空调工程课后习题答案_范文大全

空调工程课后习题答案

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【优秀范文】空调工程课后习题答案

范文一:《基础工程》课后习题答案 投稿:曾篲篳

基础工程课后习课后答案

2-1 某建筑物场地地表以下土层依次为: (1)中砂,厚 2.0m,潜水面在地表以下 1m 处, 饱和重度错误!未找到引用源。 ; (2)粘土隔离层,厚 2.0m,重度错误!未找到引用源。 ; (3)粗砂,含承压水,承压水位高出地表 2.0m(取错误!未找到引用源。 ) 。问地基开挖深 达 1m 时,坑底有无隆起的危险? 若基础埋深错误!未找到引用源。 ,施工时除将中砂层 内地下水位降到坑底外,还须设法将粗砂层中的承压水位降几米才行? 【解】 (1)地基开挖深 1m 时 持力层为中砂层

承压含水层顶面以上土的总覆盖压力:20×1+19×2=58kPa 承压含水层顶部净水压力:10×(2+2+2)=60kPa 因为 58

2-2

某条形基础底宽 b=1.8m,埋深 d=1.2m,地基土为粘土,内摩擦角标准值 错误!未找

到引用源。=20°,粘聚力标准值 错误!未找到引用源。=12kPa,地下水位与基底平齐,土 的有效重度 错误!未找到引用源。 ,基底以上土的重度错误!未找到引用源。 。试确定地基 承载力特征值 f a 。 【解】 根据题给条件可以采用规范推荐理论公式来确定地基的承载力特征值。

由错误!未找到引用源。=20°查表 2-3,得错误!未找到引用源。因基底与地下水位平齐, 故错误!未找到引用源。取有效重度错误!未找到引用源。,故:地基承载力特征值

f a  M b b  M d  m d  M c c k  0.51 10  1.8  3.06  18.3  1.2  5.66  12  144.29kPa

1

2-3

某基础宽度为 2m,埋深为 1m。地基土为中砂,其重度为 18kN/m³,标准贯入试验锤

击数 N=21,试确定地基承载力特征值 f a 。 【解】 由题目知,地基持力层为中砂,根据标贯锤击数 N=21 查表 2-5,得:

f ak  250 

21  15 (340  250 )  286 kPa 30  15

因为埋深大于 d=1m>0.5m,故还需对 f k 进行修正。查表 2-5,得承载力修正系数 b  3.0 ,

 d  4.4 ,代入公式(2-14)得修正后的地基承载力特征值为:

f k  f ak   b  (b  3)   d  m (d  0.5)  286  3.0  18  (3  3)  4.4  18  (1  0.5)  325.6kPa

2-4 某承重墙厚 240mm,作用于地面标高处的荷载 Fk  180kN m ,拟采用砖基础,埋深为

1.2m。地基土为粉质粘土,   18 kN m 3 , e0  0.9 , f ak  170kPa 。试确定砖基础的底面宽 度,并按二皮一收砌法画出基础剖面示意图。 【解】 因为基础埋深 d=1.2m>0.5m 故需先进行地

基承载力深度修正,持力层为粉质粘

土,查表 2-5 得

 d  1.0 ,得修正后的地基承载力为:

f a  f ak  d  m (d  0.5)  170 1.0 18 1.2  0.5  182.6kPa

此基础为墙下条形基础,代入式 2-20 得条形基础宽度:

b

Fk 180   1.13 m f a   G d 182.6  20  1.2

1200  240 8 2  60

为符合砖的模数取 b=1.2m,砖基础所需的台阶数为:

n

所以按二皮一收砌法的基础截面如图所示:

2-5

某柱基承受的轴心荷载 Fk  1.05MN ,基础埋深为 1m,地基土为中砂,  18 kN m 3 ,

f ak  280kPa 。试确定该基础的底面边长。

【解】

因为基础埋深 d=1.0m>0.5m 故需先进行地基承载力深度修正,持力层为中砂,查

2

表 2-5 得

 d  4.4 ,得修正后的地基承载力为:

f a  f ak   d  m (d  0.5)  280 4.4 18 1  0.5  319.6kPa

柱下独立基础代入公式 2-19,基础底面边长:

b

Fk 1050   1.87 m fa   Gd 319.6  20  1

取基底边长为 1.9m。

2-6

某承重砖墙厚 240mm, 传至条形基础顶面处的轴心荷载 Fk  150kN m 。 该处土层自地

表起依次分布如下:第一层为粉质粘土,厚度 2.2m,  17kN m3 , e0  0.91, f ak  130kPa ,

Es1  8.1MPa ;第二层为淤泥质土,厚度 1.6m, f ak  65kPa , E s 2  2.6MPa;第三层为中密

中砂。地下水位在淤泥质土顶面处。建筑物对基础埋深没有特殊要求,且不必考虑土的冻胀 问题。 (1)试确定基础的底面宽度(须进行软弱下卧层验算) ; (2)设计基础截面并配筋(可 近似取荷载效应基本组合的设计值为标准组合值的 1.35 倍) 。 【解】 (1)确定地基持力层及基础埋深

考虑到第二层不宜作为持力层并结合“宽基浅埋”的设计原则,确定第一层粉质粘土作为持 力层,其下第二层为软弱下卧层,故可按最小埋深条件确定基础埋深 d=0.5m。 。 (2)初步确定基础底面尺寸 因为 d=0.5m 故不需要进行地基承载力特征值埋深修正,即:

f a  f ak =130kPa。

砖下条形基础代入公式 2-20 得基础宽度

b

Fk 150   1.25m f a   G d 130  20  0.5

取 b =1.3m

 CZ  17  2.2  37.4kPa

 由 Es1 Es 2  8.1 2.6  3.1, z  2.2  0.5  1.7 m  0.5 b ,查表 2-7 得   23 。

pk 

Fk 150   Gd   20  0.5  125.4kPa b 1.3

3

下卧层顶面处的附加应力为:

Z 

b p k   cd  1.3  125.4  17  0.5   55.4kPa b  2 z tan 1.3  2  1.7  tan 23

f az  f ak   d  m (d  z  0.5)  65  1.0 17  2.2  0.5  93.9kPa

 Z   CZ  55.4  37.4  92.8kPa  f az  93.9kPa

(可以)

(4)基础设计 依题意采用钢筋混凝土条形基础。采用 C20 混凝土, f t  1.10 N mm2 ,钢筋用 HPB235 级, f y  210N mm 。 基础埋深为 0.5m

2

荷载设计值 F  1.35Fk  1.35150  202.5kN 基底净反力 p j 

F 202 .5   155 .8kPa b 1.3

基础边缘至砖墙计算截面的距离

b1 

1  1.3  0.24   0.53 m 2

基础有效高度

h0 

p j b1 0.7 f t

155.8  0.53  0.107m  107mm 0.7  1100

取基础高度 h  250 mm, h0  250 40  5  205mm(  107 mm) 。

M 

1 1 2 p j b1   155 .8  0.53 2  21.9kN  m 2 2

As 

M 21.9  106   565mm2 0.9 f y h0 0.9  210 205

配钢筋 12@ 200, As  565mm2 ,垫层用 C10 混凝土。

2-7

一 钢 筋 混 凝 土 内 柱 截 面 尺 寸 为 300mm × 300mm , 作 用 在 基 础 顶 面 的 轴 心 荷 载

Fk  400kN 。自地表起的土层情况为:素填土,松散,厚度 1.0m,   16.4 kN m3 ;细砂,

厚度 2.6m,   18kN m3 ,  sat  20kN m3 ,标准贯入试验锤击数 N=10;粘土,硬塑,厚 度较大。地下水位在地表下 1.6m 处。试确定扩展基础的底面尺寸并设计基础截面及配筋。

【解】

(1)确定地基持力层

根据承载力条件,及最小埋深的限制,综合“宽基浅埋”的设计原则,选择细沙层作为持力

4

层(素填土层厚度太小,且承载力低;硬塑粘土层埋深太大不宜作持力层) (2)确定基础埋深及地基承载力特征值 根据基础尽量浅埋的原则,并尽量避开潜水层,可取埋深 d =1.0m。查表 2-5,得细砂的

 d =3.0,地基承载力特征值为:

f a  f ak   d  m (d  0.5)  140 3.0 16.4  1.0  0.5  164.6kPa

(3)确定基础底面尺寸

bl 

Fk 400   1.66 m fa   Gd 164.6  20  1.0

取 b  l  1.7 m。 (4)计算基底净反力设计值

pj 

F 1.35  400   186 .9kPa 1 .7  1 .7 b2

(5)确定基础高度 采用 C20 混凝土, f t  1.10 N mm2 ,钢筋用 HPB235 级, f y  210N mm 。取基础高

2

度 h  400 mm, 因 bc  2h0  0.3  2  0.355  1.01m

2  l a c   b bc   p j    h0 b     h0   2 2   2 2      2  1.7 0.3   1.7 0.3    186.9     0.355  1.7     0.355  2 2   2    2  

 87.4kN

0.7 h p f t bc  h0 h0  0.7  1.0  1100 0.3  0.355  0.355  179.0kN  87.4kN

(可以) (6)确定底板配筋。本基础为方形基础,故可取

M   M   1 24 p j 1  ac 2b  bc

2

1 2  186.9  1.7  0.3  2  1.7  0.3 24  56.5kN  m 

5

As  As  

M 56.5  106   842mm2 0.9 f y h0 0.9  210 355

配钢筋 11 10 双向, As  863.5mm2  842mm2 。

2-8

同上题,但基础底面形心处还作用有弯矩 M k  110kN  m 。取基底长宽比为 1.5,试确

定基础底面尺寸并设计基础截面及配筋。 【解】 可取基础埋深为 1.0m,由上题知地基承载力特征值 f a  164 .6kPa 。 (1)确定基础底面尺寸 考虑到荷载偏心作用,可将轴心荷载下所得到的基底面积之增大 30%得初选基底面积:

A  1.3

Fk 1.3  400   3.6m 2 f a   G d 164.6  20  1.0

取边长比 n=1.5 得基础宽度:

b

A 3.6   1.55m,取 b  1.6 m。 n 1.5

l  nb  1.5  1.6  2.4 m

Fk  Gk  400 201.6  2.4 1  476.8kN

验算偏心距:

e

Mk 110 l   0.231 m   0.4m (可以) Fk  Gk 476.8 6

Fk  Gk  6e  1   A  l  476.8  6  0.231   1   1.6  2.4  2.4   195.9kPa  1.2 f a  1.2  164.6  197.5kPa p k max 

(可以) (2)计算基底净反力设计值

F 1.35  400   140 .6kPa A 1.6  2.4 F 6 M 1.35  400 6  1.35  110 p j max   2    237 .3kPa bl bl 1.6  2.4 1.6  2.4 2 pj 

6

p j min 

F 6M 1.35  400 6  1.35  110     43.9kPa bl bl 2 1.6  2.4 1.6  2.4 2

平行于基础短边的柱边Ⅰ-Ⅰ截面的净反力:

p j  p j min 

l  ac  p j max  p j min   43.9  2.4  0.3  237.3  43.9  152.7kPa 2l 2  2.4

(3)确定基础高度 采用 C20 混凝土, f t  1.10 N mm2 ,钢筋用 HPB235 级, f y  210N mm 。取基础高

2

度 h  500 mm, h0  500 45  455mm。 因 bc  2h0  0.3  2  0.455  1.21m  b  1.6m , 故按式 (2-57) 作冲切验算如下 (以 p j max 取代式中的 p j ) :

2  l a c   b bc   p j max    h0 b     h0   2 2   2 2      2  2.4 0.3   1.6 0.3    237.3     0.455  1.6     0.455  2 2   2    2  

 216.9kN

0.7 h p f t bc  h0 h0  0.7  1.0  1100 0.3  0.455  0.455  264.5kN  216.9kN

(可以) (4)确定底板配筋 对柱边Ⅰ-Ⅰ截面,按式(2-65)计算弯矩:

M  

1  p j max  p j 2b  bc    p j max  p j b l  ac 2 48

1 2  237.3  152.7   2  1.6  0.3  237.3  152.7   1.6 2.4  0.3 48  137.8kN  m

ASI 

MI 137.8  106   1602 mm2 0.9 f y h0 0.9  210 455

配钢筋 1512 , As  1695 mm2  1602 mm2 ,平行于基底长边布置。

M 

1 1 2 2 p j b  bc  2l  a c    140 .6  1.6  0.3 2  2.4  0.3  50.5kN

 m 24 24

7

AS  

M 50.5  106   587mm2 0.9 f y h0 0.9  210 0.455

按构造要求配筋 13 10 , As  1021 mm2  587mm2 ,平行于基底短边布置。 如图所示 3-4 以倒梁法计算例题 3-1 中的条形基础内力。 (1)用弯矩分配法计算肋梁弯矩

【解】

沿基础纵向的地基净反力为:

bp j 

边跨固端弯矩为:

 F  6.4  10

l 17

3

 376.5KN / m

M 21 

中跨固端弯矩为:

1 1 2 bp j l1   376 .5  4.5 2  635 .3KN  m 12 12 1 1 2 bp j l 2   376 .5  6 2  1129 .5KN  m 12 12 1 1 2 bp j l 0   376 .5  12  188 .2 KN  m 2 2

M 23 

1 截面(左边)伸出端弯矩:

M l1 

节点 分配系数 固端弯矩 分配结果(kN·m)

1 0 188.2 188.2 1.0 -635.3 -238.2 0.5 635.3 1011

2 0.5 0.5

3 0.5 1.0

4 0 -188.2 -188.2

-1129.5 1129.5 -1011 1011

-635.3 660.3 1011 238.2

(2)肋梁剪力计算 1 截面左边的剪力为:

V l 1  bp j l0  376.5 1.0  376.5KN

计算 1 截面的支座反力

R1 

1 1 1 1   2 2 bp j l0  l1   M ' 2  M 1   .9KN  376.5  5.5  1011 50  1051  l1  2  4.5  2 

8

1 截面右边的剪力:

V r 1  bp j l 0  R1  376.5  1051 .9  675.4 KN R ' 2  bp j l 0  l1   R1  376.5  5.5  1051 .9  1018 .8kN

取 23 段作为脱离体:

R '' 2 

1 l2

11 1  2 ' '  2 .5KN  bp j l 2  M 2  M 3     376.5  6  1011 1011   1162 2  62 

R2  R ' 2  R '' 2  1018 .8  1162.5  2181.3KN V l 2  R ' 2  1018 .8KN V r 2   R '' 2  1162 .5KN

按跨中剪力为;零的条件来求跨中最大负弯矩:

bp j  R1  376.5 x  1043 .8 x  1043 .8 / 376.5  2.8m 1 1 所以M1max  bp j x 2  R1  1.8   376.5  2.8 2  1011 1.8  344.0 KN  m 2 2

23 段对称,最大负弯矩在中间截面:

1 1 2 M 2 max   bp j l 2  M 2    376 .5  6 2  1011  683 .2 KN  m 8 8

由以上的计算结果可作出条形基础的弯矩图和剪力图 683.2 344 344

188.2 238.2

188.2 238.2 弯矩图 M(kN·m)

1011

1011

1018.8 376.5

1162.5 675.4

9

剪力图 V(kN) 376.5 675.4 1162.5 1018.8

补充题:设一箱形基础置于粘性土( f k  300kPa )地基上,其横剖面上部结构及上部结构 荷重如图,上部结构总重为 48480KN,箱形基础自重为 18000KN,箱形基础及设备层采用 C20 混凝土,上部结构梁、柱采用 C30 混凝土,框架柱 0.5m×0.5m,框架梁 0.25m×0.60m, 求矩形基础纵向跨中的整体弯矩。 【解】 矩为: (1)箱型基础内力计算,按纵向整体弯曲计算,由静力平衡条件计算跨中最大弯

M max  1281 .46  6  21  972.61 6  15  900.59  6  9  885.35  6  3  3030 24  6060 18  6060 12  6060 6  22690 kN / m

2)计算箱型基础刚度 EF I F 箱型基础横截面惯性矩 I F 

1  12.5  3.553  (12.5  0.8)  2.773   26.3260m4   12

箱基刚度 EF I F  26.3260EF (3)上层结构折算刚度 EB I B 纵向连续钢筋混凝土墙的截面惯性矩 I w  2  各层上下柱的截面惯性矩 I ui  I li  3  各层纵梁的截面惯性矩 I bi  3 

1  0.3  2.23  0.5324m 4 12

1  0.5  0.53  0.0156m 4 12

1  0.3  0.53  0.0094m 4 12 0.0156  0.0056 各层上下柱、纵梁的线刚度 K ui  K li  2.8

上部结构折算刚度

K bi 

0.0094  0.0016 6

n   Kui  Kli EB I B    Eb I bi (1  m 2 )   Ew I w 2 Kbi  Kui  Kli 1   0.0056  0.0056 48    7  Eb  0.0094  1   ( )2  6   2  0.0016  0.0056  0.0056

0.0056 48    Eb  0.0094  1   ( ) 2   Eb  0.5324 6   2  0.0016  0.0056  4.2658Eb

10

(4)箱型基础所承担的整体弯矩 M F (取 EF  Eb )

MF  M

EF I F 26.3260 EF  22690   19526kN  m EF I F  EB I B 26.3260EF  4.2658Eb

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范文二:工程爆破课后习题答案 投稿:唐昌昍

1、化学爆炸三要素是什么?为什么要同时具备?

答:(1)放热反应(2).反应速度极快(3)反应生成大量气体。原因:炸药爆炸释放的热量是做功的根源,仅有反应过程大量发热的条件,还不足以形成爆炸,必须还要化学反应速度快,才能产生爆炸;炸药的内能借助气体的膨胀迅速转化为对外界做机械功。如果反应时没有大量气体产生,那么,即使这种反应的放热量很大,反应速度很快,也不会形成爆炸

2、起爆和传爆是一回事吗?为什么?

答:不是;起爆是指炸药在外界能量的作用下发生爆炸反应的过程;传爆是指炸药由起爆开始到所有装药全部爆炸终了的整个过程。

3、影响炸药稳定传播的因素有哪些,为什么?

答: 1)药卷的直径:原因在于侧向扩散作用对化学反应区结构的影响;2)炸药密度:对于单质猛性炸药,药卷直径一定时,爆速随密度的增大而增大;对于混合炸药,起初爆速随密度增加而增加,到某一范围,随密度增加而下降;3)径向间隙效应:径向间隙会影响爆轰波传播的稳定性,甚至可能出现爆轰中断或爆轰转变为燃烧的现象。4)起爆能的大小:起爆能不足可能会造成不稳定爆炸,甚至爆速急剧衰减直至爆炸中断。

4、如何测定炸药爆速,原理是什么?

答:计时器测定法,原理是利用炸药爆炸是对探针的影响,使探针能在其周围炸药爆炸时产生脉冲电流,用专门的电路进行计时,可得出炸药再传爆过程中经过相距L的炸药所需时间t,就可求出爆速,v=L/t

5、何为殉爆距离,它有何意义?

答:主发药包爆炸时一定引爆被发药包的两药包间的最大距离。工程意义:a. 生产/贮存/运输过程中必须防止炸药发生殉爆;确定炸药生产工作间或库房的安全距离;b. 工程爆破中可以提高炸药起爆和传爆的可靠性;c. 在爆破工程中保证同一炮眼/药室内的炸药完全殉爆,以防止产生半爆,降低爆破效率。

6、炸药的猛度和暴力有何区别和联系?

答:猛度指炸药爆炸时对爆破对象的冲击、破碎能力,用它表征炸药的做功功率、爆破产生应力波和冲击波的强度。爆力指炸药爆炸能量对外界做功的能力。联系:都是衡量炸药爆炸作用性能的重要指标。

7、聚能效应是如何产生的,在工程爆破中如何利用这种效应?

答:炸药爆炸后,起爆炸产物在高温高压下基本是沿炸药表面的法线方向向外飞散的。而带凹槽的装药在引爆后,在凹槽轴线上会出现一股汇聚的、速度和压强都很高的爆炸产物流,在一定的范围内使炸药爆炸释放出来的化学能集中起来,产生聚能效应。 利用:a、提高雷管局部起爆能力b、聚能药包,破碎大块的效果十分明显c、提高殉爆距离d、制成专门聚能药包处理残炮e军事的应用、穿甲弹

8、工业炸药有什么特点?

答:工业炸药特点:1)所含能量高度集中;2)包含了爆炸反应所需的元素或基团;

3)具有相对稳定的物质结构,4)成本低廉、制作简单、使用方便

9、工业炸药分为几类,各有什么特点?

答:1)按使用用途分类:起爆药,特点是容易激发而产生爆轰,反应速度极快;猛性炸药,特点是敏感度较低,爆炸威力大,爆炸性能好;发射药,特点是对火焰极敏感,但爆炸威力弱。2)按使用场合分类:煤矿许用炸药,特点是允许在有瓦斯和(或)煤尘爆炸危险的煤矿井下工作面或工作地点使用;岩石炸药,特点是有毒有害气体的生产量受到严格的限制和规定;露天炸药,特点是爆炸生成物中有毒有害气体含量相对较大;特种炸药,特点是适用于特种场合爆破。3)按主要成分分类:硝铵类炸药,特点是易于制造且成本低廉;硝化甘油类炸药,特点是感度高危险性高;芳香族硝基化合物类炸药,特点是威力强而又相当安全,有毒。

10、常用炸药的主要成分是什么,各有什么作用?

答: 1)氧化剂,提供爆炸反应时所需的氧元素;2)还原剂,与氧化和,进行剧烈的燃烧反应;3)敏化剂,增加炸药的敏感度,改善爆炸性能;4)加强剂,提高炸药威力;5)其他成分,为满足不同使用要求而加的附加成分

11、绘图说明火雷管、电雷管(瞬发、秒延时和毫秒延时电雷管、)和非电延时爆管和无起爆药雷管(火雷管、电雷管、非电雷管)的构造及作用原理

。答:1)火雷管(管壳、加强药、起爆药、加强冒、聚能穴)作用原理:通过导火索燃烧后喷出的火焰引爆起爆药,从而引爆雷管。2)电雷管作用原理:电流经脚线输送通过桥丝,由电阻产生热能点燃引火药头或起爆药,一旦引燃后,即使电流中断,也能使起爆药和加强药爆炸。3)非电延时爆管作用原理:通过导爆管击发所产生的冲击波引爆起爆药和加强药。4)无起爆药雷管起爆原理是猛性炸药在有约束(密闭)的条件下燃烧时,由于所释放的热量不易散发而得到叠加和加强,使温度和压力快速上升,迅速发生爆炸反应,即由燃烧转变为爆轰。

12、何为延时雷管的段别,一般如何识别?

答:段别:雷管的爆破延时长度,一般毫秒数越大,段别越高。

13、常见的起爆方法有哪些?试述其所用材料、起爆原理、优缺点和适用条件。 答:一、非电起爆法;

1)导火索起爆法。所使用的主要材料是导火索、火雷管和点火材料。此方法的起爆原理是:用点火材料点燃导火索,利用导火索燃烧产生的火焰引爆火雷管,再由火雷管的爆炸能引起炸药爆炸。优点是操作简单,容易掌握,机动灵活,成本低廉。缺点是,在爆破工作面点火,安全性差;无法在起爆前用仪表检查起爆准备工作的质量,不能精确的控制起爆的时间;导火索燃烧时,工作面存在毒气体。适用条件:井巷掘进爆破、采场浅孔崩矿、二次破碎和小规模零星爆破作业。

2)导爆索起爆法,所使用的主要材料是导爆索、药包、胶布。原理是利用导爆索爆炸时产生的能量去引爆炸药的起爆方法。导爆索使用方便,安全性好,但成本相对较高。在某些特殊爆破条件下,如工作面有杂电和雷电危害时,不能使用电力起爆,可使用导爆索起爆法。此外,由于价格昂贵,一般只有在重要爆破工程中采用。

3)导爆管起爆法,主要器材:塑料导爆管、击发元件、传爆元件、连接元件、起爆元件等。概念:导爆管被激发后传播爆轰波引发雷管,再引爆炸药的方法。2)原理:主导管被击发产生冲击波,引爆传爆雷管,再击发支导爆管产生冲击波,最后引爆起导爆雷管,起爆炮孔内的装药。3)优缺点:优点,操作简单;使用安全、准确、可靠;能抗杂散电流。静电和雷电;导爆管运输安全。缺点。不能用仪表检测网路连接质量;爆炸时产生冲击波,不适用有瓦斯或矿尘爆炸危险的地方,如地下煤矿等。4)连接方式:簇联法,串联法,并联法,复式起爆法。5)一般运用:适合各种爆炸场合,但不适合地下煤矿等有瓦斯或矿尘爆炸危险的地方。

二、电力起爆法,主要器材是电雷管。①概念原理:利用电能通过导线引爆电雷管,然后引爆炸药的起爆方法。②优缺点:优点:1)全过程都可用仪表检查,保证爆破的可靠性和准确性;2)能远距离起爆,保证安全;3)准确控制起爆时间和药包群爆炸顺序;4)可同时起爆大量雷管 。缺点:1)不抗杂散电流和静电;2)准备工作量大,操作复杂;3)电爆网络技术要求高,对技术人员技术要求高;4)必须需要可靠电源和必要的仪表设备。③连接方法:串联法,并联法,混合联法(串并联和并串联)④一般应用:无论是在露天或井下,小规模或大规模爆破,还是其他工程爆破均可使用。

14、起爆网络的微差爆破是如何实现的?试举例说明。

答:1)在起爆网络上连接继爆管,主动导爆索爆炸时,爆轰波由消爆管一端传入,经消爆管将爆轰波减弱成火焰,再经长内管减速和降低一定的压力,引燃延时药。延时

后,火焰穿过加强冒小孔引爆火雷管,将爆炸作用传递给另一端从动导爆索。2)在炮采工作面采煤工艺中,使用毫秒爆破技术,可以一次多放炮,减少顶板震动次数.爆破产生的地震波互相干扰抵消,从而减少了对顶板的震动,有利于顶板的管理,同时也有利于提高爆破装煤率。

15、利文斯顿爆破漏斗理论有何意义?

答:不仅仅局限于爆破漏斗几何形状的确定,着重于爆破最大、最小体积时爆破漏斗的有关参数(临界深度、最佳深度等)并提出了一系列定量关系式,为优化设计提供了依据,在实践中获得了较好的应用效果。

16、爆破漏斗分为几类,这对工程爆破有何意义?

答:爆破漏斗分类:1)标准抛掷爆破漏斗,意义:在确定不同种类岩石的单位炸药消耗量时,或者确定和比较不同炸药的爆炸性能时,往往用标准爆破漏斗的体积作为检查依据。 2)加强抛掷爆破漏斗,此时炸药能量主要作用在岩块的抛掷上,可以应用在露天采场、筑坝、山坡公路的开挖、定向爆破中,减少土石方的运输量 3)减弱抛掷爆破漏斗,此时成为减弱抛掷漏斗,可以应用在井巷掘进工程中 4)松动爆破漏斗,因爆破时所产生的振动较小碎石飞散的距离也较小,有利于提高装药的效率和爆破的安全性。因此在井下和露天的矿石回采作业和巷道的掘进作业中,常常采用这种爆破。

17、什么是自由面?什么是最小抵抗线?它们对工程爆破有何意义?

答:1)自由面指被爆破的岩石或介质与空气接触的表面。意义:有自由面时,爆破的岩石才能沿此面移动破坏,为控制爆破的有效作用而人为地创造自由面可以获得最佳爆破效果,它在工程爆破中起重要作用。2)最小抵抗线指从装药重心到自由面的最短距离,需要根据不同爆破形式来进行确定。意义:确定合理的岩石抵抗线,是提高光面爆破效果的最有效途径。

18、工程爆破中如何确定装药量?

答:装药量主要依据装药量理论,主要形式是体积公式Q=qV,即装药量与炸药性能及岩石的可爆性有关,同时与要爆破的岩石体积大小成正比。

在生产实践中,炸药单耗q的数值,应考虑多方面的因素来加以确定。确定的方法主要有:

1)查表(设计手册),参考定额后有关资料数据;2)参考条件相似的工程爆破参数;

3)做标准爆破漏斗实验求的。综上所述,装药量的设计原则是,装药量的多少取决于要求爆破的岩石体积、爆破类型及岩石的可爆性等。

19、进行装药爆破时为什么要填塞?

答:1)填塞可以保证炸药充分反应,使之产生最大热量;防止炸药不完全爆轰;防止高温高压爆轰气体逸出;使爆炸能量更多地转换成破岩机械功;提高炸药能量利用率

2)有利于爆破安全,良好的堵塞可使炸药在爆炸中充分氧化,既可以提高炸药爆速,又可以减少有毒气体的生成量,对露天爆破而言,可以减少飞石危害,在井下可以降低爆生气体逸出工作面的速度和压力,减少引燃瓦斯煤尘的可能性,同时阻止爆破产生的火焰和灼热固体颗粒从炮孔中喷出,也有利于防止瓦斯和煤尘爆炸。

20、装药系数和炮孔利用系数(爆破效率)分别表示什么意思?

