《水工建筑物》复习资料(问答题部分)

《水工建筑物》复习资料（问答题部分）水建·水利水电工程论坛（shuijian.5d6d.com）1/8机密等级：★★★06级水利水电工程专业《水工建筑物》复习资料（问答题部分）第一章绪论4、为什么要对水利枢纽和水工建筑物进行等级划分？等级划分的根据是什么？根据SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》，等级划分分为几等几级？答：安全和经济是兴建水利工程要解决的根本问题，妥善解决水利工程安全和经济的矛盾，就是对水利工程进行等级划分。水利水电工程根据其工程规模、效益及其在国民经济中的重要性划分为五等。水利水电工程中的永久性水工建筑物和临时性水工建筑物，根据其所属工程等别及其在工程中的作用和重要性划分为五级和三级。5、不同级别的水工建筑物在哪些方面提出不同的要求？答：（课件上的答案）不同级别的水工建筑物在规划、设计、施工管理方面的要求不同，级别越高，要求越高。主要表现为四个方面：抵御洪水的能力，结构的强度和稳定性，建筑材料，运行的可靠性。（课本上的答案）为了使建筑物的安全性、可靠性与其在社会经济中的重要性相协调，在水工设计中，对不同级别的建筑物在下列几个方面应有不同的要求：（1）设计基准期。它是研究工程对策的参照年限。水工建筑物在设计基准期内应满足如下要求：①能承受在水工施工和正常使用时可能出现的各种作用（荷载）；②在正常使用时，应具有设计预定的功能；③在正常维护下，应具有设计预定的耐久性；④在出现预定的偶然作用时，其主体结构仍能保持必须的稳定性。（2）抗御灾害能力。如防洪标准、抗震标准、坝顶超高等、（3）安全性。如建筑物的强度和稳定安全指标、限制变形的要求等。水工建筑物的结构安全级别，应根据建筑物的重要性及其破坏可能产生后果的严重性而定，与水工建筑物的级别对性分为三级。队友特殊安全要求的水工建筑物，其结构的安全级别应经专门研究决定。（4）运行可靠性。如建筑物的供水、供电、通航的保证率，闸门等设备的可用率等。（5）建筑材料。如使用材料的品种、质量及耐久性等。第二章岩基上的重力坝１、重力坝的工作原理是什么？结合重力坝的工作条件，分析其优缺点和适用条件。答：工作原理：重力坝在水压力和其他荷载的作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求；依靠自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。优点：1）安全可靠。重力坝剖面尺寸大，坝内应力较低，筑坝材料强高，耐久性好，故对洪水漫顶、渗漏、地震和战争破坏的能力都比较强。2）对地形、地质条件的适应性强。任何形状的河谷和一般强度的岩基，都可修建重力坝，低坝甚至可以修建在土基上。3）枢纽泄洪问题容易解决。筑坝材料有较大的抗冲刷能力，可以从坝顶泄洪，或在坝内不同高程设臵泄水孔。4）便于施工导流。施工期可以利用坝体导流，不必另外设臵导流建筑物。5）施工方便。大体积混凝土可以机械化施工，并且补强、维修和扩建比较方便。6）结构作用明确。重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，稳定和应力计算比较简单。《水工建筑物》复习资料（问答题部分）水建·水利水电工程论坛（shuijian.5d6d.com）2/8缺点：7）重力坝的剖面尺寸较大，水泥用量多，应力较低，材料强度不能充分发挥。8）坝体和地基的接触面积大，坝底扬压力大，不利用稳定。9）砼建造的重力坝，水泥水化热引起的施工期温度应力很大，因此高坝施工中，需采用复杂的温控措施。4、扬压力由几部分组成？各是如何产生的？扬压力对重力坝有哪些影响？重力坝设计中采用哪些措施削减坝体、坝基扬压力？试绘出不同防渗排水情况下坝体及坝基的扬压力分布图。答：扬压力由两部分组成，一是浮托力，即坝体在下游水位以下部分受到的浮力，坝底任一点处的浮托力强度等于该点至下游水面铅直距离与水容重的乘积，二是由上下游水位差产生的渗透压力。在上下游水位差的作用下，水渗入坝体的孔隙内形成孔隙水压力。所取截面上向上的孔隙水压力为扬压力。