水工建筑物課件 拱壩～取水樞紐

水工習(xí)題(補(bǔ)充)第三章拱壩1、單項(xiàng)選擇題：定圓心等半徑拱壩適用于（）河谷條件。a)V型b)U型c)梯型答：b)2、填空題：一般情況下，溫度降低對拱壩壩體應(yīng)力（）利，但對壩肩穩(wěn)定（）利。答案：不，有3、單項(xiàng)選擇題：V型河谷適宜修建的拱壩形式是()A．定圓心等半徑B．定圓心變半徑C．變圓心等半徑D．變圓心變半徑答：D4、單項(xiàng)選擇題：拱壩封拱時的氣溫應(yīng)選擇()A．平均氣溫B．較高氣溫C．較低氣溫答：C5、填空題：對于拱結(jié)構(gòu)，拱圈截面上的應(yīng)力隨拱圈半徑的減小和中心角的增大而()。答：減小拱壩有哪些特點(diǎn)？答：（1）拱壩是一種空間整體結(jié)構(gòu)（2）拱壩的穩(wěn)定性主要是依靠兩岸拱端基巖的反作用力來支承（3）拱壩是一種經(jīng)濟(jì)壩型（4）拱壩的設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮地基變形及溫度荷載（5）拱壩超載能力大、安全性能高為什么說拱壩的穩(wěn)定性主要是依靠兩岸拱端基巖的反作用力來支承？答：作用于拱壩上的荷載，一般講大部分將由拱的作用傳到兩岸巖體上，小部分荷載則通過豎向“梁”的作用傳遞到壩基。因此拱壩的穩(wěn)定性主要是依靠兩岸拱端基巖的反作用力來支承。拱壩對壩址的地形、地質(zhì)條件有哪些要求？答：理想的地形應(yīng)是壩址河谷相對寬度較窄，兩岸基巖面大致對稱，岸坡平順無突變且壩兩端下游有足夠大的巖體支承，這樣的地形可以充分發(fā)揮拱的作用。拱壩要求基巖完整、堅(jiān)硬、質(zhì)地均勻，有足夠的強(qiáng)度，透水性小，耐風(fēng)化，沒有大的斷裂構(gòu)造和軟弱夾層等。選擇拱壩中心角時，應(yīng)考慮哪些因素？答：（1）選擇使拱壩受力狀態(tài)良好的中心角，以減小壩體工程量，從這一點(diǎn)來說，適當(dāng)增大中心角有利。（2）過大的中心角將使拱圈兩端與兩岸基巖面等高線的交角過小，不利于壩肩的穩(wěn)定，這一點(diǎn)常常是決定中心角大小的決定因素。定圓心、等半徑拱壩適用于什么樣的地形條件？為什么？答：定圓心、等半徑拱壩的壩體僅在拱圈方向是彎曲的，所以又稱為單曲拱壩。這種壩型體形簡單，無論設(shè)計(jì)、施工都比較方便，適宜修建在Ｕ形河谷上。因?yàn)椋招魏庸鹊膶挾壬舷伦兓淮?，可使不同高程上的拱圈，尤其是靠近底部的拱圈，仍采用較大的中心角，拱的作用能得以發(fā)揮，而壩底厚度增加不多。若在壩底和壩頂?shù)暮庸葘挾认嚓P(guān)較大情況下，仍采用定圓心、等半徑拱壩，則由于底部拱圈的中心角太小，拱的作用弱，使拱壩底部厚度過厚而不經(jīng)濟(jì)。為什么說變圓心、變半徑拱壩能更好地適應(yīng)河谷的斷面形狀，使壩體比較經(jīng)濟(jì)？答：變圓心、變半徑拱壩除了壩頂采用較大的中心角外，自壩頂向下，隨著河谷寬度的減小，各層拱圈在水平投影面上變動圓心位置，使半徑隨著拱圈高程的降低而減小，這樣各層拱圈都具有較大的中心角，可充分發(fā)揮拱的作用，改善壩體應(yīng)力狀態(tài)，減薄壩體厚度。變圓心、變半徑拱壩在整體形狀上是雙向彎曲的穹形結(jié)構(gòu)，所以有時稱為雙曲拱壩。雙曲拱壩不僅有平面拱的作用，而且也有豎向拱的作用，使“梁”的彎矩減小，剛性加大，同時梁的倒懸可以改善梁的應(yīng)力狀態(tài)。所以，為了更好地適應(yīng)河谷斷面形狀，使壩體斷面比較經(jīng)濟(jì)，在V形或梯形斷面的河谷上，可采用變圓心、變半徑拱壩。12、簡要敘述變圓心、變半徑拱壩布置的一般步驟。答：（1）根據(jù)壩址地質(zhì)地形圖和地質(zhì)勘探資料，繪出可利用基巖地形圖。（2）在可利用的基巖地形圖上，試定出壩軸線位置。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)擬定壩底厚度，根據(jù)應(yīng)用要求選定壩頂寬度。定拱冠梁剖面尺寸。采用確定拱冠梁剖面的經(jīng)驗(yàn)方法，初步擬定拱冠尺寸，繪出拱冠梁剖面圖。自拱頂而下，選取5－10層拱圈，繪制各層拱圈平面圖，按變圓心、變半徑拱壩進(jìn)行平面布置。將各高程圓心按照其在拱壩圓心對稱線上的位置繪在拱冠梁剖面圖上，得圓心邊線，進(jìn)一步檢查壩面形狀。