1、水工建筑物复习题1.1 何为水利工程？何为水工建筑物？水利工程：对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以达到除害兴利的目的而修建的工程。如拦河坝，电站，污水处理，港口码头，航道整治等工程。水工建筑物：用来控制和调配江河湖海等水流而修建的建筑物。1.2 水利工程按承担的任务和对水的作用是如何分类的？按工程承担的任务分为：防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、供排水工程、港航工程、环境水利工程、综合利用水利工程按工程对水的作用分为：蓄水工程、排水工程、取水工程、输水工程、提水工程、水质净化及污水处理工程1.3 水工建筑物主要按什么分类？并简述其分类。主要是按对水的作用分类。主要分为：挡水建筑物：
2、坝、闸和堤防等泄水建筑物：溢洪道、泄洪洞等输水建筑物：输水洞、引水管、渠道、渡槽取水建筑物：输水建筑物的首部建筑物：进水闸、泵站专门建筑物：电厂、船闸、升船机、鱼道、筏道整治建筑物：用来整治河道、改善河道的水流条件，如丁坝、顺坝、导流堤等。2.1 绘制水利工程建设系统，并指出其中的关键环节。关键环节：规划和设计工作。2.2 水利枢纽分等的依据是什么？共分为几等？依据：规模、效益、重要性；共分五等。2.3 水工建筑物分级的依据是什么？共分为几级？依据：工程等别、作用、重要性；共分五级。2.4 水工建筑物承受的主要荷载有哪些？掌握自重、静水压力、扬压力的计算方法。主要荷在载有自重、水压力（包含静水
3、压力、动水压力、水重等）、波浪压力、泥沙压力、扬压力等。计算方法见教材。2.5 简述水工建筑物作用效应的分析方法。分析方法主要有：物理模型试验法，含水力学模型试验和结构模型试验。数学模型模拟法，含解析法、差分法和有限元法.经验类比法2.6 水工建筑物工作状况有哪三种？作用效应有哪三种？效应组合有哪三种？工作状况：持久状况，短暂状况，偶然状况。作用效应：永久作用，可变作用，偶然作用。作用效应组合：基本组合，施工、检修组合，特殊组合。2.7 建筑物设计安全储备的表达形式有哪两类？并详述极限状态设计的概念和类型？设计安全储备的表达形式有单一安全系数法和分项系数极限状态设计法两类。极限状态是指当整个结
4、构或结构的一部分超过某一特定状态，结构就不能满足设计规定的某种功能要求，那这一特定状态就叫该功能的极限状态。极限状态设计的类型有：承载能力极限状态当出现刚体失去平衡,材料强度不足而破坏,结构失稳,结构转变为机动体系,结构体产生渗透失稳等现象时，表明结构已超过承载能力极限状态，已不安全。正常使用极限状态当出现影响结构正常使用或外观变形,不良振动,局部损害等现象时，表明结构已超过正常使用极限状态，不能正常使用。2.8 正确理解结构功能函数 Z=R-S 的意义，Z0 安全吗？结构功能函数 Z=R-S 中的 Z 表示结构功能， R 表示结构抗力， S 表示作用效应。Z0 表示结构抗力小于作用效应，已不
