水电技术.pdf

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1、20092010学年水利水电工程设计理论与技术试题（时间 2010 年 01 月 15日上午 9：00-11：30，地点：水电学院 C-201）1.简述地下洞群施工运输交通布置的基本原则。（10 分）1.最大限度地满足施工要求2.避免或减少施工干扰3.有利于土石方平衡4.有利于减少施工交通工程量5.有利于改善施工作业环境6.施工支洞出口位置选择2.某拱坝工程地质力学模型通过综合法试验得到：超载安全系数K1为 4.2，强度储备系数 K2为 1.3，试写出综合法安全系数的表达式，并计算出该工程的综合法安全系数。简述地质力学模型破坏试验的三种方法，即：超载法、强度储备法、综合法的基本原理。（10分）

2、Kc=K1 K2=4.21.3=5.46 超载法：假定坝基坝肩岩体的力学参数不变，逐步增加上游荷载，直到基础破坏失稳，由此得到的安全系数叫超载安全系数（或超载安全度)。KP P/P 该方法的工程意义可以理解为超标洪水对工程稳定安全性的影响。强度储备法：考虑坝基坝肩岩体本身具有一定的强度储备能力，要求得它的强度储备能力有多大，在工程正常运行情况下，可以逐步降低岩体的设计力学参数使得基础破坏失稳，由此求得的安全系数叫强度储备系数(或强储安全度)：KS/该方法的工程意义可以理解为工程长期运行中，由于库水浸泡或渗漏导致坝肩岩体强度降低，对工程稳定安全性的影响。综合法：它是上面两种方法的结合，它既考虑到

3、工程上可能遇到的突发洪水，又考虑到工程长期运行中，岩体及软弱结构面参数逐步降低对稳定的影响，由此得到的安全系数叫综合稳定安全度，显然这种方法比较符合工程实际。KC KP KS 3.水电工程施工方法设计的主要内容有哪些？与工程施工进度安排之间的内部关联如何？（10 分）1.施工条件分析?工程条件：地点、对外交通运输、枢纽建筑物及其特征；?自然条件：地形、地质、水文、气象条件；?主要建筑材料来源和供应条件：五大外材;当地材料?当地水、电源情况：?施工期间通航、过木、过鱼、供水、水保、环保等要求；?社会经济条件：电力市场、工期、移民安置规划、施工用地等协作条件；2.施工导流?确定导流标准，划分时段，

4、明确导流程序及施工分期；?选择导流方案、导流方式和导流建筑物，进行导流建筑物设计及施工安排；?导流控制性环节的时间安排及施工措施：包括：截流、渡汛、拦洪、排冰、通航、过木、下闸封孔、供水、蓄水、发电等环节；3.当地建筑材料?料场的分布、储量、性质及特征：土石料；混凝土骨料?料场选择、各种物料的用料方案规划和设计；?料场的开采、加工、运输方式及调配方案4.主体工程施工?主体工程包括：挡水、泄水、引水、发电、通航等主要建筑物；?各建筑物施工程序、施工方法、施工机械、施工强度、施工布置和施工进度等的拟定、比较和选择；分为：土石方开挖、基础处理、土石坝施工、混凝土施工、地下工程施工等土建施工?关键施工

5、技术问题的设计和论证，如：特殊基础处理、大体积混凝土温度控制、土石坝拦洪、特殊爆破?机电设备和结属结构安装，如：水轮发电机组、闸门、启闭机等设备的加工、制作、运输、拼装、吊装及土建与安装的施工顺序；5.施工交通运输?对外交通运输：交通规划、总运输量、强度和重大部件运输，运输方式、线路标准、线路规划、干线连接及施工进度；?场内交通运输：场内交通主干线布置及标准、工程量，施工期通航、过木、过鱼等问题的专门论证；6.施工工厂设施和大型临时工程?施工工厂设施：砼骨料开采加工、土石料场和加工、砼拌和、机械修配、汽车修配、钢筋/模板加工、预制厂、风、水、电、通讯、照明等各系统，确定其位置、规模、设备容量、

6、生产工艺、设备、布置、占地及建筑面积、土建及安装工程量，进度和分期投产计划；?大型临建设施：施工栈桥、过河桥梁、缆机平台等，要做专门设计，确定其工程量和施工进度安排；7.施工总布置?施工场地：分期、分区和分标规划，分区布置方案、范围?土石方综合平衡：开挖、回填及填筑、堆料、弃料，渣场；?施工房屋分区布置：施工用地及征地面积，用地计划；?施工期环保、水保和植被恢复可能性；8.施工总进度?控制因素：工程规模、导流程序、对外交通、资源供应、临建准备；?工期构成：工程筹建期、准备工期、主体工程工期、峻工期；?工期衔接：各工序的起讫日期，按各部分直线工期计算工期。?控制性环节：导流截流、拦洪渡汛、封堵蓄

