水工建筑物——重力坝习题及答案

第二章

复习思考题

1.结合重力坝的工作条件，分析其优缺点

2.重力坝设计必须包括哪些主要内容？

3.为什么扬压力对重力坝的应力及稳定均不利？

4.画图表示岩基上混凝土实体重力坝设置了封闭的灌浆帷幕、排水孔幕的布置和抽排水设施时的扬压力图形。

5.为什么要进行荷载组合？什么是基本荷载和基本荷载组合，什么是特殊荷载和特殊荷载组合？

6.重力坝抗滑稳定计算公式有哪几种？试比较各公式的基本理论、优缺点和适用条件。

7.提高重力坝抗滑稳定性有哪些措施？

8.重力坝应力分析的目的是什么？

9.重力坝应力分析的材料力学有哪几条基本假定？

10.用材料力学法计算重力坝应力，其强度标准是什么？

11.重力坝为什么要分缝？需要分哪些缝？

12.纵缝有哪几种？各有什么优缺点？

13.廊道有哪些作用？如何确定各种用途廊道的形式、尺寸和位置？布置廊道系统的原则是什么？

14.坝身排水孔的作用是什么？距上游坝面的距离、孔距如何确定？

15.重力坝对地基有哪些要求？为什么有这些要求？这些要求与天然地基的条件之间有哪些矛盾？

16.试述重力坝固结灌浆的目的、设计内容、原则和方法。

17.试述重力坝防渗帷幕灌浆的目的、设计内容、原则和方法。

综合测试

1.扬压力即为：

（A）渗透压力；

（B）浮压力；

（C）渗透压力和浮压力之和；

（D）渗透压力减去浮压力。

2.基本荷载是：

（A）出现机会较多的荷载；

（B）出现机会较少的荷载；

（C）出现机会较多的荷载和出现机会较少的荷载之和；

（D）基本荷载和一种或几种特殊荷载。

3.摩擦公式认为：

（A）坝体与坝基为胶结状态；

（B）坝体与坝基为接触状态；

（C）坝体与坝基为连接状态；

（D）坝体与坝基为作用状态。

4.材料力学法假定

（A）水平截面上的垂直正应力呈曲线分布；

（B）水平截面上的垂直正应力呈均匀分布；

（C）水平截面上的垂直正应力呈不均匀分布；

（D）水平截面上的垂直正应力呈直线分布。

5.应力的控制标准是：

（A）上游坝基面垂直正应力（计入扬压力）大于零；

（B）上游坝基面垂直正应力（计入扬压力）小于零；

（C）上游坝基面垂直正应力（计入扬压力）等于零；

（D）上游坝基面垂直正应力（计入扬压力）不为零。

6.横缝的设置是：

（A）通过于坝轴线，将坝体分成若干坝段；

（B）平行于坝轴线，将坝体分成若干坝段；

（C）沿着于坝轴线，将坝体分成若干坝段；

（D）垂直于坝轴线，将坝体分成若干坝段。

7.设计规范规定采用抗剪断强度公式时，在基本荷载作用下滑动面上的抗滑安全系数为：

（A）=3.0；

（B）=2.5；

（C）=1.1；

（D）=2.3。

8.非溢流重力坝剖面设计的基本要求是：

（A）满足抗滑稳定条件、下游坝趾不出现拉应力的经济剖面；

（B）满足抗滑稳定条件、上游坝踵不出现拉应力的经济剖面；

（C）满足抗滑稳定条件、上游坝踵出现压应力的经济剖面；

（D）满足抗滑稳定条件、下游坝趾有较小的拉应力的经济剖面。

9.坝体排水作用是：

（A）减少水流对坝体的危害；

（B）减少雨水对坝体的危害；

（C）减少废水对坝体的危害；

（D）减少渗水对坝体的危害。

10.固结灌浆是在：

（A）坝基较大范围内，钻孔进行浅层低压灌浆，用坝整体加固地基；

（B）坝基较大范围内，钻孔进行深层低压灌浆，用坝整体加固地基；

（C）坝基较大范围内，钻孔进行深层高压灌浆，用坝整体加固地基；

（D）坝基局部范围内，钻孔进行浅层低压灌浆，用坝整体加固地基。

答案

复习思考题

1、重力坝的特点有：

①重力坝坝体材料抗冲性能好，泄洪和施工导流问题容易解决；

②断面形状简单，结构作用明确，施工方便，安全可靠；

③适合于在各种气候条件下修建，但在冬季，当温度低于-3℃，混凝土中水会结冰，需采用加热、保温、防冻措施等；夏季当温度高于30℃，需采用低热水泥、低温水、加冰屑、预冷骨料，掺外加剂延长初凝时间；

