水工建筑物作业答案.doc

(完整word版)水工建筑物作业答案
《水工建筑物》课程测验作业
及课程设计
一．平时作业
（一）绪论
1、我国的水资源丰富吗？开发程度如何？解决能源问题是否应优先开发水电？为什么？
我国水资源总量丰富，但人均拥有量少，所以应选不丰富。
我国水资源开发利用程度接近25%，从全国而言，不完全一样，呈现“北高南低”，南方特别是西南，水资源丰富而利用量少，利用程度低，而北方尤其是西北干旱地区和华北地区利用程度高。
解决能源问题应优先开发水电，因为水能在可再生能源中是开发技术最成熟，开发经验最丰富，发电成本最经济。
2、什么是水利枢纽？什么是水工建筑物？与土木工程其他建筑物相比，水工建筑物有些什么特点？
水利枢纽是修建在同一河段或地点，共同完成以防治水灾 、开发利用水资源为目标的不同类型水工建筑物的综合体。
水工建筑物是控制和调节水流，防治水害，开发利用水资源的建筑物。
水工建筑物特点：工作条件的复杂性、设计选型的独特性、施工建造的艰巨性、失事后果的严重性。
3、水工建筑物有哪几类？各自功用是什么？
挡水建筑物：用以拦截江河，形成水库或壅高水位。如拦河坝、拦河闸。
泄水建筑物：用以宣泄多余水量，排放泥沙和冰凌，或为人防、检修而放空水库等，以保证坝和其他建筑物的安全。如溢流坝、溢洪道、隧洞。
输水建筑物：为灌溉、发电和供水的需要，从上游向下游输水用的建筑物。如：引水隧洞、渠道、渡槽、倒虹吸等。
取（进）水建筑物：是输水建筑物的首部建筑物，如引水隧洞的进口段、进水闸等。 整治建筑物、专门建筑物。
整治建筑物（改善河道水流条件、调整河势、稳定河槽、维护航道和保护河岸）。
专门性水工建筑物（为水利工程种某些特定的单项任务而设置的建筑物）。
4、河川上建造水利枢纽后对环境影响如何？利弊如何？人们应如何对待？
河流中筑坝建库后上下游水文状态将发生变化。上游水库水深加大，流速降低，河流带入水库的泥沙会淤积下来，逐渐减少水库库容，这实际上最终决定水库的寿命。较天然河流大大增加了的水库面积与容积可以养鱼，对渔业有利，但坝对原河鱼的回游成为障碍，任何过鱼设施也难以维持原状，某些鱼类品种因此消失了。水库调蓄的水量增加农作物灌溉的机会；但水温可能不如原来情况更适应作物生长。此外，库水化学成分的改变，营养物质浓集导致水的异味或缺氧等，也会对生物带来影响。
人们应该充分考虑生态等因素及影响，合理开发河流。
5、水利枢纽、水工建筑物为何要分等分级？分等分级的依据是什么？
水利工程的作用是防洪除害与兴利，根据不同的要求棌用不同的标准，才能达到既经济，又高效的目的。
分等分级依据工程规模、效益以及在国民经济中的重要性来划分等级，依据所属工程的等别及其在工程中的作用和重要性分析确定。

（二） 重力坝
1、重力坝的工作原理和工作特点是什么？
重力坝的工作原理是在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自身重量产生的抗滑力来满足稳定的要求；同是也依靠坝体自重在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力，以满足强度的要求。
特点：重力坝筑坝材料的抗冲能力强；重力坝结构简单，施工技术比较容易掌握，有利于机械化施工，断面尺寸大，材料强度高、耐久性好，安全性较高；对地形地质条件适应性较好；坝体与地基接触面积大，受扬压力的影响也大；重力坝剖面尺寸较大，坝体内部的压应力一般不大，因此材料的强度不能充分发挥；坝体体积大，水泥用量多，混凝土凝固时水化热高，散热条件差，分部浇筑，容易形成裂缝。
2、重力坝剖面比较宽厚的原因是什么？为什么说重力坝的材料强度不能得到充分利用？
依靠坝身自重在坝基面上产生摩阻力来抵抗水平水压力以达到稳定的要求并在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度的要求。
重力坝剖面尺寸较大，坝体内部的压应力一般不大，因此材料的强度不能充分发挥。
3、作用在重力坝上的荷载有哪些？其计算方法如何？为什么要进行荷载组合？设计重力坝时需考虑哪几种荷载组合？
作用于重力坝上的荷载有坝体自重、上下游坝面上的水压力、扬压力、浪压力或冰压力、泥沙压力以及地震荷载等。
在进行重力坝的设计时，应该把各种荷载根据它们同时出现的机率，合理地组合成不同的设计情况，根据组合出现的概率大小，用不同的安全系数进行核算，以妥善解决安全和经济的矛盾。
