注册土木工程师(水利水电工程)专业案例整理题——5重力坝

1.4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；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Ⅶ度地震区，地震烈度高于Ⅵ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。1.5混凝土重力坝，最大坝高113m，为2级建筑物，安全监测必设的内容（专门性监测除外）。A坝体位移、坝基位移、裂缝、倾斜、扬压力；B坝体位移、接缝、坝基位移、坝体渗透压力、扬压力；C坝体位移、接缝、坝基位移、扬压力、混凝土温度；D坝基位移、接缝、裂缝、应力、应变。答案：C考查点：安全监测解题：混凝土重力坝设计规范SL319-2005表10.2.3，仪器监测的常规项目4.4某混凝土重力坝坝高70m，泄洪要求在水位190m时总泄量7800m3/s。若在176m高程设开敞式溢流孔（表孔），单孔净宽15m。试问需设几个表孔？已知表孔所在坝段坝体上游面铅直，表孔定型设计水头12.5m，侧收缩系数0.90,不计行进流速影响。答案：5个表孔考点：表孔泄流能力解：表孔单孔泄流能力采用《混凝土重力坝设计规范SL319-2005》附录A.3中（A.3.1）式计算。式中：淹没系数取1.0，侧收缩系数0.90，上游坡面铅直修正系数C=1，溢流堰净宽B=15m流量系数m：溢流堰定型设计水头Hd=12.5m上游堰高与定型设计水头比P1/Hd＞1.33库水位190m时堰顶水头Hw=14m,Hw/Hd=15/12.5=1.2查规范附录A表A.3.1-1流量系数0.510表孔单孔泄量：1598m3/s需设5个表孔某工程帷幕布置如图（图中尺寸单位以m计），悬挂式帷幕，已知帷幕厚3.2m，深38m，帷幕两侧距坝踵及坝趾距离分别为11.9m、78.3m，帷幕上游固结灌浆深8m，上下游水头差83m，原岩平均透水率为25.0Lu，帷幕底岩石透水率为5.0Lu。假定渗透水在坝基内的渗流符合达西定律，渗流在垂直方向的水头损失较水平方向大一倍，固结灌浆与帷幕透水性相同。帷幕承受的最大水力坡降Imax及幕后扬压力折减系数α最接近以下选项中的哪一项？（A）Imax=9.5，α=0.54（B）Imax=10.6，α=0.45（C）Imax=13.7，α=0.31（D）Imax=14.5，α=0.28答案：（）主要解答过程：7.某混凝土坝采用挑流消能（见图，图中尺寸单位以m计），库水位为70m（不计行进水头影响）时泄水建筑物挑流坎处单宽流量q=80m3/s.m，流速系数φ=0.95，下游河床水深5m，下游基岩冲刷系数为1.4，水舌入水角为50°，原始河床面水平。若以L表示水舌挑距，以t表示冲坑深度，以下哪一选项与L/t计算值最接近？（A）2.80（B）3.20（C）3.60（D）4.00答案：（C）主要解答过程：采用《混凝土重力坝设计规范SL319—2005》附录A.4公式计算1、鼻坎处平均流速88.24)3570(6.1995.020gHvm/s坎顶水面流速37.2788.241.11.11vvm/s坎顶平均水深22.388.24/80/vqhm坎顶垂直方向水深93.335cos/22.3cos/10hhm坎顶至河床面高差352hm2、水舌挑距计算)21(2sin1cos1cossin11L222hhgvvvg=)3593.3(81.9235sin37.2735cos37.2735cos35sin37.2781.91222=108.49m3、最大冲坑水垫厚度tk上下水位差H=70-5=65m最大冲坑水垫厚度tk=kq0.5(H)0.25=1.4×800.50×650.25=35.56m4、最大冲坑深t计算t=tk-H1=35.56-5=30.56m5、l/t计算L/t=108.49/30.56=3.556、可能的错误解以tk代替t：L/t=108.49/35.56=3.058.某混凝土实体重力坝河床坝段坝体断面如图所示，下游水位为0。