若圓心連線很平順、光滑，不存在折點(diǎn)、拐點(diǎn)，說明壩面也是平整的。根據(jù)平面布置再繪制沿拱軸線展開的立視圖，顯示基巖起伏變化情況，對突變處應(yīng)采取削平或其他措施，并隨之調(diào)整相拱圈的中心角，并對平面作相應(yīng)修正。最后將各層拱圈最終數(shù)據(jù)列表填寫。應(yīng)當(dāng)指出，不論采用哪種壩型，在布置時都應(yīng)盡可能使拱壩成為對稱布置，這不僅有利于改善壩體應(yīng)力狀態(tài)，而且簡化了設(shè)計(jì)工作，也便于施工。如果河谷不對稱，可采取工程措施，例如將河谷開挖成對稱的、設(shè)置重力墩或墊底等。13、為什么說核算壩體應(yīng)力時，水壓力與溫降荷載的組合是不利組合？答：按拱、梁作用來分析拱壩應(yīng)力時，一般假定溫度荷載由拱圈來承擔(dān)，但拱圈因溫度產(chǎn)生的變形也要影響到梁的應(yīng)力。就拱圈來說，溫度高于封拱時的壩體溫度時，拱圈膨脹，向上游變位，由此在拱圈內(nèi)產(chǎn)生的彎矩、剪力方向與水庫水壓力產(chǎn)生的相反，但軸力方向相同，造成拱端上游面受壓、下游面受拉，拱冠上游面受拉、下游面受壓；當(dāng)溫度下降低于封拱時的壩體溫度時，拱圈收縮向下游變位，由此在拱圈內(nèi)產(chǎn)生的彎矩、剪力方向與水庫水壓力所產(chǎn)生的相同，但軸力方向相反，造成拱端上游面受拉、下游面受壓，拱冠上游面受壓、下游面受拉。顯然核算壩體應(yīng)力時，水壓力與溫降荷載的組合是不利組合。因此，封拱溫度低些，溫降荷載也會小些，有利于降低壩的拉應(yīng)力。溫升將使拱端推力加大，對壩肩穩(wěn)定不利，溫降固然使拱端推力減小，但剪力方向?qū)渭鐏碇v是指向下游的，再加上推力的減小，其合力更偏向河床，也可能對壩肩穩(wěn)定不利。14、試述純拱法的基本假定、特點(diǎn)及適用條件。答：純拱法是把拱壩看成由許多獨(dú)立的水平拱圈組成。假定各拱圈之間相互沒有影響，全部荷載由拱來承擔(dān)。這種方法計(jì)算簡明，缺點(diǎn)是未考慮各層拱圈之間的相互作用，計(jì)算出來的拱圈應(yīng)力一般偏大。由于方法簡單，對于寬高比B/h值較小的薄拱壩，仍不失為一個實(shí)用的計(jì)算方法，在小型拱壩中也常被采用。15、試述拱冠梁法基本原理答：拱冠梁法是一種最簡單的拱梁分載法。在拱冠處截取一鉛直的單寬懸臂梁，再將拱壩自上而下等距離的截取單位高度的5~7層水平拱圈，以這種拱梁體系作為計(jì)算對象。此法僅考慮拱梁交點(diǎn)處拱和梁的徑向變位一致，根據(jù)這個條件建立變位協(xié)調(diào)方程，求解拱梁處拱和梁的荷載分配值。拱承擔(dān)的荷載即以拱冠處的分配值為準(zhǔn)而按沿拱圈均勻分布考慮，這個計(jì)算過程稱為荷載分配。拱、梁承擔(dān)的荷載確定后，拱的內(nèi)力則可按純拱法計(jì)算，并進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核；懸臂梁的應(yīng)力則按材料力學(xué)中的偏心受壓桿計(jì)算。拱冠梁法只是協(xié)調(diào)各水平拱圈和拱冠梁的徑向變位，忽略了拱梁交點(diǎn)處的扭轉(zhuǎn)角變位和切向變位，更沒有考慮其他部位的變位。此法一般只適用于對稱或接近對稱的拱壩，且只能分析對稱荷載（如水荷載）的作用。由于扭轉(zhuǎn)作用對荷載的分配也有一定的影響，因此，有的工程在設(shè)計(jì)中除了考慮徑向變位外，還考慮了拱、梁交點(diǎn)處扭轉(zhuǎn)角相容的條件。16、拱冠梁法計(jì)算拱壩內(nèi)力時，對壩體自重是如何考慮的？答：壩體自重在計(jì)算中考慮的方式與施工方法有關(guān)。通常情況下，壩體混凝土全部澆筑完畢后再進(jìn)行封拱灌漿，一般認(rèn)為壩體重力產(chǎn)生的變形早已在封拱前就完成了，所以壩體自重由梁承擔(dān)，且不影響水平荷載的分配。對于不分徑向橫縫的漿砌石拱壩，重力引起梁的變位，并通過梁的徑向變位來影響水平荷載的分配。17、試述拱壩的壩肩抗滑穩(wěn)定基本方法、基本原理答：拱壩抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算最簡單的方法是采用剛體極限平衡法進(jìn)行分層核算，假定壩肩巖體上、下層互不聯(lián)系，即分層計(jì)算各高程拱壩壩肩巖體滑動的最小安全系數(shù)，其值必須滿足規(guī)范要求。