水工建筑物复习

'水闸部分1．水闸的作用是什么？答：水闸是一种低水头水工建筑物，具有挡水和过水的双重作用。2．水闸的工作特点是什么？水闸的工作特点对水闸的设计提出了哪些要求？水闸是一种既能挡水又能过水的低水头水工建筑物，具有如下特点：答：当水闸挡水时，上、下游水位差较大，使闸室承受较大的水平水压力，可能推动水闸向下游滑动。在水位差作用下，水从上游经过水闸地基及绕过两岸向下游渗透。这种渗透水流对闸室底部产生的渗透压力，减轻了水闸的有效重力，这对水闸的稳定是不利的。两岸渗流对岸墙产生的水平渗透压力也有可能推动岸墙向河心方向滑动。另外在渗流作用下，地基及两岸土壤的细颗粒也可能被带走，严重时会掏空地基及两岸，直接影响水闸安全。因此，水闸设计时要进行合理的防渗布置，适当地减少水闸的渗透压力，同时也要使水闸地基及两岸土壤不致遭受破坏。当水闸过水时，在上、下游水位差的作用下，过闸水流往往具有较大的动能，以至流速较大，可能会严重地冲刷下游河床，当冲刷范围扩大到闸室地基时会引起水闸失事。因此，设计水闸时必须采取有效的消能防冲措施。当闸基为软土地基时，在水闸自重及外荷作用下，地基可能产生较大沉降和不均匀沉降，是水闸严重下沉和倾斜，甚至引起结构断裂而不能正常工作；同时还可能把闸基土壤挤出地面而产生滑动的危险。所以，在水闸设计时必须是结构形式和构造等均能适应地基土壤的特性，必要时还要对软土地基进行处理。3．水闸有哪些部分组成？各部分的作用是什么？答：水闸系由闸室段、上游连接段及下游连接段等三个部分组成。闸室是水闸的主体部分，起挡水和调节水流的作用。闸室包括底板、闸墩、边墩、岸墙、闸门、工作桥及交通桥等。底板是闸室的基础，承受全部闸室荷载并较均匀地传给地基，还可利用底板与地基之间的抗滑力来维持闸室的稳定；同时底板又具有防冲和防渗等作用。闸墩的作用主要是分隔闸孔、支承闸门、工作桥及交通桥。边孔靠岸墙一侧的闸墩，称为边墩。边孔外面有时还有岸墙。闸门用于挡水和控制水流。工作桥供闸门启闭机安放和工作人员操作之用。上游连接段包括上游翼墙、铺盖、护底、上游防冲槽及上游护坡等五个部分。上游翼墙能使水流平顺地进入闸孔，保护闸前河岸不受冲刷，此外，还有侧向防渗作用，但其表面应满足防冲要求。护底设在铺盖上游，起保护河床的作用。上游防冲槽可防止河床冲刷，保护上游连接段起点不致遭受损坏。下游连接段通常包括下游翼墙、消力池、海漫、下游防冲槽及下游护坡等五个部分。下游翼墙能使过闸水流均匀扩散，并有防冲和防渗作用。消力池是消除过闸水流动能的主要设施，也具有防冲等作用。海漫能继续消除剩余能量，并保护河床不受冲刷。4．试论述拦河闸闸孔设计条件的确定，进水闸闸孔的设计条件与拦河闸有何不同？无坝取水进水闸的上游水位应如何确定？答：所谓设计条件就是确定水闸的设计流量、水闸上下游水位。在水闸的孔口设计时，首先要分析水闸在过流期间可能出现的最不利情况，以此作为设计条件，该设计条件因水闸类型不同而异。对于拦河闸的设计条件，其高度主要由宣泄洪水时的设计或校核洪水位来决定；拦河闸的总长度、闸孔数目、每孔的尺寸等，也主要由宣泄洪水时的设计或校核洪水流量和上、下游水位来决定。在确定其上游水位时要考虑建闸后上游水位的壅高值∆H(即上、下游水位差)。进水闸的设计条件，主要是由于进水闸的任务是引水。与拦河闸一样，为了确定孔口尺寸，必须首先对引水流量、上下游水位、单宽流量、闸底高程和闸孔型式进行分析。进水闸上游设计水位的确定与取水方式有关。对无坝取水的进水闸，闸外的河道水位是经常变化的，为了使取水流量得到必要的保证，可从历年的灌溉临界期(河道来水条件与灌溉用水要求矛盾特别尖锐的时期)平均水位的系列中，选取相应于灌溉保证率的水位，作为闸外河道的设计水位。如果河道来水流量大，取水流量较小，取水后又对河道流量及水位的影响都不大时，可直接取闸外河道的水位作为进水闸上游的设计水位。如取水流量的比例较大时，则需考虑因取水而产生的水位降低影响。对无坝取水的进水闸，其设计流量的确定与确定设计水位很相似。为了使设计流量选择得比较合理，可从历年的灌溉临界期最大流量的系列中，选择对应灌溉保证率的流量作为设计流量。5．为什么说堰顶高程的选择是闸孔设计的关键环节？它的确定与哪些因素有关？这些因素是如何影响堰顶高程 的选择的？答：堰顶高程的选择是确定水闸设计工程量等的一个重要环节。一般应从以下几点考虑：①水闸的工程量；②水闸的防沙和排沙效果；③水闸的地质条件。①若将堰顶高程定得低些，则可加大过闸水深，从而加大过闸单宽流量，闸室总宽度可以减小，但是，水闸的闸室高度有所增加；如将堰顶高程定得高些，则情况相反。在选择时还要考虑水闸的规模，对大、中型水闸，两岸连接建筑物的工程量所占的比例比较小，此时，可将水闸的堰顶高程定得低些；对小型水闸而言，两岸连接建筑物的工程量所占的比例比较大，此时，可将水闸的堰顶高程定得高些；这种选择的目的是尽量地减少水闸的工程量，节约工程投资。②对于多沙河流，排沙工作是不可忽视的，避免由于泥沙的淤积而造成水闸不能正常的工作。