不计扬压力时坝基面总荷载及荷载对坝基面形心距如下（方向如图所示，图中尺寸单位以m计）：W=126780kN/m；H=81220kN/m；M=1059771kNm/m。在坝基面设帷幕和排水孔，排水孔中心线距坝踵10m，按规范规定选取坝基面渗透压力强度系数，计入扬压力后，该重力坝坝趾主应力最接近以下选项中的哪一项？（A）3.40MPa（B）3.50MPa（C）3.65MPa（D）3.95MPa答案：（C）主要解答过程：1）扬压力图形及扬压力计算：根据规范SL319—2005表B.3.1此情况坝基面排水孔处渗透系数25.0。坝基面扬压力图形如下：扬压力U1=10×88.5/2×10=4425kN/m方向向上Mu1=4425×(85.6/2-10/3)=174640kN—m/m方向顺时针U2=10×29.5×10=2950kN/m方向向上Mu2=2950×(85.6/2-10/2)=111510kN—m/m方向顺时针U3=75.6×29.5/2×10=11151kN/m方向向上Mu3=11151×(85.6/2-75.6/3-10)=84748kN—m/m方向顺时针2）计入扬压力后建基面上总荷载计算：W=126780-4425-2950-11151=108254kN/m方向向下H=81220kN/m方向向下游M=1059771+174640+111510+84748=1430669kN—m/m方向顺时针3）坝趾应力计算：坝基截面垂直正应力及主应力计算公式见SL319—2005第6.3.3条、附录C。坝趾垂直应力：26TMTWydбyd=108254/85.6+6×1430669/85.6∧2=2436kN/m2坝趾第一主应力：б1d=(1+m2)бyd-m2(P’-Pdu)=(1+0.72)×2436-0.72×(0-0)=3629.64kN/m2=3.63MPa9.如图，某混凝土拱坝，坝肩山体中存在一连续的垂直向结构面F1（走向为NW10°），并在某一高程存在一水平软弱面F2，在坝肩上游存在另一垂直结构面F3，F1、F2结构面的抗剪强度指标为f1=0.75、f2=0.55（不计凝聚力）。若拱座开挖方向保持不变，经拱坝试荷载应力计算，某设计工况，作用于F1、F2、F3、拱座及下游临空面构成的滑移楔形体上的荷载（合力）为：拱端：法向力∑Ha=867×108kN（指向山体）剪力∑Va=695×108kN（指向下游）梁底：垂直力∑G=356×108kN（竖直向下）剪力∑Vb=78×108kN（指向下游）另外，楔形体自重：∑W=909×108kN（竖直向下）作用于楔形体F1面上的渗透压力∑U1=191×108kN作用于楔形体F2面上的渗透压力∑U2=35×108kN若不计其他荷载与影响，那么，采用刚体极限平衡法分析时，该坝肩楔形体的最小稳定安全系数最接近以下选项中的哪一项？（A）0.80（B）0.90（C）0.95（D）1.07答案：（A）主要解答过程：1、楔形体失稳时将沿F1、F2交线方向滑动，F1、F2面上的剪力也将平行于该交线。2、坝肩开挖面与F1面的夹角为α=35°-10°=25°3、将拱坝坝肩作用于楔形体的力分解为正交于滑移方向和垂直与滑移方向的两个分力：法向力N=∑Ha×cosα-(∑Va+∑Vb)sinα=[867×cos25°-(695+78)×sin25°]×108=459.08×108kN切向力Q=∑Ha×sinα+(∑Va+∑Vb)cosα=[867×sin25°+(695+78)×cos25°]×108=1066.99×108kN4、全部垂直力W=∑W+∑G=(356+909)×108=1265×108kN5、考虑极限平衡条件，设破坏面F1、F2上各作用的法向力为R1、R2，切向力为S1、S2，渗透压力为U1、U2，则：R1+U1=N，即R1=N-U1R2+U2=W，即R2=W-U2S1+S2=QS1=f1×R1/k=f1(N-U1)/kS2=f2×R2/k=f2(W-U2)/k6、所以，安全系数：K=[f1(N-U1)+f2(W-U2)]/Q=[0.75×(459.08-191)+0.55×(1265-35)]/1066.99=0.82