水工建筑物习题与案例

'竞赛内容分两部分第一部分专业基本知识理论一、填空题1．水利枢纽是的（）综合体。2．我国《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》规定：水利水电枢纽工程根据其（）和（）分为（）等；枢纽中的水工建筑物根据其所属（）及（）分为（）级，当水库总库容大于（）亿立方米时，属于大（）型水库。3．对不同级别的建筑物，在（），（），（）和（）四个方面有不同的要求。4．作用于水工建筑物的荷载，一般分为（）荷载和（）荷载两种，荷载组合分（）组合和（）组合两大类。5．地震的基本烈度是指（）；地震的设计烈度是指（）。（）地震等于或超过（）度时，设计中须计入地震力。6．设计非溢流重力坝，必须同时满足（）和（）两方面要求，设计溢流重力坝时，还须满足（）要求。对地基条件较好的中高坝，坝顶溢流曲线以（）线型为宜。7．扬压力是（）和（）的总称。削减重力坝坝基面渗透压力，最有效的措施有（）和（）两种；当下游尾水较深时，削减扬压力最有效的措施是（）。8．溢流重力坝挑流消能的设计内容，包括（）、（）、（）和（）等的选择。9．重力坝构造设计包括（）、（）、（）、（）、（）等。10．混凝土作为重力坝的建筑材料，对其（）和（）提出要求。11．重力坝两岸灌浆范围，当透水层距地面不远时，帷幕应伸入到岸坡与（）相衔接；当透水层很深时，可以伸到（）与（）的交点处。12．深式泄水孔的进水口，常设计成三面收缩的曲线进水口，设计成曲线的主要目的是（）和（）两个方面。13．拱坝的体型如用圆心的位置，内外半径的变化和中心角来描述，工程中常有以下四种形式，即（）、（）、（）和（）。（要求写详细些）14．拱圈的形状有以下几种型式：（）、（）和（）。15．纯拱法基本假定是（）。16．拱坝坝身泄水型式有以下几种。即（）、（）、（）和（）。拱坝泄流时，有（）的特点，因而在估算冲刷坑深度时。单宽流量需采用水舌落水处实际的单宽流量而不能采用鼻坎处的数值。17．拱坝的横缝与重力坝横缝不同点在于（）。18．温度荷载的含义是（）。19．混凝土拱坝封拱灌浆的目的是（），封拱温度宜选择（）。20．拱坝的人工支座有重力墩和垫座，它们的主要作用是（）。21．拱坝的失稳破坏，主要是（）破坏。22．碾压式土石坝是工程中常用的坝型，根据坝体横断面的防渗材料及其结构，可分（）、（）和（）三类。23．土石坝设防渗体目的是（）；设坝体排水目的是（）；坝体排水设施主要有（）、（）、（）和（）等。、24．对土石坝砂砾石地基，砂砾石层不深时，防渗措施可采用（）；砂砾石层很深时，且地基可灌比值m<5时，应采用（）。19 25．土石坝渗流计算任务有（）、（）和（），稳定分析有（）和（）两种方法。26．水闸闸基渗流计算方法有（）、（）和（），对于小型水闸及地下轮廓布置采取平铺式的水闸，一般用（）法。27．水闸下游消能措施有（），防冲加固措施有（），防止闸下产生波状水跃的措施有（）；防止闸下产生折冲水流的措施有（）。28．对一般土石坝而言，边坡自上至下逐渐变缓，主要原因是（），上有坝坡较下游坝坡缓，主要原因是（）。29．拱坝的理想布置应尽可能地将荷载通过（）的作用，变为轴向传递给（）。30．水工隧洞由（）、（）和（）三部分组成，其中进口建筑物包括（）、（）、（）和（）等。31．设计河岸溢洪道时，在侧槽与泄水槽之间常设有水平调整段，其作用是（）；泄水槽设有收缩段时，收缩角不宜大于10~15°，目的是为了（）。32．渠系建筑物按其作用分为（）、（）、（），渠道防洪建筑物，交叉建筑物，便民利民建筑物，穿山建筑物。33．梁式渡槽支承型式有（）和（）。拱式渡槽拱上结构形式有（）和（）。34．水利枢纽布置的一般原则是：（），（），（）和（）四方面。二、选择填空（将正确答案序号，填入题中空格）1．重力坝坝面某点仅有静水压力，其强度为rh，如考虑扬压力影响，则该点作用于坝面的主应力为（）。A.rhB.0C.arhD.条件不足，无法计算2．用材料力学法计算重力坝坝基面应力，与实际应力情况出入较大。其原因在于（）。A.计算坝段并非偏心受压构件B.未计入地基变形影响3．布置在工作闸门后的通气孔，其作用是（），它主要用于（）。A.排气减压B.补气减蚀C.有压泄水孔D.无压泄水孔4．一般说来，若重力坝的强度条件是控制因素，上游面宜做成（）面；稳定条件是控制因素，上游面宜做成（）面。A.正坡B.铅直C.反坡5．波高，浪长与计算风速有关。校核洪水位与设计情况计算风速又有不同取值。应取V校（）V设。A.大于B.小于6．