水工建筑物期末试题简答归纳.doc

水利工程：对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以达到除害兴利的目的而修建的工程。如拦河坝，电站，污水处理，港口码头，航道整治等工程。 水工建筑物：用来控制和调配江河湖海等水流而修建的建筑物。 按工程承担的任务分为：防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、供排水工程、港航工程、环境水利工程、综合利用水利工程按工程对水的作用分为：蓄水工程、排水工程、取水工程、输水工程、提水工程、水质净化及污水处理工程水工建筑物主要是按对水的作用分类。主要分为：挡水建筑物：坝、闸和堤防等泄水建筑物：溢洪道、泄洪洞等输水建筑物：输水洞、引水管、渠道、渡槽取水建筑物：输水建筑物的首部建筑物：进水闸、泵站专门建筑物：电厂、船闸、升船机、鱼道、筏道整治建筑物：用来整治河道、改善河道的水流条件，如丁坝、顺坝、导流堤等。 水利枢纽分等的依据：规模、效益、重要性；共分五等。水工建筑物分级的依据：工程等别、作用、重要性；共分五级。水工建筑物承受的主要荷载有哪些？主要荷在载有自重、水压力（包含静水压力、动水压力、水重等）、波浪压力、泥沙压力、扬压力等。重力坝的工作特点：主要依靠坝体自重产生的抗滑力满足稳定要求；依靠坝体自重产生的压应力来抵消水压力产生的拉应力。基本剖面：三角形。材料：混凝土和浆砌石。简述重力坝的优缺点。优点：安全可靠；对地形、地质条件的适应性强；枢纽泄洪问题容易解决；便于施工导流；施工方便；结构作用明确。缺点：耗材多；材料强度未充分发挥；坝底扬压力大；施工温度控制严格。重力坝的设计内容包括哪几个部分？主要包括剖面设计稳定分析应力分析构造设计地基处理泄洪设计监测设计。重力坝失稳破坏的机理：坝踵胶结面出现微裂松弛区坝址胶结面出现局部剪切屈服屈服范围向上游延伸形成整体滑动失稳。提高坝体抗滑稳定的工程措施主要有：利用水重：将上游面做成倾斜以利用水重。利用有利的开挖轮廓线设置齿墙：齿墙阻断软弱面，改变滑动面位置，增加抗滑力抽水措施：抽去坝底渗透水，减少浮托力。加固地基：帷幕灌浆以减少坝基渗透能力，固结灌浆以增加坝基强度和整体性，断层处理以减少坝基软弱结构面。横缝灌浆：将局部或全部横缝灌浆，增加坝体的整体稳定性。预加应力措施重力坝应力分析的方法主要有：模型试验法；材料力学法；弹性理论的解析法；弹性理论的差分法；弹性理论的有限元法。边缘最小主应力为坝面，最大主应力为垂直于坝面的剖面。因最大最小应力均出现在坝面，所以需首先校核边缘应力。除主要荷载以外，对坝体应力的影响还有如下影响：地基变形模量对坝体应力的影响坝体混凝土分区对坝体应力的影响纵缝对坝体应力的影响分期施工对坝体应力的影响温度变化及施工过程对坝体应力的影响坝体温度变化主要有温度上升期、降温期和稳定期三个阶段。重力坝最小剖面确定：根据自重、上游静水压力(库水位与坝顶平,通常是校核洪水位)和扬压力三项主荷载作用下，满足稳定和强度要求的工程量最小的三角形。常用剖面形态：上游面铅直；上游面上直下斜；上游面斜向上游。坝顶高程取设计洪水位相应坝顶超高与校核洪水位相应坝顶超高中的最大者，其中安全超高包括波高、波浪中心线距静水面高度和安全加高三部分。溢流重力坝的基本要求足够的孔口尺寸,良好的孔形,较高的流量系数；水流平顺, 不产生负压和振动, 避免发生空蚀；保证下游河床不产生危及大坝安全的局部冲刷；下泄水流不产生折冲水流等,不影响其他建筑正常运行；有灵活控制下泄水流的设备。