7、水、发电的形象面貌；?施工强度：土石方开挖、填筑、混凝土浇筑等；?劳动力、主要建筑材料、主要机械设备需用量的综合平衡；?推荐合理工期：分析施工工期和工程费用的关系9.主要技术供应计划?主要建筑材料的总需要量和分年度需要量计划；钢材、钢筋、木材、水泥、粉煤灰、油料、炸药?主要施工机械设备的总需要量和分年度需要量计划；?施工条件分析是施工组织设计基础和前提，明确了可能给施工带来影响的因素；?施工导流重在解决施工全过程的水流控制问题，明确了施工分期及控制性环节(对施工方法、料场、设施、交通、进度、布置等均有相应要求)?当地建筑材料解决了单项工程施工的材料需要量和强度要求。?主体工程施工从技术和组织措

8、施上保证主要建筑物的修建，给出了单项工程施工进度、设施和布置要求；?施工总进度是对整个施工过程作出时间安排，明确各单项工程的时间衔接，给出工程建设工期；?施工总布置是对整个施工现场进行空间规划和布署，给出了各部分位置关系；?施工交通运输是整个工程施工的动脉,旨在建立施工区内各部分之间和对外的交通方式及联系;?施工工厂设施和技术供应是施工前方的物流后勤的保障，满足主体工程各单项工程施工要求；施工组织设计各组成部分是一个整体，必须全面考虑，互相协调。4.论述水电站地下厂房设计与施工过程中存在的主要关键技术问题及其解决思路。（15 分）施工交通运输布置。解决思路：严格按照地下洞群施工交通运输布置原则

9、进行布置。施工方法选择。解决思路是：施工方法，主要根据地下空间结构的体型、尺寸与规模大小，围岩稳定与支护方式，施工交通运输布置，施工工期，主要施工机械设备配置等条件确定。保证施工安全、加快施工进度、保证施工质量、高效低耗。施工机械设备选型。解决思路：地下洞室群空间结构复杂，洞室型式多，需要的施工机械设备种类多、数量大，选择时应考虑多种因素。尽可能国产化，缩短到场时间，保修服务便捷；满足工程施工任务和施工强度要求，便于施工组织管理，充分考虑施工条件，尽可能减少主机配置。施工通风方式与布置。解决思路：自然通风因其影响因素较多，不稳定且不易控制，应根据工程实际情况选择使用。采用有轨运输施工的洞室考虑

10、采用吸出式或混合式通风。采用无轨运输施工的洞室考虑采用压入式或变换式通风。1.有平行导坑施工的洞室可考虑巷道式通风。通风方式应针对污染源的特性，尽量避免成洞段二次污染，且应有利于快速施工。2.单独的吸出式通风，易在工作面形成炮烟停滞区，不利快速施工，可在工作面处另设局扇构成混合式通风。3.利用平行导坑作通风巷道，是解决长隧洞施工通风的方案之一。根据设备状况，风机可设在平导口的风道内，也可设在横通道内。4.大断面施工时，若净空满足要求，可在成洞地段一侧隔出一条纵向风渠代替大直径风管。但纵向风渠的建筑费用高，维修困难，故在选择时应慎重考虑选择。5.山区河流水利水电工程泥沙问题主要有几类？分别论述对

11、水利水电工程的危害和目前预防此类灾害采用的科学论证方法。（15 分）山区河流水利水电工程泥沙问题可分为两类:其一:灾害性泥沙问题灾害性泥沙问题指泥沙的淤积、冲刷等导致水利水电工程短期或长期失效（或破坏）。其二:非灾害性泥沙问题指泥沙的淤积、冲刷等导致水利水电工程短期或长期效益减少。危害：1.遇到暴雨或洪水时，河道泥沙大量堆积，会对电站造成严重危害。四川马边波罗电站 2001 年 7 月 28 日遇到暴雨，山洪爆发，河道泥沙大量堆积，电站厂房河段泥沙堆积厚度约5.0-7.5m，抬高了河床，洪水泥石流一起涌入电站厂房，电站厂房全部被淹没，完全失去发电能力，给电站造成了毁灭性灾害。2.洪水中夹杂泥沙

12、，增加了其破坏性。清平8.13 特大泥石流灾害，泥石流影响范围长约 3km，影响宽约 200m到 600m，淤填绵远河2m 20m，总体方量估计超过 700 万 m3。三眼峪和罗家峪虽然都经过治理，但由于工程设计标准问题、配置合理性问题、自身可靠性问题等，没能抵御巨大山洪泥石流冲击，出现溃决3.泥沙的淤积堵塞河段，造成严重危害。2010 年 8 月 7 日晚甘肃省甘南藏族自治州舟曲县发生的特大山洪泥石流灾害，泥石流进入白龙江堵塞主河形成堰塞湖，回水长度超过2km，淹没县城主要城区近1个月。4.泥沙冲刷河床，使河床下切，严重冲刷工程基础，冲毁拦河堰。科学论证方法：现场考察、模型试验、数学模型计算