另外，還應(yīng)假設(shè)幾條可能的滑裂面計(jì)算，以便求得最小的抗滑安全系數(shù)，其值應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定的要求。18、拱壩肩穩(wěn)定分析后，如不滿足要求，可采用哪些措施？答：（1）改進(jìn)拱圈設(shè)計(jì)，如布置拱時加大拱端合力與滑裂面的夾角，必要時可采用三心拱、拋物線拱等其他線形拱。（2）將拱端深嵌入基巖內(nèi)以擴(kuò)大下游抗滑巖體，增加巖體重量。（3）加強(qiáng)拱端防滲帷幕和排水措施，減少巖體內(nèi)的滲透壓力。（4）對基巖進(jìn)行固結(jié)灌漿，以提高其整體性和彈性模量。（5）局部擴(kuò)大拱端或設(shè)置推力墩等。19、拱壩泄流的消能防沖通常有哪些形式？答：拱壩消能防沖的形式主要有以下幾種。（1）水墊消能。這是最簡單而有效的消能方法。如下游水深較淺，可設(shè)置二道壩。二道壩不宜距主壩太近，否則流態(tài)不好，消能效果差，且沖刷坑有可能對二道壩的穩(wěn)定不利。二道壩也不宜過高，否則會帶來二道壩自身的消能問題。二道壩的位置、高度及形式一般應(yīng)通過模型試驗(yàn)確定。（2）鼻坎挑射消能。無論是壩頂溢流式、滑雪道式或壩身泄水孔式，大都采用了不同形式的鼻坎以挑射擴(kuò)散水流或改變水流方向，在空中消減部分能量后再跌入下游河床來減少沖刷。（3）護(hù)坦保護(hù)防沖。自由跌落式水股距壩腳較近，挑射式泄流在堰頂?shù)退^情況下運(yùn)行或在開始泄流時的小流量情況下，下泄的水股射程也較近，這都將直接沖刷壩腳。采用護(hù)坦保護(hù)壩腳使基巖不受沖刷，有時是很必要的。護(hù)坦的長度、范圍、形狀也應(yīng)通過水工模型試驗(yàn)來確定。其他消能防沖形式還有：利用拱壩特點(diǎn)在壩兩側(cè)布置溢洪道的空中水股對撞消能；窄縫式挑坎消能等消能形式，但在中小工程中還較少或未見采用。20、拱壩對壩基的要求如何？開挖時要注意哪些問題？答：拱壩對壩基的要求較重力壩高，高壩壩基應(yīng)盡量開挖至新鮮或微風(fēng)化的基巖，中低壩也應(yīng)盡量開挖至微風(fēng)化或弱風(fēng)化的中、下部基巖。開挖后周邊地基的輪廓要平順，并盡可能使左右岸對稱。開挖面應(yīng)比較平整，一般要求起伏度不超過0.3m，最后0.3～0.5m一層的巖石應(yīng)用風(fēng)鎬開挖，不使用爆破，以免損傷巖基。為了保證壩肩的穩(wěn)定，拱端處的拱軸線與新鮮基巖等高線交角應(yīng)不小于300~350，并使拱端傳來的推力盡量垂直于基巖接觸面，因此，兩岸拱座宜開挖成徑向面。對于較厚的拱壩，或巖石等高線與壩體對稱中線大致平行時，如沿半徑方向開挖則開挖量可能太大，此時可將基巖開挖成折線形，但應(yīng)避免開挖成階梯狀，以免在巖石尖角處因應(yīng)力集中而使壩體產(chǎn)生裂縫。當(dāng)基巖強(qiáng)度較低時，可將基巖開寬，使拱端局部加厚，以加大基巖的受力面積。如岸坡壩頭下游巖體單薄，可將基巖開挖成深槽，將拱端嵌入巖體槽內(nèi)。21、簡述拱壩應(yīng)力及穩(wěn)定分析的荷載組合答：拱壩的荷載組合可分為基本組合和特殊組合兩類。（1）基本組合（A）水庫正常蓄水位及相應(yīng)尾水位的壓力，設(shè)計(jì)正常溫降，自重，揚(yáng)壓力，泥沙壓力，浪壓力，冰壓力。（B）水庫死水位或運(yùn)行最低水位）及相應(yīng)尾水位的水壓力和此時出現(xiàn)的設(shè)計(jì)正常溫升，自重，揚(yáng)壓力（或不計(jì)），泥沙壓力，浪壓力。（C）其他常遇的不利荷載組合。（2）特殊組合（A）水庫校核洪水位及相應(yīng)尾水位的水壓力和此時出現(xiàn)的設(shè)計(jì)正常溫升，自重，揚(yáng)壓力，泥沙壓力，動水壓力，浪壓力。（B）基本組合（1）加地震荷載。（C）施工期的荷載組合，包括接縫未灌漿和分期灌漿兩種情況。（D）其他稀遇的不利荷載組合。在上述荷載組合中，可根據(jù)工程實(shí)際情況選擇控制性的荷載組合進(jìn)行計(jì)算。在初步選擇體形時，可用基本組合（1）作為控制性的荷載組合。在選擇荷載組合時，應(yīng)考慮到水庫水位和氣溫是隨機(jī)的，冬末春初的庫水位比較低，如果在荷載組合中仍采用正常高水位加溫降，應(yīng)力就可能偏大；同樣，在夏季發(fā)生最高洪水位時，不一定氣溫最高，因此應(yīng)根據(jù)壩址區(qū)氣溫及水文的歷史資料加以統(tǒng)計(jì)分析確定。