控定拱坝拉应力部位，因拱梁而不同，对水平拱是（）和（）面。对悬臂梁是（）面，有时应注意（）面。A.底部上游B.坝顶部分下游C.拱冠下游D.拱端上游7．温降情况，拱坝水平拱圈截面上的轴力H（）；弯矩M（）；剪力V（），所以温降情况对拱坝稳定是（）的，而对拱圈截面应力是（）的。A.增大B.减小C.有利D.不利8．设计三圆心拱圈拱坝，若为了改善坝肩岩体的稳定条件，应在拱圈两侧（）。A.放缓曲率B.加大曲率9．用折线法验算土坝保护层和斜墙一起滑动时，若e点为滑动面上的临界应力点，则e点以上应采用（）的抗剪指标，以下应采用（）的抗剪指标。19 A.粘土B.砂土10．在土坝可能产生管涌的地段，应（）。A.铺设反滤层B.加强盖重11．土石坝下游坝坡底部设贴坡排水，主要目的是为了（）。A.降低浸润线B.防止渗透变形C.Ａ和Ｂ12．整体式闸底板的沉陷缝，当地基条件较好时，可将缝设在（），一般在（）的地基上修建分离式闸底板。A.底板上　　　　B.闸墩中间　　　　C.较好　　D.较差13．布置粘性土壤中的闸基地下轮廓线时，主要考虑如何降低（），因此可以考虑将排水设备布置在（）。A.闸底渗透压力B.闸底渗透坡降　C.闸底板之下D.闸底板下游14．作用于重力坝坝基面的扬压力，对坝踵垂直正应力（），对坝址垂直正应力（）。A.有利　　　　B.不利　　　C.不能确定15．土斜墙坝和土心墙坝比较，前者下游坡（）；同时材料土坝上游坡较下游坡（），下部坡比下部坡（）。A.缓　　　　B.陡16．设计溢洪道泄槽的收缩段时，必须保证收缩段出口下游为（）。A.急流　　　B.缓流　　　C.临界流17．设计溢洪道溢流实用堰剖面时，一般情况下，定型设计水头Hd取值（）时，可减小溢流堰前沿长度，节省投资。A.偏大　　　B.偏小18．高速水流中的泄槽，当实际水流的空化数σ（）临界空化数时，就有空化发生。A.大于　　　B.小于19．隧洞的衬砌计算中，当按抗裂设计时，应校核（）的强度；当按限裂设计时，应校核（）　　的强度。A.钢筋　　　B.混凝土　　　C.钢筋和混凝土20．圆形有压隧洞衬砌结构计算中，弹性特性系数，衬砌厚度，当（）时，应提高混凝土标号；当（）时，应降低混凝土标号。A.　　B.　　C.　D.21．隧洞衬砌施工中，为了使衬砌与围岩共同承受荷载，应进行（）。A.帷幕灌浆　　　B.固结灌浆　　C.回填灌浆22．（）渡槽吊装方便，接头止水容易解决；（）渡槽底板全部位于受压区，对抗裂有利。A.简支梁式　　　B.等弯矩双悬臂式　C.等跨双悬臂式23．当主拱圈上作用有铅直、连续荷载时，合理拱轴线为（）。A.悬链线　　　　B.二次抛物线　　C.圆弧19 24．“龙抬头”形式的泄洪隧洞，最容易发生气蚀破坏的部分是（）。A.射流抛物线段　　　B.斜坡段　　C.反弧段及其下游25．工作闸门布置在进口的隧洞，一般为（），按干井设计的竖井式进水口隧洞，进底宜采　　　用（）。A.无压洞　　B.有压洞　C.平面闸门　D.弧形闸门26．在隧洞的结构计算中，当围岩的牢固系数取（）时，可不考虑侧向山岩压力；当隧　洞的直径米，取（）时，可不考虑垂直山岩压力；当（）时，不考虑弹性抗力的作用。A.　　　　B.　　C.27．泄水槽由陡变缓时，在变坡处用（）连接，以（）；当坡度由缓变陡时，在变坡处用（）连接，以（）。A.符合水流轨迹的抛物线　B.反弧　　C.避免动水压力破坏　　　　D.避免水流脱离槽底，产生气蚀28．设计泄水槽横断面，若仅从工程量大小考虑，宜用（）断面；在进行泄水槽弯道设计时，可将（），以降低边墙的高度。A.梯形　B.矩形　C.外侧降低，内侧抬高D.外侧抬高，内侧降低29．为改善不等跨拱式渡槽墩台的不对称受力条件，对较大跨度一侧宜选择（）的矢跨比，并采用（）的拱上结构。A.较大　　　B.较小　　C.较重　　D.较轻30．渡槽的槽身纵向结构计算时，按（）情况设计配筋；槽身的横向结构计算时，无拉杆矩形槽按（）情况设计配筋。A.满槽水　B.空槽　C.满槽水，和可能考虑深水（Ｌ为槽底宽）三、判断题（）1．所谓特殊荷载组合，就是特殊荷载之间的组合。（）2．用抗剪强度公式计算重力坝坝基面抗滑稳定时，规定安全系数K=1.0~1.1，用抗剪断强度公式计算时，规定安全系数K’=2.3~2.5，显然建筑物实际安全度后者要大得多。（）3．混凝土重力坝的永久性横缝，必须做好止水设计，而纵缝则不需作任何处理。（）4．考虑扬压力后，重力坝坝体内各点应力，都小于不考虑扬压力时的应力。（）5．在必要时，重力坝坝址处也可作一道防渗帷幕。（）6．在混凝土重力坝坝址处进行固结灌浆，对减小坝基扬压力是不利的。