【導讀】我國水能資源居世界首位，但水資源人均。則僅約相當于全球平均數(shù)的1/4。長江以南人口54%，水資源82%；長江以北人口%，水資源%；利用修建水庫攔蓄洪水、挖河筑堤宣泄洪水等辦法，來防止洪水災害，保障人民生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常進行。防洪工程的基本措施：上攔：治本，蓄洪筑堤；下排：治標，疏通河道，提高行洪能力。建立洪水預報、預警系統(tǒng)和洪水保險制度。設(shè)計蓄水位與死水位間的庫容即興利庫容。正常運用情況下允許水庫消落到最低的水位稱為死水位，該水位以下的庫容即死庫容。天然氣及人力資源；⑤可兼顧防洪、航運及灌溉等綜合效益。③造成水庫淹沒，對自然生態(tài)環(huán)境有不利影響。筑物作用及重要性進行分級。

　　

【正文】 體上移，產(chǎn)生的彎矩和剪力與水壓作用相反，與軸力相同。 答 拱壩的合理體形滿足的條件： ① 滿足樞紐布置、運用和施工的要求； ② 壩體材料強度得到充分發(fā)揮 ,不出現(xiàn)不利的應(yīng)力狀態(tài)； ③ 保證壩肩巖體穩(wěn)定； ④ 工程量最省、造價最低。 壩體尺寸包括的內(nèi)容： ① 拱圈的平面形式； ② 各層拱圈軸線的半徑和圓心角； ③ 拱冠梁上下游壩面的形式； ④ 拱冠梁各高程的厚度。 答 ① 凸點位置：最凸向上游點距壩頂?shù)母叨龋? ② 凸度：凸點與壩軸線間的水平距離與壩高的比值； ③ 最大倒懸度：凸點與上游壩底點之間的水平距離與垂直距離的比值。 答 最合理的拱圈形式：壓力線接近拱軸線，應(yīng)為變曲率、變厚度和扁平的。 現(xiàn)有拱圈形式 ① 圓拱； ② 三心拱； ③ 雙心拱； ④ 拋物線拱； ⑤ 橢圓拱； ⑥ 對數(shù)螺旋線拱 答 拱端與拱座面應(yīng)盡量做成全徑向，使推力垂直拱端面。倒懸易使另側(cè)出現(xiàn)拉 應(yīng)力。 答 應(yīng)力分析方法共有五種 ⑴ 純拱法； ⑵ 拱梁分載法； ⑶ 有限元法； ⑷ 殼體理論計算方法； ⑸ 結(jié)構(gòu)模型試驗。 拱梁分載法的原理： ① 將拱壩視為由若干水平拱圈和豎直懸臂梁組成的空間結(jié)構(gòu)，荷載由梁系和拱系分擔，荷載分配由變位一致來確定； ② 算法是首先將總荷載試分配到梁、拱，按各自的方法算各自的變位，如變位一致則分配正確，否則調(diào)整直到一致。 答 用純拱法只能計算三個內(nèi)力，而分載法需考慮 12 個內(nèi)力，有些內(nèi)力可忽略，主要有六個內(nèi)力，拱圈三個，懸臂梁三個。 拱梁分載法中六個變位不易調(diào)整，略去影響微小的和合并非獨 立的，一般只需調(diào)整三個主要變位來進行荷載分配，即徑向變位、切向變位、扭轉(zhuǎn)變位。 答 ⑴ 壩肩巖體發(fā)生滑動破壞，為主要形式； ⑵ 壩肩巖體變形量過大，引起壩體的不利應(yīng)力。 答 拱壩穩(wěn)定分析主要有剛體極限平衡法、有限元法、地質(zhì)力學模型試驗三種方法。 剛體極限平衡法的假定條件： ① 滑移體為剛體； ② 僅考慮滑移體力的平衡 ,不考慮力矩平衡； ③ 忽略拱壩的內(nèi)力重分布，受力為定值； ④ 達到極限平衡時 ,滑裂面剪力與滑移方向平行 ,方向相反。 可能滑動面的形式和位置： ① 單獨的陡傾角結(jié)構(gòu)面 F1 和緩傾角結(jié)構(gòu)面 F2 組合； ② 成組的陡 傾角和成組的緩傾角結(jié)構(gòu)面組合； ③ 混合組合：由單獨的陡傾角和成組的緩傾角結(jié)構(gòu)面組合；或由成組的陡傾角和單獨的緩傾角結(jié)構(gòu)面組合； ④ 多剛體組合：結(jié)構(gòu)復雜的結(jié)構(gòu)面將滑移體分割成多塊剛體。 答 壩身泄水方式有：自由跌流式、鼻坎挑流式、滑雪道式、壩身泄水孔四種。 