水工建筑物复习题及答案(3)

对于双曲拱：①对于V形河谷，如仍采用单曲拱会使底部中心角过小而加大拱厚,为使上下中心角差异不大，可将下部的内外弧半径逐渐减小；②坝体在水平面和铅直面均成曲线，成双曲线。其特点是①适应河谷广；②梁具有拱的作用③水压应力与自重应力相反；④水压位移与梁位移趋势相反。 4.5答

水压和温度变化引起的总变位中，温度变位占1/3~1/2，温度作用为主要荷载之一。

温降对坝体应力不利：温降时，轴线收缩，坝体下移，产生的弯矩和剪力与水压作用相同，与轴力相反。

温升使拱端推力加大，对坝肩岩体稳定不利：温升时，轴线伸长，坝体上移，产生的弯矩和剪力与水压作用相反，与轴力相同。 4.6答

拱坝的合理体形满足的条件：①满足枢纽布置、运用和施工的要求；②坝体材料强度得到充分发挥,不出现不利的应力状态；③保证坝肩岩体稳定；④工程量最省、造价最低。

坝体尺寸包括的内容：①拱圈的平面形式；②各层拱圈轴线的半径和圆心角；③拱冠梁上下游坝面的形式；④拱冠梁各高程的厚度。 4.7答

①凸点位置：最凸向上游点距坝顶的高度；

②凸度：凸点与坝轴线间的水平距离与坝高的比值；

③最大倒悬度：凸点与上游坝底点之间的水平距离与垂直距离的比值。 4.8答

最合理的拱圈形式：压力线接近拱轴线，应为变曲率、变厚度和扁平的。

现有拱圈形式①圆拱；②三心拱；③双心拱；④抛物线拱；⑤椭圆拱；⑥对数螺旋线拱 4.9答

拱端与拱座面应尽量做成全径向，使推力垂直拱端面。倒悬易使另侧出现拉应力。 4.10答

应力分析方法共有五种⑴纯拱法；⑵拱梁分载法；⑶有限元法；⑷壳体理论计算方法；⑸结构模型试验。

拱梁分载法的原理：①将拱坝视为由若干水平拱圈和竖直悬臂梁组成的空间结构，荷载由梁系和拱系分担，荷载分配由变位一致来确定；②算法是首先将总荷载试分配到梁、拱，按各自的方法算各自的变位，如变位一致则分配正确，否则调整直到一致。 4.11答

用纯拱法只能计算三个内力，而分载法需考虑12个内力，有些内力可忽略，主要有六个内力，拱圈三个，悬臂梁三个。 拱梁分载法中六个变位不易调整，略去影响微小的和合并非独立的，一般只需调整三个主要变位来进行荷载分配，即径向变位、切向变位、扭转变位。 4.12答

⑴坝肩岩体发生滑动破坏，为主要形式；⑵坝肩岩体变形量过大，引起坝体的不利应力。 4.13答

拱坝稳定分析主要有刚体极限平衡法、有限元法、地质力学模型试验三种方法。 刚体极限平衡法的假定条件：①滑移体为刚体；②仅考虑滑移体力的平衡,不考虑力矩平衡；③忽略拱坝的内力重分布，受力为定值；④达到极限平衡时,滑裂面剪力与滑移方向平行,方向相反。

可能滑动面的形式和位置：①单独的陡倾角结构面F1和缓倾角结构面F2组合；②成组的陡倾角和成组的缓倾角结构面组合；③混合组合：由单独的陡倾角和成组的缓倾角结构面组

合；或由成组的陡倾角和单独的缓倾角结构面组合；④多刚体组合：结构复杂的结构面将滑移体分割成多块刚体。 4.14答

坝身泄水方式有：自由跌流式、鼻坎挑流式、滑雪道式、坝身泄水孔四种。

自由跌流式：坝顶自由跌流；适用于较薄的双曲或小型拱坝,基岩良好、单宽流量小；需设防护措施，因为落水距坝较近。

鼻坎挑流式：溢流堰顶曲线末端设反弧挑流鼻坎，以使落水点距坝较远；鼻坎常有连续坎，有时也采用差动坎。 滑雪道式：溢流面由溢流坝顶和与坝体轮廓以外的泄槽(滑雪道)连接而成，槽尾设鼻坎挑流，滑雪道地板可在厂房顶、可专设支承；适用于泄洪量大、较薄的拱坝

坝身泄水孔：在水面以下一定深度的坝体内设置中孔或底孔泄流；坝体半高以上为中孔,主要用于泄洪；坝体下部为底孔,多用于放空,辅助泄洪、排沙和导流。 4.15答

拱坝消能主要有：跌流消能、挑流消能、底流消能。跌流消能水流从表孔直接跌落下游,利用下游水垫消能，落点距坝太近，需采取防冲措。鼻坎挑流、滑雪道、坝身泄水孔等多采用各种型式的鼻坎挑流消能，泄流具有向心集中的特点，可利用泄流对冲消能。对于重力拱坝，泄水孔下弯，可采用底流消能。

