水工建筑物課件 思考題水電專業(yè)水工建筑物

水工建筑物思考題答案1．水利水電工程包括哪些方面？

水利水電工程包括防洪治河、水力發(fā)電、農(nóng)田水利、給水排水、航運(yùn)等方面。2．什么是水利樞紐，水利樞紐有哪些類型？

水利樞紐：由若干個不同類型的水工建筑物組成的綜合體，用以控制和利用水流。水利樞紐的類型有：水庫樞紐、有壩取水樞紐、無壩取水樞紐。3．水工建筑物的工作條件應(yīng)包括哪些內(nèi)容？①河流的水文現(xiàn)象是隨機(jī)的、使得洪水的預(yù)報、推測的困難。

②水荷載（靜水壓力、浪壓力、滲透力）的作用、高速水流的沖刷，對水工建筑物的穩(wěn)定性、強(qiáng)度、耐久性影響較大。

③地形地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動形成了各種地質(zhì)界面，目前的勘探測試手段不足，對地基的分析依賴于經(jīng)驗的判斷。

④工難度大：施工導(dǎo)流影響整個施工工期、地基開挖工程量大、地基處理復(fù)雜、水下施工困難。4．如何對水工建筑物分類？

水工建筑物可分為：

①一般性（通用性）建筑物：

攔、蓄、擋——壩、水閘、堤防泄——溢洪道、壩身泄水孔、泄洪隧洞

取——進(jìn)水閘、電站引水系統(tǒng)（壩身引水、管道引水）、引水隧洞輸——渠道、隧洞、涵洞、管道

河道整治——護(hù)岸工程、導(dǎo)流堤、丁壩②專門性建筑物：電站廠房、船閘等。5．為什么要對水利水電樞紐工程分等和對水工建筑物分級，分等分級的原則、方法是什么，分等分級有哪些作用？

水利水電樞紐工程的分等就是根據(jù)其工程規(guī)模、效益和在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性，如水庫的總庫容、防洪（下游城鎮(zhèn)、工業(yè)區(qū)的重要性；保護(hù)農(nóng)田的面積）、灌溉面積、排澇、供水（供給城鎮(zhèn)及礦區(qū)的重要性）、裝機(jī)容量分為五等。

水利水電樞紐工程分級就是，將水利水電工程中的水工建筑物，根據(jù)所屬樞紐工程的等別及在工程的作用和重要性，劃分為五級。

水利樞紐工程的分等和水工建筑物的分級的重要性及意義：水利樞紐工程的分等和水工建筑物的分級，有利于使建筑物的安全性、可靠性與其在社會經(jīng)濟(jì)中的重要性相稱。有利于選取和確定工程抗御災(zāi)害的能力，如洪水標(biāo)準(zhǔn)；建筑物設(shè)計的強(qiáng)度與穩(wěn)定計算的安全系數(shù)；建筑材料的品質(zhì)；運(yùn)行的可靠性，使工程達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。第二章1.什么是水資源規(guī)劃？

水資源規(guī)劃分為流域規(guī)劃和區(qū)域規(guī)劃。流域規(guī)劃包括流域綜合規(guī)劃和流域?qū)I(yè)規(guī)劃；區(qū)域規(guī)劃分為區(qū)域綜合規(guī)劃和區(qū)域?qū)I(yè)規(guī)劃。2.什么是流域綜合規(guī)劃？

流域綜合規(guī)劃和區(qū)域綜合規(guī)劃體現(xiàn)該地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的總要求，同時還必須與土地利用規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)規(guī)劃相協(xié)調(diào)，兼顧各流域，各地區(qū)和各行業(yè)的需要和發(fā)展。3.什么是流域?qū)I(yè)規(guī)劃？

流域?qū)I(yè)規(guī)劃指流域或區(qū)域的水文測驗規(guī)劃、防洪規(guī)劃、水電開發(fā)規(guī)劃、治澇規(guī)劃、灌溉規(guī)劃、航運(yùn)規(guī)劃、竹木流放規(guī)劃、漁業(yè)規(guī)劃、水土保持規(guī)劃、水資源保護(hù)規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)規(guī)劃等。4.水利水電樞紐工程規(guī)劃設(shè)計應(yīng)進(jìn)行哪些方面的研究？

水利水電樞紐工程規(guī)劃設(shè)計應(yīng)進(jìn)行環(huán)境影響評價、工程水文研究、工程地質(zhì)研究、建筑材料研究、經(jīng)濟(jì)評價分析等方面的研究，最后編制設(shè)計研究報告。第三章1.什么叫作用？什么是直接作用？什么是間接作用？

使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形的各種原因總稱為結(jié)構(gòu)上的作用。結(jié)構(gòu)上的作用可分為直接作用和間接作用。直接作用是指直接施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，也可稱為“荷載”；間接作用則是指使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生外加變形或約束變形的原因，如地震、溫度作用等。2.作用的分類有哪些？

作用分類有：

(1)按隨時間的變異分類可分為永久作用、可變作用和偶然作用。

(2)按隨空間位置的變異分類可分為固定作用和可動作用。

(3)按引起結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類可分為靜態(tài)作用和動態(tài)作用。

(4)按屬于安全系數(shù)設(shè)計法的規(guī)范分類可分為基本荷載和特殊荷載。3.一般如何考慮拱壩的自重作用對壩體應(yīng)力的影響？

若壩體混凝土全部澆筑完成后進(jìn)行收縮縫灌漿，則假定全部自重均由懸臂梁承受，自重變位已經(jīng)完成，不參加拱梁分載法中的變位調(diào)整。但對具有垂直向的雙曲拱壩，往往需要限制獨(dú)立澆筑塊的高度以保持壩塊的穩(wěn)定，澆筑到該高程并冷卻后先行封拱，再繼續(xù)向上澆。此種情況下灌漿前的混凝土自重由懸臂梁單獨(dú)承受，封拱以后澆筑的混凝土自重將在封拱高程下部的梁和拱之間進(jìn)行分配。4.什么是溫度應(yīng)力？

當(dāng)結(jié)構(gòu)的溫度有所改變時，它的每一部分都將由于溫度的升高或降低而發(fā)生膨脹或收縮。如果這種熱脹或冷縮變形受到結(jié)構(gòu)外在約束或內(nèi)部各個部分之間的相互約束的限制而不能自由進(jìn)行時，結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力，這部分應(yīng)力即是所謂的變溫應(yīng)力，通常又稱溫度應(yīng)力。5.溫變荷載如何影響拱壩的變位？

荷載組合：將具有合理的同時出現(xiàn)機(jī)率的荷載進(jìn)行最不利組合，作為建筑物上的設(shè)計荷載。

溫降時：拱壩的軸線縮短，向下游變位，由此產(chǎn)生的剪力、彎矩的方向與水壓力產(chǎn)生的剪力、彎矩的方向相同；軸力的方向與水壓力產(chǎn)生的方向相反--對壩體應(yīng)力不利。

溫升時：拱壩的軸線伸長，向上游變位，由此產(chǎn)生的剪力、彎矩的方向與水壓力產(chǎn)生的剪力、彎矩的方向相反，軸力的方向與水壓力產(chǎn)生的方向相同--對壩肩穩(wěn)定不利。6.什么是孔隙水壓力？什么是固結(jié)過程？

在飽和土體上施加荷重時，開始將全部或部分為水所承擔(dān)，從而形成超孔隙水壓力，有時也就簡稱孔隙水壓力。在孔隙水因受壓而逐漸排除時，所加的荷重才逐漸轉(zhuǎn)移到土粒骨架上，這一過程稱為固結(jié)過程。7.什么是有效應(yīng)力？什么是總應(yīng)力？

在對非飽和土體上施加荷重時，土粒骨架所承擔(dān)的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力，孔隙水所承擔(dān)的應(yīng)力稱孔隙水壓力，兩者之和稱為總應(yīng)力。8.何為波浪的三要素？如何計算？

