《水工建筑物》重点题目

第一章1、水力发电的基本原理是什么？河川水力资源的开发方式有哪几种？各自适用于何种场合？在地球引力（重力）作用下，河水不断向下游流动而具有的能量---水能。通常情况下，水能有三种存在形式，即位能，动能，压能。它们不仅可以相互转换，而且可以通过一定的设备（如水轮机）转换成机械能，并进一步（通过发电机）转换成电能。水力发电就是利用天然水流的水能来生产电能的。开发方式：1、抬水式（坝式）开发；在河流中拦河筑坝，使原河段中分散的落差在坝址处集中起来，坝高常受坝址处的地形地质条件，库区地形地质及浸没淹没条件，国民经济发展的需要以及开发技术条件等因素的控制。适用于河道坡降较缓，流量较大，有筑坝建库条件的河段。2、引水式开发；不需修建高坝，故不会造成淹没损失，这适用于地形地质等条件不允许筑坝，河段坡降较陡、流量小，建造较短的引水道即能获得所期望水头的山区性河段。3、混合式开发；既利用大坝抬高水位又利用引水建筑物集中水头，水电站的水头由两种工程措施共同取得的开发方式称为混合式开发。混合式开发因建有水库，可调节径流，兼有坝式开发和引水式开发的双重优点，但必须具备合适的条件，如河段前部有筑坝建库的条件，后部坡降大（如有急滩或大河弯）。4、抽水蓄能；它不是为了开发水能资源向系统提供电能，而是以水体为储能介质，起调节负荷作用。需要建有高低两个水库和连接两个水库的有压引水建筑物。9、什么是水工建筑物？与其他建筑物相比，水工建筑物有些什么特点？水工建筑物：为了防洪、发电、灌溉、航运等要求，通常需要修建不同类型的建筑物，以控制水位、调节水量、兴利除害，这些建筑物统称为水工建筑物。特点：（1）工作条件的复杂性;（2）施工建造的艰巨性;（3）设计选型的独特性;（4）工程效益的显著性;（5）环境影响的多面性；（6）失事后果的严重性10、水工建筑物有哪几类？各自功能是什么？按其作用可分为：挡水、泄水、输水、取水、整治建筑物和专门性建筑物。按其使用寿命长短可分为：永久性和临时性两种。永久性建筑物按其重要性又可分为主要建筑物和次要建筑物。(1)、挡水建筑物：用以拦截江河，雍高水位或形成水库，如各种类型的坝和水闸；以及为抗御洪水或挡潮，沿江河海岸修建的堤防、海塘等。(2)、泄水建筑物：用以宣泄水库或渠道中的多余水量，以保证工程安全，如各种溢洪道、溢流坝、泄洪隧洞、泄水闸等。(3)、输水建筑物：为灌溉、发电和供水的需要从上游向下游输水用的建筑物，如：输水隧洞、涵管、渠道、渡槽等。(4)、取水建筑物：是输水建筑物的首部建筑，用来从水库或河道取水，满足灌溉、发电和给水等要求。如：引水隧洞的进水口、灌溉渠首和供水用的进水闸、扬水站等。(5)、整治建筑物：用以调整和改善河道水流条件，防止水流和波浪对河床及河岸的冲刷破坏。如：丁坝、顺坝、导流堤、护底和护岸等。(6)、专门建筑物：专门为发电、航运、过鱼及过木等单一目标而设置的建筑物。如：水电站厂房、船闸、升船机、鱼道、过木道等。11、水利枢纽及水工建筑物为什么要分等分级？分等分级的依据是什么？划分的目的、依据和方法：水利枢纽和水工建筑物必须确保安全可靠，但又要经济合理。为使两者适当地统一起来，将水利枢纽及其组成建筑物按所承担的任务、效益、规模大小及其重要性划分成不同等级，以便根据不同的等级依次确定不同的设计、施工和运用标准。第三章重力坝的工作原理和工作特点是什么？为什么说重力坝的材料强度不能充分发挥？工作原理：（1）依靠坝体自重在坝基面上产生的摩阻力来抵抗水平水压力以达到稳定要求；（2）、利用坝体自重在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力引起的拉应力以满足强度要求。工作特点：1.材料抗冲能力强，施工期可用坝体缺口或底孔导流；2.结构简单，施工技术易掌握，便于机械化施工；3.对地形地质条件适应性好，几乎任何形状的河谷均可修建；4.坝体与地基接触面大，受扬压力的影响也大；5.材料强度不能充分发挥；6.坝体体积大，水泥用量多，混凝土凝固时水化热高，散热条件差，施工期应有严格的温度控制和散热措施。2、重力坝的主要荷载有哪些？其计算方法如何？为什么说扬压力对重力坝的稳定、应力总是不利的？