水利水電工程試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.某流域設(shè)計頻率為P=2%的設(shè)計洪水，其重現(xiàn)期為（）。A.50年一遇B.100年一遇C.200年一遇D.500年一遇答案：A2.混凝土重力壩的主要荷載中，占比最大的是（）。A.靜水壓力B.自重C.揚壓力D.溫度荷載答案：B3.水閘的組成中，用于引導水流平順進入閘室的部分是（）。A.上游連接段B.閘室段C.下游連接段D.防滲排水系統(tǒng)答案：A4.土石壩壩體防滲體的主要作用是（）。A.提高壩體強度B.減少滲透流量C.防止壩坡滑動D.降低施工難度答案：B5.水利水電工程施工中，混凝土澆筑的溫度控制通常不包括（）。A.預冷骨料B.加冰拌和C.表面覆蓋保溫D.提高水泥用量答案：D6.水文頻率計算中，適線法的關(guān)鍵步驟是（）。A.確定經(jīng)驗頻率B.選擇線型C.調(diào)整參數(shù)使理論頻率曲線與經(jīng)驗點據(jù)擬合最佳D.計算統(tǒng)計參數(shù)答案：C7.拱壩的主要特點是（）。A.依靠自重維持穩(wěn)定B.利用兩岸巖體維持穩(wěn)定C.對地基要求低D.施工簡便答案：B8.水庫的調(diào)洪計算中，已知入庫洪水過程線、出庫流量曲線和水庫水位容積關(guān)系，需采用（）方法。A.靜庫容法B.動庫容法C.馬斯京根法D.水量平衡方程答案：D9.水利工程中，滲透變形的主要類型不包括（）。A.管涌B.流土C.接觸沖刷D.滑坡答案：D10.水電站的出力計算公式為N=9.81ηQH，其中H指（）。A.毛水頭B.凈水頭C.最大水頭D.最小水頭答案：B二、填空題（每題2分，共20分）1.設(shè)計洪水的三要素是設(shè)計洪峰流量、設(shè)計洪水總量和（）。答案：設(shè)計洪水過程線2.混凝土重力壩的基本剖面通常為（），其上游面接近垂直。答案：三角形3.土石壩按施工方法分為碾壓式、水墜式、定向爆破式和（）。答案：水中填土式4.水閘的消能防沖設(shè)施主要包括消力池、（）和海漫。答案：護坦（或消力坎）5.水文循環(huán)的基本環(huán)節(jié)包括蒸發(fā)、降水、（）和徑流。答案：水汽輸送6.拱壩的應力分析方法中，（）是目前工程中最常用的方法。答案：有限元法7.水利工程施工導流的基本方式分為分段圍堰法和（）。答案：全段圍堰法8.水庫的特征水位包括正常蓄水位、死水位、防洪限制水位和（）。答案：設(shè)計洪水位（或校核洪水位）9.滲透系數(shù)是反映土體透水性的指標，其單位通常為（）。答案：cm/s（或m/d）10.水電站的主要類型有壩式、引水式、（）和潮汐式。答案：混合式三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述水文年與水利年的區(qū)別。答案：水文年是指按水文現(xiàn)象的循環(huán)周期劃分的年度，通常以當年河流開始漲水的日期為起點（如我國大部分地區(qū)以6月1日為起點），至次年河流退水結(jié)束的日期為終點，反映天然水文過程的連續(xù)性。水利年（或調(diào)節(jié)年度）是根據(jù)水庫調(diào)節(jié)徑流的需要劃分的年度，以水庫開始蓄水的日期為起點（如我國多以11月1日為起點），至次年水庫放空準備再次蓄水的日期為終點，主要服務于水利工程的調(diào)度運用。兩者的核心區(qū)別在于劃分依據(jù)：水文年基于自然水文循環(huán)，水利年基于工程調(diào)節(jié)需求。2.重力壩抗滑穩(wěn)定分析的主要方法有哪些？各適用于什么情況？