水工建筑物必考知識點精華版

1、溢流重力壩：既要滿足穩(wěn)定和強度要求，又要滿足水利條件要求?？卓诔叽纾缌餮咝螒B(tài)，以及效能方式溢流壩的溢流面組成部分，各部分的形態(tài)的確定為滿足泄水的要求，其實用剖面是將壩體下游斜面修改成溢流面溢流壩面由頂部曲線段、中間直線段、下游反弧段組成頂部曲線段的形狀對泄流能力和流態(tài)有很大的影響。對于壩頂溢流式孔口，工程中常采用WES曲線下部反射弧要求沿程壓力分布均勻，不產生負壓和不致引起有害的脈動，通常采用圓弧曲線，反射半徑R=（6~10）h，h為校核洪水位閘門全開時反弧處的水深。中間直線段與頂部曲線段和下部反弧段相切，其坡度由重力壩基本剖面決定溢流壩實用剖面是將溢流面曲線與壩體基本剖面擬合修改而成。2、重力壩抗滑穩(wěn)定分析f2w-u）抗剪強度公式：Ks=——Zp一ZW—作用于滑動面以上的力在鉛直方向投影的代數和ZP—作用于滑動面以上的力在水平方向投影的代數和U——作用在滑動面上的揚壓力；（1分）f——滑動面上的抗剪摩擦系數；（1分）K----按抗剪強度公式計算的抗滑穩(wěn)定安全系數fr^Zw-U）+CA抗剪斷公式：K'= s PKs'——抗滑穩(wěn)定安全系數；（1分）Zw——滑動面以上的總鉛直力；（1分）ZP——滑動面以上的總水平力；（1分）U——作用在滑動面上的揚壓力；（1分）f——抗剪斷摩擦系數；（1分）c'——抗剪斷凝聚力。（1分）提高抗滑穩(wěn)定性的工程措施：將壩的迎水面做成傾斜或折坡行，利用壩面上的水重來增加壩體的抗滑穩(wěn)定;將壩基面開挖成傾向上游的斜面，借以增加抗滑力提高穩(wěn)定性；利用地形地質特點，在壩踵或壩趾設置深入基巖的齒墻，用以增加抗力提高穩(wěn)定性；采用有效的防滲排水或抽水措施，降低揚壓力；利用預加應力提高抗滑穩(wěn)定性3、 拱效應：心墻壩由于心墻設在壩體中部，施工時就要求心墻與壩體大體同步上升，因而兩者相互干擾大，影響施工進度。又由于心墻料與壩殼料的固結速度不同，心墻內易產生拱效應而形成裂縫。斜墻的抗震性能和適應不均勻沉陷的能力不如心墻4、 經濟中心角：中心角愈大，拱圈厚度愈小，說明中心角愈大，材料強度可得到充分利用，對應力有利;反之，拱圈中心角減小，半徑愈大，拱作用減弱，要求加大拱圈厚度。加大中心角使拱圈弧長增加，在一定程度上會抵消一部分由減小拱厚所節(jié)省的工程量。從經濟和應力角度考慮，采用較大中心角有利但拱端軸力方向將向順巖坡等高線方向偏轉，對壩肩穩(wěn)定不利。T=2pl/（2c-p）sing，2"=133.24,此此為經濟中心角。4、 單曲拱壩：只在水平截面上呈拱形，而懸臂梁斷面不彎曲或曲率很小的拱壩稱其為單曲拱壩。在接近矩形或較寬的梯形斷面河谷，由于河谷寬度從上到下相差不大，各高程拱圈中心角都比較接近。雙曲拱壩：在水平和鉛直截面內都呈拱形。在V形河谷或其他上寬下窄的河谷中，水平拱圈的半徑從上到下逐漸減小。使各層拱圈中心角大致相等，并在鉛直向設計成一定曲率，形成變半徑等中心角雙曲拱壩。5、 水工隧洞的進口形式有哪些？各自的優(yōu)缺點和適用場合如何？深孔進口有豎井式、塔式、岸塔式、斜坡式、組合式等豎井式進口適用于河岸巖石堅固、豎井開挖不致坍塌的情況。優(yōu)點是結構簡單，不受水庫風浪和結冰的影響，抗震及穩(wěn)定性好，當地形地質條件適宜時造價也不高，缺點是豎井前的一段隧洞檢修不便塔式進口，進口處岸坡覆蓋層較厚或巖石破碎。