防冲措施：一般在下游需设护坦、护坡、二道坝等防冲措施。 4.16答

主要含坝身泄水孔、水轮机进水孔、灌溉和供水等引水孔。 4.17答

①周边缝使梁的刚度和作用减弱，拱的作用加强；

②周边缝减小坝体传至垫座的弯矩，可减小上游坝面的拉应力； ③垫座加大了与基岩的接触面，改善地基的受力状态； ④垫座可减少不规则和软弱面对坝体的影响； ⑤坝体开裂不影响基础，基础开裂不影响坝体； ⑥垫座对坝体起地震缓冲作用。 4.18答

①对于不规则河谷，用重力墩减小宽高比，避免岸坡大量开挖。 ②重力墩是拱坝坝端的人工支座；

③用重力墩连接拱坝与其它坝段或溢洪道。 4.19答

坝基开挖、固结和接缝灌浆、防渗帷幕、坝基排水、不良地质处理等。

第五章

5.1 何为土石坝？其能广泛应用的原因何在？ 5.2 简述土石坝设计的基本要求。 5.3 详述土石坝的分类情况。

5.4 通常选用的土石坝坝坡坡度是多少？

5.5 土石坝渗流分析的主要内容包括哪三项？分析的目的是什么？

5.6 简述土石坝渗流的特性。

5.7 掌握二维渗流控制方程各变量的含义，掌握水力学分析法矩形断面单宽流量和浸润线的计算公式。

5.8 简述土石坝渗流分析中流网法流网绘制的基本特性。 5.9 详述渗透变形的类型和危害。 5.10 简述土石坝渗透变形防护的措施。

5.11 管涌和流土的防护标准主要取决于什么？ 5.12 掌握总应力和有效应力的关系。

5.13 土石坝稳定分析的计算工况有哪几种？

5.14 土石坝稳定分析的方法有哪几种？各种分析方法的安全系数是否一样？

5.15 何为固结？常用的固结理论有哪些？

5.16 土石高坝应力和变形特性分析常用什么方法？可分析什么内容？ 5.17 土石坝填筑料的一般要求是什么？坝壳料的基本要求是什么？ 5.18 防渗体土料选择应考虑哪些特性？

5.19 “任意料”应放在什么位置？质量好坏的料应放置什么位置？ 5.20 反滤、过渡和排水材料的主要要求是什么？ 5.21 简述坝体排水和反滤的作用。 5.22 详述坝体排水的形式及其优缺点。

5.23 简述反滤层的类型，其颗粒大小随水流方向的变化如何？ 5.24 简述土石坝裂缝类型和成因。

5.25 砂砾石地基处理的主要问题和措施是什么？各措施的主要作用是什么？

5.26 土石坝体与砼建筑物的连接形式有哪几种？ 5.27 何为堆石坝？目前主要是什么堆石坝？

5.28 面板坝的堆石体由有那四个分区？防渗体系由哪些构成？

5.1答

土石坝：土石坝是指由土、石料等当地材料经碾压建成的大坝。

土石坝广泛应用的原因：①可以就地、就近取材，大量节约三材和材料运输费；②能适应各种地形、地质及气候条件；③可充分利用大容量、多功能、高效率施工机械；④计算方法、试验手段的发展为土石坝设计提供了安全保障；⑤高边坡、地下工程及溢流防冲等配套设施的发展解决了土石坝的难题。 5.2答

