水工建筑物期末试题简答归纳

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。 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

水工建筑物主要是按对水的作用分类。主要分为： ⑴挡水建筑物：坝、闸和堤防等 ⑵泄水建筑物：溢洪道、泄洪洞等

⑶输水建筑物：输水洞、引水管、渠道、渡槽

⑷取水建筑物：输水建筑物的首部建筑物：进水闸、泵站 ⑸专门建筑物：电厂、船闸、升船机、鱼道、筏道

⑹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。

水利枢纽分等的依据：规模、效益、重要性；共分五等。 水工建筑物分级的依据：工程等别、作用、重要性；共分五级。

水工建筑物承受的主要荷载有哪些？主要荷在载有自重、水压力（包含静水压力、动水压力、水重等）、波浪压力、泥沙压力、扬压力等。

重力坝的工作特点：①主要依靠坝体自重产生的抗滑力满足稳定要求；②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。 简述重力坝的优缺点。

优点：①安全可靠；②对地形、地质条件的适应性强；③枢纽泄洪问题容易解决；④便于施工导流；⑤施工方便；⑥结构作用明确。

缺点：①耗材多；②材料强度未充分发挥；③坝底扬压力大；④施工温度控制严格。

重力坝的设计内容包括哪几个部分？主要包括①剖面设计②稳定分析③应力分析④构造设计⑤地基处理⑥泄洪设计⑦监测设计。

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。 提高坝体抗滑稳定的工程措施主要有：

①利用水重：将上游面做成倾斜以利用水重。②利用有利的开挖轮廓线③设置齿墙：齿墙阻断软弱面，改变滑动面位置，增加抗滑力④抽水措施：抽去坝底渗透水，减少浮托力。⑤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。⑥横缝灌浆：将局部或全部横缝灌浆，增加坝体的整体稳定性。⑦预加应力措施

重力坝应力分析的方法主要有：⑴模型试验法；⑵材料力学法；⑶弹性理论的解析法；⑷弹性理论的差分法；⑸弹性理论的有限元法。 边缘最小主应力为坝面，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。

除主要荷载以外，对坝体应力的影响还有如下影响： ⑴地基变形模量对坝体应力的影响 ⑵坝体混凝土分区对坝体应力的影响 ⑶纵缝对坝体应力的影响 ⑷分期施工对坝体应力的影响

⑸温度变化及施工过程对坝体应力的影响

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。

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：①上游面铅直；②上游面上直下斜；③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、波浪中心线距静水面高度和安全加高三部分。 溢流重力坝的基本要求

①足够的孔口尺寸,良好的孔形,较高的流量系数； ②水流平顺, 不产生负压和振动, 避免发生空蚀； ③保证下游河床不产生危及大坝安全的局部冲刷； ④下泄水流不产生折冲水流等,不影响其他建筑正常运行； ⑤有灵活控制下泄水流的设备。

简述溢流重力坝的工作特点和类型。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。 开敞溢流式 大孔口溢流式

影响因素主要有①洪水设计标准；②下游防洪要求；③库水位壅高限制；④洪水预报的准确度；⑤泄水方式；⑥地形、地质条件。孔口形式类型：①开敞溢流式；②大孔口溢流式

开敞溢流式的特点：①坝体不设胸墙，出流常为堰流；②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；③可排泄冰凌和其他漂浮物；④闸门于坝顶，易检修；⑤应用较广泛。

大孔口溢流式的特点：①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；②堰顶较低，需设工作闸门和检修闸门；③超泄能力常比开敞溢流式小。

孔口尺寸设计应考虑的主要因素：①泄洪要求：泄流单宽流量是关键因素；②闸门和起闭机械：闸门承载能力和起闭能力等；③枢纽布置：枢纽中其他建筑的布置是否宽松；④下游水流、地质条件：下游水的深度、岩石硬度等；⑤下游消能工的性能：消能工消能效果等。

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：①水流内部的紊动、掺混、剪切和旋滚等；②水股的扩散及水股间的碰撞；③水流与固体间的剧烈摩擦和撞击；④水流与气体间的摩擦和掺混。

