《水工建筑物》拱壩設(shè)計及答案

拱壩（一）名詞解釋1.拱冠梁2.雙曲拱壩3.封拱溫度4.溫度荷載5.拱冠梁法6.空中沖擊消能7.水墊消能8.滑雪道泄洪9.重力墩（二）填空題1.拱壩是一空間殼體結(jié)構(gòu),其壩體結(jié)構(gòu)可近似看作由一系列凸向上游的__________和一系列豎向__________所組成,壩體結(jié)構(gòu)既有拱作用又有梁作用，因此具有雙向傳遞荷載的特點。2.拱壩所承受的水平荷載一部分由________的作用傳至兩岸巖體，另一部分通過_______的作用傳到壩底基巖，拱壩在外荷載作用下的穩(wěn)定性主要是依靠__________的反力作用，并不完全依靠壩體重量來維持穩(wěn)定。這樣就可以將拱壩設(shè)計得較薄。3.拱結(jié)構(gòu)是一種________，在外荷作用下內(nèi)力主要為___________，有利于發(fā)揮筑壩材料（混凝土或漿砌塊石）的抗壓強度。4.拱壩壩身不設(shè)___________，其周邊通常是固接于基巖上，因而__________和________對壩體應(yīng)力的影響較顯著，設(shè)計時，必須考慮基巖變形，并將溫度荷載作為一項主要荷載。5.拱壩理想的地形應(yīng)是左右兩岸_______，岸坡______無突變，在平面上向下游______的峽谷段。6.壩址處河谷形狀特征常用河谷的_________及____________兩個指標來表示。7.拱壩的厚薄程度，常以壩底最大厚度T和最大壩高H的比值，即___________來區(qū)分。8.拱壩理想的地質(zhì)條件是；基巖_______單一、完整穩(wěn)定、強度________、剛度大、透水性小和耐風(fēng)化等。9.拱壩按拱壩的曲率分_____________、___________。10.拱壩按水平拱圈形式分可分為___________、________________、_____________。11.靜水壓力是壩體上的最主要荷載，應(yīng)由拱、梁系統(tǒng)共同承擔(dān)，可通過___________、來確定拱系和梁系上的荷載分配。12.混凝土拱壩在施工時常分段澆筑，最后進行___________，形成整體。13.溫降時拱圈將縮短并向下游變位，由此產(chǎn)生的彎矩、剪力及位移的方向都與庫水壓力作用下所產(chǎn)生的彎矩、剪力及位移的方向__________，但軸力方向__________。14.當(dāng)壩體溫度高于封拱溫度時，稱溫升，拱圈將伸長并向上游變位，由此產(chǎn)生的彎矩、剪力和位移的方向與庫水壓力所產(chǎn)生的方向__________，但軸力方向則__________。15.拱壩壩身的泄水方式有：__________、__________、__________及__________等。16.水流過壩后具有__________現(xiàn)象，水舌入水處單位面積能量大，造成集中沖刷，因此消能防沖設(shè)計要防止發(fā)生危害性的河床集中沖刷。17.拱壩壩基的處理措施有壩基開挖、__________、__________、__________、壩基排水、斷層破碎帶和軟弱夾層的處理等。18.在防滲帷幕下游側(cè)應(yīng)設(shè)置__________，以減小壩底揚壓力。