2025年水電站水工試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪類水工建筑物屬于擋水建筑物？A.水電站壓力管道B.溢流重力壩C.灌溉渠道節(jié)制閘D.通航船閘答案：B（解析：擋水建筑物的核心功能是攔截水流、抬高水位，溢流重力壩既具備擋水功能，又可通過溢流宣泄洪水；其他選項分別為輸水、過閘、通航建筑物。）2.混凝土重力壩設計中，控制壩體抗滑穩(wěn)定的主要荷載是？A.揚壓力B.自重C.水壓力D.溫度應力答案：B（解析：重力壩依靠自身重量維持穩(wěn)定，自重是抗滑穩(wěn)定的主要抗力；水壓力是主要滑動力，揚壓力會削弱抗滑力，溫度應力為次要荷載。）3.土石壩壩體防滲體采用心墻形式時，心墻頂部應高于正常蓄水位至少？A.0.3mB.0.5mC.0.8mD.1.0m答案：B（解析：根據《碾壓式土石壩設計規(guī)范》，心墻頂部需高于正常蓄水位0.3~0.5m，結合工程安全裕度，通常取0.5m。）4.水電站溢洪道的泄槽段若采用直線布置，其底坡應滿足？A.緩坡（i＜ik）B.臨界坡（i=ik）C.陡坡（i＞ik）D.平坡（i=0）答案：C（解析：溢洪道泄槽需通過陡坡使水流保持急流狀態(tài)，避免水躍和水面波動，確保泄流順暢；ik為臨界底坡，i＞ik時為陡坡。）5.水工混凝土施工中，為防止大體積混凝土產生溫度裂縫，優(yōu)先采用的措施是？A.提高水泥用量B.降低澆筑溫度C.使用早強水泥D.減少養(yǎng)護時間答案：B（解析：大體積混凝土溫度裂縫主要由內外溫差引起，降低澆筑溫度可直接減少水化熱累積；提高水泥用量或使用早強水泥會增加水化熱，減少養(yǎng)護時間會加劇表面干縮，均不利于防裂。）6.某水電站壩基為砂卵石層，滲透系數k=5×10?2cm/s，采用帷幕灌漿處理時，合理的灌漿材料應為？A.水泥漿B.化學漿（環(huán)氧樹脂）C.黏土漿D.水泥-水玻璃雙液漿答案：A（解析：砂卵石層滲透系數較大（＞1×10?3cm/s），水泥漿可有效填充孔隙；化學漿適用于細微裂隙，黏土漿強度低，雙液漿多用于緊急堵漏。）7.水閘設計中，閘室底板的主要作用不包括？A.傳遞閘室上部荷載至地基B.防止閘基滲透變形C.分隔閘孔D.調整閘室抗滑穩(wěn)定性答案：C（解析：分隔閘孔由閘墩完成，底板的作用包括傳力、防滲透變形（作為水平防滲體）、調整抗滑穩(wěn)定（增加底面積或齒墻）。）8.水電站壓力前池的主要功能是？A.調節(jié)水電站日負荷變化B.沉淀水中泥沙C.連接壓力管道與引水渠道D.宣泄多余洪水答案：C（解析：壓力前池是引水渠道與壓力管道的銜接建筑物，兼具水量調節(jié)、沉沙、分配流量等功能；日調節(jié)由日調節(jié)池完成，泄洪由溢洪道完成。）9.混凝土壩壩體排水孔的布置原則是？A.靠近上游面，孔距1~2mB.靠近下游面，孔距3~5mC.位于壩體中心，孔距0.5~1mD.與壩軸線平行，孔深至基巖面答案：B（解析：排水孔需靠近下游面以有效降低揚壓力，孔距通常3~5m，孔深一般為壩底寬度的1/3~1/2，不穿透防滲帷幕。）10.某土石壩下游壩坡出現“流土”現象，主要原因是？A.壩坡過陡B.壩體填土黏粒含量過高C.滲透坡降超過臨界值D.壩基存在軟弱夾層答案：C（解析：流土是滲透變形的一種形式，當滲透坡降大于土體的臨界坡降時，土體顆粒隨水流整體移動；壩坡陡度影響穩(wěn)定性但非流土主因，黏粒含量高可提高抗?jié)B能力，軟弱夾層易引發(fā)滑坡。）二、填空題（每空1分，共20分）1.水工建筑物按功能可分為擋水、輸水、泄水、取水、整治及專門建筑物，其中__________是水電站將水能轉化為機械能的關鍵設備。答案：水輪機2.重力壩的基本剖面為__________，其上游面通常為鉛直面，下游面坡度一般為__________。答案：三角形；0.6~0.8（水平：垂直）3.土石壩的滲透變形主要有管涌、流土、接觸沖刷和__________四種類型，其中__________多發(fā)生在無黏性土的表層。答案：接觸流土；流土4.