注册土木工程师水利水电工程专业案例习题解析.docx

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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）50>50

（C）50100～50

（D）100>100

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+B

Y——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：

0.5m

B——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=0.1639

ξ=1-（1-2*αs）1/2=0.180

（4）钢筋计算

As=fc*ξ*b*h0/fy=557.1mm2

ρmin=0.15%As=1000*65*0.15%=97.5mm2

2.2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’=1079mm2

As=2489mm2，As’=1079mm2

As=1079mm2，As’=1079mm2

As=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η

l0/h=7200/600=12>8

需要考虑纵向弯曲的影响，由于l0/h=12<15，故取ζ2=1

ζ1==0.5×12.5×400×600/（1.2×905×1000）=1.381〉1,故取ζ1=1

η=1+=1+（12×12×1×1）/（1400×414/560）=1.139

（3）判断大小偏心受压

ηe0=1.139×414=472>0.4h0-0.3×560=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e

e=ηe0+h/2-a=472-600/2-40=732mm

（5）求受压钢筋面积As’

取x=ξbho，ξb=0.544

As’=1079mm2>ρ’minbh0=0.2%×400×560=448mm2

（6）求受拉钢筋面积As

As=（fcbξbh0+fy’As’-γdN）/fy

=（12.5×400×0.544×560+310×1079-1.2×905×1000）/310

=2489mm2>ρminbh0=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e

e=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As

As=（fcbξbh0+fy’As’-γdN）/fy

4.1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）6.0m0.5m

（C）6.5m1.0m（D）6.8m0.5m

答案：

（D）

考点：

砂砾石坝基渗流控制

解：

本工程河床段坝高68米，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）6.2.8条规定，防渗墙顶部插入土质防渗体高度宜为1/10坝高，底部

4.2颗粒级配指标的应用

1.级配指标判别标准

1）不均匀系数Cu。

Cu=d60/d10

d60---在粒径分布曲线上粒径累计质量占总质量60％的粒径。

Cu表示土颗粒级配曲线的坡度和土粒大小不均匀程度的指标。

Cu愈大，曲线愈平缓，说明土粒大小变化范围大，土粒不均匀，即级配好；Cu愈小，曲线愈陡，说明土粒大小变化范围愈小，土粒均匀，即级配差。

工程中一般认为Cu≥5为良好级配，Cu＜5为不良级配。

2）曲率系数Cc。

Cc=（d30）2/（d60*d10）

Cc表示土颗粒级配曲线弯曲形状的指标。

Cc在1～3之间的土级配良好；Cc小于1或大于3的土，土颗粒级配曲线明显呈阶梯状，土颗粒级配不连续，主要由粗颗粒和细颗粒组成，缺乏中间颗粒。

3）良好级配的标准：

Cu≥5且Cc＝1～3。

2.级配指标的应用：

1）级配指标作为选择筑填土料、坝壳料、反滤料的依据。

2）级配指标还可作为粗粒土工程分类的依据。

3）级配指标对于判别土的渗透变形和振动液化也有重要的意义。

4）地基基础处理的依据。

5、某水库总库容8亿m3，坝型为粘土心墙坝，河床段坝高60m，坝基砂砾石成层分布，各层渗透系数不同。

第一层土的渗透系数为k1，流线与交界面（水平面）交角为α，第二层土的渗透系数为k2，流线与交界面（水平面）交角为β，分别判定情况1：

k1=10-3cm/s，k2=10-4cm/s；情况2：

k1=10-4cm/s，k2=10-3cm/s。

下列哪一项是正确的？

（A）情况1：

tgα=10tgβ情况2：

10tgα=tgβ

（B）情况1：

tgα=10tgβ情况2：

tgα=10tgβ

（C）情况1：

10tgα=tgβ情况2：

tgα=10tgβ

（D）情况1：

10tgα=tgβ情况2：

10tgα=tgβ

折射角与渗透系数k1、k2之间的关系式：

K1/k2=tgβ/tgα

（C）情况1：

10tgα=tgβ情况2：

tgα=10tgβ

8.某水库拦河坝为均质土坝，坝高55.0m，坝基表层土为黄土状粉质壤土，厚度为2.5m，土粒比重为2.7t/m3，孔隙率为0.35，渗透系数K1=1×10-4cm/s，其下为砂砾石层，渗透系数K2=6.8×10-3cm/s。

