高等水工结构

碾压混凝土：将干硬性混凝土拌合料分薄层摊铺并经振动碾压密实的混凝土。碾压混凝土坝：用碾压混凝土筑成的实体重力坝或拱坝。VC值：在固定振动频率及振幅和固定压强条件下，拌合物从开始振动到表面泛浆所需时间的秒数。软（硬）岩料：饱和无侧限抗压强度小于（大于或等于）30mpa的岩石料。稳定温度场：计算域内任意一点的温度T（x，y，z，t）只是位置坐标（x，y，z）的函数，与时间t无关。趾板基准线：面板底面与趾板建基面的交线。流变：在固结排水过程中，土体骨架在有效应力作用下，除发生瞬时变形外，应变还会随着时间而不断增长，即产生流变。挤压边墙：挤压式边墙施工技术是利用挤压机械，使经过试验确定的塌落度为零的干硬性混凝土在垫层料边缘形成一道小墙。该墙断面为不对称梯形，其上游为斜面并与设计坝体坡面一致.下游面为近似垂直的坡面，高度为40cm，与垫层料填筑层厚一致。在混凝土中掺配一定量的速凝剂，在其内侧填筑垫层料，用普通振动碾垂直碾压。经检验合格后在工作面上再做一层挤压墙，如此工序循环反复，最终形成连续完整的符合设计要求的上游坝面。基础温差：基础约束范围内混凝土最高温度与稳定温度之差。10、缩尺效应：由于试验时无法按预定的模型比例缩小实际土石材料，因才导致室内试验获得的模型参数与实际材料的真实特性存在一定的差异。11、剪缩、剪胀：对于正常固结粘土及松砂，在加荷时体积发生收缩。对于超固结粘土及密砂，在加载初期体积稍有收缩，随着荷载的继续增加体积迅速增大，即剪胀现象。12、变态混凝土：在已摊铺的碾压混凝土拌合料中，掺入一定比列的灰浆后振捣密实的混凝土。13、等参元：对单元几何形状和单元内的参变量函数采用相同数目的结点参数和相同的形函数进行变换而设计出的一种新型单元，用于有限元分析。14、诱导缝：人为设置的不贯通坝体断面的潜在的缝，它有一定的抗拉能力，但抗拉强度已人为削弱，当拉应力超过其抗拉能力，诱导缝就自动张开，以消除拉应力，防止其周围坝体进一步产生裂缝。15、应力水平：实际主应力差与破坏时主应力差的比值。16、斜层平推铺筑法：指改变摊铺层的角度，把摊铺层与水平面的夹角由0°改到3—6°，进行斜层平推铺筑。17、应力释放缝：在坝面切断坝体有限深度的人工缝，它仅在上游坝踵附近布置。主要功能是释放坝踵的拉应力，在规定部位用人工的稳定缝代替有结构应力作用而产生的不稳定缝。18、混凝土面板堆石坝：用堆石或砂砾石分层碾压填筑成坝体，并用混凝土面板作防渗体的坝的统称。19、松弛效应：徐变对温度变形有削弱作用，即松弛效应。20、有限元等效应力：对有限元法分析所得的坝体有关应力分量，沿单高拱的径向截面和单宽梁的水平截面，进行面积分，求出截面内力，再用材料力学法求出截面应力。21、垂直缝（张性、压性）：22、垂直缝：面板条块间的竖向接缝。23、水平缝：面板与防浪墙接缝及面板分期施工的水平接缝。24、周边缝：面板与趾板或趾墙间的接缝。27、湿化变形：浸水后土体颗粒间受到润滑而在自重作用下重新调整其间位置，改变原来结构，使土体压缩下沉的变形。28、嵌固板：刚性基础上的平面无限大薄板。29、自由板：一种完全不受约束，各个方向可以自由变形的板。30、抗渗性（等级）：指碾压混凝土抵抗压力水渗透作用的能力，可用抗渗等级或渗透系数来表示。31、绝热温升：混凝土周围没有任何散热条件，没有任何热损耗的情况下，水泥水化后产生的水化热量全部转化为温升后的最后温升。