水工建筑物复习题及答案

水工建筑物复习题及答案

水工建筑物复习题

1.1 何为水利工程？何为水工建筑物？

1.2 水利工程按承担的任务和对水的作用是如何分类的？ 1.3 水工建筑物主要按什么分类？并简述其分类

1.1答： 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 答：

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 答：

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。

第二章

2.1 绘制水利工程建设系统，并指出其中的关键环节。 2.2 水利枢纽分等的依据是什么？共分为几等？ 2.3 水工建筑物分级的依据是什么？共分为几级？

2.4 水工建筑物承受的主要荷载有哪些？并掌握自重、静水压力、扬压力的计算方法。

2.5 简述水工建筑物作用效应的分析方法。

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？

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？

2.8 正确理解结构功能函数Z=R-S的意义，Z<0安全吗？ 2.9 正确理解可靠指标的含义，可靠指标越大越可靠吗？ 2.10 水工建筑物抗震设计含哪两部分的内容？

2.1 答：

关键环节：规划和设计工作。 2.2 答：

依据：规模、效益、重要性；共分五等。 2.3 答：

依据：工程等别、作用、重要性；共分五级。 2.4 答：

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。计算方法见教材。 2.5 答：

分析方法主要有：⑴物理模型试验法，含水力学模型试验和结构模型试验。 ⑵数学模型模拟法，含解析法、差分法和有限元法 ⑶经验类比法 2.6 答：

工作状况：①持久状况，②短暂状况，③偶然状况。 作用效应：①永久作用，②可变作用，③偶然作用。

作用效应组合：①基本组合，②施工、检修组合，③特殊组合。 2.7 答：

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： ⑴承载能力极限状态

当出现①刚体失去平衡,②材料强度不足而破坏,③结构失稳,④结构转变为机动体系,⑤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。 ⑵正常使用极限状态

当出现①影响结构正常使用或外观变形,②不良振动,③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 答：

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。Z<0表示结构抗力小于作用效应，已不安全。 2.9 答：

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 答：

主要包含：①抗震计算；②抗震工程措施。

第三章

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？

3.2 简述重力坝的优缺点。

3.3 重力坝的设计内容包括哪几个部分？ 3.4 简述重力坝失稳破坏的机理？

3.5 掌握单滑面的抗剪强度和抗剪断公式。 3.6 简述深层抗滑稳定的计算方法类型。

3.7 岸坡坝段与河床坝段相比，抗滑稳定有何特点？ 3.8 简述提高坝体抗滑稳定的工程措施。

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？ 3.10 除主要荷载以外，对坝体应力的影响还有哪些因素？

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？ 3.12 施工期温度引起的应力主要有哪两类？ 3.13 简述温度裂缝的类型和温度控制的措施。

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？

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？

3.16 掌握重力坝在水压力,水重,扬压力,自重荷载下的边缘应力和抗滑稳定验算。

3.17 简述重力坝易出现地震震害的位置和抗震措施。 3.18 简述溢流重力坝的工作特点和类型。 3.19 简述溢流重力坝的基本要求。

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。

3.21 溢流重力坝通常设计成等同的奇数孔，为什么？

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？ 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。

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什么？

3.25 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？ 3.26 掺气虽然可减少空蚀，但也存在什么不利之处？ 3.27 水流脉动对溢流坝有什么害处？

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？

3.29 消能工的原理是什么?能量转换的途径有哪些?辅助消能工主要有哪几种?