重力坝的主要荷载：坝体自重、上下游水压力、扬压力、浪压力、泥沙压力、地震力、冰压力等（1）坝体自重：建筑物（坝体）及附属永久设备的重量。是维持重力坝稳定的主要荷载，由坝的体积和材料重度计算确定。较大孔洞应扣除，永久固定设备的重量应计入。（2）坝面水压力：包括静水压力、动水压力、浪压力。静水压力(staticwaterpressure)——按水力学原理计算，沿坝面积分，可分解成水平和垂直两部分。（3）扬压力：包括：渗透压力(U2)和浮托力(U1)两部分。渗透压力从上游向下游逐渐消减，其变化呈抛物线分布。扬压力对坝体稳定不利。有防渗排水措施的情况:河床坝段:α=0.25岸坡坝段:α=0.35；2.坝体内部扬压力α3=0.25（4）浪压力：波浪要素：波高2hl、波长2Ll、波浪中心线超出静水面高度h0。深水波——当坝前水深大于半波长时，波浪运动不受库底的影响。浅水波——当坝前水深小于半波长而大于临界水深时，波浪运动受库底的影响，临界水深近似取为(3-5)倍半浪高：详细见书P42(5)泥沙压力：确定泥沙压力时，先要规定一个淤积年限(可取为50～100年)，由此确定淤沙深度。按土压力公式计算：(6）地震荷载包括:地震惯性力：水平和垂直地震惯性力；地震动水压力；动土压力（7）温度荷载：坝体温度变化引起的热胀冷缩受到约束所产生的荷载，包括水温、气温变化等。（8）冰压力4、重力坝失稳破坏过程怎样？稳定验算有哪些公式？它们主要区别在哪里？提高重力坝稳定性的工程措施有哪些？重力坝失稳破坏的类型:(a)坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，包括沿基岩接触面的滑动以及沿坝基岩体内连续软弱结构面产生的深层滑动；(b)在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引起倾倒滑移破坏。公式见书工程措施：1.利用水重：当抗剪强度参数较小时，将坝的上游面做成倾向上游，利用水重来提高坝的抗滑稳定性。但上游面的坡度不宜过缓，否则上游坝面容易产生拉应力，对强度不利。n一般控制在0.1～0.2之间。2.采用有利的开挖轮廓线将坝踵高程降低，使坝基面倾向上游，但这将增加开挖量和混凝土浇筑量。3.设置齿墙增加抗滑力。4.抽排水措施当下游水位较高，坝体承受的浮托力较大时，可在坝基面增设排水系统，定时抽水以减少坝底浮托力。5.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，并施加预应力措施，既增加坝体的抗)245(tan2122nnnnhP滑稳定，又可消除坝踵处的拉应力。6.横缝灌浆限制侧向位移，增强岸坡坝段的整体性和稳定性。5、重力坝应力分析的目的是什么？目前应力分析有哪几种方法？材料力学法的基本假定是什么？目的：检验大坝在施工期与运用期是否满足强度要求，同时也为进行坝体混凝土分区和某些部位的配筋等提供依据。方法：材料力学法；弹性理论差分法；弹性理论有限元法；模型试验法基本假定：1)混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料2)视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，各坝段独立工作。3)假定坝体水平截面上的正应力σy按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。取单宽坝体，作为固结于地基上的变截面悬臂梁。6、非溢流重力坝的基本剖面是什么形状？它是受哪些条件决定的？实用剖面如何拟定？重力坝剖面设计原则：满足稳定和强度要求，以保证大坝安全；大坝失事主要是由于上游水压力产生的拉应力造成的。工程量要尽可能小；运用方便;便于施工。基本剖面：指重力坝在坝体自重、静水压力和扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度的要求，并使工程量最小的三角形剖面。非溢流坝实用剖面（一）坝顶宽度一般取坝高的8％～10％,且不小于２m。当在坝顶布置移动式启闭机时，坝顶宽度要满足安装门机轨道的要求。