河北工程大学-水利水电工程专业课(重力坝)部分-答案

Ⅱ重力坝部分26、对不同级别的水工建筑物在哪些方面有不同的设计要求？答：主要表现在四个方面：抵御洪水的能力、结构的强度和稳定性、建筑材料和运行的可靠性。

27、重力坝有哪些工作特点，重力坝枢纽设计包括哪些内容？1) 重力坝的工作特点：①失事率低，工作安全可靠；②对地质地形条件适应性强；③一般不需另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑；④结构作用明确；⑤施工方便；⑥材料用量多，坝内应力低，材料强度不能充分发挥；⑦坝体体积大，对混凝土温度控制的要求较高。

2) 重力坝的设计内容：①剖面设计；②稳定分析；③应力分析；④构造设计；⑤地基处理。

28、作用在重力坝上的地震荷载有哪些，如何确定地震惯性力的大小和不利方向？1) 作用在重力坝上的地震荷载包括地震惯性力、地震动水压力和动土压力。

2) 水平向地震惯性力：Q0 = KHCZFW竖向地震惯性力：Q0 = 2/3KHCZFW3) 地震惯性力的不利组合方向。

考虑顺河流水平方向地震惯性力时，对满库情况，取地震波向上游传播，坝体受到指向下游的地震惯性力，对重力坝抗滑及坝踵处应力均不利；空库时，取地震波向下游传播，坝体受到指向上游的地震惯性力，对坝趾处应力不利。

29、地震动水压力的分布和指向与静水压力有何不同？作用在坝体上下游的地震动水压力均垂直于坝面，且二者作用方向一致，大小不等。

静水压力方向垂直作用于被作用面，作用于同一点上各方向的静水压力大小相等30、重力坝设计需计算哪些荷载组合，区分荷载组合的意义是什么？1) 重力坝设计需计算基本荷载和特殊荷载。

2) 区分荷载组合的意义：主要是在设计时应从两种组合中选择几种最不利的，起控制作用的工况进行计算，使之满足规范中规定的要求，并按出现几率的大小，确定采用不同的安全系数31 、重力坝须对哪些不利结构面进行抗滑稳定验算，为什么？抗滑稳定验算面：（1）沿坝基面的抗滑稳定分析（2）地基深层抗滑稳定分析（3）岸坡坝段的抗滑稳定分析其目的主要是验算坝体沿坝基面及坝基内深层软弱结构面或岸坡坝段的抗滑稳定安全度。

32、抗剪强度与抗剪断强度公式有何不同，说明式中各项参数的意义与来源？33、提高重力坝抗滑稳定的措施有哪些？答：提高重力坝抗滑稳定的措施有：①利用水重；②采用有利的地基开挖轮廓线；③设置齿墙；④采取抽排水措施；⑤采取预应力措施。

34、重力坝应力分析方法有哪些，各有何特点？1) 重力坝应力分析的方法有理论计算和模型试验。

理论分析方法常用的有材料力学法和有限元法。

2) 对于中低坝，当地质条件较简单时，可只按材料力学方法计算坝的应力；对于高坝，尤其当地质条件复杂时，还应同时进行模型试验或采用有限元法进行计算研究。

35、材料力学法有哪些基本假定，如何应用偏心受压公式计算坝体应力？1) 材料力学法的基本假定：①坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性体。

②将坝体视为固结于地基上的悬臂梁，各坝段独立工作，按平面问题考虑。

③不考虑地基变形对坝体应力的影响，假定坝体水平面截面上的铅直正应力按直线分布，由偏心受压公式求出，不计廊道、管孔等对坝体应力的影响。

应用偏心受压力公式计算：σyu=(水工建筑物书28页)36、坝体内一点的正应力分量σx、σy、τ沿水平轴变化有何规律？正应力σy沿上下游向直线分布：σx沿水平轴呈三次曲线分布，但与直线很接近；τ是当σy沿水平轴按直线分布时，τ沿水平轴呈抛物线分布。