基本组合、长期组合、短期组合、偶然组合。
4、重力坝失稳破坏形式是什么？稳定验算有哪些公式？它们主要区别在哪里？提高重力坝稳定性的工程措施有哪些？
两种破坏类型：一种是坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，包括沿坝与基岩接触面的滑动以及沿坝基岩体内连续软弱结构面产生的深层滑动；另一种是在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引起倾倒滑移破坏。
稳定验算公式： 单一安全系数法、极限状态分析法
（1）抗剪强度公式
Ks=f(∑W-U)/ ∑P
（2）抗剪断公式
Ks’=[f’(∑W-U)+c’A]/ ∑P
公式主要区别：①当整个可能滑动面基本上都由软弱结构面构成时，宜用抗剪强度公式计算，Ks值用1.05~1.3；②可能滑动面仅一部分通过软弱结构面，其余部分切穿岩体或混凝土，有条件提供一定抗滑力的抗力体时，应采用抗剪断公式核算， Ks’>2.3~3.0。
工程措施有：将坝的迎水面做成倾斜或折坡行，利用坝面上的水重来增加坝体的抗滑稳定；将坝基面开挖成倾向上游的斜面，借以增加抗滑力提高稳定性；利用地形地质特点，在坝踵或坝趾设置深入基岩的齿墙，用以增加抗力提高稳定性；采用有效的防渗排水或抽水措施，降低扬压力；利用预加应力提高抗滑稳定性
5、重力坝应力分析的目的是什么？目前应力分析的方法有哪几种？材料力学的基本假定是什么？如何应用材料力学法计算坝体的边缘应力和内部应力？
目的：检查坝体和坝基在计算情况下能否满足强度的要求，并根据应力分布情况进行坝体混凝土标号的分区；研究坝体某些部位的局部应力集中和某些特殊结构的应力状态，以便采取加强措施。
理论计算和模型试验两大类，理论计算又分为材料力学法和弹性理论法等。
基本假定：坝体水平截面上的垂直正应力呈直线分布，即可按材料力学的偏心受压公式计算。
6、拟定重力坝剖面的主要原则是什么？何谓重力坝的基本剖面？如何从基本剖面修改成实用剖面？
主要原则：“既满足稳定和强度要求，又使体积最小和施工简单运行方便”。
重力坝的基本剖面：在主要荷载作用下满足坝基面稳定和应力控制条件的最小三角形剖面。
考虑其他荷载和运用条件，修改坝顶宽度、坝顶高程和剖面形态，使其符合实际需要。
7、重力坝为什么要分缝？缝有哪几种类型？横缝如何处理？止水如何布置？纵缝有哪几种布置方式？为什么斜纵缝可以不进行水泥灌浆？
分缝原因：防止在运用期由于温度变化发生伸缩变形和地基可能产生不均匀沉陷而引起裂缝，以及为了适应施工期混凝土的浇筑能力和温度控制等。
分类：垂直于坝轴线的横缝和平行于坝轴线的纵缝。
横缝处理：高坝的横缝止水常采用两道金属止水片和一道防渗沥青井，中低坝的止水可适当简化。
纵缝布置方式：垂直纵缝、斜缝、错缝。
斜纵缝可以不进行水泥灌浆是因为缝面的剪应力很小，可只在缝面上凿毛、加设键槽。
8、重力坝各部位对混凝土性能有哪些要求？如何进行坝体混凝土标号分区？
Ⅰ区：上游库水位及下游库水位以上坝体表层混凝土，主要受大气的影响，要求该层要有较高的抗冻性，耐久性；Ⅱ区：上、下游水位变化区的坝体表层混凝土，既受水的作用也受大气的影响，要求该层有较高的抗冻和抗裂性；Ⅲ区：上、下游最低水为以下坝体表层混凝土，受水的作用，要求该层有较高的强度和抗冻、抗裂性；Ⅳ区：与地基接触的底层混凝土，受上部坝体自重和渗透扬压力作用，要求该部位有较高的强度和抗裂性；Ⅴ区：坝体内部混凝土，可以采用比坝基部位混凝土低一标号的混凝土，但要严格控制发热量，以避免温度应力造成坝体开裂；坝体内部混凝土的标号不应低于 R90100，Ⅵ区：抗冲部位（如溢流面、泄水孔、闸墩、导墙等处）的混凝土，受高速水流的作用，要求该部位要有高强度，抗冻、抗冲刷、抗侵蚀性。
9、重力坝的坝身和坝基排水的目的是什么？各如何布置？
目的：减小渗水对坝体的有害影响，降低坝体中的渗透压力
布置方式：“在靠近上游坝面处应设置排水管，将坝体渗水由排水管排入廊道，再由廊道汇集于集水井，用水泵排向下游”，为了收集并排走由地基渗透进来的水，进一步降低坝底扬压力，主排水孔一般设在基础灌浆廊道的下游侧，如基岩裂隙发育，还可在基岩表面设置排水廊道或排水沟。
10、坝内廊道的作用有哪些？不同用途的廊道设置部位和尺寸如何确定？廊道系统的布置原则是什么？
