水工建筑物复习思考题 (七章全)2012(2)

第一章和第二章

1.1 什么是水利工程？按其承担的任务可分为哪几种？

所谓水利工程是指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以达到除害兴利目的而修建的工程。

水利工程按其承担的任务分类

河道整治与防洪工程；农田水利工程；水利发电工程；供水和排水工程；航运工程 1.2 什么是水工建筑物？按其功能和使用期限主要分为哪几种？

为了满足防洪要求，获得灌溉、发电、供水等方面的效益，需要在河流的适宜地段修建不同类型的建筑物，用来控制盒分配水流，这些建筑物统称为水工建筑物。

1、水工建筑物按其作用分类：

2、水工建筑物按使用期限分为：永久性建筑物和临时性建筑物

1.3 水利枢纽的概念，水利枢纽分几等？水工建筑物分几级？分等分级的目的何在？依据为何？

不同类型水工建筑物组成的综合体称为水利枢纽 水利水电工程分为五等，水工建筑物分为五级 分等分级的目的：

为使工程的安全可靠性与其造价的经济合理性恰当地统一起来，所以要对水利枢纽及其组成的建筑物进行分等分级

分等分级的依据： 首先按水利枢纽工程的规模、效益及其在国民经济中的作用进行分等，然后在对各组成建筑物按其所属枢纽的等别，建筑物在枢纽中所起的作用和重要性进行分级。

1.4 何谓设计基准期？详述水工建筑物在设计基准期应满足哪些功能要求？

设计基准期：是为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。 水工建筑物在设计基准期内应满足以下要求：

1、能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用（荷载）

通用性建筑物 专门建筑物

泄水建筑物

输水建筑物

取水建筑物 整治建筑物 挡水建筑物

2、在正常使用时，应具有设计预定的功能

3、在正常维护下，应具有设计预定的耐久性

4、在出现预定的偶然作用时，其主体结构仍能保持必须的稳定性

1.5 设计状况有哪几种？作用按持续时间可分为哪几种？

设计状况有：持久状况；短暂状况；偶然状况

作用按持续时间分为：永久作用；可变作用；偶然作用

1.6 极限状态设计的类型有哪几种？各自表达式是怎样的？所有符号所代表的含义。

极限状态分为：承载能力极限状态；正常使用极限状态

承载能力极限状态的设计式一般可表达为

γo

1.7 结构的可靠性和可靠度的概念。

结构的可靠性：结构的安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性即结构在规定的时间内，在规定的条件下完成预定功能的能力

结构的可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下完成预定功能的概率。

第三章重力坝

3.1 掌握各种荷载标准值和设计值计算（如坝体自重、静水压力、扬压力、泥沙压力）及荷载的基本组合和特殊组合；掌握用分项系数极限状态设计法校核重力坝的抗滑稳定及校核坝趾和坝踵的应力是否满足要求。

详见重力坝作业

3.2 重力坝的工作原理是什么？基本剖面是何形状？有哪些优缺点？

重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求；同时依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力，以满足强度要求。