简述溢流重力坝的工作特点和类型。将规划库容不能容纳的洪水经由坝顶泄向下游，以满足防洪和大坝安全要求。 开敞溢流式 大孔口溢流式影响因素主要有洪水设计标准；下游防洪要求；库水位壅高限制；洪水预报的准确度；泄水方式；地形、地质条件。孔口形式类型：开敞溢流式；大孔口溢流式开敞溢流式的特点：坝体不设胸墙，出流常为堰流；孔口埋深浅，闸门水压力较小，孔口尺寸可以较大，泄流量较大，超泄能力强；可排泄冰凌和其他漂浮物；闸门于坝顶，易检修；应用较广泛。大孔口溢流式的特点：坝体上部设胸墙，出流常为孔口出流，但当水位低于胸墙时为堰流；堰顶较低，需设工作闸门和检修闸门；超泄能力常比开敞溢流式小。孔口尺寸设计应考虑的主要因素：泄洪要求：泄流单宽流量是关键因素；闸门和起闭机械：闸门承载能力和起闭能力等；枢纽布置：枢纽中其他建筑的布置是否宽松；下游水流、地质条件：下游水的深度、岩石硬度等；下游消能工的性能：消能工消能效果等。消能工的原理：通过水跃等局部水力现象，将水流动能转换为热能。能量转换的途径：水流内部的紊动、掺混、剪切和旋滚等；水股的扩散及水股间的碰撞；水流与固体间的剧烈摩擦和撞击；水流与气体间的摩擦和掺混。泄水重力坝消能工的主要形式：底流消能；挑流消能；面流消能；消力戽消能。底流消能的原理：通过水跃将急流转变为缓流而消能；主要靠水跃产生的表面旋滚与底流间的强烈紊动、剪切和掺混消能。挑流消能的原理：利用泄流建筑物出口处设置的挑流鼻坎，将急流挑向空中，再落入离建筑物较远的下游河道。主要靠急流沿固体边界摩擦而耗能，射流在空中与空气摩擦、掺气和扩散等耗能，射流落入尾水中淹没紊动扩散耗能。面流消能的原理：利用鼻坎将急流挑至水面，在主流下面形成旋滚而消能。消力戽消能的原理：急流进入潜在水下的戽内发生旋滚，经大量消能后由鼻坎挑向下游水面。底流消能的特点：通过水跃将急流转变为缓流而消能；主要靠水跃产生的表面旋滚与底流间的强烈紊动、剪切和掺混消能；流态稳定，消能效果好；对地质和尾水条件要求低，适应性强；产生的雾化小；方量大，投资高。底流消能与下游水流有临界水跃；远驱水跃；淹没水跃等三种衔接形式。形成消力池的主要措施：护坦尾修筑消力坎；降低护坦高程；降低护坦和修筑消力坎。护坦的主要作用是防护河床免受高速水流的冲刷，稳定校核内容是满足抗浮稳定要求。挑流消能工的主要设计内容有：鼻坎形式、鼻坎高程、反弧半径、反弧挑角、挑距、冲刷坑深度坝身泄水孔的作用：预泄库水，增强调蓄能力；放空检修；排沙减淤；调节下泄流量以满足通航、灌溉需要；施工导流。坝身泄水孔的特点：孔口全部淹没，随时可放水；孔内流速高，易发生负压、空蚀、振动等；检修困难；闸门承压大，启闭力较大；门体结构、止水、启闭设备复杂，造价高。重力坝地基处理的作用：防渗；提高岩基的强度和整体性。主要内容：坝基的开挖和清理；坝基的固结灌浆；帷幕灌浆；坝基排水；断层、软弱夹层、溶洞等不良地质的处理。固结灌浆的目的：增强基岩的整体性和强度，降低地基的透水性。固结灌浆的布置位置：应力较大的坝踵和坝趾；裂隙发育和破碎带范围内。帷幕灌浆的目的：降低坝底渗透压力,防止坝基产生管涌,减少坝基渗流量。帷幕灌浆的位置：坝轴线的上游面区域，自河床向河岸延伸。坝基排水主要措施：于帷幕稍下游设置排水孔幕。目的在于进一步降低扬压力。软弱夹层的影响：软弱夹层较薄，遇水易泥化、软化，使坝基抗剪强度降低，影响坝体抗滑稳定性。