（三）單項選擇題1.下列說法正確的是（）A、對于一定的河谷、一定的荷載，當(dāng)應(yīng)力條件相同時，拱中心角2φA愈大（即R愈小），拱圈厚度T愈小，就愈經(jīng)濟。B、很大的中心角容易滿足壩肩穩(wěn)定的要求。C、當(dāng)拱厚T一定，拱中心角愈小，拱端應(yīng)力條件愈好D、從經(jīng)濟和應(yīng)力考慮，采用較小中心角比較有利。2．在V形和接近V形河谷中，多采用（）A、等半徑拱壩。B、等中心角拱壩。C、變半徑、變中心角拱壩。D、雙曲拱壩。3．（）應(yīng)力分析方法假定壩體由若干層獨立工作的水平拱圈疊合而成，每層拱圈可作為彈性固端拱進行計算。A、有限元法。B、拱梁分載法。C、純拱法。D、殼體理論計算方法。4．（）泄洪方式，其溢流面曲線由溢流壩頂和緊接其后的泄槽組成。A、自由跌流式。B、鼻坎挑流式。C、滑雪道式。D、壩身泄水孔式。（四）判斷題1．拱壩的筑壩材料體積比同一高度的重力壩體積約可以節(jié)省1/3～2/3，因而，拱壩是一種比較經(jīng)濟的壩型。（）2．拱壩在外荷載作用下的穩(wěn)定性完全依靠壩體重量來維持穩(wěn)定。（）3．拱壩壩身設(shè)永久伸縮縫以適應(yīng)地基不均勻沉陷。（）4．左右對稱的U形河谷最適宜發(fā)揮拱的作用。（）5．在拱壩形成整體前，各壩段的自重變位和應(yīng)力已形成，全部自重應(yīng)由懸臂梁承擔(dān)。（）6．拱壩壩體一般較薄，壩體內(nèi)部揚壓力對應(yīng)力影響不大，對薄拱壩通常可忽略不計。（）7．對于拱壩，在一般情況下，溫升對壩體應(yīng)力不利；溫降將使拱端推力加大，對壩肩穩(wěn)定不利。（）8．拱壩河谷一般比較狹窄，當(dāng)泄流量集中在河床中部時，兩側(cè)易形成強力回流，淘刷岸坡，因此消能防沖設(shè)計要防止岸坡沖刷或淘刷。（）9．為了提高壩底與基巖接觸面上的抗剪強度和抗壓強度，減少接觸面的滲漏，要進行固結(jié)灌漿。（）10．拱壩防滲帷幕的要求比重力壩的要求更為嚴格。（）（五）簡答題1.拱壩對地形和地質(zhì)條件的要求？2.拱壩的特點有哪些？3.拱壩按曲率和水平拱圈形式各分為哪些類型？4.拱圈中心角如何確定？5.為什么左右對稱的V形河谷最適宜發(fā)揮拱的作用？6.作用于拱壩的荷載主要有哪些？7.拱壩為什么在稍低于年平均溫度時進行封拱？8.簡述溫度變化對拱壩內(nèi)力及壩肩穩(wěn)定的影響。9.拱壩平面布置形式有哪些？10.對拱壩布置有何要求？拱壩布置的步驟是什么？11.拱壩壩肩穩(wěn)定分析目前常用什么方法？其基本假定是什么？12.拱壩壩肩巖體滑動面形式有哪幾種？13.如拱壩局部或整體穩(wěn)定性不能滿足要求時，可采取哪些工程措施？14.拱壩壩身泄流方式有哪幾種？各自的優(yōu)缺點是什么？15.拱壩泄流具有哪些特點？16.拱壩消能形式通常有哪幾種？17.拱壩對筑壩材料有何要求？18.拱壩壩體為什么分縫？有幾種類型？接縫如何進行處理？