（）7．当混凝土重力坝坝址上游坝坡坡率n<0，坝体向上游倒悬，这时坝体如设置垂直纵　　　缝，会导致自重应力的增加，对坝体最终应力不利。（）8．泄水消能设计中，最不利情况，显然是宣泄校核洪水情况。（）9．设计挑流消能工时，用挑距L作为指标，L愈大，建筑物愈安全。（）10．当弦长一定，水平拱圈取较大的中心角时，对应力有利，对坝肩稳定不利。　　（）11．对分缝施工的混凝土拱坝，自重由梁承担，且不影响拱梁之间荷载分配。（）12．不透水地基上的均质坝，若筑坝材料的渗透系数K增大，则渗流量也增大，但浸润线位置不变。（）13．只要稳定渗流期土坝下游不产生滑坡，则土坝稳定是有保证的。19 （）14．用圆弧法分析土坝坝坡稳定时，考虑土条间作用力同不考虑土条间作用力所计算出的抗滑稳定安全系数化，前者要大。（）15．由于宽顶堰型水闸泄流稳定，且不易产生波状飞跃，故是工程中常用的孔口型式。（）16．设置反滤层结构时，沿渗流方向，颗粒粒径由大到小。（）17．布置水闸地下轮廓时，对粘性土地基，为了不破坏粘土的天然结构，常不打板桩，　　　　而是在闸室上游侧设防渗铺盖，闸室下游设反滤层。（）18．过闸单宽流量的选择主要取决于河床地质条件。（）19．对小型或少孔水闸，将闸槛高程定低些，对降低整个工程造价不利。（）20．若仅从工程造价考虑，渡槽宜采用较大的底坡i。（）21．弹性抗力是围岩抵抗衬砌向外变形的能力，是一种反作用力，是被动的。（）22．柔性地基适应于地基承载力较差的情况。（）23．采用反力直线法进行闸底板结构计算时，与弹性地基梁法主要不同之处在于前者假定垂直水流方向地基反力呈均匀分布，而后者假垂直水流方向地基反力呈直线分布。（）24．山岩压力、弹性抗力，地基反力只要在某些特殊情况下，可能同时出现在衬砌某点上。（）25．土心墙坝防渗体的厚度，一般由心墙土料的允许渗透坡降决定，心墙越厚，实际渗　　　　透坡降越小，对土坝来说就越安全。（）26．矢跨比越小，拱的隆起程度就越小，拱端推力就越大，对墩台受力不利。（）27．涵管管身设截水环和涵衣，均是为了防止集中渗流。（）28．当洞径不大，围岩坚硬的圆形有压隧洞衬砌结构计算，可只考虑均匀内水压力。（）29．当两岸岸坡较缓时，倒虹吸管的喇叭形进口一般作水平布置，且以竖向曲线与管身　　　　连接。（）30．悬链线主拱圈的优势就在于保证主拱圈长期在轴心受压状态下工作。三、计算填空题1．上游边坡铅直的重力坝，离水库水面50米深的上游坡面上的点A，仅有静水压力作用。　　　若不计杨压力影响，该点铅直正应力σr=320KPa，（水容重取10KN/m3），则该点两个主应力分别为（）KPa和（）KPa，水平正应力为（）KPa，剪应力为（）KPa；若计入扬压力，该点垂直于坝面的主应力为（）KPa。2．粘土斜墙加铺盖防渗的土坝中，已知铺盖端面上作用水头25米，4米厚的末端底面作用　　水头13米，设计此铺盖粘土的允许渗透坡降最低应达到（）。1．作用水头H=4米的水闸，用莱茵法设计其渗径长度，已知垂直渗径长LV为8米，莱茵系数C’为5.0，则设计水平渗径长度不小于（）米。2．设计正槽式低实用堰溢洪道，若堰顶高程为100米，定型设计水头Hd=6米，为保证堰的自由出流，设计堰下游经济底板高程为（）米。3．圆形有压隧洞中，内半径ri=2米，衬砌厚度h=0.5米，当均匀内水压力（强度P=50KPa）　与均匀外水压力（强度PW=20KPa）组合时，组合后的均匀内水压力强度为（）KPa。4．如图所示的有压隧洞，只考虑内水压力一种外荷载，洞底B点承受水头为50米，衬砌厚度h=0.5米，洞内半径ri=2.0米，水的容重KN/m3，则隧洞的均匀内水压力强度　　　　为（）KPa，A、B、C、D四点非均匀内水压力强度依次为（）KPa、（）KPa、（）KPa、（）KPa。均匀内水压力合力大小为（）KN/m，方向（）；非均匀内水压力合力大小为（）KN/m，方向（）。19 1．上游面铅直的重力坝，已算得浪高2hL=0.665m，浪长2LL=7.5m，波浪中心线在静水位以上高度h0=0.2m，作用在单宽坝段上的浪压力为（）KN/m。2．不考虑弹性压缩变形，在设计荷载作用下，实腹拱轴某截面处，其弯矩为（），剪力为　　　　　（），轴向力为（）。（已知：该截面水平倾角为φ，且拱顶水平推力为Hg）。3．某重力坝上、下游水位差为70米，为减少坝基渗透压力，拟作帷幕灌浆。已知灌浆材料允许渗透坡降［J］=15，幕后剩余水头关系α=0.25，则设计帷幕厚度至少为（）。