交大港航-渠化工程练习和思考题和答案

B 2 ab q N M 计算题 1 双铰底板如下图所示 假定闸墙底板和中间底板的地基反力均为直线分布 并假定墙底板与中间底板在铰接处地基反力相等 铰接处只传递补水平力和垂直 力 不传递弯矩 试确定地基反力分布 N 为作用在闸墙段上的垂直力 M 为闸墙段上所有荷载对 O 点的力矩 q 为作用于低板上的均布荷载 解 根据闸墙段的静力平衡条件 得 1 0 32 2 22 1 bb qM 2 0 2 2 1 b bqPN 根据中间底板的静力平衡条件 得 3 aqp 1 将 3 代入 2 联合 1 式 解得 ba b Mba N 4 2 6 2 2 qM ba b Mba N 4 2 2 2 1 计算题 2 某连续 5 级船闸 上游最高通航水位 175m 最低通航水位 145m 下游最高通航水位 73 8m 最低通航水位 62m 试 确定每级船闸的设计水位差 若每级闸室灌水时间为 10 分钟 试初步选定输水系统的类型 解 m 则采用分散输水系统 6 22 5 62175 5 2 6 22 10 HTm 计算题 3 如果每次船舶进出闸室的时间为 5 分钟 启闭上下闸门时间分别为 3 分钟 闸室灌泄水时间分别为 10 分钟 船舶之间启动的间隔时间为 2 分钟 求单向通过一次船闸的时间需多少 解 543211 224tttttT 则min462 2510 23 45 T 计算题 4 人字闸门支持墙 如图所示 单侧支持墙承受的全部竖向力为 650t Mx 80t m My 40t m 已知支持墙 max 10N mm2 试计算 闸首支持墙度 解 p134 6 62 其中 支持墙底面对 x y 21 W M W M F N y x 轴的截面模量 扭炬 5 247 3 6 1 6 1 5 103 7 6 1 6 1 22 22 bhW bhW y x 366 699 650 101080 101040 1010 21 1024 5 1010 5 10 0 31 0 030 04 0 38 0 3 0 31 0 24 yx xy MNM FWW 四个角点的应力 0 31 0 3 0 32 0 27 0 3 5 时 采用集中输水系统 当 m 2 5 时采用分散输水系统 灌水时间 设计水头 当 2 5 m 3 5 时 应进行经济技术论证 解决高水头船闸输水系统条件的途径 1 采用阀门后突扩体型 门后或门楣通气 快速开启阀门等方法改善阀门工作条件 2 对船闸分级 即建造多级船闸降低水头 3 采用带调节水池或省水池船闸型式 利用这些水池对水头进行分级 55 渠化工程规划的主要内容是什么 主要布置原则是什么 渠化枢纽的组成有哪些建筑物 过 鱼 过木建筑物有哪些类型 答 主要内容是 1 渠化河流的航道等级 2 渠化枢纽坝址的选择及梯级布置方案 3 枢纽的 平面布置及其主要技术经济指标 4 梯级布置方案的比选及开发程序 布置原则是 1 必须考虑整条河流及其河段的综合开发方案 协调各用水部门的合理需求 以充 分利用水资源 发挥最大的综合经济效益 2 必须满足各主要建筑物在布置上的要求 应满足各建筑物 的使用要求 保证各建筑物在各种工作条件下能正常工作 3 布置方案必须是技术可行 经济合理 施工方便 在满足建筑物强度和稳定的条件下 尽可能降低枢纽的总造价和运转费用 同时 有利于 施工导流 施工通航和缩短施工期限 使部分建筑物早期投产 提前发挥效益 4 必须认真研究枢纽 对周围环境的影响及相应的防治措施 