波浪的三要素是指波浪的波長Ll；波浪的高度hl；波浪中心線壅高h(yuǎn)0。在土石壩和水閘設(shè)計中，引入了與波高相對應(yīng)的平均波周期Ｔ要素．由于影響波浪的因素很多，目前主要用半經(jīng)驗公式來確定波高和波長。有官廳水庫公式，該公式為《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》（SDJ21-1978）推薦，適用于山區(qū)峽谷水庫，吹程1～13km，風(fēng)速4～16m/s的深水波的波浪要素計算。有莆田試驗站公式，該公式為《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274-2001）和《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）推薦，適用于淺水波和破碎波的波浪要素計算。9.泄水建筑物中的水流流速V>16~18m/s時會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

泄水建筑物中的水流流速增加到一定的程度時(V>16~18m/s)，隨之出現(xiàn)一些高速水流如所特有的問題，如高佛氏數(shù)、大雷諾數(shù)、紊動強(qiáng)烈、對邊界變化非常敏感，很容易產(chǎn)生沖擊波、摻氣、空穴及脈動等現(xiàn)象。10.什么是體內(nèi)消能？什么是體外消能？泄水建筑物的消能方式分為體內(nèi)消能和體外消能。體內(nèi)消能是在建筑物表面或內(nèi)部產(chǎn)生水流紊動消能，如階梯式消能工、寬尾墩消能工等輔助消能工。體外消能是在泄水建筑物的下游某一指定地方通過一定方式消剎水能，常用的有底流消能、挑流消能、面流消能和戽流消能。11.如何計算作用在水工建筑物上的地震慣性力？

一般情況下,水工建筑物抗震設(shè)計只考慮水平向地震作用。水工建筑物抗震設(shè)計計算中采用擬靜力法時,沿建筑物高度作用于質(zhì)點i的水平向地震慣性力代表值可統(tǒng)一用下式計算：

該式中αi為質(zhì)點的動態(tài)分布系數(shù)。對不同的建筑物,或在建筑物不同高度處，有不同的取值規(guī)定。12.什么是作用效應(yīng)組合？如何進(jìn)行作用效應(yīng)組合？拱壩的泄洪方式有壩頂溢流式和壩身泄水孔。

壩頂溢流式有：

①自由跌落式，特點：適于基巖良好，泄流量不大的情況；結(jié)構(gòu)簡單，施工方便；水舌通氣條件不好，不能挑流；易產(chǎn)生貼坡流。

②鼻坎挑流式，特點：曲線壩頂下接一反弧鼻坎，有利于減少溢流水流的振動，避免了低水頭時的貼坡流；有利于挑流。

③滑雪道式，特點：落差大，挑距遠(yuǎn)，可達(dá)60~100M，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工程量大，適于泄流量大，較薄的拱壩。

壩身泄水孔可以放空水庫，提前預(yù)泄洪水第五章重力壩1.結(jié)合重力壩的工作條件，分析其優(yōu)缺點

重力壩的特點有：

①重力壩壩體材料抗沖性能好，泄洪和施工導(dǎo)流問題容易解決；

②斷面形狀簡單，結(jié)構(gòu)作用明確，施工方便，安全可靠；

③適合于在各種氣候條件下修建，但在冬季，當(dāng)溫度低于-3℃，混凝土中水會結(jié)冰，需采用加熱、保溫、防凍措施等；夏季當(dāng)溫度高于30℃，需采用低熱水泥、低溫水、加冰屑、預(yù)冷骨料，摻外加劑延長初凝時間；

④對地基的要求比拱壩低，但比土石壩高，獨(dú)立的壩段適應(yīng)變形能力好；

⑤有豐富的建設(shè)，設(shè)計經(jīng)驗工作可靠，使用年限長；施工放樣、擴(kuò)建，維護(hù)簡單。

⑥壩體工程較大，材料的強(qiáng)度不能充分發(fā)揮；

⑦水泥用量大，施工時，水化熱不易消散，易產(chǎn)生溫度裂縫，需設(shè)置溫度伸縮縫，采取溫度控制措施；

⑧受揚(yáng)壓力影響大，揚(yáng)壓力抵消了部分壩體的重量，對壩體的穩(wěn)定不利，需采取防滲排水措施。2.重力壩設(shè)計必須包括哪些主要內(nèi)容？

重力壩的設(shè)計內(nèi)容有：

①剖面設(shè)計參照已建類似工程，擬定剖面尺寸。

②穩(wěn)定計算驗算壩體沿建基面或地基中軟弱結(jié)構(gòu)面的穩(wěn)定安全度。

③應(yīng)力計算使應(yīng)力條件滿足設(shè)計要求，保證大壩和壩基有足夠的強(qiáng)度。

④溢流重力壩和泄水孔的孔口尺寸的設(shè)計孔口尺寸的設(shè)計，包括泄水建筑物體型、堰頂或泄水孔進(jìn)口的高程、溢流重力壩前沿的寬度和泄水孔口的寬度。

⑤構(gòu)造設(shè)計根據(jù)施工和運(yùn)行要求，確定壩體的細(xì)部構(gòu)造，如廊道系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等。

⑥地基處理根據(jù)地質(zhì)條件，進(jìn)行地基的防滲、排水、斷層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的處理。

⑦觀測設(shè)計包括壩體內(nèi)部和外部的觀測設(shè)計。3.為什么揚(yáng)壓力對重力壩的應(yīng)力及穩(wěn)定均不利？

在上下游水位差的作用下，水滲入壩體的孔隙內(nèi)，形成孔隙水壓力。所取截面上向上的孔隙水壓力為揚(yáng)壓力。揚(yáng)壓力抵消了部分壩體的重量，對壩體的穩(wěn)定不利，減少了上游壩踵的壓應(yīng)力，對壩的應(yīng)力不利。5.為什么要進(jìn)行荷載組合？什么是基本荷載和基本荷載組合，什么是特殊荷載和特殊荷載組合？

荷載組合：將具有合理的同時出現(xiàn)機(jī)率的荷載進(jìn)行最不利組合，作為建筑物上的設(shè)計荷載。

基本荷載：

①壩體及其上永久性設(shè)備重；②正常蓄水位或設(shè)計洪水位時的靜水壓力（選擇一種控制情況）；

③相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計洪水位時的揚(yáng)壓力；④泥砂壓力；

⑤相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計洪水位時的浪壓力；⑥冰壓力；

⑦土壓力；⑧相應(yīng)于設(shè)計洪水位時的動水壓力；⑨其他出現(xiàn)機(jī)會較多的荷載。

特殊荷載：

①校核洪水位時的靜水壓力；②相應(yīng)于校核洪水位時的揚(yáng)壓力；

③相應(yīng)于校核洪水位時的浪壓力；④相應(yīng)于校核洪水位時的動水壓力；

⑤地震荷載；⑥其他出現(xiàn)機(jī)會較少的荷載。

·基本組合：由基本荷載組合?！ぬ厥饨M合：由基本荷載和一種或幾種特殊荷載組合。6.重力壩抗滑穩(wěn)定計算公式有哪幾種？試比較各公式的基本理論、優(yōu)缺點和適用條件。

摩擦公式和抗剪斷強(qiáng)度公式

摩擦公式：認(rèn)為壩體與壩基為接觸狀態(tài)，公式形式簡單，但沒有考慮壩體與壩基的咬合，膠結(jié)作用，與實際情況出入較大。

抗剪斷強(qiáng)度公式：認(rèn)為壩體與壩基為膠結(jié)狀態(tài)，計入了壩基面的全部抗滑潛力，較接近實際作用情況。

兩種計算公式均為《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》推薦的計算公式，其安全系數(shù)只是一個抗滑穩(wěn)定的安全指標(biāo)，并不能反映壩體真實的安全程度。7.提高重力壩抗滑穩(wěn)定性有哪些措施？