坝内廊道设置应兼顾基础灌浆、排水、安全监测、检查维修、运行操作和坝内交通等多种用途。
基础灌浆廊道的断面尺寸，应根据灌浆机具尺寸和工作空间要求确定，宽度宜为2．5～3．om，高度宜为3．0～3．5m 。交通及监测廊道最小宽度宜为1．2m，最小高度直为2．2m。
廊道系统的布置原则：高、中坝内必须设置基础灌浆廊道。基础灌浆廊道的纵向坡度应缓于450，坡度较陡的长廊道，应分段设置安全平台及扶手。当两岸坡度陡于450 时，基础灌浆廊道可分层布置，并用竖井连接。基础灌浆廊道底板混凝土厚度不宜小于3m。
11、混凝土重力坝施工期产生裂缝的原因为何？防止裂缝的主要措施是什么？
产生裂缝的原因：当混凝土块体不能自由伸缩而受到约束时，就要产生温度应力，而当拉应力超过混凝土的抗裂能力时，则要产生温度裂缝。
措施：加强温度控制、提高混凝土的抗裂强度、保证混凝土的施工质量和采用合理的分缝、分块等。
12、重力坝对地基有哪些要求？为什么有这些要求？帷幕灌浆和固结灌浆的作用是什么？断层破碎带处理方式有哪些？
有足够的强度，以承受坝体的压力；具有足够的整体性和均匀性，以满足坝基抗滑稳定和减少不均匀沉陷的要求；具有足够的抗渗性，以满足坝基渗透稳定和减少渗透的要求；具有足够的耐久性以防止在水的长期作用下基岩性质发生恶化。
固结灌浆目的：提高基岩整体性和弹性模量，减少基岩受力后的变形，并提高基岩的抗压、抗剪强度；降低坝基的渗透性，减少渗透量。
帷幕灌浆目的：降低坝基的渗透压力，减少渗透流量；防止坝基内产生机械或化学管涌，即防止基岩裂隙中的充填物被带走或溶滤。
对于倾角较大或与基面接近垂直的软弱破碎带，常采用混凝土梁或混凝土拱加固；对于倾角较小的软弱破碎带，除适当加深表层混凝土塞外，还要在较深的部位沿破碎带开挖若干个斜井和平洞，然后用混凝土回填密实。
（三）拱坝
1、拱坝和重力坝的工作条件有何不同？
重力坝完全靠自重维持稳定，拱坝利用筑坝材料强度承担以轴向压力为主的拱内力，并由两岸拱端岩体来支撑拱端推力。
2、拱坝对地形、地质条件有何要求？河谷形状对拱坝剖面和荷载分配有何影响？
地形指标包括坝顶高程处的河谷宽度L和坝高H之比（称L/H为宽高比）及河谷断面形状
较理想的地质条件是岩石均匀单一，有足够的强度，透水性小，耐久性好，两岸拱座基岩坚固完整，边坡稳定，无大的断裂构造和软弱夹层，能承受拱端传来的巨大推力而不致产生过大的变形，尤其要避免两岸边坡存在向河床倾斜的节理裂隙或构造。
河谷的宽高比愈小，说明河谷愈窄深。此时拱坝水平拱圈跨度相对较短，悬臂梁高度相对较大，即拱的刚度大，拱作用容易发挥，可将荷载大部分通过拱作用传给两岸，坝体可设计的薄些，反之设计得厚些；河谷的断面形状，V形河谷，拱圈跨度自上而下逐渐减小，拱刚度逐渐增强，拱可做得薄些；U形河谷，拱圈跨度自上而下几乎不变，拱刚度不增加而水压力增加，需增加梁的刚度，做得厚些；梯形河谷介于V形和U形之间；河谷在平面上的形状应呈喇叭口，以使两岸拱座下游有足够厚的岩体来维持坝体的稳定。
3、选取拱圈中心角要考虑哪些因素？这些因素之间的关系如何？
中心角愈大，拱圈厚度愈小，说明中心角愈大，材料强度可得到充分利用，对应力有利；反之，拱圈中心角减小，半径愈大，拱作用减弱，要求加大拱圈厚度。加大中心角使拱圈弧长增加，在一定程度上会抵消一部分由减小拱厚所节省的工程量。从经济和应力角度考虑，采用较大中心角有利但拱端轴力方向将向顺岩坡等高线方向偏转，对坝肩稳定不利。
4、单曲拱坝、双曲拱坝各有什么优缺点？各适用什么场合？
单曲拱，又称为定外半径定中心角拱，对U型或矩形断面的河谷，其宽度上下相差不大，各高程中心角比较接近，外半径可保持不变，仅需下游半径变化以适应坝厚变化的要求。特点：施工简单，直立的上游面便于布置进水孔和泄水孔及其设备，但当河谷上宽下窄时，下部拱的中心角必然会减小，从而降低拱的作用，要求加大坝体厚度,不经济。
双曲拱坝，变外半径等中心角，变外半径变圆心。特点：拱坝应力条件较好，梁呈弯曲形状，兼有拱的作用，更经济，但有倒悬出现，设计及施工较复杂。
适用：对于底部狭窄的“V”字形河谷可考虑采用单曲拱坝；对“V”、“U”型河谷都适用双曲拱坝。
5、双曲拱坝的倒悬是怎样形成的？如何处理拱坝过大的倒悬度？
因上下层拱圈半径或中心角的变化，容易形成上层坝面突出下层坝面，即产生倒悬，以两岸最为明显。
