水工结构考试新书内容简介.pdf

409409 相关相关知识知识 总总目录目录 1 1 等别 级别等别 级别0i 平坡 0i 逆坡 负坡 底面线与水平面的夹角 n糙率 L h 两断面底高程差和间距 复合断面糙率复合断面糙率 各段糙率和长度之乘 再除以总长度 底坡底坡 L h tani 恒恒 定定 均均 匀匀 流流 水深 断面形状 大小沿程不变 流速分布和平均流速沿流程不变 水流保持匀速 水力坡度 水面坡降 底坡 底坡0i 顺坡 恒定均匀流的水深为正常水深 流量和糙率越大 底坡越小 正常水深越大 RiCv RiACQ i n R v 32 Ri n R AQ 32 沿程水头损失 RC LV R LnV h f 2 2 34 22 L长度 V平均流速 C R A i Q v断面平均流速 流量 底坡 过水断面面积 水力半径和谢才系数 恒恒 定定 渐渐 变变 流流 断面断面 比能比能 断面比能 断面单位能量 是以过水断面最低点为基准面的断面总水头 2 22 22gA Q cosh g v coshEs v Q A h 水深 过水断面面积 流量 断面平均流速和动能系数 临界临界 水深水深 给定流量下 同一个断面上对应于断面比能最小值的水深 临界水深满足条件 0 gA BQ 1 3 K K 2 A B KK 临界水深时的水面宽和过水断面面积 417417 相关相关知识知识 恒定渐变流计算恒定渐变流计算 弯道计算弯道计算 渠道水力学基础渠道水力学基础 1 17 7 渠系建筑物渠系建筑物 灌溉管道 渠道断面要素 渠 道 渡 槽 倒虹吸管 涵 洞 谢才系数 b Q q 0 4 Q b 0 1 bm 0 81 h 0 1 Q b b h 2 50 27 1 250 75 k 2 53 1 2 k 0 85 d h 0 02 d 01 1 h k25 0 26 0 k 弗劳弗劳 德数德数 B gA v Fr 矩形断面时 gh v Fr A B水面宽和过水断面积 流态流态 判别判别 临界临界 坡度坡度 均匀流正常水深等于临界水深时的底坡 k 2 k k k 2 k 2 k 2 k BC gX RCA Q i C B X R A kkkkk 临界深时的过水面积 水力半径 湿周 水面宽和谢才系数 流态流态 判别判别 缓坡 k ii k0 hh 均匀流流态为缓流 陡坡 k ii k0 hh 均匀流流态为急流 临界坡 k ii k0 hh 均匀流流态为临界流 水流为非均匀流时 陡坡 缓坡和临界坡 均可以发生缓流 急流或临界流 水深均 可以大于 小于或等于临界水深 判别指标判别指标 缓流缓流 临界流临界流 急流急流 弗劳德数弗劳德数 1Fr 1Fr 1Fr 水深水深 k hh k hh k hh 弯道弯道 计算计算 稳定稳定 半径半径 弯道水流会形成表层水流向凹岸 底层水流向凸岸 的横向环流 以及凹高凸低的水面横比降 前半段的最小稳定半径r r v v r B 1ln B r 弯道后半段的最小弯道半径可取 B3r 取上述 两个最小稳定半径中较大值作为弯道最小稳定半 径 一般可取 B5r B水面宽 m m v弯道上游直渠段的断面平均流速 m s m s v 根据凹岸土质计算的允许不冲流速 m sm s 水面水面 高差高差 凹凸岸的水面高差凹凸岸的水面高差h h A gr v h 2 h轴线水深 m m 水流动能修正系数 v 弯道上游直渠段的断面平均流速 m s m s A过水断面面积 2 m 418418 相关相关知识知识 要要素素计算计算 经济断面 渠道水力学基础 1 17 7 渠系建筑物渠系建筑物 灌溉管道 渠道断面要素渠道断面要素 渠 道 渡 槽 倒虹吸管 涵 洞 最佳断面最佳断面 跌水与陡坡 续续表表 弯道弯道 计算计算 未衬砌的灌溉 动力渠道的弯道半径应不小于5 5倍倍水面宽度 最小容许弯道半径计算 12AV11R 2 0 R0渠道最小容许弯道半径 m m A渠道过水有效断面面积 m m 2 2 V设计流量时渠道断面平均流速 