10混凝土衬砌的圆形有压隧洞，衬砌厚度为h，经计算衬砌危险截面上在均匀内水压力下边缘应力为σi；在其它荷载作用下，使内壁受拉的总弯矩为，轴向总压力为，则衬砌内边缘应力为（）KPa。三、问答题1．图示某混凝土重力坝剖面设计图，已知：①在正常情况各种荷载作用下，A点正应力σyA=0②B点正应力σyB=[σ]压③B点最大的主应力σBmax<[σ]混凝土压④试问：应采取哪些措施修改设计方案，并说明理由。19 1．试述水闸的组成及各部分的作用。2．试述圆形有压隧洞衬砌计算途径、方法，并评述其合理性。3．简述用纯拱法计算拱坝应力的原理和解算途径。4．对有拉杆U形槽，请回答下列几个问题：①试绘出横向计算简图。②写出横向计算方法方程。③解释该方程式的物理意义。④解释方程中的各项的物理意义。5．溢洪道泄水槽在平面上的收缩和扩散，纵剖面的陡变缓或缓变陡都对水流条件不利，试回答：①工程中为什么会出现这些情况；②如果遇到这种情况，设计上各有哪些基本要求？6．简述改进阻力系数法基本原理。7．一般说来，都将渡槽进口渠底降低，为什么？9.如何判别地基是否可以灌浆？灌什么材料？10水工建筑物老化原因及防治措施？11水工建筑物裂缝产生原因及裂缝类型及相应的处理措施？六、计算题1．已知某坝如下数据，所有垂直向下荷载之和为22422KN，它对坝面中心O点产生的M1为15845KN·m，所有水平方向的荷载对O点产生的力矩M2为208330KN·m，（M1、M2方向如图），扬压力U为4020KN，U2为150KNＫ，其余尺寸见图，试计算坝面上、下边缘垂直正应力。2．某混凝土坝横剖面如下图：①试根据图中给出的已知条件用抗剪强度公式列出沿基岩面的抗滑稳定安全系数KC的表达式。②举例说明为什么实际工程中有时将基面开挖成向上游倾斜的斜面。19 3．设有棱体排水的均质土坝断面及有关数据，如图所示。试写出单宽渗流量和浸润线方程表达式。当K增大5倍时，浸润线位置和单宽渗流如何变化？4．用水力学法计算土坝渗流时常用分段法。当下游无水时，下游坝段分界面如图所示（以CD作为分界线），请导出下游坝段单宽渗流量表示式，并计算出单宽渗流量。（h=4m,K=5×10-4cm/s,m2=3）5．某水闸单孔为一计算单元，经计算作用在闸墩和底板上的不平衡剪力Q=100KN,求作用在闸墩和底板上的不平衡剪力各为多少？19 6．如图所示为无拉杆矩形槽身，钢筋混凝土容重取24KN/m3，水容重取10KN/m3。①画出横向内力计算简图。②计算满槽水时底板跨中的弯矩。③对底板钢筋时，有时还要考虑半槽水的情况，为什么？此槽底板是否要考虑？第二部分案例分析案例1湖南省黄材水库土石坝病险情况及加固一、工程概况水库位于湖南省宁乡县湘江一级支流沩水上游，控制流域面积240.8km2，总库容1.53亿m3。主坝为粘土心墙土坝，坝壳为风化土料填筑，最大坝高61.5m，坝顶高程169.5m，坝长347m，副坝2座，一座位于主坝右岸约1km处，坝型为风化土料填筑的均质土坝，最大坝高22.3m；另一座为粘土斜墙土坝，坝高3.5m。溢洪道为汉岸开敞式，坝顶高程157.0m，其上装有3扇10m×9.3m（宽×高）的钢质弧形闸门，以控制泄流。电站为坝后式，装机3台，总容量为4.72MW，年发电量12.88GWh。设计灌溉农田39.5万亩，实际量达到42.7万亩，水库有养鱼水面7000亩。工程以灌溉为主，兼有发电、防洪和养殖等综合效益，工程于1958年9月破土动工，1968年完成灌区主体工程配套任务。二、病险情况（一）设计渗水标准低19 1962年工程设计时，尚无正式规范颁布。水库设计洪水标准，按100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核，如按《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（山区、丘陵区部分）SDJ12-78（试行）规定，应按100年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核，如水库失事对下游造成大灾害，当采用土石坝，非常运用洪水标准可提高一级，按10000年一遇校核，按此要求，原设计的非常运用（校核）洪水标准偏低，应予提高。通过复核，水库大坝只能抗御100年一遇洪水，且主副坝又有渗漏等隐患，一旦失事，将对下游6万人口的县城、厦门至成都的国道以及下游64万亩农田造成直接威胁，决定加固设计洪水标准为：100年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核，5000年一遇洪水保坝。