使靠近河岸坝段上游面维持直立，而河床中部坝段俯向下游；使河床中部坝段直立，而河岸坝段向上游倒悬，此时在上游侧加设临时的混凝土支撑或通过开挖做成基础支持；协调前两种方案，使河床坝段稍俯向下游，河岸坝段稍向上游倒悬。
（四）土石坝
1、设计和建造土石坝的基本要求有哪些？
坝体和坝基在施工期及各种运行条件下都应当是稳定的；不允许坝顶过流；根据上堵下排的原则，确定合理的防渗体形式，加强坝体与坝基、岸坡与其他建筑物连接处的防渗效果，布置有效的排水及反滤设施，避免大坝发生渗透破坏；对坝顶和边坡采取适当的防护措施；进行大坝安全监控系统设计，布置观测设备，监控大坝安全运行。
2、土石坝有哪些基本类型？各自的优缺点及适用的场合如何？
按施工方法可分为碾压式土石坝、抛填式堆石坝、定向爆破坝、水力冲填坝和水中倒土坝。
碾压式混凝土坝按坝体横截面的防渗材料及其结构可分为均质坝、分区坝、人工防渗材料坝。
均质坝：结构简单，施工方便，当坝址附近有合适的土料且坝高不大时可优先采用，防渗性好；抗剪强度低，且施工碾压困难，在多雨地区受含水量影响更难压实，因而高坝中一般不采用。
分区坝：心墙与坝体同步上升，施工难度大，心墙料与坝壳料固结速度不同，心墙内易产生拱效应而形成裂缝；斜墙相互干扰少，但抗震性能和适应不均匀沉陷的能力均不如心墙；斜心墙坝可不同程度克服心墙坝和斜墙坝的缺点。
人工防渗材料坝：坝坡设计较陡，土石工程量减少，工程造价低，施工方便工期短，受气候因素影响小。
抛填式堆石坝：堆石体孔隙率大，承受水压力后变形量大，石块尖角容易被压裂或减裂，抗剪强度较低，目前已很少采用。
水力充填坝：不需运输机械和碾压机械，功效高，成本低，缺点是土料的干容重较小，抗剪强度较低，需要平缓的坝坡，坝体土方量较大。
水中倒土坝：不需要专门的重型碾压设备，但由于坝体填土干容重低，孔隙水压力大，抗剪强度小，故坝坡平缓，工程量大。
定向爆破坝：适用于河谷陡峻、山体厚实、岩性简单交通运输条件极为不便的地区。
3、影响土石坝坝坡的因素有哪些？如何影响？土石坝剖面如何拟定？
上游坝坡长期处于饱和状态，加之水库水位有可能快速下降。使其处于不稳定地位。 土质防渗体斜墙坝上游坝坡的稳定受斜墙土料特性控制。粘性土料的稳定坝坡为一曲面，由粉土，砂，轻壤土修建的均质坝，透水性大，为保持渗流稳定性，放缓坡度 当坝基或坝体土料沿坝轴线分布不一致时，让坝坡换面变化。
根据坝高，坝的等级，坝型，筑坝材料特性，坝基情况以及施工，运行条件等参照工程的实践经验初步拟定。然后通过渗流和稳定的分析检验，最终拟定合理剖面形状。
4、如何根据土石坝的工作特点和土石料的性质来进行坝各部位的土料设计？
坝壳对土石料要求：（1）填筑坝壳的土石料，应具有较好的透水性，以减少坝体内孔隙压力和渗 透力 ⑵ 具有较高的抗剪强度，以减少坝体工程量。 ⑶ 具有一定的抗渗稳定性，不易发生管涌，土石料级配要求好，不均匀系数宜大些。⑷ 应具有较好的抗震稳定性，不易遇震发生液化。坝壳材料采用石渣料。
防渗体对土石料的要求：⑴ 应具有一定的不透水性，要求渗透系数 K< 105 cm/s。 ⑵ 应具有一定的可塑性，以适应坝身和坝基的变形而不致产生裂缝。
5、渗流分析中，浸润线的基本方程是如何推导出来的？如何根据这个方程对各种坝型.各种坝基进行渗流分析？
315,316
6、渗透变形有那几种？如何防止渗透变形？
管涌、流土、接触冲刷、接触流失。
采取水平或垂直防渗措施，以便近可能延长渗径，达到降低渗透坡降的目的；采取排水减压措施，以降低坝体浸润线和下游渗流出口处的渗透压力。对可能发生管涌的部位，需设置反滤层，拦截可能被带走的细颗粒，对下游可能产生流土的部位，可以设置盖重以增加土体抵抗渗透变形的能力。
7、反滤层的主要作用是什么？在坝的哪些部位要设置反滤层？如何设计和布置反滤层？
提高土体抵抗渗透破坏能力，起到滤土、排水的作用。
在土质防渗体（如心墙等）与坝壳或坝基透水层之间，以及下游渗流逸出处设置反滤层。
反滤层一般有2~3层不同粒径的砂石料。石料采用耐久的、抗风化的材料，层的设置大致与渗流方向正交，且顺渗流方向粒径应由小到大。通常水平反滤层的最小层厚可采用30cm，垂直或倾斜反滤层的最小层厚可采用50cm。
8、土石坝失稳的形式有哪些？坝坡坍滑有哪几种类型？为什么土石坝只进行局部稳定验算，而不进行整体稳定验算？
滑动、液化、塑性流动。
圆弧滑动面、折线形滑动面、复合滑动面。