m sm s 为使水流平顺 衬砌的大型渠道弯道处可将凹岸凹岸渠底抬高 使渠底具有横比降 弯道中段的最大倾角的正切值 按下式计算 gR V tan 2 R渠道中心线的弯道半径 m m 通航渠道的最小弯道半径 0 R按下式计算 A40R0 且应大于 3 3 5 5 倍的船长 灌溉 动力渠道的弯道半径小于 5 5 倍倍水面宽时 凹岸应采取防冲措施 衬砌渠道的弯道半径不 小于 2 2 5 5 倍倍水面宽 17 渠系建筑物 渠道断面要素 要要素素 计算计算 正常正常 水深水深 已知流量Q Q 底坡i i 糙率n n 和断面形状及尺寸 求渠道正常水深 0 h 梯形断面 包括矩形 渠道 3 22 0 3 5 00 m1h2b h mhb i Qn 此此式可为通用式可为通用公式公式 h0正常水深 m m m边坡系数 Q渠道的流量 s m3 n渠道的糙率 i渠道的底坡 b渠道的底宽 m m 迭代法计算式 0 1 2 k mhb m1h2b i Qn h k 0 5 22 k 0 5 3 1k 0 hh 10 k0 k 0 h的第k k步和第k 1k 1步迭代计算值 m m 迭代初值可取0 1h0 0 m m 渠道渠道 底宽底宽 已知 Q Q i i n n m m 和 0 h 求渠道底宽 b b 迭代法计算式 0 1 2 k mh h m1h2b i Qn b 0 0 5 22 0k5 3 1k bb 1kk b的第k k步和第k 1k 1步迭代计算值 m m 迭代初值可取0 1b0 m m 正常正常 水深水深 渠道渠道 底宽底宽 已知 Q Q m m i i n n 和宽深比 求正常水深 0 h和底宽b 0 8 5 4 12 8 3 0 hb m m12 i Qn h 底宽与水深之比 设计时可取水力最佳断面或实用经济断面的宽深比 已知 Q Q m m i i n n 和设计流速 v v 求正常水深 0 h和底宽b 过水断面面积 v Q A 湿周 2 52 3 4 3 vn Qi X 联立方程 0 2 2 22 0 hm12Xb mm12 2 mm12 A4XX h 两组解中底宽0b 为正解 最佳最佳 断面断面 水力最佳断面是在流量 底坡 糙率已知 具有最小过水断面面积的渠道过水断面型式 或者在 过水断面面积 底坡 糙率已知 使渠道通过流量为最大的渠道过水断面型式 419419 相关相关知识知识 例题例题 渠道水力学基础 1 17 7 渠系建筑物渠系建筑物 灌溉管道 渠道断面要素渠道断面要素 渠 道 渡 槽 倒虹吸管 涵 洞 跌水与陡坡 这这是是例题例题 例题 例题146146 梯形断面渠道 设计流量320m320m 3 3 s s 边坡系数2 02 0 渠道底宽24 5m24 5m 正常水深 7 0m7 0m 底坡1 250001 25000 渠道糙率与下列哪一项接近 A A 0 013 0 013 B B 0 0150 015 C C 0 0220 022 D D 0 0250 025 解 由公式得 015 0 320 25000 1 21725 24 7 725 24 Q i m1h2b h mhb n 3 22 3 5 3 22 0 3 5 00 故 选 B B 例题 例题 147147 矩形明渠引水渠道 水深 3 63 6m m 宽 1212m m 底坡 1 1 1 1000000 糙率 0 0150 015 动力修正 系数 1 01 0 重力加速度 1010m sm s 2 2 通过流量接近以下哪项 水流处于何种流态 A A 162 4 162 4 缓缓流流 B B 156156 4 4 缓缓流流 C C 162 4 162 4 急急流流 D D 156156 4 4 缓缓流流 解 由公式得 s m 4 156 6 3212 015 0 6 312 001 0 m1h2b n h mhb i Q 3 3 2 3 5 3 22 0 3 5 00 矩形 m 0m 0 临界水深m6 357 2 