注册土木工程师水利水电专业案例习题.docx
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注册土木工程师水利水电专业案例习题
4~6.某大型工程,位于8度地震区。
主坝为粘土均质坝,受地形的限制,为满足泄洪要求,在主、副坝联接处建有溢洪道,设计洪水泄流量为8300m3/s,溢洪道基础位于第三纪砂层上。
溢洪道采用直线布置,由驼峰堰进水闸、泄槽、一级消力池、二级消力池、三级消力池以及海漫等几部分组成。
堰体为驼峰堰型,长28m,上游设壤土铺盖,厚2~3m,长250m,渗透系数为1×10-6cm/s,铺盖下砂层渗透系数为3×10-3cm/s。
堰体下设两条横向(垂直水流)排水管,并与堰体两侧边边墙外纵向排水管相联,横向排水管内地下水位高程为134.5m。
堰体结构简图及设计洪水过水时的受力状态见附图。
泄槽两侧挡墙为直墙式,并对称扩散,进口堰末泄槽起点宽131.5m,流速为13.15m/s,水深4.8m;泄槽末端处宽170m,流速为21.23m/s,水深2.3m。
泄槽底板下设有反滤层和网状排水沟,纵横向排水沟布置在泄槽底板下,横向排水沟自溢洪道中心向两侧以5%的坡度引边墙外排水廊道内。
第三纪砂层相对密度为0.80。
由颗粒级配曲线查得小于各粒径重量占总重量的百分数如下表:
砂的粒径
di(mm)
0.014
0.030
0.050
0.060
0.120
0.170
0.25
0.30
1.05
1.00
1.40
8.00
对应粒径
占(%)
5
1
0
70
80
85
100
4.判断溢洪道泄槽(陡槽)满足水流扩散所需要的沿水流方向的最小水平投影长度,下列哪一项能满足最低要求?
(A)190m(B)170m
(C)150m(D)130m
答案:
(B)
主要解答过程:
溢洪道泄槽边墙扩散角可按《溢洪道设计规范》附录A.3中公式A.3.2-2计算,
tgQ=(g*h)1/2/k/v
式中:
h—扩散段首、未端平均水深;
v—扩散段首、未端平均流速;
k—经验系数,取3.0;
h=0.5(4.8+2.3)=3.55mv=0.5(13.15+21.23)=17.19m/s
tgQ=(g*h)1/2/k/v=(9.81*3.55)1/2/3/17.19=0.114
溢洪道泄槽满足水流扩散所需要的沿水流方向的最小水平投影长度L:
L=0.5(170-131.5)/0.114=168.9m
5.当设计洪水泄洪,闸门全开堰体过水时,(顺水流方向)影响堰体(单宽)稳定的除有结构自重及其上的永久设备重量、土压力外,还有哪些基本荷载?
(A)设计洪水位时的扬压力和地震荷载
(B)设计洪水位时的扬压力和泄流时的水压力
(C)设计洪水位时的静水压力和地震荷载
(D)设计洪水位时的静水压力和波浪压力
答案:
(B)
主要解答过程:
6.由上述条件,下列哪一选项最接近高程134.5m以上堰体上游面(单宽)所作用的水平水推力的计算值?
(按时均压强计算,忽略铺盖厚度,堰趾至横向排水沟的渗径长度按20m计,堰体过水如图示)。
下列选项中水平水推力计算值,哪一项是比较正确的?
(A)780kN(B)460kN
(C)420kN(D)1360kN
答案:
(B)
主要解答过程:
铺盖首部的渗透压力=(151.0-134.5)*10=165KN
铺盖尾部的渗透压力=165*24.5/274.5=14.72KN
堰底板上游的渗透压力=165*20/274.5=12.02KN
排水管的渗透压力为0
(1)上游止水以上水压力H1
H1=0.5(80+120)*4=400KN
(2)上游止水以下水压力H2
H2=0.5(14.72+12.02)*4.5=60.1KN
堰体上游面(单宽)所作用的水平水推力=400+60.1=460KN
7.某装机450MW的坝后水电站内有2500kN/300kN的桥机,桥机轨道梁采用钢筋混凝土T形梁。
在进行吊车梁计算配筋时,需要确定T形梁的结构重要性系数γ0,桥机竖向荷载的动力系数γQ,结构系数γd。
以下哪一选项是正确的?