封閉式塔可在任何水庫水位下檢修閘門，還可在不同高程設進水口以適應庫水位變化，運行可靠但造價較貴?？蚣苁剿Y構較輕，造價較省，但只有在低水位時才能檢修。塔身受風浪、結冰、地震的影響較大，穩(wěn)定性相對較差岸塔式進口，進口處巖石堅固，可開挖成近于直立的陡坡時適用此種形式。其優(yōu)點是穩(wěn)定性較塔式好，造價也較經濟斜坡式進口，優(yōu)點是結構簡單，施工方便，穩(wěn)定性好，造價也低；缺點是斜坡過緩則閘門面積要加大，關門不易靠自重下降，可能要另加關門力。一般用于中小型工程或進口只設檢修閘門。6、 不同地基上的水閘，地下輪廓線的布置有什么不同？為什么？答案：（1）.粘性土閘基地下輪廓線的布置：主要考慮如何降低閘底滲透壓力，以提高閘室的穩(wěn)定性。為此，在閘室上游設施水平防滲，而將排水設施布置在閘底板下游段或消力池底板下。一般不用板樁，以免破壞天然土的結構，造成集中滲流。（3分）（2）.砂性土閘基地下輪廓線的布置：以防止?jié)B透變形和減小滲漏為主。對砂層很厚的地基，如為粗砂或砂礫，可采用鋪蓋與懸掛式板樁相結合，而將排水設施布置在消力池下面；如為細砂，可在鋪蓋上游端增設短板樁，以增加滲徑，減小滲透坡降。當砂層較薄，且下面有不透水層時，最好采用齒墻或板樁切斷砂層，并在消力池下設排水。對于粉砂地基，為了防止液化，大多采用封閉式布置，將閘基四周用板樁封閉起來。（4分）（3）.特殊地基的地下輪廓線布置：當弱透水地基內有承壓水或透水層時，為了消減承壓水對閘室穩(wěn)定的不利影響，可在消力池底面設置深入該承壓水或透水層的排水減壓井。（3分）7、 溫度荷載對拱壩的應力和壩肩巖體的穩(wěn)定有何影響？答案：封拱后，拱壩形成整體，當壩體溫度高于封拱溫度時，即溫度升高，拱圈伸長并向上游位移，由此產生的彎矩、剪力的方向與庫水位產生的相反，但軸力方向相同。（4分）當壩體溫度低于封拱溫度時，即溫度降低，拱圈收縮并向下游位移，由此產生的彎矩、剪力的方向與庫水位產生的相同，但軸力方向相反。因此一般情況下，溫降對壩體應力不利，溫升對壩肩穩(wěn)定不利。（4分）8、 純拱法：純拱法將拱壩視為由一系列各自獨立，互不影響的水平拱圈所組成。它們承擔作用在拱壩上的全部荷載，并將每層拱圈均簡化為結構力學中的彈性固端拱進行計算。通常沿壩高取5~7個單位高度的水平拱圈，分別進行應力計算。拱圈所受的主要荷載是均勻徑向水壓力和溫度荷載。9、 拱冠梁法：基本原理：按照拱冠部位的中央懸臂梁和若干水平拱在交點處徑向變位一致的原則進行拱梁荷載分配。求得各層拱圈和拱冠梁各自承擔的荷載后，拱圈用純拱法計算拱圈各截面的應力，拱冠梁按懸臂梁結構計算應力。溫度荷載引起的拱圈變形由拱圈單獨承擔，但該變形能影響水平荷載的分配壩體自重對荷載分配的影響與施工方法有關，對于分塊澆筑的混凝土拱壩，由于封拱前各壩段在自重作用下的變形和應力業(yè)巳形成，壩體自重由梁單獨承擔，不影響水平荷載。