10 12 4 156 0 1 g q h 3 2 3 2 k 为缓流 故 选 B B 例题 例题 148148 灌区干渠控制面积 7 07 0 万亩 渠系水利用系数 0 630 63 灌水率 0 180 18m m 3 3 s s 万万亩亩 梯形断面 底坡 1 1 4 4000000 边坡系数 1 1 0 0 糙率 0 00 01616 最佳断面水深与下列哪项接近 A A 1 24m1 24m B B 1 301 30m m C C 1 341 34m m D D 1 40m1 40m 解 渠道流量s m0 263 0 18 00 7Q 3 满足最佳断面的宽深比为 828 0 0 10 11 2 mm1 2 22 m m235 1 1828 0 112828 0 4000 1 016 02 m m12 i Qn h 8 5 4 12 8 3 8 5 4 12 8 3 0 故 选 A A 例题 例题149149 圆形断面灌溉隧洞 砼衬砌糙率为0 0150 015 隧洞底坡1 10001 1000 设计通过流量2 2m2 2m 3 3 s s 综合考虑各方面因素 圆形断面内径以下哪项较适宜 A A 1 7m 1 7m B B 2 Om 2 Om C C 1 6m 1 6m D D 1 8m1 8m 解 依据 SL279SL279 2002 4 3 62002 4 3 6 4 3 74 3 7 圆形断面最小内径 1 8m1 8m 低流速无压洞 水面线 以上空间 洞断面积的 洞断面积的15 15 高度 400mm400mm 假定洞径1 8m1 8m 水面线以上高度400mm400mm 则 m4 14 08 1h 556 0 8 1 4 12 1 D h2 1 2 cos 32 4 3 57 56 247 56 247 过水断面面积 2 22 m124 2 56 247sin32 4 8 8 1 sin 8 D A 过水流量s m2 299 2 n i D5 0 sin D125 0 Q 3 3 2 3 52 1516 0 8 114 325 0 124 28 114 325 0 A AA 2 2 0 0 满足净空要求 故 选 D D 420420 相关相关知识知识 10 10 水库建筑物水库建筑物 渗渗流计算流计算 悬挂帷幕悬挂帷幕 渗流基础知识 帷幕厚度帷幕厚度 土石坝渗流计算 土石坝渗透变形 砼重力坝帷幕计算砼重力坝帷幕计算 非悬挂帷幕 续续表表 这这是是正正文文 悬挂悬挂 帷幕帷幕 假定条件 渗流铅直方向的水头损失较水平方向大一倍 此比值据岩石具体条件定 渗径渗径 T K K d4LLLd2Ld2LL 2 1 21241 T K K L 2 1 4 帷幕承受的水力坡降帷幕承受的水力坡降 T Ld2 JJ 4 帷幕后的剩余水头帷幕后的剩余水头 L L HdH 2 帷幕的水头折减系数帷幕的水头折减系数 L L2 T 帷幕厚度 d 帷幕深度 1 K 透水基岩渗透系数 K 帷幕渗透系数 2 K 帷幕底部基岩渗透系数 1 L 帷幕到上游面的距离 2 L 帷幕到下游面的距离 4 L 帷幕当量厚度 帷幕帷幕 厚度厚度 指钻孔两侧平均影响范围 单排钻孔 取孔距的 0 70 7 0 80 8 倍 多排钻孔 等于最外侧两排钻 孔中心距再加上边排孔距的 0 60 6 0 70 7 倍 帷幕厚度按其能消减剩余水头的效力和所能承受的水力坡降而定 计算表格计算表格 已知已知透水地基 均质透水地基 均质坝体断面 上下游水深 渗透系数 计算渗流量及浸润线坝体断面 上下游水深 渗透系数 计算渗流量及浸润线 步步 骤骤 计算参数及公式计算参数及公式 备注备注 1 1 已知条件 已知条件 上 下游水深 1 h 2 h 各土层厚度 321 d d d 渗流系数 321 k k k 上 下游坡比 1 m 2 m 2 2 等效地基 等效地基T Tf f 等效单层地基厚度 3 1 3 2 1 2 1Hf d k k d k k ddT 