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水工建筑物复习题答案1.1何为水利工程？何为水工建筑物？水利工程：对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以达到除害兴利的目的而修建的工程。如拦河坝，电站，污水处理，港口码头，航道整治等工程。水工建筑物：用来控制和调配江河湖海等水流而修建的建筑物。1.2水利工程按承担的任务和对水的作用是如何分类的？按工程承担的任务分为：防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、供排水工程、港航工程、环境水利工程、综合利用水利工程按工程对水的作用分为：蓄水工程、排水工程、取水工程、输水工程、提水工程、水质净化及污水处理工程1.3水工建筑物主要按什么分类？并简述其分类。主要是按对水的作用分类。主要分为：⑴挡水建筑物：坝、闸和堤防等⑵泄水建筑物：溢洪道、泄洪洞等⑶输水建筑物：输水洞、引水管、渠道、渡槽⑷取水建筑物：输水建筑物的首部建筑物：进水闸、泵站⑸专门建筑物：电厂、船闸、升船机、鱼道、筏道⑹整治建筑物：用来整治河道、改善河道的水流条件，如丁坝、顺坝、导流堤等。第二章2.1绘制水利工程建设系统，并指出其中的关键环节。关键环节：规划和设计工作。2.2水利枢纽分等的依据是什么？共分为几等？依据：规模、效益、重要性；共分五等。2.3水工建筑物分级的依据是什么？共分为几级？依据：工程等别、作用、重要性；共分五级。2.4水工建筑物承受的主要荷载有哪些？并掌握自重、静水压力、扬压力的计算方法主要荷在载有自重、水压力（包含静水压力、动水压力、水重等）、波浪压力、泥沙压力、扬压力等。计算方法见教材。2.5简述水工建筑物作用效应的分析方法。分析方法主要有：⑴物理模型试验法，含水力学模型试验和结构模型试验。⑵数学模型模拟法，含解析法、差分法和有限元法⑶经验类比法2.6水工建筑物工作状况有哪三种？作用效应有哪三种？效应组合有哪三种?答：工作状况：①持久状况，②短暂状况，③偶然状况。作用效应：①永久作用，②可变作用，③偶然作用。作用效应组合：①基本组合，②施工、检修组合，③特殊组合。2.7建筑物设计安全储备的表达形式有哪两类？并详述极限状态设计的概念和类型？答：设计安全储备的表达形式有单一安全系数法和分项系数极限状态设计法两类。极限状态是指当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，结构就不能满足设计规定的某种功能要求，那这一特定状态就叫该功能的极限状态。极限状态设计的类型有：⑴承载能力极限状态当出现①刚体失去平衡,②材料强度不足而破坏,③结构失稳,④结构转变为机动体系,⑤结构体产生渗透失稳等现象时，表明结构已超过承载能力极限状态，已不安全。⑵正常使用极限状态当出现①影响结构正常使用或外观变形,②不良振动,③局部损害等现象时，表明结构已超过正常使用极限状态，不能正常使用。2.8正确理解结构功能函数Z=R-S的意义，Z0安全吗？答：结构功能函数Z=R-S中的Z表示结构功能，R表示结构抗力，S表示作用效应。Z0表示结构抗力小于作用效应，已不安全。2.9正确理解可靠指标的含义，可靠指标越大越可靠吗答：可靠指标为结构功能函数的平均值与其均方差的比值，它可表征结构的可靠度大小。可靠指标越大越可靠。2.10水工建筑物抗震设计含哪两部分的内容\答：主要包含：①抗震计算；②抗震工程措施。第三章3.1重力坝的工作特点是什么？基本剖面是何形状？一般采用什么材料？答重力坝的工作特点：①主要依靠坝体自重产生的抗滑力满足稳定要求；②依靠坝体自重产生的压应力来抵消水压力产生的拉应力。基本剖面：三角形。材料：混凝土和浆砌石。3.2简述重力坝的优缺点。答优点：①安全可靠；②对地形、地质条件的适应性强；③枢纽泄洪问题容易解决；④便于施工导流；⑤施工方便；⑥结构作用明确。缺点：①耗材多；②材料强度未充分发挥；③坝底扬压力大；④施工温度控制严格。