22、為什么說拱壩超載能力大、安全性能高答：由于拱壩是超靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)外荷加大或壩體局部開裂時，壩體的“拱”“梁”的受力狀態(tài)將會自行調(diào)整，形成二次拱，只要拱壩壩肩有足夠的堅(jiān)硬巖體，拱壩潛在的超載能力是很大的。如意大利的瓦央特拱壩，建成后由于庫岸大滑坡，2－3億立方米的滑坡體滑入水庫內(nèi)，致使庫水漫過壩頂，引起巨大震動，而瓦央特拱壩仍然安全站立。拱壩的抗震能力也較強(qiáng)，國內(nèi)外都有拱壩在受到強(qiáng)烈地震后壩體未曾受到破壞的例子。23、變圓心、變半徑的壩型布置時，出現(xiàn)的“倒懸”現(xiàn)象有何影響？答：當(dāng)河床中間壩剖面的上游面為鉛直時，則岸邊壩段的鉛直剖面將向上游倒懸；如果岸邊壩段的鉛直剖面直立，則河床中部壩段下游面將向下游倒懸圖。若壩體向上游倒懸，在施工期或庫水位較低時，壩身將可能不穩(wěn)定或壩身下游面會出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力；若壩體向下游倒懸，一般說壩的穩(wěn)定性較好，如設(shè)計(jì)成壩頂溢流的拱壩，水流跌落也將距離壩腳較遠(yuǎn)，但是倒懸度過大會給施工帶來困難，水庫水位高時，壩上游面還可能出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力。施工上要求，混凝土的倒懸度一般不大于1：3（水平距離：鉛直距離）。為了避免倒懸度過大，拱冠處的鉛直剖面可在壩高1/5~1/3處，將壩向上游突出，這樣可使倒懸分散在各個鉛直剖面上，即河床部分的壩體上部向下游倒懸一些，岸邊壩體則向上游倒懸一些。24、拱壩布置時什么情況下采用墊座與周邊縫？答：當(dāng)壩基河谷形狀不規(guī)則或局部有深槽等地質(zhì)缺陷時，可在壩體與基巖之間設(shè)墊座以改善壩體和壩基之間的連接條件。墊座頂面由兩岸向河谷成平順曲線，壩體與墊座之間形成周邊縫。設(shè)墊座還可使壩體修建成左右岸對稱或近似對稱的形式，有利于壩體選形。周邊縫在拱壩徑向剖面上多為圓弧曲線，其構(gòu)造處理方法有下述兩種：一種是墊座混凝土澆注后，表面不作處理，直接在上面澆注壩體混凝土，縫的上游端設(shè)有止水片或鋼筋混凝土塞止水，必要時進(jìn)行灌漿；另一種是在墊座上涂以瀝青或其他摩擦系數(shù)較小的材料，縫上游側(cè)設(shè)有止水片，這種縫允許壩體沿縫面有稍許滑移。周邊縫在歐洲一些國家采用較多。25、拱壩河岸巖基什么情況下采用錨固法處理?如何處理？答：當(dāng)拱壩河岸有剪切裂隙使壩頭基巖完整性較差而不夠穩(wěn)定時，常采用錨固法處理。即在巖岸打孔，放入鋼錨桿或錨索，錨桿深度須達(dá)完整的巖層，然后用水泥砂漿填緊。第五章河岸溢洪道1.判斷題1）由于地形條件限制，溢洪道的軸線需要轉(zhuǎn)彎時，應(yīng)盡量將彎道設(shè)在進(jìn)水渠或出水渠上。（）答案：是2）溢洪道的上下游水位差較大，所以大多采用底流消能的形式。（）答案：非3）在泄槽內(nèi)摻氣是一種有效的減蝕措施，不會增加泄槽內(nèi)水深。（）答案：非4）對于泄槽為陡坡的河岸式溢洪道，影響其泄流能力大小的主要因素是其堰頂高程和陡槽縱坡的大小。（）答案：非2.選擇題1）不設(shè)閘門溢洪道的堰頂高程應(yīng)。A.等于正常蓄水位B.低于正常蓄水位C.低于死水位答案：A2）當(dāng)溢洪道泄槽需轉(zhuǎn)彎時，為消除離心力的不利影響，需將泄槽槽底抬高。A.內(nèi)側(cè)B.外側(cè)答案：B3.開敞式溢洪道位置選擇應(yīng)考慮哪些因素？答案：從總的來說，溢洪道的布置，需結(jié)合樞紐布置、水文、地形、地質(zhì)、施工及運(yùn)用管理等綜合考慮確定。主要有以下幾個方面：（1）樞紐布置應(yīng)盡可能使各建筑物協(xié)調(diào)一致；注意擋水、泄水、引水及發(fā)電、過魚、通航等各主要專門建筑物能正常工作，而不干擾；溢洪道布置應(yīng)盡量避免與渠道、道路、及其他建筑物交叉。