32、水化热：水泥与水作用会产生放热反应,在水泥硬化过程中,不断放出的热量称为水化热33、特征温度：稳定温度：建筑物厚度超过30m，内部温度不受外界周期性变化温度的影响，温度不随时间变化；准稳定温度：建筑为厚度小于30m，内部温度将受外界周期性变化温度的影响，也随着时间做周期性的变化36特征温度：1、浇筑温度：指在平仓振捣之后，在浇筑上层砼之前，深度为5厘米处的砼的温度2、最高温度：浇筑温度与水化热温升之和37、特征温差：1初始温差：浇筑温度与介质温度之差38、自生应力：在内部温度呈现非线性分布时，在不存在边界约束或完全静定情况下，由结构内部相互约束所产生的温度应力39、约束应力：结构全部或部分边界受到约束，由结构温度变化时不能自由变形而引起的温度应力。25、拱作用：26、温度收缩横缝：36、稳定、非稳定场：二、简答题1、碾压混凝土坝体防渗设计要求：1、上游防渗层常态混凝土的抗渗等级为W4-W8，视水头而定。对高坝、严寒地区，抗渗等级还应提高；2、防渗层厚度一般为坝面水头的1/30-1/15，最小厚度应满足施工要求；3、坝下游保护层抗渗等级也应在W4以上，厚度2-3m；4、内部碾压混凝土也有抗渗要求，不低于W2-W4；5、外部碾压混凝土的抗渗等级在W4以上，考虑耐久性要求，还宜适当提高；2、碾压砼坝防渗结构形式：常态砼金包银；常态砼薄层防渗；钢筋砼面板防渗；碾压砼自身防渗；变态砼防渗变态混凝土特点：抗渗性已达到常态混凝土水平；现场掺浆均匀程度对其各项性能影响大；变态砼的防渗薄弱面可能出现在缝面须做好封面处理；变态砼的各项力学性能满足筑坝要求。采用变态砼防渗有点结构简单施工方便造价低弱点抗裂性施工未标准化人为影响大3、碾压混凝土坝的温控防裂：（1）采用低中热水泥，高效减水剂，高参粉煤灰或者其他活性材料，减少水泥用量，降低水化热；（2）选择适宜的浇注温度；（3）降低碾压混凝土的入仓温度；（4）加速浇筑块散热；（5）坝体表面保护；（6）控制升层厚度及层间间歇时间；（7）基础部位常态混凝土防裂措施；4、碾压砼施工质量控制：保证层面结合良好，防止骨料分离；对异种砼结合面应多次碾压：一个碾压层取至少6个点取样每两个小时一测。5、面板的一般要求：足够的防渗性能；足够的耐久性；足够的强度；足够的抗震性。6、面板常见裂缝：干缩减缩温度挠曲应力缝7、面板防裂：面板建基面平整；施工期垫层区上游坡面应及时固坡处理；面板浇筑宜在低温季节，控制入仓温度，加强面板的养护；面板浇筑到坝顶至少28d再浇筑防浪墙砼。8、碾压混凝土斜层平推铺筑法的施工特点：平推铺筑法就是改变摊铺层与水平面夹角由0°改为3-6°，进行斜层平推铺筑。特点：施工效率高，成本低；设备配置容量要求低；提高了碾压混凝土质量9、混凝土面板堆石坝面板接缝的种类及其止水设置形式：水平缝，垂直缝（张、压），周边缝，连接缝。周边缝按坝高设置一道或多道止水，一般底部设金属止水，中部视情况选金属，PVC，橡胶棒止水等，顶部一般由柔性材料密封。压性压缩缝应设顶低两道止水，压性硬拼缝设底部一道止水。中低坝张性缝设一道底部金属止水，高坝设顶低两道止水。面板水平施工缝必须用钢筋穿过，应不设止水。结构缝按周边缝设计。10、混凝土面板堆石坝垫层区及过渡区的位置、作用和要求：垫层区在面板下方，作用是平整面板，避免应力集中，减少水荷载引起的变形，辅助防渗。要求材料粒径不能太大，有交多细料，良好级配，低压缩性高抗剪强度。