拱壩答案（一）名詞解釋1．拱冠梁：位于水平拱圈拱頂處的懸臂梁稱為拱冠梁。2．雙曲拱壩：雙曲拱壩在水平斷面和懸臂梁斷面都有曲率，拱冠梁斷面向下游彎曲，適用于V形河谷或岸坡較緩的U形河谷3．封拱溫度：拱壩系分塊澆筑，經(jīng)充分冷卻，當(dāng)壩體溫度降至相對穩(wěn)定值時，進行封拱灌漿，形成整體，在封拱時的壩體溫度稱作封拱溫度。4．溫度荷載：拱壩為超靜定結(jié)構(gòu)，在上下游水溫、氣溫周期性變化的影響，壩溫度將隨之變化，并引起壩體的伸縮變形，在壩體內(nèi)將產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力。5．拱冠梁法：拱冠梁法是一種簡化的拱梁分載法，計算時，只取拱冠處的一根懸臂梁為代表與若干層水平拱圈組成計算簡圖，并按徑向位移一致條件，對拱梁進行荷載分配。6．空中沖擊消能：對于狹窄河谷中的中高拱壩，可利用過壩水流的向心作用特點，在拱冠兩側(cè)各布置一組溢表孔或泄水孔，使兩側(cè)水舌在空中交匯，沖擊摻氣，沿河槽縱向激烈擴散，從而消耗大量的能量。7．水墊消能：水流從壩頂表孔或壩身孔口進接跌落到下游河床，利用下游水流形成水墊水能，由于水舌入水點距壩趾較近，需采取相應(yīng)防沖措施，一般在下游一定距離處設(shè)置消力坎，二道或挖深式消力池8．滑雪道泄洪：滑雪道式泄洪是拱壩特有的一種泄洪方式，在溢流面曲線由溢流壩頂和緊接其后的泄槽組成，泄槽通常由支墩或其它結(jié)構(gòu)支承，與壩體彼此獨立。9．重力墩：重力墩是拱壩的壩端處的人工支座，對形狀復(fù)雜的河谷斷面，通過設(shè)重力墩改善支承壩體的河谷斷面形狀，它承受拱端推力和上游庫水壓力，靠本身重力和適當(dāng)?shù)臄嗝鎭肀３侄盏目够€(wěn)定。（二）填空題1.水平拱圈；懸臂梁2.拱；梁；兩岸拱端3.推力結(jié)構(gòu)；軸向力4.永久伸縮縫；溫度變化；基巖變形5.對稱；平順；收縮6.寬高比；河谷斷面形狀7.厚高比“T／H”8.均勻；高9.單曲拱壩；雙曲拱壩10.圓弧拱壩；心拱壩；變曲率拱壩11.拱梁分載法12.灌漿封拱13.相同；相反14.相反；相同15.自由跌流式；鼻坎挑流式；滑雪道式；壩身泄水孔16.向心集中17.固結(jié)灌漿；接觸灌漿；防滲帷幕灌漿18.排水孔幕（三）單項選擇題1.A2．D3．C4．C（四）判斷題1．√2．╳3．╳4．╳5．√6．√7．╳8．√9．╳10．√（五）簡答題1、答：拱壩對地形條件的要求是：左右岸對稱；岸坡平順突變；在平面上向下游收縮的峽谷段，壩端下游側(cè)要有足夠的巖體支承。2、答：拱壩的特點：①具有雙向傳遞荷載的作用；②壩體設(shè)計單簿；③整體性好；④抗震性能好；⑤適應(yīng)溫度變化能力差；⑥壩身可泄洪；⑦設(shè)計施工難度大。3、答：按曲率分：單曲拱壩；雙曲拱壩；按水平拱圈分：圓弧拱壩；多心拱壩；變曲率拱壩，包括橢圓拱壩，物線拱壩等。4、答：從經(jīng)濟和拱圈應(yīng)力的角度來分析，采用較大中心角比較有利，對于一定的河谷，一定的荷載，當(dāng)應(yīng)力條件相同時，最經(jīng)濟的中心角為133°34′，但從壩肩穩(wěn)定來考慮，過大的中心角將使拱端內(nèi)弧面切線與巖面等高線的夾角減小，對拱座穩(wěn)定不利。實際工程中，一般拱頂中心采用90～110°，底拱中心在50～80°之間。5、答：因為V形河谷靠近頂部雖然跨度較大但水壓強度小，因而厚度可較薄，在靠近底部水壓強度最大，但拱跨短，因而厚度仍可較薄，這樣整個壩體都可做得較薄，拱內(nèi)力主要是軸力，彎矩較小，因此可利用砼的抗壓能力大的特性將巨大的水平水壓力通過較薄的水平拱圈傳給兩岸山體。