水工建筑物習(xí)題

1、水工建筑物習(xí)題集河海大學(xué)文天學(xué)院二一一年三月習(xí)題一 重力壩穩(wěn)定，應(yīng)力和消能計(jì)算圖一為某級重力壩非溢流壩段最大剖面，試求： 根據(jù)圖給的數(shù)據(jù)計(jì)算主要荷載； 按摩擦公式、抗剪斷公式校核壩基面的抗滑穩(wěn)定性（建議 、 、 分別取0.5、0.3、0.2）； 計(jì)算壩基面 A、B及折坡面處水平面C、D、E點(diǎn)的應(yīng)力及主應(yīng)力 、 、 ； 根據(jù)所計(jì)算的穩(wěn)定安全系數(shù)及應(yīng)力情況，討論此壩斷面設(shè)計(jì)是否得當(dāng)； 設(shè)所給上、下游水位即為設(shè)計(jì)洪水位情況，取 =16米，設(shè)計(jì)所布置的溢流壩的單寬泄流能力，取流量系數(shù)m=0.49，布置溢流壩段面及挑流鼻坎； 計(jì)算在此單寬流量下的挑射距離（取流速系數(shù) =0.93）并估計(jì)沖刷坑深度。 圖一

2、風(fēng)速 V=16m/s               吹程 D=8Km f=0.65         f=0.7         C=60N/cm泥沙 C=300 N/cm        10 

3、       8kn/m習(xí)題二 重力壩基本剖面計(jì)算 圖二為重力壩的基本剖面，要想得到同時(shí)滿足穩(wěn)定和應(yīng)力條件的最經(jīng)濟(jì)剖面，試求出（安全系數(shù) K=1 ， =24KN/m ）重力壩基本剖面。 圖二習(xí)題三 初擬非溢流重力壩剖面及壩體穩(wěn)定計(jì)算 一、資料：   某重力壩為級建筑物，建在山區(qū)峽谷非地震區(qū)，壩頂無交通要求。   上游設(shè)計(jì)洪水位66.0米，相應(yīng)下游水位4.0米。上游校核洪水位68.0米，相應(yīng)下游水位5.0米。壩址處基巖表面高程為0.0米，壩底與基巖之間的摩擦系數(shù)f=0.6。&#

4、160;  為了進(jìn)行壩基灌漿和排水，設(shè)置一標(biāo)準(zhǔn)廊道，其尺寸為2.5*2.5米（見圖三），廊道上游至壩面的最小距離為4.0米，廊道底面至壩底面的 距離為6.0米。多年平均最大風(fēng)速v=16米/秒。吹程D=3公里。計(jì)算中暫不計(jì)泥沙壓力。壩體材料為細(xì)骨料混凝土，其容量 =24kN/m 。二、要求 （1）根據(jù)教材中確定基本剖面的原理（不必用基本剖面計(jì)算公式），并參考實(shí)用剖面經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初擬壩體剖面（要按比例）。 （2）根據(jù)初擬剖面進(jìn)行壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算（設(shè)計(jì)洪水位情況）。如不滿足抗滑穩(wěn)定要求，指出改進(jìn)措施（不要求重新計(jì)算）。      &

5、#160;                                              圖   

6、三習(xí)題四 重力壩應(yīng)力分析一、資料  某重力壩剖面尺寸及計(jì)算點(diǎn)坐標(biāo)如圖四所示。  取單位壩長分析：  鉛直力總和 W=25129.5 （ kN ）（未計(jì)及揚(yáng)壓力，方向向下為正）  水平力總和 P=-10510 （ kN ）（指向上游為正）  對壩底截面形心力矩總和 M=-37561.8 （ kN.m ）（未計(jì)及揚(yáng)壓力， M 的符號，使壩底截面上游部分產(chǎn)生壓應(yīng)力為正）。    揚(yáng)壓力呈直線分布（壩基無防滲、排水設(shè)施）。    本題不計(jì)泥沙壓力及地震力。 二、要求   &