对于拦河闸而言，堰顶工程定得低些是有利于排沙的，一般选择与上游河床同高或略高些；对于进水闸而言，主要是防止泥沙进入下游渠道，所以，堰顶高程选择时要考虑适当高些，一般比上游河床高程高出1.0～1.50m。③另外，水闸的底板应尽量布置在比较坚实的地基上，这样可以适当的加大过闸的单宽流量q。从而也可以达到减少水闸工程量的目的。6．为什么平原地区拦河闸一般不设置胸墙？通常在什么情况下考虑设置胸墙？设置胸墙的利弊如何？对设有胸墙的进水闸，其胸墙的底缘应高出闸前最低引水位0.1～0.3m，为什么？答：平原地区的拦河闸，汛期泄洪时期是不允许上游水位过分壅高，以免增加上游两岸堤防防洪的负担。因此，平原地区拦河闸一般不设置胸墙。当水闸挡水高度较大时可考虑设置胸墙，以减小闸门高度，从而减轻闸门重量和启闭机吨位。设置胸墙后，闸孔过流能力会减小。对设有胸墙的进水闸，其胸墙的底缘一般高出闸前最低引水位0.1～0.3m，目的是为了在最低水位时不影响闸孔过水。7．水闸下游产生冲刷的原因有哪些？为什么说在消能防冲措施中，消能是主要的，而防冲是次要的？答：过闸水流往往具有较大的动能，经过下游消能设施消能后，还会存在一定的余能，将对下游河床产生不同程度的冲刷。闸后水流的形态对下游河床的冲刷的影响是很大的。在平原地区，主要是折冲水流，它能直接冲刷河岸和河床。另外，由于水流保持急流前进，易和下游翼墙分离，致使两侧产生较大的回流，而缩小渠道过流的有效宽度，增加局部地方的单宽流量，大大的加强了水流的冲刷作用。为了保证水闸的正常运用，防止河床冲刷，一方面尽可能消除水流的动能，并使水流横向扩散，防止波状水跃和折冲水流的发生；另一方面要对河床及河岸进行布置保护措施，防止剩余有害动能引起的冲刷。这两方面的措施，首先是消能，因为它是主动的，所以是主要的；其次是防冲，因为它是被动的，所以是次要的。8．护坦的作用是什么？护坦设计对材料、分缝、排水孔有哪些要求？答：护坦的作用不仅是促使过闸水流在底板(护坦)范围内产生正常水跃，而且保护河床免受冲刷。护坦材料必须具有良好的抗冲耐磨性，一般采用混凝土或钢筋混凝土。在小型水闸中有的也可以采用浆砌块石。护坦在平行水流方向常设置沉降缝，主要是防止地基的产生不均匀沉陷，缝的位置宜与闸墩对齐。护坦在垂直水流方向一般不分缝，以保证护坦的整体稳定性。为了降低护坦底部的渗透压力，在护坦的前半部(或后半部)需设置排水孔，其孔径一般为5～25cm,间距为1.5～3.0m，呈梅花形排列。排水孔内充填碎石或无砂混凝土，排水孔底部必须设置反滤层。9．海漫的作用是什么？海漫的长度取决于哪些因素？海漫的构造有哪些要求？答：过闸水流经过水跃消能后，一般能消除40%～70%的能量，但仍有一定的残余动能，流速也较大，分布也不均匀，而且水流紊动比较厉害，如将消力池直接与下游河道连接，势必将引起严重冲刷，故需在消力池后设置海漫。海漫的长度取决于水流残余动能、消力池末端单宽流量、上下游水位差、河床土质抗冲刷能力、海漫表面粗糙情况以及水流在海漫上的扩散情况等因素。海漫构造必须具有三大特点：一是粗糙的，二是透水的；三是柔性的。粗糙性的目的是利于消除水流余能；透水性的目的是使渗透水流顺利排出，以增加海漫的稳定性；柔性的目的是适应地基变形。10．水闸消能防冲的设计条件应如何选择？消力池与海漫的设计条件是否一样？为什么？ 答：如何选择水闸消能防冲的设计条件，与水闸形式、闸门的运用管理等因素密切有关。EHq消力池一般选用单宽能量最大的情况作为设计条件。水闸的泄量及上、下游水位是随闸门开度的大小和下游河道充水时间而变化的，因此，要考虑水闸在运用过程中可能出现的各种不利情况。水闸上游设计水位一般采用开闸泄水时的上游最高挡水位。下游设计水位则要考虑其升高程度滞后于泄量增大的情况，计算时可选用相应于前一级闸门开度泄量时的下游河道水位，并选择可能出现的最低水位作为起始计算水位。q"Hqq"qHq"H海漫的设计条件为取最大值的组合情况。与一般不同，与取最大值的组合情况一般也不同，所以，消力池与海漫的设计条件是不一样的。11．闸门的运用管理对消能有哪些影响？答：闸门的运用管理，对消能防冲设计影响很大。当水闸迅速的全部开启时，下游水位尚未升高，水深较小，单宽流量较大，闸下会产生严重冲刷。在多孔水闸中，如单独开启一孔或少数几孔时，则影响更大。另外，当水位差大而开度小(e/H=0.1左右，e为闸门开启高度，H为从闸底坎起算的水头)时闸门最容易震动，当水位差小(如2～5m)而开度e=0.1～0.6m时也易发生震动。闸门在大开度时则容易发生摇动。所以，在水闸运行管理过程中，要求闸门多孔开启，且选择对称孔以防止产生折冲水流。闸门的每次开启度不宜过大，主要是避免下游水位尚未升高而造成下游水深较小，单宽流量较大，对闸下会产生严重冲刷。12．什么叫地下轮廓线和闸基防渗长度？如何确定闸基防渗长度？答：地下轮廓线即为水闸上游铺盖和闸底板等不透水部分和地基的接触线，也称为防渗边界线、渗径长度。地下轮廓线布置原则是上防下排。地下轮廓线长度：L=CHC：渗径系数，H：上下游水位差。13．勃莱法和莱茵法的基本概念是什么？存在的主要问题是什么？