3.30 详述泄水重力坝消能工的主要形式和原理？ 3.31 简述底流消能的特点及其与下游水流的衔接形式、形成消力池的主要措施。

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？ 3.33 挑流消能工的主要设计内容有哪些？ 3.34 折冲水流是如何形成的？

3.35 简述坝身泄水孔的作用和特点及其分类。

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？ 3.37 重力坝地基处理的作用是什么？它主要包括哪些内容？

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？ 3.39 坝基排水主要采用什么措施？其目的是什么？ 3.40 陡、缓倾角顺流方向断层通常采用什么措施处理？横流方向断层又如何？

3.41 坝基软弱夹层有何害处？一般采用什么方法处理？

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？

3.43 混凝土重力坝为何要分区？分缝的类型和目的是什么？ 3.44 重力坝为何需设廊道系统？

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？ 3.46 简述浆砌石重力坝的优缺点，其防渗设施有哪些？ 3.47 浆砌石重力坝主要有哪些材料？ 3.48 何为宽缝重力坝？并简述其优缺点? 3.49 何为空腹重力坝？并简述其优缺点? 3.50 何为支墩坝？并简述其结构形式? 3.51 简述大头坝的头部和支墩形式。

第三章 3.1答

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。 3.2答

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。 3.3答

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。 3.4答

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。

3.5答

（见教材） 3.6答

深层抗滑稳定计算方法类型分为：

⑴分区计算法，含①剩余推力法；②被动抗力法；③等安全系数法 ⑵整体计算法。

3.7答

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答

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

3.9答

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。

3.10答

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 3.11答

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答

⑴地基约束引起的应力 ⑵内外温差引起的应力 3.13答

温度裂缝的类型主要有：

①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。 ②表面裂缝

温度控制的措施主要有： ①降低砼的入仓温度Tj ②降低砼的水热化温升Tr ③加强砼表面的养护 3.14答

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。 3.15答

重力坝极限状态设计包含①承载能力极限状态；②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。 3.16答 见作业 3.17答

重力坝易出现地震震害的位置：①坝顶和断面突变处易出现裂缝；②原有裂缝易扩展延伸；

③孔口及廊道附近易开裂；④接缝止水易破坏。

重力坝抗震措施：①作好地基处理，加强接触面的结合；②加强施工质量控制和养护,防止出现早期裂缝；③重量、变形、刚度、几何等突变部位设缝；④增加坝顶强度、刚度以及布筋；⑤孔口、廊道附近布筋；⑥坝后设置检修桥。 3.18答

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：①开敞溢流式；②大孔口溢流式 3.19答

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。 3.20答

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。 3.21答

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答

因为①单宽流量是确定溢流坝的净宽和堰顶高程的主要参数；②单宽流量是影响消能工设计的关键因素；③单宽流量是影响坝下冲刷的主要因素。 3.23答

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。 两种孔口形式过流量的计算公式见教材。 3.24答

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。 3.25答 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答

掺气虽然存在①减少空蚀；②射流掺气消耗大量能量而有利于消能工等益处。但也存在①增加水深从而加大工程投资；②形成雾化区等的不利之处。 3.27答

①增大建筑物的瞬时荷载；

②脉动周期性引起的振动可能对轻质建筑造成振动； ③增加空蚀破坏的可能性。 3.28答

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答

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。 辅助消能工主要有：趾墩、消力墩、尾槛等。 3.30答

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。 3.31答

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。 3.32答

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答

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答

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答

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。

坝身泄水孔的分类：

3.36答

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答

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。 3.38答

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。 3.39答

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答

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答

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。 3.42答

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：水泥、掺合剂、外加剂、粗骨料、细骨料、水 3.43答

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： 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 3.44答

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。 3.45答

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：①工程程序简单，施工速度快；②胶凝材料用量少；③水热化温升大大降低，简化了温度控制程序；④不设纵缝，节省了模板和接缝灌浆的费用；⑤可使用大型通用机械设备，提高砼的运输和浇筑工效；⑥降低工程造价。 3.46答

浆砌石重力坝的优点：①就地取材，节约水泥；②水热化温升低，可不进行温度控制、不设纵缝、坝段长；③节省模板，减少脚手架，模料用量少，减少了施工干扰；④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：①人工砌筑的质量易不均；②石料的修整和砌筑难以机械化，需大量人力；③砌体防渗性能差，需专设防渗设施；④工期长。