自由跌流式：壩頂自由跌流；適用于較薄的雙曲或小型拱壩 ,基巖良好、單寬流量??；需設(shè)防護措施，因為落水距壩較近。 鼻坎挑流式：溢流堰頂曲線末端設(shè)反弧挑流鼻坎，以使落水點距壩較遠；鼻坎常有連續(xù)坎，有時也采用差動坎。 滑雪道式：溢流面由溢流壩頂和與壩體輪廓以外 的泄槽 (滑雪道 )連接而成，槽尾設(shè)鼻坎挑流，滑雪道地板可在廠房頂、可專設(shè)支承；適用于泄洪量大、較薄的拱壩 壩身泄水孔：在水面以下一定深度的壩體內(nèi)設(shè)置中孔或底孔泄流；壩體半高以上為中孔 ,主要用于泄洪；壩體下部為底孔 ,多用于放空 ,輔助泄洪、排沙和導流。 答 拱壩消能主要有：跌流消能、挑流消能、底流消能。跌流消能水流從表孔直接跌落下游 ,利用下游水墊消能，落點距壩太近，需采取防沖措。鼻坎挑流、滑雪道、壩身泄水孔等多采用各種型式的鼻坎挑流消能，泄流具有向心集中的特點，可利用泄流對沖消能。對于重力拱壩，泄水孔下彎 ，可采用底流消能。 防沖措施：一般在下游需設(shè)護坦、護坡、二道壩等防沖措施。 答 主要含壩身泄水孔、水輪機進水孔、灌溉和供水等引水孔。 答 ① 周邊縫使梁的剛度和作用減弱，拱的作用加強； ② 周邊縫減小壩體傳至墊座的彎矩，可減小上游壩面的拉應(yīng)力； ③ 墊座加大了與基巖的接觸面，改善地基的受力狀態(tài)； ④ 墊座可減少不規(guī)則和軟弱面對壩體的影響； ⑤ 壩體開裂不影響基礎(chǔ)，基礎(chǔ)開裂不影響壩體； ⑥ 墊座對壩體起地震緩沖作用。 答 ① 對于不規(guī)則河谷，用重力墩減小寬高比，避免岸坡大量開挖。 ② 重力墩是拱壩壩端 的人工支座； ③ 用重力墩連接拱壩與其它壩段或溢洪道。 答 壩基開挖、固結(jié)和接縫灌漿、防滲帷幕、壩基排水、不良地質(zhì)處理等。 第五章 何為土石壩？其能廣泛應(yīng)用的原因何在？ 簡述土石壩設(shè)計的基本要求。 詳述土石壩的分類情況。 通常選用的土石壩壩坡坡度是多少？ 土石壩滲流分析的主要內(nèi)容包括哪三項？分析的目的是什么？ 簡述土石壩滲流的特性。 掌握二維滲流控制方程各變量的含義，掌握水力學分析法矩形斷面單寬流量和浸潤線的計算公式。 簡述土石壩滲流分析中流網(wǎng)法流網(wǎng)繪制的基本特性。 詳述滲透變形的類型和危害。 簡述土石壩滲透變形防護的措施。 管涌和流土的防護標準主要取決于什么？ 掌握總應(yīng)力和有效應(yīng)力的關(guān)系。 土石壩穩(wěn)定分析的計算工況有哪幾種？ 土石壩穩(wěn)定分析的方法有哪幾種？各種分析方法的安全系數(shù)是否一樣？ 何為固結(jié)？常用的固結(jié)理論有哪些？ 土石高壩應(yīng)力和變形特性分析常用什么方法？可分析什么內(nèi)容？ 土石壩填筑料的一般要求是什么？壩殼料的基本要求是什么？ 防滲體土料選擇應(yīng)考慮哪些特性？ “任意料”應(yīng)放在什么位置？質(zhì)量好壞的料應(yīng)放置什么位置？ 反濾、過渡和排水材料的主要要求是什么？ 簡述壩體排水和反濾的作用。 詳述壩體排水的形式及其優(yōu)缺點。 簡述反濾層的類型 ，其顆粒大小隨水流方向的變化如何？ 簡述土石壩裂縫類型和成因。 砂礫石地基處理的主要問題和措施是什么？各措施的主要作用是什么？ 土石壩體與砼建筑物的連接形式有哪幾種？ 何為堆石壩？目前主要是什么堆石壩？ 面板壩的堆石體由有那四個分區(qū)？防滲體系由哪些構(gòu)成？ 答 土石壩：土石壩是指由土、石料等當?shù)夭牧辖?jīng)碾壓建成的大壩。 土石壩廣泛應(yīng)用的原因： ① 可以就地、就近取材，大量節(jié)約三材和材料運輸費； ② 能適應(yīng)各種地形、地質(zhì)及氣 候條件； ③ 可充分利用大容量、多功能、高效率施工機械； ④ 計算方法、試驗手段的發(fā)展為土石壩設(shè)計提供了安全保障； ⑤ 高邊坡、地下工程及溢流防沖等配套設(shè)施的發(fā)展解決了土石壩的難題。 