37、如何确定上下游坝面上一点的主应力单元体及其面上主应力数值？38、如何确定坝体内一点的主应力数值和方向？39、扬压力对坝体稳定和坝体应力有何不利影响？答：关于扬压力对坝体应力的影响，考虑到运用初期，坝体与坝基内尚未形成稳定渗流，或者运用期间坝体、坝基防渗排水效果好，都会使扬压力值较小甚至接近于没有；反之，坝体运用期已形成稳定渗流，或坝与坝基内防渗排水设施质量低，则其扬压力值可能会较大，据经验，扬压力很大或者没有扬压力时，使坝体内应力情况差别很大。

所以，应力分析应分别讨论计入和不计入扬压力两种情况。

40、计入和不计入扬压力时，坝体内一点的应力有何不同？41、施工期坝体内温度应力是如何产生的，如何防止施工期坝体温度裂缝产生？混凝土浇筑后，因水泥水化热作用，先是温度升高，在3-7天内水化热温升最高可达36℃.以后，随着热量的消散，温度逐渐下降。

混凝土降温收缩后时，如受到边界条件约束而不能自由收缩，则将在混凝土内产生拉应力。

为防止施工期温度裂缝产生，混凝土浇筑时，一是采取综合措施防止水化热温升过高和裂缝产生；二是进行严格的温差控制，即控制基础温差及上、下层混凝土温差在容许范围内。

42、何谓重力坝的基本剖面和实用剖面，二者有何不同？1) 重力坝基本剖面是指坝体在自重、上游水压力和扬压力三项主要荷载作用下，满足强度和稳定条件且工程量较小的剖面。

2) 重力坝的实用剖面是考虑到交通、施工和运行管理，防止波浪溢坝顶，以及其他荷载作用等因素，重力坝实际采用剖面。

43、常用的实用剖面有哪些形式？各有何特点？1) 上游面铅直。

铅直的上游面便于布置其进水口控制闸门和拦污设备，但因重心偏于上游，库空或低水位时，下游坝面易产生拉力。

2) 上游面铅直，下部倾斜，即折坡面形式，既便于布置坝内泄水孔、管进口控制设备，又可利用一部分水重增加坝体稳定，便须对折坡处截面进行强度与稳定校核。

3) 上游面略向上游倾斜，超坡点设于基本剖面三角形顶点，可更多地利用水重增加坝体稳定，便不利于布置泄水孔、管进口设备。

44、溢流坝设计应满足哪些方面的要求？1) 应满足稳定和强度要求；2) 应具有足够的孔口尺寸和较高的流量系数，以使之具有足够的溢流能力；3) 应具有良好的孔口体形，以使水流平顺地过坝，不产生有害的负压、振动和空蚀等；4) 保证下游河床不产生危及坝体安全的局部冲刷；5) 溢流坝段在枢纽中的位置，应使下游水流流态平顺，不产生折冲水流，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行；6) 有灵活可靠的下泄水流控制设备，如闸门、启闭机等。

45、高水头泄水建筑物为何会发生空蚀，对建筑物有哪些破坏作用？当过水表面不平整如有缺陷时，高速水流经过时会在这些部位脱离过水表面而形成射流，并将射流下面的空气带走形成负压区。

当真空度达到水的汽化压力时，水流内将生成一些蒸汽空泡，空泡随水流进入邻近高压区又将溃灭，当空泡溃灭发生在壁面时，会在表面引起冲击性法向力。

即空蚀空蚀不仅破坏泄水建筑物的过流表面，影响建筑物的性能，降低泄流能力，严重时会影响泄水建筑物的正常运转。

46、溢洪道、泄水隧洞中，常用防空蚀措施有哪些？（1）衬砌（2）过水表面不平整度的控制和处理（3）掺气减蚀47、溢流坝堰面曲线设计中，什么叫定型设计水头，如何确定？定型设计水头，也就是坝剖面设计时采用的堰顶水头。

一般取孔口中心至校核水位水深的75％—95％，并不得出现有害负压48、溢流重力坝有哪些消能方式，各适用于什么情况？1) 消能方式主要有：底部消能、挑流消能、面流消能和戽流消能。