④对地基的要求比拱坝低，但比土石坝高，独立的坝段适应变形能力好；

⑤有丰富的建设，设计经验工作可靠，使用年限长；施工放样、扩建，维护简单。

⑥坝体工程较大，材料的强度不能充分发挥；

⑦水泥用量大，施工时，水化热不易消散，易产生温度裂缝，需设置温度伸缩缝，采取温度控制措施；

⑧受扬压力影响大，扬压力抵消了部分坝体的重量，对坝体的稳定不利，需采取防渗排

水措施。

2、重力坝的设计内容有：

①剖面设计参照已建类似工程，拟定剖面尺寸。

②稳定计算验算坝体沿建基面或地基中软弱结构面的稳定安全度。

③应力计算使应力条件满足设计要求，保证大坝和坝基有足够的强度。

④溢流重力坝和泄水孔的孔口尺寸的设计孔口尺寸的设计，包括泄水建筑物体型、堰顶或泄水孔进口的高程、溢流重力坝前沿的宽度和泄水孔口的宽度。

⑤构造设计根据施工和运行要求，确定坝体的细部构造，如廊道系统、排水系统等。

⑥地基处理根据地质条件，进行地基的防渗、排水、断层等地质结构面的处理。

⑦观测设计包括坝体内部和外部的观测设计。

3、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，对坝的应力不利。

4、

5、荷载组合：将具有合理的同时出现机率的荷载进行最不利组合，作为建筑物上的设计荷载。

基本荷载：

①坝体及其上永久性设备重；

②正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力（选择一种控制情况）；

③相应于正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力；

④泥砂压力；

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其他出现机会较多的荷载。

特殊荷载：

①校核洪水位时的静水压力；

②相应于校核洪水位时的扬压力；

③相应于校核洪水位时的浪压力；

④相应于校核洪水位时的动水压力；

⑤地震荷载；

⑥其他出现机会较少的荷载。

基本组合：由基本荷载组合。

特殊组合：由基本荷载和一种或几种特殊荷载组合。

6、摩擦公式和抗剪断强度公式

摩擦公式：认为坝体与坝基为接触状态，公式形式简单，但没有考虑坝体与坝基的咬合，胶结作用，与实际情况出入较大。

抗剪断强度公式：认为坝体与坝基为胶结状态，计入了坝基面的全部抗滑潜力，较接近实际作用情况。

两种计算公式均为《混凝土重力坝设计规范》推荐的计算公式，其安全系数只是一个抗滑稳定的安全指标，并不能反映坝体真实的安全程度。

7、提高坝体抗滑稳定性的措施

①利用水重，将坝体上游面做成倾斜，利用水重增加向下的垂直力。

②坝基面向上游倾斜，对抗滑稳定有利。

③在坝基面设置防渗排水设施，减少扬压力。

④坝踵深齿墙，当软弱夹层埋藏较浅时，将坝踵附近出露的软弱夹层开挖齿槽切断，并回填混凝土处理，施工简单，工程量不大，有利于坝基防渗。

⑤混凝土洞塞，当软弱夹层埋藏较深时，厚度大且倾角较平缓，全部挖出工程量大，可在软弱夹层中放置数排混凝土洞塞，增加软弱夹层的抗剪能力。

⑥坝趾深齿墙，在坝趾下游修建深齿墙，增加尾岩抗力体高度，增加尾岩抗力，适用于在坝基开挖过程中出，发现了原来没有预见到的夹层时采用。

⑦钢筋混凝土抗滑桩，在坝基软弱夹层的下游坝趾、抗力体部位，布置钢筋混凝土抗滑桩，深入到滑动面以下完整岩体中，利用桩体承受推力或剪力增加尾岩抗力。

