注册土木工程师水利水电工程专业案例习题解析.docx

1、注册土木工程师水利水电工程专业案例习题解析1.1 某水利枢纽工程，水库总库容为8.5亿m3，挡水坝为混凝土面板堆石坝，坝高105m；电站装机容量320MW，控制灌溉面积为45万亩。 枢纽地处峡谷，地震烈度为度，坝区工程地质条件复杂。电站为岸边式电站，泄洪洞出口设有底流消能工建筑物；施工期坝体需临时度汛，拦洪库容达到0.80亿m3。1. 根据以上情况，确定该枢纽工程的等别，并判别该混凝土面板堆石坝建筑物级别，下列选项中哪一项是正确的？ （A）工程等别等 建筑物级别一级 （B）工程等别等 建筑物级别一级 （C）工程等别等 建筑物级别二级 （D）工程等别等 建筑物级别二级答案：B考查点：工程等别划分

2、依据和原则题解：根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000， 第2.2.1条工程等别等.2.2.3节规定：水库大坝按2.2.1规定为2级、3级的永久性水工建筑物，如坝高超过表2.2.3 指标,其级别可提高一级，但洪水标准可不提高。2. 分析确定泄洪洞下游出口消能防冲设计洪水标准（洪水重现期，年）及施工期坝体临时度汛洪水标准（洪水重现期，年），下列选项中哪一项是正确的？ （A）100 10050 （B）50 50 （C）50 10050 （D）100 100答案：（ C ）考查点：消能防冲，施工期坝体临时度汛洪水标准主要解答过程：SL252-2000 第2.2.3条及第2.2.4条洪水

3、标准可不提高，消能防冲仍按2级50年，SL252-2000 第2.2.7条施工期坝体临时度汛洪水标准1.2. 按山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准规定，对于1级建筑物的土石坝，其校核洪水标准应为可能最大洪水（PMF）或重现期10000年5000年。如失事后下游会造成特别重大灾害时，其校核洪水标准应采用以下列选项中哪项？（A）用频率分析法求得的10000年洪水（B）可能最大洪水（PMF）（C）可能最大洪水与用频率分析法求得的10000年洪水中取较大者（D）可能最大洪水或用频率分析法求得的10000年洪水。当两者可靠程度相同时，取其中较大者答案：（ D ）考查点：永久性水工建筑物洪水

4、标准主要解答过程：SL252-2000 第3.2.2条及说明DL5180-2003 第6.0.5条及说明1.3 某水库拦河坝最大坝高65m。修建混凝土坝和土石坝均可行，河段洪水过程为肥胖型，洪峰流量较大。在坝型比较中，混凝土重力坝布置时宜优先考虑 ；拱坝布置的泄洪方式宜优先研究 方式；土石坝布置的泄洪方式宜布置 方式。哪一项符合一般原则？A 引水发电系统布置 采用泄洪洞泄洪 泄洪洞与溢洪道相结合泄洪B 航运建筑物布置 采用泄洪洞泄洪 泄洪洞与溢洪道相结合泄洪C 供水建筑物布置 采用坝身泄洪 开敞式溢洪道泄洪D 泄洪建筑物布置 采用坝身泄洪 开敞式溢洪道泄洪答案：（D）（1）混凝土重力坝设计规范

5、3.0.1条及条文说明 混凝土重力坝的布置，泄洪建筑物往往是影响枢纽布置和其它建筑物安全的关键，故宜优先考虑泄洪建筑物的布置 （2）混凝土拱坝设计规范3.1.4条及条文说明 拱坝布置泄洪方式宜优先研究采用坝身泄洪，坝身孔口泄洪是较经济的选择。 （3）碾压式土石坝设计规范3.2.2条及条文说明 土石坝采用开敞式溢洪道，超泄能力较强，当地形条件有利时，宜布设开敞式溢洪道。1.4 某水库总库容为1.1亿立方米，主坝为均质土坝，高70m，工程位于7度地震区，设计洪水位为215.5m，校核洪水位为217.5m，正常蓄水位为215.0m。 已知：正常运用条件下波浪爬高为3.50米，非常运用条件下波浪爬高为