對于分塊澆筑的混凝土拱壩，壩體自重由梁單獨承擔，且不影響水平荷載；對整體砌筑的漿砌石拱壩或邊澆筑邊封拱的混凝土拱壩，由梁單獨承擔，但能通過拱冠梁各斷面在其作用下所產生的徑向位移來影響水平荷載分配10、 驗算拱座穩(wěn)定拱座巖體可能滑動面的勘查分析：滑動體的上游邊界，可能滑動面的位置1，具有單獨的陡傾角結構面F1和緩傾角結構面F2組合成滑移體2,具有成組的陡傾角和成組的緩傾角結構面組合成滑移體3,易產生滑動的節(jié)理走向及傾角分析方法的選用：數值計算法，包括剛體極限平衡法和有限元法；模型試驗法，包括線彈性結構應力模型試驗和地質力學模型試驗定值安全系數法分析拱座穩(wěn)定性：平面分層穩(wěn)定，整體穩(wěn)定計算分項系數極限狀態(tài)法分析拱座穩(wěn)定性改善拱座穩(wěn)定性的措施：1，加強地基處理，對不利節(jié)理等進行沖洗和固結灌漿，提高抗剪強度2，加強壩肩巖體的灌漿和排水措施，減少巖體的滲透壓力3,將拱端向岸壁深挖嵌進，以擴大下游的抗滑巖體，也可避免不利的滑裂面4,改善拱圈設計5,局部擴大拱端或設置推力墩11、 簡述土石壩滲流分析的目的和內容。（10分）答案：土石壩滲流分析的內容：①確定浸潤線的位置；②確定滲流的主要參數一一滲流流速與坡降；③確定滲流量。（4分）土石壩滲流分析的目的：①對初選的壩的形狀與尺寸進行檢驗，確定滲流作用力，為核算壩坡穩(wěn)定提供依據；②進行壩體防滲布置與土料配置，根據壩體內部的滲流參數和滲流逸出坡降，檢驗土體的滲流穩(wěn)定，防止發(fā)生管涌與流土，在此基礎上確定壩體及壩基中防滲體的尺寸與排水設施的容量和尺寸；③確定通過壩和河岸的滲流水量損失并設計排水系統(tǒng)的容量。土石壩發(fā)生滲透變形形式和防止?jié)B透變形的工程措施：滲透變形的類型有管涌、流土、接觸沖刷、剝離和化學管涌。防止?jié)B透變形的工程措施有以下幾種：（1）設置防滲設施；（2）設置排水溝或減壓井；（3）設置反濾層。12、 簡述土石壩的組成及各組成部分的作用。（10分）答案：土石壩由壩身、防滲體、排水體和護坡等四部分組成。（2分）壩身主要用來保持壩體的穩(wěn)定，壩殼料應具有比較高的強度。下游壩殼的水下部分以及上游壩殼的水位變動區(qū)則要求具有良好的排水性能。（2分）防滲體的作用控制壩內浸潤線的位置，并保持穩(wěn)定滲流，這部分的土體比壩殼其他部分更不透水。排水體的作用是控制和引導滲流，降低浸潤線，加速孔隙水壓力消散，以增強壩的穩(wěn)定，并保護下游免遭凍脹破壞。（2分）上游護坡為了防止風浪淘刷、順坡水流沖刷、冬季結冰和庫區(qū)漂浮物對上游坡面的破壞，下游護坡為了避免雨水沖刷，保護下游尾水部位的壩坡免受風浪、冰層和水流的作用以及動物、凍脹干裂等因素的破壞。13、 河岸溢洪道泄槽：泄槽把過堰水流送往下游，槽底縱坡常取大于臨界底坡的陡坡。泄槽的縱剖面布置：縱剖面布置通常要求盡量適應地形、地質條件，以減少開挖和襯砌工程量，并注意有較好的水流條件。常為陡坡，水流為急流，避免水躍，不必一坡到底，可變坡，變坡處應以平滑曲線連接。泄槽的平面布置：優(yōu)先選用直線等寬布置，使流態(tài)平順。泄槽的襯砌構造：目的是防止沖刷，保護巖石不受風化，避免高速水流鉆入基巖裂隙以致掀起巖石。土基上常采用混凝土或鋼筋混凝土襯砌泄槽的邊墻和槽底。14、 水工隧洞的回填灌漿：為了充填襯砌與圍巖之間的縫隙，改善襯砌結構傳力條件和減少滲漏，常進行襯砌的回填灌漿。在襯砌施工時頂拱部分預留灌漿管，待襯砌完成后，通過預埋管進行灌漿。回填灌漿的范圍一般在頂拱中心角90。~120.以內，孔距和排拒一般2~6米，灌漿壓力為2~3個大氣壓。1、 （1）簡述有壓隧洞和無壓隧洞斷面型式和斷面尺寸如何確定？（10分）答案：（1）洞身斷面形式取決于水流流態(tài)、地質條件、施工條件及運行要求等。