如河道演变 泥沙淤积 土地淹没以及移民和搬迁等 渠化枢纽是由挡水建筑物 泄水建筑物 通航建筑物 坝岸连接及护岸建筑物 其它专门的水工 建筑物所组成 过鱼 过木建筑物有鱼道 鱼闸 机械提升设备 漂木槽 筏道 木材运送机 56 船闸在水利枢纽中的布置有哪几种方式 船闸的组成及类型有哪些 其工作原理如何 答 布置方式有两种 1 闸坝分离式 2 闸坝并列式 组成 1 闸室 2 闸首 3 引航道 类型 1 内河船闸和海船闸 2 单级船闸和多级船闸 3 单线船闸和多线船闸 4 其他类型的 船闸 如广室船闸 省水船闸 井式船闸 57 船闸的设计水位包括哪些 什么是船闸的有效长度 有效宽度和门槛水深 单级船闸的各部 高程如何确定 答 设计水位包括 1 上 下游设计最高水位 2 上 下游设计最高通航水位 3 上 下游设 计最低通航水位 有效长度是指船舶过闸时 闸室内可供船舶安全停泊的长度 有效宽度是指闸室内 两侧墙面最突出部分之间的最小距离 门槛水深是指在设计最低通航水位时门槛上的最小深度 58 当多级船闸上 下游水位变幅不等时 常采用什么方法确定船闸各部高程 虚拟上游或下游 最高通航 采用补溢水达到平衡 59 引航道的作用和型式有哪些 引航道包括哪些部分 直线段含哪几段 答 作用 保证船舶安全 顺利的进出船闸 供等待过闸的船舶安全停泊 使进出船舶能交错避 让 型式 对称型 反对称型 不对称型 引航道包括 导航段 调顺段 停泊段 过渡段 制动段 前三项为直线段 60 什么是船闸的通过能力 其影响因素有哪些 计算公式怎样 什么是船闸的过闸时间 答 船闸的通过能力指每年通过船闸的船舶总数或货物的总吨数 其影响因素有 日平均过闸次 数 每昼夜非运货船过闸次数 船闸年通航天数 一次过闸平均吨位 船舶装载系数 运量不平均衡 系数 公式为 过闸时间是指一个船舶 队 从上游经过船闸到达下游或从下游经 NG nnP 0 过船闸到达上游所需的时间 或指两个方向各通过一个或通过一系列船舶 队 一个船舶 队 通过 船闸所需的平均时间 61 船闸有哪些过闸方式 过闸时间包括哪些作业项 单级船闸单 双向过闸时间如何计算 答 过闸方式有 单向过闸和双向过闸 过闸时间作业项包括 开 关 闸门时间 单向进闸时 间 闸室灌 泄 水时间 单向出闸时间 船队进 出 闸间隔时间 双向进闸时间 双向出闸时间 单级单向过闸时间 单级双向过闸时间 543211 224tttttT 5 43 212 42224tttttT 62 船闸的耗水由哪几部分组成 单级船闸的耗水计算公式是什么 答 船闸的耗水是船闸运行的主要经济指标 主要包括两部分 1 船闸泄水 2 闸 阀门 漏水等 63 船闸输水系统的基本作用 应满足的基本条件及所受的水流力有哪些 答 基本作用 1 能改善船舶的停泊条件 2 增强船闸的通过能力 3 减少船闸的工程投资 应满足的基本条件 1 灌水和泄水时间不大于为满足船闸通过能力所规定的输水时间 2 船舶 队 在闸室及上 下游引航道内具有良好的停泊条件和航行条件 3 船闸各部位不应因水流冲刷 空蚀等 造成破坏 4 布置简单 检修方便 工程投资少 所受的水流力有 1 流速力 2 波浪力 3 局部 力 64 船闸输水系统有哪些类型 各有什么特点 答 有集中输水和分散式输水 特点 集中输水系统是将输水系统集中布置在闸首范围内 灌水 时 水经上闸首由闸室的上游端集中流入闸室 泄水时 水从闸室的下游端经下闸首泄入引航道 因 而也称为头部输水系统 分散输水系统是将输水系统分散布置在闸首内 