7、#160; 根據(jù)水工建筑物教材介紹的方法（計(jì)及揚(yáng)壓力）計(jì)算壩底截面各計(jì)算點(diǎn)（如上圖中 0 、 10 、 20 、 30 及 41 米）的分應(yīng)力、主應(yīng)力及其方向，并按比例繪圖表示 x 、 y 、 z 主應(yīng)力及其方向。請注意，此處 、 、 均指有揚(yáng)壓力作用的情況。 圖 四習(xí)題五 拱壩布置 一、 資料 壩址河谷斷面如圖六，此為開挖后的新鮮花崗巖表面。壩址地形等高線與河谷平行（如圖五）。 壩體最大壩高為 35 米。壩體材料為細(xì)骨料混凝土砌塊石。 二、要求    試按資料中圖示比例尺（ 1 ： 500 ）的地形圖進(jìn)行雙曲拱壩的平面布置（由于地形對稱，所以僅需畫出半

8、個(gè)拱壩平面布置圖），同時(shí)需畫出拱冠梁斷面圖及圓心軌跡線。  圖五 開挖后的巖石等高線（半平面圖） 圖六 河谷斷面圖 習(xí)題六 拱壩應(yīng)力計(jì)算（用拱冠梁法） 某混凝土拱壩最大壩高 70m ，幾何尺寸如表一及圖七所示，校核洪水位高程 168.0m ，混凝土和基巖彈性模量相同， E=11.0×KN/，混凝土線膨脹系數(shù) =1.0×，河谷為 U 型。試用拱冠梁法求解在校核洪水位和均勻溫升是拱壩的荷載分配。拱圈變位系數(shù)分別見表二及表三。 圖七 （單位：米） 表一高程（米）R外（米）T（米）R內(nèi)（米）平均半徑R（米）半中心角（度）校核水位水壓力強(qiáng)度P（KN/）166.0804.57

9、5.577.7560.520149.58010.969.174.5558.6185133.08017.362.771.3556.9350116.58023.656.468.254.5515100.08030.050.065.053.2680習(xí)題七 拱壩應(yīng)力計(jì)算（用純拱法） 一、資料  某拱壩最大壩高為35米。拱圈為等厚圓弧形，壩底拱厚為10.0米，其中心角為80°，外半徑為 45米。上游面承受均勻水壓力，其強(qiáng)度為350kN/，下游無水。  壩體材料為細(xì)骨料混凝土砌塊石，其彈模 Em=14.0×kN/,線膨脹系數(shù)=0.8×（1/）。 &

10、#160; 兩岸開挖后的新鮮巖石坡度均為 1：1，基巖彈模Ej=7.0×kN/。  荷載組合：水壓力+溫降。二、要求 用純拱法查表計(jì)算拱冠、拱冠的上、下游面應(yīng)力，能否滿足要求？若不能滿足要求，應(yīng)提出改進(jìn)措施（不必再進(jìn)行計(jì)算）。習(xí)題八 均質(zhì)土壩滲流計(jì)算 一、資料    某均質(zhì)土壩修建在不透水地基上，壩體下游設(shè)有堆石棱體排水，壩體土料的滲透系數(shù) K=1×厘米/秒。壩體斷面尺寸見圖八： 二、要求    （1）計(jì)算壩體的單寬滲流量    （2）按比例畫出壩體浸潤線

11、。  圖   八 （單位：米）習(xí)題九 斜墻土壩滲流計(jì)算一、資料    某斜墻土壩剖面見圖九。   圖注：     單位均為米；     上下游壩面護(hù)坡、斜墻上下游反濾層、截水槽上游面過渡層膠其下游面反濾層、截水槽底部的齒墻均未畫出；     上下游水位均系設(shè)計(jì)水位。二、要求  （1）計(jì)算斜墻及截水槽的單寬滲流量（以米/日米計(jì)）  

12、;（2）按比例畫出壩體浸潤線。 圖 九 習(xí)題十 斜墻穩(wěn)定分析一、 資料    某斜墻土壩修建在不透水巖基上，斜墻上游坡度為 1:2.5 ，下游 1:2.1 。壩體斷面尺寸見圖十：    圖中第一段（即面積 abhj）：G1 =1989（KN），滑動(dòng)面上 =2 7°，（沙土），c=0；       第二段（即面積 bcfgh）：G2 =2405（KN），滑動(dòng)面上 =17.5 °， c=0；      

13、; 第三段（即面積 cd e f）：G3 =741（KN），滑動(dòng)面上 =2 8°，（砂礫石），c=0；    另外， =25.46 °， =16.7 °， =12.95 °          1=21.8 °， 2=19.98 °。    計(jì)算情況： (1)庫水位為244.0米，該水位已保持較長時(shí)間，所以計(jì)算 G 1 、 G 2 及 G 3 時(shí)，水位以上用濕容重，水位以下用浮容