提高壩體抗滑穩(wěn)定性的措施①利用水重，將壩體上游面做成傾斜，利用水重增加向下的垂直力。

②壩基面向上游傾斜，對抗滑穩(wěn)定有利。③在壩基面設(shè)置防滲排水設(shè)施，減少揚(yáng)壓力。

④壩踵深齒墻，當(dāng)軟弱夾層埋藏較淺時，將壩踵附近出露的軟弱夾層開挖齒槽切斷，并回填混凝土處理，施工簡單，工程量不大，有利于壩基防滲。

⑤混凝土洞塞，當(dāng)軟弱夾層埋藏較深時，厚度大且傾角較平緩，全部挖出工程量大，可在軟弱夾層中放置數(shù)排混凝土洞塞，增加軟弱夾層的抗剪能力。

⑥壩趾深齒墻，在壩趾下游修建深齒墻，增加尾巖抗力體高度，增加尾巖抗力，適用于在壩基開挖過程中出，發(fā)現(xiàn)了原來沒有預(yù)見到的夾層時采用。

⑦鋼筋混凝土抗滑樁，在壩基軟弱夾層的下游壩趾、抗力體部位，布置鋼筋混凝土抗滑樁，深入到滑動面以下完整巖體中，利用樁體承受推力或剪力增加尾巖抗力。

⑧預(yù)應(yīng)力錨索。8.重力壩應(yīng)力分析的目的是什么？

重力壩應(yīng)力分析目的是：檢驗壩體在運(yùn)用期和施工期是否滿足強(qiáng)度方面的要求；

確定壩體砼標(biāo)置分區(qū)以及為配置鋼筋提供依據(jù)。9.重力壩應(yīng)力分析的材料力學(xué)有哪幾條基本假定？

基本假定

①壩體材料為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性材料。

②壩段為固結(jié)于地基上的懸臂梁，各壩段獨(dú)立工作，橫縫不傳力。

③地基的變形對壩體的應(yīng)力沒有影響。

④水平截面上的垂直正應(yīng)力呈直線分布（平面假定）。10.用材料力學(xué)法計算重力壩應(yīng)力，其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)是什么？

應(yīng)力的控制標(biāo)準(zhǔn)：

上游壩基面垂直正應(yīng)力（計入揚(yáng)壓力）大于零。

下游壩基面垂直正應(yīng)力（計入或不計入揚(yáng)壓力）小于地基允許承載力。

上游壩面主應(yīng)力（計入揚(yáng)壓力）大于零。

下游壩面主應(yīng)力（計入或不計入揚(yáng)壓力）小于混凝土的允許壓力。11.重力壩為什么要分縫？需要分哪些縫？

在水工建筑物中，為適應(yīng)施工期和運(yùn)行期的溫度變化、地基不均勻沉降、施工時混凝土的澆筑能力及散熱要求以及結(jié)構(gòu)布置要求等設(shè)置的接縫構(gòu)造。

縫的類型按作用可分為溫度縫（又稱伸縮縫）、沉陷縫和施工縫，按使用期限可分為永久縫和臨時縫。溫度縫和沉陷縫多為永久縫，施工縫多為臨時縫。12.縱縫有哪幾種？各有什么優(yōu)缺點？

縫的形式：

①錯縫：澆筑塊尺寸小，蕣用于低壩。

②縱縫：縫面需要設(shè)置鍵槽，避免壩塊之間的錯動。

③斜縫：沿主應(yīng)力軌跡布置，可以減小壩塊之間的錯動。

④通倉澆筑：澆筑能力大，溫度應(yīng)力大，是發(fā)展方向，整體性好。13.廊道有哪些作用？如何確定各種用途廊道的形式、尺寸和位置？布置廊道系統(tǒng)的原則是什么？

廊道系統(tǒng)的作用：用于基礎(chǔ)灌漿、排水、觀測、檢查、交通

基礎(chǔ)灌漿廊道用于防滲帷幕及排水幕的施工。

其他用于設(shè)置排水、觀測、檢查設(shè)施，形成壩內(nèi)交通。

廊道布置離上游壩面距離：壩前水深的，在基巖面以上應(yīng)有1.5倍廊道寬度的距離，沿壩高每隔15m～20m高程設(shè)置一層。

廊道的斷面形式：城門洞型。14.壩身排水孔的作用是什么？距上游壩面的距離、孔距如何確定？

壩體排水作用：減少滲水對壩體的危害

壩體排水之間的間距：沿壩軸線方向，2～3m布置一根排水管。

壩體排水離上游壩面距離：壩前水深，以防止?jié)B水溶濾作用。

壩體排水的材料：采用多孔砼管，在壩體澆筑時預(yù)埋在壩體內(nèi)15.重力壩對地基有哪些要求？為什么有這些要求？這些要求與天然地基的條件之間有哪些矛盾？

重力壩對地基的要求：具有一定的承載能力，不發(fā)生顯著的變形，具有一定的抗?jié)B能力。

天然地基經(jīng)過長期的地質(zhì)作用，一般都有風(fēng)化、節(jié)理、裂隙等缺陷以及斷層、軟弱夾層等結(jié)構(gòu)面。重力壩的地基處理的任務(wù)：提高地基的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和抗?jié)B能力。16.試述重力壩固結(jié)灌漿的目的、設(shè)計內(nèi)容、原則和方法。

固結(jié)灌漿：在壩基受力較大范圍內(nèi)，鉆孔進(jìn)行淺層低壓灌漿，用壩整體加固地基，其目的：

①改善地基的強(qiáng)度、整體性、提高基巖的不透水性；

②壩實在溶洞、斷層中充當(dāng)?shù)捻排c基巖間的裂隙；

③有利于提高帷幕灌漿的壓力。

設(shè)計要求：

固結(jié)灌漿布置范圍：壩趾、壩基的較大范圍內(nèi)；

鉆孔布置：梅花形、方格形；

孔距：排距3m、2m—4m；

孔深：5—15m；

灌漿壓力；以不掀動基巖為限。17.試述重力壩防滲帷幕灌漿的目的、設(shè)計內(nèi)容、原則和方法。帷幕灌漿是在壩踵附近鉆孔，進(jìn)行深層高壓灌漿充填地基中的裂隙和滲水通道，形成一道連續(xù)的砼地下墻。