灌 泄水时 水流通过设在 闸室底板或闸室墙内的纵向输水廊道上的一系列出水支管 出水孔分散的流入闸室 因而出称为长廊 道输水系统 65 有消能室的输水系统有哪些消能型式 消能措施分几类 答 消能型式 无消能工式 简单消能工式 复杂消能工式 消能措施 利用水流本身对冲 扩散或水 垫进行消能 利用消力槛 消力墩 消力池 水平格或遮板 消力梁等消能工进行消能 利用消能室进行消 能 66 船闸水力计算的基本任务有哪些 短廊道水力计算的基本公式如何推导 答 基本任务有 确定输水系统各部分的尺寸及闸室灌泄水过程的水利特征并估算过闸船舶在闸 室和上 下游引航道内的停泊条件 从而论证所选定的输水系统的合理性 进一步确定灌泄水方式 67 短廊道输水系统的设计步骤如何 船闸的停泊条件用什么衡量 答 设计步骤 根据要求的输水时间确定输水阀门处廊道的断面尺寸和阀门的开启时间 根据确 定的阀门处廊道的断面尺寸进行水力计算 如阻力系数 流量系数 水力特性曲线等 核算输水阀门 的工作条件 估算船舶在闸室和引航道内的停泊条件 船闸的停泊条件衡量 通常是以过闸船舶所受 的水流作用力大于或小于过闸船舶的系船缆绳所能承受的拉力作为具体的衡量指标 68 软基上闸室结构型式有哪些 各有什么特点 适用条件如何 重力式结构按断面型式分有哪 两种 按建筑材料分有哪三种 衡重式闸室墙背的后伸平台有什么作用 答 软基上闸室结构型式有悬臂式和扶臂式 各自特点 悬臂式闸室是由闸墙 底板和后悬臂组 成 从船闸轴线分成两半的对称机构 在底板中间接缝中设置有止水 形成不透水的闸底 扶臂式闸 室是由立板 肋板和底板组成 底板分趾板和内底板 一般不设尾板 闸室分段的端部一般均设立板 肋板和底板等的连接部位须设置斜托 各自适用条件 悬臂式闸室适用于承载能力较低的地基 且闸 室高度与闸室宽度之比较大的情况 扶臂式闸室适用于承载能力较低的地基 重力式结构按断面型式 分有梯形和衡重式两种 按建筑材料分有浆砌条块石结构 砼结构及配筋砼结构 在墙背设置一个后 伸平台 使自重力和平台上的土重力的合力通过断面中心的后部 其产生的偏心力矩可以抵消一部分 倾复力矩 同时后伸平台具有卸荷作用 使作用在平台以下倒坡部分的土压力减少 地基反力分布比 较均匀 69 岩基上闸室结构型式有哪些 和岩层顶面高程有什么关系 答 闸室结构型式有重力式 衬砌式和混合式 当岩层顶面高程高于闸墙顶高程时 可采用衬砌 式闸室结构 当岩层顶面高程低 于闸墙顶高程时 可采用混合式结构 即基岩以上采用重力式 基岩 以下采用衬砌式结构 70 闸首结构的特点 型式及其影响布置的因素有哪些 答 闸首结构的特点 轮廓形状不规则 承受的荷载较复杂 一般设有输水廊道 闸门 阀门 闸阀门启闭机械及其相应的设备等 且是克服水头的主要结构 型式 整体式结构和分离式结构 影 响布置的因素 所选用的闸门型式 输水系统及有无帏墙等 71 作用在船闸结构上的荷载有哪些 土压力如何分类 对于不同闸室结构应该如何考虑 答 作用在船闸结构上的荷载有 建筑物自重力 水重力以及建筑物内部或上部填料重量力 闸 门 阀门及其它设备重量力 静水压力 水流力 波浪压力 扬压力 土压力 船舶荷载 闸面活荷 载 地震力 土压力分主动土压力 静止土压力 附加土压力 对于不同闸室结构应考虑 土基上的 重力式 悬臂式和扶臂式等结构 墙后填土应按主动土压力计算 土基上设斜桩和带横撑的直桩基础 上或岩基上的重力式 悬臂式和扶臂式等结构 由于墙身变位受到限制 主动极限平衡状态一般难以 