《水工建筑物》土石坝设计习题及答案

土石坝设计习题及答案（一）名词解释1.浸润线；2.管涌；3.等效矩形；4.流土；5.波浪爬高；6.最优含水量；7.最危险滑弧；8.流网；（二）填空1.土坝的坝体排水设备一般有＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿和＿＿＿等几种形式。2.土坝的裂缝按其生成的原因一般可分为＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿等几种形式。3.土坝和坝基中产生渗透变形的原因主要取决于＿＿＿和＿＿＿等。4.土坝的渗透变形的形式有＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿和＿＿＿。5.土坝填筑土料设计中，粘性土料的填筑标准为＿＿＿和＿＿＿；非粘性土料的填筑标准是＿＿＿或＿＿＿。6.流网具有＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿三个性质。7.砂砾石地基的处理主要是＿＿＿控制。8.土坝失稳的形式通常＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿滑动。9.土坝按施工方法不同，可分为＿＿＿、＿＿＿及＿＿＿等。10.对于均质坝而言，稳定渗流期时上游应为＿＿＿水位，下游应为＿＿＿水位。11．砂砾石地基中常用的防渗设施有＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿等。12.当地基的渗透系数比坝体的渗透系数小＿＿＿倍以上时，可近似认为是不透水地基。13.土坝渗透计算时，计算坝体渗流时认为地基不透水，计算坝基渗流时认为坝体是不透水的，其计算成果浸润线比实际偏＿＿＿，而q偏＿＿＿。14.均质坝的浸润线为＿＿＿线，若浸润线升高，则对下游坝坡稳定＿＿＿。15.反滤层的作用是＿＿＿，其是防止＿＿＿破坏的有效方法。16.一般情况下，土坝坝顶的施工高程要预留＿＿＿值。17.我国已建成的土坝中＿＿＿坝最多。18.土坝渗透计算水力学法的基本假定是＿＿＿、＿＿＿、＿＿，一个定律是＿＿＿，基本公式是＿＿＿。19.均质坝的渗透系数一般要求不大于＿＿＿m/s。20.影响土坝坝坡抗剪强度的主要因素是土料的＿＿＿和＿＿＿。（三）辨析题波浪爬高与驻波高度是一回事。（）贴坡式排水可以降低坝体的浸润线。（）粘性土料的填筑指标是设计容重和相应的浸润线。（）土坝设计中，允许坝顶出现短暂的溢流。()土坝中，对砂砾石地基处理主要是做好稳定控制。()土石坝坝体的浸润线为二次抛物线。()斜墙坝和心墙坝的厚度，取决于土料的允许坡降。()土坝的浸润线高低对下游坝坡的稳定影响不大。()水力学法完全可以求解土坝的渗流问题。()反滤层是防止发生流土破坏的有效措施。()（四）简答题1.反滤层的作用是什么？其设计的一般要求有哪些？试用简图说明反滤层的构造。2.土坝渗流计算的目的和方法是什么？3.简述圆弧滑动法的基本原理及其适用条件。4.如何确定土石坝的坝顶高程？5.影响土坝坝坡陡缓的主要因素有哪些？6.确定土坝坝坡的一般步骤是什么？7.坝体浸润线对坝体下游坡的稳定有何影响？8.简述土石坝剖面设计的一般步骤。9.粘性土料干容重、含水量、压实功能关系如何？10.如何选择粘性土料的填筑含水量？（五）分析题1.试分析粘性土料的含水量对压实的影响。2.试分析土石坝坝顶高程的确定与重力坝有何不同？3.试分析土石坝与重力坝的稳定问题在性质上有何区别？4.试分析土石坝与重力坝在剖面设计方面的侧重点有何不同？5.若在土石坝坝顶出现一条平行于坝轴线的深层裂缝，请问有可能产生何种后果？如何处理？（六）计算题1.某均质坝断面的有关数据如图1-1所示，试以图中所给的已知条件列出列出单宽渗透量的表达式，当增大5倍时，浸润线位置和渗流量如何变化？变化多少？图1-1某均质坝剖面图2.某均质土坝修建在不透水地基上，坝体土料系数K＝×10－6cm/s，坝体断面尺寸见图1-2，试计算坝体渗流量，列出浸润线方程。图1-2均质土坝坝体断面示意图（单位：m）

