水工建筑物考试复习资料.docx
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1、水工建筑物考试复习资料09水利专业水工建筑物复习资料 考试题型 一单项选择题 二填空题 三判断改错题 四简答题 五计算题 第一章 绪论 1.水利工程的分类方法及其分类(重点) (1)按工程承担的任务分类:防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、供排水工程、港航工程、环境水利工程、综合利用水利工程 (2)按工程对水的作用分类:蓄水工程、排水工程、取水工程、输水工程、提水工程、水质净化及污水处理工程 2.水利枢纽的概念 由不同类型的水工建筑物组成的综合体。 3.水工建筑物的类别有哪些? 按其作用分为以下几类: 挡水建筑物:坝、闸和堤防等 泄水建筑物:坝身泄水孔、溢洪道、泄洪洞等 输水建筑物:输水洞、
2、引水涵管、渠道、渡槽 取水建筑物:输水建筑物的首部建筑物:进水闸、泵站 专门建筑物:电厂、船闸、升船机、鱼道、筏道 整治建筑物:用来整治河道、改善河道的水流条件,如丁坝、顺坝、导流堤、护岸等。 *注意:有时分类不十分严格,闸可取水也可挡水;渠道可取水也可输水;溢流坝可挡水也可泄水 4.水利工程的特点 工作条件复杂,考虑因素多;受自然条件制约,施工难度大;效益大,对环境的影响也大;失事后后果严重;工程量大,投资巨大,工期长 第二章 水工建筑物设计综述 1.水电工程和水工建筑物如何分等分级?依据是什么?(重点) 水利工程(水利枢纽)的分等 水利工程分等 工程失常影响效益,工程失事造成灾难 工程规模
3、有大小,安全程度有高低 分等依据:工程规模、效益、重要性 级别:五等 水工建筑物的分级 永久性主要建筑物:大坝、厂房、泄洪闸 水工建筑物 永久性次要建筑物:挡墙、导墙、护岸 临时建筑物:施工围堰、导流建筑物 分级依据:工程等别、作用、重要性 级别:五级 2.永久性建筑物、临时性建筑物(重点) 永久性建筑物是指工程运行期间使用的建筑物。 临时性建筑物是指工程施工期间使用的建筑物。 3.表达水工建筑物安全储备的方法(重点) 单一安全系数法分项系数极限状态设计法 1 4.极限状态的类型(重点) 承载能力极限状态 当出现下列状态之一时,即认为超过了承载能力极限状态:刚体失去平衡;材料强度不足而破坏;结
4、构失稳;结构转变为机动体系;结构体产生渗透失稳等现象; 正常使用极限状态 定义:当结构或构件影响正常使用或达到耐久性的极限值时,认为达到了正常使用极限状态。 影响结构正常使用或外观变形对运行人员、设备、仪表等有不良影响的振动 对结构外形、耐久性以及防渗结构抗渗能力有不良影响的局部损坏等 5.结构功能函数的含义(重点) 当Z=0时,结构处于极限状态 6.安全系数法、分项系数极限状态设计法的含义 单一安全系数法 RRS 或 K表达式:KS安全系数K考虑的因素:结构的安全等级;工作状况和作用效应组合;结构和地基的受力特点和计算方法:模拟准确度;材料抗力、作用的实验、勘测方法和取值规则。 不足之处:是