处理方法：对于浅埋夹层采用明挖换基，即挖去夹层回填砼的方法；对于埋深较浅的深埋夹层可采用坝踵做砼深齿墙以切断夹层的方法；对于埋深较深的深埋夹层可采用于夹层做砼塞、坝趾后设深齿墙、坝趾下游岩体埋设预应力锚索等措施。分缝有以下类型：横缝，含永久性横缝和临时性横缝。分横缝的目的：横缝将坝体分成若干独立工作的坝段，可减少温度应力、适应地基不均匀变形和满足施工要求。纵缝，含铅直纵缝、斜缝和错缝。设纵缝的目的：适应砼的浇筑能力；减少施工期的温度应力。水平施工缝。水平施工缝的目的：适应砼的浇筑能力；减少施工期的温度应力为了满足灌浆、排水、观测、检查、交通等要求，需在坝体内布置各种不同作用的廊道，且相互连通，形成廊道系统。土石坝：土石坝是指由土、石料等当地材料经碾压建成的大坝。土石坝广泛应用的原因：可以就地、就近取材，大量节约三材和材料运输费；能适应各种地形、地质及气候条件；可充分利用大容量、多功能、高效率施工机械；计算方法、试验手段的发展为土石坝设计提供了安全保障；高边坡、地下工程及溢流防冲等配套设施的发展解决了土石坝的难题。基本要求：具有足够的断面维持坝坡的稳定设置良好的防渗和排水设施以控制渗流选择与现场适应的良好土石种类及配置和坝型结构泄洪建筑物具有足够的泄洪能力采取使大坝运用可靠和耐久的构造措施主要按坝高、施工方法、土料配置和防渗材料三种方式分类：按坝高分低坝：坝高70m。按施工方法分碾压式土石坝；冲填式土石坝；水中填土坝；定向爆破堆石坝按土料配置和防渗体材料分，将碾压土石坝分为均质坝：稳定和防渗均采用一种土料土质心墙坝：由不透水土料中央防渗体和透水土料坝壳组成土质斜墙坝：由不透水土料防渗体和下游透水土料支撑体组成多种土质坝：由多种土料组成人工材料心墙坝：以沥青砼、砼等为心墙的坝人工材料面板坝：由沥青砼、砼、塑料薄膜等为防渗面板的土石坝渗流分析的主要内容：确定浸润线的位置；计算渗流流速和比降；确定渗流流量。分析的目的：依据渗流力确定稳定的坝体型式和尺寸；作为坝体防渗布置和土料布置的依据；确定渗流量以估计水流损失和确定排水系统的容量。渗流主要有以下特性：均为无压流，有浸润线存在；大多为稳定渗流，偶有非稳定渗流；土质坝体渗透通常遵循达西定律；砾石、卵石有一定偏差；均质土坝渗透系数各向同性，非均质坝需考虑各向异性；宽谷河段土石坝渗流场接近二维，峡谷河段则为三维渗流场；渗透变形主要有四类：管涌：坝体和坝基的土体颗粒被渗流带走的现象。内部管涌的颗粒移动只发生在坝体内部，外部管涌可将土粒带出坝外，管涌仅发生在无粘性土。流土：渗流作用下，粘土和均匀无粘性土被浮动的现象。常见于渗流在坝下游逸出。接触冲刷：在粗、细土粒交界面上，细颗粒被渗流冲动的现象。剥离：粘性土与粗粒土接触面上，渗流使粗颗粒脱离整体结构的现象。多发生在粘性土与反滤层的交界面上。渗透变形的危害主要表现为：导致坝体沉降、坝坡塌陷或形成集中的渗流通道等，危及大坝安全。透变形防护的措施防渗结构：控制渗流，减小逸出坡降和渗流量，为第一道防线；过渡区：实现防渗体与坝壳体可靠连接，防止刚度突变和渗流变形；反滤层：实现坝体、坝基与排水的良好连接,滤土排水,防止管涌和流土；排水孔：进一步降低地下水位，减小渗流力，排水为第二道防线。管涌的防护标准：取决于颗粒组成和渗流坡降流土的防护标准：取决于粗、细层的粒径组合稳定分析的计算工况施工期；稳定渗流期；库水位降落期；分析方法有瑞典圆弧法和简化的毕肖普法两种。固结：坝在施工和蓄水过程中荷载和应力不断发生变化，土体中的孔隙水压力和骨架应力也不断发生变化，当超过稳定渗流的孔隙水压力逐步消散，外载压力相应传到土骨架上使之发生压缩变形直到稳定，这一过程称为固结。