10水工实习作业(答案)

1.水利枢纽及水工建筑物为什么要分等分级？分等分级的主要依据是什么？答：①分等分级关系到工程自身的安全，涉及到下游人民的生命财产，对工程效益的正常发挥、工程造价、和建设速度有直接影响，是设计中遵循自然规律和经济规律的依据。

②依据工程规模、效益以及在国民经济中的重要性来划分等级，依据所属工程的等别及其在工程中的作用和重要性分析确定。

2.在天然河流的弯曲河段设计引水设施时，进水口选择在河流的哪一岸更合理，为什么？答：①选择在河流的凹侧更合理。

②进水口应满足下列基本要求（1）要有足够的进水能力。

在任何工作水位下，进水口都应保证按照负荷要求所需的流量。

因此，在枢纽总体布局时，必须合理安排进水口的未知和高程；选用足够的过水断面尺寸；防止产生稀奇漩涡；一般按水电站的最大引用流量Qmax设计。

（2）水质要符合要求。

不允许有害泥沙进入引水道和水轮机，因此进水口要设置拦污、拦沙、沉沙、防冰及冲沙、排水设施。

（3）水头损失要小（4）可控制流量（5）满足对水工建筑物的一般要求。

进水口要有足够的强度、刚度和稳定性，并且结构简单，施工方便，造型美观，便于运行、检修和维护等。

3.溢流坝堰面曲线设计中，什么叫定型设计水头，如何确定？答：堰顶水头应以控制堰上游H处的水位作为计算标准。

当溢流堰面临水库而无引水渠时，可用水库水位计算堰顶水头；当引水渠较长时，则必须考虑到水渠的水头损失由引水的水面线确定H值。

选择适宜的堰面定型设计水头H，对控制堰的泄洪量和工程的安全有着很大的意义。

由于溢洪道上的堰多为低堰，下游水深相对较大，选用娇小的定型设计水头，高水位时一般不会发生过大的负压，有利于宣泄较大的洪水。

部分研究认为当堰顶水头H=1.4H时，堰面负压不致产生有害的影响，所以H一般采用堰顶最大水头的0.6~0.75倍。

规范规定低堰的定型设计水头H一般取为堰顶最大水头的65%~85%4.当输水渠道需要穿越山冈、山谷、道路或天然河流时，常用的跨越（交叉）建筑物有哪些？答：1、交叉建筑物当渠道穿越山岗、河流、山谷、道路、低洼地带或与其它渠道相遇时，必须修建交叉建筑物。

