水工建筑物——土石坝习题及答案

第四章复习思考题1.从防渗材料的种类、防渗位置以及施工方法等方面看，土石坝各有哪些类型？2.根据建筑材料性质及工作条件，分析土石坝应由哪些部分组成？各自作用是什么？3.土石坝剖面基本尺寸包括哪些内容？它们各自的设计原则、方法是什么？4.土石坝渗流分析的目的是什么？有哪些计算方法？各自有哪些优缺点？5.渗流分析的水力学法有哪些基本假定？6.两个均质坝除坝身材料渗透系数不同外其它均相同，则它们的浸润线相同而渗透流量不同，渗透系数大则渗流量大。

为什么？7.解释下列名词：①管涌；②流土。

8.试述设计反滤层的原则、方法和步骤。

9.土石坝坝坡稳定分析的目的是什么？10.圆弧滑裂面的基本原理11.土石坝边坡稳定分析有哪几种计算情况？各计算情况应考虑哪些力？12.试述用圆弧滑动法计算坝坡稳定有哪些方法。

各种方法的精度和适用条件如何？13.土石坝排水设备有哪些类型？各有什么作用？试说明它们的优缺点和适用条件？14.砂砾石地基处理主要解决什么问题？有哪些处理方法？其优缺点和适用条件是什么？15.细砂和粉砂的地基处理须要解决什么主要技术问题？从防止液化和渗透变形出发，应任何进行理措施？综合测试1.采用多种材料筑坝（A）其材料的透水性可由上游向下游侧逐渐增小；（B）其材料的透水性可由上游向下游侧逐渐增大；（C）其材料的透水性可由下游向上游侧逐渐增大；（D）其材料的透水性可由上游向下游侧逐渐变化。

2.上游坝坡长期处于饱和状态，同时受水库水位骤降的影响（A）上游坝坡应缓于下游坝坡；（B）上游坝坡应缓陡于下游坝坡；（C）下游坝坡应缓于上游坝坡；（D）上游坝坡应同于下游坝坡。

3.通过坝体的渗透流量（A）与坝身材料渗透系数无关，坝体的浸润线与坝身材料渗透系数无关；（B）与坝身材料渗透系数有关，坝体的浸润线与坝身材料渗透系数有关；（C）与坝身材料渗透系数有关，坝体的浸润线与坝身材料渗透系数无关；（D）与坝身材料渗透系数无关。

4.菅涌（A）发生在粘性土中。

从发生到破坏，持续较长的时间；（B）发生在无粘性砂土，砾石中。

从发生到破坏，持续较短的时间；（C）发生在无粘性砂土，砾石中。

从发生即破坏；（D）发生在无粘性砂土，砾石中。

从发生到破坏，持续较长的时间。

5.土石坝边坡稳定分析计算方法中（A）瑞典圆弧法考虑了土条间相互作用力的影响；（B）瑞典圆弧法没有考虑了土条间相互作用力的影响；（C）毕肖普法没有考虑了土条间相互作用力的影响；（D）瑞典圆弧法和毕肖普法都考虑了土条间相互作用力的影响。

6.堆石棱体排水（A）能降低坝体浸润线；（B）不能降低坝体浸润线；（C）对坝体浸润线不影响；（D）提高了坝体浸润线。

7.砂砾石地基处理的主要要解决的问题是：（A）砂砾石地基透水性小；（B）砂砾石地基强度低；（C）砂砾石地基透水性大；（D）砂砾石地基的液化。

8.反滤层作用是排水滤土（A）每层粒径随渗流方向而减小；（B）每层粒径随渗流方向而增大；（C）每层粒径随渗流方向不变；（D）每层粒径随渗流方向透水性减小。

9.防渗体的厚度由（A）防渗体的允许渗透坡降和防渗体的上下游水头差之比确定；（B）防渗体的高度和防渗体的允许渗透坡降之比确定；（C）防渗体的上下游水头差和防渗体的允许渗透坡降之比确定；（D）防渗体的渗透系数和防渗体的允许渗透坡降之比确定。