土石坝坝坡较缓，在外荷载及自重作用下，不会产生整体水平滑动。如果剖面尺寸不当或坝体、坝基材料的抗剪强度不足，在一些不利荷载组合下有可能发生坝体或坝体连同部分坝基一起局部滑动的现象，造成失稳。
9、渗流和孔隙压力对土石坝的稳定有何影响？计算中如何考虑？
渗流，由于物理或化学作用，导致土体颗粒流失，土壤发生局部破坏；其方向为各点是渗流方向，单位土体所受到的渗透力大小为γJ，γ为水的重度，J为该处的渗透坡降。
空隙压力的存在使土的抗剪强度降低，也使坝坡稳定性降低；两种方法，一种是总应力法，即采用不排水剪的总强度指标φu、cu来确定土体的抗剪强度，τu=cu+σtanφu；另一种是有效应力法，即先计算孔隙压力，再把它当作一组作用在滑弧上的外力来考虑，此时采用与有效应力相对应的排水剪或固结快剪试验的有效强度指标φ`、c`。
10、设置排水的目的是什么？坝体排水有哪些形式？各自优缺点及适用的场合如何？
降低坝体浸润线及孔隙压力，改变渗流方向，增加坝体稳定；防止渗流逸出处的渗透变形，保护坝坡和坝基；防止下游波浪对坝坡的冲刷及冻胀破坏，起到保护下游坝坡的作用。
棱体排水，排水效果好，除了能降低坝体浸润线防止渗透变形外，还可支撑坝体、增加坝体的稳定性和保护下游坝脚免遭淘刷，多用于下游有水和石料丰富的情况；贴坡排水，不能降低浸润线，但能提高坝坡的抗渗稳定性和抗冲刷能力。结构简单，便于维修；褥垫排水，能有效降低坝体浸润线，但对增加下游坝坡的稳定性不明显，常用于下游水位较低或无水的情况；综合式排水，兼有各种排水形式的优点。
11、为什么上下游坝面要设置护坡？护坡的型式有哪些？各自的优缺点及适用场合如何？
设置护坡的目的是为了保护上游坝坡免受波浪淘刷、顺坡水流冲刷、冰层和漂浮物等的危害作用及下游坝坡免遭雨水冲刷、冻胀干裂等主要因素的破坏作用。
混凝土护坡：在边坡坡脚可能遭受强烈洪水冲刷的陡坡段；草皮护坡：在风沙坡地，应先设沙障，固定流沙，再播种草籽；干砌石护坡：坡面较缓(1.0：2.5～1.0：3.0)、受水流冲刷较轻的坡面，采用单层干砌块石护坡或双层干砌块石护坡；浆砌石护坡：坡度在1：1～1：2之间，或坡面位于沟岸、河岸，下部可能遭受水流冲刷，且洪水冲击力强的防护地段，宜采用浆砌石护坡。
12、砂砾石地基处理有哪些工程措施？各种措施的设计要求是什么？
砂卵石地基的处理主要是解决防渗问题，通过采取“上堵”、“下排”相结合的措施，达到控制地基渗流的目的。
13、土石坝产生裂缝的原因是什么？裂缝的形式有哪些？如何防止？
变形裂缝，主要由不均匀沉降引起。
干缩或冻融裂缝，干缩缝是由于土体表面失去水分而产生的，冻融裂缝是在土体冻结后，气温再骤降，表层土发生收缩，受到内部未降温土体的约束，在表层发生裂缝。
水力劈裂缝是在孔隙水压力作用下，土体局部有效应力减小至零时，拉伸破坏所形成的裂缝。
滑坡裂缝，滑坡引起的。
防止措施：设计方面：选择合适的地形和有利的地质条件并进行必要的处理；合理设计土石坝的剖面和细部；选择适宜的土料和采用合理的参数。施工方面：严格控制土料的颗粒组成、含水量和密实度，精心碎土和压实；心墙待下部坝体的沉降大部完成时再填筑上部，控制土石坝的填筑速率以适应地基强度的增长速率；坝体各部分填筑顺序考虑沉陷影响；保护坝面，保证防渗体的整体性；坝内刚性建筑周围的填土严加压实涵管下游尾部应做好排渗体和反滤层，防止渗透变形；土石坝合龙段要加强碾压和防渗排水措施。
（五）溢洪道
1、水利枢纽在什么情况下须设置河岸溢洪道？
在坝型、地形及其他技术经济原因有限制要求的情况。
2、河岸溢洪道有哪些型式？各自的特点和适用条件如何？
在布置和运用上分为正常溢洪道和非常溢洪道。
正常溢洪道一般以堰流方式泄水，有较大的超泄能力。按流态可分为正槽泄洪道、侧槽泄洪道、井式泄洪道、虹吸泄洪道。
广泛用于拦河坝为土石坝的大中小型水利枢纽。坝型采用薄拱坝或轻型支墩坝的水利枢纽，当泄洪水头较高或流量较大时，也要布置河岸溢洪道。坝身适宜布置溢流段的长度尚难满足泄洪要求；为布置水电站厂房于坝后，不适于同时布置坝身溢流；坝外布置溢洪道技术经济条件更为有利，如河岸在地形上有高程恰当的适于修建溢洪道的天然垭口，地基上又为抗冲性能好的岩基。
非常溢洪道用于宣泄超过设计标准的洪水，分为自溃式和爆破引溃式。
3、溢洪道的控制堰有哪些可供选择的型式和布置方式？你对其不同的泄流特征有何认识？堰顶是否设闸门的利弊如何？
