第九节　隧洞的水力计算

单项选择题（每题的备选项中只有一个最符合题意）

1应用渗流模型时，下列哪项模型值可以与实际值不相等？（　　）[2017年真题]

A．流速值

B．压强值

C．流量值

D．流动阻力值

【答案】A

【考点】渗流理论简化模型

【解析】渗流简化模型：设想渗流区内的全部土粒骨架不存在，整个渗流区内是被水充满的连续流动。使用该模型需保证渗流量、水头损失、渗透压力和渗流区边界条件与实际渗流完全一样。渗流模型中有：μ＝ΔQ/ΔA。其中，ΔA是渗流模型假设的过水断面面积。因为ΔA内有一部分面积为颗粒所占据，所以真正的过水断面面积ΔA′要比ΔA小，从而实际渗流的真实流速u′要比u大。

2对于圆形断面隧洞判别无压流的条件是（　　）（式中：H为上游水头，a为矩形断面的高度，D为圆形断面的直径）。

A．

B．

C．

D．

【答案】C

【解析】隧洞进口水面跌落的程度与隧洞进口的形式、隧洞断面的形状和上游水头有关。而从无压流到半有压流的界限又取决于进口跌落水面的高程是否等于洞顶高程。对于工程上一般采用的喇叭形进口的隧洞，由试验得出其判别界限为：①洞断面为矩形或接近矩形时，H/a＜1.15，为无压流；②洞断面为圆形或接近圆形时，H/D＜1.10，为无压流。式中，H为上游水头，a为矩形断面的高度，D为圆形断面的直径。

3无压隧洞中的“长洞”“短洞”分别指的是（　　）。

A．洞长超过200m，洞长不大于200m

B．洞长超过100m，洞长不大于100m

C．洞长影响过流能力，洞长不影响过流能力

D．根据水流在洞内的时间确定

【答案】C

【解析】水力学中把洞长不影响过水能力的隧洞称为“短洞”，洞长影响过水能力的隧洞称为“长洞”。由试验得知，当隧洞底坡较小时，“长洞”和“短洞”的界限大致为l_K＝（16～36）mH。式中，H为隧洞的上游水头；m为隧洞进口的流量系数，一般取m＝0.32～0.36。将m值代入式中可得l_K＝（5～12）H。若洞长l＞l_K为“长洞”，反之为“短洞”。

4对矩形断面隧洞判别无压流的条件是（　　）（式中：H为上游水头，a为矩形断面的高度，D为圆形断面的直径）。

A．

B．

C．

D．

【答案】B

【解析】隧洞进口水面跌落的程度与隧洞进口的形式、隧洞断面的形状和上游水头有关。而从无压流到半有压流的界限又取决于进口跌落水面的高程是否等于洞顶高程。对于工程上一般采用的喇叭形进口的隧洞，由试验得出其判别界限为：①洞断面为矩形或接近矩形时，H/a＜1.15，为无压流；②洞断面为圆形或接近圆形时，H/D＜1.10，为无压流。式中，H为上游水头，a为矩形断面的高度，D为圆形断面的直径。

5隧洞的水流状态随着上游水位从低到高，呈现出（　　）。

A．无压流—有压流—半有压流

B．无压流—半有压流—有压流

C．有压流—半有压流—无压流

D．半有压流—有压流—无压流

【答案】B

【解析】随着上游水位的上升，隧洞的水流状态出现三种状态：①当上游水位较低时，水流并没有充满整个隧洞，水流有自由水面，此时洞内水流特性与明渠水流一样，是无压流。②上游水位升高，洞内的水面也随着上升，当上游水位升高到一定高度时，这时隧洞的前段已充满水，而后段仍是无压流，这种水流状态称为半有压流。③当上游水位继续上升到一定高度时，水流将充满整个隧洞，没有自由水面，这种水流状态称为有压流。

6对于圆形隧洞判别有压流（全部为有压流）的条件是（　　）。

A．

B．

C．

D．

【答案】C

【解析】在实际工程中，有压隧洞一般采用圆形断面，判别条件的参考数据可取为：当H/D＞1.5时，隧洞为有压流。式中H为上游水头，D为圆形断面的直径。按照隧洞的水流状态条件，我们把隧洞分为有压隧洞和无压隧洞两种，即当洞内水流为有压流时，称该隧洞为有压隧洞；当洞内水流为无压流时，称该隧洞为无压隧洞。

7在有压隧洞自由出流计算式

中，出口断面势能h_p与出口洞径D的关系是（　　）。

A．h_p＞D

B．h_p＝D

C．h_p＝βD（β＜1.0为势能修正系数）

D．h_p≥D

【答案】C

【解析】在自由出流的情况下，隧洞出口处水流扩散，水面下跌，这时由于流线弯曲，隧洞出口断面上的压强按曲线分布，所以出口断面的势能h_p不等于洞径D，而是h_p＝βD，其中，势能修正系数β决定于出口扩散段的形式，其数值由试验确定。

8无压隧洞中的“短洞”过流能力按______流量公式计算；“长洞”过流能力按______流量公式计算；陡坡长隧洞过流能力按______流量公式计算。下列选项中正确的是（　　）。

A．实用堰流，明渠均匀流，孔口出流

B．宽顶堰流，明渠均匀流，宽顶堰流

C．实用堰流，明渠非均匀流，宽顶堰流

D．宽顶堰流，明渠均匀流，孔口出流

【答案】B

【解析】在陡坡隧洞和“短洞”这两种情况下，隧洞的过水能力不受洞长的影响，进口水流为宽顶堰自由出流型式，因而可用宽顶堰流量公式计算。一般的导流隧洞、渠道输水隧洞等，多为“长洞”。工程上为了便于计算，采用均匀流公式估算“长洞”的过水能力。