防渗设施主要有：①砼防渗面板或防渗墙；②水泥砂浆勾缝的浆砌石防渗层；③钢丝网水泥喷浆护面 3.47答

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力坝，称为宽缝重力坝。 3.48答

宽缝重力坝的优点：①渗透压力显著降低，作用面积也减小；②坝体砼方量较实体坝少10～20％；③增加了坝体的侧向散热，加快了散热进程；④便于观测、检查和维修。

宽缝重力坝的缺点：①立模较复杂，且模板用量增加；②分期导流不便；③在严寒地区，宽缝需采取保温措施。 3.49答

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：①空腔坝基不设地板,可减少扬压力,砼用量减少20％左右；②减少坝基开挖量；③坝体前后腿嵌入岩体,增强稳定；④前后腿应力分布均匀,坝踵压应力较大；⑤便于砼散热；⑥坝体施工可不设纵缝；⑦便于检测和检修；⑧空腔可布置电站厂房。 空腹重力坝的缺点：①施工复杂；②钢筋用量大；③如空腔内布置厂房,施工干扰大。 3.50答

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：

①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。 ②连拱坝：由一系列紧连的拱筒挡水,并与支墩连成整体。 ③平板坝：由平面板简支在支墩上挡水。 3.51答

⑴大头坝的支墩形式：①开敞式单支墩；②封闭式单支墩；③开敞式双支墩；④封闭式双支墩。

⑵单支墩大头坝的头部形式：①平头式；②圆弧式；③折线式。 ⑶双支墩大头坝的头部形式：一般采用折线式

第四章

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？ 4.2 在V形和U形河谷修建拱坝有何差异？ 4.3 拱圈厚度与中心角的关系是什么？ 4.4 详述拱坝的形式？

4.5 温度荷载对拱坝有何影响？温升温降对坝体应力影响有何差异？ 4.6 拱坝的合理体形应满足什么条件？坝体尺寸应包括哪些内容？ 4.7 双曲拱上游面曲线通常需要确定哪些参数？

4.8 最合理拱圈形式应满足什么条件？现有拱圈有哪些形式？

4.9 拱与拱端面为何要尽量做成全径向接触？坝面倒悬会在什么期间在何面出现拉应力？

4.10 拱坝应力分析有哪些方法？简述拱梁分载法的原理。

4.11 纯拱法只计算几个内力？拱梁分载法需考虑几个内力？一般采用哪几向位移的调整？

4.12 拱坝破坏的主要形式有哪两种？

4.13 拱坝稳定分析主要有哪些方法？简述刚体极限平衡法的假定条件和可能滑动面的形式和位置。

4.14 详述拱坝坝身泄水的方式。

4.15 简述拱坝消能的形式和防冲措施。 4.16 拱坝的管孔主要有哪些类型？ 4.17 简述拱坝垫座和周边缝的作用。 4.18 简述拱坝设置重力墩的目的。

4.19 拱坝的地基处理主要包含哪些内容？

拱坝的特点⑴拱坝是固结于基岩的空间壳体结构；⑵坝体结构具有拱和梁双重作用；⑶坝体稳定主要依靠两岸拱座,其次依靠自重；⑷拱为轴向受力,应力分布均匀,材料强度得到充分发挥；⑸拱和梁具有自行调整应力分布的功能；⑹坝肩岩体的稳定性是影响拱坝安全的主要因素；⑺温度作用为一主要荷载；⑻既可坝顶溢流，也可坝身孔口泄流；⑼施工质量、材料强度、防渗等要求严格。

