水工建筑物(历年考题)

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1、水工建筑物历年考题总结（05-11年名词解释及分析解答题）K.D制作第二章水工建筑物设计综述1、极限状态：当整体结构或结构的一部分超过某一特定状态，结构不能满足设计规定的某种功能要求时称 此特定状态为该功能的极限状态。2、结构可靠度：在给定的条件下，在基准期内完成预定功能的概率；3、失效概率：结构不能完成预定功能的概率。第三章重力坝1、冲击波：在高速水流边界条件发生变化处，如断面扩大收缩、转弯处，由于边墙改变，水流受到扰动，水流改变了流向，就将产生冲击波。2、重力坝的基本剖面：在自重、静水压力、扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面。3、空化与空蚀：自然条件下

2、，水体中含有许多很小的气核，当过坝水流中某点的压强降至饱和蒸汽压强时，气核迅速膨胀为小空泡，这种现象称为空化。当低压区的空化水流流经下游高压区时，空泡遭受压缩而 溃灭，由于溃灭时间极短，会产生一个很高的局部冲击力，若空泡溃灭发生在靠近过水坝面，局部冲击 力大于材料的内聚力时，可使坝面遭到破坏，这种现象称为空蚀。溢流面不平整，往往是引起空蚀破 坏的主要原因。4、掺气：由溢流重力坝下泄的水流，当流速超过7-8m/s时，空气从自由表面进入水体，便产生掺气现象。5、水流脉动：泄水建筑物中的水流属于高度紊动的水流，其基本特征是流速和压力随时间在不断变化，即所谓脉动。6、简述坝下折冲水流现象，危害及防治措

3、施？在水利枢纽中，溢流坝段往往只占河床的一部分，泄水时，若下泄水流不能迅速在平面扩散，在主流两 侧容易形成回流，当主流两侧的回流强度不同、水位不同时，主流两侧存在压差，就可能将主流压向一侧， 形成折冲水流。折冲水流危害：水流左冲右撞、蜿蜒蛇行，冲刷河岸，也影响航运。防治措施：1、在枢纽布置上，尽量使溢流坝的下泄水流与原河床主流的位置和方向一致；2、规定闸门 操作程序，使各孔闸门同时均匀开启，或对称开启；3、布置导流墙，使主流充分扩散；4、进行水工模型试 验，研究下游流态及改善措施。7、抗剪公式与抗剪断公式的差异？1、计算上的差异：抗剪公式是将基岩面看成一个接触面，而不是胶结面，当接触面呈水平时

4、，用公式*； 利用抗剪断公式时，认为坝体混凝土与基岩接触良好，假定接触面积为A，此时的计算公式为*。2、工况上的差异：抗剪强度公式形式简单，对摩擦系数f的选择积累了丰富的经验，在国内外应用广泛， 但该公式忽略了坝体与岩基间的胶结作用，不能完全反应坝的实际工作状态。抗剪断公式，直接采用 接触面上的抗剪断强度参数，物理概念明确，比较符合坝的实际工作情况，日益为各国所采用。3、适用上的差异：当整个可能滑动面基本由软弱结构面构成时，宜用抗剪强度公式计算。当可能滑动面 仅一部分通过软弱结构面，其余部分切穿岩体或混凝土，有条件提供一定抗滑力时，应采用抗剪断公 式计算。8、提高坝体抗滑稳定性的措施：1、利用

5、水重：将坝的上游面略向上游倾斜，利用坝面上的水重来提高坝的抗滑稳定性；2、采用有利的 开挖轮廓线：使坝基面倾向上游、将坝踵高程适当降低、将坝基开挖成锯齿状;3、设置齿墙：在坝踵部 位设置齿墙，切断较浅的软弱面；4、抽水措施：在坝基面设置排水系统，以减小坝底浮托力；5、加固地基：帷幕灌浆、固结灌浆以及断层、软弱夹层的处理等；6、横缝灌浆：将部分坝段或整个坝体的横缝进行局部或全部灌浆，以增强坝的整体性和稳定性；7、预 加应力措施：在靠近坝体上游面，采用深孔锚固高强度钢索，并施加预应力，以增强坝体的抗滑稳定性， 以及消除坝踵处的拉应力。9、重力坝的工作原理和特点。工作原理：重力坝在水压力及其他荷载作