土石坝设计答案（一）名词解释1、浸润线；渗透水流在坝体内的自由水面与垂直坝轴线的剖面的交线成为浸润线。2、管涌；管涌是在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒从骨架孔隙中连续移动和流失的现象。3、等效矩形；用一个等效矩形体代替上游楔形体，把此矩形体与原三段法的中间段和而为一，成为第一段，下游楔形体为第二段。虚拟上游面为铅直的，距原坝坡与设计水位交点A的水平距离为ΔL，4、流土；流土是在渗流作用下，土体从坝身或坝基表面隆起、顶穿或粗细颗粒同时浮起而流失的现象。5、波浪爬高；指波浪沿建筑物坡面爬升的垂直高度（从风雍水面算起）。6、最优含水量；指在一定功能的压实作用下，能使填土达到最大干密度时相应的含水量。7、最危险滑弧；抗滑稳定安全系数最小的面为最危险滑动面，最危险滑动面与垂直坝轴线的剖面交线称为最危险滑弧。8、流网；渗流场内由流线和等势线构成的网格称为流网。（二）填空1、贴破排水、棱体排水、褥垫式排水和综合式排水；2、变形裂缝、干缩和冻融裂缝、水力劈裂裂缝；3、土的颗粒组成、级配；4、流土、管涌、接触冲刷和接触流失；5、设计干重度、含水量；相对密度、孔隙率；6、等势线与流线互相正交、流网各个网格的长宽比保持为常数时，相邻等势线间的水头差相等、各相邻流线间通过的渗流量相等；7、渗流；8、坝坡的滑动或坝坡连同部分坝基一起滑动（或滑坡）；9、碾压式土石坝、抛填式土石坝、定向爆破式土石坝；10、正常蓄水位、相应最低水位；11、黏性土截水墙、混凝土防渗墙、帷幕灌浆、防渗铺盖；12、100；13、高、小；14、抛物线、不利；15、滤土排水、渗透变形；16、1%坝高；17、碾压式土石坝；18、土料各向同性、渗流看作层流、渗流符合连续定律；达西定律；；19、1×10-6；20、内摩擦角φ、粘聚力c；（三）辨析题1、×；2、×；3、×；4、×；5、×；6、√；7、×；8、×；9、×；10、√。(四)简答题1、答：反滤层的作用是滤土排水；设计一般要求：①某一层的颗粒不应穿过相邻的粒径较大层的孔隙；②每一层内的颗粒不应发生移动；③被保护的土层颗粒不应被冲过反滤层，但允许小于0.1mm的颗粒被渗流带走，小颗粒含量不应超过5%，④滤层不应被堵塞。2、答：渗流计算的目的：为坝体稳定分析和布置观测设备提供依据。方法有：流体力学法、水力学法、流网法和试验法。3、答：基本原理：任意选择任意选择一个圆弧，对圆弧上土条进行受力分析，摩擦力和内凝聚力产生的抗滑力矩，荷载产生滑动力矩，求出每一个假定圆弧面的抗滑安全系数Kc。适用条件：粘性土的坝坡。4、答：土石坝坝顶高程：水库静水位+超高（Y）Y=R+e+A①设计洪水位+正常运用情况的坝顶超高②校核洪水位+非常运用情况的坝顶超高③正常高水位+非常运用情况的坝顶超高+地震安全加高分别计算后，取其最大值即为坝顶高程5、答：土石坝类型、筑坝材料、工作环境、马道的设置。6、答：①选择坝型；②确定坝顶高程及坝高；③参照已有工程经验或查表拟定坝坡。7、答：若下游有合理的防渗排水设施降低坝体浸润线，坝体滑动力降低，下游坝坡抗滑稳定性增加。8、答：①确定土石坝的坝顶高程；②拟定坝顶宽度；③拟定坝坡；④拟定下游排水设备；⑤渗流稳定计算；⑥抗滑稳定计算。9、答：指在一定的压实功能作用下，存在能使填土达到最大干密度时相应的含水量（最优含水量）。10、答：土的击实试验，在试验时需要取5个土样，先对土样原质量及含水率进行测定，再对土样进行加工（加水或烘干），使其含水率分别达到试验设计要求（如10%、12%、14%、16%、18%），含水率达到要求后，往击实仪上装样，装样时分三层装，每层击实25下，计算出试样击实后的密度（试样质量已知，体积可从装样的圆柱环中计算出）。根据5个土体试样击实密度及含水率画出密度与含水率关系曲线，此曲线一般呈正态分布，取曲线最高点值即为最大干密度与最优含水率值。最优含水率所对应的含水量即为填筑含水量。(五)分析题1、答：当土料的含水量小于其最优含水量时，孔隙水压力明显减小，强度高，但过干时，碾压易发生松层，土的结构不均匀，有较大的孔隙，渗流系数明显增加，浸水后将产生附加沉降。当土料的含水量大于其最优含水率时，可增加其塑性，土的结构较均匀，渗流系数低，变形模量降低，对不均匀沉降的适应性较好，但过湿时，碾压时易形成“弹簧土”，难以压密。2、答：（1）重力坝坝顶高程：①坝顶或防浪墙顶高程=设计洪水位+②坝顶或防浪墙顶高程=设计洪水位+

（2）土石坝坝顶高程：水库静水位+超高（Y）Y=R+e+A①设计洪水位+正常运用情况的坝顶超高②校核洪水位+非常运用情况的坝顶超高③正常高水位+非常运用情况的坝顶超高+地震安全加高分别计算后，取其最大值即为坝顶高程。3、答：重力坝：依靠重力维持稳定，失稳时，先在坝踵处基岩和胶结面出现微裂松弛区，随后在坝址处岩基和胶结面出现局部剪切屈服，进而范围扩大向上游延伸，最后形成滑动通道，导致大坝的整体失稳。土石坝：也是依靠重力维持稳定，由于是散粒体堆筑，坝坡稳定须采用肥大的剖面，坝体不可能产生水平滑动，其失稳主要是坝坡滑动或坝颇，坝基一起滑动。4、答：土石坝在剖面设计时侧重坝体的渗流稳定分析，重力坝剖面设计侧重坝体的抗滑稳定分析。5、答：此裂缝为纵向裂缝，主要是由横向不均匀变形引起。对于黏土心墙坝，由于坝壳沉降速度比心墙快，沉降过程中受到心墙的拉伸，不但造成坝顶附近出现裂缝，还会使坝体存在拱效应。对于粘土斜墙坝，坝体沉降过大，斜墙有可能发生折断和剪裂。对于深层裂缝，可采取灌浆处理。灌浆材料常采用含量较多的粉砂，甚至含少量中、细砂，塑性指数在10左右的粉质壤土或黄土作为浆材，以减少缝的固结收缩。(六)计算题1、解：此坝为均质坝，下