泄水重力坝消能工的主要形式：①底流消能；②挑流消能；③面流消能；④消力戽消能。

底流消能的原理：①通过水跃将急流转变为缓流而消能；②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，经大量消能后由鼻坎挑向下游水面。

底流消能的特点：①通过水跃将急流转变为缓流而消能；②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；③流态稳定，消能效果好；④对地质和尾水条件要求低，适应性强；⑤产生的雾化小；⑥方量大，投资高。 底流消能与下游水流有①临界水跃；②远驱水跃；③淹没水跃等三种衔接形式。

形成消力池的主要措施：①护坦尾修筑消力坎；②降低护坦高程；③降低护坦和修筑消力坎。

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。

挑流消能工的主要设计内容有：鼻坎形式、鼻坎高程、反弧半径、反弧挑角、挑距、冲刷坑深度

坝身泄水孔的作用：①预泄库水，增强调蓄能力；②放空检修；③排沙减淤；④调节下泄流量以满足通航、灌溉需要；⑤施工导流。

坝身泄水孔的特点：①孔口全部淹没，随时可放水；②孔内流速高，易发生负压、空蚀、振动等；③检修困难；④闸门承压大，启闭力较大；⑤门体结构、止水、启闭设备复杂，造价高。

重力坝地基处理的作用：①防渗；②提高岩基的强度和整体性。

主要内容：①坝基的开挖和清理；②坝基的固结灌浆；③帷幕灌浆；④坝基排水；⑤断层、软弱夹层、溶洞等不良地质的处理。

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：①应力较大的坝踵和坝趾；②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。

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。

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：①对于浅埋夹层采用明挖换基，即挖去夹层回填砼的方法；②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；③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。 分缝有以下类型：

⑴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。 ⑵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。

⑶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

为了满足灌浆、排水、观测、检查、交通等要求，需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。

土石坝：土石坝是指由土、石料等当地材料经碾压建成的大坝。

土石坝广泛应用的原因：①可以就地、就近取材，大量节约三材和材料运输费；②能适应各种地形、地质及气候条件；③可充分利用大容量、多功能、高效率施工机械；④计算方法、试验手段的发展为土石坝设计提供了安全保障；⑤高边坡、地下工程及溢流防冲等配套设施的发展解决了土石坝的难题。 基本要求：⑴具有足够的断面维持坝坡的稳定 ⑵设置良好的防渗和排水设施以控制渗流

⑶选择与现场适应的良好土石种类及配置和坝型结构 ⑷泄洪建筑物具有足够的泄洪能力 ⑸采取使大坝运用可靠和耐久的构造措施

主要按坝高、施工方法、土料配置和防渗材料三种方式分类： ㈠按坝高分

⑴低坝：坝高<30m；⑵中坝：坝高=30～70m；⑶高坝：坝高>70m。 ㈡按施工方法分

⑴碾压式土石坝；⑵冲填式土石坝；⑶水中填土坝；⑷定向爆破堆石坝 ㈢按土料配置和防渗体材料分，将碾压土石坝分为 ⑴均质坝：稳定和防渗均采用一种土料

⑵土质心墙坝：由不透水土料中央防渗体和透水土料坝壳组成 ⑶土质斜墙坝：由不透水土料防渗体和下游透水土料支撑体组成 ⑷多种土质坝：由多种土料组成

⑸人工材料心墙坝：以沥青砼、砼等为心墙的坝

⑹人工材料面板坝：由沥青砼、砼、塑料薄膜等为防渗面板的土石坝 渗流分析的主要内容：⑴确定浸润线的位置；⑵计算渗流流速和比降；⑶确定渗流流量。

分析的目的：⑴依据渗流力确定稳定的坝体型式和尺寸；⑵作为坝体防渗布置和土料布置的依据；⑶确定渗流量以估计水流损失和确定排水系统的容量。 渗流主要有以下特性： ①均为无压流，有浸润线存在； ②大多为稳定渗流，偶有非稳定渗流；

③土质坝体渗透通常遵循达西定律；砾石、卵石有一定偏差； ④均质土坝渗透系数各向同性，非均质坝需考虑各向异性； ⑤宽谷河段土石坝渗流场接近二维，峡谷河段则为三维渗流场； 渗透变形主要有四类：

