水工建筑物复习思考题2016.11

《水工建筑物》复习思考题

五、简述题

河道取水枢纽有哪几种主要类型，各有什么特点？1）无坝取水

当河道枯水期的水位和流量都能满足灌溉或城市供水的要求时，可在岸边选择适宜的地点，设置取水建筑物，自流引水或提水供水，这种取水称为无坝取水。

无坝取水工程特点：简单，但由于没有调节河流水位和流量的能力，完全依靠河流水位高于渠道的进口高程而自流引水，因此引水流量受河流水位变化的影响很大。

2）有坝取水

当河流流量能满足灌溉用水要求，只是河水位低于灌区需要的高程，可在适当的地点，修建壅水坝或拦河节制闸，抬高水位以满足各用水部门的需要。这种取水方式称为有坝取水。

有坝取水工程特点：能调节河道水位，但不能调节大流量。壅水坝或拦河闸的高程应当依据灌区引入流量时所要求的水位而定。

横向环流是如何产生的，对河道有什么样的影响？天然河段大部分是弯曲的。弯道水流受到离心力作用，使凹岸水面壅高，凸岸水面降低，从而形成横向比降。在两侧水压力和离心力合力的作用下，表层水流由凸岸流向凹岸，底层水流则由凹岸流向凸岸，从而形成横向环流。这种横向环流与纵向水流结合在一起，使水流呈螺旋形前进。

由于横向环流的作用，凹岸流速较大的主流由上向下，常引起冲刷，形成水深流急的深槽；而凸岸水流由下而上，在重力作用下，水流携带的泥沙不断淤积，形成水浅流缓的浅滩。

简述拱梁分载法的基本原理，并分析其假设和纯拱法有什么不同？拱梁分载法认为拱、梁各分担一部分荷载，拱圈用纯拱法计算，拱梁用悬臂梁假定计算，利用拱梁交点处变位协调求解拱和梁分担的荷载。拱梁分载法考虑了拱圈之间的荷载传递，也就是考虑了梁的作用。而纯拱法只考虑了拱圈受力，而没有考虑梁的受力。

简述河谷形状对拱坝的结构型式有什么影响？河谷形状对拱坝的影响主要表现在以下两方面：

1）宽高比：坝顶高程处河谷宽度与最大坝高的比

一般情况下，宽高比越小，拱坝厚高比越小

2）河谷断面形状

U形河谷：靠近底部拱的作用显著降低，大部分荷载由梁的作用来承担，故厚度较大，适宜建单曲拱坝

V形河谷：最适于发挥拱的作用，靠近底部水压强度最大，但拱跨短，底拱厚度较薄，适宜建双曲拱坝。

简述喷锚支护的原理。喷锚支护是配合新奥法发展起来的一种新的围岩支护方法，它的主要思想是认为围岩也是一种承载结构，采用较柔性的支护，如喷混凝土、打锚杆、挂钢筋网以及几种组合式支护。喷锚支护能充分利用提高围

答案：(1)造价低。

(2)节省三材。

(3)施工期短。橡胶坝袋是先在工厂生产，然后到现场安装，施工速度快，整个工程施工工艺简单，工期一般为3～6个月，多数橡胶坝工程是当年施工当年受益。

(4)抗震性能好。

(5)不阻水，止水效果好。

六、计算题

计算题

某水库挡水建筑物为砂壤土填筑碾压的均质土坝，为III级建筑物。筑坝土料为砂

壤土，坝基为粘土，渗透计算可按不透水地基考虑。

一、计算资料

1、清基后地基高程100.0m，坝顶高程115.0m，顶宽8 m，上游正常蓄水位112.0m，下

游无水，设堆石棱体排水，棱体排水顶部高程105.0m；

2、上、下游坝坡分别为1：3.0和1：2.5，其它尺寸见图示。

3、建筑材料各项指标如下：

湿容重（KN/m3）

饱和容重

（KN/m3）

浮容重

（KN/m3）

内磨擦

角（°）

粘聚力

（KN/m2）

渗透系

数（m/s）

砂壤土19 20.5 10.5 25 6 1×10-4 粘土10.5 20 8 1×10-9

二、要求：

1、计算单宽渗流量q；

2、计算设计情况下浸润线方程。

答案：

本题为下游有堆石棱体排水设施的均质土坝，粘土不透水地基，设计情况下上游设计水深H1=112.0-100=12m，下游水位与地基平,H2=0。

当下游无水时，浸润线可近似认为是以排水起点为焦点的抛物线（图1），设排水起点处浸润线的高度为h0

m H n n L 1.53

2112

3211=⨯+⨯=+=

∆ L’=（115-112）×3+8+（115-105）×2.5-（105-100）×1.5+ΔL=34.5+5.1=39.6m

单位坝长的渗流量： q =Kh 0=1×10-4×1.78=1.78×10-4 m 3/s 浸润线方程为：

下图为某水闸地下轮廓布置，AB 为一钢筋砼铺盖，CD 为垂直板桩，E 为水平止水，地基渗径系数C=5，要求分别计算止水完好和止水失效时的防渗长度（斜线长度按水平投影计），并判断以上拟定的是否合理。

答案：

止水完好时，防渗长度L ＝1.0+12+0.5+8+12+0.6＝34.1m

止水失效时，防渗长度L=0.5+8+12+0.6＝21.1m 上下游水头差ΔH=30.0-25.5＝4.5m ， 则C·ΔH ＝5×4.5＝22.5 m

而止水失效时，布置的防渗长度L

一坝高85m 的Ⅱ级重力坝剖面尺寸如图所示。已知：混凝土的容重为24.0kN ／m 3，坝基混凝土的强度等级为C15，轴线抗压强度标准值为14.3Mpa 。荷载只考虑自重、静水压力和扬压力。扬压力在排水孔幕处折减系数为0.25。

m

L H L h 78.1126.39''222

120=+=-+=x x K

q

H y 56.31442212-=-

=

要求：验算重力坝坝趾的抗压强度。

公式

答案：荷载：

1） 自重：24×(12×85+0.5×(75-12)2/0.8)＝84015 KN

自重力矩：

m KN ⋅=⎪⎭⎫

⎝⎛-⨯÷⨯⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯5.175********

758.0635.02462758512242

2） 静水压力：0.5×9.8×(802-202)=29400KN

静水压力力矩： -9.8×803/6-9.8×203/6= -823200 KNm 3) 扬压力：

浮托力：9.8×20×75＝14700 KN

浮托力力矩：0 渗透压力：0.5×(0.25×9.8×60＋9.8×60)×22+0.5×0.25×9.8×60×53＝11980.5 KN 渗透压力力矩： -1.2×22×0.25×9.8×60×（75-22）/2-1.2×0.5×22×（1-0.25）×9.8×60×（75/2-22/3）-1.2×0.5×53×0.25×9.8×60×（75/2－22-53/3） =-102841.2-175606.2+10128.3= -268319.1 KNm 4）

()()

2

2216m T M T W S +⎪⎪⎭

⎫ ⎝

⎛-=•∑∑20

80

75

1:0.8

22

12

KN W 4.549382.15.119800.1147000.184015=⨯-⨯-⨯=∑