二级建造师水利水电精讲.doc

2F311022 掌握测量仪器的使用
一、常用测量仪器及其作用水利工程施工常用的测量仪器有水准仪、经纬仪、电磁波测距仪、全站仪、全球定位系统（ GPS ）。
（一）水准仪分类及作用
水准仪按精度不同可分为普通水准仪和精密水准仪，国产水准仪按精度分有 DS05 、 DS1、 DS3 、 DS10 等。工程测量中一般使用 DS3 型微倾式普通水准仪， D 、 S 分别为“大地测量”和“水准仪”的汉语拼音第一个字母，数字 3 表示该仪器精度，即每公里往返测量高差中数的偶然中误差为士 3mm 。随着科学技术不断进步，各种新型水准仪不断问世，如自动安平水准仪、数字水准仪等。
水准仪用于水准测量，水准测量是利用水准仪提供的一条水平视线，借助于带有分划的尺子，测量出两地面点之间的高差，然后根据测得的高差和已知点的高程，推算出另一个点的高程。
（二）经纬仪分类及作用
经纬仪按精度不同可分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6和DJ10等，D、J分别为“大地测量”和“经纬仪”的汉语拼音第一个字母，数字07、1、2、6、10表示该仪器精度。按读数装置不同可分为两类：测微尺读数装置；单平板玻璃测微器读数装置。
经纬仪是进行角度测量的主要仪器。它包括水平角测量和竖直角测量，水平角用于确定地面点的平面位置，竖直角用于确定地面点的高程。另外，经纬仪也可用于低精度测量中的视距测量。
（三）电磁波测距仪分类及作用
电磁波测距仪按其所采用的载波可分为：用微波段的无线电波作为载波的微波测距仪；用激光作为载波的激光测距仪；用红外光作为载波的红外测距仪，后两者又统称为光电测距仪。
电磁波测距仪是用电磁波（光波或微波）作为载波传输测距信号，以测量两点间距离的。一般用于小地区控制测量、地形测量、地籍测量和工程测量等。
（四）全站仪及其作用
全站仪是一种集自动测距、测角、计算和数据自动记录及传输功能于一体的自动化、数字化及智能化的三维坐标测量与定位系统。
全站仪的功能是测量水平角、天顶距（竖直角）和斜距，借助于机内固化的软件，可以组成多种测量功能，如可以计算并显示平距、高差以及镜站点的三维坐标，进行偏心测量、悬高测量、对边测量、面积计算等。
（五）全球定位系统（GPS）
全球定位系统（Global Positioning System，GPS）是拥有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点。在大地测量、城市和矿山控制测量、建筑物变形测量、水下地形测量等方面得到广泛的应用。