理想地形：①两岸对称，岸坡平顺无突变，逐渐收缩的峡谷段；②坝体两侧具有足够的岩体支撑。

理想地质：①基岩比较均匀、坚固完整、强度足够；②基岩能抵抗水的侵蚀、耐风化；③岸坡稳定、没有大断裂。 4.2答

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答

中心角越大，拱圈厚度越薄。一般可用公式 表示。 4.4答

拱坝主要有单曲拱和双曲拱两种形式。

对于单曲拱：①对于上下相差不大的矩形河谷,各高程拱圈跨度和中心角相差不大,可用定圆心、定外弧半径、变内弧半径的以增加厚度的拱形。②对于上宽下窄的河谷,各高程拱圈跨度和中心角相差较大,可用定外弧圆心和半径、变内弧圆心和半径以增加厚度。③上游面铅直，仅水平面曲线，称单曲拱。其特点是施工简便，上游面铅直有利于布置泄、排水设施的控制设备。

对于双曲拱：①对于V形河谷，如仍采用单曲拱会使底部中心角过小而加大拱厚,为使上下中心角差异不大，可将下部的内外弧半径逐渐减小；②坝体在水平面和铅直面均成曲线，成双曲线。其特点是①适应河谷广；②梁具有拱的作用③水压应力与自重应力相反；④水压位移与梁位移趋势相反。 4.5答

水压和温度变化引起的总变位中，温度变位占1/3~1/2，温度作用为主要荷载之一。

温降对坝体应力不利：温降时，轴线收缩，坝体下移，产生的弯矩和剪力与水压作用相同，与轴力相反。

温升使拱端推力加大，对坝肩岩体稳定不利：温升时，轴线伸长，坝体上移，产生的弯矩和剪力与水压作用相反，与轴力相同。 4.6答

拱坝的合理体形满足的条件：①满足枢纽布置、运用和施工的要求；②坝体材料强度得到充分发挥,不出现不利的应力状态；③保证坝肩岩体稳定；④工程量最省、造价最低。

坝体尺寸包括的内容：①拱圈的平面形式；②各层拱圈轴线的半径和圆心角；③拱冠梁上下游坝面的形式；④拱冠梁各高程的厚度。 4.7答

①凸点位置：最凸向上游点距坝顶的高度；

②凸度：凸点与坝轴线间的水平距离与坝高的比值；

③最大倒悬度：凸点与上游坝底点之间的水平距离与垂直距离的比值。 4.8答

最合理的拱圈形式：压力线接近拱轴线，应为变曲率、变厚度和扁平的。

现有拱圈形式①圆拱；②三心拱；③双心拱；④抛物线拱；⑤椭圆拱；⑥对数螺旋线拱 4.9答

拱端与拱座面应尽量做成全径向，使推力垂直拱端面。倒悬易使另侧出现拉应力。 4.10答

应力分析方法共有五种⑴纯拱法；⑵拱梁分载法；⑶有限元法；⑷壳体理论计算方法；⑸结构模型试验。

拱梁分载法的原理：①将拱坝视为由若干水平拱圈和竖直悬臂梁组成的空间结构，荷载由梁系和拱系分担，荷载分配由变位一致来确定；②算法是首先将总荷载试分配到梁、拱，按各自的方法算各自的变位，如变位一致则分配正确，否则调整直到一致。 4.11答

用纯拱法只能计算三个内力，而分载法需考虑12个内力，有些内力可忽略，主要有六个内力，拱圈三个，悬臂梁三个。 拱梁分载法中六个变位不易调整，略去影响微小的和合并非独立的，一般只需调整三个主要变位来进行荷载分配，即径向变位、切向变位、扭转变位。 4.12答

⑴坝肩岩体发生滑动破坏，为主要形式；⑵坝肩岩体变形量过大，引起坝体的不利应力。 4.13答

拱坝稳定分析主要有刚体极限平衡法、有限元法、地质力学模型试验三种方法。 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忽略拱坝的内力重分布，受力为定值；④达到极限平衡时,滑裂面剪力与滑移方向平行,方向相反。