（2）地形條件溢洪道應(yīng)盡量布置在岸邊的埡口，以減小開挖量，并盡量避免深挖成高邊坡，以免造成邊坡失穩(wěn)或處理困難（3）地質(zhì)條件巖層堅(jiān)固、完整、穩(wěn)定，有較好的抗?jié)B性，應(yīng)注意水文地質(zhì)條件的變化對建筑物及邊坡的不利影響。（4）水流條件溢洪道進(jìn)口水流順暢、水頭損失小，溢洪道泄槽盡量避免轉(zhuǎn)彎，出口消能效果好，水流順暢等；（5）施工與運(yùn)行管理一方面要方便施工，另一方面又要避免與導(dǎo)流、泄洪洞及廠房等建筑物施工的干擾。溢洪道的布置也要便于建成后的運(yùn)行管理。4.溢洪道上設(shè)閘門與不設(shè)閘門各有何優(yōu)缺點(diǎn)？為什么小型水庫溢洪道常不設(shè)閘門？答案：溢洪道設(shè)閘門可以提前放空庫容，增加防洪庫容，從而降低大壩壩頂高程，減少大壩及相應(yīng)工程的投資，但溢洪道設(shè)閘門后要增加閘門及其啟閉設(shè)備的投資，增加運(yùn)行管理的難度。溢洪道不設(shè)閘門可以減去閘門及其啟閉設(shè)備的投資，方便運(yùn)行管理，但在同樣條件下，要加大壩高或擴(kuò)寬溢洪道，從而增大相應(yīng)工程的投資。溢洪道是否設(shè)置閘門應(yīng)通過方案比較確定。對于小型水庫洪峰流量及洪水總量較小，有無閘門對樞紐總投資的影響相對較小，而且小型水庫管理力量薄弱，故一般不設(shè)閘門5.泄水槽的工作特點(diǎn)及布置時應(yīng)遵循的原則是什么？答案：泄水槽的工作特點(diǎn)是：泄水槽為陡坡，槽內(nèi)為高速水流。布置應(yīng)遵循的原則主要有：(1)在布置時應(yīng)綜合考慮地形、地質(zhì)、施工條件，以減少挖、填工程量及襯砌量，節(jié)省投資；(2)要適應(yīng)高速水流對流態(tài)的要求，盡量保持泄槽順直，避免轉(zhuǎn)彎，保證良好的水流條件；(3)襯砌表面及邊界平整，防止高速水流產(chǎn)生的沖刷、氣蝕破壞，防止沖刷沖擊波。6.如果調(diào)洪演算后的下泄流量、單寬流量及限制上游水位均超過了規(guī)定的要求，應(yīng)采取什么措施?答案：可以采取的措施主要有：（1）降低溢洪道的堰頂高程；（2）加大溢洪道堰頂寬度；（3）對下游河道進(jìn)行整治，增加下游河道的安全泄量；（4）將溢洪道進(jìn)口改為有閘控制，利用洪水預(yù)報提前泄流。7.襯砌底板破壞的主要原因是什么？答案：主要原因有：（1）高速水流所引起的氣蝕、空蝕；（2）襯砌底板表面不平整或突變（包括跌坎）所引起的氣蝕空蝕；（3）防滲排水失效引起底板破壞。8.為什么側(cè)槽的斷面采用窄深式較好？答案：由于側(cè)槽內(nèi)流量沿程均勻增加，側(cè)槽開挖成窄深式斷面不僅可以減少工程量，也可以保持槽中水深不出現(xiàn)過大的變化，便于水流均勻擴(kuò)散。9.為什么泄洪設(shè)施在可能條件下，應(yīng)盡量分成正常泄洪設(shè)施和非常泄洪設(shè)施兩部分？答案：按樞紐建筑物等級確定的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)所設(shè)計(jì)的溢洪道稱為正常溢洪道（設(shè)施）。有時，為保證安全，還考慮可能超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水即非常校核洪水對溢洪設(shè)施的影響。因?yàn)檎ＴO(shè)計(jì)洪水和非常校核洪水的洪峰和洪量相差較大，且遇到的頻率也很小，而且這種洪水也難以用常用的方法確切計(jì)算。如果按照非常校核洪水來確定溢洪設(shè)施，則會極大的增加造價，而啟用的機(jī)會又很小。因此，為了安全，也為了降低造價，應(yīng)盡量采用非常泄洪設(shè)施來滿足非常運(yùn)用的要求，將正常泄洪設(shè)施與非常泄洪設(shè)施分開布置。非常泄洪設(shè)施的設(shè)計(jì)和啟用條件，應(yīng)綜合考慮樞紐工程及下游泄洪的安全而確定。10.計(jì)算題某水庫溢洪道斷面為矩形，用漿砌石護(hù)面，糙率為0.025，底寬36m，底坡0.27，渠長40m，求通過最大流量240m3/s時溢洪道泄槽的水面曲線（不考慮摻氣）。如果溢洪道允許最大流速為14m/s時，校核其流速（＝1）。參考答案：（1）判別水面線類型（降水曲線）根據(jù)明渠均勻流公式計(jì)算得到正常水深為0.57m，因?yàn)閱螌捔髁繛?.66m2/s，按照公式計(jì)算得到臨界水深為1.71m，大于正常水深，故溢洪道為陡坡，水流為急流。