注册土木工程师水利水电工程专业案例习题解析

1.1某水利枢纽工程，水库总库容为8.5亿m3，挡水坝为混凝土面板堆石坝，坝高105m；电站装机容量320MW，控制灌溉面积为45万亩。枢纽地处峡谷，地震烈度为Ⅷ度，坝区工程地质条件复杂。电站为岸边式电站，泄洪洞出口设有底流消能工建筑物；施工期坝体需临时度汛，拦洪库容达到0.80亿m3。1.根据以上情况，确定该枢纽工程的等别，并判别该混凝土面板堆石坝建筑物级别，下列选项中哪一项是正确的？（A）工程等别Ⅰ等建筑物级别一级（B）工程等别Ⅱ等建筑物级别一级（C）工程等别Ⅱ等建筑物级别二级（D）工程等别Ⅲ等建筑物级别二级答案：B考查点：工程等别划分依据和原则题解：根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL252—2000，第2.2.1条工程等别Ⅱ等.2.2.3节规定：水库大坝按2.2.1规定为2级、3级的永久性水工建筑物，如坝高超过表2.2.3指标,其级别可提高一级，但洪水标准可不提高。2.分析确定泄洪洞下游出口消能防冲设计洪水标准（洪水重现期，年）及施工期坝体临时度汛洪水标准（洪水重现期，年），下列选项中哪一项是正确的？（A）100100～50（B）5050（C）50100～50（D）100100答案：（C）考查点：消能防冲，施工期坝体临时度汛洪水标准主要解答过程：SL252-2000第2.2.3条及第2.2.4条洪水标准可不提高，消能防冲仍按2级50年，SL252-2000第2.2.7条施工期坝体临时度汛洪水标准1.2.按山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准规定，对于1级建筑物的土石坝，其校核洪水标准应为可能最大洪水（PMF）或重现期10000年～5000年。如失事后下游会造成特别重大灾害时，其校核洪水标准应采用以下列选项中哪项？（A）用频率分析法求得的10000年洪水（B）可能最大洪水（PMF）（C）可能最大洪水与用频率分析法求得的10000年洪水中取较大者（D）可能最大洪水或用频率分析法求得的10000年洪水。当两者可靠程度相同时，取其中较大者答案：（D）考查点：永久性水工建筑物洪水标准主要解答过程：SL252-2000第3.2.2条及说明DL5180-2003第6.0.5条及说明1.3某水库拦河坝最大坝高65m。修建混凝土坝和土石坝均可行，河段洪水过程为肥胖型，洪峰流量较大。在坝型比较中，混凝土重力坝布置时宜优先考虑；拱坝布置的泄洪方式宜优先研究方式；土石坝布置的泄洪方式宜布置方式。哪一项符合一般原则？A引水发电系统布置采用泄洪洞泄洪泄洪洞与溢洪道相结合泄洪B航运建筑物布置采用泄洪洞泄洪泄洪洞与溢洪道相结合泄洪C供水建筑物布置采用坝身泄洪开敞式溢洪道泄洪D泄洪建筑物布置采用坝身泄洪开敞式溢洪道泄洪答案：（D）（1）《混凝土重力坝设计规范》3.0.1条及条文说明混凝土重力坝的布置，泄洪建筑物往往是影响枢纽布置和其它建筑物安全的关键，故宜优先考虑泄洪建筑物的布置（2）《混凝土拱坝设计规范》3.1.4条及条文说明拱坝布置泄洪方式宜优先研究采用坝身泄洪，坝身孔口泄洪是较经济的选择。（3）《碾压式土石坝设计规范》3.2.2条及条文说明土石坝采用开敞式溢洪道，超泄能力较强，当地形条件有利时，宜布设开敞式溢洪道。1.4某水库总库容为1.1亿立方米，主坝为均质土坝，高70m，工程位于7度地震区，设计洪水位为215.5m，校核洪水位为217.5m，正常蓄水位为215.0m。已知：正常运用条件下波浪爬高为3.50米，非常运用条件下波浪爬高为1.8米。最大风壅水面高度设定为零；地震壅浪高度取1.0m，地震沉降按0.5m计。确定坝顶高程？坝顶高程由什么条件控制？答案：220.0m坝顶高程由设计洪水位加正常运用条件控制考查点:坝顶高程确定。解：碾压式土石坝设计规范SL274—2001，5.3.1条，坝顶超高：y=R+e+A+BY——坝顶超高，m；R——最大波浪在坝坡上的爬高，m；正常运用情况下为3.50m(给定)；非常运用情况下为1.80m（给定）。