帷幕灌漿作用是減少壩底滲透壓力；降低壩底滲流坡降，防止發(fā)生機(jī)械或化學(xué)管涌；減少滲流量。

設(shè)計要求：

①帷幕的深度

·帷幕應(yīng)伸入相對不透水層3—5m?！ぎ?dāng)相對不透水層較深時，采用懸掛式帷幕深度（0.3～0.7）壩高。

②帷幕的厚度滿足抗?jié)B要求。

③灌漿材料：水泥漿和化學(xué)灌漿。

④鉆孔方向：垂直向下或傾角在10°壩內(nèi)，以穿過更多的裂隙。

⑤帷幕應(yīng)伸入兩岸壩肩基巖的一定范圍內(nèi)。1、什么是重力壩?重力壩的主要工作特點與優(yōu)缺點是什么？對地基有什么要求?答案：⑴通常由混凝土或由漿砌石材料構(gòu)成、剖面近似為上游直立的三角形、主要依靠自身重力維持穩(wěn)定的擋水建筑物稱為重力壩。⑵重力壩的主要工作特點有二：①在巨大水平水壓力作用下，主要靠自重來維持穩(wěn)定；②壩體材料具有較好的膠結(jié)性能。（提醒：重力壩的主要優(yōu)缺點宜針對上述兩個特點來回答較好。）根據(jù)工作特點⑴重力壩的優(yōu)缺點為：①斷面大，重量大，材料用量多；（缺）②壩體應(yīng)力小，筑壩材料的強(qiáng)度不能得到充分發(fā)揮；（缺）③壩體施工期混凝土的水化熱、溫度應(yīng)力、收縮應(yīng)力均很大，溫控措施復(fù)雜；（缺）④壩底面積大，壩基與壩體的揚(yáng)壓力均較大，對壩體穩(wěn)定和應(yīng)力均不利，應(yīng)采取有效的防滲排水措施；（缺）⑤地基應(yīng)力不很大，除有軟弱和難于處理的斷層外，一般巖基上均可修建重力壩。（優(yōu)）根據(jù)工作特點⑵重力壩的優(yōu)點為：①施工導(dǎo)流方便，施工期壩塊頂部可臨時過水；（優(yōu)）②在主河槽部位宜設(shè)溢流壩段，一般可不另設(shè)河岸式溢洪道；（優(yōu)）③可在壩身設(shè)發(fā)電、灌溉、泄洪、排砂、導(dǎo)流和放空等孔洞；（優(yōu)）④可采用空腹重力壩的型式，設(shè)壩內(nèi)式廠房；（優(yōu)）⑤對意外情況如地震、特大洪水漫頂?shù)鹊钟芰?qiáng)；（優(yōu)）⑥設(shè)計方法簡單、施工技術(shù)易掌握、維修工作量小。（優(yōu)）⑶重力壩對地基的要求：由于重力壩主要靠自重維持穩(wěn)定，所以斷面大，重量大，其作用水頭一般較高，水平水壓力大，因此地基應(yīng)力也大，對地基的要求比土壩要高，所以重力壩一般應(yīng)建在無難于處理的斷層和破碎帶的巖基上。只有高度很小的重力壩才允許建在滿足承載力要求的堅硬土基上。2、重力壩主要有哪幾部分組成?2、答案：重力壩一般主要由非溢流壩段、溢流壩段和二者之間的連接邊墩、導(dǎo)墻及壩頂建筑物（如閘墩、壩頂橋等）等組成。此外，壩內(nèi)常設(shè)有各種泄（?。┧准皦蝺?nèi)檢查維修用廊道，以及溢流壩、泄水管的閘門等。有時還有壩內(nèi)式電站、河床式通航建筑物（船閘或升船機(jī)）等。3、水（包括靜水、動水、滲水）對重力壩產(chǎn)生哪些直接和間接的荷載及作用?3、答案：靜水壓力、動水壓力（包括時均壓力和脈動壓力）、波浪壓力、冰荷載（靜冰壓力、動冰壓力）、凍脹力、揚(yáng)壓力（包括浮托力和滲透壓力）等。4.近幾十年來主要發(fā)展了哪些重力式的混凝土壩型?各有何優(yōu)缺點？你認(rèn)為最有發(fā)展前途的是哪種壩?4、答案：寬縫重力壩、空腹重力壩、支墩壩和碾壓混凝土重力壩等。寬縫重力壩是將壩段間的橫縫局部加寬，僅在上下游端閉合。壩基滲透水流可從寬縫中排出，有效地減小壩基滲透壓力，同時也可節(jié)省工程量10％～20％或更多。寬縫增加了施工期壩塊間的側(cè)向散熱面，對施工期的溫控也有一定好處。缺點是增加了施工模板用量和施工立模的難度?？崭怪亓问窃趬蔚撞垦貕屋S線方向設(shè)置大尺寸的空腔。主要優(yōu)點是：①滲流可從空腔中排出，減小作用于壩底的揚(yáng)壓力；②節(jié)省工程量20％～30％；③腹腔中的基礎(chǔ)可不清至好的巖面，節(jié)省開挖量；④腹腔有利于施工期的混凝土散熱；⑤腹腔為布置電站廠房及進(jìn)行檢查、灌漿和觀測提供方便。主要缺點是施工復(fù)雜，鋼筋和模板用量大。支墩壩是由傾斜擋水面板和支撐面板的支墩組成。主要優(yōu)點是：①滲流可從支墩間排出，揚(yáng)壓力很??；②傾斜面板上的水重對大壩穩(wěn)定有利，可節(jié)省工程量；③面板單薄，可充分發(fā)揮其材料的強(qiáng)度。主要缺點是：支墩應(yīng)力大，對地基要求高；支墩單薄，側(cè)向穩(wěn)定性差，抗震性能差。碾壓混凝土壩的出現(xiàn)是混凝土壩工設(shè)計和施工的一場技術(shù)革命，發(fā)展勢頭迅猛，在國內(nèi)已得到迅速應(yīng)用和發(fā)展，前景無限。碾壓混凝土重力壩的最大優(yōu)勢是克服常規(guī)混凝土重力壩施工期的溫度應(yīng)力高，需要采取嚴(yán)格的溫控措施，不僅施工工序復(fù)雜，投資大，也嚴(yán)重影響施工速度。碾壓混凝土施工技術(shù)較好地解決了這一問題。5、注出圖1中1～5的名稱。5、答案：1——上游壩面；2——觀測或檢查廊道；3——排水廊道；4——壩基防滲帷幕；5——壩基排水管。6、何謂浮托力、滲透壓力和揚(yáng)壓力?為什么揚(yáng)壓力對重力壩的穩(wěn)定和應(yīng)力不利?6、答案：浮托力：由大壩下游水而對大壩底面或該水位以下壩體某一截面產(chǎn)生向上的作用力稱為作用于壩底面或壩體某一截面的浮托力；滲透壓力：在大壩上下游水位差作用下，滲入壩基或壩體某一截面、自上游向下游流動的水流對壩底面或壩體某一截面產(chǎn)生向上的水壓力稱為作用于壩底面或某一截面上的滲透壓力；揚(yáng)壓力：浮托力與滲透壓力的和稱為揚(yáng)壓力；由于揚(yáng)壓力是作用于壩底面或壩體某一截面且為方向向上的力，它減小了主要靠壩體自重維持穩(wěn)定的有效重力，所以其對壩體的穩(wěn)定不利。作用于壩基或壩體計算截面上的揚(yáng)壓力對該截面產(chǎn)生的力矩與水平水壓力產(chǎn)生的力矩方向相同，二者產(chǎn)生的應(yīng)力疊加使應(yīng)力更大，所以揚(yáng)壓力對重力壩的應(yīng)力也不利。7、選擇滲透壓力折算系數(shù)時應(yīng)考慮哪些因素?7、答案：重力壩的壩基一般為巖石，選擇滲透壓力折算系數(shù)時應(yīng)考慮下列因素：巖體中的節(jié)理、裂隙、巖層的走向與傾角、溶洞以及固接灌漿、帷幕灌漿與排水等。8、試解釋重力壩水平地震總慣性力計算式：中等號右邊各符號的意義。8、答案：式中右邊各符號的意義：——水平向地震系數(shù)，為地面水平最大加速度的統(tǒng)計平均值與重力加速度的比值；——綜合影響系數(shù)，是為了彌合理論計算與宏觀震害實踐之間的差異而取用的系數(shù)，可取1/4；——地震慣性力系數(shù)，為由動力法求得的總地震慣性力與按靜力法求得的總地震慣性力的比值；——產(chǎn)生地震慣性力的建筑物總重力。9、為何要進(jìn)行荷載組合?何謂基本荷載及特殊荷載?何謂基本荷載組合及特殊荷載組合?9、答案：各種荷載出現(xiàn)的機(jī)會不同，且大多數(shù)都有一定的變化范圍，為了設(shè)計的需要，根據(jù)工程的具體條件，將各種荷載按其可能出現(xiàn)的機(jī)會組合成幾種情況，并按其出現(xiàn)的概率給予不同的安全系數(shù)，分別不同情況對穩(wěn)定、應(yīng)力等進(jìn)行核算?；竞奢d：在建筑物運(yùn)用過程中始終或出現(xiàn)機(jī)會較多的荷載。如自重；正常蓄水位或設(shè)計洪水位情況下的靜水壓力、揚(yáng)壓力、浪壓力、動冰壓力；泥沙壓力；冰壓力；土壓力等出現(xiàn)機(jī)會較多的荷載。特殊荷載：在建筑物運(yùn)用過程中出現(xiàn)機(jī)會很少的荷載。如校核水位情況下的靜水壓力、揚(yáng)壓力、浪壓力、動冰壓力；地震荷載和其它出現(xiàn)機(jī)會很少的荷載。基本荷載組合：由設(shè)計情況或正常情況下的基本荷載形成的荷載組合。特殊荷載組合：由基本荷載和一種或幾種特殊荷載形成的荷載組合。地震與校核洪水不能組合在一起。10、非溢流重力壩的基本剖面設(shè)計應(yīng)滿足哪些要求和確定哪幾個主要參數(shù)?10、答案：非溢流重力壩的基本剖面設(shè)計應(yīng)滿足：①穩(wěn)定和強(qiáng)度要求；②工程量少、造價低；③外形輪廓簡單、便于施工；④運(yùn)行要求。非溢流重力壩的基本剖面設(shè)計需要確定的主要參數(shù)：①壩頂高程與寬度；②上游壩坡坡比（n=0~0.2）；③下游壩坡坡比（m＝0.6～0.8）；④壩底寬度（約為壩高的0.7～0.9倍）。