(A)γ0=1.1,γQ=1.05,γd=1.3
(B)γ0=1.0,γQ=1.05,γd=1.2
(C)γ0=1.0,γQ=1.2,γd=1.2
(D)γ0=1.0,γQ=1.1,γd=1.2
答案:
(B)
主要解答过程:
《水利水电工程第级划分与洪水标准》规定装机450MW为大(Ⅱ)型工程,厂房是主要建筑物,应为2级建筑物。
《水电站厂房设计规范》第4.1.3条规定,2级建筑物结构重要性系数γ0=1.0;第4.1.8条规定,桥机竖向荷载的动力系数γQ=1.05;《水工混凝土结构设计规范》第4.2.1条规定,结构系数γd=1.2。
8.有一素混凝土柱,混凝土强度等级C15,计算长度l0=3.6m,截面尺寸b×h=300×500mm2,轴向力设计值N=480kN,轴向力作用点至截面重心作用点距离e0=100mm,如图所示。
经复核,该柱截面安全。
以下哪一个数值最接近该素混凝土柱的受压承载力?
(A)600kN
(B)710kN
(C)480kN
(D)520kN
答案:
(C)
主要解答过程:
《水工混凝土结构设计规范SL/T191-96》条文5.2.1,5.2.2
公式5.2.2~1,5.2.2~4专业案例,水工结构篇,第二章,第三节
(1)有关系数
γd=1.3,fc=10N/mm2,e0=100mm,yc’=500/2=250mm
(2)判别是否要考虑受拉区混凝土的作用
0.4yc’=0.4×250=100mm
0.8yc’=0.8×250=200mm
故0.4yc’=e0≤0.8yc’,按不考虑混凝土受拉区的作用计算承载力。
(3)弯矩平面内的受压承载力
l/h=3600/500=7.2,查表5.2.2-1得,φ=0.93
N=
=482884N=483kN
(4)垂直弯矩作用平面的受压承载力
l/h=3600/300=12,查表5.2.2-1得,φ=0.82
N=
=709615N=710kN
应取(483kN,710kN)的小值,故受压承载力为483kN。
注:
(A)未计φ=0.93的影响,483/0.93=520kN;
(B)错误地取用(483kN,710kN)的大值710kN;
(D)错误地取用γd=1.2(钢筋混凝土构件),483/1.2×1.3==523kN。
9.某厂房(3级建筑物)房内有T形吊车梁,截面尺寸为梁高500mm,腹板宽200mm,翼缘厚度100mm,翼缘宽度400mm,计算跨度l0=6m,经计算跨中弯矩设计值M=210kN·m(包括自重),已配有受压钢筋2根直径16的Ⅲ级钢筋(As’=402mm2),采用C20混凝土,受拉钢筋也采用Ⅲ级钢筋,2排布置,(c=25mm),以下哪个数值最接近需要配置的受拉钢筋面积?
(A)2000mm2(B)1800mm2
(C)1950mm2(D)1845mm2
答案:
(D)
主要解答过程:
《水工混凝土结构设计规范SL/T191-96》条文6.2.2公式5.2.2~1,5.2.2~4
专业案例,水工结构篇,第二章,第四节
(1)确定有关系数
ψ=1.0,γd=1.2,γ0=1.0(安全级别Ⅱ级),γG=1.05,γQ=1.20,fc=10N/mm2,fy=fy’=360N/mm2,c=25mm
(2)翼缘宽度计算
假定受拉筋直径20mm,2排钢筋间间距为50mm,则a=25+20/2+50/2=60mm
h0=500-60=440mm,a’=25+16/2=33mm,hf’=100mm
对于独立的T形梁,hf/h0=100/440=0.227>0.1,b+12hf’=200+12×100=1400mm
l0/3=6000/3=2000mm
取(400,1400,2000)的最小值,故bi’=400mm,
(3)T形截面类型判断
γdM=1.2×210=252kN·m
fcbi’hi’(h0-hi’/2)+fy’As’(h0-a’)
=10×400×100×(440-100/2)+360×402×(440-33)=2.149×108N·mm=214.9kN·m
γdM=252kN·m>214.9kN·m,该梁属第二类T形截面
(4)配筋量计算
As3=fc(bi’-b)hi’/fy=10×(400-200)×100/360=555.6mm2
M3=fc(bi’-b)hi’(h0-hi’/2)=10×(400-200)×100×(440-100/2)=7.8×107N·m=78kN·m
As1=fy’As’/fy=360×402/360=402mm2
M1=fy’As’(h0-a’)=360×402×(440-33)=5.89×107N·mm=58.9kN·m
M2=γdM-M1-M3=252-58.9-78=115.1kN·m
ξ=
=0.297
αs=1-
As2=
As=As1+As2+As3=402+555.6+887.3=1844.9mm2
注:
(A)按一类截面计算配筋量时:
ξ=
=0.3524
αs=1-
As=
;
10.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’最为接近以下哪一项?
