水工级水工建筑物考试答案

2009-2010学年第二学期《水工建筑学Ⅰ》期末试卷

（07级水工专业用）

班级学号姓名成绩.

一、是非题: (对打√，错打×，每题2分，共20分)

1．重力坝的基本剖面是指在坝体自重、静水压力和扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定要求，并使工程量最小的三角形剖面。（×）2．回填灌浆的对象是衬砌与围岩之间的空隙，固结灌浆则是针对隧洞全断面进行的。( √) 3. 拱坝各层拱圈的中心角越小，对坝肩的稳定越有利，对应力越不利。

(×) 4．在水闸底板末端设平台小坎，可削弱波状水跃，但对泄流能力稍有影响。

(√) 5．土石坝坝坡稳定计算中用重度替代法考虑渗透力作用时，对下游水位以下的土体，计算滑动力矩时用饱和重度，计算抗滑力矩时用浮重度。

( ×)

6. 重力坝设计时应力控制标准由计算截面上垂直正应力控制。( ×)

7. 土基上水闸闸基渗流段的阻力系数只与渗流区段的几何形状有关。

( √) 8. 大头坝应进行支墩纵向弯曲稳定性验算。(

√)

9.若“拱效应”影响明显，则土石坝窄粘土心墙可能产生水平裂缝。

( √) 10.当隧洞洞身在平面布置上不得不转弯时，宜将工作闸门放在弯道以上。

( ×) 二、单项选择题（每题2分，共20分）

1．当重力坝上游坝面设成倒坡时，纵缝对坝踵处应力( A )。

A. 有利

B. 不利

C.不一定

D. 无影响

2．土基上水闸的主要消能工是( B)

A．挑流鼻坎B．消力池C．消力戽D．宽尾墩

3．为了消除或减小作用于隧洞衬砌侧向山岩压力，工程中多采用图（C）所示的隧洞断面型式。

（a）(b) (c) (d)

4．按分项系数极限状态法验算重力坝坝踵拉应力时，其极限状态应考虑( A)。

A．正常使用极限状态B．承载能力极限状态

C．纵向失稳极限状态D．抗滑稳定极限状态

5．拱坝的温度荷载对拱坝稳定和应力都有影响，( C)。

A．温降对稳定和应力都有利B．温降对稳定应力都不利

C．温降对稳定有利，对应力不利D．温降对应力有利，对稳定不利6．多拱梁法在变位协调时，需调整( C)。

A．铅直向变位、绕垂直轴的转角变位和径向变位

B．径向变位和绕径向轴的转角变位

C．切向变位、绕垂直轴的转角变位和径向变位

D．铅直向变位、切向变位和径向变位

7．在水工隧洞中，围岩抵抗衬砌向外变形而产生的作用于衬砌外壁上的力称为( A)。

A．弹性抗力B．山岩压力C．灌浆压力D．不平衡剪力8.用材料力学法分析重力坝应力时，水平截面上的水平正应力沿水平坐标

轴呈( D)分布。

A. 折线

B. 直线

C.抛物线

D. 三次曲线

9.当水闸地基为相对密度大于0.5的砂土时，其整体式平底板的结构计算可

采用( A)。

A. 反力直线分布法

B. 改进阻力系数法

C. 倒置梁法

D. 弹性地基梁法

10.正槽溢洪道的转弯段采用渠底超高法是为了使流量分布均匀并( A)。

A. 消减冲击波

B. 防止折冲水流

C. 增加转弯半径

D. 利用离心力

三、简答题：(每题5分，共20分)

1．水闸的水力设计包括哪些内容？

答案要点：水闸的水力设计内容包括闸孔型式和尺寸确定、消能防冲设施的设计、闸门控制运用方式的拟定。

2．草绘正槽溢洪道的纵剖面示意图并说明其组成部分。

答案要点：

正槽溢洪道的组成部分为：（引水渠）、控制堰、泄槽、消能段、尾水渠。纵剖面图略。

3．土石坝中反滤层应符合哪些要求？

答案要点：

土石坝的反滤层应符合下列要求：使被保护土不发生渗透变形；渗透性大于被保护土，能通畅地排出渗透水流；不致被细粒土淤塞失效；在防渗体出现裂缝的情况下，土颗粒不会被带出反滤层，能使裂缝自行愈合。

4．本课程习题之一要求对所给的某II 级重力坝非溢流坝段最大剖面用摩擦公式和抗剪断公式校核其坝基面的抗滑稳定性。计算结果如下：K （摩擦公式）=1.001，K （抗剪断公式）=1.81，两者均不满足规范要求，请你对此问题提出相应的解决措施。