二、常用测量仪器的使用
（一）水准仪的使用
1．微倾水准仪的使用步骤包括安置仪器和粗略整平（简称粗平）、调焦和照准、精确整平（简称精平）和读数。
（1）安置水准仪和粗平。先选好平坦、坚固的地面作为水准仪的安置点，然后张开三脚架使之高度适中，架头大致水平，再用连接螺旋将水准仪固定在三脚架头上，将架腿的脚尖踩实。调整三个脚螺旋，使圆水准气泡居中称为粗平。
（2）调焦和照准。水准仪整平后，将望远镜对着明亮的背景，转动目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；用望远镜的准星和照门瞄准水准尺，然后旋紧制动螺旋固定望远镜；转动物镜调焦螺旋，待水准尺成像清晰后，再转动水平微动螺旋，使十字丝竖丝照准水准尺；瞄准目标后，眼睛可在目镜处作上下移动，如发现十字丝与目标影像有相对移动，读数随眼睛的移动而改变，说明有视差；产生视差的原因是目标影像与十字丝分划板不重合，它将影响读数的正确性；必须消除视差，办法是先调目镜调焦螺旋看清十字丝，再继续仔细地转动物镜调焦螺旋，直至尺像与十字丝平面重合。
（3）精平。转动微倾螺旋，同时察看水准管气泡观察窗，当符合水准泡成像吻合时，表明已精确整平。
（4）读数。当符合水准气泡居中时，立即根据十字丝中丝在水准尺上读数。不论使用的水准仪是正像或是倒像，读数总是由注记小的一端向大的一端读出。通常读数保留四位数。
2．精密水准仪的操作程序。与一般DS3水准仪基本相同，不同之处是精密水准仪是采用光学测微器测出不足一个分格的数值。作业时，先转动微倾螺旋，使望远镜视场左侧的符合水准管气泡两端的影像符合，保证视线水平。再转动测微轮，使十字丝上楔形丝精确地夹住整分划，读取该分划线读数。
3．自动安平水准仪操作程序：粗平一照准一读数。
4．数字水准仪操作程序，与自动安平水准仪基本一样，但数字式水准仪能自动观测和记录，并将测量结果以数字的形式显示出来。
（二）经纬仪的使用
经纬仪的使用包括对中、整平、照准和读数四个操作步骤。 ′
1．对中和整平
有用垂球对中及经纬仪整平的方法和用光学对中器对中及经纬仪整平的方法。
（1）用垂球对中及经纬仪整平的方法
垂球对中。先打开三脚架放在测站上，脚架长度要适当，以便于观测；三脚架架头应大致水平。把脚架上的连接螺旋放在架头中心位置，挂上垂球，移动脚架使垂球尖概略对准测站点，同时保持脚架头大致水平。从箱中取出仪器放到三脚架上，旋紧连接螺旋使仪器与脚架连接。此时再细心观察垂球是否偏离标志中心，如偏离可略放松连接螺旋，在架头上平移仪器，使垂球尖准确对准测站点，再旋紧连接螺旋。
整平。先转动仪器照准部，使水准管平行于任意两个脚螺旋连线，转动这两个脚螺旋使气泡居中；然后将仪器照准部旋转90°，旋转第三个脚螺旋，使气泡居中。按上述方法反复进行几次，直到仪器旋到任何位置，气泡都居中时为止。
（2）用光学对中器对中及经纬仪整平的方法
目估初步对中，并使三脚架架头大致水平；
转动和推拉对中器目镜调焦，使地面标志点成像清晰，且分划板上中心圆圈也清晰可见；
转动仪器脚螺旋，使地面标志点影像位于圆圈中心；
伸缩调节三脚架架腿，使圆水准器气泡居中；
按用垂球安置仪器的整平方法进行精确整平；
检查光学对中器，此时若标志点位于圆圈中心则对中、整平完成，若仍有偏差，可稍松动连接螺旋，在架头上移动仪器，使其准确对中，然后重新进行精确整平，直到对中和整平均达到要求为止。
2．照准
（1）目镜调焦：将望远镜对向明亮的背景，转动目镜调焦螺旋，使十字丝清晰。
（2）粗瞄目标：松开望远镜水平、竖直制动螺旋，通过望远镜上的粗瞄器对准目标，然后拧紧制动螺旋。
（3）物镜调焦：转动望远镜物镜调焦螺旋，使目标成像清晰。注意消除视差现象。
（4）准确瞄准目标：转动水平微动及竖直微动螺旋，使十字丝竖丝与目标成像单线平分或双丝夹准，并且使十字丝交点部分对准目标的底部。
3．读数
打开反光镜，调整其位置，使读数窗内进光明亮均匀，然后进行读数显微镜调焦，使读数窗内分划清晰，进行读数。电子经纬仪可在屏幕上直接读数。
（三）电磁波测距仪的使用
1．为测量A、B两点的距离D，先在A点安置经纬仪，对中整平，然后将测距仪安置在经纬仪望远镜的上方。
2．在B点安置反射器。
3．瞄准反射器。
4．设置单位、棱镜类型和比例改正开关在需要的位置。
5．距离测量。
D=1/2ct
式中：c― 电磁波在大气中的传播速度； t ― 电磁波在 A 、 B 两点往返的时间。
6．运用键盘除可以实现上述测距外，还可通过输入有关数据计算平距、高差和坐标增量。
（四）全站仪的使用
全站仪放样模式有两个功能，即测定放样点和利用内存中的已知坐标数据设置新点，如果坐标数据未被存入内存，则也可从键盘输入坐标。放样步骤如下：
1．选择数据采集文件，使其所采集数据存储在该文件中。
2．选择坐标数据文件，可进行测站坐标数据及后视坐标数据的调用。
3．设置测站点。
4．设置后视点，确定方位角。
5．输入所需的放样坐标，开始放样。