①管涌：坝体和坝基的土体颗粒被渗流带走的现象。内部管涌的颗粒移动只发生在坝体内部，外部管涌可将土粒带出坝外，管涌仅发生在无粘性土。 ②流土：渗流作用下，粘土和均匀无粘性土被浮动的现象。常见于渗流在坝下游逸出。

③接触冲刷：在粗、细土粒交界面上，细颗粒被渗流冲动的现象。

④剥离：粘性土与粗粒土接触面上，渗流使粗颗粒脱离整体结构的现象。多发生在粘性土与反滤层的交界面上。 渗透变形的危害主要表现为：

导致坝体沉降、坝坡塌陷或形成集中的渗流通道等，危及大坝安全。 透变形防护的措施①防渗结构：控制渗流，减小逸出坡降和渗流量，为第一道防线；

②过渡区：实现防渗体与坝壳体可靠连接，防止刚度突变和渗流变形； ③反滤层：实现坝体、坝基与排水的良好连接,滤土排水,防止管涌和流土； ④排水孔：进一步降低地下水位，减小渗流力，排水为第二道防线。 管涌的防护标准：取决于颗粒组成和渗流坡降 流土的防护标准：取决于粗、细层的粒径组合

稳定分析的计算工况①施工期；②稳定渗流期；③库水位降落期； 分析方法有瑞典圆弧法和简化的毕肖普法两种。

固结：坝在施工和蓄水过程中荷载和应力不断发生变化，土体中的孔隙水压力和骨架应力也不断发生变化，当超过稳定渗流的孔隙水压力逐步消散，外载压力相应传到土骨架上使之发生压缩变形直到稳定，这一过程称为固结。 常用固结理论：太沙基和比奥饱和土固结理论。

应力和变形特性分析的内容：⑴坝体塑流区、拉应力区的范围；⑵裂缝发生的可能性部位；⑶防渗体出现水力劈列的可能性及部位；⑷防护工程措施后的效果。

防渗体土料选择应考虑哪些特性⑴防渗性；⑵抗剪强度；⑶压缩性；⑷抗渗稳定性；⑸含水量；⑹颗粒级配；⑺膨胀量和体缩值；⑻可溶盐、有机质含量。

反滤、过渡和排水材料的主要要求⑴质地致密坚硬；⑵具有高度抗水性和抗风化能力。

排水的作用：①控制和引导渗流；②降低浸润线；③加速孔隙水压力消散；④保护下游坝坡免遭冻胀破坏。

反滤层的作用：①防护渗流出口；②防止坝体和坝基发生管涌、流土等渗透变形。

⑴棱体排水(滤水坝址)：设置在坝趾的堆石棱体。优点是可降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护坝脚不受淘刷，增加坝体稳定；缺点是石料用量大，费用高，与坝体施工有干扰，检修困难。

⑵贴坡排水(表面排水)：堆石或砌石直接铺放在下游坝坡表面。优点是结构简单，用料少，施工方便，易于检修；缺点是不能降低浸润线，易冰冻而失效。常用于下游无水的中小型均质坝和浸润线较低的中坝。

⑶坝内排水：排水体设置在坝体内部。又分褥垫排水、网状排水、竖直排水体和水平排水层。优点是下游无水时可降低浸润线，加速软基固结；缺点是不均匀沉陷适用性差，易断裂，难以检修。

⑷综合式排水：由棱体排水、贴坡排水、坝内排水等两种或两种以上的排水措施组合而成。具有以上各项排水的优点。 反滤层分类：

①Ⅰ型反滤：位于被保护土的下方，渗流自上而下，需承受自重和渗透压力。 ②Ⅱ型反滤：位于被保护土的上方，渗流自下而上，自重与渗透压力相反。 裂缝类型和成因：⑴纵缝：因坝壳与心墙、或多种土质坝固结速度的差异形成拉应力而裂缝