答:装药系数是指装药长度与炮孔长度的比值。炮孔利用系数是炮眼有效长度与眼深的比值。

21、地下深孔爆破主要用于什么场合,它的特点是什么?

答:一般应用于矿床地下开采,也可用于一次成井,是一种规模大、效率高的爆破方法。

特点:1)一次爆破量大,可大量采掘矿石或快速成井;2)炸药单耗低,爆破次数少,劳动生产率高;3)爆破工作集中便于管理,安全性好;4)工程速度快,有利于缩短工期;5)需要专门的钻孔设备,对钻孔工作面有一定要求;6)对钻孔技术要求高,容易超挖或欠挖;7)炸药集中,快读不均匀,大块率高二次破碎工作量大

22、地下深孔崩矿爆破设计的主要内容是哪些?

答:爆破方案的选择、装药结构和药量的计算、爆破网络的设计与计算、爆破安全、通风、爆破组织、大爆破的技术措施、爆破前的准备工作、深孔的主要技术经济指标等。

23、露天深孔爆破的特点是什么?

答:露天深孔爆破主要用于露天台阶的采剥、掘沟、开堑等工程。由于作业空间不受限制,可以采用大型穿孔、采装和运输设备,所以露天深孔爆破规模比较大,生产能力和效率较高。

24、露天深孔爆破的爆破参数有哪些,如何确定?

答:炮孔直径d,由所采用的穿孔设备的规格所决定。孔深和超深,对于垂直孔,炮孔深度L=H+He。台阶高度H在矿上设以确定之后是个定值,是指相邻的上下平台之

间的垂直高度,超深He是指深孔超出台阶高度,He=(10~15)d。底盘抵抗线Wd分别按穿孔机安全作业条件,按每个炮孔的装药条件计算,按经验公式计算。孔距

a=mb与排距b,填塞长度Lt=(20~40)d,每个炮孔装药量Q=q*a*H*Wd,单位炸药消耗量q。

25、早爆是如何产生的,如何预防?

答:原因分析:(1)导火索燃速不稳定,或采用了不同燃速的导火索,燃速快的就早爆。(2)不同厂家生产的电雷管混用,易点燃的雷管先爆。(3)电爆网中雷管分组不均,易引起电流分配不均,雷管数少的组,因电流充足而先爆。(4)爆破区存在杂散电流、静电、感应电或高频电磁波等,引起电雷管早爆。

预防:(1)选择燃速稳定的导火索进行爆破。(2)同一电爆网中选用同厂、同批、同品种的电雷管。(3)电爆网设计尽量使电雷管分组均匀,使各组电流强度基本一致。(4)用电设备较复杂的场所,应对爆破范围的杂散电流进行检测,有可能引起早爆的改用导爆索、火雷管起爆。

26、如何确定爆破的安全距离?

答:(1)、硐室爆破个别飞石的飞散距离可按下式计算:L=20Kn2W 式中L碎石飞散的安全距离,m; n爆破作业指数;W最小抵抗线;K安全系数。一般取1~1.5;风大顺风时抛掷方向选1.5;山坡下山方向取1.5~2.0(2)、露天台阶爆破飞石飞散距离可按下式计算:L=d(40/2.54)式中d深孔的直径,cm。 破碎浅眼爆破法300米 浅眼爆破200米。浅眼药壶爆破300米。

27、爆破警戒信号分为哪几种,每种信号的意义和目的是什么?

1)预告信号,所有与爆破无关人员应立即撤到危险区外,向危险区边界派出警戒人员。

2)起爆信号,确认人员、设备全部撤离危险区,具备安全起爆条件时,方准发出起爆信号。

3)解除警戒信号,未发出解除警戒信号前,岗哨应坚守岗位,除爆破工作领导人批准的检查人员外,不准任何人进入危险区。确认安全后,方准发出解除警戒信号。

范文三:《基础工程》课后习题答案 投稿:戴蘻蘼

基础工程课后习课后溪题答案

2-1 某建筑物场地地表以下土层依次为:(1)中砂,厚2.0m,潜水面在地表以下1m处,饱和重度

;(2)粘土隔离层,厚2.0m,重度

;(3)粗砂,

含承压水,承压水位高出地表2.0m(取无隆起的危险? 若基础埋深

)。问地基开挖深达 1m 时,坑底有

,施工时除将中砂层内地下水位降到坑底外,还须设

法将粗砂层中的承压水位降几米才行?

【解】 (1)地基开挖深1m时 持力层为中砂层 承压含水层顶面以上土的总覆盖压力:20×1+19×2=58kPa 承压含水层顶部净水压力:10×(2+2+2)=60kPa 因为 58

承压含水层顶面以上土的总覆盖压力:20×0.5+19×2=48kPa ≥承压含水层顶部净水压力=10×≤4.8m ;

故,还应将承压水位降低 6-4.8=1.2m。

2-2 某条形基础底宽 b=1.8m,埋深 d=1.2m,地基土为粘土,内摩擦角标准值

粘聚力标准值

的重度

=12kPa,地下水位与基底平齐,土的有效重度

。试确定地基承载力特征值 fa。

=20°,

得:

,基底以上土

【解】 根据题给条件可以采用规范推荐理论公式来确定地基的承载力特征值。 由

=20°查表2-3,得

因基底与地下水位平齐,故取

有效重度,故:地基承载力特征值

faMbbMdmdMcck

0.51101.83.0618.31.25.6612

144.29kPa

2-3 某基础宽度为2m,埋深为1m。地基土为中砂,其重度为18kN/m³,标准贯入试验锤击数N=21,试确定地基承载力特征值fa。

【解】 由题目知,地基持力层为中砂,根据标贯锤击数N=21查表2-5,得:

fak250

2115

(340250)286kPa

3015

因为埋深大于d=1m>0.5m,故还需对fk进行修正。查表2-5,得承载力修正系数b3.0,

d4.4,代入公式(2-14)得修正后的地基承载力特征值为:

fkfakb(b3)dm(d0.5)2863.018(33)4.418(10.5) 325.6kPa

2-4 某承重墙厚240mm,作用于地面标高处的荷载Fk180kNm,拟采用砖基础,埋深为1.2m。地基土为粉质粘土,18kNm3,e00.9,fak170kPa。试确定砖基础的底面宽度,并按二皮一收砌法画出基础剖面示意图。

【解】 因为基础埋深d=1.2m>0.5m故需先进行地基承载力深度修正,持力层为粉质粘土,查表2-5得 d1.0,得修正后的地基承载力为:

fafakdm(d0.5)1701.0181.20.5182.6kPa

此基础为墙下条形基础,代入式2-20得条形基础宽度:

b

Fk180

1.13m

faGd182.6201.2

1200240

8

260

为符合砖的模数取b=1.2m,砖基础所需的台阶数为:

n

所以按二皮一收砌法的基础截面如图所示:

2-5 某柱基承受的轴心荷载Fk1.05MN,基础埋深为1m,地基土为中砂,18kNm3,

fak280kPa。试确定该基础的底面边长。

【解】 因为基础埋深d=1.0m>0.5m

故需先进行地基承载力深度修正,持力层为中砂,查

表2-5得 d4.4,得修正后的地基承载力为:

fafakdm(d0.5)2804.41810.5319.6kPa

柱下独立基础代入公式2-19,基础底面边长:

b

Fk1050

1.87m

faGd319.6201

取基底边长为1.9m。

2-6 某承重砖墙厚240mm,传至条形基础顶面处的轴心荷载Fk150m。该处土层自地表起依次分布如下:第一层为粉质粘土,厚度2.2m,17kN3,e00.91,fak130kPa,

Es18.1MPa;第二层为淤泥质土,厚度1.6m,fak65kPa,Es22.6MPa;第三层为中密中砂。地下水位在淤泥质土顶面处。建筑物对基础埋深没有特殊要求,且不必考虑土的冻胀问题。(1)试确定基础的底面宽度(须进行软弱下卧层验算);(2)设计基础截面并配筋(可近似取荷载效应基本组合的设计值为标准组合值的1.35倍)。 【解】 (1)确定地基持力层及基础埋深

考虑到第二层不宜作为持力层并结合“宽基浅埋”的设计原则,确定第一层粉质粘土作为持力层,其下第二层为软弱下卧层,故可按最小埋深条件确定基础埋深d=0.5m。。 (2)初步确定基础底面尺寸

因为d=0.5m故不需要进行地基承载力特征值埋深修正,即:

fafak=130kPa。

砖下条形基础代入公式2-20得基础宽度

b

Fk150

1.25m

faGd130200.5

取b=1.3m

CZ172.237.4kPa

由Es1Es28.2.63.1,z2.20.51.7m0.5b,查表2-7得23。

pk

Fk150Gd200.5125.4kPa b1.3

下卧层顶面处的附加应力为:

Z

bpkcd1.3125.4170.5

55.4kPa

b2ztan1.321.7tan23

fazfakdm(dz0.5)651.0172.20.593.9kPa

ZCZ55.437.492.8kPafaz93.9kPa(可以)

(4)基础设计

依题意采用钢筋混凝土条形基础。采用C20混凝土,ft1.10Nmm2,钢筋用HPB235级,fy210Nmm。 基础埋深为0.5m 荷载设计值 F1.35Fk1.35150202.5kN 基底净反力 pj

2

F202.5155.8kPa b1.3

基础边缘至砖墙计算截面的距离

b1

1

1.30.240.53m 2

基础有效高度

h0

pjb10.7ft

155.80.53

0.107m107mm

0.71100

取基础高度h250mm,h0250405205mm(107mm)。

M

112

pjb1155.80.53221.9kNm 22

M21.9106

As565mm2

0.9fyh00.9210205

配钢筋12@200,As565mm2,垫层用C10混凝土。

2-7 一钢筋混凝土内柱截面尺寸为300mm×300mm,作用在基础顶面的轴心荷载

Fk400kN。自地表起的土层情况为:素填土,松散,厚度1.0m,16.4kN3;细砂,

厚度2.6m,18kNm3,sat20kNm3,标准贯入试验锤击数N=10;粘土,硬塑,厚度较大。地下水位在地表下1.6m处。试确定扩展基础的底面尺寸并设计基础截面及配筋。

【解】 (1)确定地基持力层

根据承载力条件,及最小埋深的限制,综合“宽基浅埋”的设计原则,选择细沙层作为持力

层(素填土层厚度太小,且承载力低;硬塑粘土层埋深太大不宜作持力层) (2)确定基础埋深及地基承载力特征值

根据基础尽量浅埋的原则,并尽量避开潜水层,可取埋深d=1.0m。查表2-5,得细砂的

d=3.0,地基承载力特征值为:

fafakdm(d0.5)1403.016.41.00.5164.6kPa

(3)确定基础底面尺寸 bl

Fk400

1.66m

faGd164.6201.0

取bl1.7m。 (4)计算基底净反力设计值

pj

F1.35400186.9kPa 2

1.71.7b

(5)确定基础高度

采用C20混凝土,ft1.10Nmm2,钢筋用HPB235级,fy210Nmm。取基础高度h400mm,因bc2h00.320.3551.01m

2

lacbbcpjh0bh0

2222

2

1.70.31.70.3

186.90.3551.70.355

2222

87.4kN

2

0.7hpftbch0h00.71.011000.30.3550.355179.0kN87.4kN

(可以)

(6)确定底板配筋。本基础为方形基础,故可取

MM24pj1ac2bbc

2

12

186.91.70.321.70.3 24

56.5kNm

AsAs

M56.5106

842mm2 0.9fyh00.9210355

配钢筋1110双向,As863.5mm2842mm2。

2-8 同上题,但基础底面形心处还作用有弯矩Mk110kNm。取基底长宽比为1.5,试确定基础底面尺寸并设计基础截面及配筋。

【解】 可取基础埋深为1.0m,由上题知地基承载力特征值fa164.6kPa。 (1)确定基础底面尺寸

考虑到荷载偏心作用,可将轴心荷载下所得到的基底面积之增大30%得初选基底面积:

A1.3

Fk1.3400

3.6m2

faGd164.6201.0

取边长比n=1.5得基础宽度:

b

A3.61.55m,取b1.6m。 n1.5

lnb1.51.62.4m

FkGk400201.62.41476.8kN

验算偏心距:

e

Mk110l

0.231m0.4m(可以)

FkGk476.86

FkGk

A

6e1

l

476.860.2311 1.62.42.4

195.9kPa1.2fa1.2164.6197.5kPapkmax

(可以)

(2)计算基底净反力设计值

F1.35400140.6kPa A1.62.4

F6M1.3540061.35110

pjmax2237.3kPa 2

blbl1.62.41.62.4pj

pjmin

F6M1.3540061.3511043.9kPa blbl21.62.41.62.42

平行于基础短边的柱边Ⅰ-Ⅰ截面的净反力:

pjpjmin

lac

pjmaxpjmin43.92.40.3237.343.9152.7kPa 2l22.4

(3)确定基础高度

采用C20混凝土,ft1.10Nmm2,钢筋用HPB235级,fy210Nmm。取基础高度h500mm,h050045455mm。

因bc2h00.320.4551.21mb1.6m,故按式(2-57)作冲切验算如下(以pjmax取代式中的pj):

2

lacbbcpjmaxh0bh0

2222

22.40.31.60.3

237.30.4551.60.455

2222

216.9kN

2

0.7hpftbch0h00.71.011000.30.4550.455264.5kN216.9kN

(可以) (4)确定底板配筋

对柱边Ⅰ-Ⅰ截面,按式(2-65)计算弯矩:

M

1

pjmaxpj2bbcpjmaxpjblac248



12

237.3152.721.60.3237.3152.71.62.40.3 48

137.8kNm

MI137.8106

ASI1602mm2

0.9fyh00.9210455

配钢筋1512,As1695mm21602mm2,平行于基底长边布置。

M

1122

pjbbc2lac140.61.60.322.40.350.5kNm 2424

AS

M50.5106587mm2 0.9fyh00.92100.455

按构造要求配筋1310,As1021mm2587mm2,平行于基底短边布置。 如图所示

3-4 以倒梁法计算例题3-1中的条形基础内力。 【解】 (1)用弯矩分配法计算肋梁弯矩

沿基础纵向的地基净反力为: bpj边跨固端弯矩为: M21中跨固端弯矩为: M23

F6.410

l

17

3

376.5KN/m

112

bpjl1376.54.52635.3KNm 1212112

bpjl2376.5621129.5KNm 1212112

bpjl0376.512188.2KNm 22

1截面(左边)伸出端弯矩:

l

M1

(2)肋梁剪力计算

1截面左边的剪力为: V

l1

bpjl0376.51.0376.5KN

计算1截面的支座反力

R1

11112'2

bpllMM376.55.5101150.9KN21051j011l124.52

1截面右边的剪力:

Vr1bpjl0R1376.51051.9675.4KNR2bpjl0l1R1376.55.51051.91018.8kN

'

取23段作为脱离体:

R''2

1

l21112''2

.5KNbpjl2M2M3376.56101110111162

262

R2R'2R''21018.81162.52181.3KNVl2R'21018.8KNVr2R''21162.5KN

按跨中剪力为;零的条件来求跨中最大负弯矩:

bpjR1376.5x1043.8.8/376.52.8m x1043所以M1max

11

bpjx2R11.8376.52.8210111.8344.0KNm22

18

18

23段对称,最大负弯矩在中间截面:

2

M2maxbpjl2M2376.561011683.2KNm

2

由以上的计算结果可作出条形基础的弯矩图和剪力图

683.2

344 344

188.2 188.2

238.2 238.2

弯矩图M(kN·m)

1011 1011

1018.8 1162.5

376.5 675.4

剪力图V(kN)

376.5

675.4 1162.5 1018.8

补充题:设一箱形基础置于粘性土(fk300kPa)地基上,其横剖面上部结构及上部结构荷重如图,上部结构总重为48480KN,箱形基础自重为18000KN,箱形基础及设备层采用C20混凝土,上部结构梁、柱采用C30混凝土,框架柱0.5m×0.5m,框架梁0.25m×0.60m,求矩形基础纵向跨中的整体弯矩。

【解】 (1)箱型基础内力计算,按纵向整体弯曲计算,由静力平衡条件计算跨中最大弯矩为:

Mmax1281.46621972.61615900.5969885.35633030246060186060126060622690kN/m

(2)计算箱型基础刚度EFIF 箱型基础横截面惯性矩IF

1

12.53.553(12.50.8)2.77326.3260m4 12

箱基刚度EFIF26.3260EF (3)上层结构折算刚度EBIB

纵向连续钢筋混凝土墙的截面惯性矩Iw2各层上下柱的截面惯性矩IuiIli3各层纵梁的截面惯性矩Ibi3

1

0.32.230.5324m4 12

1

0.50.530.0156m4 12

1

0.30.530.0094m4 12

0.01560.0094

0.0056 Kbi0.001各层上下柱、纵梁的线刚度KuiKli 62.86

上部结构折算刚度

KuiKli

EBIBEbIbi(1m2)EwIw

2KbiKuiKli1

0.00560.005648

7Eb0.00941()2

6 20.00160.00560.0056

n

0.005648

Eb0.00941()2Eb0.5324

620.00160.0056

4.2658Eb

(4)箱型基础所承担的整体弯矩MF(取EFEb) MFM

EFIF26.3260EF2269019526kNm EFIFEBIB26.3260EF4.2658Eb

11

范文四:给水工程课后习题答案 投稿:赵鮀鮁

水质工程学(上)例题、思考题、习题

第1章 水质与水质标准

1.水中杂质按尺寸大小可分为几类?了解各类杂质主要来源、特点及一般去除方法。

水中杂质按尺寸大小分为悬浮物、胶体、溶解物三类。

悬浮物:

尺寸较大(1?m-1mm),可下沉或上浮(大颗粒的泥砂、矿碴下沉,大而轻的有机物上浮)。

主要是泥砂类无机物质和动植物生存过程中产生的物质或死亡后的腐败产物等有机物。

这类杂质由于尺寸较大,在水中不稳定,常常悬浮于水流中。

当水静置时,相对密度小的会上浮与水面,相对密度大的会下沉,因此容易去除。

胶体:

尺寸很小(10nm-100nm), 具有稳定性,长时静置不沉。

主要是粘土、细菌和病毒、腐殖质和蛋白质等。胶体通常带负电荷,少量的带正电荷的金属氧化物胶体。

一般可通过加入混凝剂进去去除。

溶解物:

主要是呈真溶液状态的离子和分子,如Ca2+、Mg2+、Cl-等离子,HCO3-、SO42-等酸根,O2、CO2、H2S、SO2、NH3等溶解气体分子。

溶解物与水成均相,透明。但可能产生色、臭、味。

是某些工业用水的去除对象,需要特殊处理。有毒有害的无机溶解物和有机溶解物也是生活饮用水的去除对象。

2.各种典型水质特点。(数值可不记)

江河水:易受自然条件影响,浊度高于地下水。江河水年内浊度变化大。含盐量较低,一般在70~900mg/L之间。硬度较低,通常在50~400mg/L(以CaCO3计)之间。江河水易受工业废水和生活污水的污染,色、臭、味变化较大,水温不稳定。

湖泊及水库水:主要由河水补给,水质类似河水,但其流动性较小,浊度较低;湖水含藻类较多,易产生色、臭、味。湖水容易受污染。含盐量和硬度比河水高。湖泊、水库水的富营养化已成为严重的水污染问题。

海水:海水含盐量高,在7.5~43.0g/L之间,以氯化物含量最高,约占83.7%,硫化物次之,再次为碳酸盐,其它盐类含量极少。海水须淡化后才可饮用。

地下水:悬浮物、胶体杂质在土壤渗流中已大部分被去除,水质清澈,不易受外界污染和气温变化的影响,温度与水质都比较稳定,一般宜作生活饮用水和冷却水。含盐量通常高于地表水(海水除外),大部分地下水含盐量在100~5000mg/L, 硬度通常在100~500mg/L(以CaCO3计),含铁量一般10mg/L以下,个别达30mg/L。

3.《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006) 分类指标。

生活饮用水水质标准有四类指标:水的感官性状和一般化学指标、微生物学指标、毒理性指标、放射性指标。

水的感官性状和一般化学指标:色度、浑浊度、臭和味、pH值、总硬度、铁、锰、铜、锌、挥发酚类、阴离子合成洗涤剂

、硫酸盐、氯化物、溶解性总固体等。

微生物学指标:细菌总数、大肠菌群、游离性余氯。

补充:

水体的富营养化:

水体的富营养化是指富含磷酸盐和某些形式的氮素的水,在光照和其他环境条件适宜的情况下,水中所含的这些营养物质足以使水体中的藻类过量生长,在随后的藻类死亡和随之而来的异养微生物代谢活动中,水体中的溶解氧很可能被耗尽,造成水体质量恶化和水生态环境结构破坏的现象。

水体的富营养化危害很大,对人类健康、水体功能等都有损害,包括:

(1)使水味变得腥臭难闻。 (2)降低水的透明度。

(3)消耗水中的溶解氧。 (4)向水体中释放有毒物质。

(5)影响供水水质并增加供水成本。 (6)对水生生态的影响。

水体的自净:

水体的自净是指水体在流动中或随着时间的推移,水体中的污染物自然降低的现象。

通过化学作用和生物作用对水体中有机物的氧化分解,使污染物质浓度衰减,是水体自净的主要过程。

第2章 水的处理方法概论

例题

1. 某水样采用CMB反应器进行氯消毒实验,假定投氯量一定,经实验知:细菌被灭活速率为一级反应,且k=0.92min-1,求细菌灭活99%时所需时间为多少?

解:设原有细菌密度为C0,t时后尚存活的细菌密度为Ci,被杀死的细菌密度则为C0-Ci,根据题意,在t时刻,C0-Ci/C0=99%,Ci = 0.01C0,细菌被灭速率等于活细菌减少速率,于是,r(Ci)=-k ?Ci=-0.92 Ci,代入公式得,t=-ln(0.01 C0/ C0)/0.92=-4.6/(-0.92)=5min

2. 采用CSTR反应器作为氯化消毒池,条件同上,求细菌去除率达到99%,所需消毒时间为多少?

解:Ci = 0.01C0,k=0.92 min-1,代入公式得: =[(C0/ Ci)-1]/k=[(C0/ 0.01C0)-1]/0.92=107.6 min

对比可知,采用CSTR反应器所需消毒时间几乎是CMB反应器时间的21.5倍,由于CSTR反应器仅仅是在细菌浓度为最终浓度Ci = 0.01C0下进行反应,反应速度很低。

3. 在上题中若采用2个CSTR反应器串联,求所需要消毒时间为多少?

解:Cn /C0= 0.01, n=2, 0.01=[1/ (1+0.92 )]2

=9.9min; =2 =2*9.9=19.8min

由此可知,采用2个CSTR反应器串联,所需消毒时间比1个反应器大大缩小。串联的反应器数量越多,所需反应时间越短。

1.水的主要物理化学处理方法。

混凝:通过投加化学药剂,使水中的悬浮固体和胶体聚集成易于沉淀的絮凝体。

沉淀和澄清:通过重力作用,使水中的悬浮颗粒、絮凝体等物质被分离去除。

浮选:利用固体或液滴与它们在其中悬浮的液体之间的密度差,实现固-液或液-液分离的方法。

过滤:使固-液混合物通过多孔材料(过滤介质),从

而截留固体并使液体(滤液)通过的过程。

膜分离:利用膜的孔径或半渗透性质实现物质的分离。

吸附:通常在水处理中指固相材料浸在液相或气相中,液相或气相物质固着到固相表面的传质现象。

离子交换:在分子结构上具有可交换的酸性或碱性基团的不容性颗粒物质,固着在这些基团上的正、负离子能和基团所接触的液体中的同符号离子交换为对物质的物理外观毫无明显的改变,也不引起变质或增溶作用的过程。

中和:把水的pH调整到接近中性或是调整到平衡pH值的任何处理。

氧化与还原:改变某些金属或化合物的状态,使他们变成不溶解的或无毒的。

2.反应器原理用于水处理有何作用和特点?

作用:应用反应器理论,能够确定水处理装置的最佳形式,估算所需尺寸,确定最佳的操作条件。利用反应器的停留时间分布函数,可以判断物料在反应器里的流动模型,也可以计算化学反应的转化率。

特点:水处理反应器较多在常温常压下工作;水处理反应器的进料多是动态的;水处理工程中通常都是采用连续式反应器。

3.反应器的类型。

按反应器内物料的形态可以分为均相反应器和多相反应器。

按反应器的操作情况可以分为间歇式反应器和连续流式反应器两大类。

连续流式反应器有活塞流反应器(管式反应器)和恒流搅拌反应器(连续搅拌罐反应器)两种完全对立的理想类型。

4.理想反应器模型及其特点。

通过简化可得3种理想反应器:完全混合间歇式反应器(CMB型)、完全混合连续式反应器(CSTR型)、推流式反应器(PF型)。

完全混合间歇式反应器(CMB型)

反应物投入容器后,通过搅拌使物质均匀混合,同时发生反应,直到反应物到预期要求时,停止操作,排出反应产物。

在反应过程中不存在由物质迁移而导致的物质输入和输出,且假定在恒温下操作。

CMB型反应器通常用于实验室实验或少量的水处理。

完全混合连续式反应器(CSTR型)

当反应物投入反应器后,经搅拌立即与反应器内的料液达到完全均匀混合,新的反应物连续输入,反应产物也连续输出。

输出的产物浓度和成分与反应器内的物料相同。进口浓度和出口浓度不一样。由于快速混合,输出的物料各部分的停留时间各不相同。

推流式反应器(PF型)

反应器的物料仅以相同的流速平行流动,而无扩散作用。物料浓度在垂直液流方向完全均匀,而沿着液流方向将发生变化。这种流型的唯一的质量传递就是平行流动的主流传递。

5.典型给水处理工艺流程。

典型地表水处理流程:

原水→混凝→沉淀→过滤→消毒→饮用水

典型除污染给水处理流

程:

原水→预氧化→混凝→沉淀→过滤→活性炭吸附→消毒→饮用水

一般冷却水流程:

1、原水→自然沉淀→冷却用水

2、原水→自然沉淀→混凝→沉淀→冷却用水

除盐水处理流程:

滤过水→阳离子交换→阴离子交换→除盐水

第3章 凝聚和絮凝

例题

1.设已知K=5.14×10-5,G=30s-1。经过絮凝后要求水中颗粒数量浓度减少3/4,即n0/nM=4,试按理想反应器作以下计算:

1)采用PF型反应器所需絮凝时间为多少分钟?

2)采用CSTR反应器(如机械搅拌絮凝池)所需絮凝时间为多少分钟?

3)采用4个CSTR型反应器串联所需絮凝时间为多少分钟?

解:公式详见书本P74式3-41、42、43

1)将题中数据代入公式得: =ln4/(5.14×10-5×30)=899s=15min

2)将题中数据代入公式得: =(4-1)/(5.14×10-5×30)=1946s=32min

3)将题中数据代入公式得: =(41/4-1)/(5.14×10-5×30)=269s

总絮凝时间 =4 =4×269=1076s=18min

由此可知,推流型絮凝池的絮凝效果优于单个机械絮凝池,但采用4个机械絮凝池串联时,絮凝效果接近推流型絮凝池。

2.某地表水源的总碱度为0.2mmol/L。市售精制硫酸铝(含Al2O3约16%)投量为28mg/L。试估算石灰(市售品纯度为50%)投量为多少mg/L。

解:投药量折合Al2O3为28mg/L×16%=4.48mg/L,Al2O3分子量为102,故投药量相当于4.48/102=0.044 mmol/L,剩余碱度取0.37 mmol/L,则得:

[CaO]=3×0.044-0.2+0.37=0.3 mmol/L

CaO分子量为56,则市售石灰投量为:0.3×56/0.5=33 mg/L。

3.某往复式隔板絮凝池设计流量为75000m3/d;絮凝时间采用20min;为配合平流沉淀池宽度和深度,絮凝池宽度22m,平均水深2.8m。试设计各廊道宽度并计算絮凝池长度。

解:

1)絮凝池净长度

设计流量Q=75000*1.06/24=3312.5 m3/h=0.92 m3/s(水厂自用水量占6%)

絮凝池净长度L=QT/BH=3312.5*20/(22*2.8*60)=17.92m

2)廊道宽度设计

絮凝池起端流速取0.55m/s,末端流速取0.25 m/s。首先根据起、末端流速和平均水深算出起末端廊道宽度,然后按流速递减原则,决定廊道分段数和各段廊道宽度。

起端廊道宽度b=Q/Hv=0.92/(2.8*0.55)=0.597m≈0.6m

末端廊道宽度b=Q/Hv=0.92/(2.8*0.25)=1.3m

廊道宽度分为4段、各段廊道宽度和流速见下表。

廊道宽度和流速计算表

廊道分段号 1 2 3 4

各段廊道宽度(m) 0.6 0.8 1.0 1.3

各段廊道流速(m/s) 0.55 0.41 0.33 0.25

各段廊道数 6 5 5 4

各段廊道总净宽(m) 3.6 4 5 5.2

四段廊道宽度之和∑b=3.6+4+5+5.2=17.8m

取隔板厚度δ=0.1m,共19块隔板,则絮凝池总长度L为:

L=17.8+19*0.1=19.7m

如要计算隔板絮凝池水头损失和速度梯度,可根据上表有关数据按公式分别求得。

思考题与习题

混凝:水中

胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝,是凝聚和絮凝的总称。

凝聚:胶体脱稳并生成微小聚集体的过程。

絮凝:脱稳胶体或微小悬浮物聚结成大的絮凝体的过程。

混凝过程涉及:①水中胶体的性质;②混凝剂在水中的水解;③胶体与混凝剂的相互作用。

1. 何谓胶体稳定性?