13、、工程类比、经验方法、多思考6.试述水工结构设计单一安全系数法与分项系数极限状态设计法各自的特点，以及两种方法的异同。（10 分）1）单一安全系数法?概念简单、明确；?历史悠久，使用方便，为目前仍广泛采用的设计准则。?通过长期的设计和建设经验的考验，工程安全是有保证的；?对所有的各种不确定性因素笼统地采用同一个综合安全系数概括，理论上欠妥；?规范K 值要求与计算公式、实验方法、参数等必须配套使用；?K 为定性的、经验性规定，不同结构、同一结构的不同截面的安全性无可比性。不能作为定量表述结构可靠程度的统一尺度，科学性与合理性欠妥。2）分项系数极限状态设计法?采用以结构可靠度理论为基础的概率极限状

14、态设计法，将设计中的主要不定性因素加以量化分析，由以经验为主的定性分析阶段进入了以统计数学为基础的定量分析阶段，从定值设计观念向非定值设计观念转变，更科学、合理；?通过作用、抗力等随机变量的统计特征，并结合工程经验，以分项系数极限状态取代经验性的单一安全系数,是一种具有实用价值的设计方法，并可进一步向更完善的可靠度设计准则迈进。?定量地表述结构的可靠程度，且不同结构、同一结构的不同截面的安全程度具可比性。?由于水工结构工程不同于房屋建筑,规模大、工期长、地形地质环境复杂,设计和建设经验不易积累,工程边界条件及极限破坏型式、过程等多变,用分项系数极限状态设计方法较单一安全系数法复杂很多,在当前还

15、是一种新的设计方法,还未完全被认可、采用。3）两种方法异同上述两种水工结构设计准则均基于极限状态设计，主要差别在前者采用经验性的单一安全系数准则，基于过去工程经验。后者基于结构可靠度理论，采用分项系数极限状态准则，是一种半理论半经验的过渡方法，具有较好的发展前景。这两种方法从具体内力、应力、稳定等计算基本上都是一致的，经规范编制时校准两种方法得出的成果也基本上是相近的。总的看来这两种设计方法实质上是一致的，都是可行的。7.简述现代土石坝与传统土石坝的进展和区别：防渗料堆石料施工机械与方法坝料施工质量控制8.水工水力学主要解决的水电工程设计中的哪些问题？请举例出水电工程中因水力学问题而导致工程破

16、坏的实例。（15 分）水工水力学的研究任务主要是解决水利水电枢纽工程中有关泄洪安全的水力学问题。（1）泄洪消能与防冲（2）空化空蚀与磨蚀（3）水工水气二相流（4）水流脉动与流激振动（5）泄洪雾化Malpasset 双曲拱坝位于法国南部Rayran 河上，坝高 66m，水库总库容 5100 万m3。坝顶高程 102.55m，顶部弧长 223m。坝的厚度由顶部1.5m 渐变到中央底部6.76m，属双曲薄拱坝。左岸有带翼墙的重力推力墩，长22m，厚 6.50m，到地基面的混凝土的最大高度为11m，开挖深度 6.5m。在坝顶中部设无闸门控制的溢洪道。坝基为片麻岩，片理倾角在3050之间，倾向下游偏右岸

17、。Malpasset拱坝于 1954 年末建成并蓄水。库水位上升缓慢。历经 5 年至 1959年 11 月中旬，库水位才达到 95.2m。这时的坝址下游20m，高程 80m处有水自岩石中流出。因下了一场大雨，到12 月 2 日晨，库水位猛增到100m(图 2)。当日下午，工程师们到大坝视察，研究如何防止渗水的不利作用。因未发现大坝有任何异常，决定下午 6 点开闸放水，降低库水位。开闸后未发现任何振动现象。管理人员晚间对大坝进行了反复巡视，亦未见任何异常现象，于近21 点离开大坝。21点 20 分，大坝突然溃决。岩体渗流的增量荷载理论，用有限元方法分析坝与坝基在水压力、自重及渗流荷载作用下的变形和应力。结果表明，拱坝坝踵处岩体在垂直片理方向产生拉应力，该处片理产生张裂缝。库水进入裂缝并将裂缝劈开至下部断层处，在裂缝内形成全水头压力，使左坝肩至 F1 断层的岩块失稳(图 5)，大坝溃决。