思考题汇总答案第二版

水工建筑物2011年考试试题

01、简述水利工程的特点。

工作条件复杂，受自然条件约束，施工难度大，效益大，对环境影响也大，失事后果严重。工程量大，投资多，工期长……

02、常见的水工建筑物有哪几类？各自的功用是什么？

挡水建筑物（拦截江河），泄水建筑物（宣泄多余水量），输水建筑物(满足灌溉)，取水建筑物，整治建筑物（导流堤，护岸，护底）（改善河流条件），专门建筑物（水闸，船闸，升船机）

03、水利枢纽和水工建筑物为什么要分等分级？分等分级的依据及结果是什么？

从社会经济全局的利益出发，重视工程安全，将之与经济性合理地统一考虑。

永久建筑物（主要建筑物，次要建筑物）五等，临时建筑物（围堰，导流建筑物）三等

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

04、说出至少8个水工建筑物失事的原因。

地基渗漏，边墩渗漏。地基丧失稳定性。洪水漫顶，泄洪能力不足。坝体集中渗漏。侵蚀性水或穴居动物。地震。温度裂缝，收缩性裂缝。水库蓄水，放空控制不当。冻融作用。运用不当。波浪……

05、水工建筑物的承载能力极限状态有哪些表现形式？

失去刚体平衡

超过材料强度而破坏

结构或构件丧失弹性稳定

结构转变为机动体系

土石结构或地基，围岩产生渗流失稳

06、分项系数极限状态设计法中作用分项系数、材料性能分项系数的确定有何不同？

作用分项系数：考虑作用对其标准值的不利变异

材料性能分项系数：考虑材料性能对其标准值的不利变异

07、重力坝的结构特点和工作特点是什么？

结构特点：设计方法简单，安全可靠。各部分独立工作，结构作用明确，稳定性好，耐久性好，抵抗洪水漫顶，渗流，地震，战争破坏能力强。

工作特点：

优点：

结构作用明确，设计方便简单，安全可靠

对地形，地质条件适应性强

枢纽泄洪问题容易解决

便于施工导流

施工方便

缺点：

坝体剖面尺寸大，材料用量多

坝体应力较低，材料强度不能充分发挥 坝体与地基接触面大，相应坝底扬压力大，对稳定性不利

坝体体积大，施工工期混凝土的水化热和硬化收缩，产生不利的温度应力和收缩应力

08、为什么说重力坝的材料强度不能充分发挥？

只是利用了砼和块石的重量性质，来使大坝稳定，没有充分利用材料的抗压强度。真正利用材料强度的是双曲薄拱坝，充分利用了材料的抗压强度。

09、要使重力坝安全工作，必须保证哪些主要条件？

第一 要满足抗滑稳定

第二 坝踵应力不出现拉应力，而且最大应力应不大于规定的值

第三 剖面设计合理

第四 地基处理恰当

第五 泄水结构设计合理

10、重力坝的主要荷载有哪些？

自重，静水压力，扬压力，动水压力，波浪压力，泥沙压力，冰压力，土压力，温度作用，风作用，地震作用

11、扬压力的特性如何？为什么说对重力坝的稳定总是不利的？

包括上浮力和渗流压力。上浮力由包体下游水深产生的浮托力，渗流压力是在上下游水位差作用下，水流通过基岩节理，裂缝产生的向上静水压力。因为对于任意选择计算的截面，扬压力都是垂直该截面的，而重力来保持稳定，扬压力作用方向与重力方向刚好相反，所以扬压力对重力坝的稳定总是不利的。

12、设置灌浆帷幕和排水幕为什么能降低坝底扬压力？

帷幕灌浆可以降低坝底的渗流压力，防止产生管涌。

排水帷幕可以将坝底水排除，进一步减少扬压力。

13、什么是荷载组合？设计重力坝时须考虑哪些组合情况？

设计时，需按照实际情况，考虑不同荷载组合，按其出现几率，给予不公安全系数。

基本组合：坝体上固定设备的自重。正常蓄水位或设计洪水位时扬压力。相应于正常蓄水位或设计洪水位时扬压力。泥沙压力。相应于正常蓄水位或者设计洪水位时浪压力。冰压力。土压力。相应于设计洪水位时动水压力。其他出现几率较多荷载

特殊荷载：校核洪水位时的静水压力。相应于校核洪水位时的扬压力。……浪压力。……动水压力。地震作用。其他出现几率很小的荷载。

14、重力坝失稳破坏型式是什么？岩基上的重力坝应该校核哪些断面的抗滑稳定性？

滑动：坝体沿抗剪能力不足的薄弱而产生滑动。

倾复：抗倾力矩小于倾复力矩.下游地基差易出现.