例：
1.渠道横断面测量的方法有（BCDE ）等。
　　A、皮尺法；　　
B、花杆皮尺法
　　C、水准仪配合皮尺法；　　
D、手水准法
　　E、经纬仪视距法

2.山丘地区的中线测量除标定其中心线的位置外，还应概略确定中线的高程位置，确定高程使用的测量仪器是（B ）。
　　A、经纬仪；　　
B、水准仪
　　C、罗盘仪；　　
D、垂直仪

3．对DJ6经纬仪，下列说法正确的是（ ACD）。
　　A、D表示“大地测量”；　　
B、D表示“大面积测量”
　　C、J表示“经纬仪”；　　
D、数字6表示该仪器精度
　　E、数字6表示该仪器的型号

2F311023 了解工程地质和水文地质的条件与分析
一、水工建筑物的工程地质和水文地质条件
水工建筑物都是建在地基上，构成天然地基的物质是地壳中的岩石和土。地基岩土的工程地质条件将直接影响建筑物的安全。工程地质和水文地质条件，可理解为与工程建筑物有关的各种地质因素的综合。
（一）地质构造
地质构造是指在漫长的地质发展过程中，地壳在内外力地质作用下，不断运动演变，所遗留下来的种种构造形态，如地壳中岩体的位置、产状及其相互关系等。地质构造的规模有大小，但即使是大型的复杂的地质构造，也是由一些基本构造形态组合而成的，常见的如褶皱和断层。
1 ．产状。地质构造（或岩层）在空间的位置叫做地质造面或岩层层面的产状。产状有三个要素，即走向、倾向和倾角，如图 2F311023 － 1 所示。

（ 1 ）走向。是指地质构造面或倾斜面或倾斜岩层层面水平面的交线的两端的延伸方向，它表示地质构造或层在空间的水平延伸方向。
（ 2 ）倾向。是指垂直于走向线的地质构造面或岩层倾斜方向线在水平面上的投影，即地质构造面或岩层层面的倾斜方向，倾向与走向正交。
（ 3 ）倾角：地质构造面或倾斜岩层层面与水平面之间所夹的锐角。产状要素可以用地质罗盘测得，测量结果以倾向的方位角（从正北开始顺时针方向量倾斜线）和倾角表示出来，如 15060 表示：倾向为 150 0（即南偏东 300） ，倾角为 600。
2 ．褶皱构造。是指组成地壳的岩层受水平构造应力作用，使原始为水平产状的岩层生塑性变形，形成一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造，如图 2F311023 － 2 所示。

3 ．断裂构造。是指岩体在地壳运动的作用下，受力发生变形达一定程度后，在其内部产生了许多断裂面，使岩石丧失了原有的连续完整性而形成的地质构造。断裂构造可分为两种类型：节理和断层。
（ 1 ）节理。也称裂隙，是断裂面两侧的岩层未发生位移或仅有微小错动的断裂构造。
（ 2 ）断层。是指岩体受力断裂后，在断裂层两侧的岩块发生了显著位移。处于断层面两侧相互错动的两个断块中位于断层面之上的称为上盘，位于断层面之下的称为下盘。如按断块之间的相对错动的方向来划分，上盘下降，下盘上升的断层，称正断层；反之，上盘上升，下盘下降的断层称逆断层；如两断块水平互错，则称为平移断层。如图 2F311023 － 3 所示。

