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2014年 第3期

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潜没式高趾墙土压力与稳定计算方法
傅中志, 王占军, 陈生水
2014, (3): 1-8.
摘要:
潜没式高趾墙是许多混凝土面板堆石坝中重要的水工建筑物,其墙背堆石体的表面水压力不是均布荷载,且作用线与竖直向存在一非零夹角,与多数挡土墙设计规范中竖直向下的均布荷载差别很大,不能直接套用规范给出的公式计算其承受的土压力。根据库伦土压力理论,探讨了潜没式高趾墙主动和被动土压力的计算方法,并运用案例证实了通过改变滑裂面倾角和数值试算方法确定土压力的必要性;分析了需进行高趾墙抗滑稳定分析的两类特定情形,即水平水压力低于主动土压力水平分量或水平水压力高于被动土压力水平分量(若水平水压力介于两者之间,则不存在抗滑稳定问题)。文中还探讨了高趾墙抗倾覆分析需进一步研究的问题及可行方法。
混凝土K-R阻力曲线的实用解析方法
莫卓凯, 董伟, 吴智敏, 曲秀华
2014, (3): 9-17.
摘要:
根据混凝土Ⅰ型裂缝扩展准则,提出了新的KR阻力曲线及计算新方法。该KR阻力曲线认为,裂缝的扩展阻力由混凝土材料起裂断裂韧度KiniIc和黏聚力提供的阻力组成并等于裂缝扩展的驱动力。采用该方法,只需给出混凝土的起裂断裂韧度KiniIc,弹性模量E,抗拉强度ft和断裂能GF便可计算混凝土的KR阻力曲线,而无需测定试件的荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)全曲线。在此基础上,研究了混凝土三点弯曲梁试件强度等级从C20到C120的KR阻力曲线,计算了强度相同初始缝高比不同以及初始缝高比相同而试件高度不同的混凝土KR阻力曲线,并探讨了各种情况下的断裂过程区长度以及黏聚力分布。研究结果表明:混凝土强度等级提高,KR阻力曲线上升,但其上升幅值逐渐减小,强度等级在C60以后,其上升幅值趋于稳定;混凝土的KR阻力曲线存在一定的尺寸效应,当韧带长度足够大时,KR阻力先增大,而后趋于稳定;混凝土强度等级提高,最大完整断裂过程区长度减小;试件的尺寸对断裂过程区长度也有着较大影响。
圆形截面钢管钢筋混凝土构件承载力的计算
王廷伟, 贡金鑫, 吴志良, 朱晓瑜
2014, (3): 18-25.
摘要:
对8个圆形截面钢管钢筋混凝土构件进行了轴心受压和偏心受压试验,采用有限元法和纤维模型法对构件承载力进行了计算,提出了圆形截面钢管钢筋混凝土构件承载力的简化计算方法。研究表明,圆形截面钢管钢筋混凝土具有与钢管混凝土和钢筋混凝土相同的特点,按有限元法计算的构件承载力偏小,而按纤维模型法计算的构件承载力与试验结果符合较好。圆形截面钢管钢筋混凝土构件的承载力可通过将钢管视为普通钢筋,将混凝土视为钢管约束混凝土的双层钢筋约束混凝土构件,采用圆形截面钢筋混凝土构件承载力的计算方法进行简化计算。按简化方法计算的圆形截面钢管钢筋混凝土构件的承载力也与试验结果符合较好。
基于声发射信号表征混凝土断裂过程的异常现象
范向前, 胡少伟, 陆俊
2014, (3): 26-31.
