2025年水电站水工试题及答案

2025年水电站水工试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪类水工建筑物属于挡水建筑物？A.水电站压力管道B.溢流重力坝C.灌溉渠道节制闸D.通航船闸答案：B（解析：挡水建筑物的核心功能是拦截水流、抬高水位，溢流重力坝既具备挡水功能，又可通过溢流宣泄洪水；其他选项分别为输水、过闸、通航建筑物。）2.混凝土重力坝设计中，控制坝体抗滑稳定的主要荷载是？A.扬压力B.自重C.水压力D.温度应力答案：B（解析：重力坝依靠自身重量维持稳定，自重是抗滑稳定的主要抗力；水压力是主要滑动力，扬压力会削弱抗滑力，温度应力为次要荷载。）3.土石坝坝体防渗体采用心墙形式时，心墙顶部应高于正常蓄水位至少？A.0.3mB.0.5mC.0.8mD.1.0m答案：B（解析：根据《碾压式土石坝设计规范》，心墙顶部需高于正常蓄水位0.3~0.5m，结合工程安全裕度，通常取0.5m。）4.水电站溢洪道的泄槽段若采用直线布置，其底坡应满足？A.缓坡（i＜ik）B.临界坡（i=ik）C.陡坡（i＞ik）D.平坡（i=0）答案：C（解析：溢洪道泄槽需通过陡坡使水流保持急流状态，避免水跃和水面波动，确保泄流顺畅；ik为临界底坡，i＞ik时为陡坡。）5.水工混凝土施工中，为防止大体积混凝土产生温度裂缝，优先采用的措施是？A.提高水泥用量B.降低浇筑温度C.使用早强水泥D.减少养护时间答案：B（解析：大体积混凝土温度裂缝主要由内外温差引起，降低浇筑温度可直接减少水化热累积；提高水泥用量或使用早强水泥会增加水化热，减少养护时间会加剧表面干缩，均不利于防裂。）6.某水电站坝基为砂卵石层，渗透系数k=5×10⁻²cm/s，采用帷幕灌浆处理时，合理的灌浆材料应为？A.水泥浆B.化学浆（环氧树脂）C.黏土浆D.水泥-水玻璃双液浆答案：A（解析：砂卵石层渗透系数较大（＞1×10⁻³cm/s），水泥浆可有效填充孔隙；化学浆适用于细微裂隙，黏土浆强度低，双液浆多用于紧急堵漏。）7.水闸设计中，闸室底板的主要作用不包括？A.传递闸室上部荷载至地基B.防止闸基渗透变形C.分隔闸孔D.调整闸室抗滑稳定性答案：C（解析：分隔闸孔由闸墩完成，底板的作用包括传力、防渗透变形（作为水平防渗体）、调整抗滑稳定（增加底面积或齿墙）。）8.水电站压力前池的主要功能是？A.调节水电站日负荷变化B.沉淀水中泥沙C.连接压力管道与引水渠道D.宣泄多余洪水答案：C（解析：压力前池是引水渠道与压力管道的衔接建筑物，兼具水量调节、沉沙、分配流量等功能；日调节由日调节池完成，泄洪由溢洪道完成。）9.混凝土坝坝体排水孔的布置原则是？A.靠近上游面，孔距1~2mB.靠近下游面，孔距3~5mC.位于坝体中心，孔距0.5~1mD.与坝轴线平行，孔深至基岩面答案：B（解析：排水孔需靠近下游面以有效降低扬压力，孔距通常3~5m，孔深一般为坝底宽度的1/3~1/2，不穿透防渗帷幕。）10.某土石坝下游坝坡出现“流土”现象，主要原因是？A.坝坡过陡B.坝体填土黏粒含量过高C.渗透坡降超过临界值D.坝基存在软弱夹层答案：C（解析：流土是渗透变形的一种形式，当渗透坡降大于土体的临界坡降时，土体颗粒随水流整体移动；坝坡陡度影响稳定性但非流土主因，黏粒含量高可提高抗渗能力，软弱夹层易引发滑坡。）二、填空题（每空1分，共20分）1.水工建筑物按功能可分为挡水、输水、泄水、取水、整治及专门建筑物，其中__________是水电站将水能转化为机械能的关键设备。答案：水轮机2.重力坝的基本剖面为__________，其上游面通常为铅直面，下游面坡度一般为__________。答案：三角形；0.6~0.8（水平：垂直）3.土石坝的渗透变形主要有管涌、流土、接触冲刷和__________四种类型，其中__________多发生在无黏性土的表层。答案：接触流土；流土4.