14、重。 (2) 粘土斜墻已全部固結(jié)，所以 角均用固結(jié)快剪指標(biāo)，在水位以上采用飽合固結(jié)快剪，偏于安全。 (3)反濾層沙土和斜墻粘土的臨界壓力位置在ab線上，非常接近b點(diǎn)，本習(xí)題中近似認(rèn)為該位置就在b點(diǎn)。 二、 要求        求滑動(dòng)面 abcd 的安全系數(shù)。 圖 十習(xí)題十一 土壩滲流和穩(wěn)定計(jì)算 某粘土心墻砂礫壩斷面如圖十一所示，心墻底部為一厚度 90cm 的截水墻，已知滲流系數(shù)分別為 K1 =2.0 cm/s ，K=2.16 壩殼力學(xué)指標(biāo)為：水上 36 °3 0（水下折減2°），濕容重=20.5KN/m

15、3 , 浮容重=12.4KN/m 3 （1）試計(jì)算單位寬度壩段壩體及壩基的滲流量； （2）列出浸潤線方程，并繪制流網(wǎng)圖 （3）用折線法計(jì)算側(cè)槽圖示滑動(dòng)面的安全系數(shù)。 正常水位：上游 119.5           下游 53.0          （單位：米） 圖 十一習(xí)題十二 側(cè)槽溢洪道的側(cè)槽計(jì)算 一資料    設(shè)計(jì)水位： 3666.80 米；設(shè)計(jì)流量： 665  

16、  溢流實(shí)用堰長度： 60 米；溢流堰頂高程： 363.20 米    側(cè)槽末端：底寬 16.0 米，底高程： 358.80 米    水深 8.89 米（大于臨界水深）    側(cè)槽邊坡：左側(cè) 1 ： 1 ，右側(cè) 1 ： 0.5    側(cè)槽系用砼襯砌，糙率 =0.015    其它資料見圖十二 二、要求   1. 計(jì)算側(cè)槽內(nèi)水面曲線；  2. 檢測該側(cè)槽設(shè)計(jì)的合理性。 三、說明事項(xiàng)  &

17、#160; 附有側(cè)槽水面線推算表。從該表首先分析 計(jì)算公式 的一項(xiàng)有無計(jì)算的必要性（對本習(xí)題而言）。側(cè)槽水面線推算見表四。    側(cè)槽水面落差計(jì)算式    江西省水利科學(xué)研究所：“無閘控制溢洪道水力設(shè)計(jì)”水利出版社 1981 年    側(cè)槽邊坡系數(shù)： m 1 =1.0 m 2 =0.5    第（5）欄    第（6）欄    側(cè)槽糙率：n=0.015    假定的與計(jì)算的相比

18、，其允許誤 差3 。 表四（15）槽底高程M354.60355.30356.00356.70357.40(14）水面高程M364.49363.73364.01364.34364.69 （13）計(jì)算水面高差YM0.2330.2830.3280.350（12）Q2+Q1M3/S1219.2997.5775.8554.2（11）Q2-Q1M3/S110.8110.8110.8110.8（10）V1-V2M/S0.1170.2200.3620.546（9）V1+V2M/S6.4836.1465.5464.656（8）流速VM/S3.303.1832.9632.6012.055（7）流量QM3/S655

19、554.2443.3332.5221.7（6）過水面積M2201.5174.1149.6127.8107.9（5）水深hM8.898.438.017.647.29（4）底寬bM1614.3312.6711.009.33（3）假設(shè)水面高程YM0.240.280.330.35（2）槽底高程ZM0.700.700.700.70（1）間距XM1010101010550+600+500+400+300+200+100+00 圖十二習(xí)題十三 無壓遂洞計(jì)算 某無壓泄水遂洞，采用頂拱120°的門洞形斷面，襯砌后凈寬6米，要求通過Q=750米2/秒（未考慮摻氣的計(jì)算值），糙率：n=0.014