河岸溢洪道的布置及形式选择：受地形条件、地质条件、水力条件、枢纽布置要求等因素。 正槽溢洪道：当溢洪道的泄槽轴线与溢流堰轴线垂直，即过堰水流与泄槽轴线方向一致。侧槽溢洪道：溢洪道的泄槽轴线与溢流堰轴线接近平行，即过堰水流与泄槽轴线方向接近正交。由溢洪堰、侧槽、泄槽、消能设施和出水渠等部分组成。
4、高水头河岸溢洪道的泄槽上可能有哪些水流问题要解决？他们与泄槽的体形布置有何关系？
掺气不充分，产生负压、空蚀。
主要是因为下泄槽段为陡坡段，容易出现不同程度的水翘。
5、什么叫非常溢洪道？其设置方式有哪些？各有何特点？如何选用？
非常溢洪道是当遭遇非常洪水，为确保大坝安全方才启用的泄水建筑物。
非常溢洪道一般分为漫流式、自溃式和爆破引溃式。
（六） 水工隧洞
1、水工地下洞室有哪些功用？其工作条件有何特点？
特点：围岩应力重新分布；有压隧洞若衬砌漏水，将形成附加的渗透压力，构成岩体失稳的因素，无压隧洞的自掺气现象要求设置有足够供气能力的通气设备，否则封闭断面下的洞身见难以维持稳定无压流态；按方量计的工程量不一定很大，但工期往往很长
功能：泄水、引水、输水、放空、排沙、导流等
2、按流态分深式泄水隧洞有哪两种基本类型？工作闸门应如何布置？如何保证洞内流态的稳定和防止明满流交替现象发生？
无压和有压。
设通气孔和平压管。
3、水工地下洞室的进口形式有哪些？他们各自的优缺点和适用场合？
深孔进口有竖井式、塔式、岸塔式、斜坡式、组合式等。
竖井式进口适用于河岸岩石坚固、竖井开挖不致坍塌的情况。优点是结构简单，不受水库风浪和结冰的影响，抗震及稳定性好，当地形地质条件适宜时造价也不高，缺点是竖井前的一段隧洞检修不便
塔式进口，进口处岸坡覆盖层较厚或岩石破碎。封闭式塔可在任何水库水位下检修闸门，还可在不同高程设进水口以适应库水位变化，运行可靠但造价较贵。框架式塔结构较轻，造价较省，但只有在低水位时才能检修。塔身受风浪、结冰、地震的影响较大，稳定性相对较差
岸塔式进口，进口处岩石坚固，可开挖成近于直立的陡坡时适用此种形式。其优点是稳定性较塔式好，造价也较经济。
斜坡式进口，优点是结构简单，施工方便，稳定性好，造价也低；缺点是斜坡过缓则闸门面积要加大，关门不易靠自重下降，可能要另加关门力。一般用于中小型工程或进口只设检修闸门。
4、泄水隧洞进口段设置的通气孔、平压管有何功用？
通气孔：用于检修期间关闭闸门开启工作闸门放水时向水内补气，检修完毕排气。
平压管：减小启门力，将库水引至检修闸门下游侧泄水孔内，以平衡前部分水压力。
5、水工隧洞横段面形态有哪些？各适用场合？
有压隧洞一般都用圆形断面，当岩石坚硬且内水压力不大时也可用非圆性断面。
无压隧洞多采用圆拱直墙形断面，适于承受垂直山岩压力。岩石条件差时可做成马蹄形断面。岩石条件差并由较大外水压时也可采用圆形断面。采用挖掘机开挖施工时则必须采用圆形断面
6、水工地下洞室衬砌的功用是什么？有哪些衬砌形式？衬砌是否要分缝？如何分缝？
功用：保证围岩稳定，承受山岩压力、内水压力及其他荷载；防止隧洞漏水；保护围岩免受破坏；改善水流条件。
形式：抹平衬砌、单层衬砌、组合式衬砌、预应力衬砌。
混凝土及钢筋混凝土整体式衬砌施工中要分段分块浇筑，必须设置横向和纵向工作缝。在隧洞沿线衬砌结构变化处及地质条件变化处，特别是通过断层破碎带时，为防止水平位移和不均匀沉陷造成的衬砌破裂，常需设置永久的横向伸缩缝。
7、水工地下洞室衬砌的荷载与受力情况如何？荷载怎样组合？
水工隧洞的荷载组合 基本荷载与特殊荷载 １）正常运用情况 围岩压力+衬砌自重+设计洪水时的内、外水压力 ２）施工、检修情况 围岩压力+衬砌自重+可能最大的外水压力 ３）非常运用情况 围岩压力+衬砌自重+校核洪水时的内、外水压力。
衬砌上的荷载计算 １、围岩压力：垂直围岩压力；侧向围岩压力；底部上挤力 。
（七） 水闸
1、试述水闸的类型、组成部分及其作用
按其承担的主要任务分，进水闸、拦河闸、泄水闸、排水闸、挡潮闸、分洪闸、冲沙闸，还有排冰闸、排污闸。
按闸室结构分，开敞式、胸墙式和封闭式。
水闸由上游连接段、闸室和下游连接段组成。
2、试述水闸的工作特点及防止发生波状水跃和折冲水流的措施？
当水闸挡水时，上下游水位差造成较大的水平水压力，是水闸有可能产生向下游一侧的滑动；同时，在上下游水位差的作用下，闸基及两岸均产生渗流，渗流将对水闸底部施加向上的渗透压力，减小水闸的有效重量，从而降低了水闸的抗滑稳定性。当水闸开闸泄水时过闸水流流速大，可能会严重冲刷下游河床及两岸，甚至冲刷地基导致失事。软地基上建闸肯产生较大沉陷，影响水闸正常使用