发生 墙后填土应按静止土压力计算 墙高大于 15m 的整体式及悬臂式钢筋砼结构 观测表明 结构 上部产生大于静止土压力的附加土压力 因此应按附加土压力的影响进行分析研究 72 船闸的防渗措施有哪些 渗透稳定计算所采用的方法有哪几种 什么是渗径系数法 什么是 阻力系数法 反滤层设计应遵循哪些原则 铺盖的作用是什么 答 船闸的防渗措施有闸首底板前设置水平的防渗设备 在底板下设水平垂直的防渗设备 设排 水明沟或排水暗管 闸室墙后填筑宽度较大的回填土体 渗透稳定计算常采用的方法有 渗径系数法 和阻力系数法 渗径系数法 该法认为建筑物的地下轮廓线为第一根水流渗透线 在此线上沿程渗流坡降都相等 即水头损失是均匀的 阻力系数法 是指将建筑物的地基内的整个渗流区域按等势线划分成几个典型 的渗流区段 各区段渗流水头损失与各区段的阻力系数成正比 原则 1 各层内部颗粒不应发生移动 2 较细一层颗粒不应穿过较粗一层的孔隙 3 被保护土 壤的颗粒不应穿过反滤层而被渗水带走 个别特别细小的颗粒即使被渗流带走 至少应在反滤层中停 留 铺盖的作用是延长渗流途径 减少渗流坡降并减少作用在建筑物上的渗透压力 73 闸室有哪些计算情况 闸室计算断面和计算荷载如何选取 请画出运用高水时期的闸室结构 受力图 74 软基上分离式闸室的地基计算包括哪些内容 答 地基计算包括 地基承载力验算 抗浮稳定性验算 地基沉降计算 76 闸首的计算包括哪些内容 闸首底板的计算步骤怎样 答 闸首的计算内容包括 整体抗滑 抗倾 抗浮 渗流稳定性和地基承载力 边墩强度 底板 强度 局部强度等验算 闸首底板的计算步骤 一般将底板纵向划分为几个特征段 计入不平衡剪力 按平面问题进行分段计算 然后考虑整体影响 将各段所得的内力进行调整 77 闸阀门的作用 组成及类型有哪些 人字闸门 三角门 横拉门的特点如何 哪些闸门不能 承受双向水头 按工作条件分有什么类型的闸门 按门扇启闭方式和门扇结构特征不同 工作闸门有 几种形式 工作闸门应满足哪些基本要求 答 闸阀门的作用 闸门和阀门是船闸的挡水设施 对船闸完成船舶过闸起着重要作用 船闸的 闸阀门 俺工作性质可划分为工作闸 阀门 检修闸 阀门 事故闸 阀门 按结构特征闸门分为人 字闸门 升降式平面闸门 横拉闸门 三角闸门 一字闸门 弧形闸门 迭梁闸门和浮式闸门等 阀 门可分为平面阀门 反向弧形阀门 圆筒阀门和蝴蝶阀门等 78 人字门的传力方式如何 人字门的止水通常包括哪些部分 答 人字门的传力方式 水压力由面板和次梁传给主横梁 然后由主横梁通过斜接柱和门轴柱上 的支垫块形成三铰拱而传至闸首边墩 人字门的止水有侧止水和底止水 79 平面阀门 反向弧形门有哪些优缺点 答 平面阀门 具有门叶厚度小 门叶结构简单 门体刚度大 制造 安装和检修方便等优点 适宜在中低水头的船闸中采用 是一种经济可靠的门型 反向弧形门 具有启门力小 结构坚固 操作简便 使用可靠等优点 门井处于上游水位 有利 于防止水流渗气 阀门不需要设置门槽 可避免平面阀门因设置门槽而引起的气蚀问题 宜在中 高 水头船闸上采用 80 船闸与升船机的异同点有哪些 升船机由哪几部分组成 升船机的类型有哪些 答 船闸与升船机一样 都是用来克服航道上的集中落差 以便船舶顺利通过的通航建筑物 升 船机和船闸的根本不同点是 船闸是直接借闸室的水面升降 使停泊在闸室内的船舶完成垂直运动 升船机则是利用机械的方法 升降装载船舶的承船厢 以克服集中落差 因此两者在结构及设备方面 