答案：重力壩抗滑穩(wěn)定分析的主要方法包括：（1）抗剪強度公式（摩擦公式）：計算壩體沿壩基面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，公式為Kf=(fW)/P，其中f為摩擦系數(shù)，W為壩體自重，P為水平水壓力。適用于壩基面為膠結(jié)良好的混凝土與基巖接觸面，且無明顯軟弱夾層的情況。（2）抗剪斷強度公式（剪摩公式）：考慮壩體與基巖接觸面的凝聚力和摩擦阻力，公式為K'=(f'W+C'A)/P，其中f'為抗剪斷摩擦系數(shù)，C'為抗剪斷凝聚力，A為接觸面面積。該方法更符合實際受力情況，適用于壩基條件較好、接觸面膠結(jié)緊密的情況，是規(guī)范推薦的主要方法。（3）深層抗滑穩(wěn)定分析：當壩基存在軟弱夾層或緩傾角結(jié)構(gòu)面時，需采用剛體極限平衡法（如剩余推力法、雙斜面法）或有限元法分析壩體沿深層滑動面的穩(wěn)定性。3.土石壩滲流分析的主要目的是什么？常用的計算方法有哪些？答案：滲流分析的主要目的包括：（1）確定壩體與壩基的滲透壓力分布，為強度和穩(wěn)定計算提供依據(jù)；（2）計算滲透流量，評估水庫的水量損失；（3）判斷滲透變形（如管涌、流土）的可能性，提出防滲和排水措施；（4）檢驗防滲體的設(shè)計效果，優(yōu)化防滲結(jié)構(gòu)。常用計算方法有：（1）解析法：如基于達西定律的裘布依公式，適用于簡單邊界條件的均質(zhì)土壩；（2）流網(wǎng)法：通過繪制流網(wǎng)圖計算滲流要素，適用于二維均質(zhì)或非均質(zhì)壩體；（3）數(shù)值解法：如有限差分法、有限元法，可處理復雜邊界和非均質(zhì)材料，是現(xiàn)代工程的主要方法；（4）經(jīng)驗公式法：用于初步估算，如根據(jù)壩型和防滲體類型查經(jīng)驗系數(shù)計算滲透流量。4.簡述混凝土壩溫度控制的主要措施。答案：混凝土壩溫度控制的核心是防止溫度裂縫（包括表面裂縫、貫穿裂縫和深層裂縫），主要措施包括：（1）原材料控制：選用低熱或中熱水泥（如大壩水泥），減少水泥用量；摻加粉煤灰等活性摻合料，降低水化熱；（2）混凝土制備與運輸：采用預冷骨料（如風冷、水冷）、加冰或冷水拌和，降低出機口溫度；縮短運輸時間，避免陽光直射；（3）澆筑過程控制：分層分塊澆筑（如通倉澆筑、柱狀澆筑），控制層厚和間歇期；高溫季節(jié)避開正午施工，低溫季節(jié)采取保溫措施（如覆蓋保溫被、噴灑保溫劑）；（4）后期冷卻：預埋冷卻水管，通循環(huán)冷水進行人工冷卻，降低內(nèi)部最高溫度；（5）表面保護：冬季或氣溫驟降時，對暴露面進行保溫，減小內(nèi)外溫差；（6）優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計：設(shè)置縱縫、橫縫，減少約束；采用補償收縮混凝土，利用膨脹抵消部分溫度應力。5.水閘底板的結(jié)構(gòu)形式有哪些？各自的適用條件是什么？答案：水閘底板按結(jié)構(gòu)形式分為整體式底板和分離式底板：（1）整體式底板：為鋼筋混凝土連續(xù)板，與閘墩整體澆筑，剛度大，能均勻傳遞荷載，適用于地基承載力較低（如軟土地基）、閘孔數(shù)多或水頭差較大的情況。其缺點是工程量較大，施工復雜。（2）分離式底板：由獨立的閘墩基礎(chǔ)（如塊體或樁基礎(chǔ)）和閘室底板（僅起防滲和傳遞部分荷載作用）組成，底板與閘墩之間設(shè)沉降縫。適用于地基承載力較高（如巖基或密實砂基）、閘孔單寬流量小、水頭差不大的情況。其優(yōu)點是工程量小，施工靈活，但對地基不均勻沉降敏感。四、計算題（每題10分，共30分）1.