常用的交叉建筑物包括隧洞、渡槽、倒虹吸管、涵洞等。

（1）隧洞这是渠道穿越山岗的建筑物。

为降低糙率，一般过水部分用浆砌石衬砌。

（2）渡槽这是渠道跨越河流、山谷、道路或其它渠道的高架输水建筑物，在结构上基本与桥梁相似。

渡槽可分为槽身和支承两部分。

上图是一座钢筋混凝土单拱式渡槽。

（3）倒虹吸管这是广泛采用的一种交叉建筑物。

倒虹吸管的铺设方式，按用途可分以下两类：1）穿越式倒虹吸管从河流、渠道或公路下面穿过，一般水头不大，主要荷载是管上部的土压力。

倒虹吸管由三部分组成：进口、管身和出口。

2）横跨式倒虹吸管当河道或山谷比较宽阔，位置较低时采用。

下图是横跨河谷裸露的倒虹吸管。

这种形式一般是水头高、流量大。

管道转弯处应设镇墩，以保持管道稳定。

（4）涵洞构造比较简单，是应用最广泛的一种交叉建筑物。

大型涵洞多用混凝土或钢筋混凝土制造，亦可用预制涵管。

因用途、工作特点及建筑材料的不同，涵洞通常具有下列各种断面形式：圆形涵洞多用于压力涵洞，水力条件和静力工作条件都比较好。

箱形涵洞多为四面封闭的钢筋混凝土结构，静力工作条件较好，适应地基不均匀沉陷性能强，适用于无压或低压的涵洞。

盖板式涵洞为矩形或正方形断面，由两侧边墙、底板和盖板组成。

侧墙及底板多用浆砌石或混凝土做成，盖板多为钢筋混凝土结构，简支在侧墙上。

其底板结构有分离式和整体式两种。

前者适用于地基较好，跨度小于2～3m的情况；后者适用于地基较差，跨度较大的情况。

拱形涵洞由拱圈、侧墙（拱座）及底板组成。

因受力条件较好，适用于填土高度及跨度大的隧洞。

常用的拱圈有平拱和半圆拱。

平拱拱圈受力条件好，需要材料较少，但拱脚产生较大的水平推力，要求侧墙较厚。

半圆拱的水平推力小，但拱圈受力条件不如平拱优越5.马道有些什么功用及布置要求，土石坝可否不设置马道？答：在土石坝坝坡上每隔一定高度设置平台。

水利上说的马道是指深坑基础开挖、围堰中的运输道路、或平台，在马道一边会设置排水沟进行排水。

马道边的排水沟就是用来排围堰的滤水。

马道的作用是截取雨水，防止坝坡冲刷；同时也兼做交通、坝体维修、观测；还有利于坝坡稳定。

马坡多见于较高边坡和施工过程中垂直面上，其功能主要有保证边坡稳定、保证施工期交通主要是人员和小型设备的交通。

马道体形一般比较规则（直线或者圆弧等）而且不宽。

马道的宽度一般只有1~2m,3~4m的就已经算是比较宽的了。

6.分别列出水库的五种特征水位及相应库容？（可以画图）答：（1）正常蓄水位与兴利库容（2）死水位与死库容（3）防洪高水位与防洪库容（4）设计洪水位与拦洪库容（5）校核洪水位与调洪库容7.溢流重力坝有哪些消能方式，各适用于什么情况？答：溢流重力坝使用的消能方式有：底流消能、挑流消能、面流消能等底流消能是指借助于一定的工程措施控制水跃位置，通过水跃发生的表面旋滚和强烈紊动来消除余能。

在坝址下游设置一定长度的混凝土护坦，过坝水流在忽地坦上发生水跃，形成旋滚，使水流的能量通过掺气、水分子的相互撞击、摩擦而有一定程度的消耗，以减少或防止下游发生严重冲刷。

挑流消能利用泄水建筑物出口部分的挑流鼻坎，将下泄的急流抛向空中，然后落入离建筑物较远的河床与下游水流相衔接的消能方式。

能耗大体分三部分：急流沿固体边界的摩擦消能；射流在空中与空气摩擦、掺气、扩散效能；射流落入下游尾水中淹没紊动扩散消能。

挑流消能通过鼻坎可在挑流范围内有效地控制射流落入下游河床的位置、范围级流量分布，对尾水变幅适应性强，结构简单，施工、维修方便。

但其下游冲刷较为严重，堆积物较多，尾水波动与雾化都比较大。

挑流消能应用较广，适于中、高水头，大、中、小流量的各类建筑物。

面流消能利用泄水建筑物末端的跌坎或戽斗，将下泄急流的主流挑至水面，通过主流在表面扩散及底部旋滚和表面旋滚以消除余能的消能方式。

面流消能分跌坎面流消能和戽斗面流消能两类。

戽斗面流消能适用于中、低水头，下游尾水较深，水位变幅不大及河岸稳定、抗冲能力强的情况。

8.重力坝为何要进行材料分区，对各区混凝土性能有何要求？答：重力坝各种部位的工作条件不同，对混凝土的要求也不同，为了节约和合理的使用水泥，对高、中坝常对坝体不同部位按其工作条件和主要进行材料分区，I区要采用抗冻混凝土；II区要采用抗冻、抗渗、抗腐蚀的混凝土；III对抗渗、高强度同时对地热，抗腐蚀有一定的要求；IV区对强度和地热要求高；V多采用地热、低强度混凝土；VI区抗冲刷、磨蚀的混凝土。

9.拱坝的传力方式如何？为什么说坝肩稳定是拱坝稳定的根本保证？答：拱具有双向传力的功能，拱坝荷载可一部分通过拱的作用传向两岸的岩体，借用山体抗力承担荷载，另一部分通过竖直悬臂梁传给坝底基岩。