“水闸必须有足够的重量以维持自身的稳定，降低渗流带来的影响。采取有效的消能放冲措施。降低地基沉陷产生的影响。选择合适的坝址”。
3、闸孔形式有哪些？各有什么特点？为什么平底堰流孔口被广泛采用？

4、如何决定闸底板高程？

5、为什么闸下水流一般采用底流水跃的连接方式？消能防冲设计的控制条件如何确定？
一方面要尽可能消除水流的动能，消除波状水跃，并促使水流横向扩散，防止产生折冲水流；另一方面要保护河床和河岸，防止剩余动能引起的冲刷。
弗劳德数Fr较小，易产生波状水跃；进口流态不对称时会产生折冲水流。
6、粘土和砂沙土地基上水闸防渗布置所要解决的主要矛盾和防渗布置方式有何不同？不同的防渗布置对水闸的抗滑稳定及地基渗透稳定有何影响？
黏性土地基，防渗措施一般常用铺盖，排水设施一般布置在闸室下游护坦的下面，也可布置在闸室底板下面。因为土壤颗粒之间具有凝聚力，不易产生管涌，但土壤与闸底板之间的摩擦系数小，不利于闸室稳定。
砂性土地基，采用铺盖和板桩相结合，排水设备布置在闸底板之后的护坦下。因为土壤与底板之间的摩擦系数较大，对闸室抗滑稳定有利，土壤颗粒之间无黏聚力，容易产生管涌
7、试述改进阻力系数法计算闸基渗流的基本原理？
把闸基渗流区域按可能的等水头线划分为几个典型流段，根据渗透连续性原理，流经各流段的渗流量相等，各段水头损失与其阻力系数成正比，各段水头损失之和等于上下游水头差
8、闸室稳定计算包括哪些内容？如何进行闸室稳定计算？提高闸室抗滑稳定性的措施有哪些？
平均基地压力小于地基允许压力。
可采取增加上部结构重量、加长或者加厚底板、增设阻滑板、增设抗滑桩或预应力锚固等措施来提高闸室抗滑能力； 对于挡土墙抗滑不稳定的，可采取墙后增设排水设施、墙后换填摩擦角较大、重度较小的回填料，或者降低墙后填土高程等措施，减小墙后土压力；或者在底板下增设阻滑桩、墙后增设锚杆等措施增强挡土墙抗滑能力。 
9、计算闸墩应力应考虑哪些情况？如何计算？
特殊情况和一般情况。
10、整体式平底板的强度计算有哪些方法 ？试述计算假定及计算要点？
极限形式，假定形式，组合形式。
（八）渠系建筑物
1.渠系建筑物的种类有哪些？
渠首，调节及配水建筑物，交叉建筑物，落差建筑物，泄水建筑物，冲沙及沉沙建筑物，量水建筑物。
2.渡槽的水面衔接如何计算？
在渡槽的进出口需要设置渐变段，渐变段长度分别采用进出口渠首水深的4倍和6倍。
3.渡槽是如何分类的？
梁式渡槽和拱式渡槽。
4.影响拱式渡槽的纵向和横向稳定的因素分别有哪些？
跨度距离，建筑材料，截面形式。
5．拱式渡槽的拱轴线是如何确定的？
由槽底、槽身、护坡向上依次确定。
6．论述倒虹的组成。
进口段、管身、出口段。
7．论述跌水的组成。
进口连接段、跌水口、跌水墙、消力池、出口连接段。

二、测验作业一
（一）填空题
1、水工建筑物根据其作用可分为：挡水建筑物、 泄水建筑物 、取水建筑物、输水建筑物、整治建筑物和 专门建筑物 6类。
2、水工建筑物上的作用有：重力、水作用、 扬压力 、风及波浪作用、冰及冰冻作用、温度、土及泥沙作用、地震作用等。
3、水工建筑物设计的两类极限设计状态为： 正常使用极限状态和(承载能力极限状态。
4、重力坝是其基本剖面是 直角三角形，整个坝体是由若干坝段组成。
5、重力坝沿水平坝底面的抗滑稳定计算公式有抗剪强度公式（纯摩）和 抗剪断强度公式（剪摩公式） 。
6、一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面 。
7、为提高岩基上重力坝的坝基整体强度采用 固结 灌浆，而为了坝基防渗采取 帷幕 灌浆。
8、根据工程经验当河谷的宽高比在1.5～3.0范围时，适宜修建 拱坝。
9、水荷载和温升荷载组合对坝体受力 有 利，而对坝肩稳定不 利。
10、土石坝的 边坡 和 坝基 稳定是大坝安全的基本保证。
11、碾压式土石坝下游坝坡沿高程每隔 10-30 m设置一条马道，其宽度不小于1.5~2.0m ,用于拦截雨水，防止冲刷坝面，同时也兼作交通、检修、观测之用。
12、当坝前水深大于半波长，即Ｈ>Ｌ／２时，波浪运动不受库底的约束，这样条件下的波浪称为深水波。
13、土坝排水体的基本型式有 贴坡排水、棱体排水、褥垫排水、管式排水、综合式排水。