可能滑动面的形式和位置：①单独的陡倾角结构面F1和缓倾角结构面F2组合；②成组的陡倾角和成组的缓倾角结构面组合；③混合组合：由单独的陡倾角和成组的缓倾角结构面组

合；或由成组的陡倾角和单独的缓倾角结构面组合；④多刚体组合：结构复杂的结构面将滑移体分割成多块刚体。 4.14答

坝身泄水方式有：自由跌流式、鼻坎挑流式、滑雪道式、坝身泄水孔四种。

自由跌流式：坝顶自由跌流；适用于较薄的双曲或小型拱坝,基岩良好、单宽流量小；需设防护措施，因为落水距坝较近。

鼻坎挑流式：溢流堰顶曲线末端设反弧挑流鼻坎，以使落水点距坝较远；鼻坎常有连续坎，有时也采用差动坎。 滑雪道式：溢流面由溢流坝顶和与坝体轮廓以外的泄槽(滑雪道)连接而成，槽尾设鼻坎挑流，滑雪道地板可在厂房顶、可专设支承；适用于泄洪量大、较薄的拱坝

坝身泄水孔：在水面以下一定深度的坝体内设置中孔或底孔泄流；坝体半高以上为中孔,主要用于泄洪；坝体下部为底孔,多用于放空,辅助泄洪、排沙和导流。 4.15答

拱坝消能主要有：跌流消能、挑流消能、底流消能。跌流消能水流从表孔直接跌落下游,利用下游水垫消能，落点距坝太近，需采取防冲措。鼻坎挑流、滑雪道、坝身泄水孔等多采用各种型式的鼻坎挑流消能，泄流具有向心集中的特点，可利用泄流对冲消能。对于重力拱坝，泄水孔下弯，可采用底流消能。

防冲措施：一般在下游需设护坦、护坡、二道坝等防冲措施。 4.16答

主要含坝身泄水孔、水轮机进水孔、灌溉和供水等引水孔。 4.17答

①周边缝使梁的刚度和作用减弱，拱的作用加强；

②周边缝减小坝体传至垫座的弯矩，可减小上游坝面的拉应力； ③垫座加大了与基岩的接触面，改善地基的受力状态； ④垫座可减少不规则和软弱面对坝体的影响； ⑤坝体开裂不影响基础，基础开裂不影响坝体； ⑥垫座对坝体起地震缓冲作用。 4.18答

①对于不规则河谷，用重力墩减小宽高比，避免岸坡大量开挖。 ②重力墩是拱坝坝端的人工支座；

③用重力墩连接拱坝与其它坝段或溢洪道。 4.19答

坝基开挖、固结和接缝灌浆、防渗帷幕、坝基排水、不良地质处理等。

第五章

5.1 何为土石坝？其能广泛应用的原因何在？ 5.2 简述土石坝设计的基本要求。 5.3 详述土石坝的分类情况。

5.4 通常选用的土石坝坝坡坡度是多少？

5.5 土石坝渗流分析的主要内容包括哪三项？分析的目的是什么？

5.6 简述土石坝渗流的特性。

5.7 掌握二维渗流控制方程各变量的含义，掌握水力学分析法矩形断面单宽流量和浸润线的计算公式。

5.8 简述土石坝渗流分析中流网法流网绘制的基本特性。 5.9 详述渗透变形的类型和危害。 5.10 简述土石坝渗透变形防护的措施。

5.11 管涌和流土的防护标准主要取决于什么？ 5.12 掌握总应力和有效应力的关系。

5.13 土石坝稳定分析的计算工况有哪几种？

5.14 土石坝稳定分析的方法有哪几种？各种分析方法的安全系数是否一样？

5.15 何为固结？常用的固结理论有哪些？

5.16 土石高坝应力和变形特性分析常用什么方法？可分析什么内容？ 5.17 土石坝填筑料的一般要求是什么？坝壳料的基本要求是什么？ 5.18 防渗体土料选择应考虑哪些特性？