6、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。工作特点：优点：结构作用明确，设计方便简单，安全可靠；对地形、地质条件适应性强；枢纽 泄洪问题容易解决；便于施工导流；施工方便。缺点：坝体剖面尺寸大，材料用量多；坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；坝体与地基接触 面大，相应坝底扬压力大，对稳定不利；坝体体积大，由于施工期混凝土的水化热和硬化收缩，将产生不 利的温度应力和收缩应力，在浇筑混凝土时，需要有较严格的温度控制措施。第四章拱坝1、拱冠梁法：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

7、坝应力方 法，是一种简化了的拱梁分载法。2、设计拱坝时，选择拱圈中心角应考虑哪些因素？对于一定高度的河谷，拱中心角越大，拱圈厚度越小，材料强度就越能得到充分利用，因而适当加大中 心角是有利的，经过演算，可以得出使拱圈体积最小的中心角2A=133 .57。但从稳定条件考虑，过大的中 心角将使拱轴线与河岸基岩等高线间的交角过小，以致拱端推力过于趋向岸边，不利于坝肩岩体的稳定。对 于向下游缩窄的河谷，可采用110-120 ；当坝址下游岩基内有软弱带或坝肩支撑在比较薄的山嘴时，则应 适当减小拱的中心角，使拱推力转向岩体内侧，以加强坝基稳定。拱坝的最大应力发生在坝高1/3-1/2处， 所以在中下部采用较

8、大中心角，由此向上向下中心角都减小。3、简述温度荷载对拱坝坝体应力、变形及拱坝坝肩稳定的影响？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，由此产生的弯矩和剪力的方向与水压力 作用所产生的相同，但轴力方向相反。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，由此 产生的弯矩和剪力的方向与水压力产生的相反，但轴向力方向则相同。因此，在一般情况下，温降对坝体应 力不利，温升将使拱端推力加大，对坝肩岩体稳定不利。4、对比重力坝和拱坝的工作原理，说明拱坝节省工程量的原因。重力坝主要依靠自重产生的抗滑力来满足稳定的要求，所以坝体坡面尺寸大，材料用量多。拱坝的稳定 主要依靠两岸拱端的反作

9、用力，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， 有利于发挥材料的强度。拱的作用利用得越充分，混凝土或砌石材料抗压强度高的特点就愈能充分发挥，从 而使坝体厚度可以减薄，因此就节省工程量。5、拱坝的工作原理及特点？拱坝的工作原理：拱坝是固结于基岩的空间壳体结构，在平面上呈凸向上游的拱形，拱冠剖面呈竖直的 或向上游凸出的曲线形。坝体既有梁的作用又有拱的作用，其承受的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基基岩。（1）稳定特点：坝体的稳定主要依靠两岸拱端的反作用力，因此拱 坝对地形地质条件要求较高，对地基处理的要求也较为严格，除考虑坝体强度以外，还应

10、重视拱坝坝肩岩体 的抗滑稳定和变形。（2）结构特点：拱坝属于高次超静定结构，超载能力强，安全度高。当外荷载增大或坝 的某一部分发生局部开裂时，坝体的拱和梁作用将会自行调整，使坝体应力重新分配。其次，拱坝的抗震能 力也很强，由于拱坝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，有利于发挥 材料的强度。拱的作用利用得越充分，混凝土或砌石材料抗压强度高的特点就愈能充分发挥，从而使坝体厚 度可以减薄，节省工程量。（3）荷载特点：拱坝坝身不设永久伸缩裂缝，温度变化和基岩变化对坝体应力的 影响比较显著。第五章土石坝1、接触冲刷：渗流沿着渗流系数不同的两种土层接触面上或是建筑物与地基接触