（2）用分段直接求和法計(jì)算水面線。方法：假定計(jì)算水深，末端水深采用插值法求出。斷面hAvav2/2gEshJI-JS11.7161.23.920.7832.4841.550.0030.2697021.450.24.781.1652.5650.331.243.25.571.6852.8851.30.00120.25881.4941366.662.2613.2611.10.00520.26482.9250.828.88.333.5314.3370.90.0750.2137.9960.621.611.16.2786.8780.70.1450.12528.2970.5820.911.56.757.330.590.230.0440因此收縮斷面水深0.58m。（3）校核流速（因?yàn)闀r降水曲線溢洪道末端水深最小流速最大，故根據(jù)末端截面進(jìn)行校核，結(jié)果為：v＝Q/A=11.5m/s<14m/s），滿足要求。第六章水工隧洞與壩下涵管水工隧洞線路選擇的原則及要求是什么？答：1）地質(zhì)條件是洞線選擇的決定性因素，是隧洞建設(shè)成敗的關(guān)鍵。隧洞應(yīng)盡可能布置在堅(jiān)硬、完整、穩(wěn)定和地質(zhì)構(gòu)造簡單的山體內(nèi)，以充分發(fā)揮圍巖的自承能力。2）洞頂以上和傍山隧洞岸邊一側(cè)的巖體應(yīng)有足夠的厚度，以保證圍巖的穩(wěn)定。洞頂以上和傍山隧洞岸邊一側(cè)巖體的最小厚度應(yīng)根據(jù)圍巖承載能力及滲透穩(wěn)定性、隧洞斷面形狀及尺寸、施工條件、內(nèi)水壓力等因素綜合分析決定。一般不宜小于１～２倍洞徑（或洞寬）。3）進(jìn)、出口位置應(yīng)有利于上、下游水流的銜接，使進(jìn)、出水流平穩(wěn)流暢。進(jìn)口前緣地形應(yīng)開闊勻稱，保證有充足的水域，以防止發(fā)生表面漩渦和立軸漩渦。4）洞線在平面上應(yīng)盡可能成直線，以減少工程費(fèi)用和水頭損失，并取得良好的水流條件。如因地質(zhì)、施工或布置上的要求而需采用曲線時，對低流速隧洞，其彎曲不宜小于５倍洞徑（或洞寬），轉(zhuǎn)角不宜大于600。曲線段兩端用直線連接，其長度不宜小于５倍洞徑（或洞寬）。對于高流速隧洞，彎道參數(shù)應(yīng)通過模型實(shí)驗(yàn)確定。在實(shí)際工程中，高流速無壓隧洞設(shè)置平面彎道者極少，應(yīng)力求避免在平面上設(shè)置曲線段。洞線選擇應(yīng)注意施工條件，全面考慮出渣通道和施工場地布置。對于長隧洞，為了加快施工進(jìn)度，便于通風(fēng)和出渣，應(yīng)在適當(dāng)位置開鑿豎井、平洞或斜井以增加工作面。6）渠道上的無壓輸水隧洞，其洞線選擇要和整個輸水渠道線路布置統(tǒng)籌考慮。水工隧洞進(jìn)口高程如何確定？答：隧洞進(jìn)口高程主要根據(jù)其所擔(dān)負(fù)的任務(wù)確定。例如，發(fā)電隧洞，其進(jìn)口頂部高程應(yīng)保證上游在最低運(yùn)行水位時能引取發(fā)電所需的流量，灌溉隧洞應(yīng)保證上游為最低工作水位時，能引入設(shè)計(jì)流量等。有壓隧洞進(jìn)水口，應(yīng)保證在上游最低運(yùn)行水位以下有足夠的淹沒深度，以免產(chǎn)生貫通式漏斗漩渦，引起振動，降低水輪機(jī)出力。隧洞深式進(jìn)口建筑物有哪幾種類型？各種形式的特點(diǎn)及適用條件是什么？答：1）豎井式：豎井式是在進(jìn)口附近的巖層中開鑿豎井，井底設(shè)置閘門，頂部安裝啟閉設(shè)備，攔污柵設(shè)于洞外。其特點(diǎn)是，構(gòu)造簡單可靠，不受風(fēng)浪、冰凍影響，但豎井前的進(jìn)口段檢修時，需在入口處另設(shè)檢修閘門（或疊梁）。適用于巖體完整、穩(wěn)定、堅(jiān)固的岸坡。2）塔式：塔式是在山坡前獨(dú)立于水庫中的封閉式塔或框架式塔。塔底設(shè)置檢修閘門或檢修門與工作閘門。封閉式身橫斷面為方形或圓形。這種形式也可成分層取水式進(jìn)口，沿塔身不同高程分別設(shè)置進(jìn)水口，根據(jù)水庫水位的變化啟用不同的進(jìn)水口，以引取表層溫度較高的庫水，以利灌溉。塔式的優(yōu)點(diǎn)是，可在任何水位下檢修，方便可行，但造價較高，且需設(shè)工作橋與岸坡連接。