08东农第三学期 水工建筑物作业全部答案文档格式.docx

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7、×

8、√9、×

10√11、√

重力坝：

是依靠坝体自重满足稳定和强度要求的大体积混凝土挡水建筑物。

扬压力：

在上下游水位差的作用下，地基里产生的渗透水流对建筑物基底面产生的垂直向上的渗透水压力称为扬压力，包括浮托力和渗透压力两部分。

重力坝的基本剖面：

重力坝在坝体自重、静水压力和扬压力三项荷载作用下，满足稳定和强度要求并使工程量最小的三角形剖面。

重力坝实用剖面：

在重力坝基本剖面的基础上，根据交通和运行管理等的需要，修订完善的重力坝剖面。

1、答：

重力坝在水压力及其它荷载作用下必需满足稳定和强度要求：

稳定要求：

主要依靠坝体自重产生的抗滑力来抵抗水平水压力等荷载产生的滑动力。

强度要求：

依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力等荷载所产生的拉应力来满足。

（1）将坝的上游面做成倾向上游，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：

开挖坝基时，将坝踵高程降低，使坝基面倾向上游；

当岩基比较坚固时，可开挖成锯齿状，形成局部的倾向上游的斜面，

（3）设置齿墙：

可在坝踵部位设置齿墙，切断较浅的软弱面

（4）抽水措施：

当下游水位较高，坝体承受的浮托力较大时，可考虑在坝基面设置排水系统，定时抽水以减少坝底浮托力。

（5）加固地基：

包括帷幕灌浆、固结灌浆以及断层、软弱夹层的处理等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。

（6）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。

3、答：

廊道的作用有：

帷幕灌浆、排水、观测、检查和交通。

4、答：

重力坝的特点有：

（1）安全可靠；

（2）对地形、地质条件适应能力强；

（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；

（7）坝体剖面尺寸大，材料用量多；

（8）坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；

（9）坝体与地基接触面积的大，相应坝底扬压力大，对稳定不利；

（10）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。

5、答：

水工建筑物承受的主要作用有：

重力、水作用、渗透水作用、风及波浪作用、冰及冰冻作用、温度作用、土及泥沙作用、地震作用等。

荷载组合：

分基本组合和特殊组合两种

6、答：

扬压力是渗入地基的水流对建筑物基底面产生的垂直向上的渗透水压力。

扬压力会减小重力坝竖向的有效作用力，对坝体稳定不利。

减小扬压力的措施有设防渗帷幕、并在帷幕后设排水孔，前者起拦阻渗水、延长渗径、消减水头；

后者可使渗透水流通过排水孔自由逸出，进一步降低扬压力。

7、答：

重力坝缝的类型：

横缝、纵缝、水平施工缝。

各缝的作用：

横缝用来减小温度应力、适应地基不均匀变形和满足施工要求；

纵缝用来减小温度应力和满足施工要求；

水平施工缝用来满足施工要求，客观上起到散热的作用。

8、答：

沿坝基面稳定计算方法有：

抗剪强度公式和抗剪断公式。

特点：

抗剪强度公式未考虑坝体混凝土与岩基间的凝聚力，而将其作为安全储备，该法公式简单、概念明确、使用方便。

抗剪断公式考虑了坝体与胶结面的胶结作用，计入了全部的抗滑潜力。

比较符合坝的实际工作状态，物理概念明确。

提高重力坝抗滑稳定的措施有：

利用水重、采用有利的开挖轮廓线、设置齿墙、抽水措施、加固地基、预加应力等措施。

9、答：

波浪三要素指的是波高为，波长为，波浪中心线高于静水面的高度。

浪压力沿坝高方向分布成一定规律，静水面处强度最大，向上、向下都逐渐减小！

10、答：

①降低护坦高程；

②在护坦末端设消力坎；

③既降低护坦高程又设消力坎等措施形成消力池。

11、答：

重力坝施工期温度应力包括地基约束引起的应力和内外温差引起的应力；

温控措施主要有：

（1）降低混凝土的浇筑温度；

（2）减少混凝土水化热温升；

（3）加强对混凝土表面的养护和保护。

12、答：

重力坝地基处理的主要措施有：

（1）开挖与清理；

（2）固结灌浆；

（3）帷幕灌浆；

（4）坝基排水；

（5）对断层破碎带、软肉夹层和溶洞的其他处理方法等。

五、计算题

1、解：

自重W＝r混

V＝24

（8

65+

602

0.7）＝42720KN

静水压力

＝

r0

9.81（10）

602＝17658KN（18000）

竖向水重

扬压力U＝

（

）

（8+60

0.7）＝

（15+60）

50＝18393.75KN（18750）

稳定计算：

=1.137（1.1）

k≥［K］=1.1满足稳定要求。

拱坝

1、宽高比、厚高比

2、纯拱法、拱梁分载法、有限元法、壳体理论方法、结构模型试验

3、薄拱坝、中厚拱坝和厚拱坝

4、均匀温度变化、等效线性温差、非线性温度变化

5、凸点与坝顶的高差、凸度和最大倒悬度

6、宽高比、厚高比

1、×

2、×

3、√4、√5、×

6、√7、×

8、√9、√

三、名词解释

单曲拱坝：

只有水平向曲率，而各悬臂梁的上游面呈铅直的拱坝称为单曲拱坝。

双曲拱坝：

水平和竖直向都有曲率的拱坝称为双曲拱坝。

温降时，坝轴线收缩，使坝体向下游变位，对坝体应力不利，对坝肩稳定有利；

温升时，坝轴线伸长，使坝体向上游变位，将使拱端推力加大，对坝肩岩体稳定不利，对坝体应力有利。

2、答：

水平拱圈的形式有圆拱、三心圆拱、椭圆拱、抛物线拱和对数螺旋线拱等多种形式

纯拱法假定坝体由若干层独立的水平拱圈叠合而成，每层拱圈可作为弹性固端拱单独进行计算，没有考虑拱圈之间的相互作用，假定荷载全部由水平拱承担。

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，坝体承受的荷载一部分由拱系承担．一部分由梁系承担，拱和梁的荷载分配由拱系和梁系在各交点处考虑径向变位一致、切向变位一致和水平面上转角变位一致的条件来确定。