用勃莱法是否可以审查闸基土壤中任一点的渗透坡降？为什么？答：勃莱法假定沿闸基地下轮廓线单位长度消耗的水头是相同的，即沿该线的渗透坡降是均匀的。因此，当总水头H及地下轮廓线的拉直总长度一定时，即可很简单的计算得出平均渗透坡降为H/L，并可按直线比例求出地下轮廓上各点的渗透水头h。莱茵法与勃莱法的基本假定是一样的，不同的是：莱茵法认为水平防渗长度的防渗效果只有铅直防渗长度的三分之一，因此，将水平渗径除以3，再与铅直渗经相加，最后得到折算后的防渗长度。勃莱法和莱茵法同属于直线比例法，主要缺点是计算精度比较差，不符合实际情况。用勃莱法或莱茵法均不能审查闸基土壤中任一点的渗透坡降。勃莱法只能求出沿防渗长度方向的平均渗透坡降，在这个方向上，各点渗透坡降均等于防渗长度内的平均渗透坡降。14．地下轮廓线布置的总原则是什么？影响地下轮廓布置的主要因素是什么？答：地下轮廓线布置的总原则是滞渗与导渗相结合。影响地下轮廓布置的主要因素是地基土质，对于不同的地基（如砂性地基和粘性地基）有不同的布置特点。15．为什么说加长水平防渗的主要办法是延长铺盖？为什么说铺盖过长其单位长度的防渗效果将明显降低？铺盖长度一般如何确定？答：水平防渗部分主要有铺盖及闸室底板两部分，由于闸室底板长度一般由设计条件（或控制条件）决定，且其造价高，一般不通过延长闸室底板长度来延长水平防渗长度。因此，加长水平防渗的主要办法是延长铺盖。铺盖的主要作用是延长渗径，以降低渗透压力和渗透坡降。铺盖长度超过一定范围后，则通过铺盖后段进入闸基的渗水量的增加值与从铺盖前段进入闸基的渗水量的减小值基本相当，铺盖的防渗效果增加是十分不明显的。因此，铺盖过长其单位长度的防渗效果明显降低。铺盖的长度原则上应根据水闸地下轮廓布置以及闸基处的地形条件来决定。初选时可以按照经验公式[L＝（3～5）H]铺盖来选择，最后再作防渗计算。16．对粘土铺盖而言，其厚度应如何确定？ H＝铺盖[J][J]答：铺盖厚度可按公式核算，其中，H是铺盖上下面的水头差，是粘土铺盖的允许渗透坡降。铺盖上游段最小厚度为0.6m，以便于碾压施工，在靠近闸室处的厚度不小于1.0～1.5m。17．闸底板前段设板桩、齿墙起什么作用？对渗压、浮压及平均渗透坡降有何影响？如在闸底板后端设置板桩和齿墙，其作用是否相同？答：闸底板前段设板桩、齿墙主要作用是降低渗压，同时齿墙还能起一定阻滑作用。在闸底板前段设置板桩、齿墙可以减小渗压及平均渗透坡降，但对浮压没有影响。在闸底板后段设置板桩和齿墙，其主要作用是减小出逸坡降，防止地基土产生渗透变形。但是，在闸底板后段设置板桩和齿墙会加大闸底板的渗透压力，对闸室的稳定是不利的。18．排水起点的位置对渗透压力有直接影响，对浮压力是否有影响？为什么？答：排水起点的位置对浮压力没有影响，因为浮压只与下游水位有关。19．排水起点前移有何利弊?答：排水起点前移可以有效地减小作用在底板下的渗透压力。这种布置缩短了渗径，但由于防渗需满足一定长度，因此，相应地要加长铺盖等防渗设施；同时，底板下的排水在长期运用过程中，也有可能被渗水带来的泥沙所淤塞，不易检修，工程上一般不选择这种布置方案。20．粘土地基的防渗排水布置一般应如何考虑？砂土地基应如何考虑？答：对于粘土地基，在防渗布置时应重点考虑如何降低闸底板的渗透压力。防渗措施一般采用铺盖，而不用板桩，因板桩在入土过程中可能破坏粘土的天然结构，在板桩与其周围地基接触面上可能造成集中渗流的通道。至于排水设施，一般布置在闸室下游护坦的下面，也可布置在闸室底板的下面，这对加速粘性土固结有一定作用。对于砂性土地基，如地基砂层很厚时，采用铺盖与铅直防渗相结合的措施来延长渗径。一般讲，在底板上游一侧设置板桩，有时在铺盖前端再加一道板桩。如砂层较薄时，也可直接用齿墙嵌入不透水层，此时，应避免铅直防渗设施未嵌入不透水层而留有一小段铅直距离，这样容易形成集中渗流破坏。至于排水设施只布置在护坦下面，一般不设在闸室底板下面。21．试简述改进阻力系数法基本概念。答：改进阻力系数法即是将整个渗流区大致按等势线位置分成n个典型渗流段，根据每个典型渗流段形状，qhii查相应理论计算公式或用试验法求得各渗流段的阻力系数i，进而求得任一渗流段的水头损失K，i=1,…,n，nnqHhii其中，q为该渗流区的单宽流量，K为渗透系数，总水头损失1K1，则各段的水头损失可表示为Hhiini1。求出各段的水头损失后，再由出口处向上游依次叠加，即得各段分界点的水头，两点之间的渗压可近似地认为是线性分布。这里要注意的是，改进阻力系数法的基本假定是整个闸基土是同一的，如果闸基土不同一，也就是说各段的渗透系数不相同，是不能用改进阻力系数法的。22．试分别论述整体式平底板和分离式底板的适用条件？答：整体式底板是闸墩与底板浇筑成整体，这种底板一般适用于孔径8～12M和较松软地基或地震烈度较高的地区。也有在闸室底板中间分缝的，一般适用于孔径≥8m和中等密实以上的地基。分离式底板是在闸室底板两侧之间进行分缝，使底板与闸墩形成各自的脱离体。一般适用于孔径大于8m和密实的地基或岩基。23．平面闸门门槽的位置对闸墩应力及闸室稳定有什么影响？ 