水工建筑物课后题.doc

水工建筑物课后习题答案1.水利枢纽工程有哪些重要作用和意义？对周围环境有什么不利的影响？如何克服或减少这些影响？答：拦蓄洪水，避免或减轻下游洪水灾害；发电、灌溉、给城市和工业供水；能大大地改善这段河道的航运条件；发展养殖业，弥补水库占用耕地带来的损失；对周围的气温有调节作用。不利影响：1.需要移民造地；2阻挡鱼类产卵繁殖后代；3.防渗处理控制了大坝下游及周边的地下水4.建坝蓄水后，提高了库区两岸的地下水位，容易使土地盐碱化。5.库水渗流到深处大断层，容易诱发地震；6.水流进入库区后，流速变缓，泥沙容易沉积在库区上游末端处；7.淹没古迹文物和峡谷景观；8.个别地区容易生长对人类有害的生物。措施：修建鱼道；向下游建立输水管道；对滑坡体进行观测和预报；将文物古迹迁走；采用挖船机清淤；在蓄水位以上的山上种树造林。重力坝工作原理：在水压力及其他荷载作用下，依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求；同时依靠坝体之中产生的压应力来减小库水压力所引起的上游坝面拉应力以满足强度要求。适用条件：绝大部分建在岩基上，可承受较大的压应力，还可利用坝体混凝土与岩基表面之间的凝聚力，提高坝体的抗滑稳定安全度。优点：对地形、地质条件适应性强；枢纽泄洪问题容易解决；便于施工导流；结构作用明确；可利用块石筑坝；安全可靠；施工方便。缺点：剖面尺寸大，材料用量多；坝底扬压力大，对稳定不利；要有较严格的温度控制措施。3.拱坝对地形和地质条件要求：地形：河谷较窄，左右岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上下游收缩，坝端下游有足够的岩体支撑，保证坝体稳定。地质：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、没有大的断裂带。特点：在平面上呈凸向上游，借助拱的作用将水压力传给河谷两岸的基岩。在水压力作用下坝体的稳定利用拱端基岩的反作用来支承。拱圈可充分利用筑坝材料的强度。2、土石坝的优点和缺点：筑坝材料可以就地取材，可节省大量钢材和水泥，免修公路；能适应地基变形，对地基的要求比砼坝要低；结构简单，工作可靠，便于维修和加高、扩建；施工技术简单，工序少，便于组织机械化快速施工。缺点：坝顶不能过流，必须另开溢洪道，施工导流不如砼坝便利，对防渗要求高，因为剖面大，所以填筑量大而且施工容易受季节影响。1、水工隧洞工作特点：结构型式和承载方面（开挖前：岩体处于整体稳定状态，开挖后：原由的地应力平衡被打破，引起变形，严重时可能导致岩石崩塌，需进行开挖衬砌支护）水力特性：封闭断面水工隧洞受高水头动水压力作用。有压隧洞相当于管流，受内水压力作用。若衬砌漏水，压力水渗入围岩裂隙，从而产生附加渗透压力，导致岩体失稳。要求坚固的衬砌。无压隧洞明渠流，高速水流下，在固体不平整边界上可能会引起空蚀。施工方面：无论开挖或衬砌，其工作面比地面上小得多，洞线长，干扰大。1、正槽式溢洪道有哪些组成？各起什么作用？进水段：使水流平顺地由水库进入控制段。当控制段的位置紧靠水库时，进水段只是一个喇叭口；当控制段的位置不能紧靠水库时，则需要在控制段前开挖引水渠。控制段：控制溢洪道的过水能力。泄槽：分收缩段、扩散段和弯曲段。底坡陡，为急流。产生明渠中高速水流的问题：冲击波、水流掺气、空蚀、压力脉动。