3.3重力坝的设计内容包括哪几个部分？答主要包括①剖面设计②稳定分析③应力分析④构造设计⑤地基处理⑥泄洪设计⑦监测设计。3.4简述重力坝失稳破坏的机理？答重力坝失稳破坏的机理：坝踵胶结面出现微裂松弛区→坝址胶结面出现局部剪切屈服→屈服范围向上游延伸→形成整体滑动失稳。3.6简述深层抗滑稳定的计算方法类型。答深层抗滑稳定计算方法类型分为：⑴分区计算法，含①剩余推力法；②被动抗力法；③等安全系数法⑵整体计算法。3.7岸坡坝段与河床坝段相比，抗滑稳定有何特点？答岸坡坝段坝基是倾向河心的斜面或折面，有向下游和河心滑动的双重趋势，稳定性不如河床坝段。3.8简述提高坝体抗滑稳定的工程措施。答提高坝体抗滑稳定的工程措施主要有：①利用水重：将上游面做成倾斜以利用水重。②利用有利的开挖轮廓线③设置齿墙：齿墙阻断软弱面，改变滑动面位置，增加抗滑力④抽水措施：抽去坝底渗透水，减少浮托力。⑤加固地基：帷幕灌浆以减少坝基渗透能力，固结灌浆以增加坝基强度和整体性，断层处理以减少坝基软弱结构面。⑥横缝灌浆：将局部或全部横缝灌浆，增加坝体的整体稳定性。⑦预加应力措施3.9简述重力坝应力分析的方法，掌握重力坝水平截面边缘应力的计算公式，边缘主应力面于何处？为何边缘应力是首先需计算的应力？答重力坝应力分析的方法主要有：⑴模型试验法；⑵材料力学法；⑶弹性理论的解析法；⑷弹性理论的差分法；⑸弹性理论的有限元法。边缘最小主应力为坝面，最大主应力为垂直于坝面的剖面。因最大最小应力均出现在坝面，所以需首先校核边缘应力。3.10除主要荷载以外，对坝体应力的影响还有哪些因素？答除主要荷载以外，对坝体应力的影响还有如下影响：⑴地基变形模量对坝体应力的影响⑵坝体混凝土分区对坝体应力的影响⑶纵缝对坝体应力的影响⑷分期施工对坝体应力的影响⑸温度变化及施工过程对坝体应力的影响3.11简述坝体温度变化的阶段？何为水热化温升和温度回降值？答坝体温度变化主要有温度上升期、降温期和稳定期三个阶段。水热化温升是指最高温度与入仓温度之差；温度回降值是指最高温度与年均气温之差。3.12施工期温度引起的应力主要有哪两类？答⑴地基约束引起的应力⑵内外温差引起的应力3.13简述温度裂缝的类型和温度控制的措施。答温度裂缝的类型主要有：①贯穿性裂缝：含横向贯穿性裂缝、纵向贯穿性裂缝、水平向贯穿性裂缝。②表面裂缝温度控制的措施主要有：①降低砼的入仓温度Tj②降低砼的水热化温升Tr③加强砼表面的养护3.14重力坝最小剖面如何确定？常用剖面形态有哪几类？坝顶高程如何确定？答重力坝最小剖面确定：根据自重、上游静水压力(库水位与坝顶平,通常是校核洪水位)和扬压力三项主荷载作用下，满足稳定和强度要求的工程量最小的三角形。常用剖面形态：①上游面铅直；②上游面上直下斜；③上游面斜向上游。坝顶高程取设计洪水位＋相应坝顶超高与校核洪水位＋相应坝顶超高中的最大者，其中安全超高包括波高、波浪中心线距静水面高度和安全加高三部分。3.15重力坝极限状态设计分哪两类？其验算的主要内容是什么?答重力坝极限状态设计包含①承载能力极限状态；②正常使用极限状态。其中承载能力极限状态需验算坝基面或深层抗滑稳定和坝趾抗压强度，正常使用极限状态需验算坝踵不出现拉应力。3.17简述重力坝易出现地震震害的位置和抗震措施。答重力坝易出现地震震害的位置：①坝顶和断面突变处易出现裂缝；②原有裂缝易扩展延伸；③孔口及廊道附近易开裂；④接缝止水易破坏。重力坝抗震措施：①作好地基处理，加强接触面的结合；②加强施工质量控制和养护,防止出现早期裂缝；③重量、变形、刚度、几何等突变部位设缝；④增加坝顶强度、刚度以及布筋；⑤孔口、廊道附近布筋；⑥坝后设置检修桥。3.18简述溢流重力坝的工作特点和类型。答工作特点：将规划库容不能容纳的洪水经由坝顶泄向下游，以满足防洪和大坝安全要求。类型：①开敞溢流式；②大孔口溢流式3.19简述溢流重力坝的基本要求。答①足够的孔口尺寸,良好的孔形,较高的流量系数；②水流平顺,不产生负压和振动,避免发生空蚀；③保证下游河床不产生危及大坝安全的局部冲刷；④下泄水流不产生折冲水流等,不影响其他建筑正常运行；⑤有灵活控制下泄水流的设备。