胶体稳定性是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。

2. 胶体的凝聚机理。

胶体的凝聚机理有4个方面:压缩双电层作用、吸附—电中和作用、吸附—架桥作用、网捕—卷扫作用。

压缩双电层作用:

水中胶体颗粒通常带有负电荷,使胶体颗粒间相互排斥而稳定,当加入含有高价态正电荷离子的电解质时,高价态正离子通过静电引力进入到胶体颗粒表面,置换出原来的低价正离子,这样双电层中仍然保持电中性,但是正离子的数量减少了,即双电层的厚度变薄了,胶体颗粒滑动面上的ζ电位降低。当ζ电位降低至某一数值(临界电位ζk)使胶体颗粒总势能曲线上的势垒处Emax=0时,胶体颗粒即可发生凝集作用。

吸附—电中和作用:

胶体颗粒表面吸附异号离子、异号胶体颗粒或带异号电荷的高分子,从而中和了胶体颗粒本身所带部分电荷,减少了胶体颗粒间的静电斥力,使胶体更易于聚沉。这种吸附作用的驱动力包括静电引力、氢键、配位键和范德华力等,具体何种作用为主要驱动力,由胶体特性和被吸附物质本身的结构决定。

吸附—架桥作用:

不带电,带异号电荷,甚至带有与胶粒同性电荷的高分子物质在范德华引力、共价键、氢键或其他物理化学作用下,与胶粒也产生吸附作用。

当高分子链的一端吸附了某一胶粒后,另一端又吸附另一胶粒,形成“胶粒-高分子-胶粒”的絮凝体。在这里高分子起了胶粒与胶粒之间的桥梁作用,故称为吸附架桥作用。

网捕—卷扫作用:

当铝(铁)盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时,会像多孔的网一样,将水中的胶体颗粒和悬浮浊质捕获、卷扫下来,称网捕或卷扫作用。这是一种机械作用,所需的混凝剂投量与原水杂质含量成反比,即杂质少,用量多。

3. 混凝过程中,压缩双电层和吸附-电中和作用有何区别?简要叙述硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系。

压缩双电层作用是高价态正电荷离子置换出胶体颗粒表面的低价正离子,双电层中仍保持电中性,但是正离子的数量减少,双电层的厚度变薄,胶体颗粒滑动面上的ζ电位降低。

而吸附—电中和作用是异号离子、异号胶体颗粒、带异号电荷的高分子中和胶体颗粒本身所带部分电荷,减少胶体颗粒间的静电斥力。胶体颗粒表

面电荷不但可能被降为零,而且还可能带上相反的电荷,即胶体颗粒反号,发生再稳定的现象。

硫酸铝的混凝机理:

不同pH条件下,铝盐可能产生的混凝机理不同。何种作用机理为主,决定于铝盐的投加量、pH、温度等。实际上,几种可能同时存在。其中,水的pH值直接影响Al3+的水解聚合反应。

pH

pH=4~5 多核羟基络合物起吸附电性中和作用;除色时适宜。

pH=6.5~7.5 氢氧化铝聚合物起吸附架桥作用;絮凝的主要作用,除浊时最佳。

4. 高分子混凝剂投量过多时,为什么混凝效果反而不好?

1、压缩双电层作用:电位最多可降至0,因而不能解释以下两种现象:(1)混凝剂投加过多,混凝效果反而下降;(2)与胶粒带同样电荷的聚合物或高分子有机物也有好的凝集效果。

2、吸附—电中和作用:胶体颗粒与异号离子作用,首先是吸附,然后才是电荷中和,因此当投加混凝剂时,胶体颗粒表面电荷不但可能被降为零,还可能带上相反电荷。即胶体颗粒反号,发生重新稳定的现象。

3、吸附—架桥作用:当高分子物质投加过多时,胶体颗粒表面被高分子所覆盖,两个胶体颗粒接近时,受到胶粒与胶粒之间因高分子压缩变形产生的反弹力和带电高分子之间的静电排斥力,使胶体颗粒不能凝集。

4、网捕—卷扫作用:金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕与卷扫,所需混凝剂与原水杂质含量成反比,即当原水胶体含量少时,所需混凝剂多,反之亦然。

当混凝剂加量大时,混凝剂相互之间会有影响,使上述各种作用能力发生变化,但不都是作用力加强,大于混凝剂的最佳投药量时,再投加混凝剂反而效果会降低。

5. 目前我国常用的混凝剂有哪几种?各有何优缺点?

我国常用的混凝剂有:(无机盐类:)硫酸铝、三氯化铁;(高分子混凝剂:)聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁。

硫酸铝:采用硫酸铝作混凝剂时,运输方便,操作简单,混凝效果好。但水温低时,硫酸铝水解困难,形成的絮凝体较松散,混凝效果变差。粗制硫酸铝由于不溶性杂质含量高,使用时废渣较多,带来排除废渣方面的操作麻烦,而且因酸度较高而腐蚀性强,溶解与投加设备需要考虑防腐。

三氯化铁:采用三氯化铁作混凝剂时,易溶解,形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实,沉降速度快,处理底纹、低浊水时效果优于硫酸铝,使用的pH值范围较宽,投加量比硫酸铝小。但三氯化铁固体产品极易吸水潮解,不易保管,腐蚀性较强,对金属、混凝土、塑料等均有腐蚀性,处理后水色度比铝盐处理水高,最佳投加量范围较

窄,不易控制。

聚合氯化铝(PAC):聚合氯化铝作混凝剂时,形成混凝体速度快,絮凝体大而密实,沉降性能好;投加量比无机盐类混凝剂低;对原水水质适应性好,无论是低温、低浊、高浊、高色度、有机污染等原水,均保持较稳定的处理效果;最佳混凝pH值范围较宽,最佳投加量范围宽,一定范围内过量投加不会造成水的pH值大幅度下降,不会突然出现混凝效果很差的现象;由于聚合氯化铝的盐基度比无机盐类高,因此在配制和投加过程中药液对设备的腐蚀程度小,处理后水的pH值和碱度变化也较小。

聚合硫酸铁:采用聚合硫酸铁作混凝剂时,混凝剂用量少;絮凝体形成速度快、沉降速度快;有效的pH值范围宽;与三氯化铁相比腐蚀性大大降低;处理后水的色度和铁离子含量均较低。

6. 什么叫助凝剂?常用的有哪几种?在什么情况下需要投加助凝剂?

凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂可称为助凝剂。

常用的助凝剂按其投加目的可分为以下几类:

① 吸附架桥改善已形成的絮体结构;如活化硅酸(SiO2 nH2O)、骨胶、聚丙烯酰胺(PAM)等高分子絮凝剂;

②调节原水酸碱度,促进混凝剂水解;如投加石灰、硫酸等;

③破坏水中有机污染物对胶体颗粒稳定作用,改善混凝效果;如投加Cl2、O3等;

④改善混凝剂形态,促进混凝效果。如硫酸亚铁作混凝剂使用时,应将Fe2+氧化成Fe3+。

7. 何谓同向絮凝和异向絮凝?两者的絮凝速率(或碰撞速率)与哪些因素有关?

异向絮凝:由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。

布朗运动所造成的颗粒碰撞速率与水温成正比,与颗粒的数量浓度平方成正比,而与颗粒尺寸无关。

同向絮凝:由水力或机械搅拌所造成的流体运动引起的颗粒碰撞聚集称为同向絮凝。

颗粒同向碰撞速率与颗粒浓度平方成正比,与粒径的三次方(即体积)成正比,与速度梯度G成正比。

8. 混凝实验的操作过程,采用何种混凝剂,用理论说明混凝实验中出现的水质变化。

硫酸铝、三氯化铁、聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁、聚丙烯酰胺(PAM)。

参照第5题及实验。

9. 絮凝过程中,G值的真正涵义是什么?沿用已久的G值和GT值的数值范围存在什么缺陷?请写出机械絮凝池和水力絮凝池的G值公式。

G值反映了能量消耗的概念,即一个瞬间受剪而扭转的单位体积水流所消耗的功率。

10. 根据反应器原理,什么形式的絮凝池效果较好?折板絮凝池混凝效果为什么优于隔板絮凝池?

PF型(推流型)优于单个CSTR型(完全混合连续型)。

单个机械絮凝池接近于CSTR型(完全混合连续型)型反

应器,故宜分格串联。分格愈多,愈接近于PF型(推流型),絮凝效果愈好。

折板絮凝池是在隔板絮凝池基础上发展而来的。将隔板絮凝池中的平直隔板改变成间距较小的具有一定角度的折板以产生更多的微涡旋,增加絮凝体颗粒碰撞的机会。与隔板絮凝池相比,折板絮凝池可以缩短总絮凝时间,絮凝效果良好。

11. 影响混凝效果的主要因素有哪几种?这些因素是如何影响混凝效果的?

影响水混凝的主要因素有:水温、pH值、碱度、水中浊质颗粒浓度、水中有机污染物、混凝剂种类与投加量、混凝剂投加方式、水利条件。

水温:水温对混凝效果有较大的影响,最适宜的混凝水温为20~30℃之间。水温低时,絮凝体形成缓慢,絮凝颗粒小,混凝效果较差。水温高时,混凝剂水解反应速度快,形成的絮凝体水合作用增强、松散不易沉降。

pH值:pH主要从两方面影响混凝效果:1、水的pH值直接与水中胶体颗粒的表面电荷和电位有关,不同的pH值下胶体颗粒的表面电荷和电位不同,所需要的混凝剂量也不同;2、水的pH值对混凝剂的水解反应有显著影响,不同的混凝剂的最佳水解反应所需要的pH值范围不同。因此水的pH值对混凝效果的影响因混凝剂种类而异。

碱度:由于混凝剂加入原水后,发生水解反应,反应过程中需要消耗水中的碱度,特别是无机盐类混凝剂,消耗的碱度更多。当原水中碱度很低时,投入混凝剂因消耗水中的碱度而使水的pH值降低,如果pH值超出混凝剂的最佳混凝pH值范围,将使混凝效果受到显著影响。

水中浊质颗粒浓度:浊质颗粒浓度过低时,颗粒间的碰撞几率大大减小,混凝效果变差。浊质颗粒浓度过高时,要使胶体颗粒脱稳所需的混凝剂量也将大幅度增加。

水中有机污染物:水中有机物对胶体有保护稳定作用,将胶体颗粒保护起来,阻碍胶体颗粒之间的碰撞,阻碍混凝剂与胶体颗粒之间的脱稳凝集作用。

混凝剂种类与投加量:不同种类的混凝剂的水解特性和使用的水质情况完全不同,因此应根据原水水质情况优化选用适当的混凝剂种类。一般情况下,混凝效果随混凝剂投加量的增加而提高,但当混凝剂的用量达到一定值后,混凝效果达到顶峰,再增加混凝剂用来则混凝效果反而下降,所以要控制混凝剂的最佳投量。

混凝剂投加方式:固体混凝剂与液体混凝剂甚至不同浓度的液体混凝剂之间,其中能压缩双电层或具有电中和能力的混凝剂水解形态不完全一样,因此投加到水中后产生的混凝效果也不一样。另外,如果除投加混凝剂之外还投加其他助凝剂,则各种药剂之间的投加先后顺序对混凝效果也有很大影响。

水利条件:水利条件包括水力强度和作用时间两方面的因素。混凝过程分为快速混合与絮凝反应两个连续不可分割的阶段,不同阶段所需要的水利条件也不同。

12. 混凝剂有哪几种投加方式?各有何优缺点和其适用条件?

按混凝剂的状态分固体投加(干投)和溶液投加(湿投);溶液投加(湿投)中按药液加注到原水中的动力来源分重力投加和压力投加。压力投加分水射器投加和泵投加。

按混凝剂投加到原水中的位置分泵前投加和泵后投加;

干投:把固态混凝剂不经水溶直接投加到要处理的原水中。需要专门的干投机,而且要求固体药剂颗粒细小而且均匀,易溶于水,投加到水中后能迅速溶解。

湿投:将混凝剂先溶解配制成一定浓度的水溶液,然后再投加到要处理的原水中。

重力投加:利用混凝剂溶液的重力,将混凝剂溶液从较高的溶液池自动流向并加注到原水中的投加方式。这种投加方式安全可靠,节省动力。但是仅适合溶液池位置较高的情况。

压力投加:利用水力或电动力来将混凝药液加注到原水中的投加方式。

水射器投加:利用高压水通过水射器喷嘴与喉管之间形成的抽吸作用将药液吸入,并借助水的余压将药液加注到原水中。设备简单,使用方便,对溶液池高度无特殊要求。但水射器效率较低而且易磨损。

泵投加:利用泵将电能转变成动能将药液加注到原水中的投加方式。分计量泵投加和离心泵投加。离心泵投加需要配置相应的计量设置,计量泵投加则不用另配计量装置,并可通过改变计量泵冲程或变频调速来改变药液的投加量,适用于混凝剂投加自动控制系统。

13. 当前水厂中常用的混合方法有哪几种?各有何优缺点?在混合过程中,控制G值的作用是什么?

水厂中常用的混合方法有:水力混合、水泵混合、管式混合、机械混合。

混合设施基本要求:药剂与水混合必须快速均匀。

水力混合:是建设有专用的不同形式的构筑物来达到特定的水利条件以完成药剂与原水的混合。构造简单,但难以适应水质、水量等条件的变化,占地面积大。目前已较少采用。

水泵混合:是讲混凝剂投加到原水泵之前吸水管或吸水喇叭口处,利用水泵叶轮高速旋转产生的涡流而达到混合目的。水泵混合效果好,不需不需另建混合设施,节省动力,适合于大、中、小型水厂。但混凝剂对水泵有可能产生腐蚀作用,取水泵房距离水厂处理构筑物距离大于150m时不宜采用。

管式混合:利用从原水泵后到絮凝反应设施之间的这一段压水管使药剂与原水混合。构造简单,无需另建混合设施。但混合效果不稳定,流速低时混合不充分。

常用的管式混合器是管道静态混合器,混合快速均匀效果好,构造简单,无活动部件,安装方便。

机械混合:在混合池内安装搅拌装置,以电动机驱动搅拌装置使药剂与原水混合。搅拌器可采用桨板式、螺旋桨式、推进式等多种形式。混合效果好,不受水量水质变化的影响,适用于各种规模的水厂。但增加了机械设备成本并增加了相应的机电维修工作量。

混合过程中,控制G值的作用是控制絮凝效果。

14. 当前水厂中常用的絮凝设备有哪几种?各有何优缺点?在絮凝过程中,为什么G值应自进口至出口逐渐减小?

絮凝设施可分为水力絮凝反应设施和机械絮凝反应设施两大类。

常用的絮凝设备有:隔板絮凝池、折板絮凝池、机械絮凝池及其他形式絮凝池(栅条、网格絮凝池;穿孔旋流絮凝池等)。

絮凝设施基本要求:混合后,通过絮凝设备应形成肉眼可见的大的密实絮凝体。

隔板絮凝池:有往复式和回转式两种。构造简单、管理方便、效果较好。但絮凝时间较长、容积较大、转弯处局部水头损失大,容易引起絮凝体破碎。

折板絮凝池:有同波折板和异波折板两种。与隔板絮凝池相比,总絮凝时间缩短,絮凝效果良好。

机械絮凝池:单个机械絮凝池接近于CSTR(完全混合连续型)型反应器,故宜分格串联。分格愈多,愈接近于PF(推流型),絮凝效果愈好。但分格愈多,造价愈高、维修工作量也愈大。搅拌器有:桨板和叶轮式等。目前我国常用桨板。搅拌轴安装位置有水平和垂直两种。水平轴式实适用于大型水厂;垂直轴式实适用于中、小型水厂。

在絮凝反应过程中,为了保证絮凝体不被打碎,并使絮凝体容积较小,节省建设费用,在工程中于絮凝开始颗粒很小时采用大的G值,并随着絮凝体尺寸增大而逐渐减小G值,最后絮凝体增至最大时采用最小的G值。即絮凝过程中,G值应自进口至出口逐渐减小。

15. 河水总碱度0.1mmol/L(按CaO计),硫酸铝(含Al2O3约16%)投加量为25mg/L。问是否需要投加石灰以保证硫酸铝顺利水解?设水厂每日生产水量50000m3,试问水厂每天约需要多少千克石灰(石灰纯度按50%计)?

16. 设聚合铝[A12(OH)n?Cl6-n]m在制备过程中,控制m=5,n=4,试求该聚合铝的碱化度为多少?

17. 某水厂采用精制硫酸铝作为混凝剂,其最大投量为35 mg/L。水厂设计水量100000m3/d。混凝剂每日调制3次,溶液浓度按10%计,试求溶解池和溶液池体积各为多少?

18. 隔板絮凝池设计流量为75000m3/d。絮凝池有效容积为1100m3,絮凝池总水头损失为0.26m。求絮凝池总的平均速度梯度G值和GT值各为多

少?(水厂自用水量为5%)

19. 设原水悬浮物体积浓度ф=5×10-5。假定悬浮颗粒粒径均匀,有效碰撞系数α=1,水温按15℃计。设计流量Q=360m3/h。搅拌功率(或功率消耗)P=195W。试求:

(1) 絮凝池按PF型反应器考虑,经15min絮凝后,水中颗粒数量浓度将降低百分之几?

(2) 采用3座同体积机械絮凝池串联(机械絮凝池按CSTR型反应器考虑),絮凝池总体积与(1)相同。搅拌功率仍为195W,设3座絮凝池搅拌功率分别为:P1=100W,P2=60W,P3=35W,试问颗粒数量浓度最后降低百分之几?

第4章 沉淀

例题

1.设计日产水量为10万m3的平流式沉淀池。水厂本身用水占5%。采用两组池子。

解:1). 每组设计流量

Q=100000×1.05/(2×24)=2187.5 m3/h=0.608 m3/s

2) 设计数据的选用

表面负荷Q/A=0.6mm/s=51.8 m3/(m2?d),沉淀池停留时间T=1.5h;

沉淀池水平流速为v=14 mm/s。

3)计算

沉淀池表面积A=2187.5×24/51.8=1013.5 m2

沉淀池长L=3.6×14×1.5=75.6m,采用76m。

沉淀池宽B=1013.5/76=13.3m,采用13.4m。由于宽度较大,沿纵向设置一道隔墙分成两格,每格宽为13.4/2=6.7m。

沉淀池有效水深H=QT/BL=2187.5×1.5/(13.4×76)=3.22m,采用3.5m(包括保护高)。

絮凝池与沉淀池之间采用穿孔布水墙,穿孔墙上的孔口流速采用0.2m/s,则孔口总面积为0.608/0.2=3.04 m2。每个孔口尺寸定为15cm×8cm,则孔口数为3.04/(0.15*0.08)=253个。

沉淀池放空时间按3h计,则放空管直径按公式计算:

,采用DN350mm。

出水渠断面宽度采用1.0m,出水渠起端水深按公式计算:

为保证堰口自由落水,出水堰保护高采用0.1m,则出水渠深度为0.68m。

4)水力条件校核

水流截面积ω=6.7×3.32=21.57m

水流湿周χ=6.7+2×3.22=13.14 m

水力半径R=21.574/13.14=1.64m

弗劳德数Fr=v2/Rg=1.42/(164×981)=1.2×10-5

雷诺数Re=vR/υ=1.4×164/0.01=22960(按水温20℃计)

2.设计单池产水量为15000 m3/d的斜管沉淀池。水厂自用水按5%计。

解:

1) 设计数据

设计流量Q=15000m3/d×1.05=650 m3/h=0.18 m3/s

表面负荷取q=10 m3/(m2?h)=2.8mm/s

斜管材料采用厚0.4mm塑料板热压成正六角形管,内切圆直径d=25mm,长1000mm,水平倾角θ=60°。

2)计算

按公式求得清水区面积:

A=Q/q=0.18/0.0028=64.5 m2

采取沉淀池尺寸为5.5×12=66 m2,为了配水均匀,进水区布置在12m长的一侧。在5.5m的长度中扣除无效长度0.5m。因此净出口面积(考虑斜管结构系数1.03):

A’=(5.5-0.5)×12/1.03=58 m2

采用保护高0.3m,清水区高度1.2m,配水区高度1.5m,穿孔排泥槽高0.80m,斜管高度h=Lsinθ=L×sin60°=0.87m,池子总高度H=0.30+1.2+1.5+0.80+0.87=4.67 m。

沉淀池进口

采用穿孔墙,排泥采用穿孔管,集水系统采用穿孔管。

3)核算

a. 雷诺数

水力半径R=d/4=25/4=6.25mm=0.625cm

当水温t=20℃时,水的运动粘度υ=0.01cm2/s,按公式可求得管内流速:

V=Q/A’sinθ=0.18/58sin60°=0.0036m/s=0.36cm/s

Re=vR/υ=0.625×0.36/0.01=22.5

b. 弗劳德数Fr=v2/Rg=0.362/(0.625×981)=2.1×10-4

c. 斜管中的沉淀时间

T=L/v=1000/3.6=280s=4.6min(一般在2~5min之间)。

思考题与习题

1. 什么叫自由沉淀、拥挤沉淀和絮凝沉淀?

自由沉淀:单个颗粒在无边际水体中沉淀,其下沉的过程颗粒互不干扰,且不受器皿壁的干扰,下沉过程中颗粒的大小、形状、密度保持不变,经过一段时间后,沉速也不变。

拥挤沉淀:当水中含有的凝聚性颗粒或非凝聚性颗粒的浓度增加到一定值后,大量颗粒在有限水体中下沉时,被排斥的水便有一定的上升速度,使颗粒所受的摩擦阻力增加,颗粒处于相互干扰状态,此过程称为拥挤沉淀。

絮凝沉淀:在沉淀的过程,颗粒由于相互接触絮聚而改变大小、形状、密度,并且随着沉淀深度和时间的增长,沉速也越来越快,絮凝沉淀由凝聚性颗粒产生。

2. 理想沉淀池应符合哪些条件?根据理想沉淀条件,沉淀效率与池子深度、长度和表面积关系如何?

平流沉淀池构造:(1)进水区;(2)沉淀区;(3)污泥区;(4)出水区。

条件:

①颗粒处于自由沉淀状态,颗粒的沉速始终不变。

②水流沿水平方向流动,在过水断面上,各点流速相等,并在流动过程中流速始终不变。

③颗粒沉到底就被认为去除,不再返回水流中。

关系:设理想沉淀区的深度为H,长度为L,宽度为B,进入沉淀区的水流量为Q

则有:水平流速 ,沉降时间 ,截留沉速 ,表面负荷

对u

对u>u0的颗粒,沉淀效率为100%,即沉降速率大于截留沉速u0的颗粒能够全部去除。则沉速大于等于u0的颗粒全部去除率为(1-p0)。

因此,理想沉淀池的总沉淀效率

式中p0—沉速小于u0的颗粒重量占所有颗粒重量的百分率;

由上述内容可知,理想沉淀区的沉淀效率只与截留沉速有关,即水在沉淀区中的沉淀效率只与表面负荷有关,而与其他工艺参数(如沉淀时间、池深、水流速度等)无关。当处理水量一定时,沉淀效率只与沉淀池的表面积有关,即沉淀池表面积越大,沉淀效率越高。

3. 影响平流沉淀池沉淀效果的主要因素有哪些?沉淀池纵向分格有何作用?

主要因素:

1、水流的紊动性:水流的紊动,影响颗粒沉淀。所以希望紊动性小些。紊动性大小可用

雷諾数 来衡量,Re越大紊动性越强。平流沉淀池一般Re=4000~15000,属于紊流。只有斜板(管)可达层流。

2、水流的稳定性:为避免外界干扰(异重流、风浪等),希望稳定性越高越好。水流的稳定性以弗劳德数 来衡量,越大越稳定。平流沉淀池宜使Fr>10-5。

3、凝聚作用的影响:实际沉淀池的水深对混凝沉淀效果也有影响。

作用:降低水力半径R,从而降低雷诺数Re并提高弗劳德数Fr。

4. 沉淀池表面负荷和颗粒截留沉速关系如何?两者涵义有何区别?

关系:对于理想沉淀池,表面负荷在数值上等于截留沉速,但意义不同。

即:

区别:表面负荷是指单位沉淀面积上所承受的水流量。

截留沉速是指恰好能从池顶始端沉淀到池底末端时的颗粒沉降速度。

5. 平流沉淀池进水为何采用穿孔隔墙?出水为什么往往采用出水支渠?

穿孔隔墙作用:使流量均匀分布在进水截面上,尽量减少扰动。

出水支渠作用:增加出水堰的长度,降低流量负荷,避免流线过于集中。

6. 斜管沉淀池的理论根据是什么?为什么斜管倾角通常采用60°?

理论根据:浅池理论,即在保持截留沉速u0和水平流速v都不变的条件下,减小沉淀池的深度,就能相应地减少沉淀时间和缩短沉淀池的长度。

从另一方面来说,在原体积不变时,增加沉淀面积,可使颗粒去除率提高。

斜板、斜管的倾角,应能使沉泥能自动下滑,其值与沉泥的性质及颗粒粗细有关。在城市自来水的混凝沉淀池中,斜板、斜管的倾角多采用60°。

7. 澄清池的基本原理和主要特点是什么?

原理:把絮凝和沉淀综合在一个构筑物中完成,主要靠活性泥渣层达到澄清目的。当脱稳的杂质随水流与泥渣层接触时,便被泥渣层阻留下来,使水获得澄清。这是把泥渣层做为接触介质的净化过程,也是一种絮凝过程,称接触絮凝。在絮凝的同时,杂质从水中分离出来,清水在澄清池上部被收集。

特点:

8. 已知颗粒密度ρ=2.65g/cm3,粒径d=0.45mm(按球形颗粒考虑),求该颗粒在20℃水中沉降速度为多少?

9. 平流沉淀池设计流量为720 m3/h。要求沉速等于和大于0.4mm/s的颗粒全部去除。试按理想沉淀条件,求:(1)所需沉淀池平面积为多少m2?(2)沉速为0.1mm/s的颗粒,可去除百分之几?