20、，山巖壓力系數(shù)Sy=0.2,巖石抗力系數(shù)K=200N/cm3。Ra  （1）計(jì)算自摻氣后水深；  （2）決定洞的高度及襯砌布置  （3）計(jì)算頂拱內(nèi)力；  （4）按最大彎矩計(jì)算所受力筋。習(xí)題十四 無壓隧洞襯砌計(jì)算 一、資料    見圖十三洞身凈寬5.0米，凈高5.225米，拱的內(nèi)半徑r B=2.5米，平均半徑r=2.725米，拱墻高Yh=2.725 米，襯砌厚度0.45米，鉛直山巖壓力 q=40N/m 2   不計(jì)側(cè)向山巖壓力及內(nèi)水壓力，但考慮巖石彈性抗力及

21、相應(yīng)的摩擦力作用，彈性抗力系數(shù) K= KN/m3 。巖石與襯砌間的摩擦系數(shù) =0.3 。   襯砌用 200 砼號，其彈性模量 E= KN/m 3 。 =24 KN/m 3 ;    設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度 R a =1100 N/m 3 ，安全系數(shù) K 0 =1.6 。    設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度 R t =130 N/m 3 ，安全系數(shù) K 1 =2.5 。    隧洞按 4 級建筑物設(shè)計(jì) 二、  要求    計(jì)算直墻底部（ B 截面）的彎矩 M 和

22、軸向力 N ，以及其相應(yīng)的內(nèi)、外緣應(yīng)力，并驗(yàn)證其能否滿足要求。 三、  說明事項(xiàng) （1） 計(jì)算時(shí)首先繪出計(jì)算簡圖 （2） 取有效數(shù)字六位進(jìn)行計(jì)算，否則誤差很大 （3) 彈性中心處彎矩 X 1 =122.176+108.247 （ KN.m ）      彈性中心處水平力 X 2 =22.701+88.423 （ KN ） 圖 十三習(xí)題十五 有壓隧洞襯砌計(jì)算 一、資料    某有壓遂洞，洞身內(nèi)徑為 5 米，內(nèi)水壓強(qiáng)為 16 米，用 250 號混泥土襯砌， Eh=23 N/m2 ， =1/6 ， K 0 =5

23、000N/cm3 。 二、要求    1. 按內(nèi)水壓力用彈性特征因素法計(jì)算和確定混凝土襯砌厚度。    2. 按選定的襯砌度進(jìn)行襯砌內(nèi)外邊緣應(yīng)力計(jì)算。 習(xí)題十六 水閘閘孔計(jì)算 一、  資料    某水閘采用無坎平底寬頂堰型式，堰頂高程為 1.0 米，與河底同高。閘室無胸墻并采用鋼絲網(wǎng)水泥平面閘門， 預(yù)制工廠供應(yīng)相當(dāng)于閘孔寬度為 6.0 米、 7.0 米及 8.0 米三種規(guī)格的閘門，閘墩厚 1.0 米，頭部為半園形。上游翼墻為園弧形，其外半徑為 15 米，該翼墻上游的兩岸邊坡均為 1 ： 2.5

24、。    計(jì)算是采用上游最高水位 6.85 米，相應(yīng)下游水位 4.80 米，此時(shí)要求宣泄流量 870 米3/秒；上游正常水位 4.90 米，相應(yīng)下游水位 4.20 米，此時(shí)要求宣泄流量不小于 230 米3/秒。河床均為粘土，其標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為 9 ，水流通過閘孔后的單寬流量（其值在本習(xí)題中用總流量除以閘空總寬度進(jìn)行計(jì)算，閘空總寬度包括閘墩在內(nèi)）不允許超過24米3/秒。 二、要求    1 、確定閘孔數(shù)目及閘孔寬度；    2 、畫出諸閘孔平面圖（包括上游翼墻）。 三、  說明事項(xiàng)  &#

25、160; 1 、流量系數(shù)可查河海大學(xué)編的水利學(xué)教材第二版下冊 P29 表 9 、 10 ，即：無坎寬頂堰的流量系數(shù) m 值。    2 、邊孔流量系數(shù)按圖十四查表   用     B 邊孔寬度，兩個(gè)邊孔寬度相同。 圖 十四習(xí)題十七 水閘滲透壓力計(jì)算 采用阻力系數(shù)法計(jì)算某水閘（見圖十五）地下輪廓線上的滲透壓力，并畫出滲透壓力分布圖（以水柱高度計(jì)）。      附：電擬試驗(yàn)值（與計(jì)算值可作對比之用）      PD=3.93m  PL=1.