(A)As=448mm2,As’=1079mm2
(B)As=2489mm2,As’=1079mm2
(C)As=1079mm2,As’=1079mm2
(D)As=2489mm2,As’=448mm2
答案:
(B)
主要解答过程:
《水工混凝土结构设计规范SL/T191-96》条文6.5.3,10.2.4公式6.5.3-1~3,6.5.3-3专业案例,水工结构篇,第二章,第四节
(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
=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
注:
(A)As为最小配筋;
(C)对称配筋;
(D)As’为最小配筋。
11~12.某中型水闸(3级水工建筑物)内有一矩形截面(b×h=200×500mm2)的C25混凝土简支梁,处于露天环境,跨度为l0=4.5m,使用期间承受均布线性荷载,其中永久荷载标准值为gk=17.5kN/m(含自重),可变荷载标准值qk=11.5kN/m,可变荷载标准值的长期组合系数取ρ=0.5。
由承载力计算,截面已配纵向受拉钢筋为2ф14+2ф16,As=710mm2,(c=35mm),接着对裂缝宽度和挠度进行了计算。
11.荷载效应长期组合的长期刚度最接近下面哪一个数?
(A)Bl=1.14×1013N·mm(B)Bl=1.02×1013N·mm
(C)Bl=2.05×1013N·mm(D)Bl=4.52×1013N·mm
答案:
(B)
主要解答过程:
《水工混凝土结构设计规范SL/T191-96》条文6.5.3,10.2.4
公式6.5.3-1~3,6.5.3-3专业案例,水工结构篇,第二章,第五节
Ec=2.55×104N/mm2,不计受压钢筋,As’=0,ρ’=0,θ=2.0,h0=457mm
αE=Es/Ec=20×105/2.55×104=7.843
ρ=
短期刚度Bs=(0.025+0.28αEρ)Ecbh03
=(0.025+0.28×7.843×0.0777)×2.55×104×200×4573
=2.047×1013N·mm
短期组合时的长期刚度:
长期组合时的长期刚度:
Bll=Bs/θ=2.047×1013/2=1.023×1013N·mm
注:
(A)短期组合时的长期刚度
(C)短期刚度
12.梁的短期、长期挠度最接近下面哪一选项?
(A)fs=13.6mm,fl=10.9mm(B)fs=7.6mm,fl=12.1mm
(C)fs=13.6mm,fl=12.1mm(D)fs=13.0mm,fl=11.6mm
答案:
(C)
主要解答过程:
短期挠度:
长期挠度:
注:
(A)长期挠度计算时错用了Bls:
(B)短挠度计算时错用了Bs:
(D)计算误差累计.
13.有一预应力混凝土屋架下弦杆,截面尺寸为b×h=250mm×160mm,轴向设计荷载值N=560kN。
采用C40混凝土,预应力钢筋为冷拉Ⅳ级,配置非预应力钢筋为冷拉Ⅱ级。
采用后张法时,张拉控制应力σcon选用下列哪一项最合适?
(A)700MPa(B)350MPa
(C)590MPa(D)300MPa
答案:
(C)
主要解答过程:
冷拉Ⅳ级钢筋fpyk=700N/mm2,fpy=580N/mm2,
冷拉Ⅱ级钢筋fy=380N/mm2,
后张法时张拉控制应力不宜超过允许值0.85fpyk=0.85×700=595N/mm2
后张法时张拉控制应力也不宜小于0.5fpyk=0.5×700=350N/mm2
通常350N/mm2≤σcom≤595N/mm2,并取较大值。
故σcom为595N/mm2最合适。
(A)σcom=fpyk=700N/mm2>(0.85+0.05)fpyk=0.90×700=630N/mm2,大于规范规定的最大张拉控制应力;
(B)σcom=0.5fpyk=0.5×700=350N/mm2,张拉控制应力过小,不能发挥冷拉Ⅳ级钢筋高强度的作用。
(D)σcom=380=fy,张拉控制应力过小,不能发挥冷拉Ⅳ级钢筋高强度的作用。
14.某粘性土堤防,填筑土的标准最大击实干密度为16.5kN/m3,堤防防护对象的防洪标准为50年,堤高12m,下列哪一个选项的干密度满足规范规定的压实度最低要求?