10.由达西定律可得杜平公式：（A）；（B）；（C）；（D）。

答案复习思考题1、根据施工方法分为碾压式土坝、水力冲填、水中倒土坝等。

碾压坝是用机械将土料分层碾压密实，是应用最广泛的施工方法。

碾压式土坝又分为：①均质坝坝体基本由透水性小的土料填筑而成，不需设置专门的防渗设备。

一般采用透水性较小的砂质粘土或壤土，也可以采用几种土料配置的混合料。

②分区坝由土质防渗体和若干种透水性不同的土石料分区填筑而成。

在坝体中央采用弱透水性士料，自中央向上下游侧的土石料透水性逐渐增大，称为心墙坝；上游侧坝体采用弱透水性土料做成防渗斜墙，坝主体采用较透水的土料，其透水性可由上游向下游侧逐渐增大，称为斜墙坝。

为了便于施工，改善坝体应力避免裂缝，近代修建的高土石坝多采用斜心墙土石坝。

2、土石坝的组成有坝体：①坝的主体；②防渗体：控制坝体浸润线位置，保持坝体渗流稳定性。

③排水设施：安全地排出坝体的渗水，加速孔隙水压力的消散，防止下游坝坡的渗透破坏。

④护坡：防止波浪、气温、雨水等自然现象对坝坡的危害。

3、土石坝的剖面尺寸是根据坝高和坝等级、筑坝材料、坝型、坝基情况及施工、运行等条件，参照工程经验初步拟定坝顶高程、坝顶宽度和坝坡，然后通过渗流、稳定分析，最终确定的合理的剖面形状。

坝顶高程确定设计洪水位+坝顶高程在设计洪水位以上的超高，或校核洪水位+坝顶高程在核洪水位以上的超高，两者中取大值。

坝项宽度的确定根据运行、施工、构造、交通和防汛等方面的要求综合确定。

我国《碾压式土石坝设计规范》要求的坝顶最小宽度为10~15m。

土石坝坝坡确定的原则：①在满足稳定要求的前提下，应可能采用较陡的坝坡，以减少了工程量。

②上游坝坡长期处于饱和状态，同时受水库水位骤降的影响，上游坝坡应缓于下游坝坡；③从坝体上部到下部，坝坡逐步防缓，以满足抗渗稳定和结构稳定性的要求。

④适当设置马道，用以拦截雨水、防止坝面冲刷。

4、渗流分析的目的在于：①对初选的坝的形式与剖面尺寸进行检验，为核算上下游坝坡稳定提供依据。

②根据坝体内部的渗流要素与渗流逸出坡降，检验土体的渗流稳定性，进行坝体防渗布置与土料配置，防止渗流逸出处发生管涌和流土。

③计算通过坝体和河岸的渗流水量损失，并设计排水系统的容量和尺寸。

渗流分析的方法有：①流体力学法：根据达西定律和稳定渗流的连续性条件方程求解，由于土石坝的边界条件复杂，不容易找出一个势函数H=f(x，y，z)，与H共轭的渗函数q=ψ(x，y，•z)的解析式。