5、安全。2.9 正确理解可靠指标的含义，可靠指标越大越可靠吗？可靠指标为结构功能函数的平均值与其均方差的比值，它可表征结构的可靠度大小。可靠指标越大越可靠。2.10 水工建筑物抗震设计含哪两部分的内容？主要包含：抗震计算；抗震工程措施。3.1 重力坝的工作特点是什么？基本剖面是何形状？一般采用什么材料？重力坝的工作特点：主要依靠坝体自重产生的抗滑力满足稳定要求；依靠坝体自重产生的压应力来抵消水压力产生的拉应力。基本剖面：三角形。材料：混凝土和浆砌石。3.2 简述重力坝的优缺点。.优点：安全可靠；对地形、地质条件的适应性强；枢纽泄洪问题容易解决；便于施工导流；施工方便；结构作用明确。缺点：耗材多；
6、材料强度未充分发挥；坝底扬压力大；施工温度控制严格。3.3 重力坝的设计内容包括哪几个部分？主要包括剖面设计稳定分析应力分析构造设计地基处理泄洪设计监测设计。3.4 简述重力坝失稳破坏的机理？重力坝失稳破坏的机理：坝踵胶结面出现微裂松弛区坝址胶结面出现局部剪切屈服屈服范围向上游延伸形成整体滑动失稳。3.6 简述深层抗滑稳定的计算方法类型。深层抗滑稳定计算方法类型分为：分区计算法，含剩余推力法；被动抗力法；等安全系数法整体计算法3.7 岸坡坝段与河床坝段相比，抗滑稳定有何特点？岸坡坝段坝基是倾向河心的斜面或折面，有向下游和河心滑动的双重趋势，稳定性不如河床坝段。3.8 简述提高坝体抗滑稳定的工程
7、措施。提高坝体抗滑稳定的工程措施主要有：利用水重：将上游面做成倾斜以利用水重。利用有利的开挖轮廓线设置齿墙：齿墙阻断软弱面，改变滑动面位置，增加抗滑力抽水措施：抽去坝底渗透水，减少浮托力。加固地基：帷幕灌浆以减少坝基渗透能力，固结灌浆以增加坝基强度和整体性，断层处理以减少坝基软弱结构面。横缝灌浆：将局部或全部横缝灌浆，增加坝体的整体稳定性。预加应力措施3.9 简述重力坝应力分析的方法，掌握重力坝水平截面边缘应力的计算公式，边缘主应力面于何处？为何边缘应力是首先需计算的应力？重力坝应力分析的方法主要有：模型试验法；材料力学法；弹性理论的解析法；弹性理论的差分法；弹性理论的有限元法。边缘最小主应力
8、为坝面，最大主应力为垂直于坝面的剖面。因最大最小应力均出现在坝面，所以需首先校核边缘应力。3.10 除主要荷载以外，对坝体应力的影响还有哪些因素？除主要荷载以外，对坝体应力的影响还有如下影响：地基变形模量对坝体应力的影响坝体混凝土分区对坝体应力的影响纵缝对坝体应力的影响分期施工对坝体应力的影响温度变化及施工过程对坝体应力的影响3.11 简述坝体温度变化的阶段？何为水热化温升和温度回降值？坝体温度变化主要有温度上升期、降温期和稳定期三个阶段。水热化温升是指最高温度与入仓温度之差；温度回降值是指最高温度与年均气温之差。3.12 施工期温度引起的应力主要有哪两类？地基约束引起的应力. 内外温差引起的
9、应力.3.13 简述温度裂缝的类型和温度控制的措施。温度裂缝的类型主要有：贯穿性裂缝：含横向贯穿性裂缝、纵向贯穿性裂缝、水平向贯穿性裂缝。表面裂缝温度控制的措施主要有：降低砼的入仓温度 Tj降低砼的水热化温升 Tr加强砼表面的养护3.14 重力坝最小剖面如何确定？常用剖面形态有哪几类？坝顶高程如何确定？重力坝最小剖面确定：根据自重、上游静水压力(库水位与坝顶平,通常是校核洪水位)和扬压力三项主荷载作用下，满足稳定和强度要求的工程量最小的三角形。常用剖面形态：上游面铅直；上游面上直下斜；上游面斜向上游。坝顶高程取设计洪水位相应坝顶超高与校核洪水位相应坝顶超高中的最大者，其中安全超高包括波高、波浪