14、渗流会对土石坝带来____管涌_____、_____流土____和影响_接触___冲刷、接触流土______三类问题。
15、用拱梁法进行拱坝应力分析时，对水平荷载的拱梁分载是基于梁和拱的___交点变位一致___条件。
（二）简答题
1、请简要叙述拱坝的结构特点与受力特点？
答：受力特点：坝体结构是由水平的拱圈和竖向的悬臂梁共同组成。拱坝所承受的水平荷载一部分通过水平拱的作用传给两岸的基岩，另一部分通过竖向的悬臂梁的作用传到坝底基岩。
结构特点：拱坝属于高次超静定结构，超载能力强，安全度高，当外荷载增大或坝的某一部分发生局部开裂时，坝体的拱和梁作用将会自行调整，使坝体应力重新分配。
2、土坝为什么要进行渗流计算？
答：土坝（土石坝）的渗流计算是为了确定经济可靠地坝型、合理的结构尺寸以及适宜的防渗排水设施，尤其是后一条，是水工设计的依据
3、重力坝坝体材料分哪几个区？对材料有什么要求？
答：混凝土重力坝坝体各部位的工作条件及受力条件不同，对混凝土材料性能指标的要求也不同。为了满足坝体各部位的不同要求，节省水泥用量及工程费用，把安全与经济统一起来，通常将坝体混凝土按不同工作条件进行分区，选用不同的强度等级和性能指标。一般分为，下面6个区：Ⅰ区一上、下游水位以上坝体表层混凝土，其特点是受大气影响；Ⅱ区一上、下游水位变化区坝体表层混凝土，即受水的作用也受大气影响；Ⅲ区一上、下游最低水位以下坝体表层混凝土；Ⅳ区一坝体基础混凝土；Ⅴ区一坝体内部混凝土；Ⅵ区一抗冲刷部位的混凝土如溢流面、泄水孔、导墙和闸墩等)
4、土坝的坝坡稳定分析要分析哪些工况？
答：施工期、稳定渗流期、水库水位降落期、地震作用时
5、选定坝址要考虑那些情况？
答：简单说来：
1、首先要了解地形、地质条件。
地形：河谷狭窄的适合建拱坝，河床宽的适合建重力坝和土石坝。
地质：覆盖层浅，适合混凝土坝；覆盖层深，适合土石坝。
地质条件基本要求：没有大的地质构造，整体稳定；对于拱坝，要求坝肩坝基岩石条件较好。
2、综合考虑。
交通条件：有没有适合的地形、足够的条件可以运输建坝物资。
流域总体规划：一般不到下游水库的尾水回水范围内；本水库的尾水与上游电站的关系同样考虑。
枢纽布置：是否适合电站厂房、泄洪建筑、航道等建筑物的布置。
建筑材料：坝址附近需要有充足的混凝土骨料、坝体填筑料。
总体造价：多个坝趾方案进行造价比较，选择较经济、技术可行的坝趾。
6、请简要叙述拱坝的结构特点与受力特点？
答：受力特点：坝体结构是由水平的拱圈和竖向的悬臂梁共同组成。拱坝所承受的水平荷载一部分通过水平拱的作用传给两岸的基岩，另一部分通过竖向的悬臂梁的作用传到坝底基岩。
结构特点：拱坝属于高次超静定结构，超载能力强，安全度高，当外荷载增大或坝的某一部分发生局部开裂时，坝体的拱和梁作用将会自行调整，使坝体应力重新分配。
7、拱坝坝址对地形地质的要求有哪些？
答：理想的地形应是左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段。坝端下游侧要有足够的岩体支承以保证坝体的稳定。
对地质的要求：岩体比较均匀、坚固完整、有足够的强度、透水性小、能抵抗水的侵蚀、耐风化、岸坡稳定、没有大断裂等。
8、拱坝温度荷载的定义是什么？简述温度荷载对拱坝坝体的作用？
答：拱坝的温度荷载是指坝体封拱形成整体后的温度变化。
当坝体温度低于封拱温度时，坝轴线收缩，使坝体向下游变位，由此产生的弯矩和剪力的方向与水压力作用所产生的相同，但轴力方向相反。当坝体温度高于封拱温度时，坝轴线伸长，使坝体向上游变位，由此产生的弯矩和剪力的方与水压力产生的相反，但轴力方向相同。
9、简述拱坝建基面设计中应当注意的几个问题是什么。
答：1）岩体质量分级与合理选取力学参数；
2）弱风化岩体的可利用问题；
3）建基岩体的稳定性问题；
4）建基面岩体的强度问题；
5）高地应力区建基岩体的选择。
10、简述土坝地基处理的内容。
答：1）、彻底清除坝基砂卵石层，开挖至基岩
2）、土石坝填筑好后，做混凝土防渗墙
3）、帷幕灌浆、接触灌浆
（三）计算题
1、某重力坝坝体尺寸和比较分析的坝基防渗帷幕、排水孔幕等布置如图1所示。请分别计算扬压力大小，并分析应采用的坝基防渗、排水布置和原因。
图1 （单位：m）1－帷幕中心线；2－排水孔中心线；3－水平止水
2、．已知实体重力坝坝体混凝土容重为23．