重力坝基本剖面呈三角形

优点：工作安全、运行可靠；泄洪方便、导流容易；施工方便，维护简单；受力明确，结构简单；对地形、地址条件适应性强。

缺点：

1、坝体剖面尺寸大，材料用良多

2、坝体应力较低，材料强度不能充分发挥

3、坝体与地基接触面积大，相应坝底扬压力大，对稳定不利

4、坝体体积大，水化热不易散发，温控要求高

3.3 重力坝的设计内容包括哪几个部分？

重力坝的设计内容包括：剖面设计，稳定设计，应力设计，构造设计，地基处理，溢流重力坝和泄水孔的孔口设计，监测设计。

3.4 提高坝体抗滑稳定的工程措施主要有哪些？（分值少的话冒号后面的不用写

1、利用水重：将坝的上游面略向上游倾斜，利用坝面上的水重提高抗滑稳定性

2、采用有利的开挖轮廓线：利用岩面自然坡度，是坝基面倾向上游；开挖成锯齿状

3、设置齿墙：在坝踵部位设齿墙，切断较浅的软弱面

4、抽水措施：定时抽水以减少坝底浮托力

5、加固地基：帷幕灌浆、固结灌浆以及断层，软弱夹层的处理。

6、横缝灌浆

7、预加应力措施

3.5 重力坝抗滑稳定计算公式主要有哪两种？试比较各公式的基本理论、优缺点和适用条件。

抗剪强度公式和抗剪断公式

3.6 坝身泄水孔的分类、作用和特点

分类：

1、按作用分：泄洪孔、冲沙孔、发电孔、防水孔、灌溉孔、导流孔

2、按流态分：有压泄水孔，无压泄水孔

3、按所处高程：中孔、底孔

4、按布置层数：单层泄水孔、多层泄水孔

作用：宣泄部分水流；预泄库水，增大水库的调蓄能力；放空水库以便检修；排放淤泥，减少淤积；随时放水，以满足航运和灌溉的要求；施工导流。

特点：

无压泄水口：优点：闸门在进口，可以部分开启，关闭后孔道内无水，明流段可以不用钢板衬砌，施工简便，干扰少，有利于加快进度；缺点：断面尺寸大，削弱坝体。

有压泄水口：优点：出口低，利用的水头大，断面尺寸较小；缺点：闸门关闭时孔内承受较大的内水压力，对坝体应力和防渗均不利，常需钢板衬砌。

3.7 溢流重力坝常用的消能方式有哪些？适用条件如何？

1、挑流消能：适用于基岩比较坚固的中高坝

2、底流消能：多用于水头较小的中低坝或基岩较弱的河道

3、面流消能：适用于下游水位较深，单宽流量变化范围小，水位变幅不大或有排冰和漂木要求的中低坝

4、消力戽消能：用于尾水深，无航运要求下游河岸有一定抗冲能力。

3.8 固结灌浆和帷幕灌浆有哪些区别？

3.9 重力坝坝体分区原因；分缝目的、类型。

重力坝坝体分区原因：坝体各部位的工作条件不同，对混凝土强度、抗渗、抗冻、抗冲刷、抗裂等性能的要求也不同，为了节约与合理的使用水泥，通常将坝体按不同部位和不同工作条件分区，采用不同强度等级的混凝土。