(A)15.5kN/m3(B)15.0kN/m3
(C)14.9kN/m3(D)15.4kN/m3
答案:
(D)
正确答案:
主要解答过程:
《堤防设计规范》第2.1.1条,防洪标准为50年,2级堤防;第6.2.5条,2级堤防压实度不小于0.92。
(A)0.94
(B)0.91
(C)0.90
(D)0.93
16.某均质土堤防高10m,顶宽10m,迎水坡1:
2.5,背水坡1:
2,堤身土渗透系数为5×10-5cm/s,堤基为5m厚中粗砂,渗透系数为5×10-2cm/s,下面为不透水层。
在下述条件下计算:
上游水位高程为4.0m,下游水位高程为-2.0m,堤底高程为-4.0m,经采取下游压坡工程措施后,堤下游出逸点距堤下游坝脚5.0m,中粗砂层的单宽渗流量最接近哪一个选项?
(A)2.5cm3/s(B)3.6cm3/s
(C)4.8cm3/s(D)3.2cm3/s
答案:
(B)
主要解答过程:
《堤防设计规范》附录E.3透水地基均质土堤渗流计算,公式E.3.1。
H1=8mH2=2mT=5mL=35mm1=2m2=2.5k0=5×10-2cm/s
Q=3.5cm3/s
19~20.某水电工程拦河坝为混凝土重力坝,为1级水工建筑物,最大坝高90m,混凝土工程量85万m3,拦河坝设表孔溢洪道,不设底孔和中孔。
坝址位于“V”型河谷,底宽约50m,覆盖层较薄,坝体建基面为岩石,坝址处天然河道的水文资料:
全年10年一遇洪峰流量为800m3/s,20年一遇洪峰流量为1300m3/s,50年一遇洪峰流量为1800m3/s,100年一遇洪峰流量为2600m3/s。
19.拦河坝施工的施工导流方式,下列选项中哪一项是正确的?
(A)分期围堰导流(B)断流围堰隧洞导流
(C)断流围堰明渠导流(D)涵管导流
答案:
(B)
主要解答过程:
20.设上游围堰最大堰高22.0m,堰顶高程45m。
坝体临时度汛的泄水方式采用导流隧洞加坝体预留缺口联合泄流,缺口高程为45m,缺口宽40m。
根据库容曲线,库水位高程为45m时,库容为0.15亿m3,库水位高程为52m时,库容为0.18亿m3,假定缺口参与泄流后,导流隧洞的泄量为恒定值800m3/s,且不计水库的调蓄作用,为保证缺口两侧坝体在汛期继续干地施工,则缺口两侧坝体高程至少应达到多少?
(注:
缺口泄流满足宽顶堰自由出流条件,流量系数m取0.34,侧收缩系数ε取0.94。
缺口两侧只计0.5m安全加高,不计波浪高,计算结果保留两位小数)。
(A)49.77m(B)56.60m
(C)67.25m(D)47.00m
答案:
(A)
主要解答过程:
上游围堰最大堰高22.0m,库容为0.15亿m3,坝体临时度汛标准应为全年20年一遇洪水,相应洪峰流量1300m3/s。
宽顶堰自由出流,其泄流公式为:
Q=εmB×(2g)1/2×H3/2
导流隧洞的泄量为恒定值800m3/s,则缺口应分担的下泄流量应为1300-800=500m3/s,则公式可为:
500=0.94×0.34×40×(2×9.8)1/2×H3/2,
整理得:
H3/2=8.834m。
H=4.2734m(保留两位小数)
两侧坝体高程=缺口底坎高程+H+超高=45+4.273+0.5=49.77m
21~22.某混凝土重力坝最大底宽75m,横缝间距20m,纵缝间距25m。
坝体稳定温度场计算已完成,坝体基础约束区稳定温度为7°C。
水泥选用大坝水泥,根据水泥品种和用量,水泥水化热引起的温升值为22°C。
拟在秋季浇筑基础部位混凝土,坝址处月平均气温15°C,月平均水温8°C,每m3混凝土材料用量如下:
水—110kg,水泥—208kg,卵石—1712kg,砂—468kg。
21.根据该坝施工总进度计划,连续4个月的月平均高峰浇筑强度为2.0万m3,配备运浇机械时,月不均衡系数取2.0,月工作小时数取500小时,坝体基础块层厚1.5m,采用平层浇筑法,铺层厚度0.5m,混凝土初凝时间132分钟,运输时间(包括装卸运)18分钟,混凝土运输延误系数取0.85,混凝土施工的运浇设备能力应不小于多少?