當(dāng)工作水頭較低或根據(jù)運(yùn)用條件只需在進(jìn)口處設(shè)置一道閘門時，可采用框架式進(jìn)口塔。這種形式構(gòu)造簡單、施工方便，但只能在低水位時進(jìn)行維修。3）岸塔式及斜坡式：岸塔式是將控制塔斜靠在洞口巖坡上的進(jìn)口建筑物。由于塔身斜靠巖坡，故易滿足穩(wěn)定要求，對岸坡也起一定支撐作用，施工、安裝及維修均較方便。由于閘門斜放，故面積較大，不僅啟門力大，且難于靠自重下降。巖塔結(jié)構(gòu)可以是框架式也可以是封閉式，前者只能設(shè)一道閘門，后者可設(shè)兩道閘門，而且也可在不同高程設(shè)置進(jìn)水口，成為分層取水式，引取水庫表層溫度高的庫水。這種形式適用于岸坡較陡、巖石堅(jiān)固的情況。如果岸坡巖石完整、穩(wěn)定，則可稍加開挖平整并進(jìn)行襯砌后，直接將閘門及攔污柵軌道安置在斜坡上而不設(shè)控制塔，這種布置形式稱為斜坡式。其優(yōu)點(diǎn)是工種量小、造價較低，施工安裝方便。當(dāng)山坡過緩時不宜采用。一般適用于岸坡地形適宜、地質(zhì)條件好的小型工程或僅安設(shè)檢修門的進(jìn)水口。工作閘門在隧洞中的不同位置各有何特點(diǎn)？答：工作閘門布置在進(jìn)口，隧洞一般為無壓流。其優(yōu)點(diǎn)是，工作閘門與檢修閘門均在首部，運(yùn)用管理方便。工作閘門如布置在出口，則全洞為有壓流。其優(yōu)點(diǎn)是，洞內(nèi)水流平穩(wěn)，門后通氣條件好，便于部分開啟調(diào)節(jié)流量。缺點(diǎn)是，檢修閘門與工作閘門分設(shè)于隧洞首尾，管理不便。工作閘門如布置在洞身某處時，工作閘門前為有壓段，門后為無壓段。這種布置形式一般是在隧洞受到地形、地質(zhì)條件限制的情況下，為了獲得良好的水流及結(jié)構(gòu)受力條件時采用。5、選擇題：用于灌溉、泄洪和放空水庫的無壓隧洞，工作閘門應(yīng)放置在（）a)進(jìn)口處b)出口處c)隧洞中部答：a)6、隧洞中設(shè)置平壓管和通氣設(shè)施的作用是什么？答：當(dāng)隧洞設(shè)有兩道閘門時，設(shè)在工作閘門前的檢修閘門可用平壓管調(diào)壓。即在開啟檢修閘門前，先打開平壓管閥門，將上游水引入兩道閘門間，使檢修閘門前后的水壓力平衡，以減小啟門力。隧洞設(shè)置通氣設(shè)施的主要作用是：①對高速無壓隧洞，為了適應(yīng)高速水流水面的自然摻氣以及補(bǔ)充水面以上裕幅中被水流帶走的空氣，需進(jìn)行通氣；②在有壓隧洞中起充水排氣或排水補(bǔ)氣作用；當(dāng)隧洞充水時，如檢修閘門充水平壓或隧洞由明流漸變?yōu)橛袎毫鲿r，需將洞內(nèi)空氣排出；在工作閘門部分開啟或事故檢修門關(guān)閉，門后被水流帶走，這時洞內(nèi)則需通過通氣設(shè)施補(bǔ)氣。7、什么是圍巖壓力？圍巖壓力大小與哪些因素有關(guān)？答：圍巖壓力是由于隧洞開挖后引起原始應(yīng)力場的應(yīng)力重分布，使圍巖產(chǎn)生變形、松動和破壞而作用在襯砌上的壓力。影響圍巖壓力的因素很多，主要有：地質(zhì)構(gòu)造與圍巖的巖體結(jié)構(gòu)；圍巖的原始應(yīng)力狀態(tài)；隧洞的埋深、斷面形狀和尺寸；支護(hù)或襯砌的方式、時間和及時程度等。8、隧洞設(shè)計(jì)中，彈性抗力、圍巖反力是如何定義的？什么情況下才能考慮彈性抗力？答：彈性抗力是襯砌在主動荷載作用下向外變形時受到圍巖約束而施加于襯砌外壁的反作用力。彈性抗力能幫助襯砌分擔(dān)部分外荷載，對襯砌是有利的。但必須注意，襯砌與圍巖之間存在彈性抗力是有條件的，除考慮洞壁的變形情況外，襯砌與圍巖必須緊密結(jié)合；圍巖堅(jiān)硬、完整，在內(nèi)水壓力作用必須是穩(wěn)定的；圍巖厚度應(yīng)大于3倍洞徑。如果上述條件不能全部滿足，則應(yīng)降低彈性抗力系數(shù)值，以改變襯砌與圍巖分擔(dān)的荷載比例。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件很差、巖石很軟弱時，圍巖不能對襯砌產(chǎn)生彈性抗力。在此情況下，如果作用于襯砌上的荷載本身是不平衡的，則在不平衡荷載方向相反的襯砌背面產(chǎn)生圍巖反力，以維持襯砌的平衡。9、簡述隧洞襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算方法、基本原理及特點(diǎn)。