10、中心线距静水面高度和安全加高三部分3.15 重力坝极限状态设计分哪两类？其验算的主要内容是什么？重力坝极限状态设计包含承载能力极限状态；正常使用极限状态。其中承载能力极限状态需验算坝基面或深层抗滑稳定和坝趾抗压强度，正常使用极限状态需验算坝踵不出现拉应力。3.17 简述重力坝易出现地震震害的位置和抗震措施。重力坝易出现地震震害的位置：坝顶和断面突变处易出现裂缝；原有裂缝易扩展延伸；孔口及廊道附近易开裂；接缝止水易破坏。重力坝抗震措施：作好地基处理，加强接触面的结合；加强施工质量控制和养护,防止出现早期裂缝；重量、变形、刚度、几何等突变部位设缝；增加坝顶强度、刚度以及布筋；孔口、廊道附近布筋；坝
11、后设置检修桥3.18 简述溢流重力坝的工作特点和类型。工作特点：将规划库容不能容纳的洪水经由坝顶泄向下游，以满足防洪和大坝安全要求。类型：开敞溢流式；大孔口溢流式3.19 简述溢流重力坝的基本要求。足够的孔口尺寸,良好的孔形,较高的流量系数；水流平顺, 不产生负压和振动, 避免发生空蚀；保证下游河床不产生危及大坝安全的局部冲刷；下泄水流不产生折冲水流等,不影响其他建筑正常运行；有灵活控制下泄水流的设备。3.20 溢流重力坝孔口设计的影响因素有哪些？简述孔口形式类型及其特点。影响因素主要有洪水设计标准；下游防洪要求；库水位壅高限制；洪水预报的准确度；泄水方式；地形、地质条件。孔口形式类型：开敞溢
12、流式；大孔口溢流式开敞溢流式的特点：坝体不设胸墙，出流常为堰流；孔口埋深浅，闸门水压力较小，孔口尺寸可以较大，泄流量较大，超泄能力强；可排泄冰凌和其他漂浮物；闸门于坝顶，易检修；应用较广泛。大孔口溢流式的特点：坝体上部设胸墙，出流常为孔口出流，但当水位低于胸墙时为堰流；堰顶较低，需设工作闸门和检修闸门；超泄能力常比开敞溢流式小。3.21 溢流重力坝通常设计成等同的奇数孔，为什么？采用相同闸孔诣在检修闸门、启闭设备等设施可共用，且泄流量相同可对称泄流。采用奇数孔目的在于闸门对称布置，可对称泄流以减轻消能负担，避免折冲水流等。3.22 为什么说单宽流量是溢流重力坝设计中很主要的控制性指标？因为单宽
13、流量是确定溢流坝的净宽和堰顶高程的主要参数；单宽流量是影响消能工设计的关键因素；单宽流量是影响坝下冲刷的主要因素。3.23 简述孔口尺寸设计应考虑的因素。掌握两种孔口形式过流量的计算公式。孔口尺寸设计应考虑的主要因素：泄洪要求：泄流单宽流量是关键因素；闸门和起闭机械：闸门承载能力和起闭能力等；枢纽布置：枢纽中其他建筑的布置是否宽松；下游水流、地质条件：下游水的深度、岩石硬度等；下游消能工的性能：消能工消能效果等。3.24 为何闸墩上游端需做成圆弧形或流线型？溢流坝设置边墙的作用是么？闸墩上游端需做成圆弧形或流线型是为了进口水流平顺、减少水流侧收缩。溢流坝设置边墙的作用是起闸墩和分隔作用。3.2
14、5 简述空化和空蚀的概念，流速大于多少时就可能发生空蚀？什么是引起溢流面发生空蚀的主要原因？空化数大于初生空化数时会发生空蚀现象吗？空化：当高速水流在某点的压力低于饱和蒸汽压强时，水体中固有的小气核迅速膨胀而成小空泡，这种现象称为空化。空蚀：当空气泡进行高压区受压而溃灭,因溃灭时间短暂,产生很高的局部冲击力，当坝面冲击力大于材料凝聚力时，坝面遭到破坏，这种现象称为空蚀。流速大于 15m/s 时就可能发生空蚀。坝面不平整是引起溢流面发生空蚀的主要原因。空化数大于初生空化数时不会发生空蚀现象。3.26 掺气虽然可减少空蚀，但也存在什么不利之处？掺气虽然存在减少空蚀；射流掺气消耗大量能量而有利于消能