②水力学法：在流体力学基础上，做若干假定、简化，求解渗流区域内的平均渗流要素。

本章主要讨论渗流计算的水力学法。

③有限单元法：流体力学的数值解法，可以解决复杂边界条件及不稳定渗流问题。

是深入研究渗流问题的必不可少的重要手段。

④手工绘制流网法：利用流网的性质（曲线正方形），绘制渗流区域的流网图，求解渗流区域内的渗流要素。

⑤实验法：常用的有电模拟法、电网络等模拟试验法。

5、水力学法的基本假定①坝体的土料为均质，各向同性材料；②渗流为缓变流（等势线和流线均缓慢变化），渗流场中任何铅直线上各点的流速和水头相等。

6、由达西定律可得杜平公式：浸润线方程：式中，H1、H2——分别为上下游水深，m；L——渗流区的长度，m；K——渗透系数，m／d。

由上述公式可知通过坝体的渗透流量与坝身材料渗透系数有关，渗透系数大则渗流量大。

坝体的浸润线与坝身材料渗透系数无关。

7、①管涌破坏形式：坝体和地基土体中的部分颗粒被渗流逐步带走。

特点：发生在无粘性砂土，砾石中。

从发生到破坏，持续较长的时间。

②流土破坏形式：在渗流的作用下，粘性土和均匀的非粘性土体被浮起。

特点：发生在粘性土及均匀非粘性土中，发生即破坏。

8、反滤层作用是排水滤土。

反滤层由1~3层级配均匀、耐风化的砂、砾、软石或碎石构成，每层粒径随渗流方向而增大。

反滤层设计的原则：①被保护土层不发生管涌等有害的渗透变形。

②透水性大于被保护土层，能通畅地排除渗透水流，同时不致被细颗粒淤塞而失效。

9、土石坝坝坡稳定分析是确定坝的设计剖面和评价坝体安全的主要依据，稳定分析的可靠程度对坝的经济性和安全性具有重要影响。

10、①假定不同的半径及圆心位置，画出一系列的假定圆弧滑裂面。

②对所假定的每一圆弧上的土体进行受力分析，求出坝体上的各力，对圆心的抗滑力矩和滑动力矩。

圆弧面上的抗滑安全系数为滑裂面上全部抗滑力矩与滑动力矩之比。

③比较一系列圆弧上的抗滑安全系数，最小的抗滑安全系数所对应的圆弧面为最危险滑弧，要求最小的抗滑安全系数满足设计规范的要求。

11、对于凝聚性土类组成均质坝坡或非均质坝坡，坝坡的土体的稳定平衡状态遭到破坏发生滑坡时，滑裂面为圆柱面，稳定分析方法采用的是简单而实用的条分法，如瑞典圆弧法、毕肖普（Bishop）法，坝坡稳定安全系数用滑裂面上全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义。

无粘性土坝坡或以心墙、斜墙为防渗体的砂砾石坝体，其坝坡的稳定分析，常采用楔体平衡理论（直线法或折线法）。

各计算情况应考虑的荷载有自重、渗透水压力、孔隙压力和地震惯性力。

12、圆弧滑动法计算坝坡稳定的方法有瑞典圆弧法，该法假定土坡失稳破坏可简化为一平面应变问题，破坏滑动面为一圆弧形面，将面上作用力相对于圆心形成的阻滑力矩与滑动力矩的比值，定义为土坡的稳定安全系数。

计算时将可能滑动面以上的土体划分成若干铅直土条，略去土条间相互作用力的影响简单条分法不满足每一土条力的平衡条件，一般使计算出的安全系数偏低，个别情况可达60％。

毕肖普法同样假定土坡失稳破坏可简化为一平面应变问题，破坏滑动面为一圆弧形面，但在计算时近似考虑了土条间相互作用力的影响，较瑞典圆弧法更为严格，采用毕肖普法算出的安全系数要比用瑞典圆弧法算出的大10％左右。

13、排水设施的组成：由砾石、碎石、卵石做成的排水体和反滤层两部组成。

①贴坡排水特点：简单、省料、易检修；保护下游坝坡不受尾水冲刷，防止下游坡坝渗透变形；不能降低浸润线。

贴坡排水的适用条件：浸润线较低的坝型。

②堆石棱体排水特点：能降低坝体浸润线；对下游坝坡有防冲、支撑作用；用料多，施工干扰大。

堆石棱体排水的适用条件：高坝、石料多的地区。

③褥垫式排水特点：降低坝体浸润线，有助于软粘土地基的固结排水；适应不均匀变形能力差，易断裂，检修困难，施工干扰大。

褥垫式排水的适用条件：下游无水。

④综合式排水将几种不同形式的排水组合在一起成为综合式排水，以兼取各种形式的优点。

如：当高水位持续时间不长时，采用贴坡排水与堆石棱体排水结合；褥垫式排水和堆石棱体排水结合等14、砂砾石地基处理的主要要解决的问题是砂砾石地基透水性大。

处理方法就是采取防渗排水措施。

常用的防渗排水措施：①垂直防渗设施：如粘土截水墙、混凝土防渗墙、帷幕灌桨等。

②上游水平防渗铺盖。

③下游排水措施：如水平排水层、排水沟、减压井、透水盖重等。

15、细砂和粉沙地基的主要问题是液化。

液化就是在震动荷载作用下，土坝内孔隙水来不及排出，土体内孔隙压力上升，使土体颗粒间的连接强度降低，而处于流动状态。

处理方法有：打板桩封闭；对浅层土，可采用表面振动方法加密；对深层土，采用震冲、强夯的方式加固。

综合测试1.B2.A3.C4.D5.B6.A7.C8.B9.C10.D。