答：平面闸门门槽的位置对闸室稳定有很大影响，门槽位置过于靠近高水位侧，虽然可以防止地基承载力不足，但不利于闸室的抗滑稳定。门槽位置离高水位侧过远，则情况刚好相反，有利于闸室的抗滑稳定，但不利于减小地基压力。24．水闸一般应在哪些部位分缝？哪些部位缝中应设止水？答：闸室在垂直水流方向，每隔一段距离需要分缝。在整体式底板中，沉陷缝设在闸墩中间。如果地基较好，可将缝设在底板中间。除了上述闸室本身要分缝以外，凡是相邻结构荷重相差悬殊或结构较长、面积较大的地方，都要用沉陷缝分开。水闸设缝后，凡是具有防渗要求的缝都需设置止水。25．闸室稳定计算的对象应如何选择？答：闸室稳定计算的对象应根据水闸的总体布置来选择：如果水闸总体没有设置沉陷缝，则可以把整个水闸作为计算对象来进行计算分析；如果水闸在总体布置时设置了多处沉陷缝，则在选择计算对象时就要根据每一种不同的情况来选择，如：边墩到缝墩、缝墩到缝墩、缝墩到边墩，等等。只要有一个单元是不同的就得进行计算和分析。26．为什么采用粘土时，作用在闸室的水平水压力采用右下图示的分布图形？闸采用混凝土铺盖时则采用左下图所示的分布图形？aaabbbb用钢筋混凝土作铺盖时，铺盖与底板之间要设止水，止水片以上的水平水压力按静水压力分布考虑，止水片以下缝内的水平压力按下述方法计算：由于渗流区内任一点的水压力强度等于该点的浮压强度与渗流压强之和，在止水片以下的缝内水流状态可以认为是静止的，所以，缝内渗透压强处处相等，其数值即为缝底这一点的渗透压强，而缝内任一点的浮压强度等于该点到下游水面的垂直距离与水容重的乘积。对于粘土铺盖，铺盖与底板之间也要设置相应的止水，从偏于安全角度考虑，在a点的静水压强与b点的扬压力强度之间，用直线相连，即得粘土填料与闸室接触面上的水平水压力分布图。27．当水闸设有阻滑板时，为什么在审查闸室稳定时仍应使闸室本身的抗滑稳定安全系数不小于1.0？答：阻滑板一般只能用来提高安全裕度，不计阻滑板作用时，闸室本身的抗滑安全系数不应小于1.0。28．闸室抗滑稳定的设计条件应如何选择？答：闸室抗滑稳定的设计条件的选择是根据水闸不同的运行工况，以保证水闸在任何时期都是稳定和安全的。一般选择三个时期作为设计条件：竣工期、正常运行期和非常运行期。①竣工期，这时只有闸室自身重量的作用，主要计算闸室底面的压力强度及其分布状态，以检验地基的承载力；②正常运行期，这时水闸上游为正常设计水位，下游为相应的低水位，作用于闸室的荷载，除自重、水压力、水重和扬压力以外还要考虑风浪压力；③非常运行期，这时水闸上游为校核水位，下游则为相应的最低水位，作用于闸室的荷载类别与正常运行期相同，只是具体数值不同而已。29．什么叫表层抗滑稳定？什么叫深层抗滑稳定？答：在运行期，闸室受到水平推力等荷载作用，有可能产生沿地基面的滑动，地基面产生反向水平抗滑力而使闸室稳定叫做表层抗滑稳定。当作用在地基上的荷载较大时，闸室可能连同一部分地基土体一起滑动，另一部分地基土体产生反向水平抗滑力而使闸室稳定叫做深层抗滑稳定。30．为了解决软基抗滑能力低，满足表层抗滑稳定要求，在闸室布置上应采取哪些措施？答：当闸室抗滑稳定性不能满足要求时，主要应从提高抗滑力考虑，可采用下列一种或几种抗滑措施：①调整 闸门位置，或将闸底板向高水位一侧加长，以增加水重；②增加铺盖和板桩的长度，或在不影响防渗安全的条件下，将反滤层向上游移动，以减小底板底部的渗透压力；③增加底板齿墙深度；④利用钢筋混凝土铺盖作为阻滑板。31．为了解决地基承载力低，防止地基产生过大沉陷，在闸室布置上应采取哪些措施？答：为了减小过大的沉降，在闸室布置上可采用以下几种措施：①使用轻型结构，适当加大底板面积，以减小地基压力；②采取适当措施防止水流流经闸室时产生震动；③进行必要的地基处理。32．为了减小地基的不均匀沉降，在闸室布置上应采取哪些措施？答：当沉降差过大时，可采用以下几种措施：①尽量减少相邻建筑物的重量差，重量大的建筑物先施工，让其先压实；②闸室布置要匀称；③分块不宜过大，沉降缝的止水设计应能适应不均匀沉降的要求；④采取适当措施防止水流流经闸室时产生震动；⑤进行必要的地基处理。33．论述倒置梁法，荷载组合法和弹性地基梁法的计算原理和基本假定。答：（一）倒置梁法基本假定：①地基反力顺水流方向直线分布；②地基反力垂直水流方向均匀分布。基本原理:将垂直水流方向截取的单位宽度板条，视为倒置于闸墩上的连续梁，即把闸墩当作底板支座。倒置于梁上的均布荷载包括底板自重、水重、浮托力、渗透压力和地基反力，然后按连续梁计算内力，并进行配筋计算。（二）荷载组合法基本假定：与倒置梁法同。基本原理：将垂直水流方向截取的单位宽度板条作为脱离体，考虑在顺水流方向闸室所受向上铅直力和向下铅直力由于数值及分布情况不同而使所截取单位板条两侧产生剪力差（不平衡剪力），并认为这个剪力差由闸墩和底板共同承担，且闸墩分配约90%，底板分配约10%。荷载组合法不把闸墩看作底板的支座，而认为是作用在底板上的荷载（包括闸墩截条自重、顶部荷载以及分配给闸墩截面的不平衡剪力），作用在底板梁的均布荷载包括底板自重、水重、浮托力、渗透压力、地基反力以及分配给底板的不平衡剪力。