沿坝基面的抗滑稳定分析，深层抗滑稳定分析，岸坡坝段抗滑稳定分析。

15、重力坝稳定分析有哪几种方法？它们的主要区别在哪里？你认为那一种更合理？

模型试验法，材料力学法，特性理论的解析法，特性理论的差分法，特性理论的有限单元法。多用材料力学法和有限单元法。

16、从哪些方面可以推导出提高重力坝稳定性的措施？常见的措施有哪些？

利用水重，采用有利开挖轮廓线，设置齿墙，抽水措施，加固地基，横缝灌浆，预加应力措施。

17、重力坝应力分析的目的是什么？目前应力分析有哪些方法？

目的：是为了检验大坝在施工期和运行期是否满足强度要求，同时也为了解决，研究设计和施工中的一些问题

方法：模型试验法，材料力学法，弹性理论分析法，弹性理论差分法，弹性理论的有限元法。

18、重力坝应力分析材料力学方法的基本假定是什么？

坝体混凝土为均指，连续，各向同性的弹性材料

视坝段为固结于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体影响，各段独立工作，横缝不传力

假定坝体水平界面上正应力按直线分布，不考虑廊道等对坝体影响。

19、你能推导出边缘应力的计算公式吗？为什么上游坝面越缓出现拉应力的可能性越大？

应力与上游坝面的坡率成负相关，故上游坝面越缓出现拉应力的可能性越大。P56

20、应力分析中，考虑了扬压力（假定全截面直线变化）后，截面上的应力如何变化？

不考虑扬压力时

21、都有哪些因素会影响重力坝的应力分布状态？如何影响？

地基变形模量，坝体混凝土分区，纵缝，分期施工，温度变化，施工过程。

22、用最简单的话语概括重力坝应力控制标准。

坝基面正应力在运用期最大铅直正应力应小于坝基容许应力，最小铅直应力应大于零；在施工期，下游坝面允许有不大于0.1Mpa的拉应力。坝体应力在运用期计入扬压力时压应力要大于0，不计入扬压力时大于0.25倍该点静水头产生的应力，在坝体下游最大主应力，不得大于混凝土的允许压应力；施工期坝体内主压应力不得大于混凝土的容许压应力，在坝体的下游面可以有不大于0.2Mpa的主拉应力。

23、纵缝和分期施工对坝体应力影响如何？

纵缝：上游面铅直时，没有影响。上游面为正坡时，坝踵合成铅直正应力减小，甚至产生拉应力。上游面为倒坡时，坝踵铅直压应力增加，对坝体强度有利。

分期施工：考虑分期施工算出的最终应力，呈折线分布，在坝踵出产生了拉应力。

24、非溢流坝的基本剖面尺寸受哪些条件决定？实用剖面如何拟定？

满足稳定和强度要求，保证大坝安全。工程量小。运用方便。便于施工。

实用剖面坝顶高程计算得到，上下游坡率，坝顶宽度根据工程经验选取，最终计算出坝底宽度。

25、重力坝坝顶高程是否总由校核洪水情况控制？

否，坝顶高程应高于设计洪水位加一高差和校核洪水位加一高差两者的大值。高差由1%波浪高度和波浪中心线高于静水位高度和安全超高计算而来。 26、帷幕灌浆和固结灌浆在功用、灌浆孔布置、灌浆压力、灌入深度等施工方面的区别是什么？

固结灌浆：提高基岩的整体性和强度，灌浆孔位于大坝坝踵和坝趾附近，以及节理裂隙和破碎带范围内，深度5---8M压力为0.2---0.4MPA 有盖重为0.4---0.7MPA

帷幕灌浆：降低坝体渗流压力，防止产生管涌。靠近上游坝轴线附近，自河床向两岸延伸。其深度需根据水头，基岩的工程地质，水文地质确定。

27、断层破碎带的处理措施有哪些？

倾角较陡：采用开挖回填混凝土措施，混凝土塞

对走向近于河流流向的，埋藏较浅的挖除，埋藏深的应在顶面做混凝土塞，开挖斜井和平洞，回填混凝土

28、坝身和坝基排水的目的是什么？如何布置？

坝基排水：进一步降低坝底面扬压力。防身帷幕后设排水孔。排水孔幕与防身帷幕下游面的距离，在坝基面处不小于2M。排水孔幕一般略向下游倾斜，间距3M孔径150--200MM，不宜过小。

