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随机波浪力连续场的降维模拟
吕康玄, 刘章军
, doi: 10.12170/20190505002
摘要:
根据水质点的水平速度和加速度过程的功率谱密度,利用线性化的Morison方程,从平稳随机过程自相关函数的角度推导了随机波浪力的功率谱密度函数。在平稳随机过程的源谱表达基础上,通过将标准正交随机变量集定义为仅含1个基本随机变量的正交函数形式,实现了随机波浪力连续场的降维模拟。同时,结合快速傅里叶变换(FFT)技术,给出了随机波浪力连续场降维模拟的快速算法。应用该方法对某一单个小尺度直立圆柱桩所受的随机波浪力进行模拟,给出了随机波浪力过程的均值、标准差、自相关函数及互相关函数等数值特征,并与Monte Carlo方法的结果进行对比分析。研究表明,降维模拟方法具有较高的模拟精度与效率。
海洋生物附着对混凝土结构耐久性能影响
何晓宇, 李天, 沈坚, 张亚军, 夏晋, 金伟良
, doi: 10.12170/20190906003
摘要:
为研究海洋生物对混凝土结构的影响机理,分别对海洋动物、植物以及微生物3种类型的海洋生物进行分析,重点讨论3种生物对混凝土结构的腐蚀机理和增强机理,并对其利用和防治进行了详细论述。通过某码头混凝土桩的现场长期暴露试验,研究混凝土内部的氯离子浓度、混凝土电阻率及钢筋电位的分布规律。结果表明,浪溅区的表面氯离子含量低于潮汐区,而混凝土氯离子扩散系数较为接近。贝类生物的聚集作用对混凝土抗氯离子性能具有正负效应:一方面,贝类覆盖区混凝土的表面氯离子含量较低,表明贝类的存在有利于降低混凝土表面氯离子的聚集,在混凝土表面起到物理保护作用,一定程度上有利于阻止氯离子的入侵;另一方面,贝类覆盖区混凝土内氯离子扩散系数大于光滑表面区,贝类的存在可能导致混凝土本体发生变化,削弱了混凝土自身的抗氯离子侵蚀能力,加快了氯离子在混凝土内部的传输。有贝类聚集时,混凝土表面电阻最低,且混凝土内部钢筋的腐蚀电位较负,表明该区域混凝土内部钢筋的腐蚀风险最高,该海域贝类存在可能对混凝土的耐久性能造成不利影响。
对称布置翼板加翼桩的水平承载性能分析
何建新, 李致, 孟星宇, 苏晓栋, 陈灿明
, doi: 10.12170/20191222001
摘要:
影响加翼桩水平承载性能的因素众多,其中翼板数量、荷载方向与翼板夹角是主要影响因素。采用ABAQUS有限元计算软件研究了软黏土地基中桩径为5.0 m,对称布置二、三和四翼板的加翼桩在不同荷载作用方向时桩身泥面水平位移、桩身倾斜率、桩身内力、桩身应力和极限承载力等的变化。通过与相同条件单桩的承载特性对比,分析了加翼桩水平承载性能提升幅度,明确了翼板通过同时或交替承担底面端承力、侧面摩擦阻力、水平土抗力和增加桩身抗弯刚度以提高其水平承载性能的机理,拟合了对称布置二、三和四翼板加翼桩水平极限承载力随荷载作用方向变化的计算式,对加翼桩极限承载力控制条件进行了对比分析。
走锚漂流船舶撞击下桥墩基桩损伤分析
徐静文, 李致, 苏晓栋, 何建新, 陈灿明
, doi: 10.12170/20190905003
摘要:
某挖沙船因洪水冲击走锚漂流,与下游浔江特大桥非航道孔桥墩发生碰撞。通过对事故时水文气象、漂流船舶状态与受损状况、受损桥墩外观调查,采用超声对测法和反射波法分别检测了撞击区域桥墩混凝土内部损伤和桩基桩身完好性,基于ABAQUS有限元软件分析了走锚漂流船舶作用下桥墩桩身应力、位移和损伤分布,综合分析判断事故中桥墩的损伤状况,为事故的后续处理提供技术依据。结果表明:桥墩碰撞处无开裂和明显破损,桥墩桩与盖梁间连接完好,上部结构与桥墩间搁置正常;碰撞区域混凝土内部无明显损伤,受撞桥墩桩身结构完整无明显缺陷;高危损伤区域为变径处系梁的左上和右下连接处;船舶走锚与船舶漂流对桥墩的撞击作用效应差别巨大,可判定本次碰撞事故未对受撞桥墩结构造成损伤。
缝面水压力与地震作用下重力坝坝踵裂缝扩展数值模拟
胡良明, 李姝钰, 贾欣, 杨旭
, doi: 10.12170/20190907001
摘要:
为研究不同工况下,地震与缝面水压力共同作用对重力坝坝踵裂缝扩展的影响,以Koyna重力坝为例,利用扩展有限元法(XFEM)和相互作用积分理论,建立缝面水压力和地震共同作用下的重力坝坝踵裂缝断裂数学模型,研究不同的坝基与坝体弹模比、初始裂缝长度、缝面水压力分布对坝踵裂缝扩展的影响。计算结果表明:在缝面水压力均匀分布、初始裂缝长度一定的情况下,裂缝扩展长度随坝基与坝体弹模比的增大逐渐减小,扩展路径向坝基面靠拢;在坝基与坝体弹模比一定、缝面水压力均匀分布的情况下,裂缝扩展路径随着初始裂缝长度的增加逐渐增加且趋近坝基面;当坝基与坝体弹模比和初始裂缝长度一定时,随着缝面水压力系数的增大,裂缝扩展长度逐渐减小,裂缝逐渐向岩基扩展。
特高拱坝运行初期变形监测预报模型及构建方法
胡江
, doi: 10.12170/20190908001
摘要:
针对特高拱坝运行初期温度场的非稳定性和时效的非单调增长性,发展变形监测和预报模型,并提出构建方法。通过主成分上的分层聚类法选取代表性温度测点,将其实测值作为温度变量,引入包含徐变及其恢复项的时效变量表达式,论证其表达谷幅变形的能力。进而考虑库水位、实测温度、组合时效等变量,应用增强回归树方法提出特高拱坝运行初期变形监测和预报模型,并通过后向消减变量建立优化模型。分析各变量对变形的边际效应,得出相对影响,借助部分依赖图,辨识变量间相关关系及其对坝体变形的影响规律,揭示变形机制。将该模型应用于某特高拱坝,验证该模型的可行性和有效性;并将结果与支持向量机、多元回归模型进行对比分析,得出该模型具有显著的优越性。
内部裂缝缺陷对混凝土断裂性能的影响
王思瑶, 胡少伟
, doi: 10.12170/20190923001
摘要:
为研究混凝土梁内部贯穿裂缝缺陷对其断裂性能的影响,设计了含不同裂缝缺陷混凝土梁的三点弯曲断裂试验,研究不同长度、位置及数量的水平裂缝缺陷对混凝土断裂性能的影响。通过试验测得的P-Dm曲线以及相关试验数据计算得到含不同裂缝缺陷的混凝土断裂参数与断裂能。对比结果可知:混凝土三点弯曲梁的起裂荷载和起裂韧度受水平裂缝缺陷参数变化的影响较小,而失稳荷载和失稳韧度受水平裂缝缺陷的影响较大;水平裂缝越长,试验测得其失稳荷载越小,计算得到的失稳韧度和断裂能也越小。水平裂缝距离试件的底部越近,试验测得其失稳荷载越小,计算得到的失稳韧度和断裂能也越小。水平裂缝数量越多,试验测得其失稳荷载越小,计算得到的失稳韧度越小,断裂能也越小。该现象表明混凝土试件中含线性缺陷导致材料的缺失量越大,其完全断裂所消耗的能量越小,且测得的断裂参数值也越小。
三峡枢纽下游引航道水力波动叠加效应研究
程龙, 李云, 安建峰
, doi: 10.12170/20190811001