摘要:
混凝土作为一种人工石材,由于浇筑过程的影响,其断裂破坏过程不可避免地存在一定随机性。利用声发射实时动态无损监测技术,分析了带预制裂缝混凝土三点弯曲梁试件裂缝扩展发生偏移和钢筋混凝土三点弯曲梁破坏荷载循环增减等特殊试验现象存在的客观性。试验分析发现,预制裂缝尖端粗骨料的存在,致使裂缝并非沿着预制裂缝直接向前扩展,而是出现绕道扩展的现象;配筋率过大时,钢筋混凝土三点弯曲梁试件的破坏荷载值将维持在钢筋极限屈服强度附近循环变化。可见,钢筋混凝土三点弯曲梁试件的失稳荷载取决于配筋率的高低。研究成果表明声发射技术可为开展混凝土损伤断裂试验提供一种新的研究手段。
平交口门区水动力特征试验研究
陆银军, 假冬冬, 万乾山, 张幸农
2014, (3): 32-36.
摘要:
平原河网地区河道纵横交错,平交口门区(“+”型交汇区)水流受交汇河道共同影响,水动力特征复杂。以新沟河三山港—武进港与京杭运河平交口门区为例,对其水动力特征进行了试验研究,并探讨了不同边界条件下的变化规律。受三山港吸流影响,京杭运河来流流至三山港口门时水流明显左偏并进入三山港,出现一定范围的横流区;受武进港出流顶托作用,位于武进港出口上游的运河右侧出现一较大范围的回流区,其范围随着武进港出流流速的减小而减小。河道边界对口门区水动力特征存在明显影响,流速较大一侧边界条件的改变对水动力特征的影响最明显。在类似平交口门区,需改变流速分布时,可优先考虑调整流速较大侧边界。
港区沥青铺面面层的等效温度
胡洪龙, 谈至明
2014, (3): 37-41.
摘要:
不同于常规公路路面结构所承受的车辆荷载,港区铺面结构具有承受装运机械荷载类型多、荷载量大、运行速度低和重复作用次数少等特点。根据港区沥青铺面设计准则,分别基于面层层底弯拉应变、半刚性基层层底弯拉应力、土基顶面压应变等3个设计指标和Miner损伤叠加原理,介绍了港区沥青铺面面层等效温度概念及其计算方法;建立了基准状况下面层等效温度与地区海拔、铺面表面温度年均值及其标准差之间的回归式;为了简便实用,又建立了基准面层等效温度与2个常见的气象参数即年平均气温和月平均气温年极差之间的回归关系式;绘制了全国基准面层等效温度等值线图;总结了非基准各因素对面层等效温度的影响规律,给出了近似修正式。
西江长洲枢纽下游近坝段水位下降特征及调控措施
庞雪松, 杜敬民, 假冬冬, 张幸农, 曹民雄
2014, (3): 42-48.
摘要:
受清水下泄、河道采砂、航道疏浚等因素影响,长洲枢纽坝下河床冲刷下切,枯水期水位下降明显。依据梧州水文站水位、流量资料,对长洲枢纽下游近坝段水位下降特征及影响因素进行分析,并对减缓坝下水位下降的调控措施进行了模型试验研究。研究结果表明:2012年梧州水文站设计水位较原设计值下降1.30 m左右;2000—2006年水位下降主要受自然演变和采砂等影响;2007—2012年水位下降的主要影响因素包括枢纽运行、航道整治、采砂等,其中枢纽运行带来的影响随着时间的推移将逐渐减小。经资料分析与模型试验研究发现:深槽回填、修筑壅水丁坝对减缓坝下水位下降的作用有限,而枢纽调节(提高下泄流量、增加外江分流比)对延缓坝下水位下降则效果相对明显。
我国水库大坝风险评价与决策研究
彭雪辉, 盛金保, 李雷, 张士辰, 刘来红
2014, (3): 49-54.
摘要:
对水库大坝风险进行了分类和分区,分析了成文法和不成文法两类不同法律体系下的风险标准特点,提出将我国大坝风险分为可接受风险、可容忍风险、不可接受风险和极高风险4个区域。在基于风险评价一般原则基础上,分析了ALARP原则在不成文法国家及我国的内涵,阐述了成本效益法和失衡法在ALARP原则中的作用及使用方法,提出了水库大坝风险决策原则,为我国水库大坝风险标准的制定提供了理论依据。
抽水蓄能电站下库进/出水口水力特性
姜成海, 曹玺, 何少云
2014, (3): 52-59.