6、答：作用于拱壩的荷載主要有：靜水壓力，動水壓力，溫度荷載，自重，揚壓力，泥沙壓力，浪壓力，冰壓力和地震荷載等。7、答：在稍低于年平均溫度時封拱，建成后有利于降低壩體拉應(yīng)力，避免頻繁出現(xiàn)溫升溫降對壩體的應(yīng)力以及壩肩穩(wěn)定造成不利影響。8、答：當(dāng)壩體溫度低于封拱溫度稱溫降，拱圈將縮短并向下游變位，由此產(chǎn)生彎矩，剪力及位移的方向都與庫水壓力作用下所產(chǎn)生的彎矩、剪力及位移的方向相同，對壩體應(yīng)力不利。當(dāng)壩體溫度高于封拱溫度時稱溫升，將使拱端推力加大，對壩肩穩(wěn)定不利。9、答：拱壩平面布置形式：等半徑拱壩，等中心角拱壩，變半徑，變中心角拱壩，雙曲線拱壩。10．答：拱壩布置要求：①基巖輪廓線連續(xù)光滑②壩體輪廓線連續(xù)光滑。布置步驟：①根據(jù)壩址地形圖、地質(zhì)圖和地質(zhì)查勘資料，定出開挖深度，畫出可利用基巖面等高線地形圖。②在可利用基巖面等高線地形圖上，擬定頂拱軸線的位置③初擬拱冠梁剖面尺寸④切取若干鉛直剖面，檢查其輪廓線是否光滑連續(xù)。⑤進行應(yīng)力計算和壩肩巖體抗滑穩(wěn)定的校核。⑥將壩體沿拱軸線展開，繪成拱壩上游或下游展視圖，顯示基巖面的超伏變化對于突變處應(yīng)采取消平或填塞措施。⑦計算壩體工程量，作為不同方案的比較的依據(jù)。11．答：拱壩壩肩穩(wěn)定分析目前常用的方法是：剛體極限平衡法；其基本假定是：①將滑移體視為剛體，不考慮各部分間的相對位移；②只考慮滑移體上力的平衡，不考慮力矩的平衡③忽略拱壩的內(nèi)力重分布的作用，認為作用在巖體上的力系為定值④達到極限平衡狀態(tài)時，滑裂面上剪力方向?qū)⑴c滑移的方向平行，指向相反，數(shù)值達到極限值。12．答：在壩上游面的基礎(chǔ)內(nèi)存在著陡傾角的上游拉裂面，滑移體內(nèi)側(cè)由于存在著陡傾角的節(jié)理裂隙，軟弱層面等形成側(cè)向滑裂面，滑移體底部由于存在著緩傾角的上述結(jié)構(gòu)面。13．答：①通過挖除某些不利的軟弱部位和加強固結(jié)灌漿等壩基處理措施來提高基巖抗剪強度。③深開挖，將拱總原則嵌入壩肩深處，可避開不利結(jié)構(gòu)面及增大下游抗滑體重量。④加強壩肩帷幕灌漿及排水措施，減小巖體內(nèi)的滲透壓力⑤調(diào)整水平拱圈形態(tài)采用三心圓拱或拋物線等扁平的變曲率拱圈，使拱推力偏向壩肩巖體內(nèi)部⑥如壩基承載力較差，可采用局部擴大拱端厚度，增設(shè)推力墩或人工擴大基礎(chǔ)等措施。14．答：自由跌流式：單寬泄量小，落水點距壩趾較近；鼻坎挑流式：落水點距壩趾較遠，泄流量大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工困難?；┑朗剑郝渌c距壩趾較遠，落差大，挑距遠，泄量大，拱壩較薄。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工困難；壩身泄水孔式：壓力流，流速大，挑距遠，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工困難。15．答：①流過壩后向心集中，水舌入水處單位面積能量大，造成河床集中沖刷