水利水電工程設(shè)計理論試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.水利樞紐中，主要用于攔截河道、抬高水位的建筑物是（）。A.溢洪道B.攔河壩C.水閘D.水電站廠房答案：B2.混凝土重力壩的基本荷載組合中，不包括（）。A.正常蓄水位下的靜水壓力B.地震荷載C.壩體自重D.溫度荷載答案：B（基本組合不包括地震荷載，地震荷載屬于特殊組合）3.土石壩壩體防滲體的主要作用是（）。A.提高壩體強(qiáng)度B.減少壩體沉降C.控制壩體滲流D.增強(qiáng)抗滑穩(wěn)定性答案：C4.水閘設(shè)計中，閘室底板的長度主要由（）確定。A.閘孔寬度B.消能防沖要求C.地基承載力D.閘墩厚度答案：B（底板長度需滿足消力池長度和護(hù)坦要求）5.水電站進(jìn)水口的“有壓進(jìn)水口”通常適用于（）。A.低水頭河床式電站B.高水頭引水式電站C.潮汐電站D.貫流式電站答案：B6.施工導(dǎo)流中，“分期導(dǎo)流”一般適用于（）的河流。A.流量小、河床窄B.流量大、河床寬C.流量小、河床寬D.流量大、河床窄答案：B（分期導(dǎo)流需利用河床寬度分期施工）7.滲透變形中，“流土”現(xiàn)象主要發(fā)生在（）。A.無粘性土的表層B.粘性土的內(nèi)部C.無粘性土的內(nèi)部D.所有類型土體答案：A8.混凝土拱壩的中心角通?？刂圃冢ǎ┓秶鷥?nèi)以優(yōu)化應(yīng)力分布。A.30°~60°B.60°~120°C.120°~150°D.150°~180°答案：B9.水利工程環(huán)境影響評價中，“生態(tài)流量”是指維持河道（）所需的最小流量。A.航運B.發(fā)電C.生態(tài)系統(tǒng)D.防洪答案：C10.重力壩壩體分縫中，“橫縫”的主要作用是（）。A.適應(yīng)混凝土澆筑溫度變化B.減少壩體滲流C.增強(qiáng)壩體整體性D.提高抗滑穩(wěn)定性答案：A（橫縫垂直壩軸線，用于釋放溫度應(yīng)力）二、填空題（每題2分，共20分）1.水利水電工程設(shè)計需遵循“安全、（）、經(jīng)濟(jì)、美觀”的基本原則。答案：適用2.水庫特征水位中，（）是水庫在正常運用情況下允許達(dá)到的最高水位。答案：正常蓄水位3.混凝土重力壩的抗滑穩(wěn)定驗算通常采用（）公式和抗剪強(qiáng)度公式。答案：抗剪斷4.土石壩壩殼材料應(yīng)具有良好的（），以滿足滲透穩(wěn)定和變形要求。答案：透水性5.水閘消能工中，（）消能適用于下游水深較大且變幅較小的情況。答案：面流6.水電站壓力管道的布置形式主要有明管、（）和地下埋管。答案：隧洞式鋼管7.施工導(dǎo)流中，（）是指導(dǎo)流建筑物封堵后，水庫從初期蓄水至正常蓄水位的過程。答案：水庫蓄水8.滲透系數(shù)的量綱是（）（用基本量綱表示）。答案：L/T（長度/時間）9.拱壩的應(yīng)力分析方法中，（）法是將拱壩視為由若干水平拱圈和垂直懸臂梁組成的空間結(jié)構(gòu)。答案：拱梁分載10.水利工程抗震設(shè)計中，（）是指地面運動引起的結(jié)構(gòu)慣性力。答案：地震作用三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述混凝土重力壩的工作原理及主要荷載類型。答案：混凝土重力壩主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力來維持穩(wěn)定，同時利用壩體自重與水壓力等荷載的合力作用在壩基面上，確保壩體不發(fā)生滑動或傾覆。主要荷載包括：壩體自重、上下游靜水壓力（包括浮托力）、揚(yáng)壓力、浪壓力、冰壓力、溫度荷載及地震荷載（特殊組合時考慮）。2.土石壩壩體分區(qū)設(shè)計的目的及典型分區(qū)結(jié)構(gòu)。答案：分區(qū)設(shè)計目的是合理利用材料，滿足不同部位的功能要求（防滲、排水、支撐、抗沖刷等），降低工程造價。