均有所不同 升船机的闸首和船闸一样 也是把躯体与上下游航道隔开的挡水建筑物 衔接承船厢与 航道保证船舶在两者之间安全可靠地进出 不同的是 在升船机的闸首上没有复杂的输水系统 同时 闸首的工作条件只受上游或下游水位的影响 至于升船机引航道和前港 则与船闸几乎是完全相同 升船机的基本组成部分包括 承船厢 或承船架 承船车 用于停放船舶 斜坡道或垂直构架 前者是供斜面升船机行走的坡道 后者为垂直升船机承船厢的支承与导行结构物 连接建筑物 设置 在上游和下游与承船厢连接处 供船舶自承船厢进入引航道或相反行驶时用 机械传动机构 用于启 闭承船厢厢门和驱动承船厢升降 电气控制系统 用于操纵升船机运行 当船舶自下游河段向上游河 段行驶时 提升过程是启动机械传动机构 使承船厢停放在厢中水位与上游水位相齐平的位置 开启 厢门与连接建筑物的闸门 船舶自承船厢驶入上游引航道 船舶自上游河段向下游河段行驶时 按上 述程序相反进行 升船机按承船厢运行线路 分为垂直升船机和斜面升船机两类 垂直升船机是承船厢沿垂直方向 升降的升船机 主要有均衡重式 浮筒式和水压式3种 斜面升船机沿斜坡轨道运行 分为纵向斜面升 船机和横向斜面升船机 81 垂直升船机分哪几种 什么是均衡重式升船机 答 垂直升船机分均衡重式 浮筒式和水压式 3 种 采用与承船厢运动重量相等的平衡重作为平 衡系统的垂直升船机 称为均衡重式升船机 均衡重式垂直升船机 它是垂直升船机中最早出现的一种 它采用与承船厢运动重量力相等的平 衡重作为承船厢的平衡系统 驱动机构仅需克服整个系统的运动阻力 使承船厢垂直升降 1 水电站的主要开发方式有几种 每一种的主要特点如何 答 主要方式 有抬水式 引水式和混合式三种 抬水式是利用拦河筑坝 抬高上游水位 形成 水位差 并将经过水库调节的流量 通过坝体或用输水管道引入水电站厂房 引水式主要是利用引水 建筑物集中落差来获得发电水头 通常是在河流上修建低坝 将河水导入引水渠道 使渠道末端水位 高出河中水位 从而获得所需的发电水头 混合式水电站是抬水式和引水式水电站两者的综合 发电 水头的一部分是由筑坝抬高了上游水位而形成 另一部分则利用引水建筑物来获得 筑坝所形成的水 库既抬高了水位 获得了水头 又可来调节水量 2 水电开发与河流梯级渠化的关系 3 什么是防洪特征水位 答 防洪特征水位 指水库各项防洪水位的总称 包括校核洪水位 设计洪水位 防洪高水位 防洪限制水位 4 什么是通航水位 它与水库特征水位的关系是什么 答 通航水位指的是在各级航道中 能保持船舶 队 正常航行时的最高和最低水位 水库的特征水 位有死水位 正常蓄水位 防洪限制水位 防洪高水位 设计洪水位和校核洪水位 1 简述船闸上 下行的过闸原理 答 假定船舶从下游驶向上游 闸室内水位为下游水位 上闸门及上游输水阀门是关闭的 首先 船舶从下游引航道内驶入闸室 关闭下闸门及下游输水阀门 然后打开上游输水阀门 向闸室灌水 等闸室内水位与上游水位齐平后 打开上闸门 船舶驶出闸室而进入上游引航道 这样 就完成了一 次船舶从下流到上游的过闸 当船舶从上游驶向下游时 其过闸程序与此相反 2 什么叫船闸有效长度和宽度 包括公式 答 闸室有效长度 是指船舶过闸时 闸室内可供船舶安全停泊的长度 公式 Lx lc lf 闸室有效宽度 是指闸室内两侧墙面最突出部分之间的最小距离 公式 Bx fcbb 3 船闸基本尺度指哪些 它们如何表达 答 船闸的基本尺度是指闸室有效长度 闸室有效宽度及门槛水深 闸室有效长度是指船舶过闸 