这样，作用于板条的全部荷载即可确定，然后便可按照静定结构计算各截面的内力，并进行配筋计算。（三）弹性地基梁法基本假定：①地基反力顺水流方向直线分布；②地基梁和地基都是弹性体。基本原理：将垂直水流方向截取的单位宽度板条作为脱离体，地基梁在外荷作用下发生弯曲变形，地基受压而沉降，并考虑边荷载影响，根据变形和沉降协调一致的条件和梁在铅直方向受力平衡的原则进行弹性地基梁计算，求解地基反力（呈曲线分布）和梁的内力，并进行配筋计算。34．什么叫不平衡剪力？它是如何产生的？在进行不平衡剪力分配时，为什么用bty分布图而不用ty分布图进行分配？答：不平衡剪力即是在顺水流方向闸室因所受向上铅直力和向下铅直力由于数值及分布情况不同而造成的所截取单位板条两侧的剪力差。因为ty是相当于单位截面宽度的剪应力，只有bty才能真实反映出闸墩和底板的剪力分配比例。35．计算底板内力时，边荷载影响如何考虑？答：当相邻一侧为闸室时，其边荷载即为该邻侧闸室的基底压力；当相邻一侧为基坑开挖后的回填土时，可近似认为其边荷载即为回填土重，且为梯形分布。在实际工程中，在所计算的闸室底板修建以前，按具体情况并参考下列原则考虑：①若两侧相邻闸室段已建成，此时由于边荷载的存在而减小了底板的弯矩和剪力，这可不考虑边荷载。如边荷载增加了底板的弯矩及剪力，对砂性土地基，只考虑增加值的50%，对粘性土地基，可考虑增加值的100%。②若计算的闸室先建成，相邻闸室段（或回填土等）后施工，如果由于边荷载的存在而减小了底板的弯矩和剪力，对砂性土地基只考虑减小值的50%，对粘性土地基，则不予考虑。如边荷载增加了底板的弯矩及剪力，则不论何种地基，均需考虑增加值的100%。36．两岸连接建筑物的作用是什么？岸墙的布置形式有哪几种？答：两岸连接建筑物包括上、下游翼墙和边墩（或岸墙），有时还有刺墙。其作用是：①挡住两岸填土，保证河岸（或堤、坝）稳定，免受过闸水流冲刷；②上游翼墙引导水流平顺过闸，下游翼墙使出闸水流均匀扩散； ③控制闸室侧向绕流，防止绕流引起渗透变形；④在软基上设岸墙，岸墙和边墩之间用沉降缝分开，可以减少两岸地基沉降对闸室应力的有害影响。岸墙的布置形式主要有三种：（一）岸墙与边墩结合；（二）岸墙与边墩分开；（三）岸墙部分挡土。K37．某水闸闸底板高程100.00m，闸基土质在高程100.00～90.50m之间为砂壤土，渗透系数砂=2.4×10-4cm/s，90.50m以下为不透水层，设计洪水位104.75m，相应闸下游水位100.00m，其他构造尺寸如下图所示。试运用改进阻力系数法计算图中各角隅点的渗透水头及渗透出逸坡降，验算出口处渗压是否需要修正并画出渗压水头分布图。TT答：(1)确定计算深度：透水层较深时，应首先计算有效深度e，e可按下式确定，即L0当5时，T0.5Le0S0L5L00当<5时，TeS0L01.62S0LS式中0-----地下轮廓的水平投影长度，m；0-----地下轮廓的铅直投影长度，m。L20.5mS5.6mT13.0m地下轮廓最高处的高程应为99.6m，得0，0，计算得e，而实际深度为9.5m，故取T9.5me。107.4510.3100.01:4100.099.60510.61499.01398.701423679111797.90812151698.450.70.78.6812.50.750.7594.0010砂壤土90.50(不透水层表面)注：齿墙斜坡均为1:1单位:m(a)10.759.75100.00212499.002522232898.452797.9293094.0026ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩ22"23"25"26"27"28"29"24"30"(b)(2)将渗流区按h地下轮廓形状分为若干典型渗流段，列表计算各段的阻力系数i及水头损失i。具体计算公式，请查阅《水闸设计规范》（SL265-2001）中的计算式：（C.2.2-1）~(C.2.3)。分段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩ编号 0.4920.0820.0660.6270.7420.6710.5980.0980.1350.468ih0.5870.0980.0790.7480.8860.8010.7140.1170.1610.559i""hh(3)当进、出口处底板埋深及板桩长度的总值较小时，进、出口段的水头损失需按下式修正：00"1其中1.212T"S"1220.059TT"hh式中0----计算的进、出口水头损失值；0----修正后的进、出口水头损失值；""----阻力修正系数；S----底板埋深与板桩入土深度之和；"T----板桩另一侧地基透水层深度，或为齿墙底部至计算深度线的铅直距离。""0.6850.581计算得进口段的，出口段的。(4)各段h值之和必须等于总水头，故进、出口水头损失的减小值，应该按不同的情况分别加在附近的几个渗流段内。