10. 原水泥沙沉降试验数据见下表。取样口在水面下180cm处。平流沉淀池设计流量为900 m3/h,表面积500 m2。试按理想沉淀池条件,求该池可去除泥沙颗粒约百分之几?(C0表示泥沙初始浓度,C表示取样浓度)。

沉降试验数据

取样时间(min) 0 15 20 30 60 120 180

C/C0 1 0.98 0.88 0.70 0.30 0.12 0.08

第5章 过滤

例题

1. 设滤池平面尺寸为7.5m×7.0m=52.5 m2。试设计大阻力配水系统。

解:冲洗强度采用q=14L/s?m2,冲洗流量Q=14×52.5=735L/s=0.735m3/s,

1) 干管

采用钢筋混凝土渠道。断面尺寸:850mm×850mm,长7500mm。

起端流速v0=0.735/(0.85*0.85)=1m/s。

2)支管

支管中心距采用0.25m。支管数n=7.5×2/0.25=60根(每侧30根)。支管长为(7.00-0.85-0.3)/2≈2.93m,取2.9m。式中0.3m为考虑渠道壁厚及支管末端与池壁间距。每根支管进口流量=735/60=12.25L/s,支管直径选用80mm,支管截面积为5.03×10-3m2,查水力计算表,得支管始端流速va=2.47m/s。

3)孔口

孔口流速采用5.6m/s,孔口总面积f=0.735×/5.6=0.131 m2。配水系统开孔比α=0.131/52.5=0.25%。

孔口直径采用9mm,每个孔口面积=6.36×10-5 m2。孔口数m=0.131/(6.36*10-5)=2060个。考虑干管顶开2排孔,每排40个孔,孔口中心距e1=7.5/40=0.187m。

每根支管孔口数=(2060-80)/60=33个,取34个孔,分两排布置,孔口向下与中垂线夹角45°交错排列,每排17个孔,孔中心距e2=2.9/17=0.17m。

4)配水系统校核

实际孔口数m’=34*60+80=2120个

实际孔口总面积f’=2120*6.36*10-5=0.1348m2

实际孔口流速v’=0.735/0.1348=5.45m/s

(f’/ω0)2+(f’/nωa)2=(0.1348/0.85*0.85)2+(0.1348/60*5.03*10-3)2=0.25<0.29

α=q/1000v’=14/1000*5.45=0.268% 符合配水均匀性达到95%以上的要求。

2. 设滤池平面尺寸为L=4m,B=3m,F=12m2。滤层厚H2=70cm,冲洗强度采用q=14 L/(s ? m2)。滤层膨胀度e=45%。试设计冲洗排水槽断面尺寸和冲洗排水槽高度H。

解:每个滤池设2条冲洗排水槽,槽长l=B=3m,中心距=4/2=2m。

每槽排水流量Q=qF/2=14*12/2=84L/s=0.084 m3/s。

冲洗排水槽断面采用标准形状。按公式求断面模数:

X=0.45Q0.4=0.45*0.0840.4 m≈0.17m

冲洗排水槽底厚采用δ=0.05m,保护高0.07m,则槽顶距砂面高度:

H=eH2+2.5x+ δ+0.07=0.45*0.7+2.5*0.17+0.05+0.07=0.86m

校核:

冲洗排水槽总面积与滤池面积之比=2×l×2x/F=2×3×2×0.17/12=0.17<0.25(符合要求)

思考题与习题

1. 为什么粒径小于滤层中孔隙尺寸的杂质颗粒会被滤层拦截下来?

悬浮颗粒必须经过迁移和粘附两个过程才能完成去除的过程。

迁移:包括沉淀、扩散、惯性、截阻和水动力效应等5种基本作用。

粘附:包括范德华引力、静电力以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用、絮凝颗粒间的架桥作用等作用。

粒径小于滤层中孔隙尺寸的杂质颗粒迁移到滤料表面时,主要通过粘附作用,即在范德华引力、静电力、某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用下,被滤层拦截。而粘附作用主要取决于滤料和水中颗粒表面的物理

化学性质,而与粒径尺寸大小无关。

迁移:

1、截阻作用:悬浮物沿流线运动,与滤料表面接触时被俘获。

2、惯性作用:颗粒具有自身的惯性力而脱离流线,到达滤料颗粒表面。

3、沉淀作用:水流通过砂滤料层相当于经过无数微型沉淀池。

4、扩散作用:悬浮颗粒物存在浓度梯度,使颗粒物扩散到滤料颗粒表面被俘获。

5、水动力效应作用:水流经过砂滤层具有速度梯度G值,使颗粒发生转动而脱离流线。

粘附:

粘附作用是一种物理化学作用。当水中颗粒迁移到滤料颗粒表面时,在范德华引力、静电力、某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用下,被粘附在滤料颗粒表面上,或者粘附在滤料颗粒表面上原先粘附的颗粒上。

因此,粘附作用主要取决于滤料和水中颗粒表面的物理化学性质,而无需增大颗粒尺寸。

2. 从滤层中杂质分布规律,分析改善快滤池的几种途径和滤池发展趋势。

滤层内杂质分布规律:

在颗粒粘附同时,还存在着由于孔隙中水流剪力作用而导致颗粒从滤料颗粒表面上脱落趋势。粘附力和水流剪力相对大小,决定了颗粒粘附和脱落的程度。

过滤初期滤料较干净,孔隙率较大,孔隙流速较小,因而水流剪力较小,粘附作用占优势。随着过滤时间的延长,滤层中杂质逐渐增多,孔隙逐渐减小,水流流速加大,水流剪力增大,以致最后粘附上的颗粒首先脱落下来,或者水流挟带的后续颗粒不能再有粘附现象,悬浮颗粒向下推移,下层滤料截留作用渐得发挥。

改善途径:滤池工作的经济性,与滤池过滤作用水头是否被充分利用有关。在建成的重力式滤池里,滤池的过滤作用水头都已经确定。所以充分利用作用水头,增长过滤时间,实现使滤池水头损失达到最大值的工作周期(压力周期),在运行管理上是经济的。滤池的最优工作条件是使水质周期等于压力周期。为达到这点,可以调整滤池的各种工艺参数,如增加滤层的厚度。在实际生产中由于影响滤池工作周期的因素十分复杂,不可能在任何条件下都保持最优工作条件,所以在滤池设计中一般采用水质周期大于压力周期的工作条件。

发展趋势:由不均匀滤料构成的单层滤层,由于反冲洗时的水力分级作用,导致不均匀滤料单层滤层的含污能力是不高的。为增加不均匀滤料单层滤层的含污能力,可以采用反粒度过滤或双向流过滤。为减少水力分级给滤层带来的不利影响,在工程中可以采用均匀滤料或者多种滤料混杂滤层。

概念补充:

水质周期:滤池由开始进入有效过滤期到出水浊度达到泄漏值,称为水质周期。

压力周期:从开始过滤到滤层水头损

失增至最大值时,滤池的过滤周期称为压力周期

滤池的过滤作用水头:滤前水的最高水位与滤后水水位(常为清水池水位)之差。

含污能力:过滤周期结束时,整个滤料层单位体积滤料中所截留的杂质量,以kg/m3或g/cm3计。含污能力大,表明整个滤料层所发挥的作用大,所以滤池性能的好坏很重要的一个指标就是截污能力。滤池性能用含污能力来衡量。

水力分级:在上升水流中使滤料分层的现象,称为水力分级现象。由比重不同的滤料组成的滤层,能够在反冲洗时互不混杂而保持各自的分层状态,是由于水力分级作用的结果。

泄漏浊度:达到泄漏点时相应的出水浊度。

有效过滤期:快滤池反冲洗结束后恢复过滤时,出水浊度较高,这部分出水称为初滤水,初滤水的延续时间称为成熟期。初滤水浊度降低至要求值后的延续时间,为有效过滤期。

3. 什么叫“等速过滤”和“变速过滤”?分析两种过滤方式的优缺点。

变速过滤:水头损失保持不变,则滤速减小,这叫变速(减速)过滤。

变速过滤,滤速随时间而逐渐减小的过滤过程称“变速过滤”或“减速过滤”。普通快滤池及移动冲洗罩滤池即属于变速过滤的滤池。

“减速”过滤,过滤初期滤速较大可使悬浮质深入下层滤料;过滤后期滤速减小(但砂层缝隙中的滤速减小要缓慢得多),可防止颗粒穿透滤层,所以产水量较大,水质较好,过滤周期较长。

等速过滤:保持滤池进水流量不变,即滤速保持不变,则水头损失增大,这叫等速(恒速)过滤。

变水头等速过滤 ,“等速(恒速)过滤”实际上就是保持滤池流量Q不变,而水头H随滤层孔隙率减小而增加,虹吸滤池和无阀滤池就是按“等速过滤”工作的。

“等速”过滤,砂滤层缝隙的流速实际上是增大的,水流剪力也不断增大,从而引起杂质颗粒的脱落和不粘附,所以水质较差,但缩短了过滤周期。

4. 什么叫“负水头”?它对过滤和冲洗有何影响?如何避免滤层中“负水头”产生?

负水头:当过滤进行到一定时刻时,从滤料表面到某一深度处的滤层的水头损失超过该深度处的水深,该深度处就出现负水头。

危害:负水头会导致水中的溶解气体大量析出并在滤层中形成气泡,致使:

1、增加滤层局部阻力,减少有效过滤面积,增加了水头损失;

2、空气泡会穿过滤料层,上升到滤池表面,甚至把煤粒等轻质滤料带走。在冲洗时,空气更容易把大量的滤料随水带走。

避免滤池中出现负水头的两个方法:

1、增加砂面上的水深;2、令滤池出口位置等于或高于滤层表面。

5. 什么叫滤料“有效粒径”和“不均匀系数”?

不均匀系数过大对过滤和反冲洗有何影响?“均质滤料”的涵义是什么?

有效粒径:d10,表示通过滤料重量10%的筛孔孔径(mm),它反映滤料中细颗粒的尺寸。

d80,指通过滤料重量80%的筛孔孔径(mm)。它反映滤料中粗颗粒的尺寸。

不均匀系数:d80与d10的比值称为滤料的不均匀系数。

K80愈大滤料粒径愈不均匀,这对过滤和冲洗都很不利。因为K较大时,滤料中的粗细颗粒尺寸相差明显,反冲洗时滤料的水力分级现象明显,导致过滤时滤层的水头损失增加的很快,甚至可能产生负水头,滤池压力周期缩短,滤层的含污能力降低。此外,反冲洗时无法满足最优工况,反冲洗效果差,无法达到节水、节能等目的。

为保证过滤与反冲洗效果,一般K不大于2.0。

均质滤料:均质滤料是指从滤料的截面处看粒径的平均值相同。

6. 双层和多层滤料混杂与否与哪些因素有关?滤料混杂对过滤有何影响?

因素:1、两种滤料悬浮滤层的相对密度差,其差值愈大,水力分级作用愈强,混杂程度也愈小。2、悬浮滤层中的扰动,特别是下层细滤料的扰动,能使上层粗滤料被卷入下层,造成混杂;并且反冲洗强度愈大,扰动愈强,混杂程度也愈大。

所以,选择适当的反冲洗强度和两种滤料的粒径比,使之在该反冲洗强度条件下两种滤料形成的悬浮滤层的相对密度有一定的差值,就能够控制层间混杂不致过大。

影响:

一种观点认为:煤-砂交界面上适度的混层,可避免交界面上积聚过多杂质而使水头损失增长较快,故适度混杂是有益的。

另一种认为:煤-砂交界面上不应有混杂现象。因为煤层起截留大量杂质作用,砂层则起精过滤作用,而界面分层清晰,起始水头损失将较小。

7. 气-水反冲洗有哪几种操作方式?各有何优缺点?

气水联合冲洗有3种操作方式:

1、先气洗,后水洗;2、先气水混合洗,再用水洗;3、先气洗,再气水混合洗,最后用水洗或漂洗。

气-水联合冲洗时,总的反冲洗时间约在10min左右。

单独气洗时气泡通过滤头上方的滤层时会带动滤料产生循环移动的现象,能提高反冲洗的效果,而且单独用气反冲洗,不会导致滤料流失。但气泡对滤层各部位的扰动程度不均匀,且滤料循环移动时移动速度很慢,在一次气反冲洗的时间里移动距离也有限,需要多次气冲后才能使之循环一次。

气、水同时反冲洗时,滤料的移动速度比单独气洗时要快的多,冲洗效果也好于单独气洗。但滤料能被上升气泡带动抛离滤层,易于产生滤料流失。

无论何种操作方式,最后都需要再单独用水冲洗一次,这是为了将冲洗下来的污物带走,并去除残留在滤层

中的气泡。

气-水联合冲洗原理:利用压缩空气进入滤池后,上升空气气泡产生的振动和擦洗作用,将附着在滤料表面的杂志清除下来并使之悬浮于水中,然后再用水反冲把杂质排出池外。

气-水联合冲洗具有下述特点:

冲洗效果好;节约反冲洗水量;冲洗结束后,滤层不产生或不明显产生上细下粗的分层现象;但是气水联合冲洗操作较为麻烦,池子和设备较复杂,需增加鼓风机或空压机、储气罐等气冲设备。

8. 大阻力配水系统和小阻力配水系统的涵义是什么?各有何优缺点?掌握大阻力配水系统的基本原理和公式的推导过程。详见P160-161

S1为配水系统内的水力阻抗;S2为配水孔眼的水力阻抗;S3为承托层的水里阻抗;qⅠ为第一条线路的流量;qⅡ为第二条线路的流量。

反冲洗水在池中分布的均匀程度,常以池中反冲洗强度的最小值和最大值的比值来表示,并要求此比值不小于0.9~0.95。即:qmin/qmax≥0.9~0.95

为达到上述均匀分布反冲洗水的要求,可采用两种途径:

1、加大配水孔眼的水力阻抗S2,使S1和S2相比甚小,则式中阻抗比便能趋近于1,从而使两条线路的流量比也接近于1。所以,只要选择适当的S2的值,就能满足qmin/qmax≥0.9~0.95的要求。按这种原理设计出来的配水系统,称为大阻力配水系统。

大阻力配水系统特点:能定量地控制反冲洗水分布的均匀程度,工作比较可靠,但是水头损失大。

2、尽量减小配水系统内的水力阻抗S1,使S1与(S2+S3)相比甚小,也能使阻抗比趋近于1,从而使两条线路的流量比也接近于1。按这种原理设计出来的配水系统,称为小阻力配水系统。

小阻力配水系统特点:虽然分布水的均匀程度较差,但是反冲洗时消耗的水头损失很小,为滤池实现反冲洗提供了便利条件,常用于中、小型设备。

9. 小阻力配水系统有哪些形式?选用时主要考虑哪些因素?

形式:有格栅、孔板、穿孔渠、滤头等形式。

因素:开孔比p、反冲洗强度q、孔眼流速v0。

10. 滤池的冲洗排水槽设计应符合哪些要求,并说明理由。

大、中型滤池在滤层上设排水槽,排水槽设计必须符合以下要求:

1、冲洗废水应自由跌落排水槽,槽内水面以上宜有7cm的超高,以免槽内水面与滤池水面连成一片,影响冲洗均匀性。

2、排水槽内的废水应自由跌落废水渠,以免废水渠干扰排水槽出流,引起壅水,所以废水渠水面应比排水槽底低0.2m左右。

3、为使单位槽长的溢流量相等,排水口应力求水平,误差限制在±2mm。

4、排水槽在平面上的总面积一般不大于滤池面积的25%。否则,冲洗时槽内之间水流上升速度过大,影响上升水流的均

匀性。

5、槽与槽的间距一般为1.5~2.0m。间距过大,长短流线相差过远,也会影响排水的均匀性。

6、排水槽在滤池中的安裝高度要适当。槽口太高,废水排除不净,太低则滤料流失,故槽底应在滤层膨胀面之上。

11. 冲洗水塔或冲洗水箱高度和容积如何确定?

冲洗水箱(塔)一般与滤池合建,通常建造于滤池操作室层顶上,水塔(箱)中水深不宜超过3m。水塔(箱)容积可按单个滤池冲洗水量的1.5倍计算:

(m3)

q——反冲洗强度,L/(s?m2)。

A——滤池面积,m2。

t——为冲洗历时,min。

水塔(箱)底高出滤池冲洗排水槽顶的高度可按下式计算:

(m)

H0——排水槽顶与清水池最低水位之差,m;

h1——从清水池至滤池的冲洗管道中总水头损失,m;

h2——滤池配水系统水头损失,m。大阻力配水系统按孔口平均水头损失计算。

h3——承托层的水头损失,m。可根据承托层的厚度Z(m)及冲洗强度q(L/s?m2)计算:

h4——滤料层的水头损失,m,

h5——备用水头,一般取1.5~2.0m。

水泵冲洗时,需考虑有备用措施。水泵流量和扬程分别为:

(L/s); (m)

12. 所谓V型滤池,其主要特点是什么?

V型滤池:是粗滤料滤池的一种形式。对滤池进行反冲洗时,由于滤料粒径较粗,水的反冲洗强度不足以使之悬浮,所以不致产生水力分级现象,从而使滤层过滤时不宜被堵塞,过滤周期较长,含污能力较高。V型滤池的过滤和反冲洗过程的操作已经全部实现了自动控制。常用于大、中型水厂。

13. 某天然海砂筛分结果见下表,根据设计要求,d10=0.54mm,K80=2.0。试问筛选滤料时,共需筛除百分之几天然砂粒(分析砂样200g)。

筛分试验记录

筛孔

(mm) 留在筛上砂量 通过该筛号的砂量

质量(g) % 质量(g) %

2.36 0.8

1.65 18.4

1.00 40.6

0.59 85.0

0.25 43.4

0.21 9.2

筛底盘 2.6

合计 200

14. 根据上题所选砂滤料,求滤速为10m/h的过虑起始水头损失为多少cm?已知:砂粒球度系数ф=0.94;砂层孔隙率m0=0.4;砂层总厚度l0=70cm;水温按15℃计。

15. 设大阻力配水系统干管起端流速为1m/s;支管起端流速为2m/s;孔口流速为3m/s。试通过计算说明该配水系统的配水均匀性是否达到95%以上。

16. 设滤池平面尺寸为5.4m(长)×4m(宽)。滤层厚70cm。冲洗强度q=14 L/(s ? m2),滤层膨胀度e=40%。采用3条排水槽,槽长4m,中心距1.8m。求:

(1) 标准排水槽断面尺寸;

(2) 排水槽顶距砂面高度;

(3) 校核排水槽在水平面上总面积是否符合设计要求。

17. 滤池平面尺寸、冲

洗强度及砂滤层厚度同上题,并已知:冲洗时间6min;承托层厚0.45m;大阻力配水系统开孔比α=0.25%;滤料密度为2.62g/cm3;滤层孔隙率为0.4;冲洗水箱至滤池的管道中水头损失按0.6m计。求:(1)冲洗水箱容积;(2)冲洗水箱底至滤池排水冲洗槽高度。

第6章 吸附

思考题与习题

1、吸附剂与吸附质的概念。

吸附:在两相界面层中,某物质浓度能够自动地发生富集的现象称为吸附。

吸附剂:具有吸附能力的物质称作吸附剂。

吸附质:被吸附在吸附剂表面的物质称为吸附质。

2、活性炭吸附的应用主要有那几种类型?

活性炭一般有两种应用方式。即粉末炭和粒状炭。

粉末炭:将活性炭制成粉末,直接投入水中吸附水中杂质。

粒状炭:将活性炭制成颗粒,当水经过活性炭滤池过滤时,水中某些杂质即被吸附在活性炭表面。

3、饮用水处理中活性炭吸附有哪些功能?

在饮用水处理中,活性炭的功能表现为以下几个方面:1、臭和味的去除;2、总有机碳的去除;3、消毒副产物前驱物的去除;4、挥发性有机物的去除;5、人工合成有机物的去除。

第7章 氧化还原与消毒

思考题与习题

1. 目前水的消毒方法主要有哪几种?简要评述各种消毒方法的优缺点。

消毒方法:

化学消毒法(氧化剂消毒):氯、臭氧、二氧化氯、次氯酸钠、过氧化氢、高锰酸盐、高铁酸盐等。

物理消毒方法:紫外线消毒、电化学消毒。

氯:是水处理中应用最广泛的化学氧化方法,主要用于水的消毒。氯消毒效果好,成本较低,可在管网中保持一定余氯量。但氯具有很强的取代作用,在消毒的同时还会与水中有机物进行取代反应,生成一些对人体健康具有潜在危害的卤代副产物,如三卤甲烷、卤乙酸等。

臭氧:是水处理中应用较早的氧化剂。具有很强的杀菌作用,杀菌能力是氯消毒的几百倍;能选择性地降解水中带有不饱和键的多种有机污染物;能提高水中有机物的可生化性。但臭氧在水中不稳定,易散失,且降解有机物过程中可能产生有毒的中间产物。

二氧化氯:消毒能力比氯高几十倍。但二氧化氯需要现场制备,其主要消毒副产物是亚氯酸根,对红血球有破坏作用,因而二氧化氯不宜过多投加。

次氯酸钠:是强氧化剂和消毒剂,但消毒效果不如氯。

过氧化氢:是强氧化剂,主要用于水和污水的高级氧化。

高锰酸盐:是强氧化剂,能选择性地降解水中带有不饱和键的有机物,同时,高锰酸盐在氧化过程中产生的新生态二氧化锰对水中多种微量有机与无机污染物有吸附作用,可在一定程度上提高对水中多种有机污染物和重金属的

去除;新生态水和二氧化锰对高锰酸盐氧化一些污染物有催化作用。高锰酸钾的除臭、味作用显著,无副作用。在水处理中有重要的应用潜力。

高铁酸盐:其氧化还原电位比较高,在氧化过程中能形成复杂的中间态成分。具有氧化、絮凝、吸附等多种作用。但高铁酸盐合成难度较大,稳定性需要提高。有一定的研究开发潜力。

紫外线消毒:消毒速度快,几十秒钟即能杀菌;不影响水的物理和化学性质;操作简单。

电化学消毒:消毒效率高。

2. 什么叫自由性氯?什么叫化合性氯?两者消毒效果有何区别?简述两者消毒原理。

自由性氯:自由性氯是Cl2、HOCl与OCL-的统称。

化合性氯:当水中所含的氯以氯胺形式存在时,称为化合性氯。

区别:自由性氯的消毒效果比化合性氯高得多,但是自由性氯消毒的持续性不如化合性氯,后者的持续消毒效果好。

自由性氯消毒原理:一般认为,起消毒作用的主要是次氯酸HOCl。次氯酸HOCl和次氯酸根OCl-均具氧化能力。HOCl是中性分子,可以扩散到带负电的细菌表面,并渗入细菌体内,通过氧化作用破坏细菌体内的酶,进而使细菌死亡。而OCl-带负电,难以接近带负电的细菌表面,杀菌能力比HOCl差得多,生产实践表明,pH值愈低, HOCl 含量愈高,消毒作用愈强。

化合性氯消毒原理:当水中有氨存在时,氯加入含有氨氮的水中后会发生如下可逆反应,并生成一氯胺、二氯胺、三氯胺。

NH3 + HOCl ? NH2Cl + H2O

NH2Cl+ HOCl ? NHCl2 + H2O

NHCl2+ HOCl ? NCl3 + H2O

氯胺的消毒也是依靠次氯酸(HOCl),即氯胺的消毒作用来自于上述可逆反应中维持平衡所不断释放出来的次氯酸。因此,氯胺的消毒效果慢而持续。

一氯胺、二氯胺、三氯胺的含量与pH有关:

pH>9时,一氯氨占优势 pH=7时,一氯胺和二氯胺同时存在

pH

3. 水的pH值对氯消毒作用有何影响?为什么?

水中pH值越低,则HOCl含量越高,消毒作用越强。

水中HOCl与OCl-存在电离平衡:HOCl ? H+ + OCl-

pH越低,则氢离子H+浓度越高,平衡向逆反应方向移动,HOCl含量就越高。而氯消毒过程中,主要通过次氯酸HOCl起消毒作用。因此,水中pH值越低则消毒作用越强。

4. 什么叫折点加氯?出现折点的原因是什么?折点加氯有何利弊?

当水中含有氨和氮化合物时,其实际需氯量满足后,加氯量增加,余氯量增加,但是后者增长缓慢,一段时间后达到峰点,此后加氯量增加,余氯量反而下降,达到折点后,随着加氯量的增加,余氯量又上升,此折点后自由性余氯出现,继续加氯消毒效果最好,即折点加氯。

水中的氨氮可

在适当pH值条件下,利用氯系的氧化剂(如Cl2、NaOCl)使之氧化成氯胺(NH2Cl、NHCl2、NCl3)之后,再氧化分解成N2气体而达脱除之目的。此处理方法一般通称为折点加氯法

原因:当余氯为化合性氯时,加氯量增加,一氯胺被氧化成一些不起消毒作用的化合物,余氯反而逐渐减少。当所有消耗氯的物质都反应完全以后,即出现折点。折点后继续加氯,则余氯增加,此时余氯基本为游离性氯,消毒效果最好。

利弊:当原水受污染情况严重时,折点加氯可以降低水的色度、去除臭和味,降低水中有机物含量,提高混凝效果。但是氯化消毒过程中会形成三卤甲烷和卤乙酸等对人体健康具有潜在危害的卤代副产物,需要进行预处理或深度处理。

概念补充:

需氯量:指灭活水中微生物、氧化有机物和无机还原性物质等所消耗的氯。

余氯量:为了抑制水中残存细菌的再度繁殖,管网中尚需维持少量的余氯。

二者关系:1、理想状况下,水中不存在消耗氯的微生物、有机物和还原性物质时,加氯量等于余氯量。2、天然水中存在着微生物、有机物以及还原性无机物质。投氯后,有一部分氯被消耗(即需氯量),氯的投加量减去消耗量即得到余氯。

5. 什么叫余氯?余氯的作用是什么?

余氯:水中投氯后,有一部分氯被水中的微生物、有机物以及还原性物质所消耗,剩余的氯含量即为余氯。

作用:为了抑制水中残存细菌的再度繁殖,管网中尚需维持少量的余氯,以保持水质符合标准。

范文五:基础工程课后习题答案 投稿:崔軋軌

题2 - 41

(1)地区的标准冻结深度为0=1.8m

(2)按式2-33求设计冻结深度,即d=0zszwze

查表2-11求zs

第一层土:Ip=L-P=80.075mm 占土重10%0.25mm占55%>50% d>0.5mm占40%

第一层土: =20% 底层距地下水位0.8m

zw

zs

=1.30

=0.90

第二层土:地下水位离标准冻结深度为0.2m

胀 zw=0.85

查表2-13求ze

城市人口为30万,按城市的近郊取值 ze=0.95 按第二层土计算:d=1.8*1.3*0.85*0.95=1.89m 折算冻结深度:Zd'=1.2 +(1.85 - 1.2)*

1.891.85

=1.864m

折算冻结深度进入第二层土内,故残留冻土层主要存在于第二层土。 (3)求基础最小埋深

按照正方形单独基础,基底平均压力为120kpa,强冻胀,冰冻等条件,查表2-14得允许残留冻土层厚度Hmax=0.38m

由式2-34求得基础的最小埋置深度dmin=d-Hmax=1.864-0.38=1.484m

题2 – 42

(1)埋置深度d=0.8m,持力层为粉质粘土

规范建议的地基承载力公式为 fa=Mbb+ Mdmd+Mcck

k=24° 查表2-16得Mb=0.80 Md=3.87 Mc=6.45

33

=2g=1.89*9.8=18.5KNm m=1g=1.8*9.8=17.64KNm

则fa=0.8*18.5*2.5+3.87*17.64*0.8+6.45*20=220.6kpa (2)埋置深度d=2.4m,持力层为细砂,此时b

k=30°,查表2-16得 Mb=1.9 Md=5.59 Mc=7.95 =3g=1.94*9.8=19KNm m=

3

0.8*17.641.6*18.5

2.4

=18.2KNm3

则fa=1.9*19*3+5.59*18.2*2.4+7.95*0=352.5kpa

题2 – 43

土层一:由k=16°查表2-16得Mb=0.36 Md=2.43 Mc=5.00

=18.5-9.8=8.7KNm m=0

3

fa=Mbb+ Mdmd+Mcck=0.36*8.7*3+0+5*15=84.4kpa

1

1

土层二:Pcr=203252213222.7kpa Pu=455444433444kpa

3

3

1

因为 Pu

2

IL=

pLp

=0.923>0.85 由表2-15得b=0 d=1.0

m=18.5-9.8=8.7KNm3 =19.6-9.8=9.8KNm3

fa=

fak+b(b-3)+dm(d-0.5)=222+0+1.0*8.7*(2-0.5)=235.05kpa

土层三:由k=22°查表2-16得Mb=0.61 Md=3.44 Mc=6.04

(18.59.8)*2(19.69.8)*2

3

=20-9.8=10.2KNm m=

9.25KNm

3

4

则fa=0.61*10.2*3+3.44*9.25*4+6.04*10=206.35kpa

土层四:由k=32°查表2-16得Mb=2.6 Md=6.35 Mc=8.55

=20.1-9.8=10.3KNm3

m=(18.5-9.8+19.6-9.8+20-9.8)/3=9.57KNm3

则fa=2.6*10.3*3+6.35*9.57*6+8.55*0=445kpa 若采用第二层为持力层,由fa=235.05kpa 则AF2

1=

fad

=

5000

235.0520*210*2

23.25m

因为桥墩平面尺寸6m*2m, 取基础尺寸为8m*3m 验算基底压力G=dA=(20-10)*2*8*3=480Kn

PFG500480k

A

8*3

228.33kpa

基础材料采用C15混凝土,基底平均压力200

tan=

bth

11.25

=38.66o

基础高度h=h

bb0bt62tg

tg

82*0.8

1.25m

1:

按长边及刚性角确定基础的尺寸如下图(单位:mm, h>900mm, 做成三层台阶):

题2 – 44

(1)求基地压力:p

FGA

18820*1*1.2*1

1.2*1

176.7kPa/m

(2)基底至淤泥质粘土顶面的距离z为1.8m.