过渡区在垫层区和主堆石区之间，保护垫层并起过度作用，要求级配连续，最大粒径小于等于300mm，低压缩性和高抗剪强度，自由排水性能。11、坝工应力的主要目的、问题、特点，坝工应力分析的主要内容。特点：荷载种类多，计算工况多；材料组成复杂，本构模型及其参数不易确定；边界条件复杂；结构庞大、复杂，计算分析工作量大。问题：1、强度破坏问题2、坝体结构变形、失效问题3、坝体或坝基（坝肩）失稳问题4、其他问题。如土石坝的渗透破坏、混凝土坝的耐久性削弱等问题。内容：各个时期大坝应力及变形的变化规律分析；各种工况下大坝应力及变形的分布规律分析；各种工况下控制截面、主要坝体结构构造部位的应力极值分析。目的：掌握大坝在各种工况下的应力分布规律，为大坝断面设计提供依据； 通过对大坝施工期的应力仿真分析，为确定大坝施工方案提供依据； 通过对大把运行期应力变形的仿真分析，为制定大坝运行管理措施提供依据；12、拱坝应力有限元分析结果的控制标准。 根据有限元法计算得的拉应力值进行控制。根据拉应力范围进行控制。根据开裂范围进行控制。第一种方法较为明确，用有限元法进行拱坝应力计算时，应补充计算有限元等效应力。按有限元等效应力求得的坝体主拉应力和主压应力应符合以下规定：容许压应力，与拱梁分载法的控制标准相同；容许拉应力，对于基本荷载组合，拉应力不得大于1.5MPa；对于非地震情况特殊荷载组合，拉应力不得大于2.0MPa。超过上述指标时，应调整坝的体型减少坝体拉应力的作用范围和数值。13、土石料的应力应变特性。 1、非线性、非弹性。应力-应变试验曲线没有或只有极不明显的线弹性区，加载后将很快产生塑性变形；卸荷再加载时，应力-应变将沿着卸荷再加荷曲线变化，且屈服点应力随塑性应变的增加而提高。2、应力-应变曲线随围压应力而变化。3、剪缩（胀）性。正常固结土料，加荷时体积发生收缩。超固结土料，随荷载增加体积增加。4、应力路径的影响。不同的受力过程，土体内应力变化的经历即应力路径相应不同。5固结和流变特性。土应力和变形的发展过程中，会产生流变。14、混凝土温度应力的发展过程及温度应力的类型。早期应力：自混凝土浇筑开始到水泥放热基本结束时止。一个月左右，由于水化热的作用，温度应力场急剧升高，混凝土弹性模型随时间急剧增加。 中期应力：自水泥放热基本结束时开始，至混凝土冷却到最终稳定温度时止，这时期温度应力是由于混凝土的冷却及外界温度变化所引起，并与早期残余温度应力相叠加。这时期弹性模量还有一些小幅度变化。 晚期应力：混凝土完全冷却以后的运行期，温度应力主要是由外界温度变化所引起，并与早期和中期的残余温度应力相互叠加形成晚期应力。温度应力类型分为自生应力和约束应力。15、试分析:在不同龄期自由板表面温度徐变应力产生及变化的机理；自由板厚度对其表面温度徐变应力的影响。5-18图 在早期，板内水化热作用，膨胀较多，板面与空气接触温升小，膨胀小。板内膨胀受到板面约束，因而内部产生压应力，表面产生拉应力。后期，板内温降较大收缩交多，而板面温降小，收缩小。内部收缩变形收到表面约束。因此板的内部受拉而板面受压。而且由于弹性模量由小到大的变化，内部在后期产生的拉应力远远超过了早期的压应力，所以最终在板内部产生了残余的拉应力。相反，在板的表面最终产生了残余的压应力。在薄板内，由于散热比较快，表面应力由拉变压的时间来的早；在比较厚的板内，散热比较慢，表面应力由拉变压的转变出现的比较晚。16、碾压混凝土的材料特点。