小些，压能就大些。

其水力学意义为：各点测压管水头的连线为测压管水头线，z+p/γ=C表明静止液体中各点测压管水头相等，测压管水头线为水平线。

8.当流场中的所有流线是相互平行的直线时，该流动称为均匀流。

若流场中的流线不是相互平行的直线，这样的流动称为非均匀流。

当流场中的流线虽然不是相互平行的直线，但几乎近似于平行的直线流动，称为渐变流。

若水流的流线之间夹角很大或流线弯曲较大，这种水流称为急变流。

9.能量方程的应用条件：①均质不可压缩液体的恒定流；②作用在液体上的质量力只有重力；③建立在能量关系的两个过水断面，必须符合均匀流或渐变流条件，但在所取得两个过水断面之间，允许存在急变流；④在所取的两个过水断面之间，总流的流量保持不变（没有分流或汇流情况）；在两个过水断面之间除水头损失以外，没有其他机械能输入或输出。

《水力学与桥涵水文》复习资料第一章绪论二、有关名词解释1、“连续介质”概念对于液体的宏观运动来说，可以把液体视为由无数质点组成、没有间隙的连续体，并认为液体的各物理量的变化也是连续的。

这种假设的连续体称为“连续介质”。

可用连续函数表达液体中各物理量的变化关系。

2、液体质点微观上充分大，宏观上充分小的液体微团，称为液体质点3、易流动性静止时，液体不能承受切力、抵抗剪切变形的特性4、粘滞性在运动状态下，液体所具有的抵抗剪切变形的能力5、液体内摩擦力剪切变形过程中，液体内部层流间出现成对的切力6、气化液体分子逸出液面向空间扩散的现象。

7、表面张力沿液面自由表面，液体分子引力所产生的张力三、主要知识点1、为什么要学水力学与桥涵水文？水力学不但是桥涵孔径、管道渠道设计的基本理论，也是水文资料收集与整理的理论依据，水文分析与计算的结果则是桥涵水力学理论计算必不可少的数据，水力水文计算结果是桥涵布设与结构设计的依据。

2、水力学的任务及应用（1）任务以水为模型研究液体的平衡与运动的规律，侧重于演绎推导及原理方法的应用。

（2）应用（作用）在交通土建、市政工程、水利、环境保护、机械制造、石油工业等方面都有广泛应用。

3、桥涵水文的作用依靠数理统计分析方法，分析实地调查勘测的河川水文资料，预示桥涵工程可能遭遇的未来水文情势，为桥涵设计提供设计依据。

4、连续介质假说（1753年欧拉）假说内容：即认为液体和气体充满一个空间时，分子间没有间隙，是一种连续介质，其物理性质和运动要素都是连续分布的。

5、理论分析方法的步骤①、对液体流动现象作物理描述，建立液体运动的力学模型。

②、以液体质点作对象，运用机械运动的普通规律建立液体运动的质量守恒、动量定律等微分方程。

③、求解，确定液体质点各水力要素（如压强、流速等）的空间分布。

6、实验方法（常用的有）①、原型观测——实际工程建筑物②、模型试验——按一定比例缩小或放大建筑物7、水密度变化情况及工程处理措施①、在标准大气压下，t=4ºC 时水的密度最大，ρ=1000kg/m 3;t=0ºC ～30ºC, 密度只减小0.4%，但当t=80ºC ～100ºC ，密度减少达2.8%～4%；（不同温度下水的物理性质表现见表1-1 P4）[工程处理措施]：在温差较大的热水循环系统中应设膨胀接头或膨胀水箱以防管道或容器被水胀裂。

水力学与桥涵水文试卷及答案水力学与桥涵水文《水力学与桥涵水文》课程试卷（一）一、填空题（每题2分，共20分）1、径流形成过程一般可分为降雨、流域蓄渗和坡面漫流、河槽集流四个阶段。