等效渗透系数 1 kk 3 3 坝基计算深度坝基计算深度T Td d 不透水层较深 计算深度取坝基宽度的1 21 2 不透水层较浅 计算深度取实际深度 4 4 等效矩形宽度等效矩形宽度b b f11 ThH 1 H4 0b 或 1 1 1 H m21 m b 2m 1 获得上游边界 图中3 3 4 4 5 5 渗流量试算 渗流量试算 假定渗流量 q k qD 2d2 hTH 2 2 2 H m 4 0 1 Dm5 0A HD4 0AA 2 1 2 2 2d2 hTH d11 ThH L 点4 4 5 5间的距离 等效矩形渗流域 图中DD345N L2 HH kq 2 2 2 1 L x HH HH 2 2 2 12 1x 6 6 渗流量复核 渗流量复核 qq 则为所求 否则 重复以上计算 参参见见P P 1 14848 绘制浸润线 注意进口和出口的修正 421421 相关相关知识知识 10 10 水库建筑物水库建筑物 渗渗流计算流计算 渗流基础知识 例题例题 土石坝渗流计算 土石坝渗透变形 砼重力坝帷幕计算 解 固结灌浆深8m8m 效果同灌浆帷幕 故幕前11 9m11 9m长 深8m8m的区域等同帷幕 渗流在垂直方向的水头损失较水平方向大一倍 深度按 2 2 倍倍计 厚度变换为水平等效厚度 m162 3 5 25 T K K L 2 1 4 总渗径m2 258Ld2Ld2LL 22411 见图 见图 平均坡降32146 02 258 83L HJ 因此单位渗径消耗水头32146 0Jdh 灌浆帷幕在坝基8m8m深处 固结灌浆底部 渗透比降最大帷幕在坝基8m8m深以下总渗径 1 最大渗透比降 66 13 2 3 136 32146 0 T L JJ 1 max 幕后扬压力折减系数 30 0 2 258 3 78 L L2 故 选 C C 例题 例题094094 帷幕布置如图 帷幕伸入相对不透水层 帷幕厚3 2m3 2m 帷幕两侧距坝锺及坝趾 距离分别为11 9m11 9m 78 3m78 3m 上下游水头差83m83m 帷幕透水率为1 1 0 0L Lu u 原岩透水率为14 414 4L Lu u 帷幕最大水力坡降 max I及幕后扬压力折减系数最接近于以下哪项 A A 00 7Imax 72 0 B B 00 9Imax 58 0 C C 8 12Imax 49 0 D D 0 16Imax 38 0 解 帷幕水平等效厚度 08 462 3 1 4 14 TL 1 2 3 渗径全长 m28 13630 7808 4690 11L 平均水力坡降 609 0 28 136 83 L H J 单位渗径消耗水头609 0JH 帷幕承受的水力坡降 77 8 2 3 08 46 609 0 T L JJ 3 幕后扬压力折减系数 574 0 28 136 3 78 L L2 帷幕水头损失系数 338 0 28 136 08 46 L L3 故 选 B B 422422 相关相关知识知识 土石坝土石坝 砼重力坝 砼拱坝 堤防工程 水闸工程 溢洪道工程 3 3安全超高或顶高程安全超高或顶高程 防渗体顶高程 有防浪墙顶高有防浪墙顶高程程 无防浪墙顶高无防浪墙顶高程程 临时建筑物 3 安全超高或顶高程 土石坝 SL274SL274 20012001 这 这是是正文正文 无无 防防 浪浪 墙墙 计算计算 公式公式 坝顶在水库静水位以上的超高 Y R e AY R e A Y Y 坝顶超高 m m A A 安全加高 m m e e 最大风壅水面高度 m m R R 最大波浪爬高 1 1 2 2 3 3级取R R1 1 4 4 5 5级取R R5 5 5 3 15 3 1 安全安全 加高加高 安全加高安全加高A A值值 m m 坝的级别 1 2 3 4 5 设计 1 50 1 00 0 70 0 50 校核 山区 丘陵区 0 70 0 50 0 40 0 30 平原 滨海区 1 00 0 70 0 50 0 30 