碾压混凝土是由水泥、掺合材料、水、砂、石子及外加剂等六种材料所组成。我国碾压混凝土的掺和材料比例较大，故一般使用强度等级不低于32.5mpa的硅酸盐水泥。为了适应碾压施工，拌合物属于超干硬性。施工过程中为了避免粗骨料易发生分离，一般都限制粗骨料最大粒径不大于80mm。砂中细粉含量对改善碾压混凝土的性能有不可忽视的作用。为了控制温度快速施工，必须减少水泥用量，但是混凝土中水泥有技术性能要求，所以水泥不能太少。于是就得加入外加剂来改善拌合物施工性能。与常态混凝土比较，碾压混凝土骨料用量多、水泥用量少。拌合物不具流动性，塌落度为零，粘聚性小一般不泌水。17、碾压混凝土坝的特点。A．碾压混凝土施工方式是由振动碾压机在层面振动碾压，大仓面碾压施工。而不是采用常态混凝土振捣器振捣密实的方法。B．碾压混凝土筑坝技术具有节省水泥、施工方便、缩短工期、造价低廉等优点。C．碾压混凝土属干、贫混凝土，水泥用量少，单位混凝土水化热比常态的要低，温控简单。D．碾压混凝土坝不能像常态混凝土坝施工中的柱状块所具有那么大的散热面积，这是温控不利的方面。18、影响层面抗剪性能的因素和解决措施。 因素：运输和平仓过程中的骨料分离；VC值过大或过小；振动压实能量不够；层间间隔时间过长；碾压层厚度过大；措施：1、控制每层连续铺筑时间，一般必须在初凝时间以前完成铺设。2、适当增加缓凝剂延长初凝时间3、防止分离现象，应防止骨料倾倒成堆，缺乏泥浆而难以胶结4、防止泥浆带入仓面影响胶结5、在层面上加铺一薄层砂浆以增强胶结6、仓面向上游倾斜1~2%，可增加稳定。19、深覆盖层筑坝关键问题及变形特征。 如何控制坝基渗流，以防止坝基发生有害的渗流变形； 如何评价并处理覆盖层，合理确定坝体填筑标准，保证坝体坝基的较高变形模量，以减后期少沉降； 如何改进面板结构设计，保证面板及其接缝止水具有足够的柔性，以获得较强的适应变形能力。 如何合理安排施工工序和时段，保证坝体和坝基的主要沉降在面板和止水设施施工前完成，以减少运行期的坝体沉降。 坝体主要是在自重和水荷载下的变形，坝体最大沉降区一般位于坝体中部，深覆盖层上的坝，坝体的最大沉降偏于坝体底部。20、有限元分析本构模型选择。 中低坝及地质条件简单的工程。一般可将坝体混凝土和坝基岩体均视作线弹性材料，按线弹性模型进行分析。高坝、地质条件复杂的坝或需要研究大坝纵缝变形问题、复杂地基深层抗滑稳定问题、大坝安全度问题、坝踵断裂问题时，一般可将坝体混凝土及坝基岩体视作理想弹塑性材料；地质结构面按节理单元模拟，并视情况选用剪切滑移或受拉开裂模型进行分析；关键部位（坝踵、纵缝）可按无拉分析模型进行分析。21、邓肯张E-u，E-B模型的异同。 该模型是一种建立在增量广义胡克定律基础上的非线性弹性模型，可反映应力-应变关系的非线性，模型参数只有8个，且物理意义明确，易于掌握，并且可通过静三轴试验全部确定，便于在数值计算中应用。E-u，E-B均属于变弹性模型，两种模型均假设：材料各向同性；应力-应变关系服从双曲线关系；应应变增量的切线模量矩阵只是应力的函数，与应力路径无关；且均未考虑土石料的剪胀（缩）特性。E-B中用切线体积模量Bt代替E-u模型中的切线泊松比Ut，具有较高的精度。22、高坝典型事故类型、成因、如何避免。 由泄洪能力不足引起的漫顶事故；由坝体坝基渗流、坝体滑坡、坍塌引起的大坝质量遭受的破坏；由管理不当引起的事故；由地震等其他因素引起的事故。