典型分區(qū)結(jié)構(gòu)自上游至下游依次為：防滲體（心墻/斜墻）、過渡層（防止防滲材料流失）、壩殼料（主堆石區(qū)、次堆石區(qū)）、下游反濾層及護(hù)坡（防止雨水沖刷和風(fēng)浪淘刷）。3.水閘底板的主要作用及設(shè)計時需考慮的關(guān)鍵因素。答案：底板的主要作用包括：①傳遞閘室上部結(jié)構(gòu)荷載至地基，保證地基應(yīng)力均勻；②與閘墩、邊墩連接形成整體，增強(qiáng)閘室穩(wěn)定性；③作為閘室防滲的基礎(chǔ)，與上下游防滲設(shè)施（如鋪蓋、板樁）共同組成防滲體系；④抵抗水流的脈動壓力和沖刷。設(shè)計需考慮：地基承載力、滲透穩(wěn)定（控制揚(yáng)壓力）、底板厚度（滿足抗沖切和抗彎強(qiáng)度）、長度（滿足消能防沖要求）及分縫（適應(yīng)溫度變形）。4.水電站進(jìn)水口的類型及各自適用條件。答案：進(jìn)水口分為有壓進(jìn)水口和無壓進(jìn)水口兩類。有壓進(jìn)水口適用于高水頭、小流量的引水式電站，要求進(jìn)水口封閉且承受內(nèi)水壓力，常見形式有豎井式、塔式、岸坡式和壩式；無壓進(jìn)水口適用于低水頭、大流量的河床式或壩后式電站，進(jìn)水口不封閉，水流自由流入壓力前池或渠道，常見形式有開敞式（側(cè)式、正槽式）。5.施工導(dǎo)流的主要任務(wù)及分期導(dǎo)流的主要步驟。答案：施工導(dǎo)流的主要任務(wù)是：①選擇導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)（設(shè)計洪水頻率）；②確定導(dǎo)流方式（分期、一次攔斷等）；③設(shè)計導(dǎo)流建筑物（圍堰、導(dǎo)流隧洞等）；④協(xié)調(diào)主體工程施工與導(dǎo)流的關(guān)系，確保工程安全度汛。分期導(dǎo)流步驟：①一期導(dǎo)流：利用束窄河床過流，修建一期圍堰，施工一期主體工程（如部分壩段、廠房）；②二期導(dǎo)流：截斷一期河床，水流通過已建成的永久泄水建筑物（如已完建的壩體缺口、底孔）或二期導(dǎo)流建筑物下泄，施工二期主體工程；③后期導(dǎo)流：封堵導(dǎo)流臨時泄水建筑物，水庫開始蓄水，通過永久泄水設(shè)施調(diào)節(jié)流量。四、計算題（每題10分，共30分）1.某溢流壩采用WES實用堰，堰頂高程為100m，上游設(shè)計水位為105m，下游水位為90m，堰寬B=50m，流量系數(shù)m=0.485，側(cè)收縮系數(shù)ε=0.95，不計淹沒影響。計算該溢流壩的下泄流量。解：堰上水頭H=上游水位堰頂高程=105100=5m流量公式：Q=εmB√(2g)H^(3/2)代入數(shù)據(jù)：g=9.81m/s2，√(2g)=√(19.62)=4.429Q=0.95×0.485×50×4.429×5^(3/2)5^(3/2)=5×√5≈5×2.236=11.18計算得：Q≈0.95×0.485×50×4.429×11.18≈0.95×0.485×50×49.5≈0.95×0.485×2475≈0.95×1200≈1140m3/s2.某均質(zhì)土石壩壩高30m，壩體滲透系數(shù)k=5×10^4cm/s，壩基為不透水層。壩體上游坡比1:3，下游坡比1:2.5，壩頂寬度10m。采用流網(wǎng)法計算時，流網(wǎng)網(wǎng)格數(shù)為n_f=4（流數(shù)），n_d=12（等勢線數(shù)），計算壩體單寬滲流量（單位：m3/(d·m)）。解：滲流量公式q=kH(n_f/n_d)H為上下游水頭差，假設(shè)上游水深30m（壩高=上游水深），下游水深0（干地），則H=30mk=5×10^4cm/s=5×10^6m/s=5×10^6×86400m/d=0.432m/dn_f=4，n_d=12q=0.432×30×(4/12)=0.432×30×(1/3)=0.432×10=4.32m3/(d·m)3.某混凝土重力壩壩高50m，壩底寬度40m，壩體混凝土容重γ_c=24kN/m3，上游正常蓄水位45m（壩頂高程50m），下游水位5m。