2、河流的基本特征一般可用河流断面、河流长度、和河流比降来表示。

3、表征河床稳定性的指标可分为横向稳定性系数和纵向稳定性系数、综合稳定性系数三类。

4、泥沙按其在河流中的运动形式可分为悬移质、推移质、床沙三部分。

5、水文现象的共同特点是随机性、周期性、地区性。

6、河流水量补给可分为雪源类、雨源类、雨雪源类。

7、建桥后河床冲刷由自然演变冲刷、桥下断面一般冲刷、墩台局部冲刷三部分组成。

8、洪水三要素是指洪峰流量、洪水总量、洪水过程。

9、根据涵洞出水口是否被下游淹没，可把涵洞的水流图式分为自由式出流和淹没式出流两类。

10、大中桥水力计算的三大基本容是桥长、桥面最低标高、基础最小埋置深度。

二、名词解释（每题4分，共20分）1 临界底坡：以全渠的临界水深作均匀流动时相应的底坡称为临界底坡。

2 造床流量：为了便于对河床演变进行研究，用一个与多年流量过程的综合造床作用相当的流量作为代表流量。

3、桥孔净长：桥孔长度扣除全部桥墩宽度后的长度成为桥孔净长。

4、抽样误差：用样本代表总体确定参数时必定存在一定误差，这个误差称为抽样误差。

5、重现期：洪水频率的倒数，即某一变量在若干年后再次出现的时距。

三、问答题（1、3、4、5、6每题7分，2题5分，共40分）1、桥位设计的基本原则有哪些？答：1、以地区发展为第一要素；2、处理好道路与桥梁的关系；3、跨河构造物的布设应保障天然河水的顺利宣泄并顺应预计河道的自然演变；4、保证跨河构造物对车辆安全稳定的服务态势；5、最佳的综合技术经济指标；6、尽量选用与自然环境协调美观的桥型。

2、河床演变的主要影响因素有哪些？答：1、流量大小及变化；2、河段来沙量及来沙组成；3、河段比降；4、河床地质情况；5、河床形态3、平原区桥涵布设要点是什么？答：1、在弯曲河段上，高水位可能会产生截弯取直的地方，路堤最易被冲成缺口，宜在主槽上集中设置桥梁，采取一河一桥布置；2、在游荡性河段上布设桥梁，应采取必要的导流措施，使主槽的摆动有所约束，从而归于趋槽；3、在分汊河段上修建桥梁，河道上具有两个以上的主槽，一般均宜在各主槽上分别建桥，尽量少改变水流的天然状态。

水力学与桥涵水文课程标准一、课程基本信息二、课程的性质、目的和任务1.课程性质《水力学与桥涵水文》课是道路与桥梁工程技术、试验检测技术、测量、市政、养护等专业的专业基础课,是道桥各专业职业核心课程之一，在教学过程中，引入国家及交通行业的规程、规范与标准，根据生产一线对公路桥梁及轨道交通等岗位人才的要求，通过学习，教会学生使用常规试验仪器，完成水力学与桥涵水文方面的数据分析整理的工作任务。

该课程在《工程力学》、《工程地质与土质》、工程测量等课程之后开设，其后续课程为《桥梁工程技术》、《公路施工技术》、《结构设计原理》、《公路工程检测技术》等。

2.目的和任务开设本课程是使学生能遵循和运用《公路桥涵设计通用规范》、《公路圬工桥涵设计规范》、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》、《公路桥涵地基与基础设计规范》、公路桥涵施工技术规范(JTJ041—2000)等规范，利用力学等知识解决工程实际中的设计流量的大小，设计流速的大小，桥涵孔径大小的设计、桥涵长度的设计以及桥面标高和基础埋置深度的设计等问题，确定桥梁长度及高度这些桥梁的下部结构，为后续的桥梁上部结构及桥型等奠定基础。

为对接企业生产一线职业岗位打下基础，同时培养学生养成良好的职业素质和分析问题、解决问题的能力。

三、课程教学的基本要求四、课程的教学重点和难点、学时分配教学重点：静水力学的静水总压力计算；动水力学中利用能量方程和连续性方程解题；明渠均匀流的梯形断面尺寸的计算；水文桥位设计流量的计算；频率曲线的适线。

教学难点：恒定流的能量方程理解和运用；非均匀流的水面曲线的定性分析与定量计算；理论频率曲线与经验频率曲线适线课程学时分配一览表五、相关课程的衔接开设此门课程之前，学生应完成《道路工程制图》、《工程地质与土质》、《道路建筑材料》、《工程力学》等课程，《桥梁工程》、《公路设计》课程应在其后开设。

六、实验教学七、其它课程的考核与评价。

考核方式为理论考核+过程考核。