3.20溢流重力坝孔口设计的影响因素有哪些？简述孔口形式类型及其特点。答影响因素主要有①洪水设计标准；②下游防洪要求；③库水位壅高限制；④洪水预报的准确度；⑤泄水方式；⑥地形、地质条件。孔口形式类型：①开敞溢流式；②大孔口溢流式开敞溢流式的特点：①坝体不设胸墙，出流常为堰流；②孔口埋深浅，闸门水压力较小，孔口尺寸可以较大，泄流量较大，超泄能力强；③可排泄冰凌和其他漂浮物；④闸门于坝顶，易检修；⑤应用较广泛。大孔口溢流式的特点：①坝体上部设胸墙，出流常为孔口出流，但当水位低于胸墙时为堰流；②堰顶较低，需设工作闸门和检修闸门；③超泄能力常比开敞溢流式小。3.21溢流重力坝通常设计成等同的奇数孔，为什么？答采用相同闸孔诣在检修闸门、启闭设备等设施可共用，且泄流量相同可对称泄流。采用奇数孔目的在于闸门对称布置，可对称泄流以减轻消能负担，避免折冲水流等。3.22为什么说单宽流量是溢流重力坝设计中很主要的控制性指标？答因为①单宽流量是确定溢流坝的净宽和堰顶高程的主要参数；②单宽流量是影响消能工设计的关键因素；③单宽流量是影响坝下冲刷的主要因素。3.23简述孔口尺寸设计应考虑的因素。掌握两种孔口形式过流量的计算公式。答孔口尺寸设计应考虑的主要因素：①泄洪要求：泄流单宽流量是关键因素；②闸门和起闭机械：闸门承载能力和起闭能力等；③枢纽布置：枢纽中其他建筑的布置是否宽松；④下游水流、地质条件：下游水的深度、岩石硬度等；⑤下游消能工的性能：消能工消能效果等。两种孔口形式过流量的计算公式见教材。3.24为何闸墩上游端需做成圆弧形或流线型？溢流坝设置边墙的作用是什么？答闸墩上游端需做成圆弧形或流线型是为了进口水流平顺、减少水流侧收缩。溢流坝设置边墙的作用是起闸墩和分隔作用。3.25简述空化和空蚀的概念，流速大于多少时就可能发生空蚀？什么是引起溢流面发生空蚀的主要原因？空化数大于初生空化数时会发生空蚀现象吗？答空化：当高速水流在某点的压力低于饱和蒸汽压强时，水体中固有的小气核迅速膨胀而成小空泡，这种现象称为空化。空蚀：当空气泡进行高压区受压而溃灭,因溃灭时间短暂,产生很高的局部冲击力，当坝面冲击力大于材料凝聚力时，坝面遭到破坏，这种现象称为空蚀。流速大于15m/s时就可能发生空蚀。坝面不平整是引起溢流面发生空蚀的主要原因。空化数大于初生空化数时不会发生空蚀现象。3.26掺气虽然可减少空蚀，但也存在什么不利之处？答掺气虽然存在①减少空蚀；②射流掺气消耗大量能量而有利于消能工等益处。但也存在①增加水深从而加大工程投资；②形成雾化区等的不利之处。3.27水流脉动对溢流坝有什么害处？答①增大建筑物的瞬时荷载；②脉动周期性引起的振动可能对轻质建筑造成振动；③增加空蚀破坏的可能性。3.28溢流面体形包括哪三段？上游第一段一般采用什么曲线？答溢流面体形由顶部曲线段、中间直线段、反弧段组成。上游第一段一般采用复合圆弧或椭圆曲线。3.29消能工的原理是什么?能量转换的途径有哪些?辅助消能工主要有哪几种?答消能工的原理：通过水跃等局部水力现象，将水流动能转换为热能。能量转换的途径：①水流内部的紊动、掺混、剪切和旋滚等；②水股的扩散及水股间的碰撞；③水流与固体间的剧烈摩擦和撞击；④水流与气体间的摩擦和掺混。辅助消能工主要有：趾墩、消力墩、尾槛等。3.30详述泄水重力坝消能工的主要形式和原理？答泄水重力坝消能工的主要形式：①底流消能；②挑流消能；③面流消能；④消力戽消能。底流消能的原理：①通过水跃将急流转变为缓流而消能；②主要靠水跃产生的表面旋滚与底流间的强烈紊动、剪切和掺混消能。挑流消能的原理：利用泄流建筑物出口处设置的挑流鼻坎，将急流挑向空中，再落入离建筑物较远的下游河道。主要靠急流沿固体边界摩擦而耗能，射流在空中与空气摩擦、掺气和扩散等耗能，射流落入尾水中淹没紊动扩散耗能。面流消能的原理：利用鼻坎将急流挑至水面，在主流下面形成旋滚而消能。消力戽消能的原理：急流进入潜在水下的戽内发生旋滚，经大量消能后由鼻坎挑向下游水面。3.31简述底流消能的特点及其与下游水流的衔接形式、形成消力池的主要措施