断层面往往是有一定宽度的断层带。断层破碎带和层间错动破碎带均易风化、软化，其力学性质较差，属于构造软弱带。工程设计原则上应避免将建筑物跨放在断层带上，尤其要注意避开近期活动的断层带。
不同的构造形态，对水工建筑物的影响是不同的。如岩层的断裂，破坏了岩体的完整性，降低了岩体的稳定性，增大了岩体的透水性，故对水工建筑物产生了不良影响。而褶皱构造，使岩层层面的倾斜方向和倾角发生变化，从而改变了岩体的稳定条件和渗漏条件。
（二）地形地貌条件
1 ．地形。一般指地表形态、高程、地势高低、山脉水系、自然景物、森林植被，以及人工建筑物分布等，常以地形图予以综合反映。
2 ．地貌。主要指地表形态的成因、类型，以及发育程度等，常以地貌图予以反映。
（三）水文地质条件
水文地质条件一般包括以下内容：
1 ．地下水类型。如上层滞水、潜水、承压水等。
2 ．含水层与隔水层的埋藏深度、厚度、组合关系、空间分布规律及特征。
3 ．岩（土）层的水理性质。包括容水性、给水性、透水性等。
4 ．地下水的运动特征。包括流向、流速、流量等。
5 ．地下水的动态特征。包括水位、水温、水质随时间的变化规律。
6 ．地下水的水质。包括水的物理性质、化学性质、水质评价标准等。
水文地质条件的好坏直接关系到水库是否漏水，坝基是否稳定，地下水资源评价是否可靠等一系列工程建设问题。

二、水利水电工程地质问题分析
（一）坝基岩体的工程地质问题分析不同的坝型，其工作特点不同，所以对地质条件的要求也就不同。因此，除了对各类坝型的工作特点应有所了解外，特别要了解不同坝型对地质条件的适应性和对工程地质条件的要求。由于坝区岩体中存在的某些地质缺陷，可能导致产生的工程地质问题主要有坝基稳定问题（包括渗透稳定、沉降稳定和抗滑稳定）和坝区渗漏问题（包括坝基渗漏和绕坝渗漏）。
（二）边坡的工程地质问题分析
1 ．边坡变形破坏的类型和特征。在野外常见到的边坡变形破坏主要有松弛张裂、蠕动变形、崩塌、滑坡四种类型。此外尚有塌滑、错落、倾倒等过渡类型，另外泥石流也是一种边坡破坏的类型。
（ 1 ）松弛张裂。在边坡形成过程中，由于在河谷部位的岩体被冲刷侵蚀掉或人工开挖，使边坡岩体失去约束，应力重新调整分布，从而使岸坡岩体发生向临空面方向的回弹变形及产生近平行于边坡的拉张裂隙，一般称为边坡卸荷裂隙。
（ 2 ）蠕动变形。是指边坡岩体主要在重力作用下向临空方向发生长期缓慢的塑性变形的现象，有表层蠕动和深层蠕动两种类型。
（ 3 ）崩塌。高陡的边坡岩体突然发生倾倒崩落，岩块翻滚撞击而下，堆积于坡脚的现象，称作崩塌。在坚硬岩体中发生的崩塌也称岩崩，而在土体中发生的则称土崩。
（ 4 ）滑坡。边坡岩体主要在重力作用下沿贯通的剪切破坏面发生滑动破坏的现象，称为滑坡。在边坡的破坏形式中，滑坡是分布最广、危害最大的一种。它在坚硬或松软岩层、陡倾或缓倾岩层以及陡坡或缓坡地形中均可发生。
2 ．影响边坡稳定的因素。地形地貌条件的影响；岩土类型和性质的影响；地质构造和岩体结构的影响；水的影响；其他因素，包括风化因素、人工挖掘、振动、地震等。
（三）软土基坑工程地质问题分析
1 ．软土基坑工程地质问题主要包括两个方面：土质边坡稳定和基坑降排水。
2 ．在软土基坑施工中，为防止边坡失稳，保证施工安全，通常采取措施有：采取合理坡度、设置边坡护面、基坑支护、降低地下水位等。
3 ．软土基坑降排水的目的主要有：增加边坡的稳定性；对于细砂和粉砂土层的边坡
防止流砂和管涌的发生；对下卧承压含水层的黏性土基坑，防止基坑底部隆起；保持基坑土体干燥，方便施工。
4 ．软土基坑开挖的降排水一般有两种途径：明排法和人工降水。其中人工降水经常采用轻型井点或管井井点降水两种方式。
（ 1 ）明排法的适用条件：
1 ）不易产生流砂、流土、潜蚀、管涌、淘空、塌陷等现象的黏性土、砂土、碎石土的地层；
2 ）基坑地下水位超出基础底板或洞底标高不大于 2 . 0m 。
（ 2 ）轻型井点降水的适用条件：
1 ）黏土、粉质黏土、粉土的地层； 2 ）基坑边坡不稳，易产生流土、流砂、管涌等现象； 3 ） 地下水位埋藏小于 6 . 0m ，宜用单级真空点井；当大于 6 . 0m 时，场地条件有限宜用喷射点井、接力点井；场地条件允许宜用多级点井。
（ 3 ）管井降水适用条件： 1 ）第四系含水层厚度大于 5.0m ; 2 ）基岩裂隙和岩溶含水层，厚度可小于 5 . 0m ; '3 ）含水层渗透系数 K 宜大于 1 . 0m / d 。
（四）渗透变形
渗透变形又称为渗透破坏，是指在渗透水流的作用下，土体遭受变形或破坏的现象。一般可分为管涌、流土、接触冲刷、接触管涌或接触流土等类型。