11、重力壩常用的泄水方式有哪幾種?各自的適用條件如何？11、答案：重力壩常用的泄水方式：溢流壩段、壩身泄水孔和河岸式溢洪道。溢流壩段：也稱表孔，孔口尺寸大，泄流量大，超泄能力強(qiáng)，水頭小，對閘門與啟閉設(shè)備要求低，易維修等，是重力壩的主要泄洪方式。壩身泄水孔：一般分為中孔和底孔?？卓诔叽缧。鼓芰Φ?，水頭高，對閘門與啟閉設(shè)備要求高，維修難等，是重力壩的輔助泄洪方式。河岸式溢洪道：當(dāng)河床狹窄、泄流量大，溢流壩段和壩身孔口的泄流能力無法滿足泄流要求時才采用。12、重力壩為什么要分縫?臨時縫有哪些特點?12、答案：由于地基不均勻沉降和溫度變化，施工期的溫度應(yīng)力以及施工澆筑能力等原因，一般要對壩體進(jìn)行分縫。臨時縫是施工期臨時設(shè)的，其存在將影響壩的整體性和正常工作，在大壩擋水之前應(yīng)進(jìn)行處理（一般為灌漿）。13、重力壩的橫縫的作用是什么？影響橫縫間距的主要因素有哪些？橫縫的間距一般多寬？13、答案：橫縫是垂直于大壩軸線的豎直縫，其作用主要是適應(yīng)壩基的不均勻沉陷和溫度變化。橫縫的間距主要取決于壩基的好壞、溫度變化的幅度與速率、壩體混凝土標(biāo)號、壩體的散熱性能、施工的溫控措施等。橫縫間距一般為15～20m。14、重力壩抗滑穩(wěn)定的計算公式有哪幾種?試比較各公式的基本理論、優(yōu)缺點和適用條件?14、答案：①抗剪強(qiáng)度公式（純摩公式）：忽略壩體與基巖間的膠結(jié)作用，認(rèn)為壩體僅靠其與壩基面間產(chǎn)生的摩擦力維持穩(wěn)定。它不反映壩體與壩基接觸面上的實際情況，求得的安全系數(shù)偏小。公式簡單，并有一定的使用經(jīng)驗，對無試驗條件的小型工程可采用。②抗剪斷強(qiáng)度公式（剪摩公式）：考慮了壩體與基巖間的膠結(jié)作用，較接近實際情況。相關(guān)參數(shù)應(yīng)由試驗研究確定。15、對于堅硬完整巖基上的混凝土重力壩，提高抗滑穩(wěn)定性的措施有哪些?15、答案：提高巖基上重力壩抗滑穩(wěn)定的措施：①上游壩面向上游傾斜，利用作用于壩面上的部分水重增加壩體的穩(wěn)定性；②設(shè)防滲帷幕與壩基排水，或在壩基面設(shè)置不與下游水連通的縱橫向廊道，并用泵定期抽地基中的滲水，以減小作用于壩底面上的揚(yáng)壓力；③將壩基面開挖成傾向上游的傾斜面；④在壩踵下做防滑齒墻。圖2壩底面不同傾角對其穩(wěn)定性的影響（a）基巖面水平的重力壩（b）基巖面傾角為的重力壩圖2壩底面不同傾角對其穩(wěn)定性的影響（a）基巖面水平的重力壩（b）基巖面傾角為的重力壩16、答案：（a）圖中抗剪強(qiáng)度公式（純摩——摩擦公式）：（1）（b）圖中因滑動面與水平面呈傾角，將和分解為垂直和平行于基巖面的力，并代入上式得：（2）將（2）式的分子分母同除以cos得：（3）因為：＜90°，所以：＞0，則＞0，＞0；將式（3）與式（1）比較，式（3）的分子增大，分母減??；所以：＞＝可見：壩基面向上游傾斜時，對壩體抗滑穩(wěn)定有利。17、重力壩應(yīng)力分析的目的是什么?17、答案：重力壩應(yīng)力分析的目的：①確定壩體在各種規(guī)定的工況下各部位的應(yīng)力狀態(tài)是否滿足強(qiáng)度要求；②根據(jù)壩體應(yīng)力分布，確定壩體材料分區(qū)；③確定壩內(nèi)廊道和孔口的位置以及局部應(yīng)力集中部位的配筋。18、重力壩應(yīng)力分析主要有哪幾種方法?它們的適用條件如何?18、答案：（1）重力壩應(yīng)力分析主要方法：①模型試驗法；②材料力學(xué)法；③彈性理論解析法；④彈性理論差分法；⑤彈性理論有限元法。（2）適用條件：①模型試驗法目前有光測法和脆性材料電測法；光測法又分偏光彈性試驗和激光全信息試驗；近年來發(fā)展起來的地質(zhì)力學(xué)模型試驗方法可進(jìn)行復(fù)雜地基的試驗。因為模型試驗方法非常費(fèi)時、費(fèi)力、耗材，所以主要用于對重要大壩理論計算成果的驗證。②材料力學(xué)法應(yīng)用最廣、最簡便、也是重力壩設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的計算方法。由于未考慮地基的影響，假定水平截面上的正應(yīng)力直線分布，計算結(jié)果在地基附近約1/3壩高范圍與實際出入較大。目前主要用于中低壩。對于高壩特別是地基復(fù)雜的情況下，還應(yīng)用其它精確方法分析。③彈性理論解析法的力學(xué)模型和數(shù)學(xué)解法都很嚴(yán)格，但目前只有邊界條件簡單的才有解。④彈性理論差分法力學(xué)模型是嚴(yán)格的，數(shù)學(xué)解法的差分格式是近似的，應(yīng)用上遠(yuǎn)不如有限元法普及。⑤彈性理論有限元法力學(xué)模型是近似的，數(shù)學(xué)解法是嚴(yán)格的，它可以處理復(fù)雜的邊界，包括幾何形狀、材料特性和靜力條件。目前已從求解應(yīng)力場擴(kuò)大到求解磁場、溫度場和滲流場等。不僅能解彈性問題，還能解彈塑性問題；不僅能解靜力問題，還能解動力問題；不僅能計算單一結(jié)構(gòu)，還能計算復(fù)雜的組合結(jié)構(gòu)；有限元法已成為綜合能力很強(qiáng)的計算方法。19、重力壩應(yīng)力分析的材料力學(xué)法有哪幾條基本假定?19、答案：①壩體混凝土為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性材料；②視壩段為固接于地基上的懸臂梁，不考慮地基變形對壩體應(yīng)力的影響，并認(rèn)為各壩段獨(dú)立工作，橫縫不傳力；③假定壩體水平截面上的正應(yīng)力按直線分布，不考慮廊道等對壩體應(yīng)力的影響。20、根據(jù)材料力學(xué)法計算上游壩面上的第一主應(yīng)力的公式（其中：n、分別為上游壩坡的坡比、水平截面上的正應(yīng)力、水平水壓力和揚(yáng)壓力）說明上游坡愈緩愈容易出現(xiàn)拉應(yīng)力的原因?20、答案：由式知，在n>0時，即使,如果,主應(yīng)力仍小于0，即0，為拉應(yīng)力，為消除拉應(yīng)力。所以n不宜過大，即上游面坡度不宜太緩，緩到一定程度時即出現(xiàn)拉應(yīng)力。21、重力壩的穩(wěn)定和應(yīng)力若不滿足《規(guī)范》要求時，應(yīng)如何修改剖面?21、答案：重力壩的穩(wěn)定不滿足要求時，應(yīng)將上游壩面向上游傾斜，以利用部分水重增加穩(wěn)定性，但若上游面過緩又會使上游壩面產(chǎn)生拉應(yīng)力。應(yīng)在上游壩面不產(chǎn)生超過允許拉應(yīng)力的條件下變緩下游壩面的坡比，這樣既增加了壩體的穩(wěn)定性又因壩體截面加大而減小壩體和壩基應(yīng)力。22、分別敘述重力壩進(jìn)行固結(jié)灌漿、帷幕灌漿和設(shè)排水系統(tǒng)的目的?22、答案：固結(jié)灌漿是為了將破碎的基巖用漿液固結(jié)在一起，以提高地基的承載力；帷幕灌漿是通過灌漿漿液的作用在壩踵下部的基巖中形成一道豎直的防滲帷幕，以延長壩底滲徑，減小作用于壩基面上的滲透壓力；排水是在緊接灌漿帷幕后打一排深度與帷幕孔相當(dāng)?shù)呐潘?，以順利排出從帷幕下端滲過的水流，從而進(jìn)一步減小滲透壓力。23、試述溢流重力壩剖面的設(shè)計原則、方法和步驟?23、答案：溢流重力壩既是擋水建筑物又是泄水建筑物。故在滿足大壩的穩(wěn)定和強(qiáng)度要求的同時，還應(yīng)滿足以下泄流的要求：①有足夠的孔口尺寸以滿足泄流能力的要求；②溢流壩面及閘墩等有較好的體形，以適應(yīng)過壩水流要求，不產(chǎn)生不利的負(fù)壓、振動，以避免產(chǎn)生空蝕現(xiàn)象；③保證下游不產(chǎn)生危及大壩及其它建筑物安全的沖刷；④泄流不影響其它建筑物的正常運(yùn)行；⑤如設(shè)有閘門，其控制和運(yùn)用應(yīng)靈活可靠。24、何謂碾壓混凝土壩？24、答案：碾壓混凝土壩是采用超干硬性混凝土經(jīng)碾壓建成的混凝土壩。超干硬性混凝土的塌落度近于零；施工方法為大面積薄層攤筑，不分縫、不分塊，用碾壓的方法進(jìn)行振動壓實。一般情況，壩體與壩基接觸部位設(shè)厚度1～3m的常規(guī)混凝土墊座；壩頂和上下游壩面設(shè)2～3m的常規(guī)混凝土保護(hù)層。(紅色字體部分為農(nóng)水重力壩部分習(xí)題)第六拱壩1.簡述拱壩的結(jié)構(gòu)特點和工作特點。