扬压力抵消了部分坝体的重量，对坝体的稳定不利，减少了上游坝踵的压应力，对坝体不利。重力坝设计中常采用帷幕灌浆和设臵排水孔来削减坝体和坝基扬压力。坝基面上扬压力分布图：A.坝基不设防渗和排水措施。B.坝基只设防渗帷幕，无排水孔。C.坝基只设排水孔，无防渗帷幕。D.坝基设有帷幕和排水孔坝体内的扬压力分布图：5、作用于重力坝上的荷载有哪些？为什么要进行荷载组合？基本荷载组合、特殊荷载组合各有哪些可能情况。答：在进行建筑物设计时，应根据可能发生的情况，确定不同的荷载组合，并按其出现的机率，确定不同的安全系数。作用在重力坝上的荷载按其性质可分为:（1）基本荷载：1)坝体及其上固定设备的自重；2)正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力；3)相应于正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力；4)泥沙压力；5)相应于正常蓄水位或设计洪水位时的浪压力；6)冰压力；7)土压力；8)相应于设计洪水位时的动水压力；9)其他出现机几率较多的荷载。（2）特殊荷载：10)校核洪水位时的静水压力；11)相应于校核洪水位时的扬压力；12)相应于校核洪水位时的浪压力；13)相应于校核洪水位时的动水压力；14)地震荷载；15)其他出现几率很少的荷载荷载组合有基本组合和特殊组合。基本组合：①正常蓄水位情况；②设计洪水位情况；③冰冻情况。《水工建筑物》复习资料（问答题部分）水建·水利水电工程论坛（shuijian.5d6d.com）3/8特殊组合：①校核洪水位情况；②地震情况。6、重力坝发生失稳的可能方式有哪些？采取哪些工程措施可以提高重力坝的抗滑稳定性？答：重力坝的失稳形式：①沿坝基面或软弱面的滑动；②倾覆；③浮起。提高抗滑稳定的工程措施：①利用水重；②将坝基开挖成有利的轮廓线；③在坝踵下设齿墙；④减少扬压力；⑤预加应力措施；⑥加固地基。7、写出重力坝抗滑稳定计算的抗剪强度公式和抗剪断强度公式，说明各符号的意义，其中的参数值应怎样选取，并分析两公式的区别。答：抗剪断强度公式为：Ks′=f′W−U+C′AP,抗剪强度公式为：K=f(∑W-U)/∑P。其中W为接触面以上的总铅直力；P为接触面以上的总水平力；U为作用在接触面上的扬压力；f为摩擦系数，K为抗滑稳定安全系数。A为接触面面积。f′与C′为抗剪断参数，前者为摩擦系数，后者为抗剪断凝聚力。当接触面倾向上游时，其抗滑稳定安全系数K应为：KS=f(Wcosβ−U+Psinβ)Pcosβ−Wsinβ，β为接触面与水平面闸的夹角。二者当中，f应当最后选取野外和室内实验结果为基础，结合现场实际情况，参照地质条件类似的已建工程的经验等，由地质、实验和设计人员研究决定。C′亦如此。抗剪强度公式形式简单，对摩擦系数的选择多年来积累了丰富的经验，但该公式忽略了坝体与基岩间的胶结作用，不能完全反映坝的实际工作性态。而当坝基内不存在可能导致深层滑动的软弱面时，应按抗剪断公式计算。对中型工程中的中、低坝，也可按抗剪强度公式计算。8、材料力学法进行重力坝应力分析做了哪些基本假设？应力分析的目的是什么？需要分析哪些内容？答：基本假定：坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料；视坝段为固接于地基上的悬臂梁；假定坝体水平截面上的正应力按直线分布。目的：检验大坝在施工期与运用期是否满足强度要求；寻找坝体应力大小的分布规律，为坝体材料标号的分区设计和坝体廊道、孔口等部位的配筋提供依据。应力分析的过程：首先进行荷载计算和荷载组合，然后选择适宜的方法进行应力计算，最后检验坝体各部位的应力是否满足强度要求。边缘应力的计算：水平截面上的正应力；剪应力；水平正应力；主应力；内部应力的计算：坝内水平截面上的正应力σy；坝内水平界面上的剪应力τ；坝内沿水平截面的水平正应力σx；坝内主应力σ1和σ2.13、重力坝对地基有哪些要求？重力坝地基处理的主要任务是什么？答：要求：1、应具有足够的强度，以承受坝体的应力；2、应具有良好的整体性和均匀性，以满足坝基的抗滑稳定要求和减少不均匀沉降；3、应具有足够的抗渗性和耐久性，以满足渗透稳定的要求和防止渗水作用下岩体变质恶化。