常用固结理论：太沙基和比奥饱和土固结理论。应力和变形特性分析的内容：坝体塑流区、拉应力区的范围；裂缝发生的可能性部位；防渗体出现水力劈列的可能性及部位；防护工程措施后的效果。防渗体土料选择应考虑哪些特性防渗性；抗剪强度；压缩性；抗渗稳定性；含水量；颗粒级配；膨胀量和体缩值；可溶盐、有机质含量。反滤、过渡和排水材料的主要要求质地致密坚硬；具有高度抗水性和抗风化能力。排水的作用：控制和引导渗流；降低浸润线；加速孔隙水压力消散；保护下游坝坡免遭冻胀破坏。反滤层的作用：防护渗流出口；防止坝体和坝基发生管涌、流土等渗透变形。棱体排水(滤水坝址)：设置在坝趾的堆石棱体。优点是可降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护坝脚不受淘刷，增加坝体稳定；缺点是石料用量大，费用高，与坝体施工有干扰，检修困难。贴坡排水(表面排水)：堆石或砌石直接铺放在下游坝坡表面。优点是结构简单，用料少，施工方便，易于检修；缺点是不能降低浸润线，易冰冻而失效。常用于下游无水的中小型均质坝和浸润线较低的中坝。坝内排水：排水体设置在坝体内部。又分褥垫排水、网状排水、竖直排水体和水平排水层。优点是下游无水时可降低浸润线，加速软基固结；缺点是不均匀沉陷适用性差，易断裂，难以检修。综合式排水：由棱体排水、贴坡排水、坝内排水等两种或两种以上的排水措施组合而成。具有以上各项排水的优点。反滤层分类：型反滤：位于被保护土的下方，渗流自上而下，需承受自重和渗透压力。型反滤：位于被保护土的上方，渗流自下而上，自重与渗透压力相反。 裂缝类型和成因：纵缝：因坝壳与心墙、或多种土质坝固结速度的差异形成拉应力而裂缝横缝：因岸坡陡峻或岸坡突变而致内缝：因坝基与坝体的不均匀沉降而致砂砾石地基处理的主要问题是：渗流控制。主要措施：垂直防渗设施；上游水平防渗铺盖；下游排水设施各类措施的作用：垂直防渗设施的目的在于完全阻断透水层；防渗铺盖的目的在于延长渗径，减小渗流比降到容许范围；下游排水设施的目的在于防排结合，控制渗流，降低浸润线。堆石坝是以堆石体作为支撑，以土、砼、沥青砼等作为防渗体的一种坝型。目前主要钢筋混凝土面板堆石坝，简称面板坝。面板坝的堆石体分为垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区等四个区。防渗体系由面板、址板、灌浆帷幕、周边缝、接缝止水等构成。从拱坝结构形式上看，拱坝可以分为单曲拱坝和双曲拱坝。温度作用是拱坝设计中的一项主要荷载，我们将拱坝温差看作是均匀温度变化、等效线性温差、非线性温度变化三部分的叠加地震荷载包括地震惯性力、地震动水压力和动土压力坝肩岩体滑动的主要原因有二：岩体内存在着软弱结构面与荷载作用10合理的拱圈形式应当是压力线接近拱轴线，使拱截面内的压应力分布趋于均匀。水压荷载在拱梁系统的分配中，拱所分担的水荷载并不是沿拱圈均匀分布，而是从拱冠向拱端逐渐减小。拱坝应力分析方法有五种,他们是：纯拱法、拱梁分载法、有限元法、壳体理论计算方法、结构模型试验12目前国内外评价坝肩岩体稳定的方法，可归纳为以下三种：刚体极限平衡法、有限元法、地质力学模型试验。13坝肩岩体稳定是拱坝安全的根本保证。拱坝体形优化设计有设计变量多、约束条件复杂和数学模型具有高度非线性等特点。15拱坝坝身的泄水方式可归纳为：自由跌流式、鼻坎挑流式、滑雪道式、坝身泄水孔式四种。16拱坝的消能方式主要有跌流消能、挑流消能、底流消能三种。