拱壩的特點為：

①在空間上，拱壩是一種三維殼體結(jié)構(gòu)，屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)

高次超靜定結(jié)構(gòu)具有超載能力（當(dāng)拱壩局部開裂，拱壩拱和梁的作用會自行調(diào)整，壩體的應(yīng)力會重分配。國內(nèi)外拱壩的破壞試驗表明，在壩肩穩(wěn)定的條件下，混凝土拱壩的超載能力可達(dá)設(shè)計荷載的5~11倍）

溫度變化和地基變形對壩體的應(yīng)力的影響不能忽略

抗震性能好

②拱壩是推力結(jié)構(gòu)，壩體的應(yīng)力狀態(tài)以受壓為主

采用拱壩壩型，建筑材料的抗壓強(qiáng)度可以充分發(fā)揮，混凝土的抗壓強(qiáng)度約為抗拉強(qiáng)度的10倍。

拱壩承受的荷載主要通過拱的作用傳至兩岸，拱壩的穩(wěn)定取決于兩岸壩端巖體的的穩(wěn)定；重力壩是依靠自己的重量維持自身的穩(wěn)定。因此拱壩的體積可小，在壩高、壩址條件相同的情況下，拱壩的體積可為重力壩的1/1.5～1/5。

③拱壩可以看作是“拱”和“梁”的交織體，即壩體結(jié)構(gòu)既有拱的作用，又有梁的作用，拱壩的荷載可由水平拱圈和垂直懸臂梁共同承擔(dān)，水平拱圈將荷載傳至兩岸山體，垂直懸臂梁將荷載傳至河床基巖。

④拱壩的泄洪問題容易解決。2.拱壩對地形、地質(zhì)條件有哪些要求？

地形條件決定拱壩的混凝土方量。興建拱壩的地形條件應(yīng)為：①河谷的寬高比小，河谷狹窄，拱圈短而粗，剛度大，豎直梁長而細(xì)，剛度小，拱的作用大，壩體可薄。

②河谷的對稱性好，避免產(chǎn)生附加扭轉(zhuǎn)矩。

③河谷的斷面形狀為V形河谷，底部拱的跨度小，拱的作用大，拱圈厚度可薄。

④河谷平面形狀向下游呈漏斗狀。

地質(zhì)條件確定拱壩的穩(wěn)定性，應(yīng)為基巖完整均一，地質(zhì)構(gòu)造簡單，抗?jié)B性能好。3.拱壩可分有哪些類型？

拱壩的分類按拱圈厚度分類：可分為薄拱壩、中厚拱壩、重力拱壩。

按拱圈軸線形式分類：可分為圓弧拱、二次曲線拱、三心圓拱。按拱圈間的幾何關(guān)系分類：可分為定圓心、等外（內(nèi)）半徑拱壩、圓心單曲率拱壩、變圓心雙曲率拱壩。

按拱壩的體形分類：可分為圓筒拱壩、單曲率拱壩、雙曲率拱壩。4.什么叫拱圈的最優(yōu)中心角？

滿足壩體應(yīng)力分布均勻、拱壩的體積較小、拱端穩(wěn)定性好的拱圈中心角。5.在河谷高寬比相同時，河谷斷面形狀為V、U、形時，拱壩布置有何不同？

V形河谷底部拱的跨度小，拱的作用大，拱圈厚度可薄。

U形河谷底部拱的跨度大，拱的作用小，梁承擔(dān)的水壓力大，拱圈厚度較大。

梯形河谷介于兩者之間。6.說明拱壩布置的原則、方法和步驟。

拱壩平面布置的任務(wù)是：

擬定拱冠梁剖面和拱圈的尺寸，通過平面布置，確定各高程拱圈的半徑、中心角和厚度。

具體步驟：

①在壩址地形圖上，確定基巖的可利用等高線及河谷對稱中心線。

②擬定拱冠梁剖面，進(jìn)行分層，確定各層拱圈的高程及厚度。

③布置頂層拱圈，要求拱軸線與基巖等高線的交角α≥30

④布置其他各層拱圈，檢查拱軸線與基巖等高線的交角，要求α≥30

⑤壩面檢查，拱冠梁處的圓心軌跡線平順、光滑，壩面倒懸度/H〈0.3。

⑥應(yīng)力穩(wěn)定計算7.拱壩的應(yīng)力分析方法有哪幾種？其精度和適用條件各如何？

拱壩是一個變厚度、變曲率，邊界條件十分復(fù)雜的殼體結(jié)構(gòu)，目前的理論計算，需作必要的假定和簡化。拱壩的應(yīng)力計算方法有：

①純拱法

假定：壩體由若干層獨(dú)立的水平拱圈迭和而成，將問題簡化為結(jié)構(gòu)力學(xué)的彈性拱的計算問題。

與實際彈性拱相比：拱圈的厚度大，所承受的軸力、剪力大；拱圈軸力大，將引起較大的軸向變形；基巖變形顯著，不能忽略。

純拱法存在的問題是：忽略了拱圈間的相互作用，全部荷載由拱承擔(dān)，使計算應(yīng)力大于實際應(yīng)力。

純拱法的適用條件：狹窄河谷上的薄拱壩，拱的作用大。

②拱梁法

假定拱壩是由許多水平拱圈和豎直懸臂梁組成，拱壩的外荷載一部分由拱系承擔(dān)，一部分由梁系承擔(dān)，拱和梁各自承擔(dān)荷載比例，按變形協(xié)調(diào)條件分配。一般將拱壩分為七拱十三梁、五拱九梁（梁站在拱端上）。拱冠梁（七拱一梁、五拱一梁）是拱梁法的簡化計算方法。

拱冠梁的適用條件：大體對稱、比較狹窄河谷上的拱壩；高壩的初步設(shè)計，中低壩的技術(shù)設(shè)計。

③有限單元法

有限單元法是更簡便、有效、極有發(fā)展前途的方法。該法能模擬拱壩逐級加荷的施工過程，多種材料拱壩和復(fù)雜的邊界條件，能求解空間問題。8.拱壩應(yīng)力分析中為什么要計入地基變形？有哪些計算地基變形方法？

拱壩是超靜定結(jié)構(gòu)，地基變形對壩體的變形和應(yīng)力的影響很大，所以應(yīng)計入地基變形對拱壩應(yīng)力的影響。目前國內(nèi)采用的是1952年由挪威F.伏格特提出的近似計算方法。由于作出了一些假定，該方法計算復(fù)雜且與實際情況有較大的出入。9.拱冠梁法和多拱梁法有何不同？精度如何？適用情況呢？