主要任务：1、防渗。2、提高基岩的强度和稳定性。18、为什么要对重力坝分缝？需要分哪些缝？答：为了满足运用和施工的要求，防止温度变化和地基不均匀沉降导致坝体开裂，需要合理分缝。常见的有横缝、纵缝、施工缝。附1、重力坝剖面设计原则：①满足稳定和强度要求——以保证大坝安全；②力求剖面较小——以节省坝体工程量；③外形轮廓简单——便于施工和管理。附2、基本剖面是指在水压力(水位与坝顶齐平)、自重和扬压力等主要荷载作用下，满足稳定、强度要求的最小三角形剖面。附3、溢流坝的消能防冲措施：挑流消能、底流消能、面流消能、戽流消能。第三章拱坝1、简述拱坝的结构特点和工作特点。答：（课本上的答案）结构特点：拱坝属于高次超静定结构，超载能力强，安全度高，党外荷载增大《水工建筑物》复习资料（问答题部分）水建·水利水电工程论坛（shuijian.5d6d.com）4/8或坝的某一部位发生局部开裂时，坝体的拱和梁作用将会自行调整，使坝体应力重新分配。拱坝是整体空间结构，坝体轻韧，弹性较好，工程实践表明，其抗震能力也很强。另外，由于拱是一种主要承受轴向压力的推力结构，拱内弯矩较小，盈利分配较为均匀，有利于发挥材料的强度。荷载特点：拱坝坝身不设永久伸缩缝，温度变化和基岩变形对坝体应力的影响比较显著，设计时，必须考虑基岩变形，并将温度作用列为一项主要荷载。（课件上的答案）结构特点：拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平面上呈凸向上游得拱形，其拱冠剖面成竖直的或向上游凸出的曲线形。坝体结构既有拱作用又有梁作用，其承受荷载一部分通过拱的作用压向两岸，另一部分通过竖直梁的作用传到坝底基岩。工作特点：拱坝属于高次超静定结构，超载能力强，安全度高，当外荷载增大或坝的某一部位发生局部开裂时，坝体的拱和梁作用将会自行调整，使坝体应力重新分配。4、什么是拱坝的温度荷载？为什么将温度荷载列为拱坝的主要荷载？为什么温降对拱坝的应力不利，而温升一般对拱坝稳定不利？答：温度荷载是指拱坝形成整体后，坝体温度相对于封拱温度的变化值。由实测资料分析表明在水应力和温度变化共同引起的径向总变位中，后者约占三分之一到二分之一，在靠近坝顶部分，温度变化的影响更为显著。温降时产生的荷载称为温降荷载，其为坝体温度低于封拱温度时的温度变化值。此时拱圈将缩短并向下游变位，由此产生的弯矩、剪力及位移的方向都与库水压力作用下所产生的相同，但轴力方向相反。当坝体温度高于封拱温度时称为温升。坝轴线会伸长，使坝体向上游变位，由此产生的弯矩、剪力及位移的方向都与库水压力作用下所产生的相反，但轴力方向相同。因此温降对坝体应力不利，而温升将使拱端推力加大，对坝肩岩体稳定不利。5、什么是封拱温度？为什么封拱温度要选择为年平均气温或者低于年平均气温？答：拱坝系分块浇筑，经充分冷却，当坝体温度逐渐降至相对稳定值时，进行封拱灌浆，形成整体。在封拱时的坝体温度称作封拱温度。另外由于温降对坝体应力不利，因此封拱温度低，有利于降低坝内拉应力，故一般选在年平均气温或略低时进行封拱。8、拱坝的应力分析方法有哪些？所得结果应满足什么要求？拱冠梁法解决的主要问题是什么？计算原理是什么？答：拱坝的应力的分析方法有：①纯拱法；②拱梁分载法；③有限元法；④壳体理论计算方法；⑤结构模型实验法。其所得的结果应当满足应力、应变要求，且符合经济性原则。解决的主要问题是拱梁的荷载分配。拱冠梁法的计算原理是中央悬臂梁与若干层水平拱在其相交点变位一致。这种方法仅适用于对称或接近对称的拱坝，是一种近似的应力分析方法。10、写出拱冠梁法求解拱坝应力的变位协调方程，说明各符号的意义及公式的含义？答：变位协调方程：aijxj+δiw=pi−xiδi+∆Aini=1。式中pi为作用在i层拱圈中面高程的总水平荷载强度。i为拱圈层数。xi为拱冠梁在第i层拱高程处分配承担的水平荷载强度，则pi−xi为第i层拱圈分配承担的水平荷载强度。xj为拱冠梁j点所承受的水平荷载。j为单位荷载作用点的顺序。aij为拱冠梁上j点的单位荷载在另一点i产生的径向变位。δi为第i层