6、1.8米。最大风壅水面高度设定为零；地震壅浪高度取1.0m，地震沉降按0.5m计。 确定坝顶高程？坝顶高程由什么条件控制？答案：220.0 m 坝顶高程由设计洪水位加正常运用条件控制考查点: 坝顶高程确定。解：碾压式土石坝设计规范SL2742001 ，5.3.1条 ， 坝顶超高：y = R + e + A + B Y坝顶超高，m； R最大波浪在坝坡上的爬高，m； 正常运用情况下为3.50m (给定)； 非常运用情况下为1.80m（给定）。 e最大风壅水面高度，m；本题设定为零。 A安全加高，m；根据规范 表5.3.1，设计洪水位、正常蓄水位加正常运用情况下：1.0 m校核洪水位加非常运用情况下

7、：0.5 m B地震安全加高，为1.0m+0.5m (给定)规范5.3.3条 按下列运行条件计算，取其最大值：1 设计洪水位加正常运用条件； 2 正常蓄水位加正常运用条件；3 校核洪水位加非常运用条件；4 正常蓄水位加非常运用再加地震条件设计洪水位加正常运用条件下坝顶超高：y = R + e + A = 3.5 + 0 + 1.0 = 4.5 m 坝顶高程为215.5 +4.5 = 220.0 m正常蓄水位加正常运用条件下坝顶超高：y = R + e + A= 3.50 + 0 + 1.0 =4.5 m坝顶高程为：215.0 + 4.5 = 219.50m校核洪水位加非常运用条件下坝顶超高为：

8、y = R + e + A =1.80 + 0 + 0.5 = 2.3 m坝顶高程为：217.5 +2.3 = 219.8m正常蓄水位加非常运用再加地震条件下坝顶超：y = R + e + A + B= 1.8 + 0 + 1.5 +0.5 = 3.8 m 坝顶高程为：215.0+3.8 = 218.8 m 由上计算：坝顶高程由设计洪水位控制，220.0m。1.5 某砼重力坝为2级建筑物，坝高65m，设计烈度7度，进行抗滑稳定分析时，下列选项中哪一项是正确的？A需要计及地震荷载、同时考虑水平向和垂直向地震作用、采用拟静力法计算；B不需要计及地震荷载；C需要计及地震荷载、 只考虑水平向地震作用；

9、采用拟静力法计算；D需要计及地震荷载、同时考虑水平向和垂直向地震作用。采用动力分析法计算；答案：C考查点：荷载组合及抗震设计解题：本工程为度地震区， 地震烈度高于度，所以要进行抗震设计。水工建筑物抗震设计规范4.1.1条、4.1.2条 ，可只考虑水平向地震作用。根据1.0.5条本工程抗震设防类别应为乙类，又根椐6.1.5条规定，乙类、设计烈度7度、坝高小于70m可采用拟静力法计算。1.6 某水库总库容1.5亿m3。采用厚粘土心墙 坝，最大坝高78 m，工程位于7度地震区。该坝的抗震分析可采用拟静力法进行抗震稳定计算，下列选项中哪些方法是合适的？ A 瑞典园弧法 B 简化毕肖普法 C 滑楔法 D

10、 有限单元法 答案：A B 水工建筑物抗震设计规范SL203-97、5.1.2条 2.1 梁正截面受弯承载力计算及配筋矩形简支梁，已知荷载设计值、断面尺寸、混凝土强度等级等计算步骤：(1) 确定有关系数 ，d, 0，G，Q， fc，fY(2) 设计弯矩值计算 M=0 (G gk+Q qk) l02 /8(3) 系数计算 (4) 配筋量计算 2.1 梁正截面受弯承载力计算及配筋 某小型水泵站（4级建筑物）内有一单跨混凝土简支板，计算跨度l0=3.0m，承受均布恒荷载标准值gk=2kN/m2(包括板自重)，均布活荷载标准值qk=3kN/m2,采用混凝土强度等级C20，级钢筋，板厚80mm，板的纵向

11、钢筋？解：(1) 有关系数96规范4.1.3条规定4级建筑物的安全级别为级，4.2.1条规定重要性系数0=0.9， 设计状况系数持久状况=1.0，结构系数d=1.2， 规范附录B永久荷载分项系数G=1.05，可变荷载Q=1.20， 砼、钢筋强度设计值fc=10N/mm2，fy=210 N/mm2解：（2）设计弯矩值计算 取1000mm 板带作为计算单元，h0=65mm， M=0 (G gk+Qqk)l02/8 =1.00.9(1.052+1.23)3.02/8=5.771kNm (3) 系数计算 s= d*M/ fc/b/h02=0.1639 =1-(1-2* s)1/2=0.180 (4)