15、工等益处。但也存在增加水深从而加大工程投资；形成雾化区等的不利之处。3.27 水流脉动对溢流坝有什么害处？增大建筑物的瞬时荷载；脉动周期性引起的振动可能对轻质建筑造成振动；增加空蚀破坏的可能性。3.28 溢流面体形包括哪三段？上游第一段一般采用什么曲线溢流面体形由顶部曲线段、中间直线段、反弧段组成。上游第一段一般采用复合圆弧或椭圆曲线。3.29 消能工的原理是什么?能量转换的途径有哪些?辅助消能工主要有几种?消能工的原理：通过水跃等局部水力现象，将水流动能转换为热能。能量转换的途径：水流内部的紊动、掺混、剪切和旋滚等；水股的扩散及水股间的碰撞；水流与固体间的剧烈摩擦和撞击；水流与气体间的摩擦和
16、掺混。辅助消能工主要有：趾墩、消力墩、尾槛等。3.30 详述泄水重力坝消能工的主要形式和原理？泄水重力坝消能工的主要形式：底流消能；挑流消能；面流消能；消力戽消能。底流消能的原理：通过水跃将急流转变为缓流而消能；主要靠水跃产生的表面旋滚与底流间的强烈紊动、剪切和掺混消能。挑流消能的原理：利用泄流建筑物出口处设置的挑流鼻坎，将急流挑向空中，再落入离建筑物较远的下游河道。主要靠急流沿固体边界摩擦而耗能，射流在空中与空气摩擦、掺气和扩散等耗能，射流落入尾水中淹没紊动扩散耗能。面流消能的原理：利用鼻坎将急流挑至水面，在主流下面形成旋滚而消能。消力戽消能的原理：急流进入潜在水下的戽内发生旋滚，经大量消能
17、后由鼻坎挑向下游水面。3.31 简述底流消能特点及其与下游水流的衔接形式、形成消力池的主要措施。底流消能的特点：通过水跃将急流转变为缓流而消能；主要靠水跃产生的表面旋滚与底流间的强烈紊动、剪切和掺混消能；流态稳定，消能效果好；对地质和尾水条件要求低，适应性强；产生的雾化小；方量大，投资高。底流消能与下游水流有临界水跃；远驱水跃；淹没水跃等三种衔接形式。形成消力池的主要措施：护坦尾修筑消力坎；降低护坦高程；降低护坦和修筑消力坎。3.32 护坦的主要作用是什么？稳定验算主要验算其什么内容？护坦的主要作用是防护河床免受高速水流的冲刷，稳定校核内容是满足抗浮稳定要求。3.33 挑流消能工的主要设计内容
18、有哪些？主要设计内容有：鼻坎形式、鼻坎高程、反弧半径、反弧挑角、挑距、冲刷坑深度3.34 折冲水流是如何形成的溢流坝仅占河床一部分，出口水流于主流两侧形成回流，如两侧回流强度、大小不一致时，易将主流压向一侧，形成折冲水流。3.35 简述坝身泄水孔的作用和特点及其分类。坝身泄水孔的作用：预泄库水，增强调蓄能力；放空检修；排沙减淤；调节下泄流量以满足通航、灌溉需要；施工导流。坝身泄水孔的特点：孔口全部淹没，随时可放水；孔内流速高，易发生负压、空蚀、振动等；检修困难；闸门承压大，启闭力较大；门体结构、止水、启闭设备复杂，造价高。坝身泄水孔的分类： 多 层 泄 水 孔单 层 泄 水 孔按 布 置 层