5、定性的标准,没有定量的意义;不同建筑物不可比较;同一结构的不同破坏状况之间不可比较。 分项系数极限状态设计法 理论基础:基于概率原理的结构可靠度分析理论 失效概率:不能完成预定功能的概率,pf =Pg(.) 2m,b满足交通、运行管理、设备安全等要求。 13.重力坝极限状态设计的方法 14.溢流重力坝孔口尺寸设计方法 溢流重力坝泄洪要求 足够的孔口尺寸,良好的孔形,较高的流量系数。 水流平顺, 不产生负压和振动, 避免发生空蚀。 保证下游河床不产生危及大坝安全的局部冲刷。 下泄水流不产生折冲水流等,不影响其他建筑正常运行。 有灵活控制下泄水流的设备。 孔口设计的步骤:选定泄水方式拟定泄水布置方
6、案 初步确定孔口尺寸按规定洪水设计标准进行调洪演算 求出各方案的防洪库容、设计和校核洪水位和下泄流量 估算淹没损失和枢纽造价综合比较,选出最佳方案 15.空化、空蚀、掺气的概念(重点) 空化:当高速水流在某点的压强低于饱和蒸汽压强时,水体中固有的小气核迅速膨胀而成小空泡,这种现象称为空化。 空蚀:当空气泡进入高压区受压而溃灭,因溃灭时间短暂,产生很高的局部冲击力,当坝面冲击力大于材料凝聚力时,坝面遭到破坏。 掺气:当下泄水流流速超过78m/s后,空气经水面被卷入水体,发生掺气现象。 1)自掺气:边界层水流发展到表面而掺气、水流射入空中扩散而掺气、水流射入水垫卷吸空气而掺气。 2)强迫掺气:因结
7、构物的扰动、振动而掺气。 16.溢流重力坝消能工的型式、原理及其适用性(重点) 消能原理:通过水跃等局部水力现象,将水流动能转换为热能。 消能工形式: 底流消能,挑流消能,面流消能,消力戽消能 底流消能的原理:通过水跃将急流转变为缓流而消能,主要靠水跃产生的表面旋滚与底流间的强烈紊动、剪切和掺混消能。 底流消能的应用:多用于中、小型工程,高坝应用较少 挑流消能:利用泄流建筑物出口处设置的挑流鼻坎,将急流挑向空中,再落入离建筑物较远的下游河道,这种消能方式就叫挑流消能。 5 挑流消能能量耗散的组成:急流沿固体边界摩擦而耗能;射流在空中与空气摩擦、掺气和扩散等耗能;射流落入尾水中淹没,紊动扩散耗能
8、。 挑流消能适用于基岩比较坚固的中高水头各类泄水建筑物,应用广泛。 面流消能的原理:利用鼻坎将急流挑至水面,在主流下面形成旋滚而消能。 适用条件:尾水深且变幅小,有排冰、漂木等要求 消力戽消能的原理:消力戽的挑流鼻坎潜没在水下,形成不自由水舌,水流在戽内产生漩滚,经鼻坎将高速的主流挑至表面。 适用条件:尾水深且变幅小,附近水域无航运要求,河床河岸抗冲能力强 17.坝身泄水孔的型式 有压泄水孔按水流条件分 无压泄水孔 中孔坝身泄水孔按高程位置分 底孔 单层泄水孔按布置层数分 多层泄水孔 主要型式:有压泄水孔,无压泄水孔,双层泄水孔 18.平压管、通气管的作用 平压管布置在检修闸门和工作闸门之间,
9、用以在检修闸门提起前冲水平压,减小启门力。 进口工作闸门提起后,后面的空气被水流带走而形成负压,需于工作闸门后设通气管充气。 19.固结灌浆、帷幕灌浆的作用(重点) 固结灌浆的目的:增强基岩的整体性和强度,降低地基的透水性。 帷幕灌浆的目的:降低坝底渗透压力,防止坝基产生管涌,减少坝基渗流量。 20.断层破碎带、软弱夹层对重力坝的影响 断层的影响:易产生不均匀沉降,引起坝体应力不均而开裂 连通坝体、增大渗流压力,甚至产生管涌危及大坝安全 软弱夹层的影响: 软弱夹层较薄,遇水易泥化、软化,使坝基抗剪强度降低,影响坝体抗滑稳定性。 21.为什么要对重力坝进行材料分区(重点) 分区的目的:坝体各部位