摘要:
为深入探索三峡枢纽运行产生的水力波动在下游引航道内的叠加规律,从明渠非恒定流基本方程出发,建立三峡-葛洲坝两坝间河道及三峡枢纽下游引航道的Preissmann四点隐式差分格式数学模型,研究引航道内波动叠加规律,分析河道基流和初始水位对波动特性的影响,并对葛洲坝枢纽流量不变和敞泄时三峡枢纽下游引航道口门和升船机下闸首的水位波动过程进行了回归分析。研究表明:引航道口门的波动过程主要由两坝间净流量所引起的平均涨水过程和以其为平衡轴的振荡过程叠加而成,升船机下闸首水位波动过程则表现为引航道口门波动过程和引航道内往复波流的叠加,其相对波动幅值的衰减过程基本符合指数规律。回归分析得到的表达式,能有效获得引航道水位波动过程,具有较高的模拟精度。
框架式海堤变形模拟与稳定影响因素分析
郑安兴, 毛前, 臧振涛, 周建芬, 蒋宁
, doi: 10.12170/20190806002
摘要:
以温州框架式海堤为背景,采用有限元强度折减法,分析密排桩结构参数和桩基周围淘蚀对框架式海堤变形及稳定性的影响。计算结果表明:随着密排桩桩长增加,密排桩桩身水平位移不断减小;密排桩径对桩身水平位移的影响较小;密排桩排间距对桩身水平位移基本没有影响;随着桩基周围淘蚀深度的增加,密排桩桩身水平位移不断增大,最大增幅位置都发生在桩顶;随着密排桩桩长和桩径的增加,框架式海堤整体稳定安全系数均增大;密排桩排间距为2.1 m时,框架式海堤整体稳定安全系数最小。
基于RBF代理模型和粒子群算法的水交换优化研究
戚蓝, 郑诗豪, 张丛林
, doi: 10.12170/20190724002
摘要:
良好的水交换对改善水环境、提高水域周边景观效果等具有十分重要的作用。而引水置换的方法对促进水交换效果显著,但利用数值模拟进行水交换研究耗时长、效率低,且人为改变参数的局限性大,不利于寻找最优的换水方案。为解决这一问题,基于径向基函数(简称RBF)代理模型建立水交换优化模型,并通过粒子群算法求最优解。以某人工岛游艇别墅区港池初拟方案为例,验证该方法的可行性和优越性。算例结果表明:(1)构建的基于RBF代理模型的水交换优化模型精度较高;(2)基于RBF代理模型的水交换优化模型计算1次所需时间量级为秒,而传统数值模拟计算的量级为小时;(3)通过粒子群算法,对建立的基于RBF代理模型的水交换优化模型求解,得到研究区域的最优换水方案。上述最优方案的结果与MIKE21水动力和对流扩散模型的计算结果相符。
复杂河道边界对滑坡涌浪周期的影响
王梅力, 祖福兴, 徐绩清, 王平义, 韩林峰
, doi: 10.12170/20190731002
摘要:
滑坡涌浪对涌浪生成和传播区域可能造成巨大影响。河道型水库滑坡涌浪受河道边界的作用会产生波浪叠加。为研究河道边界对滑坡涌浪周期的影响规律,借助长江三峡库区万州某河段与原型一致的物理模型,基于FLOW-3D计算流体力学软件建立三维滑坡涌浪数值模型,给出了数值求解、网格划分和边界条件设置方法,并经物理模型试验对建立的三维数学模型进行一致性较好的验证。按照滑坡体入水点位于河道直线段、弯道凸岸顶点、弯道凹岸顶点3种工况,模拟分析复杂河道边界对滑坡涌浪周期的影响规律,绘制波谱强度与频率关系图,得出不同岸坡坡度、弯道凹岸平面曲率、凹岸圆弧角度、凸岸圆弧角度对涌浪周期的影响规律。
复杂双面边坡整体稳定性分析
潘池, 李飒
, doi: 10.12170/20190730001