由于拱坝大部分荷载主要通过拱的作用传递给拱短岩体，故拱坝挡水后的稳定性主要表现为坝尖岩体是否稳定。

10.坝身泄水孔中，为何要设平压管和通气孔，作用如何？答：检修闸门开启时，往往上游侧承受较大的水库压力而下游则无水，造成启门力很大。

为了减小其启动门，通常在坝内设置平压管，平压管的作用是将水库引至检修闸门下游侧泄水孔内，以平衡前部分水压力，其进口与库水连通，控制阀门设于坝体廊道内。

有压泄水孔内的通气孔设于检修闸门之后，用于检修期间关闭检修闸门放水时向孔内补齐；而检修完毕，关闭工作闸门后，向二道闸门间泄水孔充气时排气。

11.土石坝对砂砾石地基有哪些处理措施？答：土石坝对砂砾石地处理的主要措施有：①垂直防渗措施②水平防渗措施和③下游排水设施垂直防渗设施。

垂直防渗设施包括黏性土截水槽、混凝土防渗墙和灌浆帷幕等。

a 黏性土截水槽。

当坝基砂砾石层深度不大时,可开挖深槽直达不透水层或基岩, 槽内回填黏性土,与坝内防渗体连成整体,称之为截水槽。

它结构简单、工作可靠、防渗效果好、应用较广,适用于砂砾石层深度在 15m 以内,最大深度一般不超过 20m。

截水槽底宽根据回填土的容许渗透坡降及施工条件而定。

为防止截水墙与基岩间可能出现的集中渗流,常在基岩上设置混凝土齿墙或垫座,必要时还需要进行灌浆。

b 混凝土防渗墙。

当坝基砂砾石层较深时,采用混凝土防渗墙是经济而又有效的防渗措施。

施工时用冲击钻分段在土层中造成圆孔或槽形孔,以泥浆固壁,然后在槽孔内浇筑混凝土,最后连成整体,形成混凝土防渗墙。

墙底嵌入弱风化基石,深度不少于 0.5~1.0m,墙顶插入防渗体内的深度 1/10 坝高。

墙厚一般为0.6~1.3m, 多采用 0.8m 左右。

混凝土防渗墙一般适用砂砾石层深度在 80m 以内的情况。

c 灌浆帷幕。

当砂砾石层深度很大时,可采用灌浆的方法进行防渗处理。

也可在土层采用黏土截水槽或混凝土防渗墙,下部采用灌浆帷幕。

砂砾石地基是否适合于灌浆,取决于它的可灌性,其可灌性可根据砂砾料的性质和级配,用可灌比和渗透系数来判别。

根据反滤原理,一般认为 M<5 时,可灌性很小;M=5~10 时,可灌性差;M>10 时,可灌水泥黏土浆;M>15 时,可灌水泥浆。

渗透系数 K>40m/d,可灌水泥黏土浆;K>80m/d 时,可灌水泥浆。

当可灌性不好时,可考虑采用化学灌浆。

砂砾层的帷幕灌浆大多采用水泥黏土浆,它不仅耗费水泥量少,比较经济,而且还有浆液性能好、不易深沉、防渗效果好等优点。

帷幕的厚度按容许坡降确定,而帷幕厚度 T=H/J(H 为最大设计水头,J 为帷幕容许坡降),对于水泥黏土浆,帷幕的渗透坡降可采用 3~4。

水平防渗铺盖。

防渗铺盖是一种水平防渗设备,可由斜墙、心墙等防渗体或均质坝体向上游水平延伸而成。

其结构简单,防渗可靠,造价较低廉。

铺盖通常采用黏性土料铺筑,也可以采用土工膜作铺盖,铺盖不能完全截断渗流,但能增加渗径,可将坝基渗透坡降和渗流量控制在容许范围内。

当河床透水层很厚时,采用垂直防渗设施有困难时,可以考虑采用铺盖防渗,有时还可以利用天然透水地基中的 1 层不透水层作铺盖。

如果地基是渗透性很大的砾石层或渗透稳定性很差的粉细砂,不宜采用铺盖。

铺盖的渗透系数应小于 1×10-5cm/s,并至少比地基渗透系数小 100 倍,铺盖长度应根据地基特性和防渗需要由计算确定,一般为 4~6 倍水头,铺盖厚度由土料的容许渗透坡降而定,由上游端向下游端逐渐加厚。

上游端最小厚度可以取 0.5~1.0m,铺盖顶面要有保护层,以防蓄水发生干裂及运用期间的波浪作用和水流冲刷而导致破坏排水减压等措施。

一般而言,当坝下游表层土较薄时,可开挖排水沟深入到下部透水层、排水沟底和边坡设反滤层;当表层土较厚或深部有强透水层时,设排水减压井比较有效,有时也可采取减压井加盖的方法。

盖一般采用透水料,盖重与被保护土之间应设反滤层。