1请简要叙述拱坝的结构特点与受力特点？结构上，拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，其拱冠剖面既有拱的作用又有梁的作用，是一个空间的整体结构，超静定荷载由拱系和梁系共同承担；受力上，拱是一种主要承受轴向压力的推力结构，拱内弯矩较小，应力分布较为均匀，其承受的水平荷载一部分通过拱的作用压向两岸，另一部分通过竖直梁的作用传到坝底基岩；稳定上，坝体的稳定主要依靠两岸拱端的作用，并不全靠坝体自重来维持。 2拱坝坝址对地形地质的要求有哪些？地形条件是决定拱坝结构形式、工程布置以及经济性的 主要因素。理想的地形应是左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向上游收缩的峡谷;地质要求：河谷两岸的基岩必须能承受由拱端传来的推力，要在任何情况下都能保持稳定，不致危害坝体的安全。 理想的地质条件是：基岩比较均匀、坚固完整、有足够的强度、透水性小、能抵抗水的侵蚀、耐风化、岸坡稳定。 3双曲拱坝适应那种地形？它的优点是什么？（答案）双曲拱坝适宜于修建在底部狭窄的V型河谷、梯形河谷及其它形式的河谷，再布置上更为灵活；双曲拱坝有明显的优点，即：由于梁系也呈弯曲的形状，兼有竖向拱作用，承受水平荷载后，在产生水平位移的同时，还有向上位移的倾向，使梁的弯矩有所减小而轴向力加大，对降低坝的拉应力有利；另外在水压力作用下，坝体中部的竖向梁应力是上游面受压而下游面受拉，这同坝体自重产生的梁应力正好相反。4 拱坝温度荷载的定义是什么？答：温度荷载指在拱坝修建过程中，封拱前确定拱坝的稳定温度作为坝体温升温降计算基准。封拱后，外界气温作周期性变化，产生相对于稳定温度的温升或温降变化。由于拱座嵌固在基岩中，限制坝体随温度变化而自由伸缩，于是坝体内部产生了温度应力，即为温度作用，也就是温度荷载。5 简述温度荷载对拱坝坝体的作用？答：当温升时，温度荷载产生的弯矩和剪力方向与水压力相同，轴力方向相反；对坝体不利，于坝肩稳定有利。当坝体温度低于封拱温度时，坝轴线收缩，使坝体向下游变位。温降时：温度荷载产生的弯矩和剪力方向与水压力相反，与轴力方向相同，于坝肩应力有利，由于拱端推力加大，对坝肩岩体稳定不利。当坝体温度高于封拱温度时，坝轴线伸长，使坝体向上游变位。 6 简述拱坝的布置原则和拱端的布置原则。拱坝的布置原则： 体轮廓力求简单，基岩面、坝面变化平顺，避免有任何突变；拱端的布置原则：拱端应嵌入开挖后的坚实基岩内，拱端与基岩的接触在原则上应做成全半径向的，以使拱端推力接近垂直于拱座面。7简述拱坝建基面设计中应当注意的几个问题是什么。岩体质量分级与合理选取力学参数的问题；弱风化岩体的可利用问题；高地应力区建基岩体的选择问题；坝基岩体变形对建基面的影响问题；建基面岩体的强度问题；建基岩体的稳定问题。以上六个问题是拱坝建基面设计中的应当注意的几个问题。 1. 拱坝所承受的水平荷载一部分通过拱的作用传到两岸，另一部分通过梁的作用传到坝底基岩。2. 拱坝属于空间壳体结构，高次超静定结构。3. 拱坝坝身需设永久缝。4. 河谷形状特征常用坝顶高程处的河谷宽度L与最大坝高L的比值,即宽高比。5. 拱坝的厚薄程度，常以坝底最大厚度T和最大坝高H的比值，即厚高比。6. 对于一定的河谷，拱中心角愈大，拱圈厚度愈小。7. 传力角不宜小于30度，最好与等高线垂直。8. 拱坝计算上最优中心角133度34分。9. 围岩压力也称山岩压力，是隧