23、碾压混凝土枢纽布置设计A枢纽布置应考虑的因素：1、坝址区的地形、地质、水文、气象条件和建筑材料的来源及适应性；2、结合工程任务，合理安排泄水、发电、灌溉、供水及航运等建筑物的布置；3、坝体的规模、结构布置形式和主要尺寸；4、坝体稳定、混凝土强度和耐久性的要求；5、碾压混凝土筑坝的施工条件；6、坝体快速施工、缩短工期、节约水泥和简化温度控制措施等；B枢纽布置设计原则：1、枢纽布置宜为扩大碾压混凝土的使用范围及快速施工创造条件；2、大坝中采用碾压混凝土的部位宜相对集中；3、峡谷河段碾压混凝土的枢纽布置宜采用引水式或地下厂房。若采用坝后式厂房时，应论证引（输）水管道布置，方便碾压混凝土施工；4、洪水流量较大、河道宽阔而采用河床式厂房的枢纽布置中，碾压混凝土宜应用于非溢流坝段及坝顶溢流段；5、碾压混凝土坝上布置泄水建筑物时，宜优先采用开敞式溢流孔或溢流表孔；6、枢纽的施工导流宜优先采用隧洞和明渠等导流方式；24、碾压混凝土坝断面设计（1）体型断面设计宜简化，便于施工，坝顶最小宽度不宜小于5m，上有宜采用铅直面，下游可采用常态混凝土坝的断面进行优选。（2）作用在碾压混凝土重力坝的荷载及其组合、坝体抗滑稳定和应力的计算方法及控制标准应符合常态《混凝土重力坝设计规范》的有关规定。（3）高坝的碾压混凝土重度应根据料源、配合比、施工条件等由试验确定，中低坝可根据类似工程的参数选用；（4）碾压混凝土重力坝坝体抗滑稳定分析应包括沿坝基面、碾压层（缝）面和基础深层滑动的抗滑稳定。必要时，应力分析岸坡坝段的整体稳定。抗滑稳定采用抗剪断公式，安全系数应符合《混凝土重力坝设计规范》的有关规定。25、碾压混凝土拱坝和碾压混凝土重力坝异同处。A．相同点：施工工艺上基本相同B．不同点（1）温度控制：1、混凝土重力坝基础对坝体温度变形的强约束区的高度只有坝底宽度的0.2倍左右，因此只要在低温季节浇筑完强约束区的混凝土2、碾压混凝土拱坝从基础到坝顶，坝体的温度变形都受到两岸基础的约束，如果在高温季节浇筑混凝土，在坝体内将产生较大的温差和应力。（2）坝体接缝设计：1、坝体内可以设置不灌浆的横缝，解除在坝轴线方向坝体温度变形所收到的约束；2、坝内不能设置不灌浆的横缝，水荷载需依靠拱的作用传递到两岸基岩上；（3）其他方面不同：拱坝胶凝材料较多；拱坝提高防渗措施；粉煤灰较多，水化热速度低；散热主要靠两侧面。26、横缝、诱导缝、应力释放缝的区别。 横缝结构复杂，施工不太方便；应力释放缝和诱导缝相对简单； 布置诱导缝及应力释放缝，可实现全断面通仓碾压施工。设置横缝后，混凝土碾压仓面减少；但对于高拱坝，横缝有利于改善坝体温度应力，提高施工设备利用率。 应力释放缝和诱导缝，均不能完全接触温度拉应力，且成为拱坝结构的薄弱面。施工期只要横缝位于受拉区就会释放对温度变形的约束，封拱灌浆后不构成拱坝薄弱面。 采用诱导缝、横缝、应力释放缝，都应满足在坝体温度未冷却到稳定温度时就要蓄水发电的要求。27、混凝土面板堆石坝的特点.：有土石坝和混凝土坝的优点，又克服了二者的缺点。面板防渗，效果好，造价低。坝体断面小，工程量小，投资少。薄层振动碾压筑坝，滑模浇注面板混凝土，施工方便，缩短工期。坝体断面可临时过水，简化施工导流及度汛措施。可用开挖废弃料，少占耕地。28、混凝土面板堆石坝枢纽布置设计：坝址选取有利于趾板和枢纽布置；若不存在影响坝体变形及稳定的粉细砂、粘土等夹层，则可以在密实的砂砾石层修建坝；趾板基准线要求：趾板建基面宜置于坚硬的基岩上；趾板线宜选择有利地形；趾板线宜避开断裂发育、强化风化等不良地质；施工初期，趾板线可根据开挖情况二次调整。