答 ⑴ 具有足夠的斷面維持壩坡的穩(wěn)定 ⑵ 設(shè)置良好的防滲和排水設(shè)施以控制滲流 ⑶ 選擇與現(xiàn)場適應(yīng)的良好土石種類及配置和壩型結(jié)構(gòu) ⑷ 泄洪建筑物具有足夠的泄洪能力 ⑸ 采取使大壩運用可靠和耐久的構(gòu)造措施 答 主要按壩高、施工方法、土料配置和防滲材料三種方式分： ㈠按壩高分 ⑴ 低壩：壩高 30m； ⑵ 中壩：壩高 =30～ 70m； ⑶ 高壩：壩高 70m。 ㈡按施工方法分 ⑴ 碾壓式土石壩； ⑵ 沖填式土石壩； ⑶ 水中填土壩； ⑷ 定向爆破堆石壩 ㈢按土料配置和防滲體材料分，將碾壓土石壩分為 ⑴ 均質(zhì)壩：穩(wěn)定和防滲均采用一種土料 ⑵ 土質(zhì)心墻壩：由不透水土料中央防滲體和透水土料壩殼組成 ⑶ 土質(zhì)斜墻壩：由不透水土料防滲體和下游透水土料支撐體組成 ⑷ 多種土質(zhì)壩：由多種土料組成 ⑸ 人工材料心墻壩：以瀝青砼、砼等為心墻的壩 ⑹ 人工材料面板壩：由瀝青砼、砼、塑料薄膜等為防滲面板的土石壩 答 ⑴ 中低均質(zhì)壩：平均坡度 1:3； ⑵ 土質(zhì)心墻壩：下游 1:~1:，上游 1:~1:（壩殼堆石） 下游 1:2~1:3，上游 1:~1:（壩殼土料） ⑶ 人工材料面板壩：上游 1:～ 1:,下游 1:~1:(可隨堆料優(yōu)劣適當變化 ) ⑷ 人工材料心墻壩：可參照人工材料面板壩選用 答 分析的主要內(nèi)容： ⑴ 確定浸潤線的位置； ⑵ 計算滲流流速和比降； ⑶ 確定滲流流量。 分析的目的： ⑴ 依據(jù)滲流力確定穩(wěn)定的壩體型式和尺寸； ⑵ 作為壩體防滲布置和土料布置的依據(jù)； ⑶ 確定滲流量以估計水流損失和確定排水系統(tǒng)的容量。 答 主要有以下特性： ① 均為無壓流，有浸 潤線存在； ② 大多為穩(wěn)定滲流，偶有非穩(wěn)定滲流； ③ 土質(zhì)壩體滲透通常遵循達西定律；礫石、卵石有一定偏差； ④ 均質(zhì)土壩滲透系數(shù)各向同性，非均質(zhì)壩需考慮各向異性； ⑤ 寬谷河段土石壩滲流場接近二維，峽谷河段則為三維滲流場； 答 中的 H 為水頭， kx 為 x 方向的滲透系數(shù)， ky 為 y 方向的滲透系數(shù)。 答 ① 等勢線與流線相互正交； ② 流網(wǎng)各個網(wǎng)格的長寬比保持為常數(shù)； ③ 上、下游壩坡面為等勢線，其差為總水頭； ④ 壩下不透水層為一流線； ⑤ 浸潤線均為一流線，且水頭等于其位置水頭； ⑥ 下游壩面逸出段與浸潤線一樣，水位為 其位置水頭； ⑦ 兩種土層交界面流線夾角關(guān)系為 。 答 滲透變形主要有四類： ① 管涌：壩體和壩基的土體顆粒被滲流帶走的現(xiàn)象。內(nèi)部管涌的顆粒移動只發(fā)生在壩體內(nèi)部，外部管涌可將土粒帶出壩外，管涌僅發(fā)生在無粘性土。 ② 流土：滲流作用下，粘土和均勻無粘性土被浮動的現(xiàn)象。常見于滲流在壩下游逸出。 ③ 接觸沖刷：在粗、細土粒交界面上，細顆粒被滲流沖動的現(xiàn)象。 ④ 剝離：粘性土與粗粒土接觸面上，滲流使粗顆粒脫離整體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。多發(fā)生在粘性土與反濾層的交界面上。 ⑤ 化學管涌：土體中的鹽類被滲流水溶解而帶走的現(xiàn)象。 答 滲透變形的危害主要表現(xiàn)為： 導致壩體沉降、壩坡塌陷或形成集中的滲流通道等，危及大壩安全。 ① 防滲結(jié)構(gòu)：控制滲流，減小逸出坡降和滲流量，為第一道防線； ② 過渡區(qū)：實現(xiàn)防滲體與壩殼體可靠連接，防止剛度突變和滲流變形； ③ 反濾層：實現(xiàn)壩體、壩基與排水的良好連接 ,濾土排水 ,防止管涌和流土； ④ 排水孔：進一步降低地下水位，減小滲流力，排水為第二道防線。 答 管涌的防護標準：取決于顆粒組成和滲流坡降 流土的防護標準：取決于粗、細層的粒徑組合 答 答 ① 施工期； ② 穩(wěn)定滲流期； ③ 庫水位降落期； 答 分析方法有瑞典圓弧法和簡化的畢肖普法兩種。簡化的畢肖普法的安全系數(shù)需在瑞典圓弧法安全系數(shù)的基礎(chǔ)上提高 5～ 10％。 答 固結(jié)：壩在施工和蓄水過程中荷載和應(yīng)力不斷發(fā)生變化，土體中的孔隙水壓力和骨架應(yīng)力也不斷發(fā)生變化，當超過穩(wěn)定滲流的孔隙水壓力逐步消散，外載壓力相應(yīng)傳到土骨架上使之發(fā)生壓縮變形直到穩(wěn)定，這一過程稱為固結(jié)。 答 常用固結(jié)理論：太沙基和比奧飽和土固結(jié)理論。 常用計算方法：增量有限元法。 可分析的內(nèi)容： ⑴ 壩體塑流區(qū)、拉應(yīng)力區(qū)的范圍； ⑵ 裂縫發(fā)生的可能性部位； ⑶ 防滲體出現(xiàn)水力劈 列的可能性及部位； ⑷ 防護工程措施后的效果。 答 土石壩填筑料的一般要求： ⑴ 具有與使用目的相適應(yīng)的工程性質(zhì)：防滲料具有足夠的防滲性能，壩殼料具有較高的強度，反濾、過渡料等具有良好排水性能 ⑵ 土石料的工程性質(zhì)在長時期內(nèi)保持穩(wěn)定：不風化，不浸蝕等 ⑶ 具有良好的壓實性能：防滲體可降到最優(yōu)含水量，無影響壓實的超徑材料，壓實后承載力高，施工機械可正常運行。 壩殼料的基本要求： ⑴ 保持壩體的穩(wěn)定，故需要較高的強度； ⑵ 壩體水位下的筑料需良好的排水性能；如砂、礫石、卵石、漂石、碎石等。 答 ⑴ 防滲性； ⑵ 抗 剪強度； ⑶ 壓縮性； ⑷ 抗?jié)B穩(wěn)定性； ⑸ 含水量； ⑹ 顆粒級配； ⑺ 膨脹量和體縮值； ⑻ 可溶鹽、有機質(zhì)含量。 答 ―任意料區(qū) ‖布置在干燥和貼近心墻區(qū)，其外包圍排水過渡區(qū)。 質(zhì)量差、粒度小的放內(nèi)側(cè)；質(zhì)量高、粒度大放外側(cè)。 答 ⑴ 質(zhì)地致密堅硬； ⑵ 具有高度抗水性和抗風化能力。 答 排水的作用： ① 控制和引導滲流； ② 降低浸潤線； ③ 加速孔隙水壓力消散； ④ 保護下游壩坡免遭凍脹破壞。 反濾層的作用： ① 防護滲流出口； ② 防止壩體和壩基發(fā)生管涌、流土等滲透變形。 答 ⑴ 棱體排水 (濾水壩址 )：設(shè)置在壩趾的堆石棱體 。優(yōu)點是可降低浸潤線，防止壩坡凍脹，保護壩腳不受淘刷，增加壩體穩(wěn)定；缺點是石料用量大，費用高，與壩體施工有干擾，檢修困難。 ⑵ 貼坡排水 (表面排水 )：堆石或砌石直接鋪放在下游壩坡表面。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，用料少，施工方便，易于檢修；缺點是不能降低浸潤線，易冰凍而失效。常用于下游無水的中小型均質(zhì)壩和浸潤線較低的中壩。 ⑶ 壩內(nèi)排水：排水體設(shè)置在壩體內(nèi)部。又分褥墊排水、網(wǎng)狀排水、豎直排水體和水平排水層。優(yōu)點是下游無水時可降低浸潤線，加速軟基固結(jié)； 缺點是不均勻沉陷適用性差，易斷裂，難以檢修。 ⑷ 綜合式排水：由棱體排水、貼 坡排水、壩內(nèi)排水等兩種或兩種以上的排水措施組合而成。具有以上各項排水的優(yōu)點。 答 反濾層分類： ①Ⅰ 型反濾：位于被保護土的下方，滲流自上而下，需承受自重和滲透壓力。 ②Ⅱ 型反濾：位于被保護土的上方，滲流自下而上，自重與滲透壓力相反。 反