北京开放大学水工建筑物#期末考试试卷与参考答案

北京开放大学《水工建筑物》期末考试学习笔记

一、课程概述

《水工建筑物》是北京开放大学水利工程、土木工程及相关专业的核心课程，主要研究水利工程中各类建筑物的设计、施工、运行及维护原理。课程内容涵盖水工建筑物类型、结构设计、材料应用、安全监测等，注重理论与实践结合，帮助学生掌握水利工程中关键设施的分析与设计方法。

教材与参考资料：

- 主教材：《水工建筑物》（水利水电出版社）

- 辅助资料：历年期末考试试卷、课堂讲义、在线学习平台资源。

二、重点知识点总结

以下为课程中高频考点的整理与归纳：

1. 水工建筑物分类

- 按功能分类：

- 挡水建筑物：如重力坝、拱坝、土石坝、堤防等。

- 泄水建筑物：如溢洪道、泄水隧洞、闸门等。

- 输水建筑物：如引水隧洞、渠道、渡槽等。

- 专门建筑物：如水电站厂房、船闸、鱼道等。

- 按材料分类：

- 混凝土坝（重力坝、拱坝、支墩坝）

- 土石坝（碾压式土石坝、堆石坝）

- 堆石混凝土坝（RCC坝）

- 钢筋混凝土结构与钢结构的应用。

2. 重力坝设计原理

- 基本原理：依靠坝体自重产生的抗滑力来抵抗水平水压力。

- 荷载分析：

- 主要荷载：自重、静水压力、扬压力、温度荷载、地震荷载。

- 荷载组合：正常蓄水位、校核洪水位、地震工况等。

- 稳定计算：

- 抗滑稳定：坝基摩擦系数、抗剪强度要求。

- 抗倾覆稳定：抗倾覆安全系数≥2.5。

- 结构设计：

- 坝体剖面：上游坝坡陡、下游坝坡缓。

- 坝体分缝与止水：垂直纵缝、横缝及止水设施的作用。

- 坝基处理：帷幕灌浆、固结灌浆、排水系统等。

3. 拱坝设计特点

- 拱坝受力特点：将水平荷载转化为拱向压力，通过两岸岩体传递。

- 应力分析：

- 拱冠梁法：计算坝体应力分布。

- 温度荷载对拱坝的影响（需考虑温度裂缝控制）。

- 地基要求：两岸坝肩需具备足够的抗滑稳定性，岩体完整性要求高。

- 泄洪方式：溢流拱坝、坝身泄水孔或岸边溢洪道。

4. 土石坝施工技术

- 坝体材料：

- 堆石料：用于坝体主体，要求高抗剪强度。

- 黏土心墙/斜墙：防渗体，需控制含水量和压实度。

- 施工流程：

1. 坝基开挖与处理（清除覆盖层、防渗墙施工）。

2. 坝体填筑：分层碾压、排水系统设置。

3. 坝体监测：渗流观测、变形监测、应力监测。

- 常见问题：

- 浸润线控制：确保防渗体有效，避免渗透破坏。

- 抗滑稳定性：通过边坡稳定分析和加筋措施提高稳定性。

5. 泄水建筑物设计

- 溢洪道类型：

- 正槽式溢洪道：水流沿槽道溢流。

- 侧槽式溢洪道：通过侧槽分流泄洪。

- 井式溢洪道：竖井式结构，适用于地形受限区域。

- 泄洪能力计算：

- 实用堰流公式：\( Q = C_d \cdot L \cdot \sqrt{2gH} \cdot \sqrt{H} \)（\( C_d \)为流量系数，\( L \)为堰顶长度，\( H \)为水头）。

- 虹吸式泄水道：需考虑真空破坏阀和检修闸门的作用。

6. 地基处理技术

- 基础防渗：

- 水平防渗：铺盖、截水墙。

- 垂直防渗：帷幕灌浆、板桩。

- 地基加固：

- 固结灌浆：提高岩体整体强度。

- 地基开挖与回填：清除软弱层，回填合格材料。

- 抗震设计：

- 地基地震反应分析：考虑动水压力和地震动的影响。

- 结构抗震措施：设置防震缝、加强连接节点。

7. 水工建筑物安全监测

- 监测项目：

- 变形监测：位移计、引张线、GPS。

- 渗流监测：测压管、渗压计。

- 应力应变监测：应变计、钢筋计。

- 监测数据应用：

- 实时预警：防止因渗流或变形过大导致的结构破坏。

- 长期分析：评估建筑物老化和性能退化。

三、期末考试试卷结构与题型分析

根据历年考试情况，期末试卷通常包含以下题型，分值分布如下：

| 题型 | 分值比例 | 考察重点 |

|-|--|-|

| 选择题 | 20% | 基本概念、公式应用、结构类型辨析 |

| 判断题 | 10% | 设计原则、规范要求、常见误区 |

| 简答题 | 30% | 设计原理、施工流程、监测方法 |

| 计算题 | 25% | 荷载计算、稳定分析、泄洪流量 |

| 案例分析题 | 15% | 工程问题诊断、设计方案优化建议 |

四、典型试题与参考答案解析

1. 选择题

题目：重力坝的抗滑稳定性主要由以下哪项因素决定？

A. 坝体高度

B. 坝基摩擦系数

C. 坝顶宽度

D. 坝体材料强度

答案：B

解析：重力坝的抗滑稳定性由坝体自重与坝基摩擦系数的乘积（抗滑力）与水平水压力（滑动力）的比值决定，因此坝基摩擦系数是关键。

2. 简答题

题目：简述土石坝黏土心墙的施工要点。

参考答案：

- 材料选择：选用塑性指数高、渗透系数小的黏土。

- 分层填筑：控制每层厚度不超过30cm，确保均匀铺填。

- 压实度控制：采用羊脚碾或气胎碾，压实度需达到设计要求（通常≥95%）。

- 防渗体与过渡层的衔接：过渡层材料需与心墙材料兼容，避免渗透破坏。

- 施工期间的排水措施：设置临时排水系统，防止心墙受水浸泡。

3. 计算题

题目：某重力坝坝基摩擦系数为0.55，坝体自重产生的抗滑力为1200MN，试计算其抗滑稳定安全系数，并判断是否满足规范要求（规范要求≥1.8）。

解答步骤：

1. 已知条件：摩擦系数\( f = 0.55 \)，抗滑力\( R = 1200MN \)。

2. 滑动力计算：假设坝体自重\( W = 2000MN \)，则滑动力\( P = W \cdot f = 2000 \times 0.55 = 1100MN \)。

3. 安全系数计算：\( K = R / P = 1200 / 1100 ≈ 1.09 \)。

4. 结论：安全系数1.09＜1.8，不满足规范要求，需调整坝体剖面或加固地基。

4. 案例分析题

题目：某拱坝在运行中发现坝肩出现轻微滑移，试分析可能原因并提出解决方案。

参考答案：

- 可能原因：

1. 地基承载力不足或岩体完整性差。

2. 温度变化导致坝体膨胀或收缩