消能段和尾水渠：挑流消能、底流消能，消去水流的冲刷和尾水的排流作用。水闸的类型：担负的任务（作用）分节制闸（拦河闸）：拦河兴建，调节水位，控制流量。进水闸（渠首闸）：在河、湖、水库的岸边兴建，常位于引水渠道首部，引取水流。排水闸（排涝闸、泄水闸、退水闸）：在江河沿岸兴建，作用是排水、防止洪水倒灌。分洪闸：在河道的一侧兴建，分泄洪水、削减洪峰洪、滞洪。挡潮闸：建于河流入海河口上游地段，防止海潮倒灌。冲沙闸：静水通航，动水冲沙，减少含沙量，防止淤积。排冰闸：在堤岸上建闸防止冬季冰凌堵塞。按闸室结构分（1）开敞式：闸室露天，又分为有胸墙；无胸墙两种形式 涵洞式：闸室后部有洞身段，洞顶有填土覆盖。（有压、无压）3、按操作闸门的动力分（1）机械操作闸门的水闸（2）水力操作闸门的水闸第二章：重力坝。2、重力坝的特点：一：重力坝剖面尺寸大，建筑材料用量较多，坝体边缘应力较大，坝内应力较小。二：坝体与坝基的接触面大，坝体承受的扬压力较大，抵消了坝体的部分重力。三：坝体传给地基的压应力较大，一般要修建在岩基上，地基要求比土石坝高。四：断面大，坝体抗冲能力强，适于在坝顶溢流河在坝身设置泄水孔。五：坝体被横缝分成若干坝段，各坝段独立工作。2. 荷载基本组合：坝体及其上固定设备的自重；正常工作时上、下游坝面的静水压力，坝基和坝体的扬压力；大坝上游淤沙压力；作用于上下游坝面的土压力；以防洪为主、正常蓄水位很低者，按50-100年一遇洪水位时的水荷载计算；浪压力：a.按50年一遇风速计算；b.按多年平均最大风速计算；冰压力；温度荷载等；特殊荷载：建筑物泄放校核洪水时的水荷载，防渗和排水设施正常工作；地震荷载；其他出现机会很少的荷载。3.降低扬压力措施：防渗帷幕，排水孔，阻滑板。4.重力坝断面设计应满足：（1）稳定和强度的要求，保证大坝安全（2）工程量小（3）便于施工（4）运用方便。其中（1）必须满足。5.提高抗滑稳定性的方法：（1）利用水重。将坝体上游面做成倾斜，利用水重增加向下的垂直力。（2）开挖时将坝基面向上游倾斜，对抗滑稳定有利。（3）在坝基面设置防渗排水设施，减少扬压力。（4）在坝踵处设深齿墙。当软弱夹层埋藏较浅时，将坝踵附近出露的软弱夹层开挖齿槽切断，并回填混凝土处理，施工简单，工程量不大，有利于坝基防渗。（5）设置混凝土洞塞。当软弱夹层埋藏较深时，厚度大且倾角较平缓 ，全部挖出工程量大，可在软弱夹层中放置数排混凝土洞塞，增加软弱夹层的抗剪能力。（6）在坝趾下游处修建深齿墙。在坝趾下游处修建深齿墙可以增加尾岩抗力作用，在坝基开挖过程中出，发现了原来没有预见到的夹层时适于该措施。（7）钢筋混凝土抗滑桩。在坝基软弱夹层的下游坝趾、抗力体部位，布置钢筋混凝土抗滑桩，深入到滑动面以下完整岩体中，利用桩体承受推力或剪力增加尾岩抗力。（8）预应力锚索。预应力锚索加固是在坝顶钻孔至基岩深部，孔内放置钢索，其下端锚固在夹层以下的完整岩石中，而在坝顶锚索的另一端施加拉力，使坝体受压，既可提高坝体的抗滑稳定性，又可改善坝踵的应力状态。6. 坝体材料分区：1区：上下游水位以上坝体表层混凝土，以抗冻性能控制。2区：上下游水位变化区的坝体表层混凝土，以抗冻性能控制。3区：上、下游最低水位以下坝体表层混凝土，以抗渗性能控制。4区：坝基部位混凝土，以强度性能控制。5区：坝体内部混凝土，以强度性能控制。6区：有抗冲刷要求部位的混凝土（例如溢流面，泄水孔，导墙和闸墩等），以抗冲刷性能控制。