2) 适用情况：①底流消能适用于坝体下游基岩软弱，没有排冰或过漂浮物要求的中、低水头坝，多用于中、小型工程。

②挑流消能适用于基岩较完整，抗冲能力较强的高、中水头溢流坝。

③面流消能适用于尾水较深而水位、流量变幅不大，河床与两岸抗冲能力较强的中、低水头坝。

④戽流消能适用于尾水较深（大于跃后水深），且变幅较小，无航运或排漂要求，下游河床及两岸能力较强的情况。

49、坝身泄水孔有哪些用途，按孔内流态区分有哪些类型？1) 坝身泄水孔的作用：①配合溢流坝泄洪，并可减少预泄库水，增大水库调洪能力；②放空水库以便检修大坝或满足人防要求；③排泄泥沙，减少水库淤积，以延长水库寿命和保证其他建筑物正常运行；④随时向下游放水，满足发电、灌溉、航运和城市供水等要求；⑤施工导流。

2) 坝身泄水孔按孔内流态分为有压的和无压和两类。

50、有压孔与无压孔在闸门布置、孔身布置方面有何不同，为什么？答：①有压泄水孔的工作闸门布置在出口处，孔内始终保持满水有压状态，检修闸门或事故闸门布置在有压泄水孔的进口处②无压泄水孔的工作闸门布置在深孔的进口，使闸门后泄水道内始终保持无压明流，检修闸门布置在进口压力短管部分。

有压孔孔身通常采用圆形断面，过水能力大，无压孔的工作闸门后的孔身顶部升高。

50、坝身泄水孔中，为何要设平压管和通气孔，作用如何？1) 检修闸门开启时，往往上游侧承受较大的库水压力而下游侧无水，造成启门力很大。

为了减小其启门力，通常在坝内设置平压管。

平压管的作用是将库水引至检修闸门下游侧泄水孔内，以平衡门前部分水压力。

2) 有压泄水孔的通气孔设于检修闸门之后，用于检修期间关闭检修闸门开启工作闸门放水时向孔内补气；而当检修完毕，关闭工作闸门后，向二道闸门间泄水孔充水时排气。

51、有压孔与无压孔中，通气孔设置有何不同？答：有压泄水孔的通气孔设于检修闸门之后；无压泄水孔的通气孔设于检修闸门、工作闸门后。

52、重力坝对混凝土耐久性有哪些要求，如何使其满足要求？答：抗渗性、抗冻性、抗磨蚀性、抗侵蚀性、抗裂性和低热性。

53、重力坝为何要进行材料分区，对各区混凝土性能有何要求？1) 重力坝各种部位的工作条件不同，对混凝土的要求也不同，为了节约和合理地使用水泥，对于高、中坝常对坝体不同部位按其工作条件和主要要求进行材料分区。

2) Ⅰ区：上下游最高水位以上的坝体表层混凝土，主要应提出抗冻要求。

在寒冷地区多采用2~3m厚的抗冻混凝土，标号一般为C15 S4 D150。

Ⅱ区：上下游最高与最低水位之间的坝体表层混凝土，控制因素为抗冻性能，同时对强度、抗渗、抗侵蚀性也用一定要求，多采用3~5m的抗渗、抗冻及抗侵蚀性的混凝土。

Ⅲ区：上下游最低水位以下的坝体表层混凝土，对抗渗、强度要求较高，同时对低热、抗侵蚀也有一定要求，多采用2~3m厚标号为C20 S12 D200的混凝土。

Ⅳ区：靠近坝基的基础混凝土，对强度和低热要求较高，标号可采用C20 S12 D200 Dw。

Ⅴ区：坝体内部混凝土，多采用低热、低强度混凝土，根据坝面应力大小，上部符号多采用C10 S4 Dw；下部多采用C15 S4 Dw。

Ⅵ区：的抗冲刷、磨蚀要求部位的混凝土，如溢流坝面、泄水孔、导墙、闸墩等。

其对抗冲刷、抗磨蚀和抗冻要求较高，一般采用高强度混凝土，90天龄期强度不低于C20~C30；严寒地区其抗冻标号应不小于D150~D250。

54、坝体中横缝有何作用，缝面构造如何？1) 横缝的作用是减小温度应力，适应地基不均匀变形和满足施工要求如混凝土浇筑能力和温度控制等。

2) 永久性横缝缝面为铅直平面，缝内不灌浆，根据地基及温变情况可留1~2cm的缝宽（基岩良好时也可不留）。

临时性横缝是在水库蓄水前灌浆结为整体的横缝，缝面设键槽并灌浆，根据所需传递剪力的要求，键槽槽面可以是水平或铅直方向的。