19、数 分 底 孔中 孔按 高 程 位 置 分 无 压 泄 水 孔有 压 泄 水 孔按 水 流 条 件 分坝 身 泄 水 孔3.36 坝身泄水孔进口通常用什么曲线？为何需设平压管和通气孔？坝身泄水孔进口通常用长轴与孔轴平行的椭圆曲线。设置平压管的目的：将平压管设置在检修闸门和工作闸门之间，用以在检修闸门提起前冲水平压，减小启门力。设置通气孔的目的：进口工作闸门提起后，后面的空气被水流带走而形成负压，需于工作闸门后设通气管充气3.37 重力坝地基处理的作用是什么？它主要包括哪些内容？重力坝地基处理的作用：防渗；提高岩基的强度和整体性。主要内容：坝基的开挖和清理；坝基的固结灌浆；帷幕灌浆；坝基排水；断
20、层、软弱夹层、溶洞等不良地质的处理。3.38 坝基固结灌浆和帷幕灌浆的目的是什么？灌浆一般布置何处？固结灌浆的目的：增强基岩的整体性和强度，降低地基的透水性。固结灌浆的布置位置：应力较大的坝踵和坝趾；裂隙发育和破碎带范围内。帷幕灌浆的目的：降低坝底渗透压力,防止坝基产生管涌,减少坝基渗流量。帷幕灌浆的位置：坝轴线的上游面区域，自河床向河岸延伸。3.39 坝基排水主要采用什么措施？其目的是什么？坝基排水主要措施：于帷幕稍下游设置排水孔幕。目的在于进一步降低扬压力3.40 陡、缓倾角顺流方向断层通常采用何措施处理？横流方向断层又如何？缓倾角顺流走向断层：浅者清除，深者形成顶赛、斜塞、水平塞骨架.陡
21、倾角顺流走向断层：顶部设砼塞缓倾角横流走向断层：选址应避免陡倾角横流走向断层：选址应避免，无法避免则加大砼塞。3.41 坝基软弱夹层有何害处？一般采用什么方法处理？软弱夹层的影响：软弱夹层较薄，遇水易泥化、软化，使坝基抗剪强度降低，影响坝体抗滑稳定性。处理方法：对于浅埋夹层采用明挖换基，即挖去夹层回填砼的方法；对于埋深较浅的深埋夹层可采用坝踵做砼深齿墙以切断夹层的方法；对于埋深较深的深埋夹层可采用于夹层做砼塞、坝趾后设深齿墙、坝趾下游岩体埋设预应力锚索等措施。3.42 水工混凝土一般应满足哪些性能的要求？其材料组成有哪几种？满足的性能：强度、抗渗、抗冻、抗冲刷、抗侵蚀、抗裂等性能。采用组成：水
22、泥、掺合剂、外加剂、粗骨料、细骨料、水3.43 混凝土重力坝为何要分区？分缝的类型和目的是什么？分区的目的：坝体各部位的工作条件不同，对砼各种性能要求各不同，为了节约和合理利用水泥，常将坝体砼分区，各区可采用不同标号的砼。分缝有以下类型：横缝，含永久性横缝和临时性横缝。分横缝的目的：横缝将坝体分成若干独立工作的坝段，可减少温度应力、适应地基不均匀变形和满足施工要求。纵缝，含铅直纵缝、斜缝和错缝。设纵缝的目的：适应砼的浇筑能力；减少施工期的温度应力。水平施工缝。水平施工缝的目的：适应砼的浇筑能力；减少施工期的温度应力3.44 重力坝为何需设廊道系统？为了满足灌浆、排水、观测、检查、交通等要求，需
23、在坝体内布置各种不同作用的廊道，且相互连通，形成廊道系统。3.45 何为碾压混凝土重力坝？与常态混凝土相比它有何优点？碾压砼是采用自卸汽车或皮带输送机将超干硬性砼运到仓面，以推土机平仓，振动碾压实的筑坝新方法，是将土石坝施工的碾压技术应用到砼重力坝的一种筑坝方法。采用碾压砼修筑的重力坝称为碾压混凝土重力坝。碾压混凝土与常态混凝土相比的优点：工程程序简单，施工速度快；胶凝材料用量少；水热化温升大大降低，简化了温度控制程序；不设纵缝，节省了模板和接缝灌浆的费用；可使用大型通用机械设备，提高砼的运输和浇筑工效；降低工程造价。3.46 简述浆砌石重力坝的优缺点，其防渗设施有哪些？浆砌石重力坝的优点：就