Es1Es2

155

由z/b=1.8/1.2=1.5>0.5 

=

=3

查表2-17得压力扩散角θ=23°

bb2ztg=1.22*1.8*tg23=2.73m 下卧层埋深为 d=2.8m下卧层土的浮容重为 =sat-w=16.59.8=6.7kN/m下卧层以上土的加权平均容重为m=查表2-15得,yb=0,yd=1.0(淤泥层)

fdzfakyd*m( d0.5)901*11.9*(2.80.5)117.4kPa下卧层顶面处的自重应力:Pcz=17.7*0.82*(19.4-9.8)=33.36kPa下卧层顶面处的附加压力:pz

b(ppco)b2z*tg

2.8

3

0.8*17.7+(19.4-9.8)*2

=11.9kN/m

3

pco17.7*0.80.2*9.616.08kPa所以pz

1.2*(17.67-16.08)

=70.65kPa

1.22*1.8*tg23

验算:pzpcz=33.3670.65=104kPafdz117.4kPa经验算,第三层软弱土层的承载力满足要求。

题2 – 45

解:(1)k=20查表得 Mb=0.51 Md=3.06 Mc=5.66 设b=3m

fa=0.51*19.2*33.06*19.2*1.25.66*12=167.8kPa

(2)A1=

FPfa-=

100080167.820*1.2

=7.51m

2

2

考虑偏压:A1.3A11.3*7.51=9.76m

采用: 3.2m*3m 基础 其中a=3.2m,b=3m

(3)G= Ad=20*1.2*9.6=230.4 KN

F+G+p=1310.4 kN

M=180+60*1.2+80*0.45=288 kNm

MFpG

2881310.4

a6

总荷载的偏心距e=

0.22

=0.53m

基底地缘最大应力:p=

FpG

A

=136.5kPafa,满足承载力要求

(4)粉质粘土zs1.00万人口,城郊ze0.95

Wp5WWp9,且地下水位离标准冻结深度为2.01.6=0.4m2.0m

所以冻胀等级为IV,冻胀类别为强冻胀,得zw=0.85, 所以Zd=Z0*zs*ze*zw=1.6*1.00*0.95*0.85=1.292m。

按照方形基础,采暖,基底平均压力位136.5kPa为条件,查表2-14得hmax=0.482m 所以最小埋置深度dmin=Zd-hmax=1.292m-0.482m=0.81m

(5)采用C15混凝土,基底平均压力150

h=bt=0.5(3-0.6)=1.2m

为了保护基础不受外力的破坏,基础的顶面必须埋在设计地面以下100-150mm,所以基础的埋置深度d必须大于基础的高度h,加上保护层厚度,即d≧ht(100˜150mm)

所以初定d=1.2m,故需要重新设定埋深d (6)取埋深d=1.4m b=3m

则fa=0.51*19.2*33.06*19.2*1.45.66*12=179.55kPa

A1=

FPfa-=

100080179.5520*1.4

=7.13m

2

 A1.31A9.2,仍取6ma=3.2m,b=3m

2

G= Ad=20*1.4*9.6=268.8 KN F+G+p=1348.8 kN M=180+60*1.4+80*0.45=300 kNm

MFpG

3001348.8

a6

e=0.22

=0.53m

pmax=

1348.89.6A

+

300*63.2*3

2

=199.1kPa1.2fa=215.46kPa

基底地缘最大应力:

pk=

FpG

=140.5kPafa

满足承载力要求,此时 允许刚性角为45°

题2 – 46

(1)根据2-45题的结果取基底面积a×b=3200mm×3000mm,

按规范设计,荷载的标准组合应乘以1.35的基本组合值。

即 F=1.35×1000=1350 kN H=1.35×60=81kN M=1.35×180=243kN P=1.35×80=108kN

(2)基础底面净反力计算

M总 =(243+81×1.2+108×0.45)=388.8kN·m

A=a×b=9.6m2 W=

16

×3×3.22=5.12m3

a6

3.26

荷载偏心距 e=M/(F+P)=388.8 /(1350+108)=0.27m<==0.53m

基底净反力 Pemax= (F+P)/A + M总/W=(1350+108)/9.6 + 388.8 /5.12=227.8 kPa Pemin= (F+P)/A-M总/W=(1350+108)/9.6-388.8 /5.12=75.9kPa (3)基础抗冲切验算

取基础高度h=600mm ,则ho=600-70=530mm (按不设垫层时,保护层厚度不小于70mm)

Aaiegjc =(

a2

-

ac2

-ho)*b - (-2

bbc2

-ho)2 = (3.2/2-0.6/2-0.53)*3 – (3/2-0.6/2-0.53)2 = 1.86m 2

按Aaiegjc面积上作用Pemax计,则 Fl=Pemax×Aaiegjc=227.8×1.86=423.7kN 因为ho=530mm<800mm,故βh=1.0 采用C20的混凝土,ft=1100kN/m2

得[V]=0.7hft (bc+ ho)* ho

=0.7*1.0*1100*(0.6+0.53)*0.53=461kN 满足Fl<[V]的要求。 (4)柱边基础弯矩验算

柱边与远侧基础边缘的距离a’=ac+

12

(a—ac)=0.6+0.5×(3.2—0.6)

=1.9m

柱边基础的净反力PeI=Pemin+(Pemax-Pemin)×

148

a'a

= 75.9+(227.8-75.9)×1.9/3.2 = 166.1kPa

由式(2-76)MI=

148

(a—ac)2 ×[(Pemax+PeI) ×(2b+bc)+(Pemax-PeI)×b]

=

(3.2—0.6)2×[(227.8+166.1) ×(2×3+0.6)+(227.8-166.1)×3] = 392.2kN·m

pe=

12

×(Pemax+Pemin) =×(227.8+75.9) = 151.85kPa

2pe24

1

由式(2-75)得 MII =

151.8524

×(b—bc) 2×(2a+ac)

=

×(3—0.6) 2×(2×3.2+0.6) = 255.1 kN·m

(6)配筋计算

采用HRB335级钢筋,fy=300N/mm2, 按内力臂系数γs =0.9 计算

沿长边方向:AsI=

MI0.9fyho

=392.2×106/(0.9×300×530)=2741mm2

选配1416@200,实际钢筋面积2815 mm2

MII0.9fyho

沿短边方向:AsII=

=255.1×106/(0.9×300×530)=1783 mm2

选配1214@240,实际钢筋面积1847mm2

题3-26

解:x

0.216m

1

y

0.21m1

1

(1)对于角柱形节点,按半无限长梁计算交点挠度

ix

2Fixxbxk

iy

2Fiybyk

y

因为ixiy  Fix1.71Fiy

且有 FixFiy1300kN Fix820kN Fiy480kN 调整前的基底压力平均计算值为

n

F

P

i1n

i

i

4F16F32F2

17.4*24.800.5*1.4*0.8*61.4*0.8*2

42.55KPa

A

A

i1

FixFiFiyFi

Fix'FixFixFix

AiP820

8201300

*0*42.55820KN

Fiy'FiyFiyFiy

AiP480KN

2、对于边柱形节点, x方向与y方向基础梁分别按半无限和无限长梁计算交点挠度

ix

2Fixxbxk

iy

2Fiy2byk

y

 4FixxFiy

bxy

bxy4byx

bxby

y

且FixFiy1500kN  Fix调整前:

Fix

FixFiFiyFi

.4 Fi450.6kN Fiy1049kN

AiP

450.61500

*0.5*1.4*0.8*42.557.158KN

*0.5*1.4*0.8*42.5516.67KN

FiyAiP

1049.41500

''

Fix450.67.158457.758kN Fiy1049.416.671066.07kN

3、对于内柱十字形结点,均按正交后无限长梁计算交点挠度

Fix

bxybxybyx

FixFIFiyFI

Fi1388kNFiy

byxbxybyx

Fi812kN

138822008122200

FixAiP

*1.4*0.8*42.5530.07KN

*1.4*0.8*42.5517.59KN

FiyAiP

调整后:

Fix'FixFix138830.071418.07kN

Fiy'FiyFiy81217.59829.59kN

题3 - 27

(1)假定基底反力均匀分布,沿基础纵向的地基净反力为

p

FL

800*21800*2

182

260kN/m

(2)梁的截面刚度

混凝土的弹性模量Ec2.55*107kN/m2 梁的截面惯性矩I

7

112

bh

3

112

*2.5*1.20.36m

6

2

34

EcI2.55*10*0.369.18*10kNm

EcA2.55*107*2.5*1.27.65*107kN

反梁法把基础梁当成以柱端为不动支座的四跨连续梁,当底面作用以均匀反力

p260kN/m时,各支座反力为

RDRA910kN

RBRC1690kN

13

把支座不平衡力均匀分布在支座相邻两跨的各跨度范围内 对A、D支座有△qA△qD

△RA(l0

li3))

110kN1

6363

27.5kN/m36.67kN/m

对B、C支座有△qB△qC

(

△RBli13li3

11063

把均匀不平衡△q作用于连续梁上,如下图,

求支座反力得△RA△RD96.8kN,△RB=△RC96.79kN

得第一次调整后的支座反力为

△RA△RD91096.8813.2kN



△RB=△RC169096.791786.79kN对于A、D支座,差值对于B、C支座,差值813.280080018001.65%20%18001786.790.73%20%

所以满足精度要求

用叠加后的地基反力与柱荷载作为梁上荷载,求梁截面弯矩分布图如下:

题4-39

单桩竖向承载力特征值应由下式确定:

Ra1KQUK, QUKuqskliqpkAP

式中QUK——单桩极限承载力标准值;K——安全系数,取K=2

粉质粘土:IL=wwp

wlwp=0.74

有0.5<IL<0.75 利用内插法查表4-2得qsk=55.6 kPa

粉土:0.75<e=0.78<0.9 得qsk=62 kPa

中砂(中密):qsk=60.67 kPa,查表4-3得 qpk=5000 kPa

且桩进入中砂层一米.对于预制桩,将对qsk进行修正,修正系数为0.96

QUK=4×0.3×(55.6×0.96×1+62×0.96×7+60.67×0.96×1)+5000×0.3=1084 kPa 2

Ra=1084×0.5=542 kPa

题4-40

单桩抗拔承载力特征值:

n

Ta=

i1piqsiauphi

=4×0.3×(0.75×55.6×0.5×1+0.75×62×0.5×7+0.6×60.67×1)=242 kN

题4-41

将偏心荷载向中间桩转化,可得到一个竖向力和一个弯矩值

条形基础受力为Fk1800kN/m,MFke18000.4720kN

条形基础尺寸:宽7米,高1.5米,条形基础及其上土平均容重为20kN/m, 每延米条形基础及其上土自重的标准值:Gk1.5720210kN/m

边桩偏心荷载下竖向力为:

QkFkGknMkxi

xi21800210572021.5221.521.522498kN/m

中间桩偏心荷载下竖向力为:

QkFkGknMkxi

x2

i18002105402kN/m

题4-42

采用桩断面为300mm*300mm的方桩,桩距为1m大于3d,可不计群桩间的影响。

单桩承载力特征值:RaqpaApupqsiahi

其中Ap0.3*0.30.09m2,up4*0.31.2m

因地基土均为黏性土故可认为该桩为摩擦桩,不计桩端承载力。 由地基土的物理力学指标Ip查表可得桩极限侧阻力标准值qsk 土层Ⅰ Ip1.25,w45%wL40%,1.5e1.2151.0

所以该土为淤泥质土,取qsk30,qsaqsk/215kPa;

土层Ⅱ Ip0.667,

qsk550.750.6670.750.5(7055)59.98kPa,qsaqsk/229.99kPa;

土层Ⅲ Ip0.364,

qsk700.50.3640.50.25(8670)78.7kPa,qsaqsk/239.35kPa。

单桩承载力特征值:

RaqpaApupqsiahi01.215*529.99*839.35*2472.344kN。

范文六:软件工程习题及课后答案 投稿:戴炿烀

第8章 面向对象设计(习题与参考答案)

[选择题] 1.

( )面向对象设计是在分析模型的基础上,运用面向对象技术生成软件实现环境下的设计模型。A. B.

2.

真 假

( )系统设计的主要任务是细化分析模型,最终形成系统的设计模型。A. B.

真 假

3. ( )关系数据库可以完全支持面向对象的概念,面向对象设计中的类可以直接对应到关系数据库中的表。A. B.

真 假

4. ( )用户界面设计对于一个系统的成功是至关重要的,一个设计得很差的用户界面可能导致用户拒绝使用该系统。A. B.

真 假

5. 内聚表示一个模块( )的程度,耦合表示一个模块( )的程度。

A. B. C. D.

可以被更加细化 仅关注在一件事情上 能够适时地完成其功能 联接其他模块和外部世界

6. 良好设计的特征是( )。A. B. C. D. E. F.

模块之间呈现高耦合 实现分析模型中的所有需求 包括所有组件的测试用例 提供软件的完整描述 选项B和D 选项B、C和D

7. ( )是选择合适的解决方案策略,并将系统划分成若干子系统,从而建立整个系

统的体系结构;( )细化原有的分析对象,确定一些新的对象、对每一个子系统接口和类进行准确详细的说明。A. B. C. D.

8.

系统设计 对象设计 数据库设计 用户界面设计

下面的( )界面设计原则不允许用户保持对计算机交互的控制。A. B. C. D.

允许交互中断 允许交互操作取消

对临时用户隐藏技术内部信息 只提供一种规定的方法完成任务

[练习题]

1. 面向对象设计与面向对象分析的区别是什么?设计包括哪些活动? 答案要点:

面向对象分析是重点考虑系统“做什么”的问题,即运用面向对象方法对问题域进行分析和理解,建立系统的分析模型;面向对象设计重点考虑系统“怎样做”的问题,即在分析模型的基础上形成实现环境下的设计模型。

面向对象设计主要涉及系统设计、对象设计(或详细设计)、数据库设计和用户界面设计等活动。

2. 在类设计中,为什么建议使用set方法和get方法进行属性设置和读取? 答案要点:

目的在于降低类之间的耦合度。

3. 下图显示了某个学校课程管理系统的部分类图,其中一个学生(student)可以知道所有注册

课程的教师(instructor),一个教师也可以知道所有注册课程的学生。

现在提出一个新的需求:“一个教师也可以是某些课程的学生”,那么下面设计A~E中哪一个是最好的?为什么?(请务必说明理由)

设计A:

设计B:

设计C: 设计D:

设计

参考答案:

设计A:这个设计使用了一个自返关联,但其中的registeredCandidate()方法有问题。如果一个人既是学生又是老师,那么要想同时获得他作为学生对应的所有老师,以及他作为老师对应的所有学生,getRegisteredCandidates()方法得到的Candidate数组中并不能区分上述的两种结果。

设计B:这个设计使用了一个泛化关系,但它并没有解决题中给出的新的要求。事实上,这个设计只是在题中已有设计之上的改进,实质还是一样的,并不能描述一个教师也可以是某些课程的学生的情况。

设计C:这个设计定义了一个Role类,学生和教师是Role类的两个子类。如果一个Candidate对象是教师,可以调用Instructor类的getRegisteredCandidates()方法获得所对应的所有学生;如果这个对象是学生,可以调用Student类的getRegisteredCandidates()方法获得所对应的所有教师;如果这个对象既是教师又是学生,那么分别调用Instructor类的getRegisteredCandidates()方法和Student类的getRegisteredCandidates()方法即可。

设计D:整个设计有着与B中类似的问题,即一个Candidate对象要么是一个学生,要么是一个老师,不能同时都是,无法满足新的需求。

设计E:这个设计与D基本一致,只是把Candidate类与Role类之间的关联关系改成了聚集关联,同样无法满足新的需求。

综上所述,设计 C是最好的。

4. 下图是 MortgageApplication 对象的状态图,假设有一个要求,即增加一个“Cancelled”

状态,图中除“Closed”状态外的任何状态都可以转换到该状态。请画出修改后的状态图(请考虑不同的修改方法中哪种方法最好)

参考答案:

方法1:

方法2:

方法2引入了组合状态和子状态,从而可以在组合状态Running中加入更多的子状态,以保证组合状态的可扩展性。所以说,方法2相对于方法1更好一些。 5. 请举例说明用户界面设计的基本原则。 参考答案:

(1) 用户控制:用户应当感觉系统的运行在自己的控制之下。在图形界面或基于Web的界面中,

用户指导程序的每一步执行;即使在程序进行某些处理或用户等待输出结果时,用户同样保持对控制的敏感度。

举例:当程序进行某些需要占用较长时间的处理时,需要为用户提供及时的反馈信息,诸如一个沙漏、一个等待的指示器或其他类似的东西。

(2) 界面一致性:一致性要求用户界面遵循标准和常规的方式,让用户处在一个熟悉的和可预

见的环境之中,这主要体现在命名、编码、缩写、布局以及菜单、按钮和键盘功能在内的控制使用等。

举例:一个运行在Windows平台上的三维几何造型系统应当采用Windows图形窗口的“外观和感觉”,与Office类型软件保持一致的界面风格和操作方式。

(3) 界面容错性:一个好的界面应该以一种宽容的态度允许用户进行实验和出错,使用户在出

现错误时能够方便地从错误中恢复。

举例:Microsoft Word系统允许撤消用户对文档的许多最近操作,从而处理用户的误操作问题。

(4) 界面美观性:界面美观性是视觉上的吸引力,主要体现在具有平衡和对称性、合适的色彩、

各元素具有合理的对齐方式和间隔、相关元素适当分组、使用户可以方便地找到要操作的元素等。

举例:清华大学软件学院综合信息服务系统的Web界面在平衡和对称、色彩、元素分组、用户方便地查找信息等方面进行了良好的设计。

(5) 界面可适应性:界面可适应性是指用户界面应该根据用户的个性要求及其对界面的熟知程

度而改变,即满足定制化和个性化的要求。所谓定制化是在程序中声明用户的熟知程度,用户界面可以根据熟知程度改变外观和行为;所谓个性化是使用户按照自己的习惯和爱好设置用户界面元素。

举例:系统允许用户选择语言类型(中文、英文、意大利文等),并系统根据用户定制的语言类型显示不同语种的用户界面。

范文七:基础工程课后习题答案 投稿:雷賰賱

第二章

2-1

某建筑物场地地表以下土层依次为:(1)中砂,厚2.0m,潜水面在地表以下1m处,

;(2)粘土隔离层,厚2.0m,重度

;(3)粗砂,

饱和重度

含承压水,承压水位高出地表2.0m(取无隆起的危险?若基础埋深

)。问地基开挖深达1m时,坑底有

,施工时除将中砂层内地下水位降到坑底外,还须设

法将粗砂层中的承压水位降几米才行?【解】

(1)地基开挖深1m时持力层为中砂层

承压含水层顶面以上土的总覆盖压力:20×1+19×2=58kPa承压含水层顶部净水压力:10×(2+2+2)=60kPa因为58

承压含水层顶面以上土的总覆盖压力:20×0.5+19×2=48kPa≥承压含水层顶部净水压力=10×≤4.8m;

故,还应将承压水位降低6-4.8=1.2m。

得:

2-2某条形基础底宽b=1.8m,埋深d=1.2m,地基土为粘土,内摩擦角标准值

=12kPa,地下水位与基底平齐,土的有效重度

。试确定地基承载力特征值fa。

根据题给条件可以采用规范推荐理论公式来确定地基的承载力特征值。

=20°,

粘聚力标准值的重度【解】由

,基底以上土

=20°查表2-3,得因基底与地下水位平齐,故取

有效重度,故:地基承载力特征值

faMbbMdmdMcck

0.51101.83.0618.31.25.6612144.29kPa

2-3某基础宽度为2m,埋深为1m。地基土为中砂,其重度为18kN/m³,标准贯入试验锤

击数N=21,试确定地基承载力特征值fa。【解】

由题目知,地基持力层为中砂,根据标贯锤击数N=21查表2-5,得:

fak250

2115

(340250)286kPa

3015

因为埋深大于d=1m>0.5m,故还需对fk进行修正。查表2-5,得承载力修正系数b3.0,

d4.4,代入公式(2-14)得修正后的地基承载力特征值为:

fkfakb(b3)dm(d0.5)2863.018(33)4.418(10.5)325.6kPa

2-4

某承重墙厚240mm,作用于地面标高处的荷载Fk180kNm,拟采用砖基础,埋深为

1.2m。地基土为粉质粘土,18kNm3,e00.9,fak170kPa。试确定砖基础的底面宽度,并按二皮一收砌法画出基础剖面示意图。【解】

因为基础埋深d=1.2m>0.5m故需先进行地基承载力深度修正,持力层为粉质粘

土,查表2-5得

d1.0,得修正后的地基承载力为:

fafakdm(d0.5)1701.0181.20.5182.6kPa

此基础为墙下条形基础,代入式2-20得条形基础宽度:

b

Fk180

1.13m

faGd182.6201.2

1200240

8

260

为符合砖的模数取b=1.2m,砖基础所需的台阶数为:

n

所以按二皮一收砌法的基础截面如图所示:

2-5

某柱基承受的轴心荷载Fk1.05MN,基础埋深为1m,地基土为中砂,18kNm3,

fak280kPa。试确定该基础的底面边长。【解】

因为基础埋深d=1.0m>0.5m

故需先进行地基承载力深度修正,持力层为中砂,查

表2-5得

d4.4,得修正后的地基承载力为:

fafakdm(d0.5)2804.41810.5319.6kPa

柱下独立基础代入公式2-19,基础底面边长:

b

Fk1050

1.87m

faGd319.6201

取基底边长为1.9m。

2-6

某承重砖墙厚240mm,传至条形基础顶面处的轴心荷载Fk150kNm。该处土层自地

表起依次分布如下:第一层为粉质粘土,厚度2.2m,17m3,e00.91,fak130kPa,

Es18.1MPa;第二层为淤泥质土,厚度1.6m,fak65kPa,Es22.6MPa;第三层为中密中砂。地下水位在淤泥质土顶面处。建筑物对基础埋深没有特殊要求,且不必考虑土的冻胀问题。(1)试确定基础的底面宽度(须进行软弱下卧层验算);(2)设计基础截面并配筋(可近似取荷载效应基本组合的设计值为标准组合值的1.35倍)。【解】

(1)确定地基持力层及基础埋深

考虑到第二层不宜作为持力层并结合“宽基浅埋”的设计原则,确定第一层粉质粘土作为持力层,其下第二层为软弱下卧层,故可按最小埋深条件确定基础埋深d=0.5m。。(2)初步确定基础底面尺寸

因为d=0.5m故不需要进行地基承载力特征值埋深修正,即:

fafak=130kPa。

砖下条形基础代入公式2-20得基础宽度

Fk150b1.25m

faGd130200.5

取b=1.3m

CZ172.237.4kPa

由Es1Es28.2.63.1,z2.20.51.7m0.5b,查表2-7得23。

pk

Fk150Gd200.5125.4kPab1.3

下卧层顶面处的附加应力为:

Z

bpkcd1.3125.4170.5

55.4kPa

b2ztan1.321.7tan23

fazfakdm(dz0.5)651.0172.20.593.9kPa

ZCZ55.437.492.8kPafaz93.9kPa(可以)

(4)基础设计

依题意采用钢筋混凝土条形基础。采用C20混凝土,ft1.10Nmm2,钢筋用HPB235级,fy210Nmm。基础埋深为0.5m荷载设计值F1.35Fk1.35150202.5kN基底净反力pj

2

F202.5155.8kPab1.3

基础边缘至砖墙计算截面的距离

b1

1

1.30.240.53m2

基础有效高度

h0

pjb10.7ft

155.80.53

0.107m107mm

0.71100

取基础高度h250mm,h0250405205mm(107mm)。

M

112

pjb1155.80.53221.9kNm22

M21.9106

As565mm2

0.9fyh00.9210205

配钢筋12@200,As565mm2,垫层用C10混凝土。

2-7一钢筋混凝土内柱截面尺寸为300mm×300mm,作用在基础顶面的轴心荷载

Fk400kN。自地表起的土层情况为:素填土,松散,厚度1.0m,16.4m3;细砂,

厚度2.6m,18kNm3,sat20kNm3,标准贯入试验锤击数N=10;粘土,硬塑,厚度较大。地下水位在地表下1.6m处。试确定扩展基础的底面尺寸并设计基础截面及配筋。

【解】(1)确定地基持力层

根据承载力条件,及最小埋深的限制,综合“宽基浅埋”的设计原则,选择细沙层作为持力

层(素填土层厚度太小,且承载力低;硬塑粘土层埋深太大不宜作持力层)(2)确定基础埋深及地基承载力特征值

根据基础尽量浅埋的原则,并尽量避开潜水层,可取埋深d=1.0m。查表2-5,得细砂的

d=3.0,地基承载力特征值为:

fafakdm(d0.5)1403.016.41.00.5164.6kPa

(3)确定基础底面尺寸

bl

Fk400

1.66m

faGd164.6201.0

取bl1.7m。(4)计算基底净反力设计值

pj

F1.35400186.9kPa2

1.71.7b

(5)确定基础高度

采用C20混凝土,ft1.10Nmm2,钢筋用HPB235级,fy210Nmm。取基础高度h400mm,h040045355mm。因bc2h00.320.3551.01m

2

lacbbcpjh0bh0

2222

2

1.70.31.70.3

186.90.3551.70.355

2222

87.4kN

2

0.7hpftbch0h00.71.011000.30.3550.355179.0kN87.4kN

(可以)

(6)确定底板配筋。本基础为方形基础,故可取

MM24pj1ac2bbc

2

12

186.91.70.321.70.324

56.5kNm

AsAs

M56.5106

842mm2

0.9fyh00.9210355

配钢筋1110双向,As863.5mm2842mm2。

2-8

同上题,但基础底面形心处还作用有弯矩Mk110kNm。取基底长宽比为1.5,试确

定基础底面尺寸并设计基础截面及配筋。【解】

可取基础埋深为1.0m,由上题知地基承载力特征值fa164.6kPa。

(1)确定基础底面尺寸

考虑到荷载偏心作用,可将轴心荷载下所得到的基底面积之增大30%得初选基底面积:

A1.3

Fk1.3400

3.6m2

faGd164.6201.0

取边长比n=1.5得基础宽度:

b

A3.61.55m,取b1.6m。n1.5

lnb1.51.62.4m

FkGk400201.62.41476.8kN

验算偏心距:

e

Mk110l

0.231m0.4m(可以)

FkGk476.86

FkGk

A

6e1

l

476.860.23111.62.42.4

195.9kPa1.2fa1.2164.6197.5kPapkmax

(可以)

(2)计算基底净反力设计值

F1.35400140.6kPaA1.62.4

F6M1.3540061.35110

pjmax2237.3kPa2

blbl1.62.41.62.4pj

pjmin

F6M1.3540061.3511043.9kPablbl21.62.41.62.42

平行于基础短边的柱边Ⅰ-Ⅰ截面的净反力:

pjpjmin

lac

pjmaxpjmin43.92.40.3237.343.9152.7kPa2l22.4

(3)确定基础高度

采用C20混凝土,ft1.10Nmm2,钢筋用HPB235级,fy210Nmm。取基础高度h500mm,h050045455mm。

因bc2h00.320.4551.21mb1.6m,故按式(2-57)作冲切验算如下(以pjmax取代式中的pj):

2

lacbbcpjmaxh0bh0

2222

22.40.31.60.3

237.30.4551.60.455

2222

2

216.9kN

0.7hpftbch0h00.71.011000.30.4550.455264.5kN216.9kN

(可以)(4)确定底板配筋

对柱边Ⅰ-Ⅰ截面,按式(2-65)计算弯矩:

M

1

pjmaxpj2bbcpjmaxpjblac248



12

237.3152.721.60.3237.3152.71.62.40.348

137.8kNm

MI137.8106

ASI1602mm2

0.9fyh00.9210455

配钢筋1512,As1695mm21602mm2,平行于基底长边布置。

M

1122

pjbbc2lac140.61.60.322.40.350.5kNm2424

AS

M50.5106587mm2

0.9fyh00.92100.455

按构造要求配筋1310,As1021mm2587mm2,平行于基底短边布置。如图所示

第三章

3-2某过江隧道底面宽度为33m,隧道A、B段下的土层分布依次为:A段,粉质粘土,软塑,厚度2m,Es=4.2MPa,其下为基岩;B段,粘土,硬塑,厚度12m,Es=18.4MPa,其下为基岩。试分别计算A、B段的地基基床系数,并比较计算结果。

〔解〕本题属薄压缩层地基,可按式(10-52)计算。

A段:B段:

比较上述计算结果可知,并非土越硬,其基床系数就越大。基床系数不仅与土的

软硬有关,更与地基可压缩土层的厚度有关。

3-3如图中承受集中荷载的钢筋混凝土条形基础的抗弯刚度EI=2×106kN·m2,梁长l=10m,底面宽度b=2m,基床系数k=4199kN/m3,试计算基础中点C的挠度、弯矩和基底净反力。

〔解〕

查相关函数表,得Ax=0.57120,Bx=0.31848,Cx=-0.06574,Dx=0.25273,Al=0.12342,Cl=-0.19853,Dl=-0.03765,El=4.61834,Fl=-1.52865。