例：
1．工程地质构造按构造形态可分为（ABC）．
A．倾斜构造；
B．褶皱构造；
C．断裂构造
D．片状构造；
E．块状构造

2．在野外常见到的边坡变形破坏主要有（ACDE）等几种类型．
A．松弛张裂；
B．管涌破坏；
C．蠕动变形
D．崩塌；
E．滑坡

3．软土基坑施工中，为防止边坡失稳，保证施工安全，通常采取措施有（ABCD）．
A．采取合理坡度；
B．设置边坡护面
C．基坑支护；
D．降低地下水位；
E．抬高地下水位

4．轻型井点降水的适用条件（AC）．
A．黏土、粉质黏土、粉土的地层
B．含水层渗透系数Κ宜大于1．0m／d
C．基坑边坡不稳，易产生流土、流砂、管涌等现象
D．第四系含水层厚度大于5．0m
E．基坑地下水位超出基础底板或洞底标高不大于2．0m

2F311030 水利水电工程建筑材料
2F311031 掌握建筑材料的类型和特性
一、建筑材料的分类
建筑材料的分类方法很多，常按材料的化学成分、来源、功能用途进行分类。
（一）建筑材料按材料的化学成分分类
1.无机材料
（ 1 ）金属材料。包括黑色金属，如合金钢、碳钢、铁等；有色金属，如铝、锌等及其合金。
（ 2 ）非金属材料。如天然石材、烧土制品、玻璃及其制品、水泥、石灰、混凝土、砂浆等。
2 ．有机材料
（ 1 ）植物材料。如木材、竹材、植物纤维及其制品等。
（ 2 ）合成高分子材料。如塑料、涂料、胶粘剂等。
（ 3 ）沥青材料。如石油沥青及煤沥青、沥青制品。
3 ．复合材料
复合材料是指两种或两种以上不同性质的材料经适当组合为一体的材料。复合材料可以克服单一材料的弱点，发挥其综合特性。以下介绍几种常用的复合材料。
（ 1 ）无机非金属材料与有机材料复合。如玻璃纤维增强塑料、聚合物混凝土、沥青混凝土、水泥刨花板等。
（ 2 ）金属材料与非金属材料复合。如钢筋混凝土、钢丝网混凝土、塑铝混凝土等。
（ 3 ）其他复合材料。如水泥石棉制品、不锈钢包覆钢板、人造大理石、人造花岗岩等。
（二）建筑材料按其材料来源分类
1 ．天然建筑材料。如常用的土料、砂石料、木材等。
2 ．人工材料。如石灰、水泥、金属材料、土工合成材料、高分子聚合物等。
（三）建筑材料按其功能用途分类
1 ．结构材料。如混凝土、型钢、木材等。
2 ．防水材料。如防水砂浆、防水混凝土、紫铜止水片、膨胀水泥防水混凝土等。
3 ．胶凝材料。如石膏、石灰、水玻璃、水泥、沥青等。
4 ．装饰材料。如天然石材、建筑陶瓷制品、装饰玻璃制品、装饰砂浆、装饰水泥、塑料制品等。
5 ．防护材料。如钢材覆面、码头护木等。
6 ．隔热保温材料。如石棉板、矿渣棉、泡沫混凝土、泡沫玻璃、纤维板等。