11、面上流动时，将细颗粒沿 接触面带走的现象。2、拱效应：由于坝壳和心墙材料性质不同，坝壳很快达到沉降稳定而心墙则由于固结慢，还在继续沉降， 坝壳通过与心墙接触面上的摩擦力作用阻止心墙沉降，这就是坝壳对心墙的拱效应。3、水力劈裂：坝的下游坡出现集中漏水，但漏水不是在水库满蓄后立即发生，而是延迟几小时甚至几天后 突然发生。说明，在一定条件下，由于库水压力的作用，可使防渗体中已存在的闭合裂缝重新张开或产生新 的裂缝，称为水力劈裂。4、土质防渗体：指该部位的土体比坝壳其他部位更不透水，它的作用是控制坝体内浸润线的位置，并保持 渗流稳定。5、沥青混凝土防渗体：指用沥青和混凝土组成的防渗体材料。具有较好的塑

12、性和柔性，防渗和适应变形 能力均较好，产生裂缝时有一定的自行愈合功能，且施工受气候的影响也小。具有特点：良好的密度、热稳定性、水稳定性、防渗性、可绕性、和易性及足够的强度。6、粘土心墙与斜墙坝的优缺点？斜墙坝：优点：坝壳可以超前于防渗体进行填筑而且不受气候限制，也不依赖于地基灌浆的施工进度， 施工干扰小。缺点：1、由于抗剪强度较低的防渗体位于上游面，故上游坝坡较缓，坝的工程量相对较大；2、 斜墙对坝体的沉降变形也较为敏感，与陡峻河岸连接较困难。心墙坝：优点：防渗体位于坝体中央，适应变形的条件好，特别是当两岸坝肩很陡时，较斜墙坝优越。缺 点：1、心墙土料的压缩性较坝壳料高，易产生拱效应，对防止水

13、力劈裂不利，对坝的安全有影响；2、心墙 在施工时必须与两侧坝壳平齐上升，施工的干扰大，受气候条件的影响也大。7简述反滤层及过渡层的作用及反滤层的设计原则？反滤层的作用是滤水排水，防止土工建筑物在渗流逸出处遭受管涌、流土等渗流变形的破坏，以及不同 土层界面处的接触冲刷。对下游侧具有承压水的土层，还可以起压重的作用。过滤层主要对其两侧的土料变形起协调作用。反滤层可起过滤作用，而过滤层则不一定能满足反滤的要求。反滤层的设计要求：1、必须具有足够小的空隙，以防土粒被冲入孔隙或通过孔隙而被冲走；2、透水性 大于被保护层，能顺畅地排除渗透水流，同时不致被细粒土淤塞而失效，这就要求反滤料必须具有足够大的 孔

14、隙。8、简述土石坝稳定分析中一般需要考虑哪些具有代表性的工况？1、施工期（包括竣工时）：校核竣工剖面、施工拦洪剖面以及边施工、边蓄水过程的临时蓄水剖面上、 下游坝体的稳定。2、稳定渗流期：校核以下两种情况：水库水位处于正常蓄水位或设计洪水位至死水位之间 的某一水位、以及上游为校核洪水位，下游为相应水位时的上下游坝坡稳定。3、水库水位降落期：校核以下 两种情况：水库水位处于正常蓄水位或设计洪水位与死水位之间的某一水位发生降落、以及水库水位自校核 洪水位降落至死水位以下或水库以大流量快速泄空时的上游坝坡稳定。4、地震作用时：与正常运用条件的作 用相组合验算上、下游坝坡的稳定。9、土石坝的定义及特点