溢洪道的組成包括進水段、控制段、__________、消能段和__________。答案：泄槽段；出水段5.水工混凝土的耐久性指標主要包括抗?jié)B性、__________、抗凍性和__________。答案：抗侵蝕性；抗沖磨性6.壩基帷幕灌漿的主要目的是降低__________和減少__________。答案：滲透壓力；滲流量7.水閘的閘室結構包括底板、__________、__________、胸墻和工作橋。答案：閘墩；閘門8.壓力管道的布置形式有__________、__________和聯合式，其中__________適用于地形陡峻的峽谷地區(qū)。答案：明管；地下埋管；明管9.水電站前池的主要構筑物包括__________、__________、排沙孔和溢洪堰。答案：進水室；調節(jié)堰10.混凝土壩的分縫包括__________、__________和施工縫，其中__________需進行接縫灌漿。答案：橫縫；縱縫；縱縫三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述重力壩的工作原理及主要優(yōu)缺點。答案：重力壩是依靠自身重量維持穩(wěn)定的擋水建筑物。其工作原理為：壩體自重產生的抗滑力抵消水壓力、揚壓力等水平推力，同時壩體內部應力需滿足材料強度要求。優(yōu)點：結構簡單、施工方便、對地形和地質適應性強、運行可靠；缺點：材料用量大（混凝土或漿砌石）、壩體應力分布不均（壩踵易產生拉應力）、溫度控制要求高（大體積混凝土易開裂）。2.土石壩壩體排水設施的作用及常見類型有哪些？答案：排水設施的作用：降低壩體浸潤線，增加下游壩坡穩(wěn)定性；防止壩體滲透變形（如管涌）；提高壩體抗剪強度。常見類型：①棱體排水（堆石棱體，設于下游壩腳）；②貼坡排水（碎石或塊石貼于下游坡面）；③褥墊排水（水平鋪設于壩基，與棱體排水連通）；④組合式排水（上述形式的組合，適應復雜工況）。3.溢洪道設計中，控制段為什么通常采用寬頂堰或實用堰？答案：控制段是溢洪道的泄流控制關鍵部位，需滿足“在給定水頭下泄流量大、水流平順”的要求。寬頂堰結構簡單、施工方便，適用于水頭較低的情況，其流量系數約0.32~0.38；實用堰通過優(yōu)化堰頂曲線（如WES曲線）可增大流量系數（約0.45~0.50），在相同水頭下泄流量更大，且水流收縮小、水面平穩(wěn)，減少對泄槽的沖擊，因此二者是控制段的常用形式。4.水工混凝土施工中，如何防止溫度裂縫？答案：防裂措施包括：①原材料控制：采用低熱水泥（如中熱硅酸鹽水泥）、摻加粉煤灰或礦渣粉減少水泥用量；②配合比優(yōu)化：降低水膠比，提高骨料級配（增大粗骨料比例）；③溫度控制：降低澆筑溫度（預冷骨料、加冰拌和）、分層分塊澆筑（層厚1~3m，塊長15~30m）；④冷卻與養(yǎng)護：預埋冷卻水管（通低溫水散熱）、延長養(yǎng)護時間（≥28d），保持表面濕潤；⑤結構措施：設置伸縮縫、避免突變斷面（如倒角處理）。5.簡述壩基處理中固結灌漿與帷幕灌漿的區(qū)別。答案：①目的不同：固結灌漿主要提高基巖整體性和彈性模量，減少不均勻沉降；帷幕灌漿主要降低基巖滲透性，減少滲流量和揚壓力。②范圍不同：固結灌漿多布置在壩基上下游應力較大區(qū)域（如壩踵、壩趾），孔深較淺（5~15m）；帷幕灌漿沿壩軸線布置，形成連續(xù)防滲帷幕，孔深較深（一般為壩高的0.3~0.7倍，深入相對不透水層5~10m）。③參數不同：固結灌漿孔距較大（3~6m），壓力較低（0.3~0.5MPa）；帷幕灌漿孔距較小（1.5~3m），壓力較高（1~4MPa）。四、計算題（每題10分，共20分）1.某重力壩壩高50m，壩底寬度B=35m，正常蓄水位時上游水深48m，下游水深5m。已知壩體混凝土容重γc=24kN/m3，壩基摩擦系數f=0.7，凝聚力c=0.2MPa，壩底揚壓力按上游水頭的50%~10%呈線性分布（上游端揚壓力水頭為48m，下游端為5m）。計算壩體抗滑穩(wěn)定安全系數（按抗剪斷公式：K’=(f’W+c’A)/P，其中W為壩體自重，A為壩底面積，P為水平水壓力）。