（2分）（2） 無壓隧洞的斷面形式多采用圓拱直墻形段面；為了減小或消除作用在邊墻上的側向圍巖壓力，也可把邊墻做成傾斜的；如圍巖條件較差，還可以采用馬蹄形斷面；當圍巖條件差，又有較大的外水壓力時，也可采用圓形斷面。（3分）（3） 有壓隧洞一般均采用圓形斷面。（2分）（4）洞身斷面尺寸應根據應用要求，泄流量、作用水頭及縱剖面布置，通過水力計算確定。有時，還要進行水工模型試驗驗證。在確定隧洞斷面尺寸時還應考慮到洞內施工和檢查維修等方面的需要，圓形斷面的內徑不小于1.8米，非圓形斷面不小于1.5*1.8米。（2）有壓隧洞和無壓隧洞的斷面尺寸確定有何不同？如何確定？答案：無壓隧洞斷面尺寸的確定，首先應滿足運用的要求，主要應滿足泄流能力和洞內水面線，當洞內水流流速大于15~20m/s時，還應研究由于高速水流引起的摻氣、沖擊波及空蝕等問題。（4分）隧洞按無壓明流工作狀態(tài)設計時，為了防止發(fā)生滿流工作情況，水面以上需留有足夠的空間余幅。（2分）有壓隧洞的斷面尺寸也是根據水力計算確定，主要任務是按管流計算公式核算泄流能力并計算沿程壓坡線，保證其始終處于有壓流狀態(tài)。（4分）2、 在重力壩沿壩基面抗滑穩(wěn)定分析方法中，寫出我國常用的單一安全系數法的計算公式，并說明適用情況。f￡w-u/答案：摩擦公式：Ks=一尤p— （3分）

f抗剪斷公式：K‘=一s-U）+CA（3分）我國混凝土重力壩設計規(guī)范規(guī)定，當壩基內不存在可能導致深層滑動的軟弱面時，應按抗剪斷公式計算。對中型工程中的中、低壩也可按摩擦公式計算。（3分）3、-U）+CA（3分）答案：（1）.粘性土閘基地下輪廓線的布置：主要考慮如何降低閘底滲透壓力，以提高閘室的穩(wěn)定性。為此，在閘室上游設施水平防滲，而將排水設施布置在閘底板下游段或消力池底板下。一般不用板樁，以免破壞天然土的結構，造成集中滲流。（3分）（2）.砂性土閘基地下輪廓線的布置：以防止?jié)B透變形和減小滲漏為主。對砂層很厚的地基，如為粗砂或砂礫，可采用鋪蓋與懸掛式板樁相結合，而將排水設施布置在消力池下面；如為細砂，可在鋪蓋上游端增設短板樁，以增加滲徑，減小滲透坡降。當砂層較薄，且下面有不透水層時，最好采用齒墻或板樁切斷砂層，并在消力池下設排水。對于粉砂地基，為了防止液化，大多采用封閉式布置，將閘基四周用板樁封閉起來。（4分）（3）.特殊地基的地下輪廓線布置：當弱透水地基內有承壓水或透水層時，為了消減承壓水對閘室穩(wěn)定的不利影響，可在消力池底面設置深入該承壓水或透水層的排水減壓井。（3分）5、溫度荷載對拱壩的應力和壩肩巖體的穩(wěn)定有何影響？（8分）答案：封拱后，拱壩形成整體，當壩體溫度高于封拱溫度時，即溫度升高，拱圈伸長并向上游位移，由此產生的彎矩、剪力的方向與庫水位產生的相反，但軸力方向相同。（4分）當壩體溫度低于封拱溫度時，即溫度降低，拱圈收縮并向下游位移，由此產生的彎矩、剪力的方向與庫水位產生的相同，但軸力方向相反。因此一般情況下，溫降對壩體應力不利，溫升對壩肩穩(wěn)定不利。（4分）6、拱壩應力分析中拱梁分載法的基本原理是什么？（8分）答案：拱梁分載法是當前用于拱壩應力分析的基本方法，它把拱壩看成由一系列水平拱圈和鉛直梁所組成，荷載由拱和梁共同承擔，各承擔多少荷載由拱梁交點處變位一致條件決定。（4分）荷載分配后，梁按靜定結構計算應力，（2分）拱按純拱法計算應力。（2分）。（10分）7、解釋什么是阻力系數？試用改進的阻力系數法推導任一流段的水頭損失為4=&i。（10分）