二、建筑材料的基本性质
（一）表观密度和堆积密度
1 ．表观密度，是指材料在自然状态下，单位体积的质量，材料在自然状态下的体积是指包含材料内部孔隙在内的表观体积。当材料内部的孔隙有水分不同时，其质量和体积均将有所变化，故测定表观密度时，应注明含水率。在状态下的表观密度，称为干表观密度。
2 ．堆积密度。是指粉状、颗粒状或纤维状材料在堆积状态下，单位体积的质量。香材料在堆积状态下的体积不但包括材料的表观体积，而且还包括颗粒间的空隙体积。其值的大小与材料颗粒的表观密度、堆积的密实程度、材料的含水状态有关。
二者关系：表观密度>堆积密度
（二）密实度和孔隙率
1 ．密实度。是指材料体积内被固体物质所充实的程度。其值为材料在绝对密实状态下的体积与在自然状态下的体积的百分比。
2 ．孔隙率。是指材料中孔隙体积所占的百分比。建筑材料的许多工程性质，如强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性、吸声性等都与材料的致密程度有关。
（三）填充率与空隙率
1 ．填充率。是指粉状或颗粒状材料在某堆积体积内，被其颗粒填充的程度。
2 ．空隙率。是指粉状或颗粒状材料在某堆积体积内，颗粒之间的空隙体积所占的比例。
（四）与水有关的性质
1 ．亲水性与憎水性。材料与水接触时，根据其是否能被水润湿，分为亲水性和憎水性材料两大类。亲水性材料包括砖、混凝土等；憎水性材料如沥青等。
2 ．吸水性。材料在水中吸收水分的性质称为吸水性。吸水性的大小用吸水率表示。级水率有质量吸水率和体积吸水率之分。质量吸水率是指材料吸入水的质量与材料干燥质量的百分比；体积吸水率是指材料吸水饱和时吸收水分的体积占干燥材料自然体积之比值。
3 ．吸湿性。材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示。材料含水后，可使材料的质量增加，强度降低，绝热性能下降，抗冻性能变差，有时还会发生明显的体积膨胀。
4 ．耐水性。材料长期在饱和水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质称为耐水性。但材料因含水会减弱其内部的结合力，因此其强度都会有不同程度的降低。
5 ．抗渗性。材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性（或称不透水性），用渗透系数 K 表示， K 值越大，表示其抗渗性能越差；对于混凝土和砂浆材料，其抗渗性常用抗渗等级 W 表示，如材料的抗渗等级为 W4 、 W10 ，分别表示试件抵抗静水水压力的能力为 0 . 4MPa 和1MPa 。
6 ．抗冻性。材料在饱和水的作用下，能经受多次冻融循环的作用而不破坏，强度不显著降低，且其质量也不显著减小的性质称为抗冻性。用抗冻等级 F 表示，如 F25 、 F50 , 分别表示材料抵抗 25 次、 50 次冻融循环，而强度损失未超过规定值。抗冻性常是评价材料耐久性的重要指标。
（五）材料的耐久性在使用过程中，材料受各种内外因素或腐蚀介质的作用而不破坏，保持其原有性能的性质，称为材料耐久性。材料耐久性是一项综合性质，一般包括抗渗性、抗冻性、耐化学腐蚀性、耐磨性、抗老化性等。

例：
1．建筑材料中，水泥按功能分类属于（C）．
A．结构材料；
B．防水材料
C．胶凝材料；
D．防护材料

2．下列选项中按建筑材料的功能分类包括（B C DE）．
A．高分子材料；
B．防水材料；
C．胶凝材料
D．防护材料；
E．隔热保温材料

3．混凝土耐久性包括（ACDE）等几个方面．
A．抗渗性；
B．强度；
C．抗冻性
D．抗冲耐磨性；
E．抗侵蚀性