分缝目的：为了满足运用和施工的要求，防止温度变化和地基不均匀沉陷导致坝体开裂，需要合理分缝。

常见的有横缝（永久性横缝和临时性横缝），纵缝，水平施工缝。

3.10什么是空腹重力坝？有何特点？

坝体内沿坝轴线方向设有较大空腔的重力坝，称为空腹重力坝。

特点：

1、有效降低扬压力，节省工程量

2、厂房可布置在空腹内

3、可免设纵缝

4、结构施工较复杂，设计难度较大

5、模板多，钢筋用量大。

3.11碾压混凝土重力坝的优缺点

优点：

1、施工工艺简单，施工速度快

2、大量节约水泥，降低工程造价

3、简化温控措施，可不设坝体纵缝，甚至可不设横缝

4、机械化程度高，减轻了劳动强度，提高了浇筑的工效

缺点：

1、对模板的要求高

2、施工节奏快对整个系统要求较高施工中不能轻易延缓

3、易出现层间结合强度，抗渗等问题

3.12 浆砌石重力坝的优缺点

优点：

1、就地取材，节省水泥，工程造价低

2、不需要温度控制，不设纵缝，可增加坝段长度

3、省模板，省脚手架，减少木材，刚才用量

4、施工方便，技术简单，施工干扰较小，安排灵活

缺点：

1、人工砌体质量不易保证

2、需要人工多，劳动强度大

3、砌体防渗性能差，需要另设防渗层

3.13 什么是宽缝重力坝？有何特点？

为了充分利用混凝土的抗压强度，将实体重力坝横缝的中下部扩宽成为具有空腔的重力坝，称为宽缝重力坝。

特点：

1、扬压力减小，抗滑稳定性较好

2、工程量节省约10%-20%

3、坝体混凝土的散热快

4、模板用量大，立模复杂

5、分期导流不便

6、严寒地区需对宽缝部位采取保温措施

第四章拱坝

4.1 什么是拱坝？拱坝的的特点有哪些？

（1）拱坝：在平面上拱向上游，将荷载主要传递给两岸的曲线形拱。

（2）特点1．拱与梁的共同作用

2．稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用，因而对地基要求很高

3.拱是一种推力结构，承受轴向压力，有利于发挥材料的抗压强度

4.拱坝的超载能力强，安全度高

5.拱坝坝身可以泄水

6.不设永久性伸缩缝

7.抗震性能好

8.几何形状复杂

4.2 拱坝的理想地形和理想地质是什么？

理想地形：左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段，坝段下游侧有足够的岩体支撑

理想地质：基岩比较均匀，坚固完整，有足够的强度，透水性小，能抵抗水的侵蚀，耐风化，岸坡稳定，没有大断裂等

4.3 简述拱坝消能的形式和防冲措施

跌流消能、挑流消能、底流消能其他如窄缝式挑坎消能，反向防冲消能工等

防冲措施：护坦、护坡、二道坎等。

4.4 圆弧拱坝的各层拱圈有哪几中典型布置方式？它们分别有何特点？

（1）等外半径式、定角式、变半径式变中心角式

（2）等外半径式适用于U型或接近U型的梯形河谷，优点：形式简单，施工方便，

铅直上游面利于布置进水口和闸门，缺点：下部拱中心角必然减小，对应力不利，因此所需断面较大，不经济

定角式适用于V型河谷，优点：应力较好，经济，缺点：两岸倒悬，对施工不利，空库时应力和稳定有问题

变半径变中心角式：适用复杂河谷，既克服等中心角式的倒悬问题，又不像等半径式那样的不经济，常布置成变半径变中心线式拱坝，但结构更加复杂，施工难度更大

4.5 增大圆弧中心角对拱坝有哪些影响？经济中心角是多少？

1.可减少拱圈厚度 2、拱弧长度增加 3、拱端开挖量增加 4、改善坝体应力 5、拱端稳定不利

=133.57°

2φ

A

4.6 简述拱坝垫座与周边缝的作用

1、改变坝体与坝基面直接连接的边界条件

2、有利于深入比较选定拱坝体型

3、改善坝体上游面的应力状态，可减小甚至免除上游面的竖向拉应力

4、减小坝体传至垫座的弯矩，从而减小垫座和坝基面间产生拉应力的不利影响，避免垫座与坝基阻力帷幕的接触面受拉而破坏

5、可以提前浇筑垫座混凝土，以覆盖和保护基岩面，并进行坝基灌浆

6、垫座对坝体起地震缓冲作用

4.7 拱坝的地基处理主要包含哪些内容？

坝基开挖、固结灌浆、防渗帷幕、坝基排水、不良地质处理、高边坡处理

4.8 为何拱坝须将温度荷载列为主要荷载之一？温升温降对拱坝稳定和应力的有何影响？

1、实测资料分析表明：在由水压力和温度变化共同引起的径向总变位中，后者约占1/2-1/3，在靠近坝顶部分，温度变化的影响更为显著

2、拱坝封拱后，坝体就成为整体，当坝体温度高于封拱温度时，即温度升高，拱圈伸长并向上游位移，由此产生的弯矩、剪力的方向与库水位产生的相反，但轴力方向相反。当坝体温度降低时，拱圈收缩并向下游位移，由此产生的弯矩、剪力的方向与库水位产生的相同，但轴力方向相反。因此一般情况下，温降对坝体应力不利，对稳定有利。温升对稳定不利，对应力有利。