(1)计算外荷载在无限长梁相应于A、B两截面上所产生的弯矩和剪力Ma、Va、Mb、

Vb

由式(10-47)及式(10-50)得:

(2)计算梁端边界条件力

FA=(El+FlDl)Va+λ(El-FlAl)Ma-(Fl+ElDl)Vb+λ(Fl-ElAl)Mb

=(4.61834+1.52865×0.03756)×121.2+0.18×(4.61834+1.52865×0.12342)×(-103.9)-(-1.52865-4.61834×0.03756)×(-131.5)+0.18×(-1.52865-4.61834×0.12342)×(-78.7)=282.7kN

FB=(Fl+ElDl)Va+λ(Fl-ElAl)Ma-(El+FlDl)Vb+λ(El-FlAl)Mb

=(-1.52865-4.61834×0.03756)×121.2+0.18×(-1.52865-4.61834×0.12342)×(-103.9)-(4.61834+1.52865×0.03756)×(-131.5)+0.18×(4.61834+1.528

65×0.12342)×(-78.7)=379.8kN

=-396.7kN·m

=756.8kN·m

(3)计算基础中点C

的挠度、弯矩和基底净反力

pC=kwC=4199×0.0134=56.3kPa

3-4以倒梁法计算例题3-1中的条形基础内力。

(1)用弯矩分配法计算肋梁弯矩

【解】

沿基础纵向的地基净反力为:

bpj

边跨固端弯矩为:

F

l

6.4103376.5KN/m

17

M21

中跨固端弯矩为:

112

bpjl1376.54.52635.3KNm1212112

bpjl2376.5621129.5KNm1212112

bpjl0376.512188.2KNm22

M23

1截面(左边)伸出端弯矩:

Ml1

节点分配系数固端弯矩分配结果(kN·m)

10188.2188.2

1.0-635.3-238.2

0.5635.31011

2

0.5-1129.5-1011

0.5

30.5-635.31011

1.0660.3238.2

40-188.2-188.2

1129.51011

(2)肋梁剪力计算

1截面左边的剪力为:

Vl1bpjl0376.51.0376.5KN

计算1截面的支座反力

R1

11112'2

bpllMM376.55.510115021051.9KNj011l124.52

1截面右边的剪力:

Vr1bpjl0R1376.51051.9675.4KNR'2bpjl0l1R1376.55.51051.91018.8kN

取23段作为脱离体:

R''2

1

l21112''2

bpjl2M2M3376.56101110111162.5KN262

R2R'2R''21018.81162.52181.3KNVl2R'21018.8KNVr2R''21162.5KN

按跨中剪力为;零的条件来求跨中最大负弯矩:

bpjR1376.5x1043.8

x1043.8/376.52.8m

11

所以M1maxbpjx2R11.8376.52.8210111.8344.0KNm

22

23段对称,最大负弯矩在中间截面:

112

M2maxbpjl2M2376.5621011683.2KNm

88

由以上的计算结果可作出条形基础的弯矩图和剪力图

683.2

344

188.2

238.2

188.2238.2

弯矩图M(kN·m)

10111011

1018.8

376.5

1162.5

675.4

剪力图V(kN)

376.5

675.4

1162.5

1018.8

补充题:设一箱形基础置于粘性土(fk300kPa)地基上,其横剖面上部结构及上部结构荷重如图,上部结构总重为48480KN,箱形基础自重为18000KN,箱形基础及设备层采用C20混凝土,上部结构梁、柱采用C30混凝土,框架柱0.5m×0.5m,框架梁0.25m×0.60m,求矩形基础纵向跨中的整体弯矩。【解】矩为:

(1)箱型基础内力计算,按纵向整体弯曲计算,由静力平衡条件计算跨中最大弯

Mmax1281.46621972.61615900.5969885.35633030246060186060126060622690kN/m

(2)计算箱型基础刚度EFIF箱型基础横截面惯性矩IF

1334

12.53.55(12.50.8)2.7726.3260m12

箱基刚度EFIF26.3260EF(3)上层结构折算刚度EBIB

纵向连续钢筋混凝土墙的截面惯性矩Iw2各层上下柱的截面惯性矩IuiIli3各层纵梁的截面惯性矩Ibi3

1

0.32.230.5324m412

1

0.50.530.0156m412

1

0.30.530.0094m412

0.0156

各层上下柱、纵梁的线刚度KuiKli0.0056

2.8

上部结构折算刚度

Kbi

0.0094

0.00166

KuiKli

EBIBEbIbi(1m2)EwIw

2KbiKuiKli1

0.00560.005648

7Eb0.00941()2

620.00160.00560.0056

n

0.005648

Eb0.00941(2Eb0.5324

620.00160.0056

4.2658Eb

(4)箱型基础所承担的整体弯矩MF(取EFEb)

MFM

EFIF26.3260EF

2269019526kNm

EFIFEBIB26.3260EF4.2658Eb

第四章

4-1截面边长为400mm的钢筋混凝土实心方桩,打入10m深的淤泥和淤泥质土后,支承在中风化的硬质岩石上。已知作用在桩顶的竖向压力为800kN,桩身的弹性模量为3×104N/mm2。试估算该桩的沉降量。

〔解〕该桩属于端承桩,桩侧阻力可忽略不计,桩端为中风化的硬质岩石,

其变形亦可忽略不计。因此,桩身压缩量即为该桩的沉降量,即

4-2某场区从天然地面起往下的土层分布是:粉质粘土,厚度l1=3m,qs1a=24kPa;粉土,厚度l2=6m,qs2a=20kPa;中密的中砂,qs3a=30kPa,qpa=2600kPa。现采用截面边长为350mm×350mm的预制桩,承台底面在天然地面以下1.0m,桩端进入中密中砂的深度为1.0m,试确定单桩承载力特征值。

〔解〕

4-3某场地土层情况(自上而下)为:第一层杂填土,厚度1.0m;第二层为淤泥,软塑状态,厚度6.5m,qsa=6kPa;第三层为粉质粘土,厚度较大,qsa=40kPa;

qpa=1800kPa。现需设计一框架内柱(截面为300mm×450mm)的预制桩基础。柱

底在地面处的荷载为:竖向力Fk=1850kN,弯矩Mk=135kN·m,水平力Hk=75kN,初选预制桩截面为350mm×350mm。试设计该桩基础。解(1)确定单桩竖向承载力特征值

设承台埋深1.0m,桩端进入粉质粘土层

4.0m,则

结合当地经验,取Ra=500kN。

(2)初选桩的根数和承台尺寸

取桩距s=3bp=3×0.35=1.05m,承台边长:1.05+2×0.35=1.75m。桩的布置和承台平面尺寸如图11-12所示。暂取承台厚度h=0.8m,桩顶嵌入承台50mm,钢筋网直接放在桩顶上,承台底设C10混凝土

垫层,则承台有效高度h0=h-0.05=0.8-0.05=0.75m。采用C20混凝土,HRB335级钢筋。

(3)桩顶竖向力计算及承载力验算

(4)计算桩顶竖向力设计值

扣除承台和其上填土自重后的桩顶竖向力设计值为:

(5)承台受冲切承载力验算1)柱边冲切

a0x=525-225-175=125mm,a0y

=525-150-175=200mm

2)角桩冲切

c1=c2=0.525m,a1x=a0x=0.125m,a1y=a0y=0.2m,λ1x=λ0x=0.2,λ1y=λ0y

=0.27

(6)承台受剪切承载力计算对柱短边边缘截面:

λx=λ0x=0.2

=0.3

对柱长边边缘截面:λy=λ0y=0.267

=0.3

(7)承台受弯承载力计算

Mx=∑Niyi

=2×624.4×0.375=468.3kN·m

选用16φ14,As=2460mm2,平行于y轴方向均匀布置。

My=∑Nixi

=2×759.4×0.3=455.6kN·m

选用15φ14,As=2307mm2,平行于x轴方向均匀布置。配筋示意图略。

4-4(1)如图所示为某环形刚性承台下桩基平面图的1/4。如取对称轴为坐标轴,荷载偏

心方向为x

轴,试由式(11-4)导出单桩桩顶竖向力计算公式如下:

式中Mk――竖向荷载Fk+Gk对y轴的力矩,Mk=(Fk+Gk)·e;e――竖

向荷载偏心距;nj――半径为rj的同心圆圆周上的桩数。

(2)图中桩基的总桩数n=60,设竖向荷载Fk+Gk=12MN,其偏心距e=0.8m;分别处于半径r1=2.5m,r2=3.5m,r3=4.5m的同心圆圆周上的桩数目n1=12,n2=20,n3=28,求最大和最小的单桩桩顶竖向力Qkmax和Qkmin。

〔解〕

(1)

所以

(2)

范文八:金融工程课后习题答案 投稿:袁囝回

习 题 答 案

第1章

7. 该说法是正确的。从图1.3中可以看出,如果将等式左边的标的资产多头移

至等式右边,整个等式左边就是看涨期权空头,右边则是看跌期权空头和标

的资产空头的组合。

9. 10000e5%4.8212725.21元

10. 每年计一次复利的年利率=(1+0.14/4)4-1=14.75%

连续复利年利率= 4ln(1+0.14/4)=13.76%。

11. 连续复利年利率=12ln(1+0.15/12)=14.91%。

12. 12%连续复利利率等价的每季度支付一次利息的年利率=4(e0.03-1)=12.18%。 因此每个季度可得的利息=10000×12.8%/4=304.55元。

第2章

1. 2007年4月16日,该公司向工行买入半年期美元远期,意味着其将

以764.21人民币/100美元的价格在2007年10月18日向工行买入美

元。合约到期后,该公司在远期合约多头上的盈亏

=10000(752.63764.21)

2. 115,800。 收盘时,该投资者的盈亏=(1528.9-1530.0)×250=-275美元;保证

金账户余额=19,688-275=19,413美元。

若结算后保证金账户的金额低于所需的维持保证金,即

19,688(S&P500指数期货结算价1530)25015,750时(即S&P500

指数期货结算价<1514.3时),交易商会收到追缴保证金通知,而必须

将保证金账户余额补足至19,688美元。

3. 他的说法是不对的。首先应该明确,期货(或远期)合约并不能保证

其投资者未来一定盈利,但投资者通过期货(或远期)合约获得了确

定的未来买卖价格,消除了因价格波动带来的风险。本例中,汇率的

变动是影响公司跨国贸易成本的重要因素,是跨国贸易所面临的主要

风险之一,汇率的频繁变动显然不利于公司的长期稳定运营(即使汇

率上升与下降的概率相等);而通过买卖外汇远期(期货),跨国公司

就可以消除因汇率波动而带来的风险,锁定了成本,从而稳定了公司

的经营。

4. 这些赋予期货空方的权利使得期货合约对空方更具吸引力,而对多方

吸引力减弱。因此,这种权利将会降低期货价格。

5. 保证金是投资者向其经纪人建立保证金账户而存入的一笔资金。当投

资者在期货交易面临损失时,保证金就作为该投资者可承担一定损失

6. 的保证。保证金采取每日盯市结算,如果保证金账户的余额低于交易所规定的维持保证金,经纪公司就会通知交易者限期内把保证金水平补足到初始保证金水平,否则就会被强制平仓。这一制度大大减小了投资者的违约可能性。另外,同样的保证金制度建立在经纪人与清算所、以及清算会员与清算所之间,这同样减少了经纪人与清算会员的违约可能。 如果交易双方都是开立一份新的合约,则未平仓数增加一份;如果交

易双方都是结清已有的期货头寸,则未平仓数减少一份;如果一方是

开立一份新的合约,而另一方是结清已有的期货头寸,则未平仓数不

变。

第3章

20.51 1.

三个月后,对于多头来说,该远期合约的价值为(1520.51)100

FSer(Tt)20e0.10.25551

2. FSer(Tt)20e0.10.2520.5123,在这种情况下,套利者可以按无风险

X

20利率10%借入现金X元三个月,用以购买单位的股票,同时卖出相应份

X

20数该股票的远期合约,交割价格为23元。三个月后,该套利者以

的股票交割远期,得到

23X

20Xe0.10.25单位23X20元,并归还借款本息Xe0.10.25元,从而实现0元的无风险利润。

4

12 3. 指数期货价格=10000e

4.

(1)2个月和5个月后派发的1元股息的现值=e-0.062/12+e-0.065/12=1.97元。

远期价格=(30-1.97)e0.060.5=28.88元。

若交割价格等于远期价格,则远期合约的初始价值为0。

(2)在3个月后的这个时点,2个月后派发的1元股息的现值= e-0.062/12=0.99

元。

远期价格=(35-0.99)e0.063/12=34.52元。

此时空头远期合约价值=100×(28.88-34.52)e-0.063/12 =-556元。

5. 如果在交割期间,期货价格高于现货价格。套利者将买入现货,卖出期货

合约,并立即交割,赚取价差。如果在交割期间,期货价格低于现货价格,

将不会存在同样完美的套利策略。因为套利者买入期货合约,但不能要求

立即交割现货,交割现货的决定是由期货空方作出的。

6. 由于股价指数的系统性风险为正,其预期收益率大于无风险利率,因此股

(0.10.03)10236点

价指数期货价格F

Ser(Tt)总是低于未来预期指数值E(ST)Sey(Tt)。

第4章

1. 在以下两种情况下可运用空头套期保值:

① 公司拥有一项资产并计划在未来售出这项资产;②公司目前并不拥有这项

资产,但在未来将得到并想出售。

在以下两种情况下可运用多头套期保值:

① 公司计划在未来买入一项资产;②公司用于对冲已有的空头头寸。

2. 当期货标的资产与需要套期保值的资产不是同一种资产,或者期货的到期日

与需要套期保值的日期不一致时,会产生基差风险。

题中所述观点正确。

假设套期保值比率为n,则组合的价值变化为

H0H1nG1G0。当不存在基差风险时,H1G1。代入公式(4.5)可

得,n=1。

nH

G3. 这一观点是不正确的。例如,最小方差套期保值比率为

H=2G时,n=1。因为

4. 完美的套期保值是指能够完全消除价格风险的套期保值。完美的套期保值能

比不完美的套期保值得到更为确定的套期保值收益,但其结果并不一定会总

比不完美的套期保值好。例如,一家公司对其持有的一项资产进行套期保值,

假设资产的价格呈现上升趋势。此时,完美的套期保值完全抵消了现货市场

上资产价格上升所带来的收益;而不完美的套期保值有可能仅仅部分抵消了

现货市场上的收益,所以不完美的套期保值有可能产生更好的结果。

5. 最优套期保值比率为:nH0.61.81.2 HGG0.9

20,000,000应持有的标准普尔500指数期货合约空头的份数为:1.289份

2501080

6. 期货交易为套保者提供了风险规避的手段,然而,这种规避仅仅是对风险进

行转移,而无法消灭风险。正是由于投机者的存在,才为套保者提供了风险

转移的载体,才为期货市场提供了充分的流动性。一旦市场上没有了投机者,

套保者将很难找到交易对手,风险无法转嫁,市场的流动性将大打折扣。

7.

①投资者所应提交的保证金数为:120030010%272,000

②投资者8月9日与8月10日的损益情况见下表。

习题答案

1.该公司应卖空的标准普尔500指数期货合约份数为:

1.210,000,000

250153031份

2. 瑞士法郎期货的理论价格为:

0.68e0.1667(0.070.02)0.68570.7

投资者可以通过借美元,买瑞士法郎,再卖瑞士法郎期货来套利。

3.投资者可以利用股指期货,改变股票投资组合的β系数。设股票组合的

原β系数为,目标β系数为*,则需要交易的股指期货份数为:

*VH

VG

4.欧洲美元期货的报价为88意味着贴现率为12%,60天后三个月期的

LIBOR远期利率为12%/4=3%

5.第2、3、4、5年的连续复利远期利率分别为:

第2年:14.0%

第3年:15.1%

第4年:15.7%

第5年:15.7%

6. 2003年1月27日到2003年5月5日的时间为98天。2003年1月27

日到2003年7月27日的时间为181天。因此,应计利息为:

698

1813.2486,现金价格为110.53123.2486113.7798

7. 2月4日到7月30日的时间为176天,2月4日到8月4日的时间为

181天,债券的现金价格为

率为2ln1.06

6.5e0.11651101761816.5116.32。以连续复利计的年利。5天后将收到一次付息,其现值为62天,该期货现金价格0.013660.11656.490。期货合约的剩余期限为

为(116.326.490)e0.16940.1165112.02

57

184。在交割时有57天的应计利息,则期货的报价为:

110.01112.026.5110.01。考虑转换因子后,该期货的报价为:1.573.34。

8.该基金经理应该卖出的国债期货合约的份数为:

10,000,0007.1

91,3758.80.2591

第6章

1. 互换的主要种类有:利率互换,指双方同意在未来的一定期限内根据同

种货币的同样名义本金交换现金流,其中一方的现金流根据事先选定的某一浮动利率计算,而另一方的现金流则根据固定利率计算。货币互换,在未来约定期限内将一种货币的本金和固定利息与另一货币的等价本金和固定利息进行交换。同时还有交叉货币利率互换、基点互换、零息互换、后期确定互换、差额互换、远期互换、股票互换等等。

2. 国际互换市场迅速发展的主要原因有:一,互换交易在风险管理、降低

交易成本、规避管制和创造新产品等方面都有着重要的运用。二、在其发展过程中,互换市场形成的一些运作机制也在很大程度上促进了该市场的发展。三、当局的监管态度为互换交易提供了合法发展的空间。

3. 美国中长期国债的天数计算惯例是A(Actual)/A(Actual)或A/365,

即计息期与一年均按实际天数计或者一年固定以365天计。美国公司债和市政债券的天数计算惯例是30/360,即一个月按30天计,一年按360天计。美国货币市场工具的天数计算惯例是A(Actual)/360,即计息期按实际天数计,一年按360天计。

4. 互换头寸的结清方式有:一、出售原互换协议,即在市场上出售未到期

的互换协议,将原先利息收付的权利与义务完全转移给购买协议者。二、对冲原互换协议,即签订一份与原互换协议的本金、到期日和互换利率等均相同,但收付利息方向相反的互换协议。三、解除原有的互换协议,即与原先的交易对手协议提前结束互换,双方的权利义务同时抵销。

5. 这一说法是错误的。如果该对冲交易是与原先的互换交易对手进行的,

此种对冲又被称为“镜子互换”,等价于终止了原先的利率互换,抵消了违约风险。如果是与其他交易对手进行镜子互换,只能在利息的现金流上实现对冲,但由于交易对手不同,仍然无法完全抵消对手方违约的风险。

第7章

1. (1)运用债券组合:

从题目中可知k

Bfix4e$400万,k*$510万,因此 0.111.250.10.254e0.1050.75104e$0.9824亿美元

Bfl1005.1e0.10.25$1.0251亿美元

所以此笔利率互换对该金融机构的价值为

98.4-102.5=-427万美元

(2)运用FRA组合:

3个月后的那笔交换对金融机构的价值是

0.51000.080.102e0.10.25107万美元

由于3个月到9个月的远期利率为

0.1050.750.100.25

0.5 10.75%的连续复利对应的每半年计一次复利的利率为

2e0.1075/20.10751= 0.11044

0.1050.75所以9个月后那笔现金流交换的价值为

同理可计算得从现在开始9个月到15个月的远期利率为11.75%,对应的每半年计一次复利的利率为12.102%。

所以15个月后那笔现金流交换的价值为

0.51000.080.12102e0.111.250.51000.080.11044e141万美元179万美元

所以此笔利率互换对该金融机构的价值为

107141179427万美元

2. 协议签订后的利率互换定价,是根据协议内容与市场利率水平确定利率

互换合约的价值。对于利率互换协议的持有者来说,该价值可能是正的,也可能是负的。而协议签订时的互换定价方法,是在协议签订时让互换

多空双方的互换价值相等,即选择一个使得互换的初始价值为零的固定

利率。

3. (1)运用债券组合:

如果以美元为本币,那么

BD0.8e

BF60e

0.0910.8e0.09210.8e0.093964.4万美元 万日元 0.04160e0.0421260e0.043123,055

所以此笔货币互换对该金融机构的价值为

(2)运用远期外汇组合:

即期汇率为1美元=110日元,或者是1日元=0.009091美元。因为美元和日元的年利差为

期的远期汇率分别为

0.009091e

0.009091e

0.009091e0.0515%,根据FSe(rrf)(Tt),一年期、两年期和三年0.0095570.0100470.010562 0.0520.053

与利息交换等价的三份远期合约的价值分别为

0.8600.009557e

0.8600.010047e

0.8600.010562e0.09120.71万美元16.47万美元12.69万美元 0.0920.093

与最终的本金交换等价的远期合约的价值为

因为该金融机构收入日元付出美元,所以此笔货币互换对该金融机构的价值为

201.46―12.69―16.47―12.69=154.3万美元

4. 与互换相联系的风险主要包括:(1)信用风险。由于互换是交易对手之

间私下达成的场外协议,因此包含着信用风险,也就是交易对手违约的风险。当利率或汇率等市场价格的变动使得互换对交易者而言价值为正时,互换实际上是该交易者的一项资产,同时是协议另一方的负债,该交易者就面临着协议另一方不履行互换协议的信用风险。对利率互换的交易双方来说,由于交换的仅是利息差额,其真正面临的信用风险暴露远比互换的名义本金要少得多;而货币互换由于进行本金的交换,其交易双方面临的信用风险显然比利率互换要大一些。(2)市场风险。对于利率互换来说,主要的市场风险是利率风险;而对于货币互换而言,市场风险包括利率风险和汇率风险。值得注意的是,当利率和汇率的变动对于交易者是有利的时候,交易者往往面临着信用风险。市场风险可以用对冲交易来规避,信用风险则通常通过信用增强的方法来加以规避。 1012000.010562e0.093201.46万美元

第8章

1. 从表中可以看出,A公司的借款利率均比B公司低;但是在固定利率市

场上A比B低1.2%,在浮动利率市场上A仅比B低0.5%。因此A公司在两个市场上均具有绝对优势,但A在固定利率市场上具有比较优势,B在浮动利率市场上具有比较优势。所以,A可以在其具有比较优势的固定利率市场上以10.8%的固定利率借入100万美元,B在其具有比较优势的浮动利率市场上以LIBOR+0.75%的浮动利率借入100万美元,然后运用利率互换进行信用套利以达到降低筹资成本的目的。由于本金相同,双方不必交换本金,只交换利息现金流,即A向B支付浮动利息,B向A支付固定利息。

2. (1)运用利率互换转换资产的利率属性。如果交易者原先拥有一笔固

定利率资产,她可以通过进入利率互换的多头,所支付的固定利率与资产中的固定利率收入相抵消,同时收到浮动利率,从而转换为浮动利率资产;反之亦然。(2)运用利率互换转换负债的利率属性。如果交易者原先拥有一笔浮动利率负债,她可以通过进入利率互换的多头,所收到的浮动利率与负债中的浮动利率支付相抵消,同时支付固定利率,从而转换为固定利率负债;反之亦然。(3)运用利率互换进行利率风险管理。作为利率敏感性资产,利率互换与利率远期、利率期货一样,经常被用于进行久期套期保值,管理利率风险。

3. 由于A公司认为美元相对于英镑会走强,因此A公司可以利用货币互换

转换资产的货币属性,通过货币互换将其英镑投资转换为美元投资。假设其交易对手为拥有一笔5年期的年收益率为8%、本金为150万美元投资的B公司,具体互换过程如下图所示:

第9章

1. 因为美式期权和欧式期权相比具有提前执行的优势,所以美式期权价格不可能比同等条件下欧式期权的价格低。

2. 因为期权的买方在购买了期权后就只享有权利,而没有任何义务,因此买方没有违约风险。而期权的卖方承担着履约的义务,而这种义务往往是对期权的卖方不利的,因此卖方有违约风险,必须缴纳保证金。

3. 无担保期权的保证金为以下两者的较大者

A.出售期权的期权费收入加上期权标的资产价值的20%减去期权处于虚值状态的数额(如果有这一项的话);保证金A=(3.5+57×0.2-(60-57))×5×100=11.9×500=5950元

B.出售期权的期权费收入加上标的资产价值的10%;

保证金B=(3.5+57×0.1)×5×100=4600元

由于用A算出来的保证金较大,因此必须缴纳5950美元作为保证金。

4. 4月10日交易的期权包括4、5、8和11月到期的。5月31日交易的期权包括6、7、8、11月到期的。

5. 股本权证与备兑权证的差别主要在于:

(1) 有无发行环节;

(2) 有无数量限制;

(3) 是否影响总股本。

股票期权与股本权证的区别主要在于:

(1) 有无发行环节

(2) 有无数量限制。

第10章

1、该投资者最终的回报为:

max(ST-X,0)+min(ST-X,0)=ST-X

可见,这相当于协议价格为X的远期合约多头。

本习题说明了如下问题:

(1) 欧式看涨期权多头和欧式看跌期权空头可以组成远期合约多头;欧

式看涨期权空头和欧式看跌期权多头可以组成远期合约空头。

(2) 远期合约多头可以拆分成欧式看涨期权多头和欧式看跌期权空头;

远期合约空头可以拆分成欧式看涨期权空头和欧式看跌期权多头。

(3) 当X等于远期价格时,远期合约的价值为0。此时看涨期权和看跌期

权的价值相等。

2、他在5月份收入200元,9月份付出500元(=(25-20)×100)。

3、下限为:

30-27e-0.06×0.25=3.40元。

4、看跌期权价格为:

p=c+Xe-rT+D-S0

=2+25e-0.5×0.08+0.5e-0.1667×0.08+0.5e-0.4167×0.08-24

=3.00元。

5、(1)假设公司价值为V,到期债务总额为D,则股东在1年后的结果为: max(V-D,0)

这是协议价格为D,标的资产为V的欧式看涨期权的结果。

(2)债权人的结果为:

min(V,D)=D-max(D-V,0)

由于max(D-V,0)是协议价格为D、标的资产为V的欧式看跌期权的结

果。因此该债权可以分拆成期末值为D的无风险贷款,加上欧式看跌期权空头。

(3)股东可以通过提高V或V的波动率来提高股权的价值。第一种办法对股

东和债权人都有利。第二种办法则有利于股东而不利于债权人。进行风险投资显然属于第二种办法。

6、 (1)当p2.25时,cXerTt32.26,pS33.25,所以正确套利方法为买入

看涨期权,卖空看跌期权和股票,将净现金收入30.25元进行3个月的无风险投资,到期时将获得31.02元。如果到期时股票价格高于30元,将执行看涨期权,如果低于30元,看跌期权将被执行,因此无论如何,投资者均将按照30元购买股票,正好用于平仓卖空的股票,因此将获得净收益1.02。

(3) 当p

1时,cXerTt32.26,pS32,所以正确套利方法为卖出看涨期

权,买入看跌期权和股票,需要的现金以无风险利率借入,到期时需偿付的现金流将为29.73,如果到期时股票价格高于30元,看涨期权将被执行,如果低于30元,投资者将执行看跌期权,因此无论如何,投资者均将按照30元出售已经持有的股票,因此将获得净收益0.27。

习题答案:

1、 由于S

S~(t,t)

在本题中,S=50,=0.16,=0.30,t=1/365=0.00274.因此,

S/50(0.160.00274,0.30.002740.5)

=(0.0004,0.0157)

S(0.022,0.785)

因此,第二天预期股价为50.022元,标准差为0.785元,在95%的置信水平上第2天股价会落在50.022-1.960.785至50.022+1.960.785,即48.48元至51.56元之间。

2、(1)假设X1和X2的初始值分别为a1和a2。经过一段时间T后,X1的概率分布为:

(a11T,

X2的概率分布为:

(a22T,2

根据独立的正态分布变量之和的性质,可求X1和X2的概率分布为:

(a11Ta22T(a1a2(12)T

这表明,X1和X2遵循漂移率为12,方差率为1222的普通布朗运动。

(2)在这种情况下,X1和X2在短时间间隔Δt之内的变化的概率分布为:

[(12)t

如果1、2、1、2和都是常数,则X1和X2在较长时间间隔T之内的

变化的概率分布为:

[(12)T

这表明,X1和X2遵循漂移率为12,方差率为1222+ 212的

普通布朗运动。

3、在本题中,S=50,X=50,r=0.1,σ=0.3,T=0.25,

因此,

d10.2417

d2d10.3

0.0917

这样,欧式看跌期权价格为,

p50N(0.0917)e500.4634e

0.10.25

50N(0.2417)

0.10.25

500.40452.37

4、根据布莱克-舒尔斯看跌期权定价公式有:

pSXe

rT

N(d2)SN(d1)S

由于N(-d1)=1-N(d1),上式变为:

pSXe

rT

N(d2)SN(d1)

同样,根据布莱克-舒尔斯看涨期权定价公式有:

cXe

rT

SN(d1)Xe

rT

N(d2)Xe

rT

由于N(d2)1N(d2),上式变为:cXe

rT

Xe

rT

N(d2)SN(d1)

可见,pS

cXe

rT

,看涨期权和看跌期权平价公式成立。

5、D1=D2=1,t1=0.25,T=0.6667,r=0.1,X=65

X[1eX[1e

r(Tt2)r(t2t1)

]65(1e]65(1e

0.10.16670.10.25

)1.07

)1.60

可见,

D2X[1eD1X[1e

r(Tt2)r(t2t1)

]]

显然,该美式期权是不应提早执行的。 红利的现值为:

e

0.250.1

e

0.500.1

1.9265

该期权可以用欧式期权定价公式定价:

S=70-1.9265=68.0735,X=65,T=0.6667,r=0.1,σ=

0.32

d1

2

d2d10.32

0.3013

N(d1)=0.7131,N(d2)=0.6184

因此,看涨期权价格为:

68.07350.713165e0.10.66670.6184

10.94

6、构造一个组合,由一份该看涨期权空头和Δ股股票构成。如果股票价格升到42元,该组合价值就是42Δ-3。如果股票价格跌到38Δ元,该组合价值就等于38Δ。令:

42Δ-3=38Δ

得:Δ=0.75元。也就是说,如果该组合中股票得股数等于0.75,则无论1个月后股票价格是升到42元还是跌到38元,该组合的价值到时都等于28.5元。因此,该组合的现值应该等于:

28.5e-0.08×0.08333=28.31元。

这意味着:

-c+40Δ=28.31

c=40×0.75-28.31=1.69元。

7. 证明:(1)

cSN(d1)XecS

Nd1S

r(Tt)

N(d2)

Xe

r(Tt)

Nd1d1

d1

S

N

d2

d2

1

d2S

-di2

2

N

did1d2其中==且=

SSdicS

N

d1

,因此

Nd2Nd1r(Tt)

S-Xe

d1d21-d12

2

N

d1

S-Xe

r(Tt)

1-

d22

2



N

d1

2d1d

-1-21

r(Tt)2

Se-Xee



N

d1

-d1

r(Tt)2

Se-Xee2

1



N

d1

d1

-d1

-d1

r(Tt)2

e2eSe-Xe

22

2

T

2

t



将d1代入最后一项,可得=Nd

1

d1

-d1-S2

Se-Xe2=Nd1

X

2

2

1

(2)在风险中性世界中,股票价格服从

lnST~[lnSt(r

2

2

)Tt,

,这样ST大于X

的概率就是lnST

lnX

的概率:

2



)

Tt)lnX(lnSt(r1NSt

(r)

TtlnNNd2



2

第12章

1. 二叉树图模型的基本原理是:在风险中性世界中,假设资产价格的运动是由大量的小幅度二值运动构成,用离散的模型模拟资产价格的连续运动,利用均值和方差匹配来确定相关参数,然后从二叉树图的末端开始倒推可以计算出期权价格。当二叉树模型相继两步之间的时间长度趋于零的时候,该模型将会收敛到连续的对数正态分布模型,即布莱克-舒尔斯定价偏微分方程。 2.