答：當(dāng)前，隧洞的結(jié)構(gòu)計(jì)算有兩種方法。一是以襯砌為計(jì)算對象的結(jié)構(gòu)力學(xué)方法，另一是以隧洞整體為計(jì)算對象的彈性力學(xué)方法。結(jié)構(gòu)力學(xué)方法是將襯砌與圍巖相互分開，以研究襯砌本身為主。該法假定圍巖開挖后形成破壞拱、作用在襯砌上的荷載就是破壞拱以下的巖體重力及內(nèi)外水壓力等。圍巖的作用是以彈性抗力的形式施加給襯砌，并按文克爾假定考慮，與實(shí)際出入較大。結(jié)構(gòu)力學(xué)方法存在的主要缺點(diǎn)是，僅能求得襯砌的應(yīng)力，而不能求出圍巖的應(yīng)力，也無法對圍巖的穩(wěn)定進(jìn)行分析。其次，這種方法將圍巖與襯砌相互分開，襯砌消極地承受假定的坍塌荷載，不僅使襯砌斷面設(shè)計(jì)過大，也無法反映隧洞開挖后即所采取的加固措施，防止圍巖變形，最大限度發(fā)揮圍巖的自承作用，從而使襯砌減薄甚至不需襯砌的設(shè)計(jì)思想。此外，彈性抗力系數(shù)的理論假定也與實(shí)際不符。盡管結(jié)構(gòu)力學(xué)方法存在上述問題，但由于其在多年應(yīng)用過程中已形成了一套完整的體系，在一定程度上反映了隧洞工作狀態(tài)，并為廣大設(shè)計(jì)人員所熟悉。彈性力學(xué)方法是將圍巖與襯砌視為整體作為分析對象。其特點(diǎn)是能對圍巖進(jìn)行分析，并能嚴(yán)格按襯砌與圍巖共同工作進(jìn)行分析而無須采用彈性抗力的概念。但由于彈性理論僅能對某些特定條件下的隧洞給出精確解，其使用受到了較大限制。隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，彈性力學(xué)的數(shù)值方法，即有限元法，已迅速發(fā)展成為隧洞計(jì)算最有效的方法，它對復(fù)雜的巖體結(jié)構(gòu)基本上能模擬，并能得出較為實(shí)際的結(jié)果。有限元法的計(jì)算成果正確與否，取決于原始參數(shù)和計(jì)算模型，由于巖體狀態(tài)復(fù)雜、多變，巖體力學(xué)的測試技術(shù)還不夠先進(jìn)，選擇圍巖計(jì)算參數(shù)還較困難，因而使得原始參數(shù)及計(jì)算模型難以精確確定，這種方法仍在繼續(xù)研究發(fā)展中。10、水工隧洞與涵管的主要區(qū)別是什么？答：1）形式：隧洞是開鑿于山巖體的輸水建筑物，涵管是敷設(shè)于土石壩內(nèi)的輸水建筑物；2）水流狀態(tài)：水工隧洞中水流可以設(shè)計(jì)為有壓的也可以設(shè)計(jì)為無壓的，而涵管為保證土石壩安全一般設(shè)計(jì)為無壓的。11、簡述水工隧洞的工作閘門和檢修閘門的作用及工作特點(diǎn)，如何布置？答案：水工隧洞一般需要設(shè)置兩道閘門，一道是工作閘門，其作用是控制水流流量、封閉孔口，要求在動水中啟閉；另一道是檢修閘門，在檢修工作閘門或檢修隧洞時，用以擋水，一般在靜水中啟閉。無壓隧洞一般將閘門設(shè)置在隧洞進(jìn)口處，有壓隧洞大多將閘門設(shè)置在出口處。另外，有些工程的泄洪洞將工作閘門布置在洞內(nèi)。檢修閘門一般布置在隧洞進(jìn)口處，位于工作閘門的上游側(cè)，當(dāng)隧洞出口低于下游水位時，出口處也需要設(shè)置檢修門。12、多項(xiàng)選擇題：水工隧洞出口常用的消能方式有()。a、面流消能b、底流消能c、洞內(nèi)消能d、挑流消能答：b、d13、填空題：水工隧洞一般由()、()、()三部組成。答：：進(jìn)口段，洞身段，出口段14、選擇題：水工隧洞襯砌施工時，由于頂部襯砌與圍巖間常存在空隙，需進(jìn)行（）。a、回填灌漿b、固結(jié)灌漿c、帷幕灌漿d、高壓灌漿答：a15、為什么有壓隧洞洞身常采用圓形斷面形式答：有壓隧洞承受的荷載主要是內(nèi)水壓力。圓形斷面受力條件好，其水力特性也最佳，與其他形式斷面相比，面積一定時過水能力最大。施工尚方便，最適用于掘進(jìn)機(jī)開挖。16、簡述壩下涵管的工作特點(diǎn)及在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意問題。答：壩下涵管工作時，水頭一般較大，且有控制流量要求，管身深埋在土石壩下，這種工作條件決定了它的工