⑵横缝：因岸坡陡峻或岸坡突变而致 ⑶内缝：因坝基与坝体的不均匀沉降而致 砂砾石地基处理的主要问题是：渗流控制。

主要措施：①垂直防渗设施；②上游水平防渗铺盖；③下游排水设施 各类措施的作用：垂直防渗设施的目的在于完全阻断透水层；防渗铺盖的目的在于延长渗径，减小渗流比降到容许范围；下游排水设施的目的在于防排结合，控制渗流，降低浸润线。

堆石坝是以堆石体作为支撑，以土、砼、沥青砼等作为防渗体的一种坝型。目前主要钢筋混凝土面板堆石坝，简称面板坝。

面板坝的堆石体分为垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区等四个区。 防渗体系由面板、址板、灌浆帷幕、周边缝、接缝止水等构成。 从拱坝结构形式上看，拱坝可以分为单曲拱坝和双曲拱坝。

温度作用是拱坝设计中的一项主要荷载，我们将拱坝温差看作是均匀温度变化、等效线性温差、非线性温度变化三部分的叠加 地震荷载包括地震惯性力、地震动水压力和动土压力

坝肩岩体滑动的主要原因有二：岩体内存在着软弱结构面与荷载作用 10．合理的拱圈形式应当是压力线接近拱轴线，使拱截面内的压应力分布趋于均匀。水压荷载在拱梁系统的分配中，拱所分担的水荷载并不是沿拱圈均匀分布，而是从拱冠向拱端逐渐减小。

拱坝应力分析方法有五种,他们是：纯拱法、拱梁分载法、有限元法、壳体理论计算方法、结构模型试验

12．目前国内外评价坝肩岩体稳定的方法，可归纳为以下三种：刚体极限平衡

法、有限元法、地质力学模型试验。

13．坝肩岩体稳定是拱坝安全的根本保证。拱坝体形优化设计有设计变量多、约束条件复杂和数学模型具有高度非线性等特点。

15．拱坝坝身的泄水方式可归纳为：自由跌流式、鼻坎挑流式、滑雪道式、坝

身泄水孔式四种。

16．拱坝的消能方式主要有跌流消能、挑流消能、底流消能三种。 1．请简要叙述拱坝的结构特点与受力特点？

结构上，拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，其拱冠剖面既有拱的作用又有梁

的作用，是一个空间的整体结构，超静定荷载由拱系和梁系共同承担； 受力上，拱是一种主要承受轴向压力的推力结构，拱内弯矩较小，应力分布较为均匀，其承受的水平荷载一部分通过拱的作用压向两岸，另一部分通过竖直梁的作用传到坝底基岩；

稳定上，坝体的稳定主要依靠两岸拱端的作用，并不全靠坝体自重来维持。 2．拱坝坝址对地形地质的要求有哪些？

地形条件是决定拱坝结构形式、工程布置以及经济性的 主要因素。

理想的地形应是左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向上游收缩的峡谷; 地质要求：河谷两岸的基岩必须能承受由拱端传来的推力，要在任何情况下都能保持稳定，不致危害坝体的安全。

理想的地质条件是：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。

3．双曲拱坝适应那种地形？它的优点是什么？

（答案）双曲拱坝适宜于修建在底部狭窄的V型河谷、梯形河谷及其它形式的河谷，再布置上更为灵活；

双曲拱坝有明显的优点，即：由于梁系也呈弯曲的形状，兼有竖向拱作用，承受水平荷载后，在产生水平位移的同时，还有向上位移的倾向，使梁的弯矩有所减小而轴向力加大，对降低坝的拉应力有利；另外在水压力作用下，坝体中部的竖向梁应力是上游面受压而下游面受拉，这同坝体自重产生的梁应力正好相反。

4．拱坝温度荷载的定义是什么？

答：温度荷载指在拱坝修建过程中，封拱前确定拱坝的稳定温度作为坝体温升温降计算基准。封拱后，外界气温作周期性变化，产生相对于稳定温度的温升或温降变化。由于拱座嵌固在基岩中，限制坝体随温度变化而自由伸缩，于是坝体内部产生了温度应力，即为温度作用，也就是温度荷载。 5．简述温度荷载对拱坝坝体的作用？