对于本题，可按下述方法修正。hxh"当时，可按下式修正，即hhhxxh式中x----水平段修正前的水头损失值；"hx----修正后的水平段水头损失值。"h1h0h---修正后的水头减小值，。hh当x时，可按如下方法，分两种情况修正。"""当hxhyh时，则hx2hx，hyhyhhx。hy为内部铅直段修正前的水头损失值，hy为修正后的水头损失值。"""hxhyhhx2hxhy2hyhCDhCDhhxhyhCD当时，则，，。为CD段修正前的水头损失值，"hCD为修正后的水头损失值。计算得，进口段的h=0.185m，出口段的h=0.234m,修正后的各角隅点渗透水头见下表。H21H22H23H24H25H26H27H28H29H30H314.754.354.153.993.232.341.540.830.640.320.0从而可求出地下轮廓各角隅点的渗透水头，列于下表。H1H2H3H4H5H6H7H8H9H10H11H12H13H14H15H16H174.754.354.153.993.383.283.193.052.962.341.681.521.350.830.640.320.0(5)渗透出逸坡降J ""hh0.5810.55900J0.59"S0.550.55查阅《水闸设计规范》（SL265-2001）（表6.0.4），对砂壤土，其出口允许渗透坡降为0.52～0.65（出口处考虑设置反滤层），基本满足要求。渗压分布图如下：123456789101112131415161700.321.350.640.831.522.341.682.963.053.993.194.153.284.353.384.75单位:m渗压分布图第八章水闸1.什么叫水闸？按水闸作用分有几类？按闸室结构形式如何分类？水闸：即能挡水，又能泄水的水工建筑物。按水闸作用分有：拦河闸、进水闸、泄水闸、排水闸、挡潮闸、分洪闸、冲沙闸、其他（分水闸、排冰闸、排污闸等）。按闸室结构形式分有：开敞式水闸、胸墙式水闸、封闭式水闸。2.土基上的水闸由哪几部分组成？各起什么作用？水闸的组成上游连接段（铺盖及两岸翼墙）：用于平顺引导水流；闸室（闸门、闸墩、底板、工作桥、公路桥）：用于控制过闸流量，控制上游水位；下游连接段（护坦、海曼等消能设施）：用于消除过闸水流的能量。3.闸孔型式有哪几种？各自优缺点及适用条件是什么？（1）开敞式不带胸墙闸孔①可泄洪、排冰、过木或其他漂浮物等，用于分洪闸、拦河闸；②过闸水流为堰流；③位于河道、渠道的过水断面上。（2）开敞式带胸墙闸孔•适于挡水位高于引水水位、排水水位，如进水闸、排水闸。•减少活动闸门的高度。（3）涵洞式闸孔：适合于位于河渠、堤防之下的取水、排水水闸。4.为什么水闸通常采用底流水跃消能？怎样选择消力池的形式？水闸在水流方面，泄流量多变，下游消能情况复杂，下游地基抗冲能力差，容易引起河床及两岸的淘刷。底流水跃消能工程，主要通过在闸下游产生一定淹没度的水跃，保护水跃范围内的河床免受水流的冲刷。当尾水深度略小于或等于跃后水深，可采用消力坎式消力池。当尾水深度小于跃后水深1.0～1.5m，可采用深挖式消力池。当尾水深度小于跃后水深1.5m以上，可采用综合式消力池。 5.水闸有哪些辅助消能工？它们各自的形式和作用是什么？辅助消能工的作用为，加强扰动，增加消能效果，以减少池深、池长。辅助消能工的形式有：①在闸室下游接一水平段，并在其后设一道小坎，以防止波状水跃。②在消力池的前部或后部设消力墩，形成对水流的反力作用。③尾坎在消力池末端设尾坎，调整出池流速分布。6.什么叫波状水跃？产生波状水跃的原因是什么？怎样防止波状水跃带来的危害？在大流量泄流，而上下游水位落差小的情况下，由于水流佛氏数低，此时往往是形成不完全水跃，即为波状水跃。若发生波状水跃，则消能极不充分，应在闸底板平台末端，斜坡连接段的上游处设置小坎，小坎的断面形状一般为梯形，出闸水流遭遇小坎时，水流向上挑起后，跌落入消力池潜入水中，小坎能够有效的完成水面衔接，加大消能效果。7.海漫的作用是什么？对它有什么要求？如何选择材料和确定其尺寸？海曼的作用为消除余能、调整流速、保护下游河床免受冲刷。海曼的构造要求是，海曼应具有柔性，适应河床的变形；粗糙性，消除余能；透水性，渗水能自由排除。海曼的材料常采用干砌石、浆砌石、混凝土板块、铅丝石笼。海曼的长度L：式中，：河床土质系数，粉砂、细砂土质，=13～15；中砂、粗砂及砂壤土土质，=10～12；壤土土质，=8～9，粘土土质，=6～7。：消力池出口单宽流量。H：上下游水位差。8.闸基渗流有哪些危害性？渗流对水闸的危害①闸基下的渗透压力，降低了闸室的稳定性，两岸的绕渗，对两岸翼墙产生侧推力。②渗流会加速地基内可溶性物质的溶解，引起闸基和两岸土体的渗透破坏。③渗流会引起水量的损失。9.什么叫地下轮廓线和闸基防渗长度？如何确定闸基防渗长度？地下轮廓线即为水闸上游铺盖和闸底板等不透水部分和地基的接触线，也称为防渗边界线、渗径长度。地下轮廓线布置原则是上防下排。地下轮廓线长度：L=CHC：渗径系数H：上下游水位差。10.