e——最大风壅水面高度，m；本题设定为零。A——安全加高，m；根据规范表5.3.1，设计洪水位、正常蓄水位加正常运用情况下：1.0m校核洪水位加非常运用情况下：0.5mB——地震安全加高，为1.0m+0.5m(给定)规范5.3.3条按下列运行条件计算，取其最大值：1设计洪水位加正常运用条件；2正常蓄水位加正常运用条件；3校核洪水位加非常运用条件；4正常蓄水位加非常运用再加地震条件设计洪水位加正常运用条件下坝顶超高：y=R+e+A=3.5+0+1.0=4.5m坝顶高程为215.5+4.5=220.0m正常蓄水位加正常运用条件下坝顶超高：y=R+e+A=3.50+0+1.0=4.5m坝顶高程为：215.0+4.5=219.50m校核洪水位加非常运用条件下坝顶超高为：y=R+e+A=1.80+0+0.5=2.3m坝顶高程为：217.5+2.3=219.8m正常蓄水位加非常运用再加地震条件下坝顶超：y=R+e+A+B=1.8+0+1.5+0.5=3.8m坝顶高程为：215.0+3.8=218.8m由上计算：坝顶高程由设计洪水位控制，220.0m。1.5某砼重力坝为2级建筑物，坝高65m，设计烈度7度，进行抗滑稳定分析时，下列选项中哪一项是正确的？A．需要计及地震荷载、同时考虑水平向和垂直向地震作用、采用拟静力法计算；B．不需要计及地震荷载；C．需要计及地震荷载、只考虑水平向地震作用；采用拟静力法计算；D．需要计及地震荷载、同时考虑水平向和垂直向地震作用。采用动力分析法计算；答案：C考查点：荷载组合及抗震设计解题：本工程为Ⅶ度地震区，地震烈度高于Ⅵ度，所以要进行抗震设计。《水工建筑物抗震设计规范》4.1.1条、4.1.2条，可只考虑水平向地震作用。根据1.0.5条本工程抗震设防类别应为乙类，又根椐6.1.5条规定，乙类、设计烈度7度、坝高小于70m可采用拟静力法计算。1.6某水库总库容1.5亿m3。采用厚粘土心墙坝，最大坝高78m，工程位于7度地震区。该坝的抗震分析可采用拟静力法进行抗震稳定计算，下列选项中哪些方法是合适的？A瑞典园弧法B简化毕肖普法C滑楔法D有限单元法答案：AB《水工建筑物抗震设计规范》SL203-97、5.1.2条2.1梁正截面受弯承载力计算及配筋矩形简支梁，已知荷载设计值、断面尺寸、混凝土强度等级等计算步骤：(1)确定有关系数ψ，γd,γ0，γG，γQ，fc，fY(2)设计弯矩值计算M=ψγ0(γGgk+γQqk)l02/8(3)系数计算(4)配筋量计算2.1梁正截面受弯承载力计算及配筋某小型水泵站（4级建筑物）内有一单跨混凝土简支板，计算跨度l0=3.0m，承受均布恒荷载标准值gk=2kN/m2(包括板自重)，均布活荷载标准值qk=3kN/m2,采用混凝土强度等级C20，Ⅰ级钢筋，板厚80mm，板的纵向钢筋？解：(1)有关系数《96规范》4.1.3条规定4级建筑物的安全级别为Ⅲ级，4.2.1条规定重要性系数γ0=0.9，设计状况系数持久状况ψ=1.0，结构系数γd=1.2，规范附录B永久荷载分项系数γG=1.05，可变荷载γQ=1.20，砼、钢筋强度设计值fc=10N/mm2，fy=210N/mm2解：（2）设计弯矩值计算取1000mm板带作为计算单元，h0=65mm，M=ψγ0(γGgk+γQqk)l02/8=1.0×0.9×(1.05×2+1.2×3)×3.02/8=5.771kN·m(3)系数计算αs=γd*M/fc/b/h02=0.1639ξ=1-(1-2*αs)1/2=0.180(4)钢筋计算As=fc*ξ*b*h0/fy=557.1mm2ρmin=0.15%As=1000*65*0.15%=97.5mm22.2梁斜截面承载力计算及配筋矩形简支梁,已知荷载设计值、断面尺寸、混凝土强度等级等计算步骤：(1)确定有关系数ψ，γd,γ0，γG，γQ，fc，fyv，(2)支座边缘处剪力V计算均布荷载、集中荷载作用下的相应公式计算(3)复核截面尺寸(截面尺寸是否满足要求)（4）配筋量计算2.3偏心受压柱承载力计算及配筋某中型泵站内有矩形混凝土柱，经计算，控制截面中作用的轴心压力设计值N=905kN，弯矩设计值M=375kN·m，柱在两个方向的计算长度l0=7.2m。