运用二叉树方法得到欧式看跌期权计算可得

fˆE

为2.62美元,由布莱克-舒尔斯公式

fE2.38,因此美式看跌期权的更优估计值为fAfˆAfEfˆE2.47

美元。

3. 蒙特卡罗方法是通过多次随机抽取标的资产价格的路径,并据此计算每条路径下的期权回报,然后把期权平均回报贴现得到期权价格。蒙特卡罗模拟的主要优点包括:易于应用;适用广泛,尤其适用于复杂随机过程和复杂终值的计算,如路径依赖期权,多个标的变量的期权等。同时,在运算过程中蒙特卡罗模拟还能给出估计值的标准差。蒙特卡罗模拟的缺点主要是:不能为美式期权定价,难以处理提前执行的情形;为了达到一定的精确度,一般需要大量的模拟运算。

4.

2



使用的公式为SttStexprqt

2

,注意从Excel

软件中有抽取0到1之间的均匀分布随机数的程序。可以通过下式获得:

12



i1

Ri6

其中Ri1i12是相互独立的0到1均匀分布的随机数。

5. 有限差分方法和树图方法是相当类似的。实际上很多人认为树图方法就是解出一个偏微分方程的一种数值方法,而有限差分方法其实是这个概念的一个扩展和一般化。这两种方法都用离散的模型模拟资产价格的连续运动,主要差异在于树图方法中包含了资产价格的扩散和波动率情形,而有限差分方法中的格点则是固定均匀的,相应地参数进行了相应的变化,以反映改变了的扩散情形。其中三叉树方法和显性有限差分法就非常类似。 6.根据题意

r0.10

,t

0.0833

,S4,0.30,S20,X21,Tt0.3333,运用显性

有限差分法为该期权定价的结果如下表所示。

股票价格 到期时间 4 3 2 1 0 (美元)

40 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 36 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 32 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 28 0.07 0.04 0.02 0.00 0.00 24 0.38 0.30 0.21 0.11 0.00 20 1.56 1.44 1.31 1.17 1.00 16 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 12 9.00 9.00 9.00 9.00 9.00 8 13.00 13.00 13.00 13.00 13.00 4 17.00 17.00 17.00 17.00 17.00 0 21.00 21.00 21.00 21.00 21.00

第13章

1. 一份看涨期权多头和一份执行价格和到期期限都相同的看跌期权空头组合的收益等于一份标的资产的多头。用期权组合盈亏图的算法也可以得出,看涨期权多头(0,+1)加上看跌期权空头(+1,0)等于(+1,+1)即标的资产多头。

2. 看涨期权的反向差期组合

一份看涨期权多头与一份期限较长的看涨期权空头的组合,称看涨期权的反向差期组合。

看跌期权的反向差期组合

一份看跌期权多头与一份期限较长的看跌期权空头的组合,称看跌期权的反向差期组合。

3. 牛市差价组合可以由一份看涨期权多头与一份同一期限较高协议价格的看涨期权空头组成,也可以由一份看跌期权多头与一份同一期限、较高协议价格的看跌期权空头组成。由于协议价格越高,看涨期权价格越低,看跌期权价格越

高,因此用看涨期权构造的牛市差价组合期初现金流为正,而用看跌期权构造的牛市差价组合期初现金流为负。

设执行价格为X和X,XX。

1

2

2

1

rtrt轾c2-c1)-(p2-p1)e=轾c2-p2)-(c1-p1)e((犏犏臌臌

-rt-rtrt-轾=犏S0-X2e-S0-X1ee=轾X2-X1)e(犏臌臌

()()

rt

e

rt

=X

2

-X

1

等价的。

4. 由看涨期权构造的蝶式差价组合初始投资为2ccc,由看跌期权构造的蝶式差价组合的初始投资为2ppp。两者初始投资之差等于2(cp)(cp)(cp)由看跌看涨期权平价公式可知,cpSXe,i1,2,3,而2XXX,因此两者初始投资是相等的。两者的最终收益差距如下表:

2

1

3

2

1

3

2

2

1

1

3

3

r(Tt)

i

i

i

213

5. 在预期股票价格下跌时,投资者为了获利可以投资看跌期权、看涨期权空头、熊市差价组合、看涨期权的熊市反向对角组合、看涨期权的熊市正向对角组合、看跌期权的熊市反向对角组合、看跌期权的熊市正向对角组合等。

第14章

1. Delta值为0.7意味着此时该看涨期权的标的股票每上涨1元钱,该看涨期权的价格就应该上涨0.7元钱。若每个期权的Delta值均为0.7,要使一个1000个看涨期权的空头变成Delta中性,则必须买入700份股票,或者进入标的为700份该股票的远期的多头。

(r

2

)(Tt)(0.1

0.252

)*0.52. Delta=

N(d1)

d1

=

=0.4596,则

Delta=N(d1)=0.6771。

3. 一个期权头寸的Theta值为-0.1意味着时间每减少1年,期权的价值将下降0.1元。期权的头寸将可能是任何期权的多头或者是实值状态的无收益资产欧式看跌期权和处于实值状态的附有很高利率的外汇的欧式看涨期权的空头。 4. 根据推导可得对于无收益资产欧式看跌期



Se

0.5d1

2

rXe

r(Tt)

[1N(d2)],当

S

同理,处于实值状态的附有很高利率的外汇的欧式看涨期



0.5d1

2

rf(Tt)

rXe

r(Tt)

[1N(d2)]rfSN(d1)e

rf(Tt)

当S>X的时候

有可能大于零。

5. 该期权的价格P=0.000375美元。Delta=N(d1)e

该期权的价格应该上升0.52。

Gamma=

rf(Tt)

=0.52,表示汇率每上升1,

=422.03,表示汇率

0.5d1rf(Tt)

2

上升1,Delta要上升422.03,这实际上是由于当前美元兑日元的比率为0.008,因此汇率上升1对当前的汇率来说是一个巨大的变化,因此Delta的变化很大,即Gamma很大。

Vega=

S

e

0.5d1rf(Tt)

2

=2.36105,它表示日元

的波动率每增加1个百分点期权变化2.36105美分,这是由于S为日元兑美元



等于0.008

rf(Tt)

r(Tt)

身就很小造成的。

Theta=

SN'(d)e

rXe

N(d2)rfSN(d1)e

rf(Tt)

=1.1106,这

6

表明时间每减少一年期权价值减少Rho=rho

(Tt)e

rf(Tt)

1.110

美元。

SN(d1)

=2.27105,它代表美国利率上升1%,期权

变化2.27107美元。

6. 根据BS公式可得,C=11.43美元,Delta(C)=0.9407,Gamma(C)=0.01479。D=7.19美元,Delta(D)=0.8078,Gamma(D)=0.034309。E=4.628美元,Delta(E)=0.6022,Gamma(E)=0.04210。

n

p

i1

wiiCD0

7. 由于

wii所以我们有0.94070.80780

i1

n

,因此要利用C期权



0.8587

和D期权构造出Delta中性组合则每买一份D就必须卖0.8587份C期权,或者买1份的C就得卖1.16452(1/0.8587)份的D期权。 同

n

理由于

n



wii

i1

n



wii

i1

,则

p

i1n

w

i

ii.:



9

C

0

D5):

E



p

i1

w

i

C

0:1(

D

即要使得CD,E的组合达到E,

1

.

5

1

8

1

::0:9

Delta和Gamma中性必须使得期权C、D、E之间的比例为2:(-3):2。

第15章

1. 外汇作为投资的标的资产,其利率就是投资外汇所获得的收益,因此可以看成和投资股票的红利率一样。

2. 由期货价格公式F

STSe

(Tt)

Se

r(Tt)

以及期货到期时FT

ST

可以看出若

则,FT

Fe

(r)(Tt)

,期货的漂移率比标的资产要少r,因此说持有

期货的成本等于无风险利率。

3. 根据默顿公式,执行价格为0.90元和1.00元的看涨期权的价格分别为0.06元和0.04元,执行价格为0.90元和1.00元的看跌期权的价格分别为0.13元和0.20元。

4. 根据默顿公式,该期权价格等于1.54元。 5. 根据默顿公式,该期权价格等于24.24元。

第16章

1. (1)分拆与组合: 最基本的奇异期权是对常规期权和其他一些金融资产的分拆和组合,从而得到我们所需要的回报。(2)路径依赖:期权的价值会受到标的变量所遵循路径的影响,它又可以分为弱式路径依赖和强式路径依赖两种。强式路径依赖期权模型中必须增加考虑路径变量而弱式路径依赖则无需增加这样的变量。(3)时间依赖:期权模型中的一些变量会随时间而变化。(4)多维期权:存在多个独立变量的期权。(5)高阶期权:即标的资产本身包括期权。

2. (1)弱式路径依赖:美式期权、障碍期权;

(2)强式路径依赖:亚式期权、回溯期权; (3)多维期权:彩虹期权、资产交换期权;

(4)高阶期权:复合期权、选择者期权。

3. 障碍期权是路径依赖期权,它们的回报以及它们的价值要受到资产到期前遵循的路径的影响。但是障碍期权的路径依赖的性质是较弱的,因为我们只需要知道这个障碍是否被触发,而并不需要关于路径的其他任何信息,关于路径的信息不会成为我们定价模型中的一个新增独立变量,如果障碍水平没有被触发,障碍期权到期时的损益情况仍然和常规期权是相同的。因此障碍期权是属于弱式路径依赖。

4. 不相等,如果在期权有效期内,期货价格高于现货价格,可能现货价格会触及障碍水平而被敲出,但期货价格则可能不会触及障碍水平。

5. 这是因为一系列对数正态分布变量的几何平均值仍为对数正态分布。但是它们的算术平均值则不然。这样,对几何平均期权,可以通过转换波动率和红利率,仍然利用B-S-M公式得到解析解,而算术平均则只能使用近似方法或是数值方法求解。

6. 因为在亚式期权中,越接近到期日,回报越确定,且保值比例是连续的,这使得应用标的资产进行保值相当容易。而障碍期权中,当资产价格接近障碍水平时,却是不连续的,这给保值带来了困难。

第17章

8. 风险与收益是金融的核心,是一个问题的两个方面。现实生活中存在着风险与收益的权衡,这两者始终是相伴相生的。在人们厌恶风险的情况下,系统性风险越高,预期收益率就越高。这意味着我们在评估收益时,应始终将承担的风险纳入考虑并进行相应的调整。从风险与负收益(即损失)的关系来看,从前述定义的讨论中,我们已经知道风险既可能导致损失,也可能带来收益。另外,损失是一个事后的概念而风险则是事前的概念,这两者是不能同时并存的两种状态。

9. 一般来说,一个较为完整的市场风险度量体系至少包括三个组成部分:敏感性分析、在险值、情景分析与压力测试。每个组成部分在市场风险度量体系中都具有独特而不可或缺的作用:敏感性是市场风险度量的基础模块,是进行套期保值与风险对冲的基础;VaR给出了在给定条件下市场风险的集成风险额;而情景分析与压力测试则给出了给定情景和极端情况下风险因子共同变化可能产生的结果,可以补充前两者的不足。近年来市场风险的度量技术进一步深入发展,但这三个方法一直是最主流和最基础的市场风险度量方法。 3. 由于该市场变量的年波动率为year

day

0.2

,因此其日波动率是:

0.0126

0.215.8745/

N

1

。资产价值

4. 根据波动率的关系式

:day

S$400,000

year

0.35/15.870.022

。N1(199%)

(0.01)2.33

。所以一周99%置信度的在

险值为2.330.022400,00045,848。 5. 该投资组合价值日变动率的方差为:

300,0000.015500,0000.0182300,000500,0000.0150.0180.3125,550,000

2

2

2

2

置信度的在险值为:2.3311,204.91

$11,204.91。10天99%

1.645

$82,558.98。

6. 10万德国马克的美元现值为,100,0000.625$62,500。N1(0.05)

所以该外汇头寸10天期95

%置信度的在险值为:

1.64562,5000.007$2,275.85

7. 该投资组合的VaR为:

1

0.N03(1%)美1元。6 978

200.5

8. 根据久期模型我们知道:

BB

Dy

其中B是一天债券组合的价值变动,y是其收益率一天平行移动的变动,而D为修正的久期。所以,D3.7,而y的标准差是y0.09%。

根据BDBy,有BDB

y

3.740000000.0009$13320。

由于N(1.282)0.9,所以,该有价证券组合90%/20天期的VaR是:

133201.282$76367

9. 有价证券组合价值的日变动量P与汇率的日变动量S的近似关系为:

P56S

汇率的日变化率x等于S/SS/1.5。于是有: P561.5x 即

P84x

x的标准差等于汇率日波动率,即0.7%。因此P的标准差为: 840.0070.588。

所以,有价证券组合99%/10天期的VaR是:

0.5882.334.33

10. 线性模型假设每种市场变量的日变化率都服从正态概率分布。历史数据模型假设以前观测到的市场变量的日变化率的概率分布在将来仍然适用。

11. 期权价值变动与基本标的变量变动不是线性相关的。当基本标的变量值的变动是正态

分布的时,期权价值的变动却不是正态分布的。而线性模型则是假定期权价值的变动是正态的,因此,线性模型只能是一种近似估计。

范文九:课后习题答案——软件工程 投稿:石譎譏

软件工程课后习题答案

 1-6 什么是软件过程?它与软件工程方法学有何

关系?

 软件过程是为了开发出高质量的软件产品所

需完成的一系列任务的框架,它规定了完成

各项任务的工作步骤。

 软件过程定义了运用技术方法的顺序、应该

交付的文档资料、为保证软件质量和协调软

件变化必须采取的管理措施,以及标志完成

了相应开发活动的里程碑。

 软件过程是软件工程方法学的3个重要组成

部分之一。

2-2银行计算机储蓄系统的工作过程大致如下:储户填写的存款单或取款单由业务员键入系统,如果是存款则系统记录存款

人姓名、住址(或电话号码)、身份证号码、存款类型、存款

日期、到期日期、利率及密码(可选)等信息,并印出存单给

储户;如果是取款而且存款时留有密码,则系统首先核对储

户密码,若密码正确或存款时未留密码,则系统计算利息并

印出利息清单给储户。

请用数据流图描绘本系统的功能,并用实体-联系图描绘系统中的数据对象。

 2-3为方便旅客,某航空公司拟开发一个机票预定系统。

旅行社把预订机票的旅客信息(姓名、性别…等)输入进

该系统,系统为旅客安排航班,印出取票通知和账单,旅

客在飞机起飞的前一天凭取票通知和账单交款取票,系统

核对无误即印出机票给旅客。

2-5 北京某高校可用的电话号码有以下几类:校内电话号码由4位数字组成,第1位数字不是0;校外电话又分为本市电话和外地电话两类,拨校外电话需先拨0,若是本市电话则再接着拨8位数字(第1位不是0),若是外地电话则拨3位区码再拨8位电

话号码(第1位不是0)。

请用定义数据字典的方法,定义上述的电话号码

 电话号码=[校内电话号码|校外电话号码]

 校内电话号码=非零数字+ 3 位数字//后面继续定义

 校外电话号码=[本市号码|外地号码]

 本市号码=数字零+8位数字

 外地号码=数字零+区码+8位数字

 非零数字=[1|2|3|4|5|6|7|8|9]

 数字零=0

 区码=3{数字}3 //3至3个数字

 8位数字=非零数字+7位数字

 7位数字=7{数字}7

3-3ER模型

 本问题中共有两类实体,分别是“储户”和“储蓄所”

,在它们之间存在“存取款”关系。因为一位储户可以

在多家储蓄所存取款,一家储蓄所拥有多位储户,所

以“存取款”是多对多(M:N)关系。

 储户的属性主要有姓名、住址、电话号码和身份证号

码,储蓄所的属性主要是名称、地址和电话号码,而

数额、类型、到期日期、利率和密码则是关系类型存

取款的属性。

 3-6 复印机的工作过程大致如下:未接到复印命令时处于

闲臵状态,一旦接到复印命令则进入复印状态,完成一个

复印命令规定的工作后又回到闲臵状态,等待下一个复印

命令;如果执行复印命令时发现没纸,则进入缺纸状态,

发出警告,等待装纸,装满纸后进入闲臵状态,准备接收

复印命令;如果复印时发生卡纸故障,则进入卡纸状态,

发出警告等待维修人员来排除故障,故障排除后回到闲臵

状态。

 请用状态转换图描绘复印机的行为。

3 用面向数据流的方法设计下列系统的软件结构

(1)储蓄系统2-2

(2)机票预定系统2-3

 为了方便旅客,某航空公司拟开发一个机票预定系统。旅

行社把预定机票的旅客信息(姓名、性别、工作单位、身

份证号码、旅行时间、旅行目的地等)输入该系统,系统

为旅客安排航班,旅客在飞机起飞前一天凭取票通知和账

单交款取票,系统核对无误即印出机票给顾客

 

3 画出下列伪码程序的程序流程图和盒图

START

IF p THEN

WHILE q DO

f

END DO

ELSE

BLOCK

g

n

END BLOCK

END IF

STOP

 7

 令P代表交易的总金额,Q代表每股的售价,n代表交易的股数。

 (1)表示手续费计算方法的判定表如图所示。

 判定表的每一列是一条计算规则。例如,第1列(规则1)规定,当交易总金额P少于1000元,且每股售价Q低于14元,且交易的股数n是100的倍数时,给经纪人的手续费为

 (l+0.05)×0.084P

 第16列(规则16)表明,当交易总金额P超过10000元,且每股售价Q在14元到25元之间,且交易的股数n不是100的倍数时,手续费为

 (1+0.06)×(0.04P+134)

 (2)表示手续费计算方法的判定树如图所示。

 9-9

假设一家工厂的采购部每天需要一张订货报表,报表按零件编号排序,表中列出所有需要再次订货的零件。对于每个需要再次订货的零件应该列出下述数据:零件编号,零件名称,订货数量,目前价格,主要供应者,次要供应者。零件入库或出库称为事务,通过放在仓库中的终端把事务报告给订货系统。当某种零件的库存数量少于库存量临界值时就应该再次订货。

第十章

 4.设计无人自动售货机系统对象、动态及功能模型

 售货时,顾客将硬币投入机器投币口,机器检查硬币的大小、重量、厚度及边缘类型。有效币种是1元、五角、一角,其它货币被认为是假币。机器拒收假币,并将其退币口退出。当机器接收了有效硬币之后,就将硬币送入硬币储藏期中。顾客支付的货币根据硬币的面值进行累加。  机器装有货物分配器。每个货物分配器中零个或多个价值相同的货物,顾客支付的货币值不小于该货物的价格,货物将被分配货物传送孔送给顾客,并将适当的零钱返回到退币孔。如果分配器是空的,顾客支付的货币值相等的硬币将被送回退币孔。如果顾客支付的货币值小于所选择分配器中货物的价格,机器将等待顾客投进更多的硬币。如果顾客决定不买所选择的货物,顾客放进的货币将从退币孔退出。

范文十:网络工程课后习题答案 投稿:韩衰衱

1.“网络工程”的课题意义是什么?

答:”网络工程”是计算机网络专业的核心课程。它在整个课程体系中起承上启下的作用。在”网络工程”之前学习的网络课程偏向于网络基础和理论,使学生们能够对网络的原理有一个基本的认识,但是网络学科是一门与实际应用紧密结合的课程,纯粹的理论学习会使学生的理论和实践严重脱节,不知道所学的知识的实际用途,不利于对网络理论的深入理解,也容易忘记。为此,本课程与比较成熟的网络技术为主,着重介绍计算机网络的基本原理,并结合实际实例加强对基本原理的理解,为学生打好坚实的基础,以适应千变万化的网络技术发展;概裹介绍计算机网络最新的技术发展,包裹已投入实际应用的技术和新技术发展动态,培养学生主动获取知识、分析和解决问题,以及跟踪新技术发展的能力。

2.简述计算机网络的定义。

答:计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物,并没有一个非常精确的定义。简单来看,计算机网络是由自主计算机互连起来的集合体。其中,自主计算机由硬件和软件二部分组成,可以完整地实现计算机的各种功能;互连是指计算机之间的相互通信。从更完整的角度来看,计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备,通过通信线路连接起来,在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下,实现资源共享和信息传递的计算机系统。

通俗地讲,计算机网络就是由多台计算机(或其它计算机网络设备)通过传输介质和软件物理(或逻辑)连接在一起组成的。

3.计算机网络的拓扑结构主要有哪几种?各自的特点是什么?

答:有星型、环形、总线型、树型、和混合型。

星行拓扑结构以中心接点为中心,用单独的线路使中央接点与其它接点相连,各站点间的通信都要通过中央接点;环行拓扑结构中计算机相互连接而形成一个环;总线型拓扑结构就是将各个结点用一根总线连接起来,其特点是计算机都连接在同一条公共传输介质上,计算机相对于总线的位置关系是平等的;树型拓扑结构中,计算机都是既连接它的父结点(除根结点外)有连接它的子结点(除叶结点外),连接关系呈树壮;混合型拓扑结构就是以上四种拓扑结构中二种或二种以上的组合。

4.OSI七层理论模型的意义是什么?

答:OSI七层网络模型的定义是网络发展中的一个重要的里程碑。OSI七层网络模型的层次划分清晰、合理,非常便于学习、研究和分析计算机网络。它不但成为以前或后续的各种网络技术的评判、分析的依据,也成为网络协议设计和统一的参考模型。

5. TCP/IP应用模型的特点是什么?

答:TCP/IP网络模型共分为4层,由下至上分别为网络接口层、网际层、传输层和应用层,其网络接口层是TCP/IP网络模型的最低层,负责通过各种网络发送和接收IP数据报;网络接口层并没有定义实际的数据链路层和物理层规范,而是定义了IP数据报在拥有不同数据链路层和物理层网络的传输方法。这使得TCP/IP网络模型具有很强的兼容性和适应性,是TCP/IP成功的基础。网络层是TCP/IP网络模型最核心的层次,相当于OSI参考模型的网络层,负责网络间路由选择、流量控制和拥塞控制;本层的核心协议是IP,它是一种无连接的网络层协议,只能提供”尽力而为”的服务;网际层传送的数据单位是报文分组或数据包。传输层的主要功能是在网络中源主机与目的主机之间建立端到端的连接;传输层包裹传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP),其中,TCP是一

种可靠的面向连接的协议,UDP是一种不可靠的无连接协议。应用层对应于OSI参考模型的高三层,为用户提供所需要的各种网络服务,包裹网络终端协议( Telnet)、文件传输协议(FTP)、简单邮件传输协议(SMTP)、简单网络管理协议(SNIVIP)、超文本传输协议( HTTP)等。

TCP/IP模型在核心层只有一个IP,可以通过IP把众多低层网络差异统一起来,屏蔽低层细

节,向传输层提供统一的IP数据报,进而支持应用层提供多种多样的服务,使得TCP/IP具有很好的兼容性、灵活性和健壮性,这是TCP/IP之所以成为国际互联网主流协议的根本原因。

6.计算机网络技术主要包含哪些?

答:计算机网络技术主要包含计算机网络组网技术、计算机网络管理技术以及计算机网络应用技术。其中与组网相关的技术主要包裹传输技术、承载技术和路由技术;计算机网络管理技术主要包裹网络安全、网络管理和维护。

7.计算机网络设备主要包含哪些?各自工作在网络体系的哪个层次?它们如何扩展网络?扩展能力如何?