24、地取材，节约水泥；水热化温升低，可不进行温度控制、不设纵缝、坝段长；节省模板，减少脚手架，模料用量少，减少了施工干扰；施工技术容易掌握,施工安排灵活,缺少施工机械时可人工砌筑。浆砌石重力坝的缺点：人工砌筑的质量易不均；石料的修整和砌筑难以机械化，需大量人力；砌体防渗性能差，需专设防渗设施；工期长。防渗设施主要有：砼防渗面板或防渗墙；水泥砂浆勾缝的浆砌石防渗层；钢丝网水泥喷浆护面3.47 浆砌石重力坝主要有哪些材料？浆砌石重力坝的材料主要有石料和胶结材料，其中石料有块石、粗料石、细料石等，胶结材料有水泥砂浆和小石子砂浆(细骨料砼)等。为了充分利用砼的抗压强度，将实体重力坝横缝下部扩宽成为空腔的重
25、力坝，称为宽缝重力坝。3.48 何为宽缝重力坝？并简述其优缺点?宽缝重力坝的优点：渗透压力显著降低，作用面积也减小；坝体砼方量较实体坝少 1020；增加了坝体的侧向散热，加快了散热进程；便于观测、检查和维修。宽缝重力坝的缺点：立模较复杂，且模板用量增加；分期导流不便；在严寒地区，宽缝需采取保温措施。3.49 何为空腹重力坝？并简述其优缺点?空腹重力坝：坝体内沿坝轴线方向设有较大空腔的重力坝。空腹重力坝的优点：空腔坝基不设地板,可减少扬压力,砼用量减少 20左右；减少坝基开挖量；坝体前后腿嵌入岩体,增强稳定；前后腿应力分布均匀,坝踵压应力较大；便于砼散热；坝体施工可不设纵缝；便于检测和检修；空腔
26、可布置电站厂房。空腹重力坝的缺点：施工复杂；钢筋用量大；如空腔内布置厂房,施工干扰大。3.50 何为支墩坝？并简述其结构形式?支墩坝：由一系列支墩和挡水面板组成的重力坝。支墩坝的结构形式：大头坝：支墩上游端两侧扩大,形成悬臂大头,大头间紧贴挡水。连拱坝：由一系列紧连的拱筒挡水,并与支墩连成整体。平板坝：由平面板简支在支墩上挡水。3.51 简述大头坝的头部和支墩形式。大头坝的支墩形式：开敞式单支墩；封闭式单支墩；开敞式双支墩；封闭式双支墩。单支墩大头坝的头部形式：平头式；圆弧式；折线式。双支墩大头坝的头部形式：一般采用折线式.4.1 简述拱坝的特点，其要求的理想地形和理想地质是什么？拱坝的特点拱
27、坝是固结于基岩的空间壳体结构；坝体结构具有拱和梁双重作用；坝体稳定主要依靠两岸拱座,其次依靠自重；拱为轴向受力,应力分布均匀,材料强度得到充分发挥；拱和梁具有自行调整应力分布的功能；坝肩岩体的稳定性是影响拱坝安全的主要因素；温度作用为一主要荷载；既可坝顶溢流，也可坝身孔口泄流；施工质量、材料强度、防渗等要求严格。理想地形：两岸对称，岸坡平顺无突变，逐渐收缩的峡谷段；坝体两侧具有足够的岩体支撑。理想地质：基岩比较均匀、坚固完整、强度足够；基岩能抵抗水的侵蚀、耐风化；岸坡稳定、没有大断裂。4.2 在 V 形和 U 形河谷修建拱坝有何差异？V 形河谷：最易发挥拱作用，底部水压力大，但拱跨短，拱较薄。U 形河谷：底部水压力大，但拱跨长，拱作用显著降低，拱较厚。4.3 拱圈厚度与中心角的关系是什么？中心角越大，拱圈厚度越薄。一般可用公式 AplTsin2表示。