荷载分配以后，梁是静定结构，应力不难计算；

拱的应力可按纯拱法计算。

拱冠梁法是一种简化了的拱梁分载法。

它是以拱冠处的一根悬臂梁为代表与若干水平拱作为计算单元，只考虑径向变位一致进行荷载分配、然后计算拱冠梁及各个拱圈的应力，计算工作量比多拱梁分载法节省很多。

土石坝

1、心墙、斜墙

2、管涌、流土、接触冲刷、接触流土

3、坝高高程、坝顶宽度、上下游坝坡

4、土质心墙、土质斜墙、土质斜心墙

5、Ⅰ型反滤、Ⅱ型反滤

6、心墙、斜墙

7、碾压式土坝、水中填土坝、水力充填坝、定向爆破坝

8、插入式和翼墙式

2、×

3、√4、×

5、×

6、√7、√8、×

9、√10、√

土石坝：

是指由土、石料等当地材料建成的坝，是历史最为悠久的一种坝型。

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）构造简单，能适应不同的施工方法。

（4）运用管理方便，工作可靠，便于维修加高。

（5）土坝不能过水，坝体不能泄流，需另开溢洪道。

（6）坝体断面大，土料填筑的质量受气候影响较大，

（1）上游坝坡常比下游坝坡为缓；

（2）斜墙坝的上游坝坡一般较心墙坝为缓，而下游坡陡于心墙；

（3）粘性土料筑高坝时边坡通常采用变坡；

（4）透水性较大的均质坝为保持渗流稳定，一般适当放缓下游坝坡；

（5）当坝基或坝体土料沿坝轴线分布不一致时，应分段采用不同坡率。

（1）稳定要求。

具有足够的断面维持坝坡的稳定。

（2）渗流控制。

应设置良好的防渗和排水设施以控制渗流。

（3）冲刷。

应做好防冲设施。

（4）沉降。

沉降量过大会造成坝顶高程不足，影响坝的正常运行。

过大的不均匀沉降会引起坝体开裂，甚至造成渗水通道而威胁大坝安全。

（5）其他（冰冻、干裂等）。

取单宽坝段进行推导，示意图如下：

根据达西定律：

积分后带入边界条件：

时，

；

，

得

①确定浸润线的位置；

②确定渗流的主要参数——渗流流速与坡降，③确定渗流量。

（1）施工期（包括竣工时）。

竣工剖面、施工拦洪剖面以及边施工、边挡水过程的临时挡水剖面上、下游坝坡的稳定。

（2）稳定渗流期。

上游为正常蓄水位或设计洪水位，下游分别为相应水位时下游坝坡的稳定。

（3）水库水位降落期。

（1）防渗性。

（2）抗剪强度。

（3）压缩性。

（4）抗渗稳定性。

（5）含水量。

（6）颗粒级配。

（7）膨胀量及体缩值。

（8）可溶盐、有机质含量

防止波浪淘刷；

避免雨水冲刷、风浪、冻涨；

提高坝坡稳定性；

干裂及动植物破坏；

冰层及漂浮物的危害等。

排水的作用是：

控制和引导渗流，降低浸润线，加速孔隙水压力消散，以增强坝的稳定，保护下游坝坡兔遭冻胀破坏。

反滤层作用：

滤土排水，保护渗流出口，防止坝体和坝基发生管涌、流土等不利渗透变形。

坝顶高程是在静水位上加相应的安全超高，安全超高值

根据建筑物级别和工况可知，设计工况的

为1.0，校核工况的

为0.5

1、设计工况

=1.68+0.05+1.0=2.73

坝顶高程为103.5+2.73=106.23

2、校核工况

=0.9+0.03+0.5=1.43

坝顶高程为105+1.43=106.43

取二者中的大值，坝顶设计高程为106.43

。

水闸

1、防渗、排水

2、曲线式、扭曲面式、斜降式

3、翼墙、边墩、岸墙、刺墙

4、防渗、排水

5、翼墙、边墩、岸墙、刺墙

6、弹性地基梁法、反力直线法、倒置梁法

7、整体式、分离式

8、闸室段、上游连接段、下游连接段

9、重力式、悬臂式、扶臂式、空箱式

10、简支式和固接式

2、√3、√4、×

5、×

地下轮廓线：

不透水的铺盖、板桩及底扳与地基的接触线，即是闸基渗流的第一很流线，称为地下轮廓线

防渗长度：

地下轮廓线的长度称为防渗长度。

水闸按其承担的任务可分为节制闸、进水闸（渠首闸）、分洪闸、排水闸、挡潮闸、冲沙闸（排沙闸）、排冰闸、排污闸等。

2、闸室组成：

闸门、闸墩、边墩（岸墙）、底板、胸墙、工作桥、交通桥、启闭机等

各自作用：

闸门用来挡水和控制过闸流量；

闸墩用以分隔闸孔和支承闸门、胸墙、工作桥、交

通桥；

底板是闸室的基础，用以将闸室上部结构的重量及荷载传至地基，并兼有防渗和防冲的作用；

工作桥和交通桥用来安装启闭设备、操作闸门和联系两岸交通；

启闭机是启闭闸门的。

3、改进阻力系数法是以流体力学为基础的近似方法，对水闸的地下轮廓，可从板桩或铺盖相交处和板尖画等势线，将整个渗流区分成几个典型流段，根据达西定律，任意流段的单宽深流量为，