溢洪道的组成包括进水段、控制段、__________、消能段和__________。答案：泄槽段；出水段5.水工混凝土的耐久性指标主要包括抗渗性、__________、抗冻性和__________。答案：抗侵蚀性；抗冲磨性6.坝基帷幕灌浆的主要目的是降低__________和减少__________。答案：渗透压力；渗流量7.水闸的闸室结构包括底板、__________、__________、胸墙和工作桥。答案：闸墩；闸门8.压力管道的布置形式有__________、__________和联合式，其中__________适用于地形陡峻的峡谷地区。答案：明管；地下埋管；明管9.水电站前池的主要构筑物包括__________、__________、排沙孔和溢洪堰。答案：进水室；调节堰10.混凝土坝的分缝包括__________、__________和施工缝，其中__________需进行接缝灌浆。答案：横缝；纵缝；纵缝三、简答题（每题8分，共40分）1.简述重力坝的工作原理及主要优缺点。答案：重力坝是依靠自身重量维持稳定的挡水建筑物。其工作原理为：坝体自重产生的抗滑力抵消水压力、扬压力等水平推力，同时坝体内部应力需满足材料强度要求。优点：结构简单、施工方便、对地形和地质适应性强、运行可靠；缺点：材料用量大（混凝土或浆砌石）、坝体应力分布不均（坝踵易产生拉应力）、温度控制要求高（大体积混凝土易开裂）。2.土石坝坝体排水设施的作用及常见类型有哪些？答案：排水设施的作用：降低坝体浸润线，增加下游坝坡稳定性；防止坝体渗透变形（如管涌）；提高坝体抗剪强度。常见类型：①棱体排水（堆石棱体，设于下游坝脚）；②贴坡排水（碎石或块石贴于下游坡面）；③褥垫排水（水平铺设于坝基，与棱体排水连通）；④组合式排水（上述形式的组合，适应复杂工况）。3.溢洪道设计中，控制段为什么通常采用宽顶堰或实用堰？答案：控制段是溢洪道的泄流控制关键部位，需满足“在给定水头下泄流量大、水流平顺”的要求。宽顶堰结构简单、施工方便，适用于水头较低的情况，其流量系数约0.32~0.38；实用堰通过优化堰顶曲线（如WES曲线）可增大流量系数（约0.45~0.50），在相同水头下泄流量更大，且水流收缩小、水面平稳，减少对泄槽的冲击，因此二者是控制段的常用形式。4.水工混凝土施工中，如何防止温度裂缝？答案：防裂措施包括：①原材料控制：采用低热水泥（如中热硅酸盐水泥）、掺加粉煤灰或矿渣粉减少水泥用量；②配合比优化：降低水胶比，提高骨料级配（增大粗骨料比例）；③温度控制：降低浇筑温度（预冷骨料、加冰拌和）、分层分块浇筑（层厚1~3m，块长15~30m）；④冷却与养护：预埋冷却水管（通低温水散热）、延长养护时间（≥28d），保持表面湿润；⑤结构措施：设置伸缩缝、避免突变断面（如倒角处理）。5.简述坝基处理中固结灌浆与帷幕灌浆的区别。答案：①目的不同：固结灌浆主要提高基岩整体性和弹性模量，减少不均匀沉降；帷幕灌浆主要降低基岩渗透性，减少渗流量和扬压力。②范围不同：固结灌浆多布置在坝基上下游应力较大区域（如坝踵、坝趾），孔深较浅（5~15m）；帷幕灌浆沿坝轴线布置，形成连续防渗帷幕，孔深较深（一般为坝高的0.3~0.7倍，深入相对不透水层5~10m）。③参数不同：固结灌浆孔距较大（3~6m），压力较低（0.3~0.5MPa）；帷幕灌浆孔距较小（1.5~3m），压力较高（1~4MPa）。四、计算题（每题10分，共20分）1.某重力坝坝高50m，坝底宽度B=35m，正常蓄水位时上游水深48m，下游水深5m。已知坝体混凝土容重γc=24kN/m³，坝基摩擦系数f=0.7，凝聚力c=0.2MPa，坝底扬压力按上游水头的50%~10%呈线性分布（上游端扬压力水头为48m，下游端为5m）。计算坝体抗滑稳定安全系数（按抗剪断公式：K’=(f’W+c’A)/P，其中W为坝体自重，A为坝底面积，P为水平水压力）。