拱梁法是假定拱壩是由許多水平拱圈和豎直懸臂梁組成，拱壩的外荷載一部分由拱系承擔(dān)，一部分由梁系承擔(dān)，拱和梁各自承擔(dān)荷載比例，按變形協(xié)調(diào)條件分配。一般將拱壩分為七拱十三梁、五拱九梁（梁站在拱端上）。拱冠梁（七拱一梁、五拱一梁）是拱梁法的簡化計算方法，計算精度低于拱梁法，適用條件：大體對稱、比較狹窄河谷上的拱壩。10.試寫出拱冠梁法變位協(xié)調(diào)方程，并說明各符號的意義。

+=（）+----荷載分配方程組

其中：

：單位均布荷載作用在第i層拱圈上，使之在拱冠處產(chǎn)生的徑向變位------拱的變位系數(shù)

：第i層拱圈由于溫度荷載作用，在拱冠處產(chǎn)生的徑向變位

：梁的i點在豎直荷載作用下，產(chǎn)生的徑向變位

：j點作用著單位水平荷載在i點產(chǎn)生的徑向變位11.根據(jù)溫降內(nèi)力與水平水壓力內(nèi)力的關(guān)系，解釋溫降對應(yīng)力不利，溫升對應(yīng)力有利的敪因。

溫降時：拱壩的軸線縮短，向下游變位，由此產(chǎn)生的剪力、彎矩的方向與水壓力產(chǎn)生的剪力、彎矩的方向相同；軸力的方向與水壓力產(chǎn)生的方向相反，對壩體應(yīng)力不利。

溫升時：拱壩的軸線伸長，向上游變位，由此產(chǎn)生的剪力、彎矩的方向與水壓力產(chǎn)生的剪力、彎矩的方向相反，軸力的方向與水壓力產(chǎn)生的方向相同，對壩肩穩(wěn)定不利。12.拱壩有哪些泄水方式?試述其特點和適用條件。拱壩的泄洪方式有壩頂溢流式和壩身泄水孔。

壩頂溢流式有：

①自由跌落式，特點：適于基巖良好，泄流量不大的情況；結(jié)構(gòu)簡單，施工方便；水舌通氣條件不好，不能挑流；易產(chǎn)生貼坡流。

②鼻坎挑流式，特點：曲線壩頂下接一反弧鼻坎，有利于減少溢流水流的振動，避免了低水頭時的貼坡流；有利于挑流。

③滑雪道式，特點：落差大，挑距遠(yuǎn)，可達(dá)60~100M，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工程量大，適于泄流量大，較薄的拱壩。

壩身泄水孔可以放空水庫，提前預(yù)泄洪水。第七章土石壩1.從防滲材料的種類、防滲位置以及施工方法等方面看，土石壩各有哪些類型？

根據(jù)施工方法分為碾壓式土壩、水力沖填、水中倒土壩等。

碾壓壩是用機(jī)械將土料分層碾壓密實，是應(yīng)用最廣泛的施工方法。碾壓式土壩又分為：

①均質(zhì)壩壩體基本由透水性小的土料填筑而成，不需設(shè)置專門的防滲設(shè)備。一般采用透水性較小的砂質(zhì)粘土或壤土，也可以采用幾種土料配置的混合料。

②分區(qū)壩由土質(zhì)防滲體和若干種透水性不同的土石料分區(qū)填筑而成。在壩體中央采用弱透水性士料，自中央向上下游側(cè)的土石料透水性逐漸增大，稱為心墻壩；上游側(cè)壩體采用弱透水性土料做成防滲斜墻，壩主體采用較透水的土料，其透水性可由上游向下游側(cè)逐漸增大，稱為斜墻壩。為了便于施工，改善壩體應(yīng)力避免裂縫，近代修建的高土石壩多采用斜心墻土石壩。2.根據(jù)建筑材料性質(zhì)及工作條件，分析土石壩應(yīng)由哪些部分組成？各自作用是什么？

土石壩的組成有壩體：

①壩的主體；

②防滲體：控制壩體浸潤線位置，保持壩體滲流穩(wěn)定性。

③排水設(shè)施：安全地排出壩體的滲水，加速孔隙水壓力的消散，防止下游壩坡的滲透破壞。

④護(hù)坡：防止波浪、氣溫、雨水等自然現(xiàn)象對壩坡的危害。3.土石壩剖面基本尺寸包括哪些內(nèi)容？它們各自的設(shè)計原則、方法是什么？

土石壩的剖面尺寸是根據(jù)壩高和壩等級、筑壩材料、壩型、壩基情況及施工、運(yùn)行等條件，參照工程經(jīng)驗初步擬定壩頂高程、壩頂寬度和壩坡，然后通過滲流、穩(wěn)定分析，最終確定的合理的剖面形狀。

壩頂高程確定設(shè)計洪水位+壩頂高程在設(shè)計洪水位以上的超高，或校核洪水位+壩頂高程在核洪水位以上的超高，兩者中取大值。

壩項寬度的確定根據(jù)運(yùn)行、施工、構(gòu)造、交通和防汛等方面的要求綜合確定。我國《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》要求的壩頂最小寬度為10~15m。

土石壩壩坡確定的原則：

①在滿足穩(wěn)定要求的前提下，應(yīng)可能采用較陡的壩坡，以減少了工程量。

②上游壩坡長期處于飽和狀態(tài)，同時受水庫水位驟降的影響，上游壩坡應(yīng)緩于下游壩坡；

③從壩體上部到下部，壩坡逐步防緩，以滿足抗?jié)B穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求。

④適當(dāng)設(shè)置馬道，用以攔截雨水、防止壩面沖刷。4.土石壩滲流分析的目的是什么？有哪些計算方法？各自有哪些優(yōu)缺點？

滲流分析的目的在于：①對初選的壩的形式與剖面尺寸進(jìn)行檢驗，為核算上下游壩坡穩(wěn)定提供依據(jù)。②根據(jù)壩體內(nèi)部的滲流要素與滲流逸出坡降，檢驗土體的滲流穩(wěn)定性，進(jìn)行壩體防滲布置與土料配置，防止?jié)B流逸出處發(fā)生管涌和流土。③計算通過壩體和河岸的滲流水量損失，并設(shè)計排水系統(tǒng)的容量和尺寸。

滲流分析的方法有：

①流體力學(xué)法：根據(jù)達(dá)西定律和穩(wěn)定滲流的連續(xù)性條件方程求解，由于土石壩的邊界條件復(fù)雜，不容易找出一個勢函數(shù)H=f(x，y，z)，與H共軛的滲函數(shù)q=ψ(x，·y，·z)的解析式。

②水力學(xué)法：在流體力學(xué)基礎(chǔ)上，做若干假定、簡化，求解滲流區(qū)域內(nèi)的平均滲流要素。本章主要討論滲流計算的水力學(xué)法。③有限單元法：流體力學(xué)的數(shù)值解法，可以解決復(fù)雜邊界條件及不穩(wěn)定滲流問題。是深入研究滲流問題的必不可少的重要手段。④手工繪制流網(wǎng)法：利用流網(wǎng)的性質(zhì)（曲線正方形），繪制滲流區(qū)域的流網(wǎng)圖，求解滲流區(qū)域內(nèi)的滲流要素。

⑤實驗法：常用的有電模擬法、電網(wǎng)絡(luò)等模擬試驗法。5.滲流分析的水力學(xué)法有哪些基本假定？水力學(xué)法的基本假定

①壩體的土料為均質(zhì)，各向同性材料；

②滲流為緩變流（等勢線和流線均緩慢變化），滲流場中任何鉛直線上各點的流速和水頭相等。6.兩個均質(zhì)壩除壩身材料滲透系數(shù)不同外其它均相同，則它們的浸潤線相同而滲透流量不同，滲透系數(shù)大則滲流量大。為什么？由達(dá)西定律可得杜平公式：

浸潤線方程：

式中，H1、H2——分別為上下游水深，m；

L——滲流區(qū)的長度，m；

K——滲透系數(shù)，m／d。

由上述公式可知通過壩體的滲透流量與壩身材料滲透系數(shù)有關(guān)，滲透系數(shù)大則滲流量大。壩體的浸潤線與壩身材料滲透系數(shù)無關(guān)。7.解釋下列名詞：①管涌；②流土。①管涌