计算洪峰增大。在1962年进行洪水计算时，水文资料缺乏，系列也短，计算洪峰是采用无资料地区的办法计算的，成果准确性差。而这次复核的洪水计算时，当地已有30余年的雨量资料可供引用，特别是有1969年8月罕见洪水资料分析研究成果，给这次洪水复核工作，提供了可靠的依据，其精度也大大提高了，现将这两次计算洪峰值对比见表1。表1不同时期、不同重现期的设计洪峰计算成果对比表重现期（a）50002000100050010050201962年236021201590136010601986年3260294027102470191016701510从上表可知，同一重现期，这一复核值比原计算值要增大10%~45%。这样原来100年一遇洪峰值，只相当于现在20年一遇，原来1000年一遇洪峰值只相当于现在500年一遇，这说明原防洪标准很低了。（二）主副坝渗漏严重主坝渗漏情况，在1960年5月坝体填筑至高程161.50m后，6月开始拦洪蓄水，当时在下游坡高程144~154m坡面上，有大面积的散浸，局部地方渗水成线流状。在1965年5月主坝竣工后，9月检查漏水情况后时，原渗水处仍然漏水，而且水库水位上升至162.0m以上后，漏水量明显增大，成股流出。在这次加固处理前，下游坡面在高程为143.5~156.5m之间的坡面上，在靠近两岸山坡处，有两个大面积的散浸区，其面积达2800m219 以上。在1987年进行坝体内钻孔取样试验，发现坝体填筑土料的干容重、内摩擦角、凝聚力的试验值均小于原设计采用值。而天然含水量和渗透系数又高于设计值，致使坝体浸润线提高，渗漏量增大，对坝坡稳定极为不利。副坝渗漏情况，坝的背水坡高程160m平台以下坡面上，散浸严重，并随库水位上升而增大，渗水一般是清水，1987年对坝体进行钻孔取样试验，结果与主坝相似。采取的措施：案例2新疆乌拉泊水库土石坝存在的问题及处理一、工程概况水库位于乌鲁木齐市乌鲁木齐河上游10km处，控制流域面积2596km2，总库容5000万m3，大坝为土石坝，最大坝高26m，坝顶全长1020m，坝顶高程1088m。大坝由主坝和副坝组成，主坝又分长度92m的粘土心墙砂砾石坝及长度438m粘土斜墙砂砾石坝，副坝为长度490m的壤土砂砾石混合均质坝。水库主要任务是解决乌鲁木齐市工农业及人民生活用水。同事，调节乌鲁木齐河洪峰流量，确保城市防洪安全。水库第一期工程于1959年开工，1961年建成，最大坝高24m，坝顶长度900m，坝顶高程1086m。第二期工程于1982年开工，1984年建成。大坝加高2m，达到目前的规模。主坝右岸的粘土心墙坐落在基岩上，而基岩的风化深度1.5~1.8m，岩石本身坚硬完整，裂隙发育细微，多为闭合裂隙，岩石吸水率为0.8~0.01L/(min﹒m﹒m)，主坝段坝基覆盖层为第四纪现状河床部位的松散砾石层，沿坝轴线分布厚度为12~31m，古河床面高程1062m，在高程1052m以上是以砾石、卵石为主，卵石平均含量为42.9%，砾石为19.7%，无粘土含量。特别是表层卵石、砾石之间形成较大孔隙，最大3~4m，一般在1cm左右，形成渗漏通道，其渗漏系数达567m/d；在高程1052m以下，则颗粒级配较好，并多含细颗粒成分，其渗透系数为20~120m/d，上下层没有明显的界限，均为同一成因类型的强透水层。在主坝段内桩号0+450~0+530的坝基下有淤泥分布。副坝坝基位于左岸洪积冲积阶地上，其岩性可分为两种：砂砾石和砂质壤土，其分布厚度为50~150m。砂砾石含粘土量较多，但以砂砾石为主，卵石量少。砂质壤土在副坝坝基3~5m深处，即高程1037~19 1076m以上，多含易溶盐和石膏类。地下水埋藏较浅，在洪积倾斜平原边缘地带均有泉水出露，其高程各有差异。地下水在坝下游出露，有可能引起机械管涌，其渗透系数为44m/d。二、工程存在的问题大坝于1959年开工，是在边勘测、边设计、边施工的情况下进行的，大坝主要存在以下问题：（一）防洪标准低水库位于乌鲁木齐市上游10km，位置非常重要。原设计防洪标准仅为百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核，防洪标准低。（二）工程质量差（1）1961年，当库水位1080m时，主坝合龙段下游坝基渗流量逐渐增大，发生严重管涌及沙沸现象。（2）1968年以后，在运行过程中发现当库水位蓄至1070m时，库盘内主坝右岸山坡上原浆砌石导流渠断裂，其基础坐落在削坡上的碎石渣上，水从断裂处渗入到基石渣中，致使其中水面常出现漩涡。