解：（1）計算壩體自重W：壩體剖面為三角形，底寬B=35m，壩高H=50m，單位長度（1m）壩體體積V=0.5×B×H=0.5×35×50=875m3W=γc×V=24×875=21000kN（2）計算水平水壓力P：上游水壓力P1=0.5×γw×H12=0.5×9.8×482=0.5×9.8×2304=11289.6kN（γw=9.8kN/m3）下游水壓力P2=0.5×γw×H22=0.5×9.8×52=122.5kN水平總推力P=P1-P2=11289.6-122.5=11167.1kN（3）計算揚壓力A（壩底面積=B×1=35m2）：揚壓力分布為梯形，平均水頭h=(48+5)/2=26.5m揚壓力F=γw×h×B=9.8×26.5×35=9.8×927.5=9089.5kN（注：實際計算中揚壓力合力也可按梯形面積計算：F=0.5×(48+5)×9.8×35=9089.5kN，與上述一致）（4）抗滑穩(wěn)定安全系數K’：c’=0.2MPa=200kN/m2，A=35m2K’=(f’W+c’A)/P=(0.7×21000+200×35)/11167.1=(14700+7000)/11167.1=21700/11167.1≈1.94答案：抗滑穩(wěn)定安全系數約為1.94（注：規(guī)范要求重力壩基本組合下K’≥3.0，此值不滿足，需優(yōu)化設計）。2.某土石壩心墻采用黏土填筑，滲透系數k=1×10??cm/s，心墻頂寬5m，底寬20m，高度30m，上下游水頭差H=25m（上游水位高于下游）。假設心墻為垂直防滲體，按一維穩(wěn)定滲流計算心墻的單寬滲流量q（公式：q=k×i×A，i為滲透坡降，A為滲流截面積）。解：（1）計算滲透坡降i：心墻的平均滲透路徑長度L≈(頂寬+底寬)/2=(5+20)/2=12.5m（簡化為梯形平均寬度），實際滲徑長度應為心墻的水平投影長度，若心墻為垂直布置，滲徑長度L=心墻高度=30m（注：垂直心墻的滲流方向為水平，滲徑長度為心墻厚度的平均值，此處需明確心墻布置方式。假設心墻為垂直，厚度t=底寬-頂寬隨高度變化，簡化為平均厚度t=(5+20)/2=12.5m，滲徑長度L=t=12.5m）。滲透坡降i=H/L=25/12.5=2（2）計算滲流截面積A：單寬（1m）下心墻的滲流截面積A=心墻平均厚度×1m=12.5×1=12.5m2（3）計算單寬滲流量q：k=1×10??cm/s=1×10??m/s（1cm=0.01m，1cm/s=0.01m/s，故1×10??cm/s=1×10??m/s）q=k×i×A=1×10??×2×12.5=2.5×10??m3/s答案：單寬滲流量約為2.5×10??m3/s（即0.25L/s·m，符合黏土心墻低滲透性要求）。五、案例分析題（20分）某水電站混凝土重力壩投運5年后，檢查發(fā)現壩體上游面出現多條垂直裂縫，裂縫長度3~8m，寬度0.1~0.3mm，深度約0.5~1.2m，未貫穿壩體。經檢測，裂縫區(qū)域混凝土強度滿足設計要求，壩基無明顯沉降，庫水位變化頻繁（年變幅15m）。問題：1.分析裂縫產生的主要原因；2.提出針對性處理措施；3.說明處理后需驗證的關鍵指標。答案：1.裂縫原因分析：①溫度變化：庫水位頻繁變動導致上游面混凝土表層溫度驟變（水位下降時，原水下部分暴露于大氣，溫度降低；水位上升時，表層受低溫水冷卻），內外溫差產生拉應力，超過混凝土抗拉強度；②干縮變形：混凝土硬化過程中表層水分蒸發(fā)，內部水分遷移緩慢，表層收縮受約束產生拉應力；③應力集中：壩體上游面與壩踵、壩肩等部位存在應力集中（如轉角處），庫水位變化引起的水壓力波動加劇局部拉應力；④施工因素：若混凝土養(yǎng)護不足（如早期失水）或分層澆筑時結合面處理不當，可能削弱表層抗裂能力。2.處理措施：①表面封閉：對于寬度＜0.2mm的細微裂縫，采用環(huán)氧砂漿或彈性聚氨酯涂料涂抹，防止水分滲入；②化學灌漿：對于寬度0.2~0.3mm、深度≤1.2m的裂縫，采用低黏度環(huán)氧樹脂灌漿（壓力0.2~0.5MPa），填充裂縫并恢復整體性；③結構補強：若裂縫密集區(qū)域存在局部強度削弱，可粘貼碳纖維