答案要点：

①将坝的迎水面做成倾斜或折坡形，利用坝面上的水重来增加坝体的抗滑稳定。

②将坝基面开挖成倾向上游的斜面，借以增加抗滑力，提高稳定性。 ③利用地形地质特点，在坝踵或坝趾设置深入基础的齿墙，用以增加抗力提高稳定性。

④利用有效的防渗排水或抽水措施，降低扬压力。

⑤利用预加应力提高抗滑稳定性。

四、论述题（每题10分，共40分）

1．请推导改进阻力系数法公式。当闸室的抗渗稳定计算不满足要求时，可

采取什么措施？

答案要点：

(1)如图所示为一矩形渗透区域。k 为渗透系数，A 为渗流区段内垂直于流线的平均单宽面积，l 为渗流区段内流线的平均长度；h 为某一渗流区段的水头损失。

假定渗流符合根据达西(Darcy)定律，某一渗流段的单宽流量为

h q A TkJ Tk l

υ===

ξ=。根据水流的连续原理，各段的单宽渗流量应该相令阻力系数l T

同。所以，各段的

k q 值相同，而总水头

H 应为各段水头损失的总和，即

∑∑∑======n i i n

i i n i i k q k q h H 111ξξ 从而可计算各渗流段的水头损失，即：

∑==n i i i i H

h 1ξξ

求出各段的水头损失后，再由出口处向上游方向依次叠加，即得各段分界点的水头，而两点之间的渗透压强可近似地认为线性分布，对于进出口附近各点的渗透压强有时需要修正。

(2)合理确定闸基防渗长度；根据设计要求和地基特性，合理进行水闸地下轮廓布置，选择合理的防渗排水设施。

2．我国西部某土石坝以粘土心墙为防渗体，坝顶高程1711.0米，坝基面高

程1610.0米，正常蓄水位 1708.0米，下游无水，上、下游边坡均为1:2.3，地基为约60米深的砂砾石层。试对该工程的典型剖面进行防渗系统布置（注：剖面图中只需标明各防渗结构的名称，无需尺寸和材料参数）。 答案要点：

给分标准：画出：粘土心墙（2分），心墙上下游过渡层（各1分），混凝土防渗墙（或帷幕灌浆）（2分，若防渗墙位置不对扣1分），褥垫排水（棱体排水或混合式排水也算）（2分），排水处的反滤层（1分），心墙顶高程高于1708.0米（1分）。

3．双曲拱坝拱冠梁法得到的拱、梁荷载分配的可能结果是什么？试用图加以说明。拱冠梁法中梁的单位径向变位系数和拱的径向变位系数的含义是什么？

答案要点：

(1)图略。水压力和泥沙压力等水平径向荷载由拱、梁共同承担，梁顶分配有反向荷载；温度荷载引起的拱圈变形由拱圈单独承担，但该变形能影响水平荷载的分配；坝上游倾斜面上的水重和泥沙重等铅直荷载由梁单独承担，它也能通过拱冠梁各断面在其作用下所产生的径向位移来影响水平荷载的分配；坝体自重对荷载分配的影响与施工方法有关，对于分块浇筑的混凝土拱坝，由于封拱前各坝段在自重作用下的变形和应力业已形成，因而坝体自重由梁单独承担，并且也不影响水平荷载。但对整体砌筑的浆砌石拱坝或边浇筑边封拱的混凝土拱坝，自重将同水重、泥沙重等水平荷载一样影响水平荷载的分配。

(2)拱冠梁j点作用一个“单位三角形荷载”引起i点的水平径向变位，称为梁的单位径向位移系数；i层拱圈在单位径向均布荷载作用下，拱冠处的径向位移，称为拱的单位径向位移系数。

4．重力坝与土石坝的稳定破坏方式有何不同？其抗滑稳定分析方法和内容有何不同？

答案要点：

(1)重力坝的稳定破坏方式：一种是坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，包括沿坝与基岩接触面的滑动以及沿坝基岩体内连续软弱结构面

产生的深层滑动；另一种是在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引起倾倒滑移破坏

；浮起、倾倒、滑动；少数情况下可能浮起。

土石坝的稳定破坏方式：滑坡——由于坝坡过陡或筑坝土料抗剪强度不够，使某一滑动面以上土体所受滑动力或滑动力矩超过了其下相应土体可能施加的抗滑力或抗滑力矩；由于坝基土体抗剪强度不够，使部分坝体连同坝基一起滑动，尤其当坝基有软弱夹层时，滑动往往在该层发生。液化——易发生在由不紧密均匀细砂构成的坝体或坝基中，饱和松砂受振动或剪切而发生体积收缩，但孔隙中的水分不能立即排出，砂砾相互接触的有效应力部分或全部转化为没有抗剪强度的孔隙水压力，砂粒就随水流动而“液化”。塑性流动——指坝体或坝基土的剪应力超过土体实有的抗剪强度，变形远超过弹性限值，失去承载能力，坝坡或坝脚土被压出或隆起，或坝体、坝基发生严重裂缝，过量沉陷等情况，坝体或坝基由软粘土构成又设计处理不当时才会出现这种现象。

(2)重力坝抗滑稳定分析方法：实验分析法、定值安全系数计算法、分项系数极限状态计算法；分析内容：折坡面抗滑稳定分析、沿坝基面的抗滑稳定分析、沿坝基深层抗滑稳定分析、岸坡坝段抗滑稳定分析。

土石坝抗滑稳定分析方法：实验分析法、数值解析法【滑动面法（圆弧滑动法、折线滑动法、复合滑动面法等）、应力应变分析法】；分析内容：不同情况的坝坡稳定分析。

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