10、的工作条件不同,对砼各种性能要求各不同,为了节约和合理利用水泥,常将坝体砼分区,各区可采用不同标号的砼。 22.重力坝坝体分缝的原因、类型(重点) 横缝 横缝的作用:将坝体分成若干独立工作的坝段,可减少温度应力、适应地基不均匀变形和满足施工要求。 横缝的分类:永久性横缝,临时性横缝 纵缝 布设纵缝的目的:适应砼的浇筑能力,减少施工期的温度应力 纵缝的分类:铅直纵缝,斜缝,错缝 水平施工缝 水平施工缝的目的:适应砼的浇筑能力,减少施工期的温度应力 23.理解碾压混凝土、碾压混凝土重力坝的特点 碾压混凝土坝的优点 工程程序简单,施工速度快;胶凝材料用量少;水热化温升大大降低,简化了温控程序; 6
11、不设纵缝,节省了模板和接缝灌浆的费用; 可使用大型通用机械设备,提高砼的运输和浇筑工效;降低工程造价。 24.理解浆砌石、宽缝、空腹重力坝、支墩坝的概念 浆砌石重力坝:用块石或粗料石和胶结材料砌成的重力坝。 宽缝重力坝:为了充分利用砼的抗压强度,将实体重力坝横缝下部扩宽成为空腔的重力坝,称为宽缝重力坝。 空腹重力坝:坝体内沿坝轴线方向设有较大空腔的重力坝。 支墩坝:由一系列支墩和挡水面板组成的重力坝。 第四章 拱坝 1.拱坝的工作特点(重点) 稳定特点:稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用,因而对地基的要求很高; 结构特点:拱是一种推力结构,承受轴向压力,有利于发挥砼及浆砌石材料的抗压强度;高次超
12、静定结构,拱梁所承受的荷载可相互调整, 因此可承受超载; 荷载特点:不设永久性伸缩缝;抗震性能好;几何形状复杂,施工难度大。 2.地形、地质条件对拱坝的影响(重点) 对地形的要求 理想地形:两岸对称,岸坡平顺无突变;逐渐收缩的峡谷段;坝体两侧具有足够的岩体支撑 宽高比L/H和厚高比T/H 的影响:L/H 1.5,适宜修薄拱坝,T/H 4.5,适宜修建重力坝。 断面形状的影响 V形河谷:最易发挥拱作用;U形河谷:拱作用降低,拱较厚;梯形河谷:介于二者之间。 对地质的要求:要求最高,坝肩必须能承受拱端传来的推力,且能保持稳定。 理想地质条件:基岩比较均匀、坚固完整、强度足够;基岩能抵抗水的侵蚀、耐
13、风化,透水性小;岸坡稳定、整体性好,没有大断裂、软弱夹层,压缩变形小。 上述条件不能满足时,需进行固结灌浆以增加地基的整体性和牢固程度。 3.拱坝的类型 按材料和施工方法分类:常规混凝土拱坝,碾压混凝土拱坝,砌石拱坝 按坝高分类:高坝,中坝,低坝 按拱圈线形分类:单心圆、双心圆、三心圆、抛物线等 按坝面曲率分类:单曲拱坝,双曲拱坝 按结构构造分类:周边缝拱坝、空腹拱坝 4.确定双曲拱坝拱冠梁几何尺寸的参数 见右图:凸点与坝顶高差Z0:= 1H; 凸度2:=DA/H ; 倒悬度:AB水平距离与高差之比 5.拱坝体形评估的参数 厚高比T/H 柔度系数法 2SAC=m 柔度系数: VHTm应力水平系
14、数 DA2/V D一般控制在3500以内 7 6.拱坝自重荷载的如何分配,与重力坝有什么不同?(重点) 拱坝自重:封拱前浇筑的全部由悬臂梁承担。 7.温度作用对拱坝的应力和稳定有什么影响?(重点) 坝体温度变化: 均匀温度变化tm:温差均值,对拱圈轴向力及力矩、悬臂梁力矩影响很大。 等效线性温差td:上下游坝面的温度差值,对拱圈力矩影响大,其余影响小。 非线性温度变化tn:只产生局部应力,可忽略不计。 温升温降的影响差异 温降:温度低于封拱温度。对坝肩稳定有利,对应力不利 温升:温度高于封拱温度。对坝肩稳定不利,对应力有利 8.拱坝的应力分析方法有哪些?(重点) 纯拱法,拱梁分载法,有限元法,