坝体分缝：为适应施工期砼的浇筑能力和温度控制以及防止地基可能产生不均匀沉陷而引起裂缝，因而要分缝。常设垂直于坝轴线的横缝和平行于坝轴线的纵缝、横缝是永久缝，纵缝则属于临时缝；有时砼分层浇筑的层面也是一种临时性水平施工缝。7. 重力坝的地基处理：一、开挖和清理：将复盖层和风化破碎的岩石挖掉，包括清除松动石块，打掉突出的尖角。二、固结灌浆：提高基岩的整体性和弹性模量；减少基岩受力后的变形；提高基岩的抗压抗剪强度；降低坝体的渗透性减少渗流量；三、帷幕灌浆：降低坝基渗透压力，减少渗流量。四、坝基排水：因帷幕不能完全截断渗流，为进一步降低坝底的渗透压力，需设置坝基排水(打排水孔和设置基础排水廊道)。五、断层破碎带处理： 断层破碎带由于强度低，弹性模量小，可能引起坝基产生不均匀沉陷和坝体开裂。六：软弱夹层的处理。第三章：拱坝1. 拱坝荷载组合：（一）基本组合：有以下几种情况：1、水库正常蓄水位及相应的尾水位和设计正常温降，自重、扬压力、泥沙压力、浪压力、冰压力。2、水库死水位（或运行最低水位）及相应的尾水位和此时出现的设计正常温升，自重，扬压力（或不计），泥沙压力，浪压力。特殊组合：分以下几种情况：1、校核洪水位及相应的尾水位和此时出现的设计正常温升，自重，扬压力，泥沙压力，动水压力，浪压力。2、基本组合1+地震荷载。3、施工期的荷载组合，包括接缝未灌浆和分期灌浆两种情况。2. 改善拱坝拱座稳定的措施：加强地基处理，对不利的节理等进行有效的冲洗和固结灌浆，以提高其抗剪强度。加强坝肩岩体的灌浆和排水措施，减小岩体的渗透压力。将拱端向岸壁深挖嵌进，以扩大下游的抗滑岩体，也可避开不利的滑裂面。这种做法对增加拱座的稳定性较有效。改进拱圈设计，如采用三心拱、抛物线拱等形式，使拱端推力尽可能趋向正交于岸坡。如拱端基岩承载能力较差，可局部扩大拱端或设置推力墩。第四章1、土石坝的类型有哪些，各有哪些构造特点和组成？按施工方法分：碾压；水力冲填；水中填土；定向爆破堆石坝。按材料在坝体内的配置和防渗体的位置分类 (对于碾压混凝土坝)：均质坝：有一种沙土填充，材料单一，施工简单；当坝身材料粘性较大时，雨季或冬季施工较困难。土质心墙：用砂或砂砾石做坝壳，以粘性土作为防渗体，心墙可用粘土、沥青混凝土和钢筋混凝土；坡陡，坝剖面较小，工程量少，心墙占总方量比重不大，施工受季节影响较小。土质斜墙坝：防渗体置于坝剖面的一侧，斜墙与坝壳之间的施工干扰相对较小，在调配劳动力和缩短工期方面比心墙坝有利。土质斜心墙坝：由相对不透水或弱透水土料构成防渗体，其下部为斜墙、上部为心墙，在他们的上下游两侧以透水土石料组成坝壳，支撑和保护防渗体。人工材料心墙坝：中央防渗体由沥青混凝土或混凝土、钢筋混凝土等人工材料构成，坝壳由透水或半透水砂砾土石料或者再加上块石等组成。人工材料面板坝。上游防渗面板由钢筋混凝土、沥青混凝土、塑料膜或土工膜等材料构成，其支撑体由 透水或半透水砂砾土石料或者加上块石等组成。3、土石坝容易出现哪些事故？如何预防？4、土石坝的裂缝和控制：类型：干缩、冻融、不均匀沉降、滑坡、水力劈裂等。控制措施：合理设计土石坝的剖面和细部结构；选择适宜的筑坝材料并采用合理的设计参数；严格控制施工质量，精心管理5、地基处理：6、土石坝筑坝土料的选择： 一般土料原则上均可作为碾压式土石坝的筑坝材料，或经处理后用于坝的不同部位。但下列土料不宜采用：沼泽土、斑脱土、地表土及含有未完全分解有机质的土料。