（3）1965年11月13日乌鲁木齐市发生7级地震后，发现护坡上的浆砌石隔墙出现长50m，宽1cm纵向裂缝，闸门井门窗角出现多条45。裂缝。（4）1976年初至1980年10月先后在坝头及大坝合龙段之间的坝前铺盖发现塌坑3处，其中在输水寒冬西侧20~30m坝脚处有较大的漏水点。（5）1985年春，当库水位达1081.0m时，副坝下游曾发生5处管涌，最大一处渗流量为2.65L/s，土坝总渗流量也明显加大，最大渗流量达769L/s。采取的措施：案例3山西省文峪河水库土石坝滑坡及加固一、工程概况水库位于山西省水文县黄河支流文峪河上，控制流域面积1876km2，总库容1.05亿m3。水库土坝为水中倒土均质坝，最大坝高55.6m，坝顶长720m，坝顶高程841m，坝顶宽6m。库区为二迭系砂岩、页岩、砾石、粘土等互层，河床为第四纪河流堆积砂砾石层，厚10m，左岸台地下部为4m厚砂砾石层，其上覆盖10~19 20m厚黄土层，坝基采用回填壤土截水槽防渗，筑坝土料属于粉质壤土。工程于1959年11月动工兴建，1970年6月完工。二、坝体上下游滑坡情况在施工期间和投入运行后，坝体上下游坡曾先后发生两次滑坡，情况分别简述如下：第一次在施工期间坝体下游坡滑坡。土坝于1960年4月开始全面填筑坝体，6月、7月两个月填筑升高速度一般为0.55m/d，个别坝面曾达2m/d，到8月7日坝体平均升高到40m时，当日下午7时土坝左半部桩号0+360~0+550坝体下游坡部分突然滑坡，滑坡体顺坝轴方向宽度160m，滑坡体面积15000m2，滑出坝脚意外土方达11.6万m3（不含残留在坝体内的滑坡体），造成人员伤亡和巨大损失，延缓了工期。这次缓坡突发性强，整个滑坡仅延续5min，具以高速流动的泥浆自高向低滑出，滑体前沿滑至坝脚以外200m，形成由上游坡边缘至下游滑体前沿长达420m。第二次在水库蓄水后坝体上游坡滑坡，1963年当土坝填筑至53.5m高时，水库开始蓄水运用，至当年5月29日达到最高水位826.07m，相应最大水深40.67m。为抢修输水隧洞未完工工程，于6月1日开始降低水库水位，至6月12日，水位由823.94m降至809.91m，平均降速1.15m/d，最大降速4.67m/d，12d共下降14.03m。土坝上游坡于12日2时、7时10分和9时25分连续3次发生滑坡，每次滑坡历时均在3min以内。滑坡体顺坝轴线总宽度322m，滑体总方量23.72万m3，其中有6.72万m3滑出坝脚以外。案例4为什么穿黄工程选择隧洞方案而不是渡槽方案？19 南水北调中线工程从上世纪90年代开始进行穿越黄河方案的详细论证比较。长江水利委员会设计院和黄河水利委员会设计院各自对渡槽方案和隧洞方案进行了长期的论证比选。根据南水北调工程建设形势的要求，长江水利委员会设计院和黄河水利委员会设计院于2003年成立了穿黄工程联合项目组，共同完成了《南水北调中线穿黄工程方案综合比选报告》，经专家审查认为：“上线（即李村线）隧洞方案相对更为合理”。随着南水北调建设规模的变化，穿黄工程联合项目组对渡槽方案进行了更为详细的论证，对隧洞方案也做了相应的修改，并在此基础上完成了《南水北调中线一期穿黄工程可行性研究报告》，对隧洞方案和渡槽方案在技术经济上进行了深入的比选，并推荐隧洞方案，2004年，该报告通过专家审查和评估，基本确定了穿黄隧洞方案。穿黄联合项目组随即开展了穿黄工程初步设计工作，《南水北调中线一期穿黄工程初步设计报告》于2005年获水利部批复，再次肯定了隧洞方案。　一、渡槽方案　　穿黄工程渡槽方案主要包括：南岸连接明渠、进口建筑物、穿黄渡槽、出口建筑物、北岸河滩明渠和北岸连接明渠等部分。　　穿黄渡槽过黄河段长3500m，单跨50m，共计70跨，采用U形渡槽方案。渡槽为双线平行布置，一线一槽，槽间净距1m。槽身过水断面为U型，单槽净宽8m，由下部半径4m的半圆和上部2.1m直墙组合而成，单槽自重约1590t，槽体为三向预应力结构。为提高渡槽抗震性能，选用JQGZ—Ⅱ10000型弹性减振球型钢支座，并设置防震挡块。渡槽下部结构两侧采用2个直径2.8m的圆柱墩，中间采用1个圆端形实体墩，墩头半径为1.4m，基础采用2排共8根直径2.2m的钻孔灌注桩。　二、隧洞方案　　穿黄工程隧洞方案主要包括：南岸连接明渠、进口建筑物、穿黄隧洞、出口建筑物、北岸河滩明渠和北岸连接明渠等部分。　　穿黄隧洞过黄河段全长3450m，隧洞直径7.0m，双洞平行布置，两洞中心线间距28m。隧洞采用双层衬砌结构，外层为装配式普通钢筋混凝土管片结构，厚40cm，内层为现浇预应力钢筋混凝土整体结构，厚45cm，中间为弹性防水垫层。