已知下游坝脚处地面无水，据渗流计算成果，坡脚与地面交点处黄土状土底部测压管水头2.5m，为防止渗透变形，拟在坝坡脚处做粗砂排水盖重，若粗砂湿容重为2.1t/m3，安全系数K=2，计算的粗砂排水盖重厚度最接近下列选项中的哪一项？

（A）1.85m（B）1.65m

（C）1.35m（D）1.05m

答案：

（D）

考点：

砂砾石坝基渗流控制

主要解答过程：

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）8.2.4条，k1（Gs-1）（1-n1）/K

排水盖重厚度t=（K*j-（Gs-1）（1-n1））*t1*rw/r

j=2.5/2.5=1.0

t=（2*1.0-1.7*0.65）*2.5*1.0/2.1=1.06m

故答案为（D）。

某均质土坝，填筑料为含砾粘土。

根据级配曲线可知，大于5mm的砾石含量为8.35%，其全料的d85为0.18mm，筛除5mm砾石后的余土的级配曲线d85为0.08mm，小于0.075mm颗粒含量为35%。

为防止坝坡发生渗透变形，拟在下游坡脚设贴坡排水，求其第一层反滤料允许的最大D15最接近下列选项中的哪一项？

（A）0.9mm（B）0.8mm

（C）0.7mm（D）0.6mm

答案：

（C）

考点：

主要解答过程：

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）B.0.5条，小于0.075mm颗粒含量为35%

d85=0.08mm

4*d85=4*0.08=0.32<0.7

D15=<0.7mm

故答案为（C）。

4.3某混凝土重力坝坝高70m，泄洪要求在水位190m时总泄量7800m3/s。

若在176m高程设开敞式溢流孔（表孔），单孔净宽15m。

试问需设几个表孔？

已知表孔所在坝段坝体上游面铅直，表孔定型设计水头12.5m，侧收缩系数0.90,不计行进流速影响。

答案：

5个表孔

考点：

表孔泄流能力

解：

表孔单孔泄流能力采用《混凝土重力坝设计规范SL319-2005》附录A.3中（A.3.1）式计算。

式中：

淹没系数取1.0，侧收缩系数0.90，上游坡面铅直修正系数C=1，溢流堰净宽B=15m

流量系数m：

溢流堰定型设计水头Hd=12.5m

上游堰高与定型设计水头比P1/Hd＞1.33

库水位190m时堰顶水头Hw=14m,

Hw/Hd=15/12.5=1.2

查规范附录A表A.3.1-1流量系数0.510

表孔单孔泄量：

1598m3/s需设5个表孔

某工程帷幕布置如图（图中尺寸单位以m计），悬挂式帷幕，已知帷幕厚3.2m，深38m，帷幕两侧距坝踵及坝趾距离分别为11.9m、78.3m，帷幕上游固结灌浆深8m，上下游水头差83m，原岩平均透水率为25.0Lu，帷幕底岩石透水率为5.0Lu。

假定渗透水在坝基内的渗流符合达西定律，渗流在垂直方向的水头损失较水平方向大一倍，固结灌浆与帷幕透水性相同。

帷幕承受的最大水力坡降Imax及幕后扬压力折减系数α最接近以下选项中的哪一项？

（A）Imax=9.5，α=0.54

（B）Imax=10.6，α=0.45

（C）Imax=13.7，α=0.31

（D）Imax=14.5，α=0.28

答案：

（）

主要解答过程：

4.4某碾压混凝土最大坝高75m，相应断面作用水头为72m

（1）若上游面采用防渗等级W8的二级配碾压混凝土防渗，最小防渗层有效厚度。

（A）2.0m（B）2.4m（C）2.8m（D）3.2m

答案:

（B）

规范SL314-20045.0.5条规定，二级配碾压混凝土的有效厚度宜为坝面水头的1/30～1/15，则本案二级配碾压混凝土的最小有效厚度宜为2.4m。

（2）在坝体混凝土分区设计时，对变态混凝土有以下认识与使用意见，其中不正确的是其中的哪一项？

（A）变态混凝土厚度应予以控制，不能太厚

（B）可用于廊道及空洞周边、布设钢筋区、大坝上游坝面模板处等

（C）灰浆掺量和配合比，可根据使用部位和气候等条件参照工程经验确定

（D）变态混凝土所需喷洒的灰浆可以采用水泥浆或水泥粉煤灰浆

答案：

（）

主要解答过程：

4.5某混凝土拱坝，建筑物等级1级，拱端内弧面与拟利用岩面等高线夹角26°；上游坝面倒悬度0.4:

1；基本荷载组合，拱梁分载法计算，最大拉应力1.1Mpa；采用刚体极限平衡法抗剪断公式计算，拱座抗滑稳定安全系数k1=3.3。

下列选项中判断正确的是哪些项。

A.拱端内弧面与拟利用岩面等高线夹角不满足规范规定，可采用拱端内弧面圆弧贴角“三心拱”。

B.悬臂梁上游面倒坡坡度超过规范允许值，可改用三心拱以减少上游面倒坡坡度。

C.采用非有限元法计算拱坝应力，应控制不产生拉应力；可采用加大水平拱中心角予以解决。

D.拱座稳定安全系数偏低，可改用椭圆线拱予以改善。

答案：

B、D。

解：

1、规范SL282—2003第3.2.4-2条规定“拱端内弧面与拟利用岩的夹角不应小于30°。

所以，A项前半部分判断正确。

拱端内弧面圆弧贴角“三心拱”，并不能加大拱端内弧面与拟利用岩面等高线夹角。

所以，A项后半部分判断错误。

所以，A选项错误。

2、规范第3.2.4-3条规定，“悬臂梁上游面倒悬度不宜大于0.3:

1”。

本拱坝坝体上游面倒悬度即为0.4:

1，大于规范规定值。

所以B项前半部分判断正确。

三心拱有利于减小坝体倒悬度，所以，B项后半部分判断正确。

所以：

B项判断正确。

3、规范SL282—2003第6.3.1条规定，“用拱梁分载法计算时，﹍﹍基本荷载组合，拉应力不得大于1.2Mpa”。

C项前半部分判断错误。

所以，C选项错误。

4、规范第7.2.6条规定，1级建筑物，基本荷载组合，采用刚体极限平衡法抗剪断公式计算，拱座抗滑稳定安全系数为3.5。

D项前半部分判断正确。

规范第3.2.3条规定，“当地质、地形条件不利时，选择拱坝体形应符合下列要求：

1、可采用两端拱圈呈偏平状、拱端推力偏向山体深部的变曲率拱坝；

椭圆线拱具有改善拱座推力方向，增强坝肩稳定的作用，D项后半部分判断正确。

所以：

D项判断正确。

5.1、某输水隧洞为有压洞，最大内水压力0.50MPa,采用混凝土衬砌。

问山体最小覆盖厚度？

（坡面倾角45度,岩体重度27KN/m3,水重度取10KN/m3）

答案：

26.8m

考点：

隧洞选线

解：

《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）3.1.7-2，有压隧洞洞身的垂直和侧向覆盖厚度（不包括覆盖层）当围岩较完整无不利结构面，采用混凝土衬砌时，可按不小于0.4倍内水压力水头

有山谷边坡影响，按式（3.1.7）判断：

γrDcosα>KγwH

γr—岩体重度KN/m3；γw—水的重度KN/m3；

D—最小岩体覆盖厚度m；

K—经验系数：

水利规范K=1.1

水电规范K=1.3-1.5

α—坡面倾角水利规范α>45度时取45度，

水电规范α>60度时取60度；

D=KγwH/γr/cos45

=1.1*10*50/27/cos45=26.8m

5.2、某无压隧洞的断面为城门洞型，洞宽4m，顶拱中心角为90度，隧洞纵坡1/2000，设计输水流量30m3/s，钢筋混凝土衬砌糙率取0.014，试求隧洞的最小洞高？

（学员课外做）

（提示：

1.按明槽均匀流基本公式计算水深；2.按洞内水面线以上空间不小于断