12、钢筋计算 As=fc*b*h0/fy=557.1mm2 min=0.15% As=1000*65*0.15% =97.5mm22.2 梁斜截面承载力计算及配筋矩形简支梁,已知荷载设计值、断面尺寸、混凝土强度等级等计算步骤：(1)确定有关系数，d, 0，G，Q， fc，fyv，(2)支座边缘处剪力V计算均布荷载、集中荷载作用下的相应公式计算 (3)复核截面尺寸(截面尺寸是否满足要求) （4）配筋量计算 2.3 偏心受压柱承载力计算及配筋某中型泵站内有矩形混凝土柱，经计算，控制截面中作用的轴心压力设计值N=905kN，弯矩设计值M=375kNm，柱在两个方向的计算长度l0=7.2m 。设计时混凝土

13、采用C25，级钢筋，截面为矩形bh=400mm600mm，取a=a=40mm。不对称配筋时，所需的纵向钢筋面积As和As最为接近以下哪一组？As=448mm2，As=1079mm2As=2489mm2，As=1079mm2As=1079mm2，As=1079mm2As=2489mm2，As=448mm2 答案：（B）解：(1) 求初始偏心距e0, e0=M/N=375/905=0.414m=414mm (2) 求偏心距增大系数 l0/h=7200/600=128 需要考虑纵向弯曲的影响，由于l0/h=120.4h0-0.3560=168mm，故按大偏心受压计算，属大偏心受压的第一种情况。 （4

14、）求轴向作用力到As的距离ee=e0+h/2-a=472-600/2-40=732mm (5) 求受压钢筋面积As取x=bho， b=0.544As =1079mm2minbh0=0.2%400560=448mm2 (6) 求受拉钢筋面积AsAs=(fcbbh0+fyAs-dN)/fy=(12.54000.544560+3101079-1.29051000)/310=2489mm2minbh0=0.2%400560=448mm2已知弯矩、轴力设计值、断面尺寸、混凝土强度等级等计算步骤：(1) 求初始偏心距e0, e0=M/N(2) 求偏心距增大系数(3) 判断大小偏心受压(4) 求轴向作用力到

15、As的距离ee=e0+h/2-a(5) 求受压钢筋面积As取x=bho， b=0.544 (6) 求受拉钢筋面积As As=(fcbbh0+fyAs-dN)/fy4.1 某水库总库容0.8亿立方米，电站总装机容量为55MW。采用粘土心墙坝，坝壳填料为砂砾石，坝高68 m，河床段砂砾石层厚28 m。坝址区地震动峰值加速度为0.2g。 1. 当心墙上、下游水头差为 60 m时，求满足渗透要求的心墙底部最小厚度。 (A) 14.5m （B）14.0 m (C) 12.0 m (D) 15.0 m答案：（D）考点： 防渗体选择 解：碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）5.5.2条规定，心墙底部

16、厚度不宜小于水头的1/4。2、按土工试验规程（SL237-1999）规定的击实试验方法，得到心墙填筑粘土土料的最大干密度max=17.35kN/m3，试求设计填筑干密度？答案：17.0kN/m3考点： 填筑标准 解：按等级规范表2.1.1确定等工程，按表2.2.1确定坝的级别为3级。根据碾压式土石坝设计规范4.2.3-1条心墙填筑料对3级坝压实度为96%-98%，4.2.3条-2规定地震设计烈度为8度时，宜取上述规定的大值。故压实度为98%，设计填筑干密度=17.35kN/m3*98%=17.0kN/m3。3、坝壳填料为砂砾石，本工程在下游坝脚设有排水沟，排水沟顶部设有贴坡排水。该地区冻结深度

17、为1.0m，贴坡排水顶部高程应高于坝体浸润线出逸点，本工程超过的高度应不小于 。 （A） 2.0m (B) 1.5m (C) 1.0m (D) 0.7m答案：（B）考点： 坝体排水 解：拦河坝为3级建筑物，查碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）5.7.8条-1规定，3级坝4、为减少坝基砂砾石层的渗漏量，确保该层的渗透稳定，拟在心墙底部做一道混凝土防渗墙。试问混凝土防渗墙顶部插入粘土心墙的高度和底部深入基岩的深度哪一选项符合规范规定？ (A) 6.0 m 1.0 m (B) 6.0 m 0.5 m (C) 6.5 m 1.0 m (D) 6.8 m 0.5 m答案：（D）考点： 砂砾石坝