15、，土石坝设计的基本要求？土石坝定义：土石坝是指利用土、石料等当地散粒体材料填筑而成的坝。土石坝的特点：1、可以就地、就近取材、节省大量水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输量；2、能 适应各种不同的地形、地质和气候条件；3、大容量、多功能、高效率施工机械的发展，促进了高土石坝建设 的发展；4、由于岩石力学理论、实验手段和计算技术的发展，进一步保障了大坝设计的安全可靠性；5、高 边坡等各项工程设计和施工技术的综合发展，对土石坝的建设和推广也起到了重要的促进作用。土石坝设计的基本要求：1、具有足够的断面保持坝的稳定；2、设置良好的防渗和排水措施用以控制渗 流；3、根据现场条件选择筑坝土石料的种类、坝

16、的结构型式以及各种土石料在坝体内德配置；4、坝基足够 稳定；5、要有足够的泄洪能力和安全超高，以防洪水漫顶，造成坝的失事；6、采用适当的构造措施，使坝 应用可靠和耐久。10、土石坝渗流变形及防护？管涌：在渗流作用下，土中的细颗粒由骨架孔隙通道中被带走而流失的现象，主要出现在比较疏松的无 粘性土中。流土：在向上渗流作用下，表层局部土体被顶起或是粗细颗粒群发生浮动而流失的现象，前者多发生在 表层为粘性土或其他细颗粒组成的土层中，后者多发生在不均匀砂土层中。接触冲刷：渗流沿着渗流系数不同的两种土层接触面上或是建筑物与地基接触面上流动时，将细颗粒沿 接触面带走的现象。接触流土：在渗流系数相差悬殊的两种

17、土层交界面上，由于渗流垂直于层面流动，将渗流系数较小土层 中的细颗粒带入渗流系数较大土层中的现象。防护措施：选择好筑坝土料以及坝的防渗结构型式、过渡区和排水反滤等。11、砂砾石坝基处理的原则和措施？在砂砾石坝基上建坝，其承载力是足够的，而且压缩性也不大，因此，砂砾石坝基上建坝处理的主要问 题就是进行渗流的控制，解决方法是做好防渗和排水。具体措施：1、垂直防渗设施：粘性土截水墙（适用于坝基砂砾石地层厚度不大时）；混凝土防渗墙（适用于深 厚砂砾石地基，优点是施工技术宜掌握，对各种地层适应性较强，造价低，应用广泛）帷幕灌浆（砂砾石 地基的灌浆宜用水泥、粘性土和膨润土等粒状材料）；防渗帷幕（铺盖的作用

18、是延迟渗径）；2、上游水平 防渗铺盖；3、下游排水设施：包括水平排水层、排水沟、减压井、透水盖重等。第六章水闸1地下轮廓线：在水头作用下，坝基内的渗流将从护坦上的排水孔等逸出，不透水的铺盖，板桩及底板地 基的接触线，即是闸基渗流的第一根流线，称为地下轮廓线。2、简述水闸的工作特点？及其作用？1、软土地基的压缩性大，承载能力低，细沙容易液化，抗冲能力差，容易产生较大的沉降或沉降差，造 成闸室倾斜、止水破坏，闸底板断裂等；2、水闸泄流时，尽管流速不高，但水流仍具有一定的剩余能量，而 土基的抗冲性能较低，可能引起水闸下游冲刷，此外，水闸下游常出现波状水跃和折冲水跃，将会进一步加 剧对河床河两岸的掏刷

19、；3、土基在渗透水流作用下，容易产生渗流变形，特别是粉、细砂地基，在闸后容易 出现翻砂冒水现象，严重时闸基两岸会被淘空，引起水闸沉降、倾斜、断裂甚至倒塌。作用：水闸是一种用 来专门挡水和泄水的低水头水工建筑物。3简述海曼的作用、构造要求和常用的结构形式。海漫的作用：进一步消减水流的剩余能量，使水流均匀扩散，并将流速分布逐渐调整到接近天然河道的 水流，保护扩坦和减小对其下游河床的冲刷。构造要求：表面有一定的粗糙度，以利进一步消除余能；具有一定的透水性，以便使渗水自由排出，降 低扬压力；具有一定的柔性，以适应下游河床可能的冲刷变形。常用结构：干砌石海漫，浆砌石海漫，混凝土板海漫，钢筋混凝土板海漫，