1、均质坝对土料的要求 2、防渗体对土料的要求3、坝壳对土石料的要求（坝壳保持大坝稳定）4、排水、护坡对土石料的要求 5、反滤料及过渡层土料 6、关于风化料及特殊粘土料的采用.第五章2、弯道上的泄洪槽应注意：采用圆弧形曲线，半径大于10倍槽宽，消除离心力作用、边墙转折的冲击波。3、对高速水流溢洪道应采取哪些减蚀措施和哪些消能措施？4、岸边溢洪道有哪些形式？各应用于什么情况？正槽式：正向进水，结构简单，水流条件较好，泄洪能力大，施工管理维修方便。斜槽式、竖井式、虹吸式第六章2、水工隧洞的布置和线路选择应考虑哪些因素？选线原则：地质条件好，线路短，水流顺畅，与枢纽和其他建筑物互不影响，安全经济。因素：地质条件。隧洞应尽量布置在地质构造简单、岩体完整稳定、岩石坚硬、水文地质条件有利的地区；洞线与岩层、构造断裂面及主要软弱带应有较大的夹角；高地应力区的隧洞，从围岩稳定考虑，洞线应与最大水平地应力方向一致或尽量减小其夹角；要考虑隧洞漏水、岩体浸湿后失稳的可能性；要统筹考虑输水系统各建筑物及厂房的地质条件。地形条件。隧洞进出口处地形宜陡，进出口段应尽量垂直地形等高线，其洞顶围岩厚度宜不小于1倍开挖洞径，配以合理的施工程序和工程措施后可保证洞口安全；洞身的埋藏深度应满足洞顶以上围岩重量大于洞内静水压力的要求；拟利用围岩抗力时，围岩厚度不应小于3倍开挖洞径；要利用山谷等有利地形布置施工支洞。施工条件。长隧洞的施工条件极为重要，应能利用地形每隔一定距离开凿一条施工支洞（平洞、竖井或斜井），配以相应的道路和附属企业，以增加工作面，加快施工进度。有压隧洞要设0.30.5的纵坡，以利施工排水及放空隧洞。水力条件。洞线尽可能直，少转弯；必须转弯时弯曲半径一般大于5倍洞径，转角不宜大于60，以使水流平顺，减小水头损失。 3、水工隧洞进口的形式有哪些？各适用于什么条件？塔式：进口处岸坡低缓,覆盖层较厚,山岩破碎,不宜开凿竖井岸塔式。岸塔式：进口处岩石坚固，可开挖成近于直立的陡壁。斜塔式：较为完整的岩坡。竖井式：河岸岩石坚固,开凿竖井无塌方危险。8、水工隧洞荷载主要有哪些？如何取值计算衬砌的应力？正常运用情况：围岩压力+衬砌自重+设计洪水时的内、外水压力。施工、检修情况：围岩压力+衬砌自重+可能最大的外水压力。非常运用情况：围岩压力+衬砌自重+校核洪水时的内、外水压力。计算：围岩压力：垂直围岩压力；侧向围岩压力；底部上挤力。2、弹性抗力：当衬砌受力变形后，变形方向指向围岩，就产生弹性抗力。考虑弹性抗力的条件:(1)围岩没有不利的断层或裂隙;(2)围岩厚度大于洞中内水压力的0.4倍;(3)围岩厚度大于3倍洞径;(4)围岩与衬砌之间的间隙被完好填充,接触紧密. 水荷载：内水压力和外水压力。第七章2、选择水闸闸址应注意哪些问题？初步设计水闸孔口尺寸一般应考虑哪些因素？应尽量避开淤泥质土和粉、细砂地基，选取壤土、中砂和砾石地方。1.确定闸孔型式 2.拟定闸底板高程（即堰顶高程）3.计算孔口尺寸及溢流前沿总宽4.泄流能力验算3、为什么对水闸作渗流分析？如何做好水闸的防渗设计和排水设计？渗流对建筑物的不利影响：降低了闸室的抗滑稳定性及两岸翼墙和边墩的侧向稳定性；引起地基的渗透变形，严重会使地基破坏；损失水量；使地基中的可溶物质加速溶解。处理措施：上游采用水平防渗或者垂直防渗，延长渗径以减小作用在底板上的渗透压力，降低闸基渗流的平均坡降；下游设置排水反虑设施，如排水孔，减压井等防止渗流出口变形。4、水闸的构造组成有哪些？上游连接