某流域已求得年最大洪峰流量的統(tǒng)計參數(shù)為：均值Q=500m3/s，變差系數(shù)Cv=0.5，偏態(tài)系數(shù)Cs=2Cv，試用配線法推求P=1%的設(shè)計洪峰流量（已知PIII型曲線模比系數(shù)Kp值：當Cs=1.0，P=1%時，Kp=2.78）。答案：設(shè)計洪峰流量計算公式為Qp=Kp×Q已知Q=500m3/s，Cs=2Cv=1.0，P=1%時Kp=2.78代入得Qp=2.78×500=1390m3/s2.某混凝土重力壩壩高50m，壩頂寬8m，壩底寬40m，上游水深48m（庫水位與壩頂齊平），下游水深5m。壩體混凝土容重γc=24kN/m3，水的容重γw=9.8kN/m3。按材料力學法計算壩體上游面壩底處的垂直正應力（不計揚壓力）。答案：壩體剖面為三角形，底寬B=40m，壩高H=50m，上游水深h1=48m，下游水深h2=5m。壩體自重W=γc×(B×H)/2=24×(40×50)/2=24×1000=24000kN（單位長度）上游水壓力P1=γw×h12/2=9.8×482/2=9.8×1152=11289.6kN（單位長度）下游水壓力P2=γw×h22/2=9.8×52/2=9.8×12.5=122.5kN（單位長度）水平總推力P=P1P2=11289.6122.5=11167.1kN壩底垂直正應力σy=W/B±(6M)/(B2)，其中M為水平推力對壩底的力矩。上游面距壩底中心的距離為B/2=20m，M=P×(h1/3h2/3)=11167.1×(48/35/3)=11167.1×(43/3)=11167.1×14.333≈159999kN·m上游面處的垂直正應力（取“”號）：σy=24000/40(6×159999)/(402)=600(959994)/1600=600599.996≈0.004MPa（拉應力，實際工程中需考慮揚壓力修正，此處不計）3.某水閘底板寬度B=10m，閘室總重量（包括底板及上部結(jié)構(gòu)）G=2500kN（單位長度），水平水壓力P=1200kN（單位長度），底板與地基的摩擦系數(shù)f=0.45，抗剪斷參數(shù)f'=0.6，C'=0.2MPa。按規(guī)范要求，基本組合下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K≥1.3（摩擦公式），K'≥3.0（剪摩公式），驗算該水閘的抗滑穩(wěn)定性。答案：（1）摩擦公式計算K=(fG)/P=(0.45×2500)/1200=1125/1200=0.9375＜1.3，不滿足。（2）剪摩公式計算K'=(f'G+C'A)/P，其中A=B×1=10×1=10m2，C'=0.2MPa=200kN/m2K'=(0.6×2500+200×10)/1200=(1500+2000)/1200=3500/1200≈2.917＜3.0，接近但不滿足規(guī)范要求，需采取加固措施（如增加閘室重量、設(shè)置齒墻或采用混凝土鋪蓋增加抗滑力）。五、論述題（每題15分，共30分）1.論述混凝土壩溫度裂縫的成因及防治措施。答案：混凝土壩溫度裂縫的成因主要與溫度變化引起的應力有關(guān)，具體可分為以下幾類：（1）水化熱溫升階段：混凝土澆筑后37天，水泥水化釋放大量熱量，內(nèi)部溫度升至最高（可達5070℃），而表面因散熱較快，形成內(nèi)外溫差（可達2030℃），產(chǎn)生表面拉應力，當超過混凝土抗拉強度時，形成表面裂縫。（2）降溫收縮階段：水化熱釋放完畢后，壩體內(nèi)部開始降溫收縮，受基巖或已澆筑混凝土的約束，產(chǎn)生內(nèi)部拉應力，若超過抗拉強度，可能引發(fā)貫穿裂縫或深層裂縫。