18、基渗流控制解：本工程河床段坝高68米，根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）6.2.8条规定，防渗墙顶部插入土质防渗体高度宜为1/10坝高，底部4.2 颗粒级配指标的应用1. 级配指标 判别标准1）不均匀系数Cu。Cu=d60/d10 d60-在粒径分布曲线上粒径累计质量占总质量60的粒径。Cu表示土颗粒级配曲线的坡度和土粒大小不均匀程度的指标。Cu愈大，曲线愈平缓，说明土粒大小变化范围大，土粒不均匀，即级配好；Cu愈小，曲线愈陡，说明土粒大小变化范围愈小，土粒均匀，即级配差。工程中一般认为Cu5为良好级配，Cu5为不良级配。 2）曲率系数Cc。Cc=(d30)2/(d60*d10)

19、Cc表示土颗粒级配曲线弯曲形状的指标。Cc在13之间的土级配良好；Cc小于1或大于3的土，土颗粒级配曲线明显呈阶梯状，土颗粒级配不连续，主要由粗颗粒和细颗粒组成，缺乏中间颗粒。 3）良好级配的标准：Cu5且Cc13。2. 级配指标的应用： 1）级配指标作为选择筑填土料、坝壳料、反滤料的依据。 2）级配指标还可作为粗粒土工程分类的依据。 3）级配指标对于判别土的渗透变形和振动液化也有重要的意义。 4）地基基础处理的依据。5、某水库总库容8亿m3，坝型为粘土心墙坝，河床段坝高60m，坝基砂砾石成层分布，各层渗透系数不同。第一层土的渗透系数为k1，流线与交界面（水平面）交角为，第二层土的渗透系数为k

20、2，流线与交界面（水平面）交角为，分别判定情况1：k1=10-3cm/s，k2=10-4cm/s；情况2：k1=10-4cm/s，k2=10-3cm/s。下列哪一项是正确的？（A）情况1：tg=10tg 情况2：10tg=tg（B）情况1：tg=10tg 情况2：tg=10tg（C）情况1：10tg=tg 情况2：tg=10tg（D）情况1：10tg=tg 情况2：10tg=tg折射角与渗透系数k1、k2之间的关系式： K1/k2=tg/tg（C）情况1：10tg=tg 情况2：tg=10tg8. 某水库拦河坝为均质土坝，坝高55.0m，坝基表层土为黄土状粉质壤土，厚度为2.5m，土粒比重为2

21、.7t/m3，孔隙率为0.35，渗透系数K1=110-4cm/s，其下为砂砾石层，渗透系数K2=6.810-3cm/s。已知下游坝脚处地面无水，据渗流计算成果，坡脚与地面交点处黄土状土底部测压管水头2.5m，为防止渗透变形，拟在坝坡脚处做粗砂排水盖重，若粗砂湿容重为2.1t/m3，安全系数K=2，计算的粗砂排水盖重厚度最接近下列选项中的哪一项？（A）1.85m （B）1.65m（C）1.35m （D）1.05m答案：（D）考点： 砂砾石坝基渗流控制主要解答过程：根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）8.2.4条，k1(Gs-1)(1-n1)/K排水盖重厚度t=(K*j-(Gs-1)(

22、1-n1)*t1*rw/r j=2.5/2.5=1.0 t=(2*1.0-1.7*0.65)*2.5*1.0/2.1=1.06m故答案为（D）。某均质土坝，填筑料为含砾粘土。根据级配曲线可知，大于5mm的砾石含量为8.35%，其全料的d85为0.18mm，筛除5mm砾石后的余土的级配曲线d85为0.08mm，小于0.075mm颗粒含量为35%。为防止坝坡发生渗透变形，拟在下游坡脚设贴坡排水，求其第一层反滤料允许的最大D15最接近下列选项中的哪一项？（A）0.9mm （B）0.8mm（C）0.7mm （D）0.6mm答案：（C）考点： 主要解答过程：根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001

23、）B.0.5条，小于0.075mm颗粒含量为35% d85=0.08mm 4*d85=4*0.08=0.320.7 D15=KwHr岩体重度KN/m3 ；w水的重度KN/m3 ； D最小岩体覆盖厚度m； K经验系数：水利规范K=1.1 水电规范K=1.3-1.5坡面倾角 水利规范45度时取45度， 水电规范60度时取60度； D = Kw H/r/cos45 = 1.1*10*50/27/ cos45=26.8m 5.2、某无压隧洞的断面为城门洞型，洞宽4m，顶拱中心角为90度，隧洞纵坡1/2000，设计输水流量30m3/s，钢筋混凝土衬砌糙率取0.014，试求隧洞的最小洞高？（学员课外做）（提示：1.按明槽均匀流基本公式计算水深；2. 按洞内水面线以上空间不小于