水工建筑物习题.docx

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水工建筑物习题

《水工建筑物》

习题集

河海大学文天学院

二O—一年三月

习题一重力坝稳定，应力和消能计算

斶、函、內分别取、、）;

图一为某n级重力坝非溢流坝段最大剖面，试求:

根据图给的数据计算主要荷载；

按摩擦公式、抗剪断公式校核坝基面的抗滑稳定性（建议

计算坝基面A、B及折坡面处水平面C、D、E点的应力及主应力b”、巧、J

根据所计算的稳定安全系数及应力情况，讨论此坝断面设计是否得当;

泄流能力，取流量系数m=布置溢流坝段面及挑流鼻坎;

图一

风速V=16m/s

吹程D=8Kmf=

■3

C=60N/cm

儿=8kn/m弓

"2

泥沙C=300N/cm

习题二重力坝基本剖面计算

图二为重力坝的基本剖面，要想得到同时满足稳定和应力条件的最经济剖面，试求出（安

全系数K=1，人=24KN/m）重力坝基本剖面。

习题三初拟非溢流重力坝剖面及坝体稳定计算

一、资料：

某重力坝为n级建筑物，建在山区峡谷非地震区，坝顶无交通要求。

上游设计洪水位66.0米，相应下游水位4.0米。

上游校核洪水位68.0米，相应

f=。

下游水位5.0米。

坝址处基岩表面高程为0.0米，坝底与基岩之间的摩擦系数

为了进行坝基灌浆和排水，设置一标准廊道，其尺寸为*2.5米（见图三），廊道

上游至坝面的最小距离为4.0米，廊道底面至坝底面的距离为6.0米。

多年平均最大风速v=16米/秒。

吹程D=3公里。

计算中暂不计泥沙压力。

坝体材料为细骨料混凝土，其容量=24kN/m。

二、要求

（1）根据教材中确定基本剖面的原理（不必用基本剖面计算公式），并参考实用剖面经

验数据，初拟坝体剖面（要按比例）。

。

如不满足抗滑稳定要求,

（2）根据初拟剖面进行坝体抗滑稳定计算（设计洪水位情况）

指出改进措施（不要求重新计算）。

习题四重力坝应力分析

、资料

某重力坝剖面尺寸及计算点坐标如图四所示。

取单位坝长分析:

铅直力总和2W=（kN）（未计及扬压力，方向向下为正）

水平力总和2P=-10510（kN）（指向上游为正）

M的符号，使坝底截面

对坝底截面形心力矩总和2M=（）（未计及扬压力，2

上游部分产生压应力为正）。

扬压力呈直线分布（坝基无防渗、排水设施）。

本题不计泥沙压力及地震力。

二、要求

根据《水工建筑物》教材介绍的方法（计及扬压力）计算坝底截面各计算点（如

上图中0、

10、20、30及41米）的分应力、主应力及其方向，并按比例绘图表示

y、耳〜z主应力及其方向。

请注意，此处b”、巧、書均指有

扬压力作用的情况。

习题五拱坝布置

图四

图五）。

试按资料中图示比例尺（1：

500）的地形图进行双曲拱坝的平面布置（由于

21

14

图五开挖后的岩石等高线（半平面图）

图六河谷断面图

习题六拱坝应力计算（用拱冠梁法）

某混凝土拱坝最大坝高70m，几何尺寸如表一及图七所示，校核洪水位高程168.0m,

混凝土和基岩弹性模量相同，E=xlC^KN賦，混凝土线膨胀系数a=x10J，河谷为U

拱圈变位系数分别见表

型。

试用拱冠梁法求解在校核洪水位和均匀温升是拱坝的荷载分配。

二及表三。

表

咼程

（米）

R外

（米）

T

（米）

R内

（米）

平均半径

R（米）

半中心角

（度）

校核水位水压力强度P（KN/rf）

80

20

80

185

80

350

80

515

80

680

习题七拱坝应力计算（用纯拱法）

一、资料

某拱坝最大坝高为35米。

拱圈为等厚圆弧形，坝底拱厚为10.0米，其中心角为80°,外半径为45米。

上游面承受均匀水压力，其强度为350kN/rf,下游无水。

坝体材料为细骨料混凝土砌块石，其弹模Em=x10占kN/rf,线膨胀系数a*=X10"^

（1/0。

两岸开挖后的新鲜岩石坡度均为1:

1,基岩弹模Ej=xlO^kN/rf。

荷载组合：

水压力+温降。

、要求

用纯拱法查表计算拱冠、拱冠的上、下游面应力，能否满足要求若不能满足要求，应提

出改进措施（不必再进行计算）。

习题八均质土坝渗流计算

、资料

坝体土料的渗透

某均质土坝修建在不透水地基上，坝体下游设有堆石棱体排水,

系数K=1XID'厘米/秒。

坝体断面尺寸见图八:

、要求

（1）计算坝体的单宽渗流量

（2）按比例画出坝体浸润线。

习题九斜墙土坝渗流计算

、资料

某斜墙土坝剖面见图九。

图注:

⑴单位均为米；

⑵上下游坝面护坡、斜墙上下游反滤层、截水槽上游面过渡层胶其下游面反

滤层、截水槽底部的齿墙均未画出;

⑶上下游水位均系设计水位。

、要求

计算斜墙及截水槽的单宽渗流量（以米^/日一米计）

习题十斜墙稳定分析

寸见图十:

c=0;

石），c=0;

a2=°。

计算情况:

G2及G3时，水

（1）库水位为244.0米，该水位已保持较长时间，所以计算位以上用湿容重，水位以下用浮容重。

（2）粘土斜墙已全部固结，所以卩角均用固结快剪指标，在水位以上采用饱合固结快

剪，偏于安全。

（3）反滤层沙土和斜墙粘土的临界压力位置在ab线上，非常接近b点，本习题中近似认

为该位置就在b点。

二、要求

求滑动面abcd的安全系数。

试计算单位宽度坝段坝体及坝基的渗流量;

列出浸润线方程，并绘制流网图

习题十二侧槽溢洪道的侧槽计算

一资料

设计水位：

3666.80米；设计流量：

665

363.20米

溢流实用堰长度：

60米；溢流堰顶高程：

侧槽末端：

底宽16.0米，底高程：

358.80米水深8.89米（大于临界水深）

侧槽边坡：

左侧1:

1,右侧1:

侧槽系用砼衬砌，糙率=

其它资料见图十二

、要求

1.计算侧槽内水面曲线;