20、其他形式。4试述粘性土和砂性土地基上水闸地下轮廓线的布置原则，并绘图说明。1、粘性土时：粘性土地基不易发生管涌破坏，底板与地基土间的摩擦系数较小，在布置地下轮廓时，主 要考虑如何降低作用在底板上的渗流压力，以提高闸室的抗滑稳定性。为此，可在闸室上游设置水平防渗， 而将排水设施布置在消力池底板下，甚至可伸向闸底板下游段底部，一般不用板桩。（绘图说明P307）；2、砂性土时：地基为砂性土时，其与地基的摩擦系数较大，而抵抗渗流变形的能力较差，渗流系数也较 大，在布置地下轮廓时以防止渗流变形和减小渗漏为主。对砂层很厚的地基，如为粗砂或砂砾，可采用铺盖 与悬挂式板桩相结合，而将排水设施布置在消力池下面（

21、绘图）；如为细砂，可在铺盖上游端增设短板桩， 以增长渗径，减少渗流坡降。当砂层较薄时，且下面有不透水层时，采用齿墙或板桩切断砂层，并在消力池 地下设排水（绘图）。对于粉砂地基，为了防止液化，大都采用封闭式布置，将闸基四周用板桩封闭起来（绘 图）。5、底板应力分析方法：弹性地基梁法和倒置梁法的计算步骤及优缺点？对于相对密度Dr大于0.5的非粘性土地基或粘性土地基，采用弹性地基梁法；对于相对密度DrW0.5的 非粘性土地基，采用反力直线分布法；对于小型水闸，常采用倒置梁法。弹性地基梁法分析闸底板内力时，需要考虑可压缩土层厚度的影响。步骤：1、用偏心受压公式计算闸底 纵向地基反力；2、计算板条及墩条

22、上的不平衡剪力；3、确定不平衡剪力在闸墩和底板上的分配；4、计算基 础梁上的荷载；5、考虑边荷载的影响；6、计算地基反力及梁的内力。反力直分布线法进一步假定垂直水流流向的地基反力为均匀分布。步骤：1、用偏心受压公式计算闸底纵 向地基反力；2、确定单宽板条及墩条上的不平衡剪力；3、将不平衡剪力在闸墩和底板上进行分配；4、计算 作用在地板梁上的荷载。倒置梁法也是假定地基反力沿闸室纵向呈直线分布，横向为均匀分布，把闸墩当做底板的支座，在地基 反力和扬压力底板自重及作用在闸室底板上的水重等荷载作用下按连续梁计算板底内力。倒置梁法的缺点：1、 没有考虑底板与地基间的变形相容条件；2、假设底板在横向的地基

23、反力为均匀分布，与实际情况不符；3、 闸墩处的支座反力与作用在该处实际的铅直荷载也不相等。倒置梁法计算简便，多用于小型水闸。第八章水工隧洞1、弹性抗力：是衬砌受力朝向围岩变形，围岩对衬砌呈现出的一种被动抗力。2、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。3、水工隧洞：为满足水利水电工程各项任务的需要，在地面以下开凿的各种隧洞，称为水工隧洞。4、水工隧洞的工作特点？1、水力特点：大多数为深式进口，泄水隧洞承受的水头较高，流速较大，体形设计不当或施工存缺陷， 可能引起空化水流而导致空蚀，应采取适宜的防止空蚀和消能措施；2、结构特点：经常要设置临时性支护和永久性衬砌，以承受围岩压力，应做好勘探工作，使隧洞尽量 避开不利地质条件，水文地质地段；3、施工特点：工序多，干扰大，施工条件差，工期一般较长，因此，采用新的施工方法，改善施工条 件，加速施工进度和提高施工质量是隧洞建设中值得研究的重要课题。