答：当温升时，温度荷载产生的弯矩和剪力方向与水压力相同，轴力方向相反；对坝体不利，于坝肩稳定有利。当坝体温度低于封拱温度时，坝轴线收缩，使坝体向下游变位。

温降时：温度荷载产生的弯矩和剪力方向与水压力相反，与轴力方向相同，于坝肩应力有利，由于拱端推力加大，对坝肩岩体稳定不利。当坝体温度高于封拱温度时，坝轴线伸长，使坝体向上游变位。 6．简述拱坝的布置原则和拱端的布置原则。

拱坝的布置原则： 体轮廓力求简单，基岩面、坝面变化平顺，避免有任何突变； 拱端的布置原则：拱端应嵌入开挖后的坚实基岩内，拱端与基岩的接触在原则上应做成全半径向的，以使拱端推力接近垂直于拱座面。7．简述拱坝建基面设计中应当注意的几个问题是什么。

①岩体质量分级与合理选取力学参数的问题；②弱风化岩体的可利用问题；③

高地应力区建基岩体的选择问题；④坝基岩体变形对建基面的影响问题；⑤建基面岩体的强度问题；⑥建基岩体的稳定问题。以上六个问题是拱坝建基面设计中的应当注意的几个问题。

1. 拱坝所承受的水平荷载一部分通过拱的作用传到两岸，另一部分通过梁的作

用传到坝底基岩。

2. 拱坝属于空间壳体结构，高次超静定结构。 3. 拱坝坝身需设永久缝。

4. 河谷形状特征常用坝顶高程处的河谷宽度L与最大坝高L的比值,即宽高比。 5. 拱坝的厚薄程度，常以坝底最大厚度T和最大坝高H的比值，即厚高比。 6. 对于一定的河谷，拱中心角愈大，拱圈厚度愈小。 7. 传力角不宜小于30度，最好与等高线垂直。 8. 拱坝计算上最优中心角133度34分。

9. 围岩压力也称山岩压力，是隧洞开挖后因围岩变形或塌落作用在支护上的压

力.

10. 温降对坝体应力不利;温升将使拱端推力加大，对坝肩稳定不利。

11.约束条件包括：几何约束、应力约束、稳定约束。

1. 拱坝所承受的水平荷载一部分通过（拱）的作用传到两岸，另异部分通过（梁）

的作用传到坝底基岩

2. 2. 拱坝属于（空间壳体结构，高次超静定结构）

3. 拱坝坝身需设永久伸缩缝。

4. 河谷形状特征常用（坝顶高程）处的河谷宽度L与最大坝高L的比值,即

（宽高比）。

5. 拱坝的厚薄程度，常以（坝底）最大厚度T和最大坝高H 的比值，即（厚

高比）。

6. 对于一定的河谷，拱中心角愈大，拱圈厚度愈小。 7. 传力角不宜小于30度，最好与等高线垂直。 8. 拱坝计算上最优中心角133度34分。

9. 拱坝坝身泻水方式：(自由跌流，鼻坎式挑流，滑雪道式，坝身泻水孔式) 10.拱坝消能方式：(跌流消能，挑流消能，底流消能)

20.（地形条件）是决定拱坝结构形式、工程布置以及经济性的主要因素。 21.拱坝的设计荷载包括：静水压力、动水压力、自重、扬压力、泥沙压力、冰

压力、浪压力、温度作用以及地震荷载等。

22.拱冠梁法是按中央悬臂梁（拱冠梁）与若干层水平拱在其相交点变位一致的

原则分配荷载的拱坝应力分析方法。

5.收缩缝有（横缝）和（纵缝）两类

4.对地质要求：河谷两岸的基岩必须能承受由拱端传来的推力，要在任何情况下都能保持稳定，不致危害坝体的安全。理想的地质条件是：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。

8.温度荷载：将封拱温度作为坝体温升和温降计算标准，以后坝体温度随外界温

度作用作周期性变化产生相对于上述稳定温度的改变值，即为温度作用，也就是通常所说的温度荷载。

39. 温降：产生弯矩、剪力方向与水压力作用产生的相同， 对坝体应力不利

温升：产生弯矩、剪力方向与水压力的相反，但轴力方向相同，对坝肩稳定不利

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