地震区的安全加高尚应增加地震沉降和地震壅浪高度 坝顶坝顶 高程高程 以以下下计算工况计算工况 取其大值取其大值 1 1 设计洪水位 正常运用的坝顶超高 2 2 正常蓄水位 正常运用的坝顶超高 3 3 校核洪水位 非常运用的坝顶超高 4 4 正常水位正常水位 非常运用坝顶超高 地震安全加高 计算计算 表格表格 土石坝土石坝无防浪墙无防浪墙坝顶高程坝顶高程计算计算 步步 骤骤 计算参数及公式计算参数及公式 备注备注 已知条件已知条件 库容 坝高 正常水位 正正 设计洪水位 设设 校核水位 校校 波浪爬高R 风壅高度e 地震壅浪高 地震沉降 确定级别 浪高 风壅高和特 征水位对应 安全加高安全加高 正常运用 设计洪水位 正常水位 安全加高 正正 A 非常运用 校核洪水位 安全加高 非非 A 由级别查上表确定 坝顶高程坝顶高程 正常蓄水位 正正正正正正正正 AeR 设计洪水位 正正设设设设设设 Ae R 校核洪水位 非非校校校校校校 AeR 地震工况 AeR地震沉降地震沉降地震壅浪高地震壅浪高 非非校校校校正正 取大值 有有 防防 浪浪 墙墙 1 1 上游侧设防浪墙 坝顶超高为对防浪墙顶的要求 正常运用条件坝顶应高出静水位0 5m0 5m 非常 运用条件坝顶应不低于静水位 5 3 45 3 4 2 2 坝顶应预留竣工后沉降超高 各坝段的预留沉降超高按相应坝段坝高而变化 预留沉降超高不 计入坝的计算高度 计算计算 表格表格 土石坝土石坝设防浪墙墙设防浪墙墙顶顶及坝顶及坝顶高程高程计算计算 步步 骤骤 计算参数及公式计算参数及公式 备注备注 已知条件已知条件 库容 坝高 正常水位 正正 设计洪水位 设设 校核水位 校校 波浪爬高 R R 风壅高度 e e 地震壅浪高 地震沉降 确定级别 波浪爬高 风壅高 度和特征水位对应 安全加高安全加高 正常运用 设计洪水位 正常蓄水位 安全加高 正正 A 非常运用 校核洪水位 安全加高 非非 A 由级别查前表确定 墙墙顶高程顶高程 正常蓄水位 正正正正正正正正 AeR 设计洪水位 正正设设设设设设 Ae R 校核洪水位 非非校校校校校校 AeR 地震工况 AeR地震沉降地震沉降地震壅浪高地震壅浪高 非非校校校校正正 取大值 max 坝顶坝顶高程高程 坝顶高程 2 1 max 顶 顶 正常运用 5 0 0 5 设设顶顶正正顶顶 和和 非常运用 校校顶顶 复核并取大值 423423 相关相关知识知识 水库淹没 岩土物理力学指标岩土物理力学指标 23 23 相关相关知识知识 表格内插公式 岩石物理指标 土的物理指标土的物理指标 工程地质 常用指标换算 土的力学指标 水库库底清理 水力学计算 续续表表 土土 的的 物物 理理 指指 标标 相对相对 密度密度 砂土颗粒间基本上无联结 颗粒排列的紧密程度决定承载能力 即砂土的密实程度决 定砂土的承载能力 某一固定粒度条件下 以最疏松状态制样可以达到其最大孔隙比 max e 振动 加压 捣实后可获得最小孔隙比 min e 相对密度 minmax max r ee ee D minmax ee 分别为最大和最小孔隙比 与其对应的是最小和最大干密度 相对密度用干密度表示 1 G e d sw dmindmaxd maxdmindd r D 1 G e mind sw max 1 G e maxd sw min 粘性土粘性土 指指 标标 粘性土的稠度和界限含水率粘性土的稠度和界限含水率 稠度是粘性土在某一含水率下抵抗变形和破坏的能力 粘性土的稠度随含水率的变化 而改变 粘性土从一种状态转变为另一种状态 用某一界限含水率来界定 这种界限 含水率称为稠度界限 常用稠度界限有 液限 塑限和缩限 液限 塑限和缩限液限 塑限和缩限 液限W WL L 粘性土从可塑状态转变到流塑状态时含水量的分界值 塑限W WP P 粘性土从可塑状态转变到半固体状态时含水量的分界值 缩限W WS S 从半固体状态到固体状态时含水量的分界值 土土 的的 物物 理理 指指 标标 