（二）坝顶高程为防波浪漫过坝顶，在静水位以上还应留有一定的超高△h。△h=2hl+h0+hc坝顶高程=设计洪水位+△h设坝顶高程=校核洪水位+△h校两者取最大值（三）剖面形态(实体重力坝)7、为什么重力坝要分缝分块？缝有哪几种类型？横缝如何处理？止水如何布置？纵缝有哪些布置方式？为何要分缝分块；在混凝土重力坝中，为了防止运用期间由于温度变化和地基不均匀沉陷等引起坝体裂缝，以及为了适应施工期混凝土的浇筑能力和温度控制等，需要将坝体适当分缝。垂直于坝轴线的缝称横缝，平行于坝轴线的称纵缝，此外，还有水平施工缝等。横缝及止水：横缝将坝体分为若干个独立的坝段，缝面常为平面，不设键槽，不进行灌浆，一般为永久缝，缝内设止水。横缝间距（即坝段宽度）一般为12-20米，主要取决于地基特性、河谷地形、温度变化、结构布置和浇筑能力等。特殊情况下横缝可做成临时缝。纵缝和水平缝：为适应混凝土的浇筑能力和减小施工期的温度应力，常在平行坝轴线方向设纵缝，将一个坝段分为几个坝块，待温度降到稳定温度后再进行接缝灌浆。纵缝按布置形式分为：铅直纵缝、斜缝和错缝纵缝必须在水库蓄水前，混凝土充分冷却收缩，坝体达到稳定温度的条件下进行灌浆填实。水平缝是上下两层新老混凝土浇筑块之间的施工接缝。9、重力坝的坝身和坝基排水的目的是什么？如何布置？P110排水目的：减小渗水对坝体的有害影响，降低坝体中的渗透压力。10、帷幕灌浆与固结灌浆的功能是什么？如何布置？P11111、重力坝内设置的廊道系统有哪些功用？不同用途的廊道设置部位和尺寸如何？功用：进行帷幕灌浆；集中与排除坝体坝基渗水；安装观测设备以监视坝体的运行情况；操作闸门或铺设风、水、电线路；施工中坝体冷却及纵（横）缝灌浆；坝内交通运输以及检查维修等。12、溢流重力坝的剖面如何拟定？单宽流量的选择应考虑哪些因素？溢流坝常用的消能方式有哪些？各自优缺点及适用场合如何？剖面拟定：消能方式：1挑流消能2.底流消能3.面流消能4.戽流消能消能适用场合见书第四章1、拱坝与重力坝相比，具有哪些工作特点？（1）、拱与梁的共同作用；（2）、稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用，因而对地基的要求很高；（3）、拱是一种推力结构，承受轴向压力，有利于发挥砼及浆砌石材料的抗压强度；（4）、拱梁所承受的荷载可相互调整,因此可以承受超载；（5）、拱坝坝身可以泄水；（6）、不设永久性伸缩缝；（7）、抗震性能好；（8）、几何形状复杂，施工难度大。2.拱坝对地形和地质条件有何要求？河谷形状对拱坝剖面和荷载分配有何影响?地形指标包括坝顶高程处的河谷宽度L和坝高H之比（称L/H为宽高比）及河谷断面形状较理想的地质条件是岩石均匀单一，有足够的强度，透水性小，耐久性好，两岸拱座基岩坚固完整，边坡稳定，无大的断裂构造和软弱夹层，能承受拱端传来的巨大推力而不致产生过大的变形，尤其要避免两岸边坡存在向河床倾斜的节理裂隙或构造河谷的宽高比愈小，说明河谷愈窄深。此时拱坝水平拱圈跨度相对较短，悬臂梁高度相对较大，即拱的刚度大，拱作用容易发挥，可将荷载大部分通过拱作用传给两岸，坝体可设计的薄些，反之设计得厚些河谷的断面形状，V形河谷，拱圈跨度自上而下逐渐减小，拱刚度逐渐增强，拱可做得薄些；U形河谷，拱圈跨度自上而下几乎不变，拱刚度不增加而水压力增加，需增加梁的刚度，做得厚些；梯形河谷介于V形和U形之间河谷在平面上的形状应呈喇叭口，以使两岸拱座下游有足够厚的岩体来维持坝体的稳定3.选取拱圈中心角要考虑哪些因素？这些因素之间的关系如何？中心角愈大，拱圈厚度愈小，说明中心角愈大，材料强度可得到充分利用，对应力有利；反之，拱圈中心角减小，半径愈大，拱作用减弱，要求加大拱圈厚度。加大中心角使拱圈弧长增加，在一定程度上会抵消一部分由减小拱厚所节省的工程量。从经济和应力角度考虑，采用较大中心角有利但拱端轴力方向将向顺岩坡等高线方向偏转，对坝肩稳定不利。4、拱坝为什么要在稍低于年均温度时进行封拱？温度荷载这是拱坝设计中的主要荷载之一。在水压力和温度荷载共同引起的径向变位中，温度荷载约占据1/3至1/2，对坝顶部分的影响更大。通常假定温度荷载由拱