2.检测该侧槽设计的合理性。

三、说明事项

必要性（对本习题而言）。

侧槽水面线推算见表四。

第（5）栏

第（6）栏

加

e^=hk+一脚］+也2）=恥斗0.75即

假定的与计算的相比，其允许误差V3%。

表四

1

（

底程槽高

M

4

面程

M

（

水差Y算咼？

M

1

（

Q

Q

M

1

（

Q

Q

M

1

（

V2

V

M

9

（

+2

V

M

8

（

速V

流

M

7

（

Q

量

流

M

5

6

（

rCO

水积

M

5

（

深h

水

M

4

（

宽b

底

M

6

3

（

水程Y设咼？

M

2

（

底程Z槽高？

M

1

（

距X间？

M

0

0

0

0

0

5

5

0

0

0

0

0

0

0

.幻一H

图十二

习题十三无压遂洞计算

某无压泄水遂洞，采用顶拱120°的门洞形断面，衬砌后净宽6米，要求通过Q=750米

2/秒（未考虑掺气的计算值），糙率：

n=，山岩压力系数Sy=,岩石抗力系数K=200N/cm3oRa

（1）计算自掺气后水深；

决定洞的高度及衬砌布置

习题十四无压隧洞衬砌计算

一、资料

见图十三洞身净宽5.0米，净高5.225米，拱的内半径rB=2.5米，平均半径

r=2.725米，拱墙高Yh=2.725米，衬砌厚度0.45米，铅直山岩压力q=40N/m2

不计侧向山岩压力及内水压力，但考虑岩石弹性抗力及相应的摩擦力作用，弹性

抗力系数K=30x12KN/m3。

岩石与衬砌间的摩擦系数

隧洞按4级建筑物设计

二、要求

计算直墙底部（B截面）的弯矩M和轴向力N,以及其相应的内、外缘应力,并验证其能否满足要求。

说明事项

（1）计算时首先绘出计算简图

（2）取有效数字六位进行计算，否则误差很大

（3）弹性中心处弯矩X1=+兴10丄玄（）

弹性中心处水平力X2=+泣1°4%（KN）

Hi111Hq

习题十五有压隧洞衬砌计算

、资料

某有压遂洞，洞身内径为5米，内水压强为16米，用250号混泥土衬砌,

Eh=23丈10°N/m2，戸=1/6，K0=5000N/cm3。

二、要求

1.按内水压力用弹性特征因素法计算和确定混凝土衬砌厚度。

2.按选定的衬砌度进行衬砌内外边缘应力计算。

习题十六水闸闸孔计算

资料

胸墙并采用钢丝网水泥平面闸门，预制工厂供应相当于闸孔宽度为6.0米、7.0米及8.0米三种规格的闸门，闸墩厚1.0米，头部为半园形。

上游翼墙为园弧形，其外半径为15米,该翼墙上游的两岸边坡均为1

计算是采用上游最高水位P6.85米，相应下游水位N4.80米，此时要求宣

泄流量870米3/秒；上游正常水位4.90米，相应下游水位4.20米，此时要求宣泄

流量不小于230米3/秒。

河床均为粘土，其标准贯入击数为9，水流通过闸孔后的单宽

流量（其值在本习题中用总流量除以闸空总宽度进行计算，闸空总宽度包括闸墩在内）不允

许超过24米3/秒。

、要求

1、确定闸孔数目及闸孔宽度;

2、画出诸闸孔平面图（包括上游翼墙）。

说明事项

P29表9、10，即:

1、流量系数可查河海大学编的水利学教材第二版下册

无坎宽顶堰的流量系数m值。

2、边孔流量系数按图十四查表

用悬叫查表得能

B――边孔宽度，两个边孔宽度相同。

十四

习题十七水闸渗透压力计算

采用阻力系数法计算某水闸（见图十五）地下轮廓线上的渗透压力，并画出渗透压力分

布图（以水柱高度计）。

附：

电拟试验值（与计算值可作对比之用）

PD=3.93mPL=1.55mPH=2.75mPO=0.65m

习题十八水闸平底板内力计算

（一）

六所示水闸为三孔一联的闸段。

（1）算中间闸段作用在上、下游底板上的荷载（取单位宽度板条计算）

（2）求出板条上的内力弯矩。

计算资料：

（1）闸段长34.2

（T下=KN/m2，浮托力为30KN/m2。

各部分重量列于表五（单位：

KN

Wilt记M

1a4

I.G

10.45

；^托力

r-工而

27.4[

K

X

1

1

§

0

■I

64.5

hZ.心

图十六

名称

门前上游段

门后下游段

检修桥段闸墩W

2160

表五

单位：

KN

工作桥段闸墩W

2340

2680

公路桥段闸墩W

6000

底板W4

10420

18280

检修桥W

1180

工作桥W

1270

1690

公路桥W

1220

闸门W8

300

胸墙W

700

上游水重W0

9070

下游水重W1

3140

胸墙底水压力W2

-270

习题十九

、资料

整体闸墩分析，

KN/m2;缝墩底部应力，

直线分布。

二、要求

用荷载组合法求下游段中间处剖面（A—A）闸室底板弯矩，并绘图表示。

K=1cm/s匚=3cm/s疋『=1cm/s

比-0

:

込2

彳―A

图十七

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