则，

，令

，称为阻力系数，则

，总水头应为各段水头损失之和，即

，则各段的水头损失为

由此可推求各流段水头损失，进而求出渗透压力。

4、水闸地基处理常用方法有预压加固、换土垫层、桩基础、沉井基础、振冲砂石桩、强夯法，也可用爆炸法、高速旋喷法等。

5、基本原理：

顺水流方向闸墩和地板的刚度较大，弯曲变形可忽略不计，故地基反力假设呈线性分布，垂直水流方向取单宽板条和墩条按弹性地基梁求地基反力和底板内力。

计算主要步骤：

（1）用偏心受压公式计算闸底纵向（顺水流流向）的地基反力。

（2）计算板条及墩条上的不平衡剪力。

（3）确定不平衡剪力在问墩和底板上的分配。

（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。

地基可能产生较大的沉降或沉降差；

水闸泄流时可能引起水闸下游的冲刷；

水闸下游常出现的波状水跃和折冲水流，将会进一步加剧对河床和两岸的淘刷；

土基在渗透水流作用下，容易产生渗透变形。

选择堰型、选定堰顶或底板顶面高程（以下简称底板高程）和单孔尺寸及闸室总宽度。

水闸设计的内容：

闸址选择，确定孔口形式和尺寸，防渗、排水设计，消能、防冲设计，稳定计算，沉降校核和地基处理，选择两岸连接建筑的型式和尺寸，结构设计等。

进口段和出口段，内部垂直段，内部水平段

提高闸室抗滑稳定的措施有：

（1）增加铺盖长度，或在不影响抗渗稳定的前提下，将排水设施向水闸底板靠近，以减小作用在底板上的渗透压力。

（2）利用上游钢筋混凝土铺盖作为阻滑板。

（3）将闸门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。

减小沉降及沉降差的措施有：

（1）尽量使相邻结构的重量不要相差太大；

（2）重量大的结构先施工，使地基先行预压；

（3）尽量使地基反力分布趋于均匀，其最大与最小值之比不超过规定的容许值等。

①表面有一定的粗糙度，以利进一步消除余能；

②具有一定的透水性，以便使渗水自由排出，降低扬压力；

③具有一定的柔性．以适应下游河床可能的冲刷变形。

（1）干砌石海漫

（2）浆砌石海漫（3）混凝土板海漫（4）钢筋混凝土板海漫（5）其他形式海漫

13、答：

具体指在各种荷载作用下满足：

平均基底压力不大于地基的容许承载力；

不发生明显的倾斜，基底压力的最大值与最小值之比不大于规定的容许值；

不致沿地基面或深层滑动，抗滑稳定安全系数满足规定要求；

14、答：

计算步骤是；

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计算作用在底板梁上的荷载；

⑤按静定结构计算底板内力。

15、答：

倒置梁法假定地基反力沿闸室纵向（顺水流流向）呈直线分布，横向（垂直水流流向）为均匀分布，它是把闸墩当作底板的支座，在地基反力和其他荷载作用下按连续梁计算底板内力。