闸基渗流的计算目的是什么？有哪些计算方法？各自精度和适用条件如何？闸基下的渗透压力计算的目的是验算闸室的稳定性。直线比例法认为闸基下渗透流沿地下轮廓线长度各点的渗透坡降相同，即各点的渗透水头的损失是均匀的。改进阻力系数法由地下轮廓线上的角点、板桩的尖点的等水头线，将渗流区分为若干段，如进口段、水平段、垂直段、出口段，分别计算各段的水头损失为，各段中间的水头损失按直线变化，即可绘出闸基下的渗透压力分布图。改进阻力系数法较直线比例法精度高。 11.改进阻力系数法认为任一流段的水头损失为，此式怎样推导来的？①由地下轮廓线上的角点、板桩的尖点的等水头线，将渗流区分为若干：进口段、水平段、垂直段、出口段。②求解每个典型段的渗流阻力系数。根据达西定律：任一段的单宽流量为：：通过该渗流段的渗透水头损失；：该渗流段的平均流线长度；：透水层深度；：该渗流段的阻力系数，只与该渗流段的几何形状有关。③由水流的连续条件，流经各渗流段的单宽流量相等，则任一流段的水头损失为：④总水头差应为各段水头损失的总和：⑤各段水头损失：12.闸室是水闸的主体，它由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？闸室由底板、闸墩、闸门、启闭机和工作桥、公路桥、胸墙组成。底板作用：•作为闸室的基础，将闸室及上部结构重量传到地基上。•作为地下轮廓线的组成部分，降低通过地基的渗透水流的渗透压力水头。闸墩作用为分隔闸孔，承受传递水压力，支承闸墩上部结构重量。闸门的作用是控制过闸水流。胸墙的作用是减小活动闸门的高度。13.试根据不同分类方法说明闸底板有哪些类型？按水流条件分类：闸底板有有宽顶堰型、实用堰型。按结构受力条件分类：有分离式闸底板、整体式闸底板和反拱式闸底板。14.胸墙有哪些形式？如何选择？胸墙的结构形式有：当胸墙的跨度小于5.0m，宜采用实心板式；当胸墙的跨度大于5.0m，宜采用肋形结构，即板梁式结构。15.对水闸闸室必须进行哪些情况下的稳定验算？各计算情况应包括哪些荷载？水闸闸室必须进行沿基础面或深层结构面的抗滑稳定验算和基底压力验算。计算荷载有：①自重；②静水压力；③扬压力=浮托力+渗透压力；④浪压力；⑤泥砂压力；⑥地震荷载16.抗滑稳定安全系数若不满足《规范》的要求，有哪些改善稳定的措施？提高闸室稳定性的措施①当基底压力不均匀系数过大，可适当调整闸门、公路桥等上部结构的位置。 ②当抗滑稳定系数偏小，可以将闸门下移，增加上游水重；加深底板上的齿墙；增加上游铺盖的长度；将铺盖作为阻滑板：满足式中，：作用在铺盖上的垂直力。17.整体式平底板应力计算有倒置梁和弹性地基梁法，试述其适用情况。弹性地基梁在计算闸底板内力时，考虑了地基变形与底板基础变形的协调一致，底板下的地基反力呈曲线分布。弹性地基梁是水闸设计规范推荐的计算公式。倒置梁将闸室底板作为固支在闸墩上的梁来计算闸底板内力，没有考虑地基变形与底板基础变形的协调一致，假定底板下的地基反力呈直线分布。适用于底板上分缝的双悬臂梁式结构。18.整体式底板不平衡剪力是怎样产生的？闸底板在顺水流方向，底板上部结构有突变，底板下地基反力分布呈连续分布，单宽板条上下的荷载不平衡，则板条两侧有不平衡剪力存在，以维持板条的平衡。19.水闸连接建筑物的作用是什么？上游翼墙的功能是挡土、平顺引导水流，与铺盖共同承担防渗的作用。下游翼墙的功能是挡土、引导出闸水流沿翼墙均匀扩散。20.水闸两岸连接建筑物有哪些布置形式？各自特点是什么？①反翼墙：水流条件和防渗效果好，工程量大。②扭曲面翼墙：水流平顺，工程量小，但施工复杂。③斜翼墙：工程量小，施工简单，水流条件差。21.上下游翼墙有哪些结构形式？上下游翼墙结构形式有：重力式：用于挡土高度为5m～6m的情况；悬臂式:用于挡土高度为6m～8m的情况；扶壁式：用于挡土高度为8m～9m的情况；空箱式：用于挡土高度为6m～10m的情况。第九章河岸溢洪道1.在哪些情况下需要修建河岸溢洪道？河岸溢洪道有哪几种型式？它们各自的特点和适用条件是什么？当水利枢纽的坝型为土石坝；或坝型为重力坝，但河谷狭窄，布置河床式溢洪道有困难时，可以修建河岸溢洪道。河岸式溢洪道的类型有正槽式溢洪道、侧槽式溢洪道、井式溢洪道和虹吸式溢洪道。正槽式溢洪道和侧槽式溢洪道为开敞式溢洪道，超泄能力大，工作可靠性大，适应性强。井式溢洪道和虹吸式溢洪道为封闭式溢洪道，没有超泄能力，工作可靠性较差，但进口高程低，能预泄洪水。2.将溢洪道分为正常溢洪道（主、副溢洪道）和非常溢洪道的原因是什么？它们各宣泄什么标准的洪水？按设计标准分类（1）正常溢洪道按设计洪水标准和校核洪水标准修建的永久性泄水建筑物（2）非常溢洪道根据最大可能洪水标准，采取的非常保坝措施，有漫溢式溢洪道，自溃式溢洪道。3.正槽式溢洪道由哪几部分组成？各自的作用是什么？①正常溢洪道：按设计、校核洪水标准修建的永久性泄水建筑物。②非常溢洪道：根据最大可能洪水标 准，采取的非常保坝措施，有漫溢式溢洪道，自溃式溢洪道。组成：引水渠、溢流堰（控制堰）、泄水槽、消能设施、尾水渠引水渠的作用：将库水平顺引至溢流堰前。