（3）氣溫驟降影響：混凝土表面受外界氣溫驟降（如寒潮）影響，表面溫度迅速降低，產(chǎn)生較大的溫度梯度，導致表面拉應力增大，加劇表面裂縫的發(fā)展。（4）基礎(chǔ)約束：壩體與基巖接觸面因基巖剛度大，限制壩體的自由收縮，在底部產(chǎn)生較大的約束應力，易形成底部貫穿裂縫。防治措施需針對不同階段的溫度特性制定：（1）原材料與配合比優(yōu)化：選用低熱水泥（如中熱硅酸鹽水泥），降低水泥用量（每減少10kg水泥，水化熱約降低1℃）；摻加粉煤灰（替代部分水泥）或礦渣粉，減少水化熱；采用高效減水劑，提高混凝土和易性，降低水灰比。（2）降低混凝土入倉溫度：預冷骨料（如風冷至510℃）、加冰拌和（冰屑占拌和水的50%以上），控制出機口溫度≤15℃；縮短運輸時間，運輸工具覆蓋保溫，避免陽光直射。（3）分層分塊澆筑：采用柱狀分塊（塊長1520m）或通倉澆筑（需嚴格控制溫度），層厚1.53m，間歇期510天，避免厚層澆筑導致內(nèi)部熱量積聚。（4）人工冷卻：預埋蛇形冷卻水管（間距1.53m），通低溫水（510℃）循環(huán)冷卻，控制最高溫升≤30℃；后期可進行中期冷卻（降至2025℃）和年溫冷卻（接近年平均氣溫）。（5）表面保溫與養(yǎng)護：高溫季節(jié)覆蓋遮陽棚，避免陽光直射；低溫季節(jié)或寒潮期間，表面鋪設(shè)保溫被（如聚苯乙烯板，厚度510cm）、噴灑保溫劑（如泡沫塑料），減小內(nèi)外溫差（控制≤20℃）；保持混凝土表面濕潤，養(yǎng)護時間≥28天，防止干縮裂縫。（6）結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化：設(shè)置縱縫、橫縫（間距1520m），釋放約束應力；采用補償收縮混凝土（摻加膨脹劑），利用膨脹變形抵消部分收縮；壩體底部設(shè)置鍵槽或預留寬縫，減少基礎(chǔ)約束。2.結(jié)合實際工程，論述水利樞紐布置的原則和主要影響因素。答案：水利樞紐布置是指在河流特定位置合理安排各建筑物（如擋水壩、泄水建筑物、水電站、通航建筑物等）的位置和形式，以實現(xiàn)綜合利用目標。其原則和影響因素如下：基本原則：（1）安全可靠：確保擋水建筑物（壩、閘）的抗滑、抗?jié)B、抗裂穩(wěn)定性；泄水建筑物（溢洪道、泄洪洞）的泄洪能力滿足設(shè)計標準；水電站進水口的防沙、防淤措施有效。（2）經(jīng)濟合理：優(yōu)化建筑物尺寸和布局，減少工程量（如利用地形將溢洪道布置在埡口處，降低開挖量）；縮短引水系統(tǒng)長度（如壩后式水電站與大壩結(jié)合），降低投資。（3）綜合利用：協(xié)調(diào)防洪、發(fā)電、灌溉、航運、供水等功能，如設(shè)置船閘滿足通航需求，預留灌溉取水口位置。（4）施工方便：考慮施工導流（如選擇河床較窄處建壩，便于分期導流）、場地布置（如混凝土拌和系統(tǒng)靠近壩址）、運輸條件（如對外交通道路連接樞紐）。（5）環(huán)境友好：減少對生態(tài)的影響（如設(shè)置魚道、過木設(shè)施），避免大量移民（如選擇淹沒損失小的壩址）。主要影響因素：（1）地形條件：河谷形態(tài)（如V形谷適合拱壩，U形谷適合重力壩）、兩岸埡口（可布置溢洪道）、階地（可布置水電站廠房）。例如，三峽樞紐利用三斗坪河段較窄的河谷（河寬約1100m）布置混凝土重力壩，左岸山體內(nèi)布置地下廠房，右岸埡口布置通航建筑物（船閘和升船機）。（2）地質(zhì)條件：基巖性質(zhì)（如花崗巖適合高壩，軟巖需加強地基處理）、斷層和軟弱夾層（影響壩基穩(wěn)定，需調(diào)整壩線）、滲漏情況（