其缺点是：

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反力为均匀分布与实际情况不符；

③闸墩处的支座反力与实际的铅直荷载也不相等。

但计算简便，多用于小型水间。

16答：

其作用是：

（1）挡住两侧填土，维持土坝及两岸的稳定；

（2）当水闸泄水或引水时，上游冀墙主要用于引导水流平顺进闸，下游翼墙使出闸水流均匀扩散，减少冲刷；

（3）保护两岸或土坝边坡不受过闸水流的冲刷；

4）控制通过闸身两侧的渗流，防止与其相连的岸坡或土坝产生渗透变形；

（5）在软弱地基上设有独立岸墙时，可以减少地基沉降对闸身应力的影响。

河岸溢洪道、水工隧洞

1、引水渠、控制段、泄槽、出口消能

2、有压、无压

3、塔式、岸塔式、竖井式、斜坡式

4、城门洞、圆形

5、井式溢洪道、虹吸式溢洪道

6、平接缝、搭接缝、键槽缝

7、平整衬砌、单层衬砌、组合式衬砌

8、溢流堰、侧槽、泄水道和出口消能等部分组成

9、河床溢洪道和岸边溢洪道

2、√3、√4、×

5、√6、×

侧槽溢洪道：

是溢流堰的轴线与泄槽轴线平行，过堰水流与泄槽轴线垂直的岸边溢洪道。

压力裕幅：

为保证洞内有压流态，洞顶以上又有2m以上的压力水头称为压力裕幅

空间裕幅：

为了保证无压隧洞的明流状态，水面以上应有一定的净空称为空间裕幅。

山岩压力：

也称围岩压力，是隧洞开挖后因围岩变形或塌落作用在支护上的压力。

弹性抗力：

是衬砌在荷载作用下发生朝向围岩的变形，围岩对衬砌呈现出的一种反作用力，是被动抗力。

固结灌浆：

是为了加固围岩，提高围岩的整体性，减小围岩压力，保证围岩的弹性抗力，减小渗漏而进行的灌浆。

回填灌浆：

为了充填衬砌与围岩之间的空隙，使之结合紧密．共同受力．以发挥围岩的弹性抗力作用，并减少渗漏而进行的灌浆。

溢流堰大致沿河岸等高线布置、水流经过溢流堰泄入与堰大致平行的侧槽后，在槽内转向约900经泄槽或泄水隧洞流入下游，侧槽中的水流成横向旋滚，水流紊动和撞击很强烈，水面极不平衡。

侧槽横断面常用梯形、且是底宽较小的窄深式。

2、水工隧洞进口段通常由进水喇叭口、闸门室、通气孔、平压管和渐变段等部分组成。

有泄洪隧洞、引水发电和尾水隧洞、灌溉和供水隧洞、放空和排沙隧洞、施工导流隧洞等。

①限制围岩变形．保证围岩稳定；

②承受围岩压力、内水压力等荷载；

③防止渗漏；

④保护岩石免受水流、空气、温度、干湿变化等的冲蚀破坏作用；

⑤减小表面糙率。

通气孔：

①闸门部分开启和急剧关闭等时需补气；

②检修完成后，检修门和工作门间要充水平压开启检修门，通气孔要排气。

平压管：

当检修闸门工作完后，须在静水中开启，需有平压管向门后充水，使门前后水压相等。