5.19 “任意料”应放在什么位置？质量好坏的料应放置什么位置？ 5.20 反滤、过渡和排水材料的主要要求是什么？ 5.21 简述坝体排水和反滤的作用。 5.22 详述坝体排水的形式及其优缺点。

5.23 简述反滤层的类型，其颗粒大小随水流方向的变化如何？ 5.24 简述土石坝裂缝类型和成因。

5.25 砂砾石地基处理的主要问题和措施是什么？各措施的主要作用是什么？

5.26 土石坝体与砼建筑物的连接形式有哪几种？ 5.27 何为堆石坝？目前主要是什么堆石坝？

5.28 面板坝的堆石体由有那四个分区？防渗体系由哪些构成？

5.1答

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。 5.2答

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 5.3答

主要按坝高、施工方法、土料配置和防渗材料三种方式分： 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 5.4答

⑴中低均质坝：平均坡度1:3；

⑵土质心墙坝：下游1:1.5~1:2.5，上游1:1.7~1:2.7（坝壳堆石） 下游1:2~1:3，上游1:2.5~1:3.5（坝壳土料）

⑶人工材料面板坝：上游1:1.4～1:1.7,下游1:1.3~1:1.6(可随堆料优劣适当变化) ⑷人工材料心墙坝：可参照人工材料面板坝选用 5.5答

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。 5.6答

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； 5.7答

中的H为水头，kx为x方向的渗透系数，ky为y方向的渗透系数。

5.8答

①等势线与流线相互正交；

②流网各个网格的长宽比保持为常数；

③上、下游坝坡面为等势线，其差为总水头； ④坝下不透水层为一流线；

⑤浸润线均为一流线，且水头等于其位置水头；

⑥下游坝面逸出段与浸润线一样，水位为其位置水头； ⑦两种土层交界面流线夹角关系为 。 5.9答

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。

⑤化学管涌：土体中的盐类被渗流水溶解而带走的现象。 5.10答

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。 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。 5.11答

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 5.12答

5.13答

①施工期；②稳定渗流期；③库水位降落期； 5.14答

分析方法有瑞典圆弧法和简化的毕肖普法两种。简化的毕肖普法的安全系数需在瑞典圆弧法安全系数的基础上提高5～10％。 5.15答 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。 5.16答

常用固结理论：太沙基和比奥饱和土固结理论。 常用计算方法：增量有限元法。

可分析的内容：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。 5.17答

土石坝填筑料的一般要求：

⑴具有与使用目的相适应的工程性质：防渗料具有足够的防渗性能，坝壳料具有较高的强度，反滤、过渡料等具有良好排水性能

⑵土石料的工程性质在长时期内保持稳定：不风化，不浸蚀等

⑶具有良好的压实性能：防渗体可降到最优含水量，无影响压实的超径材料，压实后承载力高，施工机械可正常运行。 坝壳料的基本要求：

⑴保持坝体的稳定，故需要较高的强度；

⑵坝体水位下的筑料需良好的排水性能；如砂、砾石、卵石、漂石、碎石等。 5.18答

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。

5.19答

“任意料区”布置在干燥和贴近心墙区，其外包围排水过渡区。 质量差、粒度小的放内侧；质量高、粒度大放外侧。 5.20答

⑴质地致密坚硬；⑵具有高度抗水性和抗风化能力。 5.21答

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。 5.22答

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。 5.23答

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。

反滤层一般铺设1～3层级配均匀且耐风化的砂、砾、卵石或碎石，每层粒径随渗流方向而增大。 5.24答

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 5.25答

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 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。 5.26答

主要有插入式和翼墙式两种型式。插入式连接是从砼坝与土石坝的连接部位开始，砼坝的断面逐渐减小，最后成刚性插入土石坝的心墙内，适用于低坝。翼墙式连接是在结合部作成砼挡墙并向上下游延伸成翼墙，适用于与船闸、砼溢流坝等建筑物的连接。 5.27答

堆石坝以堆石体作为支撑，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。 5.28答

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。

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