4.9 何谓封拱温度？为什么说封拱温度是温升和温降的计算基准？如何选取封拱温度？

1、封拱温度即接缝灌浆时的混凝土温度

3、封拱温度一般取为坝体多年平均温度或略低

4.10 拱坝应力分析有哪些方法？简述拱梁分载法的原理。

（1）杆件结构法（圆筒法、纯拱法、拱梁分载法、拱冠梁法）、有限元法、壳体理论计算法、结构模型实验

（2）1、将拱坝视为由若干水平拱圈和竖直悬臂梁组合的空间结构，荷载由梁系和拱系分担，荷载分配由变位一致来确定

2、算法是首先将荷载分配到梁、拱，按各自的方法算各自的变位，如变为一致则分配正确，否则调整一致

4.11 纯拱法只计算哪几个内力？适用什么情况？拱梁分载法应考虑几个内力？一般需考虑哪几个内力？应考虑几向位移的调整？一般采用哪几向位移的调整？

1、纯拱法只计算拱圈的剪力和拱坝的轴力

2、纯拱法适用于：狭窄峡谷中的薄拱坝；拱梁分载法中的一个组成部分

3、拱梁分载法应考虑径向截面的轴向力、水平力矩、垂直力矩、扭矩、径向剪力、

铅直剪力和水平截面上的法向力、垂直力矩M

S 和M

r

、扭矩、径向剪力、切向剪力共12

个力，一般只需考虑：径向截面上的水平力、水平力矩、径向剪力和水平截面上的法向力、垂直力矩和径向剪力6个力

4、应考虑6个方向空间变位：3个线变位（△r、△s、△z）和三个角变位（θs 、θr、θz）一般采用：△r、△s、θz

4.12 简述刚体极限平衡法的假定条件

1、滑移体为刚体

2、仅考虑滑移体力的平衡，不考虑力矩平衡

3、忽略拱坝的应力重分布，受力为定值

4、达到极限平衡状态时，滑裂面上的剪力方向将与滑移的方向平行，指向相反，数值达到极限值

4.13 拱坝坝身泄水的方式有哪些？它们有何特点？适用条件如何？

（1）自由跌流式、鼻坎挑流式、滑雪道式、坝身泄水孔

2、自由跌流式：适用于基岩良好，单宽泄洪量较小的情况对于比较薄的双曲拱坝或小型拱坝，常采用坝顶自由跌流的方式。溢流头部常采用非真空的标准宴型，下落水舌距坝脚较近，坝下需设防护措施

3、鼻坎挑流坎：泄水跌落点远离坝脚，溢流宴顶曲线末端用反弧段连接，挑坎末端与宴顶之间的高差约为宴顶设计水头的1.5倍。适用于：坝体较远，单宽流量较大的情况。

4、滑雪道式：优点：挑流坎一般都比堰顶低很多，落差较大，因而挑距较远；缺点：滑雪道各部分的形状，尺寸必须适应水流条件，否则容易产生空蚀破坏。适用条件：泄洪量大，较薄的拱坝。

5、坝身泄水孔：特点：中孔多用于泄洪，底孔多用于放空水库，辅助泄洪排沙以及施工导流，坝身泄水孔一般都是压力流，比坝顶溢流流速大，挑射距离远。适用于坝体较高的双曲薄拱坝。

第五章土石坝

5.1 土石坝主要由哪几部分组成？它们各自的作用是什么?

土石坝由坝身、防渗体、排水设施、护坡组成

坝身是土石坝的主体，坝的稳定主要靠它维持

防渗体作用：减少通过坝体和坝基的渗流量；降低浸润线，提高下游坝坡的稳定性；降低渗透坡降，防止渗透变形。

排水的作用：控制盒引导渗流；降低浸润线；加速孔隙水压力消散，以增强坝的稳定；保护下游坝坡免遭冻胀破坏。反滤层则是保护渗流出口，防止坝体和坝基发生管涌、流土等渗流变形。