摘要:
为减小仙居抽水蓄能电站下库进/出水口及泄放洞进口围堰施工难度,需对原围堰方案进行调整,并验证其合理性.利用150比尺的水工正态模型,针对下库进/出口及泄放洞布置调整方案,进行了不同运行工况试验研究,分析了调整方案水流流态及水力特性,发现了存在的不利流态,提出前池连接优化方案,论证优化布置方案的合理性,为工程实施及安全运行提供了科学依据.
基于正交试验法的海堤安全监控控制标准
胡 珩, 董志良
2014, (3): 55-61.
摘要:
海堤施工期安全稳定受到多种因素的影响,一直都是工程建设中的难点。施工监控是提高海堤施工期安全的有效方法,但施工监控的质量很大程度上取决于监控控制标准的合理性,合理有效的监控控制标准是保障施工安全的重要前提。目前工程应用中仍以经验控制为主,缺乏理论依据。结合某海堤工程,利用正交试验法对影响海堤稳定的各种因素进行分析,得到了影响海堤稳定的最主要影响因素为内摩擦角,并基于此分析了海堤安全系数与水平位移速率的关系,最终提出了水平位移速率监控控制标准。工程实践表明,该控制标准能较好地反映海堤变形特点,具有较好的工程指导意义,可为类似工程制定科学合理的控制标准提供参考。
潮间带地区跨海大桥设计流速计算分析
翟剑峰, 东培华, 熊 伟, 董 佳
2014, (3): 62-69.
摘要:
在大桥设计中设计流速是一项重要参数,其预测的准确性事关桥梁的安全施工和安全运行。通常采用实测资料分析推求或数学模型计算两种预测方法。为确保跨海大桥施工和运行的安全性,需要对设计流速进行准确预测。利用数学模型预测工程区域可能最大流速是一种有效的方法。应用基于有限体积法的二维浅水方程和干湿边界处理技术,建立了工程海区的潮流数学模型,并结合实测资料进行验证。在此基础上,考虑了有无风浪作用的不同工况组合,计算分析得到潮间带地区大桥工程位置在不同重现期的设计流速,为桥梁设计和相关物理模型试验研究提供重要参数。计算分析结果表明,风浪对潮间带地区的流场影响较大,桥梁设计流速计算时应充分考虑这一关键因素,以此保证桥梁施工和运行安全。
利用PLAXIS软件计算考虑降雨的边坡稳定性
孔郁斐, 周梦佳, 宋二祥, 杨军, 张龙英, 施洪刚, 刘剑
2014, (3): 70-76.
摘要:
降雨条件下的边坡稳定性分析,需要同时考虑水的渗流与边坡内力进行耦合计算。非饱和土的特殊性质增加了计算难度,其渗透性、强度都会随含水量的变化而变化。介绍了非饱和土的有效应力原理,并比较了PLAXIS 和Geo-Studio两款软件使用的有效应力原理和破坏准则的异同。PLAXIS软件中用有限元法计算非饱和土的渗流问题,利用简化的Bishop有效应力公式进行固结、变形及边坡稳定性计算,土体本构关系根据需要选用;Geo-Studio软件中也使用有限元法计算非饱和渗流,但其边坡安全系数计算方法为极限平衡法,强度准则为Fredlund双变量理论。最后结合算例详细介绍了PLAXIS软件中进行非饱和土边坡计算的建模方法。算例显示,PLAXIS软件中建立的计算模型可以准确反映降雨过程中边坡安全系数的变化规律。今后的工程设计中,可以考虑使用这一软件进行非饱和土边坡设计计算。
不同垂直荷载与剪切速率条件下水泥稳定风化砂直剪试验研究
杨 俊, 杨 志, 张国栋, 唐云伟, 陈红萍
2014, (3): 77-83.