計算壩基面（建基面）的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)（采用抗剪斷公式，f'=0.9，c'=1.5MPa，不計揚(yáng)壓力）。解：抗剪斷公式：K'=(f'ΣW+c'A)/ΣPΣW為壩體自重：壩體體積=平均斷面積×單位寬度=（壩頂寬+壩底寬）/2×壩高×1=（10+40）/2×50×1=1250m3（假設(shè)壩頂寬10m），自重=1250×24=30000kNΣP為水平水壓力：上游水壓力=0.5γ_wH12=0.5×9.8×452=0.5×9.8×2025=9922.5kN；下游水壓力=0.5×9.8×52=122.5kN；ΣP=9922.5122.5=9800kNA為壩底面積=40×1=40m2，c'A=1.5×10^3kPa×40m2=1.5×10^6N/m2×40m2=6×10^7N=60000kNK'=(0.9×30000+60000)/9800=(27000+60000)/9800=87000/9800≈8.88（遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的3.0，滿足穩(wěn)定）五、論述題（共40分）論述高拱壩設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)問題及解決思路。高拱壩設(shè)計需重點解決以下關(guān)鍵技術(shù)問題：1.壩體應(yīng)力與變形控制高拱壩壩高通常超過200m，壩體應(yīng)力分布復(fù)雜，需考慮拱和梁的協(xié)同作用。關(guān)鍵問題包括：①壩肩及壩基的應(yīng)力集中（如拱端推力引起的局部高應(yīng)力）；②溫度荷載引起的周期性應(yīng)力變化；③壩體混凝土收縮與徐變導(dǎo)致的長期變形。解決思路：采用三維有限元法進(jìn)行精細(xì)應(yīng)力分析，優(yōu)化拱圈中心角（通常60°~120°）和拱厚分布（如變厚度拱）；設(shè)置誘導(dǎo)縫或周邊縫釋放溫度應(yīng)力；選用低水化熱混凝土，控制澆筑溫度。2.壩肩穩(wěn)定分析高拱壩推力大，壩肩穩(wěn)定是核心問題。可能的破壞模式包括：①沿軟弱結(jié)構(gòu)面的滑動（如斷層、節(jié)理）；②壩肩巖體的深層剪切破壞；③表部巖體的傾倒變形。解決思路：①工程地質(zhì)勘察（查明結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、力學(xué)參數(shù)）；②采用剛體極限平衡法（如Sarma法）、有限元法（考慮變形協(xié)調(diào)）或離散元法（模擬塊體運動）評價穩(wěn)定性；③加固措施（如預(yù)應(yīng)力錨索、混凝土墊座、固結(jié)灌漿）提高壩肩巖體強(qiáng)度。3.滲流控制與排水設(shè)計高水頭作用下，壩基及壩肩滲流可能引發(fā)揚(yáng)壓力增大、軟弱夾層軟化等問題。關(guān)鍵技術(shù)包括：①防滲帷幕的深度與厚度（通常深入相對隔水層5~10m）；②排水孔幕的布置（與帷幕間距1~3m，孔距2~3m）；③壩體接縫灌漿（確保防滲性能）。解決思路：結(jié)合滲流場數(shù)值模擬（如SEEP/W）優(yōu)化帷幕和排水設(shè)計；采用高壓水泥灌漿或化學(xué)灌漿處理大裂隙；壩體設(shè)置多層排水孔降低滲透壓力。4.抗震性能優(yōu)化高拱壩處于強(qiáng)震區(qū)時，需考慮地震慣性力、動水壓力及壩地基動力相互作用。關(guān)鍵問題包括：①地震波輸入（選擇合適的反應(yīng)譜或時程曲線）；②壩體動力響應(yīng)（加速度放大效應(yīng)、壩頂動位移）；③壩基及壩肩的動力穩(wěn)定性。解決思路：采用時程分析法進(jìn)行動力有限元計算；優(yōu)化壩體體型（如減小壩頂寬度、采用曲線形壩肩）降低地震慣性力；壩基設(shè)置強(qiáng)震監(jiān)測系統(tǒng)，預(yù)留減震縫或柔性連接。5.施工期溫度控制與裂縫預(yù)防高拱壩混凝土澆筑體積大，水