护坡：防止波浪，冰层、温度变化、雨水和水流等对坝坡的破坏。

5.2 土石坝的优缺点

优点：就地取材，节约三材，减少运量，降低造价；适应不同的地形，地质，气候条件；结构简单，便于维修，加高和扩建。

缺点：坝身一般不能溢流，需另设溢洪道；施工导流不如混凝土坝方便；粘性土料的填筑受气候条件影响；断面大，体积大。

5.3 土石坝在设计方面有哪些基本要求？

1、具有足够的断面以保持坝的稳定

2、设置良好的防渗和排水设施用以控制渗流

3、根据现场条件选择筑坝土石料的种类、坝的结构型式以及各种土石料在坝体内的配置

4、坝基足够稳定

5、泄洪建筑物具有足够的泄洪能力

6、采取适当的构造措施，使坝运用可靠和耐久。

5.4 土石坝按施工方法可分为哪四种类型？碾压土石坝按材料在坝体内的配置和防渗体的位置可分为哪三种类型？

土石坝按施工方法分为：碾压式土石坝，冲填式土石坝、水中填土坝和定向爆破土

石坝等

碾压土石坝按材料在坝体内的配置和防渗体所用材料的种类分为：均质坝、土质防渗体分区坝、非土质材料防渗体坝。

土质防渗体分区坝按防渗体在坝断面中所处的部位不同进一步分为：心墙坝、斜心墙坝、斜墙坝等

5.5 土石坝渗流分析的目的是什么？常用的渗流分析方法有哪些？

渗流分析目的：

1、检验坝的初选形式、尺寸，确定渗流里以核算坝坡的稳定

2、进行防渗布置与土料布置，根据坝内的渗流参数与逸出坡降，检验土体的渗流稳

定，防止发生管涌和流土，确定坝体及坝基中的防渗体和排水系统

3、确定通过坝及两岸的渗流量并设计排水系统的容量

4、渗流分析为坝体内各部分土的饱水状态的划分提供依据

常用渗流分析方法：水力学方法和流网法

5.6 为何土石坝稳定分析只进行局部稳定验算，而不进行整体稳定验算？土石坝失稳的原因有哪些？

5.7 什么叫土石坝的渗透变形？渗透变形有哪几种？防止渗透变形的工程措施有哪些？

土石坝坝身及地基中的渗流，由于物理或化学的作用，导致土体颗粒流失，土壤发生局部破坏，称为渗透变形。

渗透变形形势有：流土、管涌、接触冲刷、接触流土

工程措施：1、采取水平或垂直防渗措施，以便尽可能的延长渗径，达到降低渗透坡降的目的；2、采取排水减压措施，以降低坝体浸润线和下游渗流出口处的渗透压力，对可能发生管涌的部位，需设反滤层，拦截可能被渗流带走的细颗粒，对下游可能产生流土的部位，可以设置盖重以增加土体抵抗渗透变形的能力。

5.8 土石坝的排水方式有哪些？各适用什么情况？

1、棱体排水：适用于下游有水的各种坝型

2、贴坡排水又称表面排水：适用于中小型工程下游无水的均质坝或浸润线较低的中低坝

3、坝内排水：

第六章水闸

6.1 水闸一般由哪些部分组成？其各部分的作用是什么？

闸门用来挡水和控制流量；闸墩用以分隔闸孔和支撑闸门、胸墙、工作桥、交通桥和检修便桥；底板是闸室的基础，用以将闸室上部结构的重量和荷载传至地基，并兼有防渗和防冲的作用；工作桥、交通桥和检修便桥用来安装启闭设备、操作闸门和联系两岸交通。

上游连接段用以引导水流平顺的进入闸室，保护两岸及河床免遭冲刷，并与闸室等共同构成防渗地下轮廓，确保在渗透水流作用下两岸和闸基的抗渗稳定性。

下游连接段用以消除过闸水流的剩余能量，引导出闸水流均匀扩散，调整流速分布和减缓流速，防止水流出闸后对下游的冲刷。

6.2 水闸消能防冲的特点及其常见消能工形式？

6.3 闸基的防渗长度如何确定？

6.4 提高水闸抗滑稳定的措施有哪些?

1、增加铺盖长度或帷幕灌浆深度，或在不影响抗滑稳定的前提下，可将排水设施伸向水闸底板下游段底部，以减少作用在底板上的渗流压力

2、利用上游钢筋混凝土铺盖作为阻滑板，但闸室本身的抗滑稳定安全系数仍应大于1.0

3、将闸室位置略向下游一侧移动，或将水闸底板向上游一侧加长，以便多利用一部分水重

4、增加闸室底板的齿墙深度

5、增设钢筋混凝土抗滑桩或预应力锚固结构

第七章岸边溢洪道

7.1 岸边溢洪道的型式有哪几类？哪一类应用最广？该种类型的溢洪道组成部分有哪些？

岸边溢洪道按其结构型式可分为正槽式溢洪道，侧槽式溢洪道，井式溢洪道和虹吸式溢洪道。

正槽式溢洪道应用最广，通常由引水渠，控制段，泄槽，出口消能段及尾水渠等部分组成。

7.2 简述正槽溢洪道控制段的组成部分及溢流堰的形式，最常用何种堰型？

控制段包括：溢流堰及其两侧的连接建筑

溢流堰按其横断面的形状与尺寸分为：薄壁堰、宽顶堰、实用堰

按其在平面布置上的轮廓形状分为：直线形堰、折线形堰、曲线形堰和环形堰

按堰轴线与上游来水方向的来水关系可分为：正交堰、斜交堰和侧堰等

溢流堰通常选用宽顶堰、实用堰，有时也用驼峰堰，折线形堰

7.3 正槽溢洪道泄槽的主要水力特征是什么？其平面布置尽量做成什么形式？纵剖面应是什么坡（逆坡、平坡、陡陂）？

主要水利特征：底坡陡，故为急流；流速高，会产生冲击波，水流掺气，空蚀，压力脉动等现象

泄槽在平面上宜尽可能采用直线、等宽、对称布置，在实际工程中，常需设置收缩段，扩散段或弯曲段。

泄槽纵剖面应是纵坡

7.4 为何要设置非常溢洪道？非常溢洪道的形式有哪几种？

当校核洪水与设计洪水的泄流量相差较大时，应当考虑设置非常溢洪设施用于宣泄超过设计情况的洪水。