地质有缺陷时，可用趾墙进行人工改造；泄、防水建筑物要求：有足够泄洪能力；宜用开敞式溢洪道；做好溢洪道和面板的连接布置；不宜采用软基坝下埋管；高坝、重要工程宜有放空设施；建筑物间防渗体系做成完整的统一体系；开挖和填筑尽量平衡。29、坝基及岸坡开挖设计要点：趾板地基开挖面力求平顺，避免陡坎和反坡，必要时可削坡回填处理； 趾板建基面宜为坚硬、不冲蚀和可灌浆的基岩。高坝开挖到弱风化层上部，中低坝开挖到强风化层下部； 堆石坝体可置于风化岩石上，变形模量适应，低压缩性。30坝基处理设计要点：趾板的岩石地基应进行固结和帷幕灌浆处理；趾板范围内的基岩如有断层、破碎带、软弱夹层等不良地质，可用混凝土塞做处理。31、深覆盖层坝基防渗处理方案。混凝土防渗墙防渗处理方案；帷幕灌浆防渗处理方案； 高压旋喷防渗处理方案；混凝土沉井防渗处理方案；32、深覆盖层面板坝坝基防渗体系。柔性连接：即趾板或连接板和防渗墙顶采用平接的形式，其接缝按周边缝处理，板间设置伸缩缝。刚性连接：即趾板通过混凝土垫梁固定在防渗墙顶部，这样的连接一般采用双防渗墙形式。33、土石坝应力变形分析的目的与方法：控制坝体裂缝；分析坝体稳定性；确定坝顶高程的预留沉降值；为刚性防渗结构设计提供依据。方法：理论分析法；数值计算法；模型试验法；34、青海沟后坝失事原因：大坝的破坏主要是由于钢筋混凝土面板漏水和坝体排水不畅造成的。1、混凝土面板有贯穿性的蜂窝2、面板分缝之间有的止水和混凝土连接不好3、防浪墙上游水平防渗板与面板之间的水平缝只设置了一道橡胶止水片而且有的部位只是搭接敷设，有的部位未嵌入混凝土中4、防浪墙上游水平防渗板在施工后就发生裂缝，采用简单的表面处理方法，未达到堵漏效果。后者：坝体分区不明显，未设排水设施，大坝实际为均质砂砾石面板坝，填筑体渗透性不够好。经验教训：1、面板止水结构和面板混凝土的设计和施工质量必须同时保证。2、如果防浪墙设计为永久挡水结构，则必须对其与面板顶部的分缝止水结构以及坝体竣工后的其变形适应性进行精心设计。3、砂砾石面板坝在垫层后必须设置可靠的细砾石排水层。35、混凝土及岩石材料的本构模型：线弹性模型、弹塑性模型（理想弹塑性模型、应变硬化模型、应变软化模型）36、重力坝有限元应力计算结果的控制标准：1）控制方式：限制拉应力区范围2）控制标准：按垂直正应力的分布情况进行控制：1、计扬压力时，拉应力区宽度宜小于坝底宽度的0.07倍或坝踵至帷幕中心线的距离；2、计扬压力时，拉应力区宽度宜小于计算截面宽度的0.07倍或计算截面上游面至排水孔中心线的距离。37、裂缝类型：贯穿裂缝、深层裂缝、表面裂缝。38、混凝土结构裂缝成因：温度应力：可产生上述各种裂缝。它与结构形式、气候条件、施工过程、材料特性以及运行条件等多种因素相关。干缩应力：主要生成表面裂缝，影响相对较小，与温度应力有叠加作用。39、裂缝对混凝土结构的危害：1、损坏结构的整体性和稳定性2、影响结构的耐久性3、影响结构的防渗性4、影响结构的美观40、自由板的温度应力及温度过程机理：自由版的温度应力纯粹是由板内温度分布不均匀而产生的。自由板式由内部约束引起的温度应力的理想结构都形式。41、徐变：在固定应力及荷载下，应变随时间的增长而继续不断发展的现象。影响因素：水泥品种骨料品种骨料含量，外加剂等42、有限元法：把一个连续的物体人