15、壳体理论计算方法,结构模型试验 9.拱梁分载法、拱冠梁法、纯拱法的原理,有什么不同? 纯拱法:假定拱坝由许多互不影响的独立水平拱圈组成,不考虑梁的作用,荷载全部由拱圈承担 拱梁分载法:将拱坝视为由若干水平拱圈和竖直悬臂梁组成的空间结构,荷载由梁系和拱系分担,荷载分配由变位一致来确定。 拱冠梁法:拱梁分载法的简化方法,即仅对拱冠梁与若干水平拱圈进行应力计算,对其它截面的悬臂梁不计算,对于对称的、狭窄的拱坝可作初步应力计算。 10.理解拱坝的失稳形式:坝肩岩体失稳,上滑失稳 坝肩岩体滑动的原因:1)岩体内存在软弱结构面;2)荷载作用 影响上滑稳定的因素:1)河谷的几何形状:河谷越宽,岸坡越平缓,对
16、稳定不利 2)坝体几何形状:坝薄、扁,曲率小,合力倾角小 3)渗流力越大,越不稳定4)摩擦角越小,越不稳定。 11.稳定分析方法(重点) 刚体极限平衡法、有限元法、地质力学模型试验 12.拱坝坝身泄水的方式有哪些?各自的特点?(重点) 自由跌流式 特点:1)适用于较薄的双曲或小型拱坝,基岩良好、单宽流量小; 2)因为落水距坝较近,需设防护措施。 鼻坎挑流式 特点:溢流堰顶曲线末端设反弧挑流鼻坎,以使落水点距坝较远。 滑雪道式 特点:1)挑坎处落差大,挑距远;2)底板下可布置发电厂房; 3)溢流面参数要求高以避免空蚀; 坝身泄水孔式 特点:1)工作闸门多用弧形闸门,且布置在出口;2)出口收缩以保
17、证泄水孔有压流; 3)孔身多用矩形,进口常做成曲线形。 13.拱坝的消能方式、防冲设施有哪些?(重点) 拱坝消能形式:跌流消能、挑流消能、底流消能 防冲措施:护坦、护坡、二道坝 14.拱坝分缝与接缝处理(重点) 分缝目的:散热,防止收缩开裂,分段浇筑,平均气温左右时封拱。 8 接缝灌浆:1)目的是保证拱坝的整体性;灌浆缝仍是拱坝的薄弱部位,尽量减少伸缩缝数量;2)灌浆工艺同重力坝;上游面设止水。 永久横缝的特例:坝肩上弱下强时,上部可做成永久缝,推力由下部承担。 15.垫座、周边缝、重力墩的作用(重点) 垫座和周边缝的作用: 1)周边缝使梁的刚度和作用减弱,拱的作用加强; 2)周边缝减小坝体传
18、至垫座的弯矩,可减小上游坝面的拉应力; 3)垫座加大了与基岩的接触面,改善地基的受力状态; 4)垫座可减少不规则和软弱面对坝体的影响; 5)坝体开裂不影响基础,基础开裂不影响坝体; 6)垫座对坝体起地震缓冲作用。 重力墩设置的目的: 1)对于不规则河谷,用重力墩减小宽高比,避免岸坡大量开挖。 2)重力墩是拱坝坝端的人工支座; 3)用重力墩连接拱坝与其它坝段或溢洪道。 16.理解诱导缝的作用 作用:碾压混凝土拱坝的构造缝,防止坝体其它部位开裂。 第五章 土石坝 1.土石坝的特点 可以就地、就近取材,节约大量材料和运输费; 能适应各种地形、地质及气候条件; 大容量、多功能、高效率施工机械发展; 岩
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