破壞形式：壩體和地基土體中的部分顆粒被滲流逐步帶走。

特點：發(fā)生在無粘性砂土，礫石中。從發(fā)生到破壞，持續(xù)較長的時間。

②流土破壞形式：在滲流的作用下，粘性土和均勻的非粘性土體被浮起。

特點：發(fā)生在粘性土及均勻非粘性土中，發(fā)生即破壞。8.試述設(shè)計反濾層的原則、方法和步驟。

反濾層作用是排水濾土。反濾層由1~3層級配均勻、耐風(fēng)化的砂、礫、軟石或碎石構(gòu)成，每層粒徑隨滲流方向而增大。

反濾層設(shè)計的原則：

①被保護(hù)土層不發(fā)生管涌等有害的滲透變形。

②透水性大于被保護(hù)土層，能通暢地排除滲透水流，同時不致被細(xì)顆粒淤塞而失效。9.土石壩壩坡穩(wěn)定分析的目的是什么？

土石壩壩坡穩(wěn)定分析是確定壩的設(shè)計剖面和評價壩體安全的主要依據(jù)，穩(wěn)定分析的可靠程度對壩的經(jīng)濟(jì)性和安全性具有重要影響。10.圓弧滑裂面的基本原理

①假定不同的半徑及圓心位置，畫出一系列的假定圓弧滑裂面。

②對所假定的每一圓弧上的土體進(jìn)行受力分析，求出壩體上的各力，對圓心的抗滑力矩和滑動力矩。圓弧面上的抗滑安全系數(shù)為滑裂面上全部抗滑力矩與滑動力矩之比。

③比較一系列圓弧上的抗滑安全系數(shù)，最小的抗滑安全系數(shù)所對應(yīng)的圓弧面為最危險滑弧，要求最小的抗滑安全系數(shù)滿足設(shè)計規(guī)范的要求。11.土石壩邊坡穩(wěn)定分析有哪幾種計算情況？各計算情況應(yīng)考慮哪些力？對于凝聚性土類組成均質(zhì)壩坡或非均質(zhì)壩坡，壩坡的土體的穩(wěn)定平衡狀態(tài)遭到破壞發(fā)生滑坡時，滑裂面為圓柱面，穩(wěn)定分析方法采用的是簡單而實用的條分法，如瑞典圓弧法、畢肖普（Bishop）法，壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)用滑裂面上全部抗滑力矩與滑動力矩之比來定義。無粘性土壩坡或以心墻、斜墻為防滲體的砂礫石壩體，其壩坡的穩(wěn)定分析，常采用楔體平衡理論（直線法或折線法）。

各計算情況應(yīng)考慮的荷載有自重、滲透水壓力、孔隙壓力和地震慣性力。12.試述用圓弧滑動法計算壩坡穩(wěn)定有哪些方法。各種方法的精度和適用條件如何？

圓弧滑動法計算壩坡穩(wěn)定的方法有瑞典圓弧法，該法假定土坡失穩(wěn)破壞可簡化為一平面應(yīng)變問題，破壞滑動面為一圓弧形面，將面上作用力相對于圓心形成的阻滑力矩與滑動力矩的比值，定義為土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。計算時將可能滑動面以上的土體劃分成若干鉛直土條，略去土條間相互作用力的影響簡單條分法不滿足每一土條力的平衡條件，一般使計算出的安全系數(shù)偏低，個別情況可達(dá)60％。畢肖普法同樣假定土坡失穩(wěn)破壞可簡化為一平面應(yīng)變問題，破壞滑動面為一圓弧形面，但在計算時近似考慮了土條間相互作用力的影響，較瑞典圓弧法更為嚴(yán)格，采用畢肖普法算出的安全系數(shù)要比用瑞典圓弧法算出的大10％左右。13.土石壩排水設(shè)備有哪些類型？各有什么作用？試說明它們的優(yōu)缺點和適用條件？

排水設(shè)施的組成：由礫石、碎石、卵石做成的排水體和反濾層兩部組成。

①貼坡排水特點：簡單、省料、易檢修；保護(hù)下游壩坡不受尾水沖刷，防止下游坡壩滲透變形；不能降低浸潤線。

貼坡排水的適用條件：浸潤線較低的壩型。

②堆石棱體排水

特點：能降低壩體浸潤線；對下游壩坡有防沖、支撐作用；用料多，施工干擾大。

堆石棱體排水的適用條件：高壩、石料多的地區(qū)。

③褥墊式排水

特點：降低壩體浸潤線，有助于軟粘土地基的固結(jié)排水；適應(yīng)不均勻變形能力差，易斷裂，檢修困難，施工干擾大。

褥墊式排水的適用條件：下游無水。

④綜合式排水

將幾種不同形式的排水組合在一起成為綜合式排水，以兼取各種形式的優(yōu)點。如：當(dāng)高水位持續(xù)時間不長時，采用貼坡排水與堆石棱體排水結(jié)合；褥墊式排水和堆石棱體排水結(jié)合等14.砂礫石地基處理主要解決什么問題？有哪些處理方法？其優(yōu)缺點和適用條件是什么？

砂礫石地基處理的主要要解決的問題是砂礫石地基透水性大。處理方法就是采取防滲排水措施。

常用的防滲排水措施：

①垂直防滲設(shè)施：如粘土截水墻、混凝土防滲墻、帷幕灌槳等。

②上游水平防滲鋪蓋。

③下游排水措施：如水平排水層、排水溝、減壓井、透水蓋重等。15.細(xì)砂和粉砂的地基處理須要解決什么主要技術(shù)問題？從防止液化和滲透變形出發(fā)，應(yīng)任何進(jìn)行理措施？

細(xì)砂和粉沙地基的主要問題是液化。液化就是在震動荷載作用下，土壩內(nèi)孔隙水來不及排出，土體內(nèi)孔隙壓力上升，使土體顆粒間的連接強(qiáng)度降低，而處于流動狀態(tài)。

處理方法有：打板樁封閉；對淺層土，可采用表面振動方法加密；對深層土，采用震沖、強(qiáng)夯的方式加固。有關(guān)重力壩部分習(xí)題（把正確答案前的編號填在“”上）1.一般情況下重力壩的底寬由B。A、強(qiáng)度條件控制；B、穩(wěn)定條件控制；C、構(gòu)造條件控制。2.重力壩一般由A。A、非溢流壩段、溢流壩段、壩身泄水與取水孔等組成；B、溢流壩段、河岸式溢洪道等組成；C、非溢流壩段壩身泄水與取水孔等組成；3.中等高度以上的重力壩可建在A或B上。A、堅硬、完整的巖基；B、無難于處理的斷層、破碎帶的巖基；C、堅硬的土基。4.不設(shè)閘門的溢流重力壩的壩頂高程A；設(shè)置閘門的應(yīng)C。A、等于水庫正常蓄水位；B、高于水庫正常蓄水位；C、低于水庫正常蓄水位。5.某非溢流重力壩，設(shè)計洪水位為190.00m，相應(yīng)的超高（含波浪高度，下同）△h為1.80m；校核洪水位為191.20m，相應(yīng)的超高△h為1.20m，該壩頂高程應(yīng)選用B。A、191.80m；B、192.40m；C、193.00m。6.重力壩的橫縫是A。A、垂直壩軸線設(shè)置的豎直縫；B、平行壩軸線設(shè)置的豎直縫；C、平行壩軸線設(shè)置的水平縫。7.當(dāng)考慮地震情況時，作用于重力壩上的靜水壓力、揚(yáng)壓力、浪壓力等應(yīng)按A計算。A、正常蓄水位；B、設(shè)計洪水位；C、校核洪水位。8.浪壓力計算公式中，吹程是指C。A、由壩前沿水面至迴水末端的最大曲線距離；B、由壩前沿垂直壩軸線方向至對岸的最大直線距離；C、沿風(fēng)向，由壩前至水庫對岸的水面最大直線距離；若長度大于壩前庫面平均寬度的5倍時，則取庫面平均寬度的5倍。9.作用在重力壩上的荷載，按其性質(zhì)可