坝体排水：减小渗水对坝体的不利影响。上游设置排水管幕，至上游距离不超过水深的1/10且不小于2M间距3M 内径15---25cm 不宜过小。渗水由排水管进入廊道，汇入集水井，经由排水管自流或用水泵排向下游。

29、重力坝横缝和纵缝有哪些区别？

横缝：垂直坝轴线，用于将坝体分成若干个独立坝段。作用是：减小温度应力，适应地基不均匀变形和满足施工要求。（永久性，临时性横缝）

纵缝：适应混凝土浇筑能力和减少施工期的温度应力，常在平行坝轴线方向设纵缝，待其温度接近稳定温度后再进行接缝灌浆、（铅直纵缝，斜缝，错缝）

30、重力坝的各个部位对混凝土性能的要求有何不同？

外层混凝土需考虑强度和抗冻，低热问题

水中外层混凝土考虑强度，抗渗，抗腐蚀，低热，抗冻

中部混凝土不考虑腐蚀，冲刷

溢流部分考虑冲刷等……

31、重力坝内设置的廊道系统有哪些功用？

满足灌浆，排水，观测，检查，交通等需求

32、坝顶溢流式和大孔口溢流式各有什么特点？

大孔口：上部设胸墙，堰顶高程较低。可根据洪水预报提前放水，加大蓄洪库容，提高调洪能力。

溢流式：可宣泄洪水，排除冰凌等漂浮物。设计简单，管理方便。

33、有闸门和无闸门的溢流坝各有哪些优缺点？

不设闸门：泄洪时，库水位壅高，淹没损失加大，非溢流坝坝顶高程加高，结构简单，管理方便。

设闸门：闸门略高于正常蓄水位，堰顶高程较低，可调节水库水位和下泄流量，减少上游淹没损失和非溢流坝工程量。

34、泄流单宽流量的选择应考虑哪些因素？

地质条件，下游河道水深，枢纽布置，消能工设计

35、如何进行溢流坝剖面设计？ 有较高的流量系数，泄流能力大

水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏

体形简单，造价低，便于施工。

基本剖面也呈三角形，剖面与其相邻的非溢流重力坝的基本剖面相适应，上游坝面一般设计成铅直的，尽量与非溢流坝上游坝面相一致。溢流面由顶部曲线，中间直线段和底部反弧段组成。

36、高速水流会给建筑物带来哪些问题？这些问题如何影响重力坝安全运行？

空化和空蚀：使溢流面不平整

掺气：溢流坝水流底掺气可以减免空蚀，射流在空气中扩散掺气和射流在水垫中掺气，可消耗大部分多余能量，有利于效能防冲。

水流脉动：增大作用在建筑物上的瞬时荷载，脉动压力变化有一定的周期性，增加空蚀破坏的可能性。

冲击波：水体形成反射，冲击波作用点不固定，边墙总体需加高，对两侧边墙影响大。

37、溢流坝常用的消能方式有哪些？各自的优缺点如何？

底流消能，挑流消能，面流消能和消力戽。

底流消能：流态稳定，消能效果好，反弧段挑坎最简单，工程量小，下游河床软不适用，岩基河床易用。

挑流消能：结构简单，施工维修方便，但下游冲刷严重，堆积物多。尾水波动和雾化都较大

面流消能：水流不平稳，影响电站运行和下游航运，冲刷两岸。

消力戽：戽内的旋滚可以消耗大量能量，因高速水流在表面，不需要做护坦，但水面波动较大，其缺点与挑流效能巩固相同。

38、挑流设计主要参数有哪些？

选择鼻坎的型式，确定鼻坎的高程，反弧半径，挑角，挑距，下游冲刷坑的深度。

39、深式泄水孔的作用有哪些？有几种型式？各种型式的闸门如何布置？

作用：宣泄部分洪水。预泄洪水，增大水库调度能力。放空水库以便检修。排放泥沙，减少水库淤积。随时向下游放水，满足航运，灌溉。施工导流。