溢流堰（控制堰）的作用：控制溢洪道的泄水能力。泄水槽（陡坡段）的作用：将下泄洪水由水库的上游水位高程降至下游水位高程。消能防冲段的作用：消除泄水槽下来的高速水流的能量。尾水渠的作用：将溢洪道下泄的洪水平顺引至下游河道。4.正槽式溢洪道控制堰段主要有哪些堰型？正槽式溢洪道控制堰段主要堰型有宽顶堰、实用堰、驼峰堰。5.试述正槽式溢洪道泄槽平面和纵剖面布置的原则和方法。第十章水工遂洞1.什么叫水工隧洞？水工遂洞是在山体中开凿的一种水流通道。2.水工隧洞有哪些用途？按水流状态划分有哪两类？泄水隧洞的工作特点是什么？水工隧洞作用有：①配合溢洪道泄放洪水，也可以作为主要的泄水建筑物。②引水：发电、灌溉、供水。③排放水库泥砂，延长水库寿命，有利于水电站正常运行。④防空水库，以利建筑物检修。⑤施工导流。按水流状态，水工遂洞可分为：有压洞：引水发电的遂洞一般为有压洞。无压洞：泄洪、排放水库泥砂、施工导流等用途的遂洞一般为无压洞。水工隧洞工作特点①运用条件：在水下工作，工作可靠性差，检修困难、闸门承受的水压力较大。②水流条件：多为深水进口，高速水流易在洞内产生空蚀破坏，对体形设计要求高；单宽流量大，消能困难。③结构方面：作为地下结构，开挖后破坏了原有的岩体平衡，引起应力重分布，使得洞内需要临时性支护、永久性衬砌保证围岩的稳定性。④施工方面：工期长、场地狭窄、施工工序多。施工进度往往影响整个工程工期。⑤功能方面：运用灵活。3.选择水工隧洞洞线的原则和要求是什么？布置及选线遂洞路线选择是设计中的关键，它关系到遂洞的造价、施工的难易、工程进度、运行可靠性等方面的问题。遂洞选线的原则和要求为：①遂洞路线应尽量避开不利的地质构造、围岩不稳定及地下水位较高的地段，以减小作用在遂洞衬砌上的围岩压力和外水压力。②遂洞在平面上应力求短而直。若必须转弯时，转弯半径不宜小于5倍的洞径或洞宽，转角不宜大于600，弯道两端的直线段也不宜小于5倍的洞径或洞宽。③遂洞应有一定的埋深，有压遂洞的围岩厚度不应小于3倍的洞径或0.4倍的压力水头。④遂洞的纵坡，应根据水力条件、运行要求、上下游衔接、施工和检修等因素综合比较确定。⑤对于长遂洞，应利用地形地质条件，布置一些施工支洞、竖井、以便增加施工作业面，改善施工条件。4.有压泄水洞对岩层覆盖厚度的要求是什么？有压遂洞的围岩厚度不应小于3倍的洞径或0.4倍的压力水头。5.泄水洞进口建筑物由哪些部分组成？各部分的作用是什么？①进口喇叭口段作用：使水流平顺，减少水头损失，控制负压生产。体型应符合流线型。 ②通气孔作用：有压洞，关闭工作门，向两闸门间充水时，向孔外排气。无压洞，向明流段充气。③平压管作用：由水库向两闸门间充水，减少检修闸门的启门力。④拦污栅作用，阻止较大的漂浮物进入遂洞。⑤压坡段作用：在泄水孔出口应受缩断面，改善出口压力分布，以保证洞内为满流状态。压坡段顶部坡率一般采用1：4~1：6之间，其长度一般为3m~6m。6.进口建筑物有哪些类型？进口建筑物的类型有竖井式，在进口附近的山体中开挖建成；塔式，在山坡前的水库中建造封闭式混凝土塔；岸塔式，沿岸坡建造封闭式混凝土塔。7.为什么有压洞一般采用圆形断面？而无压洞多采用城门形断面？圆形遂洞断面的水流条件和受力条件较为有利，因此有压遂洞的断面形式一般采用圆形。无压遂洞的断面形式一般采用圆拱直墙形（城门洞形），以保证洞顶以上有一定的净空高度和承担洞顶以上围岩压力。8.洞身衬砌的作用是什么？衬砌材料和类型有哪些？衬砌的作用为限制围岩变形，承受围岩压力等荷载，达到安全、稳定的目的。防止渗透等自然现象对围岩的破坏。平整围岩表面，减少糙率，增大输水流量。衬砌的类型有①平整衬砌平整围岩表面，不承受作用力，只减少衬砌表面糙率；②单层衬砌由混凝土、钢筋混凝土或浆砌石做成，承受作用力，减少衬砌表面糙率；③组合衬砌内层为钢板、钢筋网喷降，外层为混凝土、钢筋混凝土。9.什么叫山岩压力？有哪些计算方法？各适用什么条件？规范规定采用什么计算方法？将围岩视为具有一定凝聚力的松散介质，洞室开挖后顶部岩块失去平衡形成一个塌落拱，拱外岩石自行平衡。围岩压力为洞顶的自然平衡拱下松动岩块的重量。计算方法有普氏法和经验估算法。《水工遂洞设计规范》推荐的方法是经验估算法。10.何谓弹性抗力？弹性抗力系数的物理意义是什么？当衬砌受到荷载作用向围岩方向变形时，围岩被动地作用到衬砌上的抗力，对衬砌表现为被动的作用。由文克尔假定，弹性抗力为：，其中弹性抗力系数，，与围岩的完整、坚硬程度有关。第十一章水利枢纽布置1.水利枢纽设计的任务与内容有哪些？水利枢纽设计的任务与内容包括河流开发规划，环境影响评价，水文与气象研究，工程地质研究，建筑材料研究，经济评价分析，研究报告的编写。2.水利枢纽的设计阶段有哪些？水利工程勘察设计的全过程可分为项目建议书、可行性研究报告、初步设计、招标设计、施工图设计五个阶段。3.什么是项目建议书？在江河流域（区域）综合利用规划或专业规划的基础上编制的要求建设某一项目的建议性设计文件，其主要作用是对一个拟进行建设的项目的初步说明，供国家选择并决定是否列入下一步工作。'