解：（1）计算坝体自重W：坝体剖面为三角形，底宽B=35m，坝高H=50m，单位长度（1m）坝体体积V=0.5×B×H=0.5×35×50=875m³W=γc×V=24×875=21000kN（2）计算水平水压力P：上游水压力P1=0.5×γw×H1²=0.5×9.8×48²=0.5×9.8×2304=11289.6kN（γw=9.8kN/m³）下游水压力P2=0.5×γw×H2²=0.5×9.8×5²=122.5kN水平总推力P=P1-P2=11289.6-122.5=11167.1kN（3）计算扬压力A（坝底面积=B×1=35m²）：扬压力分布为梯形，平均水头h=(48+5)/2=26.5m扬压力F=γw×h×B=9.8×26.5×35=9.8×927.5=9089.5kN（注：实际计算中扬压力合力也可按梯形面积计算：F=0.5×(48+5)×9.8×35=9089.5kN，与上述一致）（4）抗滑稳定安全系数K’：c’=0.2MPa=200kN/m²，A=35m²K’=(f’W+c’A)/P=(0.7×21000+200×35)/11167.1=(14700+7000)/11167.1=21700/11167.1≈1.94答案：抗滑稳定安全系数约为1.94（注：规范要求重力坝基本组合下K’≥3.0，此值不满足，需优化设计）。2.某土石坝心墙采用黏土填筑，渗透系数k=1×10⁻⁶cm/s，心墙顶宽5m，底宽20m，高度30m，上下游水头差H=25m（上游水位高于下游）。假设心墙为垂直防渗体，按一维稳定渗流计算心墙的单宽渗流量q（公式：q=k×i×A，i为渗透坡降，A为渗流截面积）。解：（1）计算渗透坡降i：心墙的平均渗透路径长度L≈(顶宽+底宽)/2=(5+20)/2=12.5m（简化为梯形平均宽度），实际渗径长度应为心墙的水平投影长度，若心墙为垂直布置，渗径长度L=心墙高度=30m（注：垂直心墙的渗流方向为水平，渗径长度为心墙厚度的平均值，此处需明确心墙布置方式。假设心墙为垂直，厚度t=底宽-顶宽随高度变化，简化为平均厚度t=(5+20)/2=12.5m，渗径长度L=t=12.5m）。渗透坡降i=H/L=25/12.5=2（2）计算渗流截面积A：单宽（1m）下心墙的渗流截面积A=心墙平均厚度×1m=12.5×1=12.5m²（3）计算单宽渗流量q：k=1×10⁻⁶cm/s=1×10⁻⁸m/s（1cm=0.01m，1cm/s=0.01m/s，故1×10⁻⁶cm/s=1×10⁻⁸m/s）q=k×i×A=1×10⁻⁸×2×12.5=2.5×10⁻⁷m³/s答案：单宽渗流量约为2.5×10⁻⁷m³/s（即0.25L/s·m，符合黏土心墙低渗透性要求）。五、案例分析题（20分）某水电站混凝土重力坝投运5年后，检查发现坝体上游面出现多条垂直裂缝，裂缝长度3~8m，宽度0.1~0.3mm，深度约0.5~1.2m，未贯穿坝体。经检测，裂缝区域混凝土强度满足设计要求，坝基无明显沉降，库水位变化频繁（年变幅15m）。问题：1.分析裂缝产生的主要原因；2.提出针对性处理措施；3.说明处理后需验证的关键指标。答案：1.裂缝原因分析：①温度变化：库水位频繁变动导致上游面混凝土表层温度骤变（水位下降时，原水下部分暴露于大气，温度降低；水位上升时，表层受低温水冷却），内外温差产生拉应力，超过混凝土抗拉强度；②干缩变形：混凝土硬化过程中表层水分蒸发，内部水分迁移缓慢，表层收缩受约束产生拉应力；③应力集中：坝体上游面与坝踵、坝肩等部位存在应力集中（如转角处），库水位变化引起的水压力波动加剧局部拉应力；④施工因素：若混凝土养护不足（如早期失水）或分层浇筑时结合面处理不当，可能削弱表层抗裂能力。2.处理措施：①表面封闭：对于宽度＜0.2mm的细微裂缝，采用环氧砂浆或弹性聚氨酯涂料涂抹，防止水分渗入；②化学灌浆：对于宽度0.2~0.3mm、深度≤1.2m的裂缝，采用低黏度环氧树脂灌浆（压力0.2~0.5MPa），填充裂缝并恢复整体性；③结构补强：若裂缝密集区域存在局部强度削弱，可粘贴碳纤维