第九節　隧洞的水力計算

單項選擇題（每題的備選項中只有一個最符合題意）

1應用滲流模型時，下列哪項模型值可以與實際值不相等？（　?。?span id="kcezmkc" class="ZhenTiTag">[2017年真題]

A．流速值

B．壓強值

C．流量值

D．流動阻力值

【答案】A

【考點】滲流理論簡化模型

【解析】滲流簡化模型：設想滲流區內的全部土粒骨架不存在，整個滲流區內是被水充滿的連續流動。使用該模型需保證滲流量、水頭損失、滲透壓力和滲流區邊界條件與實際滲流完全一樣。滲流模型中有：μ＝ΔQ/ΔA。其中，ΔA是滲流模型假設的過水斷面面積。因為ΔA內有一部分面積為顆粒所占據，所以真正的過水斷面面積ΔA′要比ΔA小，從而實際滲流的真實流速u′要比u大。

2對于圓形斷面隧洞判別無壓流的條件是（　?。ㄊ街校篐為上游水頭，a為矩形斷面的高度，D為圓形斷面的直徑）。

A．

B．

C．

D．

【答案】C

【解析】隧洞進口水面跌落的程度與隧洞進口的形式、隧洞斷面的形狀和上游水頭有關。而從無壓流到半有壓流的界限又取決于進口跌落水面的高程是否等于洞頂高程。對于工程上一般采用的喇叭形進口的隧洞，由試驗得出其判別界限為：①洞斷面為矩形或接近矩形時，H/a＜1.15，為無壓流；②洞斷面為圓形或接近圓形時，H/D＜1.10，為無壓流。式中，H為上游水頭，a為矩形斷面的高度，D為圓形斷面的直徑。

3無壓隧洞中的“長洞”“短洞”分別指的是（　　）。

A．洞長超過200m，洞長不大于200m

B．洞長超過100m，洞長不大于100m

C．洞長影響過流能力，洞長不影響過流能力

D．根據水流在洞內的時間確定

【答案】C

【解析】水力學中把洞長不影響過水能力的隧洞稱為“短洞”，洞長影響過水能力的隧洞稱為“長洞”。由試驗得知，當隧洞底坡較小時，“長洞”和“短洞”的界限大致為l_K＝（16～36）mH。式中，H為隧洞的上游水頭；m為隧洞進口的流量系數，一般取m＝0.32～0.36。將m值代入式中可得l_K＝（5～12）H。若洞長l＞l_K為“長洞”，反之為“短洞”。

4對矩形斷面隧洞判別無壓流的條件是（　?。ㄊ街校篐為上游水頭，a為矩形斷面的高度，D為圓形斷面的直徑）。

A．

B．

C．

D．

【答案】B

【解析】隧洞進口水面跌落的程度與隧洞進口的形式、隧洞斷面的形狀和上游水頭有關。而從無壓流到半有壓流的界限又取決于進口跌落水面的高程是否等于洞頂高程。對于工程上一般采用的喇叭形進口的隧洞，由試驗得出其判別界限為：①洞斷面為矩形或接近矩形時，H/a＜1.15，為無壓流；②洞斷面為圓形或接近圓形時，H/D＜1.10，為無壓流。式中，H為上游水頭，a為矩形斷面的高度，D為圓形斷面的直徑。

5隧洞的水流狀態隨著上游水位從低到高，呈現出（　?。?/p>

A．無壓流—有壓流—半有壓流

B．無壓流—半有壓流—有壓流

C．有壓流—半有壓流—無壓流

D．半有壓流—有壓流—無壓流

【答案】B

【解析】隨著上游水位的上升，隧洞的水流狀態出現三種狀態：①當上游水位較低時，水流并沒有充滿整個隧洞，水流有自由水面，此時洞內水流特性與明渠水流一樣，是無壓流。②上游水位升高，洞內的水面也隨著上升，當上游水位升高到一定高度時，這時隧洞的前段已充滿水，而后段仍是無壓流，這種水流狀態稱為半有壓流。③當上游水位繼續上升到一定高度時，水流將充滿整個隧洞，沒有自由水面，這種水流狀態稱為有壓流。

6對于圓形隧洞判別有壓流（全部為有壓流）的條件是（　　）。

A．

B．

C．

D．

【答案】C

【解析】在實際工程中，有壓隧洞一般采用圓形斷面，判別條件的參考數據可取為：當H/D＞1.5時，隧洞為有壓流。式中H為上游水頭，D為圓形斷面的直徑。按照隧洞的水流狀態條件，我們把隧洞分為有壓隧洞和無壓隧洞兩種，即當洞內水流為有壓流時，稱該隧洞為有壓隧洞；當洞內水流為無壓流時，稱該隧洞為無壓隧洞。

7在有壓隧洞自由出流計算式

中，出口斷面勢能h_p與出口洞徑D的關系是（　　）。

A．h_p＞D

B．h_p＝D

C．h_p＝βD（β＜1.0為勢能修正系數）

D．h_p≥D

【答案】C

【解析】在自由出流的情況下，隧洞出口處水流擴散，水面下跌，這時由于流線彎曲，隧洞出口斷面上的壓強按曲線分布，所以出口斷面的勢能h_p不等于洞徑D，而是h_p＝βD，其中，勢能修正系數β決定于出口擴散段的形式，其數值由試驗確定。

8無壓隧洞中的“短洞”過流能力按______流量公式計算；“長洞”過流能力按______流量公式計算；陡坡長隧洞過流能力按______流量公式計算。下列選項中正確的是（　?。?。

A．實用堰流，明渠均勻流，孔口出流

B．寬頂堰流，明渠均勻流，寬頂堰流

C．實用堰流，明渠非均勻流，寬頂堰流

D．寬頂堰流，明渠均勻流，孔口出流

【答案】B

【解析】在陡坡隧洞和“短洞”這兩種情況下，隧洞的過水能力不受洞長的影響，進口水流為寬頂堰自由出流型式，因而可用寬頂堰流量公式計算。一般的導流隧洞、渠道輸水隧洞等，多為“長洞”。工程上為了便于計算，采用均勻流公式估算“長洞”的過水能力。