时 闸室内可供船舶安全停泊的长度 它是指上闸首门龛下游边缘或帷墙的下游面 或集中输水系统 的闸室镇静段末端 或其它伸向下游的构件的下游边缘至下闸门龛的上游边缘或其它伸向上游的构件 的上游边缘或防撞设置的上游面的距离 闸室有效宽度是指闸室内两侧墙面最突出部分之间的最小距 离 门槛水深是指最低通航水位时闸首门槛最高点处的深度 1 货运量为 2000 万吨 年 设计船型为一顶 2 2000 吨 每昼夜非载货船过闸次数为 5 次 船闸 年通航为 360 天 船舶的装载系数为 0 75 运量不均匀系数为 1 4 试求满足上述设计货运量的船闸 日平均过闸次数 答 NG nnP 0 9 30 0 n NG P n 2 简述通航建筑物型式与设计水头的关系 解决高水头通航建筑物输水系统型式的途径 答 当水头在 70 米以上 宜建造升船机 水头在 40 70 米之间应进行升船机与船闸的比选 在 40 米以下 采用船闸通常比升船机优越 解决高水头通航建筑物输水系统型式的途径 分散式输水系 统 等惯性水头输水系统等 1 船闸输水系统设计的任务是什么 答 根据设计水头 确定输水系统的形式 确定输水系统各个部件的尺寸 输水系统的布置 输 水系统的水力计算 2 船闸输水系统是由 和 等组成 答 由进水口 输水廊道 输水阀门 出水口和消能室等组成 3 船闸输水系统设计应满足哪些基本要求 答 基本要求 1 灌水和泄水时间不大于为满足船闸通过能力所规定的输水时间 2 船舶在闸 室及上 下游引航道内具有良好的停泊条件和航行条件 3 船闸各部位不应因水流冲刷 空蚀等造成 破坏 4 布置简单 检修方便 工程投资少 4 请分别论述集中输水系统与分散输水系统的特点及类型 答 特点 集中输水系统是将输水系统集中布置在闸首范围内 灌水时 水经上闸首由闸室的上 游端集中流入闸室 泄水时 水从闸室的下游端经下闸首泄入引航道 因而也称为头部输水系统 分 散输水系统是将输水系统分散布置在闸首内 灌 泄水时 水流通过设在闸室底板或闸室墙内的纵向 输水廊道上的一系列出水支管 出水孔分散的流入闸室 因而出称为长廊道输水系统 类型 集中输水分为三类 有廊道的输水系统 直接利用闸门输水的输水系统及组合式输水 分 散输水 闸墙长廊道短支管出水的分散输水系统 闸墙长廊道经闸室横支廊道支孔出水的输水系统 闸墙长廊道闸室中段进口纵横支廊道支孔出水的输水系统 5 在灌泄水过程中 停泊在闸室内或引航道内的船舶将受到哪些水流作用力 答 波浪力 流速力 闸室泄水水面坡降所产生的水流作用力 1 思考 船闸输水系统设计应满足哪些基本要求 答 基本要求 1 灌水和泄水时间不大于为满足船闸通过能力所规定的输水时间 2 船舶在闸 室及上 下游引航道内具有良好的停泊条件和航行条件 3 船闸各部位不应因水流冲刷 空蚀等造成 破坏 4 布置简单 检修方便 工程投资少 2 简述什么是输水廊道换算长度 答 具有出水支孔段的廊道换算长度 其中 指出水支孔段廊道的换算长度 指 i n i i p l v v l 1 1 p l i v 出水支孔段廊道第 i 段的流速 指出水支孔段前主廊道的流速 指出水支孔数 vn 具有分支廊道的廊道换算长度 其中 指并联分支廊道的总换算长度 指第 i i n i i p l v v n l 1 1 1 p l i v 根分支廊道的流速 指主廊道的流速 指分支廊道数 指第 i 根分支廊道的长度 vn i l 1 船闸的防渗措施主要有 和 等 答 闸首底板前设置水平的防渗设备