⑧预应力锚索。

8、重力坝应力分析目的是：

检验坝体在运用期和施工期是否满足强度方面的要求；

确定坝体砼标置分区以及为配置钢筋提供依据。

9、基本假定

①坝体材料为均质、连续、各向同性的弹性材料。

②坝段为固结于地基上的悬臂梁，各坝段独立工作，横缝不传力。

③地基的变形对坝体的应力没有影响。

④水平截面上的垂直正应力呈直线分布（平面假定）。

10、应力的控制标准：

上游坝基面垂直正应力（计入扬压力）大于零。

下游坝基面垂直正应力（计入或不计入扬压力）小于地基允许承载力。

上游坝面主应力（计入扬压力）大于零。

下游坝面主应力（计入或不计入扬压力）小于混凝土的允许压力。

11、在水工建筑物中，为适应施工期和运行期的温度变化、地基不均匀沉降、施工时混凝土的浇筑能力及散热要求以及结构布置要求等设置的接缝构造。

缝的类型按作用可分为温度缝（又称伸缩缝）、沉陷缝和施工缝，按使用期限可分为永久缝和临时缝。温度缝和沉陷缝多为永久缝，施工缝多为临时缝。

12、缝的形式：

①错缝：浇筑块尺寸小，适用于低坝。

②纵缝：缝面需要设置键槽，避免坝块之间的错动。

③斜缝：沿主应力轨迹布置，可以减小坝块之间的错动。

④通仓浇筑：浇筑能力大，温度应力大，是发展方向，整体性好。

13、廊道系统的作用：用于基础灌浆、排水、观测、检查、交通

基础灌浆廊道用于防渗帷幕及排水幕的施工。

其他用于设置排水、观测、检查设施，形成坝内交通。

廊道布置离上游坝面距离：坝前水深的，在基岩面以上应有 1.5倍廊道宽度的距离，沿坝高每隔15m～20m高程设置一层。

廊道的断面形式：城门洞型。

14、坝体排水作用：减少渗水对坝体的危害

坝体排水之间的间距：沿坝轴线方向，2～3m布置一根排水管。

坝体排水离上游坝面距离：坝前水深，以防止渗水溶滤作用。

坝体排水的材料：采用多孔砼管，在坝体浇筑时预埋在坝体内

15、重力坝对地基的要求：具有一定的承载能力，不发生显著的变形，具有一定的抗渗能力。

天然地基经过长期的地质作用，一般都有风化、节理、裂隙等缺陷以及断层、软弱夹层

等结构面。重力坝的地基处理的任务：提高地基的强度、稳定性和抗渗能力。

16、固结灌浆：在坝基受力较大范围内，钻孔进行浅层低压灌浆，用坝整体加固地基，其目的：

①改善地基的强度、整体性、提高基岩的不透水性；

②坝实在溶洞、断层中充当的砼与基岩间的裂隙；

③有利于提高帷幕灌浆的压力。

设计要求：

固结灌浆布置范围：坝趾、坝基的较大范围内；

钻孔布置：梅花形、方格形；

孔距：排距3m、2m—4m；

孔深：5—15m；

灌浆压力；以不掀动基岩为限。

17、帷幕灌浆是在坝踵附近钻孔，进行深层高压灌浆，充填地基中的裂隙和渗水通道，形成一道连续的砼地下墙。

帷幕灌浆作用是减少坝底渗透压力；降低坝底渗流坡降，防止发生机械或化学管涌；减少渗流量。

设计要求：

①帷幕的深度

帷幕应伸入相对不透水层3—5m。

当相对不透水层较深时，采用悬挂式帷幕深度（0.3～0.7）坝高。

②帷幕的厚度满足抗渗要求。

③灌浆材料：水泥浆和化学灌浆。

④钻孔方向：垂直向下或倾角在10°坝内，以穿过更多的裂隙。

⑤帷幕应伸入两岸坝肩基岩的一定范围内。

综合测试

1.C

2.A

3.B

4.D

5.A

6.D

7.A

8.B

9.D

10.A