设计时混凝土采用C25，Ⅱ级钢筋，截面为矩形b×h=400mm×600mm，取a=a’=40mm。不对称配筋时，所需的纵向钢筋面积As和As’最为接近以下哪一组？As=448mm2，As’=1079mm2As=2489mm2，As’=1079mm2As=1079mm2，As’=1079mm2As=2489mm2，As’=448mm2答案：（B）解：(1)求初始偏心距e0,e0=M/N=375/905=0.414m=414mm(2)求偏心距增大系数ηl0/h=7200/600=128需要考虑纵向弯曲的影响，由于l0/h=1215，故取ζ2=1ζ1==0.5×12.5×400×600/（1.2×905×1000）=1.381〉1,故取ζ1=1η=1+=1+(12×12×1×1)/(1400×414/560)=1.139（3）判断大小偏心受压ηe0=1.139×414=4720.4h0-0.3×560=168mm，故按大偏心受压计算，属大偏心受压的第一种情况。（4）求轴向作用力到As的距离ee=ηe0+h/2-a=472-600/2-40=732mm(5)求受压钢筋面积As’取x=ξbho，ξb=0.544As’=1079mm2ρ’minbh0=0.2%×400×560=448mm2(6)求受拉钢筋面积AsAs=(fcbξbh0+fy’As’-γdN)/fy=(12.5×400×0.544×560+310×1079-1.2×905×1000)/310=2489mm2ρminbh0=0.2%×400×560=448mm2已知弯矩、轴力设计值、断面尺寸、混凝土强度等级等计算步骤：(1)求初始偏心距e0,e0=M/N(2)求偏心距增大系数η(3)判断大小偏心受压(4)求轴向作用力到As的距离ee=ηe0+h/2-a(5)求受压钢筋面积As’取x=ξbho，ξb=0.544(6)求受拉钢筋面积AsAs=(fcbξbh0+fy’As’-γdN)/fy4.1某水库总库容0.8亿立方米，电站总装机容量为55MW。采用粘土心墙坝，坝壳填料为砂砾石，坝高68m，河床段砂砾石层厚28m。坝址区地震动峰值加速度为0.2g。1.当心墙上、下游水头差为60m时，求满足渗透要求的心墙底部最小厚度。(A)14.5m（B）14.0m(C)12.0m(D)15.0m答案：（D）考点：防渗体选择解：《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）5.5.2条规定，心墙底部厚度不宜小于水头的1/4。2、按《土工试验规程》（SL237-1999）规定的击实试验方法，得到心墙填筑粘土土料的最大干密度γmax=17.35kN/m3，试求设计填筑干密度？答案：17.0kN/m3考点：填筑标准解：按《等级规范》表2.1.1确定Ⅲ等工程，按表2.2.1确定坝的级别为3级。根据《碾压式土石坝设计规范》4.2.3-1条心墙填筑料对3级坝压实度为96%-98%，4.2.3条-2规定地震设计烈度为8度时，宜取上述规定的大值。故压实度为98%，设计填筑干密度=17.35kN/m3*98%=17.0kN/m3。3、坝壳填料为砂砾石，本工程在下游坝脚设有排水沟，排水沟顶部设有贴坡排水。该地区冻结深度为1.0m，贴坡排水顶部高程应高于坝体浸润线出逸点，本工程超过的高度应不小于。（A）2.0m(B)1.5m(C)1.0m(D)0.7m答案：（B）考点：坝体排水解：拦河坝为3级建筑物，查《碾压式土石坝设计规范》》（SL274-2001）5.7.8条-1规定，3级坝4、为减少坝基砂砾石层的渗漏量，确保该层的渗透稳定，拟在心墙底部做一道混凝土防渗墙。试问混凝土防渗墙顶部插入粘土心墙的高度和底部深入基岩的深度哪一选项符合规范规定？(A)6.0m1.0m(B)6.0m0.5