采用盾构法施工。三、方案比较请你在了解该工程基础上综合比较两方案优缺点，并为为何选用隧洞方案提供支撑理由！案例5寒冷地区水工建筑物的冻害十分普遍,以黑龙江省来说,有许多灌区,尤其是涝区,由于地基土质多为黄色和黑色的粉质壤土,而且地下水位较高,冻前含水量大,地基土冻胀强,因此中小型水工建筑物遭受冻害破坏相当普遍。不管是预制装配式的,还是现浇的;不论是钢筋混凝土的,还是砖木结构的;19 浅基础的或者是深基础的桥、涵、闸等各种水工建筑物都有不同程度的冻害。如最大的自流灌区,即查哈阳灌区,建筑物遭受冻胀破坏的占83%,保持基本完好的只有17%。由于冻害破坏,给水利建设、工程施工、工程效益、工程维修及工程管理等造成了很大危害。1、水工建筑物冻害的原因季节冻土区水工建筑物冻害成因可分为内因和外因两部分。其中地基土冻胀、融沉、冰冻及长期冻融循环等是自然规律所产生的破坏作用,属于造成水工建筑物冻害的内因。而设计不合理、施工技术不正确和工程管理不好等原因是人为因素,属于造成水工建筑物冻害的外因。(1)水工建筑物在地基土的冻胀作用下破坏。地基土中的水冻结成冰时,产生胶结力,使冻土与基础牢固地胶结在一起。当土中的水冻结成冰的同时,体积膨胀,当这种膨胀足以引起土颗粒间的相对位移时,就形成冻结时土体积的膨胀,即称之为土的冻胀。由于水工建筑物基础与冻土胶结在一起,它对土的冻胀产生了约束作用,冻土就会对基础产生冻胀力,在不均匀冻胀的作用下,当冻胀力足以造成水工建筑物产生不允许变形或者丧失稳定性时,建筑物则产生冻胀破坏,这就是季节冻土区建筑物冻害产生的主要原因。(2)水工建筑物在地基土的融沉作用下破坏。冻土中存在的冰在融化以后体积缩小,使土在自重作用下产生一定量的下沉,冰变成水后,在自重和外荷载作用下沿孔隙排出,从而使土进一步压缩下沉。由于水工建筑物各部分地基土的土质和含水量的不均匀,并且融化深度也不一样,因而造成建筑物各部分的不均匀沉降,当沉降量超过建筑物的允许变形量时,建筑物则会破坏。季节冻土区水工建筑物单纯由融沉作用破坏的不多见,但由于融沉作用加重破坏的还是较多的。(3)在冰荷载作用下水工建筑物的破坏。在寒冷地区,冬季河流、水库、湖泊等水域都有不同程度的结冰、封冻、解冻的过程,冰层厚度自0.3～0.8m不等。在封冻、解冻期间,水工建筑物因受静冰压力或动冰压力作用而造成破坏,特别是水库工程受此害更为严重。(4)季节冻土区水工建筑物在历年冻融循环及寒冻风化作用下加速了工程破坏。19 (5)不正确的施工技术造成建筑物冻害破坏。如浆砌石挡土墙灌浆不满、墙背不平整、不构缝、易挂霜结露或形成冰楔,会产生不规则裂缝或水平裂缝。不合理的冬季施工加深了冻深,造成了工程受地基土冻胀作用而破坏。(6)工程设计不符合季节冻土区客观情况。在设计中没有考虑冻胀力的作用,又没有采取防治冻害的措施,因此在地基土作用下使建筑物丧失稳定性而破坏。2、防冻害工程设计在设计之前,必须查明土质和地下水情况;了解本地气温、冻胀、降雪、冻深等有关特性;确定合理的基础埋置深度;尽量减小结构的平面尺寸,力求结构紧凑;选用刚度大、抵抗不均匀、冻胀能力强的结构;除按一般方法设计,使其满足建筑物强度、刚度、稳定及防渗要求外,还需把各种冻胀力作为外荷载,进行强度、稳定性、变形校核,若满足不了上述要求,应考虑综合的抗冻措施。请同学们根据上述原因拟定工程防冻害方案。案例6龙门硐河拟建水利工程的坝型选择1坝址区自然概况1.1自然地理位置峨眉山雄踞四川盆地西南隅，邛崃山脉最南支。地处四川省峨眉山市。主锋万佛顶位于北纬29度30分32秒，东经103度19分55秒，坐落于峨嵋山市西南。模拟坝址则在峨眉山中山的龙门硐河上，在距离河边的向家店北东80m处。1.2自然环境概况1.2.1气候平畴崛起的峨眉山，巍然屹立。气候垂直分带十分明显。山麓平原地区属中亚热带季风湿润气候，冬暖夏热，四季分明，降水集中在夏季，山地中部为冬长夏暖的山地温带气候；山顶为亚高山寒温带气候，冬季漫长寒冷，终年阴湿无夏。1.2.2植被19 由于峨眉山是有名的旅游胜地，所以山上的植被受到很好的保护，无论是在龙门硐河两岸还是在公路旁，到处都是葱葱绿绿的，在拟坝址区还有一片片竹林风景极其优美。1.2.3交通峨眉山地区公路较为发达，北可抵成都，南到峨边、西昌，东到乐山,西达洪雅县高庙，还有成昆铁路在山麓东侧南北穿越，往来十分方便。就坝址处的交通来说，也非常很方便。从峨眉市区到峨眉山上有高速公路，公路经过了拟建坝址区的左岸。