(A)164m3/h(B)80m3/h
(C)159m3/h(D)155m3/h
答案:
(D)
主要解答过程:
依据《专业案例》P528(8-2-4)公式:
KP(t-t1)≥BLh或P≥BLh/K(t-t1)
式中:
K—混凝土运输延误系数,取0.8-0.85;
P—浇筑仓要求的混凝土运浇能力,m3/h;
t1—混凝土从出机到入仓的时间,h;
t-允许层间间隔时间,h;
B、L—浇筑块的宽度和长度,m;
h—铺层厚度,m。
根据月浇筑强度:
P≥20000×2.0/500,P≥80m3/h;
根据仓面面积:
P≥20×25×0.5/0.8×(2.2-0.3)=164(m3/h)—延误系数取0.8
P≥20×25×0.5/0.85×(2.2-0.3)=155(m3/h)—延误系数取0.85,
由于题中已明确:
“在混凝土运输有充分保证的条件下”,即应选延误系数为0.85。
答案(A)错误,取延误系数0.8不合题意;
答案(B)错误,按月高峰强度不满足混凝土初凝要求;
答案(C)错误,取延误系数0.825不合题意。
22.如水、水泥、骨料的比热分别为4、0.8、0.89kJ(kg·°C),水泥温度30°C,骨料温度取月平均气温,若不计混凝土从拌合机出口到入仓的温度变化,基础允许温差22°C。
在对混凝土原材料不采取任何冷却措施的情况下,拌和温度不满足基础允许温差要求,应采取冷却原材料措施,使拌和温度再降低多少?
(拌和温度:
Tb=ΣCiGiTi/ΣCiGi)
(A)5.8°C(B)7.8°C
(C)9.8°C(D)10°C
答案:
(B)
主要解答过程:
根据《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005)9.2.1和《水利工程施工》教材P171及定义,公式:
Tp=Tb+△t
式中:
Tp—浇筑温度,0C;
Tb—拌和温度,0C;
△t—出机口至入仓温度变化值,0C。
依据公式:
Tb=ΣCiGiTi/ΣciGi式中:
Tb—拌和温度;0C;
i—材料编号;
Ci—材料比热,KJ/(kg·0C);
Gi—每m3混凝土材料i的用量,kg/m3;
Ti—拌和混凝土时材料i的温度,用月平均气温。
计算:
Tb=ΣCiGiTi/ΣciGi
0.8×208×30+0.89×468×15+0.89×1712×15+4×110×8
=
0.8×208+0.89×468+0.89×1712+4×110
=14.77=14.8(0C)
则:
Tp=Tb+0Tp=14.8(0C)
混凝土温差为浇筑温度+水泥水化热温度-稳定温度,即:
14.8+22-7=29.8(0C)
允许温差为220C,故应再降低拌和温度7.8(29.8-22)(0C)。
答案(A)错误,计入了出机口到入仓的温度降低值;
答案(C)错误,计入了出机口到入仓的温度升高值;
答案(D)错误,无依据。
23.某土坝某高程施工作业面面积为40000m2,计划在此高程上连续碾压三层土料,每层铺土厚度为0.45m每日两班工作制。
采用流水作业法施工,施工组织设计的工段数大于流水作业工序数,碾压机械为8t拖式振动碾,碾磙宽度2.2m碾压速度3km/h,碾压8遍,进退错距法碾压。
如完成此项施工任务的工期限为2天,采用公式法计算,时间利用系数取0.8,搭接宽度取0.2m,则需同型号的振动碾至少为多少台?
(A)9台(B)6台
(C)7台(D)8台
答案:
(C)
主要解答过程:
根据《水利施工教材》P112和《施工组织设计手册》2册P1002的公式:
P=V(B-C)h/n×KB
式中:
P—碾压机械生产率,m3/h;
B—碾磙宽度,m;
n—碾压遍数;
V—碾速,m/h;
C—碾压带搭接宽度,m;
h—铺土厚度,m;
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