粘性土粘性土 指指 标标 塑性指数塑性指数 P I 粘性土可塑性范围的指标 PLP WWI P I 1717为粘土 1010 P I 1717为粉质粘土 液性指数液性指数 L I 粘性土所处状态的指标 天然含水量与塑限的差值和塑性指数之比 P P L I W I 当 P W 时 土体处于固态或者是半固态 此时0IL 当 L W 时 土体处于流塑状态 此时1IL 当 在液限 L W和塑限 P W之间时 L I0 0 1 01 0 粘性土处于可塑状态 土土的三的三 角角坐标坐标 分分 类类 A A点 点 过A A点作砂粒含量轴平行线得粉粒比重25 25 过A A点作粘粒含量轴平行线得砂粒比 重17 17 过A点作粉粒含量轴平行线得粘粒比重58 58 例如 例如 已知粘粒含量25 25 粉粒含量35 35 砂粒含量40 40 则查得为重壤土 B B点点 粘粒为水平线 三者之和为100 100 257257 渠系建筑物渠系建筑物 水库淹没 岩土物理力学指标 23 23 相关相关知识知识 表格内插公式 例题例题 工程地质 水库库底清理 水力学计算 例题 例题21211 1 水闸 8 8度地震 闸基勘探 试验成果如表 工程运行地下水位1 142 042 0m m 对地 层液化初判以下哪项是正确的 A A 层 层可能液化可能液化 B B 层 层可能液化可能液化 C C 层 层可能液化可能液化 D D 层 层可能液化可能液化 时 代 地 层 分布高程 m m 岩性 颗粒分析 0 50 5 mmmm 0 50 5 0 250 25 mmmm 0 0 2525 0 0075075 mmmm 0 0 075075 0 0 05 05 mmmm 0 0 0505 0 0 005 005 mmmm 0 0050 005 mmmm Q Q4 4 1 15050 147147 粉质 粘土 1 41 4 7 37 3 16 716 7 50 950 9 23 723 7 147147 1 14545 粉土 3 33 3 6 36 3 37 437 4 26 426 4 17 617 6 9 09 0 145145 1 14242 粉质 粘土 0 20 2 9 99 9 23 723 7 43 943 9 22 322 3 142142 1 14040 粉土 1111 33 733 7 4242 13 313 3 Q Q3 3 140140 1 13838 粉砂 3 93 9 1 71 7 77 877 8 6 26 2 8 48 4 2 02 0 138138 1 13535 粉质 粘土 0 80 8 7 27 2 33 133 1 3838 2020 9 9 135135 粘土 9 39 3 4444 46 746 7 解 解 依据 GBGB5048750487 20082008 P 0 3P 0 3 地层年代为第四纪晚更新世 Q3Q3 或以前的土 判为不液化 可排除 层不液化 层粒径 5mm5mm 颗粒含量质量百分率 30 30 其中粒径 0 005mm0 005mm 的颗粒含量质量百 分率分别为 9 9 13 313 3 均 1818 可能液化 工程运行地下水位 1 142 042 0m m 层为地下水位以上的非饱和土 可判为不液化 故 选 C C 例题 例题 212212 水库回水成果计算如下表 断面编号 起点距 m 第一组 第二组 5 5 坝前水位 80m80m 回水 天然 回水 Q Q 1000m 1000m 3 3 s s Q 1500mQ 1500m 3 3 s s 0 0 坝址 4545 00 00 75 0075 00 80 0080 00 80 0080 00 20002000 5151 00 00 75 3075 30 80 0480 04 80 0580 05 40004000 5757 00 00 75 5075 50 80 1480 14 80 2580 25 60006000 65 0065