这样不管是建坝材料如水泥或防渗芯墙材料的运输，还是施工机械的运输，都是非常方便的。2坝址区地形地貌及地质条件2.1坝址区地形地貌特征坝址区选择在向家店北东80M的河流两岸。龙门硐口为界，龙门硐河的上、中游以峡谷型河流景观为主，而山区的峡谷大多为“V”型的，左右对称的河谷，但是坝址区却由于差异风化现象而使河谷不对称，从上游往上看，左岸谷坡陡直（如图1所示）；右岸则较低平（如图2所示）。岩层走向与河流方向近垂直，形成横向河谷。2.2坝址区地质条件2.2.1坝址区地层岩性由“一线天至龙门硐口随手剖面图”以及实地考察结果可知，坝址区为沉积岩，以灰白色石灰岩为主，夹着少量紫红色砂岩、泥岩。岩石中砂岩、泥岩、页岩的强度较低，用地质锤也能敲碎，而用地质锤敲击石灰岩时声音不是很响亮，说明由于风化作用表层石灰岩的强度也有所下降。2.2.2坝址区地质构造坝址区已经远离牛背山背斜，所以几乎没有褶皱构造。表面上层，无明显的断层特征，整个坝址区的岩体为层与层之间的原生结构面。其倾向为235度，倾角为70度。走向与河流的走向垂直。表面上有许多次生结构面，把岩体分割成许多的小块体，但是在摩擦力和结构力的作用下没有脱落。3.坝址区工程地质条件分析3.1坝基（肩）稳定性分析   因为在坝址区，两岸和河流的走向垂直，所以形成横向河谷，所以坝基（肩）的稳定性非常好。3.2坝址区边坡稳定性分析因为原理牛背山背斜，故坝址区边坡无褶皱构造，表面上无断层特征，又以原生结构面为主，与河流走向垂直，并且形成顺坡。常年累月下边坡上的次生结构也很稳定。3.3坝址区渗漏问题19 坝区的渗漏主要包括坝基的渗漏问题和绕坝的渗漏。因为坝基处的岩体构成横向河谷并且倾向上游，所以对坝基的防渗十分有利。又因为两岸虽然以石灰岩为主，但是夹杂着砂岩和泥岩，泥岩是天然的防水岩层，并且在坝区的下游并没有发现横向的深沟。所以要形成绕坝的渗漏也是很难的。4.最佳坝型的选择论证可供选择的坝型包括：1.土石坝2.堆石坝3.拱坝4.重力坝试根据以上给予基本资料进行最优坝型选择方案！案例7黄河张庄闸改建加固工程方案比选　　一、工程概况　　1.原闸工程和运行情况　　张庄闸位于河南省台前县境内金堤河与黄河交汇处的黄河大堤上，是金堤河流域排涝入黄的惟一口门，设计挡黄水位46.50m，为Ⅰ级水工建筑物，具有排涝、挡黄、滞洪退水、倒灌分洪四项功能。设计排涝流量为270m3/s，设计滞洪退水和倒灌分洪流量均为1000m3/s。　　原闸始建于1963年，工程竣工时就出现了基础沉陷、止水破坏等现象。经1965年加固处理后，同年汛后正式投入运用。　　自1965年张庄闸投入运用到1998年的34年中，在防洪方面经历了1976年的9400m3/s，1982年的15300m3/s和1996年的7600m3/s三次大的洪水考验。1996年8月出现的44.74m挡黄水位是历次洪水中最高的一次。洪水期间出现了渗漏等险情，经奋力抢护，确保了防洪安全。　　排涝是张庄闸的主要任务之一。34年来张庄闸总计排除涝水29亿m3。1969年排涝中最大过闸流量363m3/s，是该闸运行中的最大过闸流量。　　2.原闸存在的主要问题19 　　张庄闸投入运行34年来，在防洪、除涝减灾等方面取得了巨大的经济效益和社会效益。但由于该闸先天不足和黄河逐年淤积、抬高等原因，主要存在以下问题：一是挡黄标准不够。该闸原设计挡黄水位为46.50m，由于黄河逐年淤积，经推算，1997年黄河11000m3/s的水位为46.85m，已超出原设防水位0.35m。二是闸室淤积严重。由于受金堤河河床和黄河滩面抬高的影响，闸室的淤积面高程达40.00m，已高出闸底板3.0m，每年必须清淤后，才能启动闸门，直接影响了工程的正常运用。三是沉降和不均匀沉降严重。四是消力池底板断裂、渗水。五是止水老化，观测设施失灵。六是启闭设备陈旧、老化，启闭能力下降。　　为确保黄河防洪安全，满足金堤河流域的排涝要求，经黄河水利委员会批准，1998年10月至1999年11月对该工程进行了改建加固，工程总投资为2103.50万元。　　二、工程设计指标　　1.工程等级由于张庄闸位于黄河大堤上，根据《防洪标准GB50201-94》规定，结合原工程的设计等级，改建加固工程按Ｉ级水工建筑物设计。工程寿命按30年考虑，设计水平年定为2030年。　　2.改建工程主要设计指标　　根据本工程具备的各项功能，结合原工程的具体情况在综合考虑小浪底水库建成后对黄河下游防洪的影响和目前黄河下游的防洪形势后，确定了改建加固工程设计指标。　　三、改建加固方案　　为确保工程运行安全，试拟定改建加固方案。　　19'