摘要:
以湖北宜昌三峡库区风化砂为研究对象,在风化砂中掺入不同量的水泥,然后改变剪切速率、改变上覆垂直荷载,进行室内直接剪切试验,研究了剪切速率、垂直荷载对不同掺量水泥稳定风化砂抗剪强度指标的影响。试验结果表明:剪切速率、垂直荷载对水泥稳定风化砂抗剪强度指标有明显影响。在相同的剪切速率和垂直荷载下,水泥稳定风化砂的黏聚力会随着水泥掺量的增加显著提高,但内摩擦角会先增大再减小;在相同的水泥掺量下,增大剪切速率和垂直荷载均会显著增大水泥稳定风化砂的黏聚力而减小其内摩擦角。剪切速率较大时,试样在剪切破坏过程中不仅要克服颗粒间的滑移,还要克服颗粒的旋转、滚动与换位阻力,使黏聚力增大。较大的垂直荷载会使试样产生较大的压缩固结,粒间的孔隙减少,孔隙间的水应力和垂向附加应力增大,砂颗粒间的相互作用力加强,抗剪强度提高。
基于FLUENT的库区涌浪数值模拟
邓成进, 袁秋霜, 侯延华, 贾巍
2014, (3): 84-91.
摘要:
基于流体计算软件FLUENT,模拟某水电站库区近坝变形体可能失稳后下滑引起库区水面变化过程,分析初始涌浪形成以及涌浪在对岸爬坡和涌浪沿岸传播的过程;研究挡水建筑物对库区涌浪沿岸传播的影响,得出初始涌浪高度,以及对岸、沿岸、坝址处的最大浪高,并与潘家铮法估算结果进行对比分析。分析结果表明,数值模拟能较好反映波浪爬坡和沿岸传播过程,真实模拟库区水体相互作用;由于库区涌浪运动受大坝建筑物阻挡作用,库区水面的反复震荡和涌浪叠加,会形成更高的涌浪。计算的初始涌浪及库区各处的最大涌高更符合实际情况,可为近坝库区的工程设计及涌浪灾害的预防提供参考。
秦淮河船闸扩容改造工程围堰设计方案优化
丁 跃, 张友利, 唐云清, 王玉波
2014, (3): 92-97.
摘要:
秦淮河船闸扩容改造工程围堰地基具有强渗透性特点,故围堰必须具有较强的防渗能力,才能保证船闸主体进行干地施工。原围堰结构设计方案为:上游围堰采用土工织物袋双棱体结构;下游围堰迎水面采用双排钢板桩中间回填黏性土直立式结构,背水面采用回填黏性土斜坡式结构,经对“充填砂袋+防渗帷幕”、“黏土填筑+防渗帷幕+反压平台”及“黏土填筑+防渗帷幕+钢板桩”三种围堰结构设计方案进行比选优化,最终确定采用“黏土填筑+防渗帷幕+反压平台”的结构形式,保证了围堰结构安全和防洪进度,并取得了明显的经济效益。
降雨入渗过程中土质边坡稳定性计算
邢小弟, 张磊, 谈叶飞, 邱城春, 谢兴华
2014, (3): 98-103.
摘要:
在室内试验资料基础上,提出了土体抗剪强度与降雨入渗时间以及土体含水率的函数关系,修正了考虑土条间相互作用力的简化毕肖普方法,使之能够体现边坡土体含水率变化引起的土体强度降低现象。采用Fortran语言设计平台,开发了耦合饱和-非饱和渗流有限元计算与边坡稳定极限平衡方法(修正的简化Bishop方法)的计算程序,考虑边坡土体抗剪强度参数随着降雨入渗发展、含水率变化而变化,采用饱和-非饱和渗流计算降雨期间边坡土体含水量变化以及扩展过程。计算了物理试验模型在降雨条件下,土坡内部渗流发展过程,以及边坡安全度的变化情况。计算结果与试验结果吻合,与修正前简化Bishop方法计算得到的边坡安全系数相差35%左右。本文提出的计算方法为降雨诱发土质滑坡研究提供了一种新的可供参考的定量分析方法。