⑴具有足够的断面维持坝坡的稳定

⑵设置良好的防渗和排水设施以控制渗流

⑶选择与现场适应的良好土石种类及配置和坝型结构 ⑷泄洪建筑物具有足够的泄洪能力

⑸采取使大坝运用可靠和耐久的构造措施 5.3答

主要按坝高、施工方法、土料配置和防渗材料三种方式分： ㈠按坝高分

⑴低坝：坝高<30m； ⑵中坝：坝高=30～70m； ⑶高坝：坝高>70m。

㈡按施工方法分 ⑴碾压式土石坝； ⑵冲填式土石坝； ⑶水中填土坝； ⑷定向爆破堆石坝

㈢按土料配置和防渗体材料分，将碾压土石坝分为 ⑴均质坝：稳定和防渗均采用一种土料

⑵土质心墙坝：由不透水土料中央防渗体和透水土料坝壳组成 ⑶土质斜墙坝：由不透水土料防渗体和下游透水土料支撑体组成 ⑷多种土质坝：由多种土料组成

⑸人工材料心墙坝：以沥青砼、砼等为心墙的坝

⑹人工材料面板坝：由沥青砼、砼、塑料薄膜等为防渗面板的土石坝 5.4答

⑴中低均质坝：平均坡度1:3；

⑵土质心墙坝：下游1:1.5~1:2.5，上游1:1.7~1:2.7（坝壳堆石） 下游1:2~1:3，上游1:2.5~1:3.5（坝壳土料）

⑶人工材料面板坝：上游1:1.4～1:1.7,下游1:1.3~1:1.6(可随堆料优劣适当变化) ⑷人工材料心墙坝：可参照人工材料面板坝选用 5.5答

分析的主要内容：⑴确定浸润线的位置；⑵计算渗流流速和比降；⑶确定渗流流量。 分析的目的：⑴依据渗流力确定稳定的坝体型式和尺寸；⑵作为坝体防渗布置和土料布置的依据；⑶确定渗流量以估计水流损失和确定排水系统的容量。 5.6答

主要有以下特性：

①均为无压流，有浸润线存在；

②大多为稳定渗流，偶有非稳定渗流；

③土质坝体渗透通常遵循达西定律；砾石、卵石有一定偏差； ④均质土坝渗透系数各向同性，非均质坝需考虑各向异性； ⑤宽谷河段土石坝渗流场接近二维，峡谷河段则为三维渗流场； 5.7答

中的H为水头，kx为x方向的渗透系数，ky为y方向的渗透系数。

5.8答

①等势线与流线相互正交；

②流网各个网格的长宽比保持为常数；

③上、下游坝坡面为等势线，其差为总水头； ④坝下不透水层为一流线；

⑤浸润线均为一流线，且水头等于其位置水头；

⑥下游坝面逸出段与浸润线一样，水位为其位置水头； ⑦两种土层交界面流线夹角关系为 。 5.9答

渗透变形主要有四类： ①管涌：坝体和坝基的土体颗粒被渗流带走的现象。内部管涌的颗粒移动只发生在坝体内部，外部管涌可将土粒带出坝外，管涌仅发生在无粘性土。

②流土：渗流作用下，粘土和均匀无粘性土被浮动的现象。常见于渗流在坝下游逸出。 ③接触冲刷：在粗、细土粒交界面上，细颗粒被渗流冲动的现象。

④剥离：粘性土与粗粒土接触面上，渗流使粗颗粒脱离整体结构的现象。多发生在粘性土与反滤层的交界面上。

⑤化学管涌：土体中的盐类被渗流水溶解而带走的现象。 5.10答

渗透变形的危害主要表现为：

导致坝体沉降、坝坡塌陷或形成集中的渗流通道等，危及大坝安全。 ①防渗结构：控制渗流，减小逸出坡降和渗流量，为第一道防线； ②过渡区：实现防渗体与坝壳体可靠连接，防止刚度突变和渗流变形； ③反滤层：实现坝体、坝基与排水的良好连接,滤土排水,防止管涌和流土； ④排水孔：进一步降低地下水位，减小渗流力，排水为第二道防线。 5.11答

管涌的防护标准：取决于颗粒组成和渗流坡降 流土的防护标准：取决于粗、细层的粒径组合 5.12答

5.13答

①施工期；②稳定渗流期；③库水位降落期； 5.14答

分析方法有瑞典圆弧法和简化的毕肖普法两种。简化的毕肖普法的安全系数需在瑞典圆弧法安全系数的基础上提高5～10％。 5.15答 固结：坝在施工和蓄水过程中荷载和应力不断发生变化，土体中的孔隙水压力和骨架应力也不断发生变化，当超过稳定渗流的孔隙水压力逐步消散，外载压力相应传到土骨架上使之发生压缩变形直到稳定，这一过程称为固结。 5.16答

常用固结理论：太沙基和比奥饱和土固结理论。 常用计算方法：增量有限元法。

可分析的内容：⑴坝体塑流区、拉应力区的范围；⑵裂缝发生的可能性部位；⑶防渗体出现水力劈列的可能性及部位；⑷防护工程措施后的效果。 5.17答

土石坝填筑料的一般要求：

⑴具有与使用目的相适应的工程性质：防渗料具有足够的防渗性能，坝壳料具有较高的强度，反滤、过渡料等具有良好排水性能

⑵土石料的工程性质在长时期内保持稳定：不风化，不浸蚀等

⑶具有良好的压实性能：防渗体可降到最优含水量，无影响压实的超径材料，压实后承载力高，施工机械可正常运行。 坝壳料的基本要求：

⑴保持坝体的稳定，故需要较高的强度；

⑵坝体水位下的筑料需良好的排水性能；如砂、砾石、卵石、漂石、碎石等。 5.18答

⑴防渗性；⑵抗剪强度；⑶压缩性；⑷抗渗稳定性；⑸含水量；⑹颗粒级配；⑺膨胀量和体缩值；⑻可溶盐、有机质含量。

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