答:计算机网络中常见的网络设备包裹中继器、集线器、网桥、以太网交换机、路由器等。其中,中继器和集线器工作在物理层,网桥、以太网交换机工作在数据链路层,路由器和三层以太网交换机工作在网络层。以太网中继器是模拟设备,将在一段上出现的信号放大到另一段,可以避免信号衰减过大,提高传输距离。以太网中继器扩展能力较弱。集线器通过将一个端口接收的信号分发给其它所有端口来扩展物理介质。集线器的扩展能力有限。当网桥 收到一帧时,并不是向所有的端口转发次帧,而是先检查次帧的目的地址,然后再确定将该帧转

发到哪一个端口,因此网桥可以隔离冲突域,从而提高了扩展能力。网桥对局域网的扩展方式更加灵活,扩展能力更加强大,可以更好地扩展局域网的覆盖范围。以太网交换机能同时连通许多对端口,使每一对相互通信的主机都能像独立通信媒体那样,进行无碰撞地传输数据,因此交换机的扩展能力要比集线器强大得多。路由器依据网络层信息将数据包从一 个网络转发到另一个网络,它可以隔离广播,划分广播域,因此,路由器扩展能力非常强,可以将世界范围内得网络都互连在一起。

2.6习题

1. ADSL通过电话双绞线传送信号.如何区分话音业务与数据业务? 答:ADSL采用频分复用技术把一对铜线(电话线)分成了电话、上行和下行3个相对独立的信道。传统的电话语音业务仍然使用铜线的低频部分(4kHz以上频段),不受数据业务的影响。数据业务支持上行速率512kbit/s~lMbit/s,下行速率1~8Mbit/s有效传输距离在3~5公里范围以内。

2.简述ADSL中使用的DMT调制技术原理。

答:DMT多音频调制技术是建立在QAM的思想基础之上的,这种调制方法有时也称为正交频分复用。QAM利用同频率的正弦和余弦波作为载波来传达信息,二个波形同时在一个信道中传播,并以其幅度值来传递信号比特。如果将传输信道频谱划分为若干频段,在各个频段上均采用上面提到的QAM方法,然后再将各自输出迭加在一起,经传输信道传送,所得到的波形即为DMT码(元)。每个频段编码器,在收到一组比特后,采用星座编码(计算)方法,所得到的值作为余弦波和正弦波的幅值。不同频段上的余弦波和正弦波,其频率各不同。如果收信机可以分离出不同的频段,则同样可以应用QAM解调器的处理过程,恢复出原始

信息比特串。在上述过程中,对星座编码中点的数目并未做限制。这是DMT调制技术中的最大特点之一。根据传输信道的信噪比以频率的关系,可以在信噪比高的子信道传送较多比特,实现动态调整。

3.简述El数字中继的帧结构。

答:El分为成帧和不成帧二种方式。图2 5表示了成帧的结构,一帧由32个时隙组成,TSO时隙用于传输帧同步数据,其余的TS1~TS31传送用户信息或信令。16个帧可以组成一个复帧。在成复帧的El中,TS16用于传送信令,TS1~TS15、TS17~TS31共30个时隙用于传送有效数据。在不成帧的El中,所有32个时隙都可用于传输有效数据。这时可以把El线路当做一条2Mbit/s的线路整体对待。对于El线路上的一个复帧(16帧)的TSO中8bit的设

置,线路二端的设备必须保持一致,否则线路无法正常同步。TSO中8bit的含义如下。第一位Si为保留给国际通信使用,暂定为1;如果启动CRC同步功能的话,Si就被Cl~ C4bit所替代,传送CRC4码。奇帧的第三位A码为帧失步告警码,当接收端帧同步时,向发送端传送的A码为O,当接收端帧失步时,向发送端传送的A码就改为l。奇帧SA4~SA8 bit为ITU保留使用,可以用于点到点的应用,例如按照G.761建议在El线路上传输60路ADPCM语音信号;一般情况下,SA4~SA8bit设置为1。偶帧的第2~8位为帧同步码。

4.简述在光纤中使用的SDH技术的基本帧结构。

答:SDH的帧结构是块状帧,以字节为基础,由纵向9字节和横向720XN字节组成。125us每帧,帧速率为8000 f/s。帧结构中安排了丰富的开销比特,使网络的运行、管理、维护能力大大加强。SDH帧由段开销、信息净荷和管理单元指针3个主要区域组成。

5. SDH技术的基本组成设备有哪些?

答:SDH网络一般包括终端复用器(TM)、分插复用器(ADM)、再生中继器(RFJ)和数字交叉连接(DXC)等4种设备。

6. GSM蜂窝移动通信技术的基本组成有哪些?GPRS技术与其有何相关? 答:基本组成有网络交换子系统(NSS)、基站子系统(BSS)和操作与支持子系统(Oss),移动台(MS)通常被认为是BSS的一部分。GPRS网在GSM电话网的基础上增加了GGSN、SGSN和PTMSC功能实体。

7.简述SDH的帧结构与虚容器。

答:SDH的帧结构是块状帧,以字节为基础,由纵向9字节和横向720XN字节组成。125us每帧,帧速率为8000 f/s。

帧结构中安排了丰富的开销比特,使网络的运行、管理、维护能力大大加强。SDH帧由段开销、信息净荷和管理单元指针3个主要区域组成。虚容器是一种用来支持通道层连接的信息结构。它由被安排在重复周期为125 u s或500 u s的块状帧结构中的信息净负荷和通道开销(POH)信息区组成,识别vc帧起点的定位信息由服务网络提供。

8.在GSM蜂窝网络中,进行数据业务有那几种方式?

答:电路型数据业务、分组型数据业务和增强数据率改进3种。

二、选择题

1. ADSL中使用下列(B)技术上网。

A. PPP B.PPPoE C.DCF D.PCF

2. El数字中继中,一帧包裹(A)个时隙。

A.32 B.16 C.24 D.31

3. El数字中继中,(A)时隙负责帧同步。

A.0 B.1 C.2 D.31

4. SDH的帧结构是一种块壮帧,它的速率是(B) f/s。

A.64 B.8000 C.32 D.2048

5. GSM无线通信中,语音是在(A)逻辑信道上传输的。

A. TCH B.SDCCH C.PCH D.SCH

6. GPRS中,(C)网元是不同于GSM技术的。

A. BTS B.BSC C.SGSN D.GGSN

3.7习题

1.请说明承载网络在TCP/IP协议体系中的位置和作用。

答:承载网络在TCP/IP协议体系中的网络接口层。将各种各样的网络通过IP协议连接起来,实现IP层以上的网络通信。IP是利用网络提供的物理通道完成报文传输的。TCP/IP使得原来各自独立互不兼容的网络连接成一片,极大的发挥了网络的潜力;网络的存在也为

TCP/IP协议体系的发展提供了广阔的空间。

2.点到点网络为什么不用地址。

答:点到点网络是最简单的网络拓扑,它实际上就是由一根通信电缆连接两台网络设备构成的网络。通信方式就是“你发送我接收、我发送你接收”的方式,没有寻址的问题,因此网络设备也不需要地址。

3.广播网络如何实现广播(从一个主机向另一个指定的主机发送报文)的? 答:单播是靠地址机制和接收设备实现的。首先每个网络设备都必须有一个唯一身份标识——地址,例如以太网的地址是48 bit的二进制数。接收端的网络设备通过报文中的目的地址有选择地接受报文。也就是说,在收到的报文中如果目的地址和自己的地址相同就接收,否则丢弃。因此,在广播网络中必须给设备分配地址,这样才能实现单播。

4.试设想两种在NBMA网络中实现广播的方法,并指出优缺点。

答:NBMA网络有帧中继、ATM、X。25网络和电话网等。优点:需要相同数据流的客户端加入相同的组共享一条数据流,节省了服务器的负载,具备广播所具备的优点;此协议和单播协议一样允许在Internet宽带网上传输。缺点:与单播协议相比没有纠错机制,发生丢包错包后难以弥补,但可以通过一定的容错机制和oos加以弥补;现

行网络虽然都支持组播的传输,但在客户认证、oos等方面还需要完善,这些缺点在理论上都有成熟的解决方案,只是需要逐步推广应用到现存网络当中。

5. Cisco公司的HDLC封装与ISO的HDLC协议有何不同?

答:HDLC协议是一种快速高效的WAN协议,它们是从不同的协议发展来的。ISO hdlc源自IBiVI的同步数据链路控制,SDLC封装协议的数据链路层协议,而CISCO HDLC是从IS0 3309发展来的,各种版本的HDLC虽然相似,但它们是不兼容的,CISCO的HDLC是专属的.

6. HDLC封装可以在异步线路上使用吗?为什么?

答:不能,HDLC使用同步串行传输在两点之间提供无差错通信。是面向比特的同步协议。各厂商之间的HDLC协议各有不同,所以不能通用,Cisco的同步串口上默认使用的是HDLC封装;要保证两端设备一致时才能使用。

7. Cisco公司的HDLC封装为什么要使用链路管理接口(LMI)?

答:由于没有使用链路状态帧,因此无法知道链路的通断状态。为了解决这一问题,CISCO设计了一个协议,称为链路管理接口。它的工作原理非常简单:定时向对方发送LMI报文,报文中含有序号,如果接收方在规定的时间内收到LMI报文并且序号是连续增长的,就说明链路是好的。

8.试论述交换式以太网是广播网络还是NBMA网络。

答:在网桥刚开始工作时,地址表的内容为空。因此,网桥不知道任何目的地和端口的关系,需要采用扩散算法,把每个到来的、目的地不明的帧输出到所有端口,并在地址表中记录该帧的源地址与端口的对应关系,交换式以太网是以交换式集器或交换机为中心构成,是一种星型拓扑结构的网络,即是广播网络;随着时间的推移,网桥中会逐步记录每个端口连接的主机的地址。一旦知道了目的地的端口,发往该处的帧就只发到该端口,不再广播。

9.总线型以太网的最大缺点是什么?

答:最大的缺点是:一旦总线上任何结点出现故障,则整个网络都无法工作,解决问题的办法是使用集线器。

10.为什么集线器不能提高以太网的吞吐量?

答:使用集线器的以太网,网络的拓扑结构有了改变,由总线型变成了星形网络,只要集线器不出现故障,网络就可以正常工作,主机的故障可以被隔离。但是,网络的工作原理没有改变,依然采用CSMA/CD的方式进行媒体访问控制,只是碰撞不再发生在总线上而是在集线器的电路中。集线器虽然解决了总线的故障问题,但是网络的吞吐量并没有增加。

11.交换式以太网的核心技术来自透明网桥,说明以太网交换机和透明网桥的差别。

答:在速度方面,交换机要明显快于网桥,这是因为交换机主要是使用硬件进行交换,而网桥则需要借助软件来实现交换;交换机可以连接不同带宽的网络。例如,一个10 Mbps速度的以太局域网和一个lOOMbps的以太局域网之间可以通过一台交换机实现互连;在交换技术方面,交换机支持开通式交换,可以降低网络延迟,而网桥则只能够使用存储转发技术;交换机可以为每一个网段提供专用带宽,可以减少网段上的碰撞率。

12. 网络中的环路会引起广播风暴,透明网络是如何处理环路的?

答:在透明网桥中使用生成树算法解决这个问题。生成树通过阻塞某些端口,切断网络中的环路,使网络在逻辑上是一棵树。网络在物理上是一个环,通过阻塞环上某个交换机的端口来切断物理上的环。

13.什么是VLAN?VLAN与VPN是什么关系?

答:虚拟局域网是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段,从而实现虚拟工作组的数据交换技术。通过VPN网关可将两个地区的网络经过公网,构建一条隧道,两地的电脑经过密钥认证后,才能互相传送数据,这样搭建成一个虚

拟专用网;VLAN可将你的局域网分成几个网段,这样几个网段直接不允许互相访问,保证你的网络安全。

14.以太网交换机的TRUNK端口是干什么用的?TRUNK端口传送报文和普通以太网端口报文有什么不同?

答:TRUNK端口主要用在连接其它交换机,以便在线路上承载多个VLAN。普通以太网端口可以允许多个VLAN的报文不打标签,而TRUNK端口只允许缺省VLAN的报文不打标签,同一个交换机上普通端口和TRUN不能并存。

15. PPP工作在哪一层?它有哪些封装方式,请简述其格式。

答:PPP工作在数据链路层;有同步线路上的PPP封装、异步线路上的PPP封装和以太网上的PPP封装。

16. PPP包裹哪几个子层,请简述其建立连接的过程。

答:PPP划分了相应的LCP子层和NCP子层以完成不同功能;如果通过宽带上网,宽带连接客户端键入用户名和密码,就是通过LCP来建立NCP链路。

17. PPPoE建立连接的过程与PPP有何不同?

答:PPPOE链路的建立要经过PPPOE的发现阶段和PPPOE的会话阶段。在这两个阶段中,发现阶段是PC主机在广播式的网络上搜寻宽带接入服务器BRAS,并在多个可能的宽带接入服务器中确定其一,建立点到点关系的过程。会话阶段则是PPP的LCP、认证、NCP的会话过程。与PPP不同的是,PPPOE的数据报文被封装成以太网的帧进行传送。

18.两台路由器通过PPP互连,如果其中一台突然关机,另台知道吗,为什么? 答:知道;因为在链路建立阶段,当物理层检测到线路可用时,向链路层发送一个激活信号,PPP两端的设备就开始发送LCP Configure-Request报文,并等待响应的LCP Configure-ACK报文,当链路层参数协商完毕后就进入了LCP开启状态,则两台正常;反之则一台关机。

19. CHAP认证报文中随机数的作用是什么?

答:CHAP采用随机数和MD5的方式进行认证,安全性更强,认证过程由接入服务器发起,并且可以在连接期间进行多次认证,进一步提高了可靠性。

20. PPP为什么要创建一条主机路由?

答:掩码比较长,甚至全部是255.叫主机路由;创建主机路由可以指向另外的网关,也可以与缺省网关相同,但效率会更高,因路由选择的顺序是遵循精确匹配的原则的,就是掩码越长越先比较,都不满足时才会使用缺省路由,如果与某台主机通讯极频繁,可以设置主机路由(多见于路由器配置),路由选择时比较的次数极少,就可以转发,这样可以提高效率。

21.无线局域网IFEE 802. 11标准包裹数据链路层的完整功能,对吗?如果不对,请说明。

答:不对;

22.无线局域网包裹接入点(AP)和站点(STA)两种设备。我们在机场候机楼可以使用无线局域网上网,那么我们的无线笔记本属于什么设备?

答:AP设备;

二、选择题

1.以太网是(B)网络。

A.点到点B.广播C.NBMA

2.下列(D)不属于无线局域网的标准

A. 802. lla B.802. llb C.802. llg D.802.3

3.以明文方式传输用户名和口令的方式是(A)

A. PAP B.CHAP C.LAP D.ⅣID5

三、填空题

1.承载网络有3种拓扑,分别是点到点、广播、多点非广播多路访问。

2.以太网交换机可以按照端口、MIC地址、网络协议、用户定义、IP地址和策略划分VLAN。

4.7习题

1. RIP v2对RIP vl都有哪些改进?

答:1)每个路由条目都携带自己的子网掩码;

2)路由选择更新具有认证功能;

3)每个路由条目都携带下一跳地址和外部路由标志;

4)组播路由更新;

2.简要说明路由重发布的作用。

答:为了在同一互连网络中高效地支持多种路由选择协议,必须在这些不同地路由选择协议之间共享路由信息,在路由选择协议之间交换路由信息的过程称为路由重发布。重发布可以是单向的或双向的,单向是指一种路由协议从别一种协议那里接收路由:双向是指两种路由选择协议互相接受对方的路由,执行路由重发布的路由器称为边界路由器,因为它位于两个或多个自治系统或者路由域的边界上。

3.解释NAT的功能。

答:NAT有很多用途,但最主要的用途是让网络能够使用私有IP地址以节省IP地址;NAT将不可路由的私有内部地址转换为可路由的公有地址;NAT还在一定程度上改善了网络的私密性和安全性,因为它对外部网络隐藏了内部IP地址。

4.说明OSPF中的路由器标识的选择顺序。

答:通过Dijkstra算法建立起最短路径生成树,用该树计算到系统中的每个目标的最短路径。最后再通过计算域间路由、AS外部路由确定完整的路由表。与此同时,OSPF动态监视网络状态,一旦发生变化,则迅速扩散,达到对网络拓扑的快速聚合,从而确定出新的网络路由表。

5.列出私有IP地址范围。

答:私有地址(Private address)属于非注册地址,私有IP地址范围如下: A类 10.0.0.0~10. 225. 225. 225

B类 172. 16.0.0~172. 31. 225. 225

C类 192. 168.0.0~192. 168. 255. 225

二、选择题

1. RIP解决路由循环的方法有(ABD)

A.水平分割B.抑制时间C.毒性逆转D.触发更新

2.以下(A)是路由信息中所不包含的。

A.源地址B.下一跳C.目标网络D.路由权值

3.以下(A)路由表项要由网络管理员手动配置。

A.静态路由B.直接路由C.动态路由D.以上说法都不正确

4. IGP的作用范围是(C)

A.区域内B.局域网内C.自治系统内D.自然子网范围内

5. BGP是在(D)之间传播路由的协议。

A.主机B.子网C.区域( area) D.自治系统(AS)

6.在RIP中Ⅳletric等于(D)为不可达。

A.8 B. 10 C. 15 D. 16

三、填空题

路由协议是最广泛的内部网关的一种协议。

5.4习题

1.试比较重迭VPN技术和对等VPN技术的优缺点。

答:优点:VPN是将物理分布在不同地点的网络通过公用骨干网,连接而成的逻辑上的虚拟子网。利用隧道技术,把数据封装在隧道协议中,利用已有的公网建立专用数据传输通道,从而实现点到点的互连。在公网上建立某种形式的链路作为隧道,进行异地网点互连,并保证安全性。对等VPN技术还具有非常简的维护、网络配置和管理,且成本低。缺点:重叠VPN技术无法反映网络的实时变化,所有的配置与部署都需要手工完成,而且具有N2问题,一旦VPN中增加或者删除一个客户,整个路由表都会受到影响,维护起来相当麻烦,因而不适合大规模的应用和部署。对等VPN主要有:网络性能较低、数据保密性差、文件管理分散、计算机资源占用大。

2.试简述GRE VPN的工作原理。

答:GRE VPN采用了隧道技术,两个站点的路由器之间通过公网连接彼此的物理接口,并且通过物理接口进行传输数据。两个路由器上分别建立一个虚拟接口,两个虚拟接口之间建立点对点虚拟连接,形成一条跨越公网的隧道。

3.试分析IPSec二种工作模式的差别。

答:传输模式要保护的内容是IP数据报的载荷,通常情况下,传输模式只用于两台主机之间的安全通信;隧道模式保护的内容是整个原始IP数据报,隧道模式为IP协议提供安全保护。只要IPSEC双方有一方是安全网关或路由,就必须使用隧道模式。

4.试简述L2TP VPN的工作流程。

答:由用户发起连接请求;该请求被送往LAC; LAC通过RADIUS服务器验证用户,并获得该用户的目的LNS; LAC向LNS发送已协商的PPP参数;LNS再次认证用户;LNS向LAC发送接受消息,建立隧道。

5. BGP/MPLS VPN的主要安全举措是什么?

答:是路由隔离和隔离,通过VPN路由转发表和MPLS中的LSP来实现的。在PE路由器上,存在有多个VRF表,这些VRF表和PE路由器的一个或多个子接口相对应,用于存放这些接口所属VPN的路由信息。

6.试简述防火墙的特性和作用。

答:特性:在外部网和内部网之间传输的数据一定要通过防火墙;只有被授权的合法数据,即防火墙系统中安全策略允许的数据才可以通过防火墙;防火墙本身不受各种攻击的影响。作用:管理进、出网络的访问;保护网络中脆弱的服务;内部地址隐藏;日志与统计;检测和报警;DMA(非军事区)。

7.防火墙进行规则匹配的策略有哪几种?

答:防火墙进行规则匹配的策略有单触发和多触发两种。单触发处理:是指根据数据包匹配上的第一条规则,执行该规则的动作。多触发处理:是指数据包对所有规则进行匹配之后,将执行最后一个被匹配成功的规则所指定的动作。

6.4习题

1. SNMP v2具有哪些特点?

答:支持分布式网络管理;扩展了数据类型;可以实现大量数据的同时传输,提高了效率和性能;丰富了故障处理能力;增加了集合处理能力;加强了数据定义语言。

2. SNMP包裹哪5种操作以及各种操作的功能?

答:GetRequest操作:从代理进程处提取一个或多个参数值; GetNextRequest操作:从代理进程处提取紧跟当前参数值的下一个参数值; SetRequest操作:设置代理进程的一个或多个参数值; GetResponse操作:返回一个或多个参数值; Trap操作:代理进程主动发出的报文,通知管理进程有某些事情发生。

3. SNMP论询机制具有哪些明显的弱点?

答:SNMP轮询机制可扩展性差,在大型网络中,不断的轮询操作会生成大量的网络管理报文,从而占用大量网络带宽,容易导致网络拥塞现象的发生;SNMP协议不支持分布式管理方式,而采用集中式管理方式。

4. RMON具有哪些功能?

答:RMON可以通过提供有关通信流的有用信息,用来监视和管理会话; RMON可以收集统计信息,从而分析通信行为的短期和长期趋势; RⅣION可以捕获数据分组和在特定LAN段上进行数据过滤,并且允许网络管理控制台远程分析所有七层协议上的通信; RMON可以统计得出使用带宽最多的用户和系统,并在超过特定阈值时发出警报。

5.热备份路由器协议与虚拟路由器冗余协议的区别是什么?

答:在安全性上,VRRP允许在参与VRRP组的设备之间建立认证机制;VRRP允许虚拟路由器的IP地址采用其中一个物理路由器的IP地址;VRRP的状态机比HSRP简单;HSRP有3种报文,而且有3种状态可以发送这3种报文,分别是呼叫报文、告辞报文和突变报文,而VRRP只有一种报文;HSRP将报文承载在UDP报文上,而VRRP将报文承载在TCP报文上。

二、填空题

1. SNMP v3主要有3个模块:信息处理和控制模块、本地处理模块和用户安全模块。

2.当采用HSRP时,路由器的6种状态是初始、学习、监听、发言、备份、活动。

3.当采用VRRP时,路由器的3种状态是初始状态、主状态、备份状态。

三、判断题

1.一般情况下,代理进程端采用端口16 1接收管理进程发来的get或set报文,而管理进程端采用端口162来接

收代理进程发来的trap报文。(对)

2. HSRP将报文承载在TCP报文上,而VRRP将报文承载在UDP报文上。(错)

7.4习题

1.网络应用模式有哪几种?

答:文件服务(FS)模式、客户机/服务器(c/s)模式、浏览器/服务器(BlS)模式和对等网(P2P)模式。

2.简述C/S模式和B/S模式的区别,以及各自的优缺点。

答:BlS是对C/S模式应用的扩展,用户可以通过Web浏览器去访问Internet上的文本、数据、图像、动画、视频和声音等信息。与其它应用模式相比C/S模式的优点:集中式管理;性价比高;系统可扩充性好;抗灾难性能好,可靠性高;安全性好;用户界面良好。缺点:

管理仍然较为困难上;客户端的资源浪费;系统兼容性较差。 B/S模式的优点:系统访问灵活;维护和升级方式简单;松耦合性;系统的开发高效、简单。缺点:展示能力较弱; 系统的处理性能较低;系统的交互能力较差;系统的功能有限。

3.什么是P2P模式,它的特点是什么?

答:P2P就是直接连接到其它用户的计算机实现文件交换,让人们通过互联网直接交流,使得网络上的沟通变得容易,能够更直接地共享和交互,真正地消除中间商。特点:P2P网络是一个应用层网络,一般由网络边缘结点构成;资源分布在各个结点中,而不是集中在一服务器上进行管理;结点之间可直接建立连接,交互共享资源;具有巨大的扩展能力,可以通过低成本交互来聚合资源;动态性强,结点可随意加入退出;具有低成本的所有权和共享,使用现存的基础设施,可以削减和分布成本;具有匿名和隐私特权,允许对等端在其数据和资源上拥有很大的自治控制;负载均衡能力。

4.什么是DNS应用?DNS包含哪二种查询模式?DNS服务器的组织方式?

答:DNS是域名系统的缩写,它提供了域名和IP地址之间的双向解析功能。两种查询模式分别为递归查询和迭代查询。 DNS服务器是域名系统或者域名服务,域名系统为Internet上的主机分配域名地址和IP地址。用户使用域名地址,该系统就会自动把域名地址转为IP地址。域名服务是运行域名系统的Internet工具。执行域名服务的服务器称之为DNS服务器,通过DNS服务器来应答域名服务的查询。

5.一次域名解析中的完整过程是什么?

答:当DNS客户端向指定的DNS服务器查询网络上的某一台主机名称时,该DNS服务器会在本身数据库中找寻用户所指定的域名,如果没有,该服务器会先在自己的快取缓存区中查询有无记录,如果找到该域名记录,就会直接将所对应到的IP地址传回给客户端,如果快取缓存区中也没有,服务器才会向其它的域名服务器查询所要的域名。当该DNS服务器接收到另一台DNS服务器查询的结果后,先将所有查询到的域名及对应IP地址记录到快取缓存区中,然后将所有查询到的结果回复给客户端。

6.什么是Web服务?

答:Web服务是基于HTML和HTTP的一种服务,其通信协议主要基于SOAP,服务的描述通过WSDL,通过UDDI来发现和获得服务的元数据;是一种交互式图形界面的Internet服务,具有强大的信息连接功能。

7. FTP服务的作用,它基于那种传输层协议实现?

答:FTP客户端可以跟Internet上的FTP服务器进行文件的上传或下载等动作,下载文件就是从远程主机复制文件至自己的计算机上;上传文件就是将文件从自己的计算机中复制至远程主机上。它基于传输层TCP协议实现。

8.什么是HTTP?

答:HTTP是超文本传输协议,是客户端浏览器或其它程序与Web服务器之间的应用层通信协议。

9. HTTP响应消息和请求消息的格式是什么?

答:请求消息格式:首先,HTTP消息是用普通的ASCII文本书写;其次,这个消息共有5行,最后一行后面还有额外的一个回车符和换行符。一个请求消息中可以有更多行,也可以只有一行。响应消息格式:1个起始的状态行、6个头部行、1个包含所请求对象本身的附属体。

10.HTTP是有状态协议还在无状态协议?如何保存用户状态?

答:无状态协议;HTTP提供了两种帮助服务器标识用户的机制,Cookie和身份认证, Cookie是通过客户端保持状态的,身份认证是通过服务器来保持状态的。

11.静态页面和动态页面的区别是什么?

答:静态页面就是设计者把页面上所有东西都设定好、做死了,然后放上去,不管是谁在任何时候看到的页面内容都是一样的,一成不变,除非手动修改页面内容;动态页面的内容一般都是依靠服务器端的程序来生成的,不同人、不同时候访问页面,显示的内容都可能不同。网页设计者在写好服务器端的页面程序后,不需要手工控制,页面内容会按照页面程序的安排自动更改变换。

12.动态页面的运行原理是什么?

答:动态页面中的动态部分需要由应用程序服务器进行解释执行,并将执行结果嵌入到静态页面中,形成最终的结果静态页面。其中HTML格式的静态页面负责数据的显示方式,动态脚本负责动态数据的获取。

8.6习题

1.获取网络规划需求的方法都有哪些?

答:实地考察;用户访谈;问卷调查;向同行咨询。

2.网络规划逻辑设计阶段的目标是什么?

答:最大效益下最低的动作成本;不断增强的整体性能;易操作性和易使用性;有保障的安全性;自适应性。

3.物理网络设计时需要遵循哪些设计原则?

答:从网络设备的可用性、可靠性和冗余性的角度去考虑;所选择的设备还应该具有较强的互操作性;在进行结构化综合布线设计时,要考虑到未来的增长需求;情况不明确时,一定要进行充分的实地考察及论证。

4.网络性能评估都包裹哪些要素?

答:可用性、响应时间、网络利用率、网络吞吐量和网络带宽容量。

5.不同的网络拓扑结构分别具有哪些优缺点?

答:优点:总线型:结构简单、布线容易、可靠性较高、易于扩充,是局域网常采用的拓扑结构。星形:结构简单、容易实现、便于管理,连接点的故障容易监测和排除。环形:结构简单,适合使用光纤,传输距离远,传输延迟确定。

树形:连接简单,维护方便,适用于汇集信息的应用要求。网状:系统可靠性高,比较容易扩展。缺点:总线型:所有的数据都需经过总线传送,总线成为整个网络的瓶颈,出现故障诊断较为困难。星形:中也结点是全网络的可靠性瓶颈,中心结点出现故障会导致网络的瘫痪。环形:环网中的每个结点均成为网络可靠性的瓶颈,任意结点出现故障都会造成整个网络瘫痪,另外故障诊断也较困难。树形:资源共享能力较低,可靠性不高,任何一个工作站或链路的故障都会影响整个网络的运行。网状:结构复杂,每个结点都要与其它多个结点进行连接。

6.网络拓扑结构大致分为哪几个层次?各个层次主要有哪些功能?

答:可分为3个层次,即核心层、分布层和接入层。功能:核心层:负责可靠而迅速地传输大量的数据流;分布层:将大量低速的连接通过少量宽带的连接接入核心层,以实现通信量的收敛,提高网络中聚合点的效率,同时减少核心层设备路由路径的数量;接入层:通常用包过滤策略提供基本的安全性,保护局域网段免受网络内外的攻击。

附加题:

1.在PPPOE的帧中有一个“会话ID”,它的作用是什么?

答:接入服务器收到PADR包后开始为用户分配一个唯一的会话标识符Session ID,启动PPP状态机以准备开始PPP会话,并发送一个携带该会话标识符Se.ssion ID的会话确认包PADS。如果接入服务器不能满足用户所申请的服务,则会向用户发送一个PADS报文,其中携带一个服务名错误的标记,并且该PADS报文中的会话标识符Session

ID填充OXOOOO。PPPOE还包括一个PADT报文,它用来终止一个PPPOE会话,可以在会话开始之后发送。PADT报文中会携带一个会话ID来标识需要终止的会话。

2.简述IPSec的主要功能。

答:作为一个隧道协议实现了VPN通信:IPSec作为第三层的隧道协议,可以在IP层上创建一个安全的隧道,使两个异地的私有网络连接起来,或者使公网上的计算机可以访问远程的企业私有网络。保证数据来源可靠:在IPSec通信之前,发送方和接收方先用IKE认证对方身份并协商密钥,只有IKE协商成功后才能通信。由于第三方不可能

知道验证与加密的算法和相关密钥,因此无法冒充发送方,即使冒充,也会被接收方检测出来。保证数据完整性:IPSec通过验证算法功能保证从发送方向接收方传送数据的过程中任何数据篡改和丢失都可以被检测出来。保证数据机密性:IPSec通过加密算法确保只有真正的接收方才能获得真正的发送内容,而他人无法获知数据的真正内容。

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