水工建筑物习题

《水工建筑物》

习题集

河海大学文天学院

二○一一年三月

习题一重力坝稳定，应力和消能计算

图一为某Ⅱ级重力坝非溢流坝段最大剖面，试求：

⑴根据图给的数据计算主要荷载；

⑵按摩擦公式、抗剪断公式校核坝基面的抗滑稳定性（建议、、

分别取、、）；

⑶计算坝基面 A、B及折坡面处水平面C、D、E点的应力及主应力

、、；

⑷根据所计算的稳定安全系数及应力情况，讨论此坝断面设计是否得当；

⑸设所给上、下游水位即为设计洪水位情况，取=16米，设计所布置的溢流坝的单宽泄流能力，取流量系数m=，布置溢流坝段面及挑流鼻坎；

⑹计算在此单宽流量下的挑射距离（取流速系数=）并估计冲刷坑深度。

图一

风速V=16m/s 吹程D=8Km f= f= C=60N/cm

泥沙 C=300 N/cm＝ 10＝

8kn/m

习题二重力坝基本剖面计算

图二为重力坝的基本剖面，要想得到同时满足稳定和应力条件的最经济剖面，试求出（安全系数 K=1 ，=24KN/m）重力坝基本剖面。

图二

习题三初拟非溢流重力坝剖面及坝体稳定计算

一、资料：

某重力坝为Ⅱ级建筑物，建在山区峡谷非地震区，坝顶无交通要求。

上游设计洪水位66.0米，相应下游水位4.0米。上游校

核洪水位68.0米，相应下游水位5.0米。坝址处基岩表面高程为0.0米，坝底与基岩之间的摩擦系数f=。

为了进行坝基灌浆和排水，设置一标准廊道，其尺寸为*2.5米（见图三），廊道上游至坝面的最小距离为4.0米，廊道底面至坝底面的距离为6.0米。

多年平均最大风速v=16米/秒。吹程D=3公里。计算中暂不计泥沙压力。坝体材料为细骨料混凝土，其容量=24kN/m。

二、要求

（1）根据教材中确定基本剖面的原理（不必用基本剖面计算公式），并参考实用剖面经验数据，初拟坝体剖面（要按比例）。

（2）根据初拟剖面进行坝体抗滑稳定计算（设计洪水位情况）。如不满足抗滑稳定要求，指出改进措施（不要求重新计算）。

图三

习题四重力坝应力分析

一、资料

某重力坝剖面尺寸及计算点坐标如图四所示。

取单位坝长分析：

铅直力总和Σ W= （ kN ）（未计及扬压力，方向向下为正）

水平力总和Σ P=-10510 （ kN ）（指向上游为正）

对坝底截面形心力矩总和Σ M= （）（未计及扬压力，Σ M

的符号，使坝底截面上游部分产生压应力为正）。

扬压力呈直线分布（坝基无防渗、排水设施）。

本题不计泥沙压力及地震力。

二、要求

根据《水工建筑物》教材介绍的方法（计及扬压力）计算坝底截面各计算点（如上图中 0 、 10 、 20 、 30 及 41 米）的分应力、主应力及其方向，并按比例绘图表示～ x 、～ y 、～ z 主应力及其方向。请注意，此处、、均指有扬压力作用的情况。

图四

习题五拱坝布置

一、资料

坝址河谷断面如图六，此为开挖后的新鲜花岗岩表面。坝址地形等高线与河谷平行（如图五）。

坝体最大坝高为 35 米。坝体材料为细骨料混凝土砌块石。二、要求

试按资料中图示比例尺（ 1 ： 500 ）的地形图进行双曲拱坝的平面布置（由于地形对称，所以仅需画出半个拱坝平面布置图），同时需画出拱冠梁断面图及圆心轨迹线。

图五开挖后的岩石等高线（半平面图）

图六河谷断面图

习题六拱坝应力计算（用拱冠梁法）

某混凝土拱坝最大坝高 70m ，几何尺寸如表一及图七所示，校核洪水位高程 168.0m ，混凝土和基岩弹性模量相同，E=×KN/，混凝土线膨胀系数α =×，河谷为 U 型。试用拱冠梁法求解在校核洪水位和均匀温升是拱坝的荷载分配。拱圈变位系数分别见表二及表三。

图七（单位：米）表一

高程（米）

R外

（米

）

T

（米）

R内

（米）

平均半

径R

（米）

半中心

角（度）

校核水位水

压力强度P

（KN/㎡）8020

80185

80350

80515

80680

习题七拱坝应力计算（用纯拱法）

一、资料

某拱坝最大坝高为35米。拱圈为等厚圆弧形，坝底拱厚为10.0米，其中心角为80°，外半径为 45米。上游面承受均匀水压力，其强度为350kN/㎡，下游无水。

坝体材料为细骨料混凝土砌块石，其弹模 Em=×kN/㎡,线膨胀系数α=×（1/℃）。

两岸开挖后的新鲜岩石坡度均为 1：1，基岩弹模Ej=×kN/㎡。

荷载组合：水压力+温降。

二、要求

用纯拱法查表计算拱冠、拱冠的上、下游面应力，能否满足要求若不能满足要求，应提出改进措施（不必再进行计算）。

习题八均质土坝渗流计算

一、资料

某均质土坝修建在不透水地基上，坝体下游设有堆石棱体排水，坝体土料的渗透系数 K=1×厘米/秒。坝体断面尺寸见图八：

二、要求

（1）计算坝体的单宽渗流量

（2）按比例画出坝体浸润线。

图八（单位：米）

习题九斜墙土坝渗流计算

一、资料

某斜墙土坝剖面见图九。

图注：

⑴单位均为米；

⑵上下游坝面护坡、斜墙上下游反滤层、截水槽上游面过渡层胶其下游面反滤层、截水槽底部的齿墙均未画出；

⑶上下游水位均系设计水位。

二、要求

（1）计算斜墙及截水槽的单宽渗流量（以米/日—米计）

（2）按比例画出坝体浸润线。