摘要:
实际工程中边坡常呈现出复杂的几何结构,利用有限元强度折减法讨论了3种边界条件下凹凸坡结构和不同坡度组合情况双面边坡的安全系数和破坏特性,并与单面平直边坡进行对比分析。研究发现:在本次计算条件下,双面边坡垂直放坡时,单面平直边坡的安全系数大于凸坡;对于凸坡其他情况,全约束边界条件下安全系数最大,与平直边坡相比提高了约3%。所有形式的凹坡的安全系数均大于平直边坡,其中,全曲面凹坡在全约束边界条件下安全系数提高了近10%,约为其余样式凹坡的2倍。当双面边坡横纵坡度不等时,边坡沿危险坡面产生滑移,决定边坡整体稳定性的因素为较陡的坡度;坡度相等时,边界条件对双面边坡破坏模式的影响较为明显,不同边界条件将导致边坡不同的破坏形态,在半约束条件下,双面边坡只沿法向约束一侧产生滑移破坏,而另外两种约束条件下,其破坏区域均为对称形状。
基于MLP方法的长江-洞庭湖江湖水沙交换演变规律研究
贾雅兰, 施勇
, doi: 10.12170/20190627001
摘要:
基于多层感知机MLP(Multi-layers Perceptrons)方法建立了长江和洞庭湖水沙交换关键节点间的回归关系,计算并分析江湖水沙交换各节点的联动变化。研究结果如下:(1)城汉河段(城陵矶-汉口)的河床冲淤及水情变化是江湖水沙通量演变的重要环节,分析下荆江裁弯后三口和干流水沙通量的变化可知,城汉河段淤积严重导致荆江水沙下泄受阻;(2)三峡水库运用后,荆江河段上下游间、主支汊间的水沙联系减弱明显;(3)当汉口水位高于26 m时,汉口水位每抬升1 m对应的螺山流量增量基本稳定,该值在调弦口建闸前后、裁弯后、葛洲坝截流后和三峡水库运用后分别为4 400,4 300,4 500~4 700 和4 000 m3/s;(4)荆江三口水沙分泄能力对宜昌站来水量的响应程度逐渐减弱,在三峡水库运用前各时段内,三口水沙分泄能力对来水量的响应程度在汛期宜昌站流量为35 000 m3/s时最强,三峡水库运用后,则是在汛前和汛后宜昌站流量为25 000 m3/s时最强。
椭圆余弦波对V形防波堤绕射波浪力的解析计算
才瀚涛, 黄华, 苏炜
, doi: 10.12170/20190608001
摘要:
应用椭圆余弦波理论,给出了V形薄壁防波堤的浅水波绕射理论解,对现有Airy微幅波理论进行了有效拓展。通过对V形防波堤的浅水波浪力进行试算,揭示了椭圆余弦波对防波堤的作用规律。计算结果表明:椭圆余弦波理论计算的V形防波堤的最大无量纲波浪力明显大于相同浅水条件下Airy微幅波理论的对应结果,该方法有效拓展了无限长直立薄壁堤的反射波理论。此外,浅水波入射角、V形堤张角和防波堤臂长与水深比等参数的变化均将对V形堤的波浪作用产生相关影响,而V形堤的实际绕射波浪力幅值将随浅水波特征参数值的增大而增大。
粉质黏土原位地震动参数测试及模型参数反演分析
顾伟杰, 范明桥, 吉恩跃, 钱彬, 张兴刚
, doi: 10.12170/20190925001
摘要:
为解决目前现场原位地震动参数较难获取的问题,自行研发了土体地震动参数原位试验测试系统,该系统包括可移动系统、荷载伺服系统、动力反应系统和数据采集系统四部分,利用该系统对南京某工程场地进行了土的现场非线性剪切模量试验,得到了粉质黏土的现场非线性剪切模量G-logγ曲线和G/Gmax-logγ曲线,发现当剪应变γ超过0. 1%时,动剪切模量G减小的速度愈来愈快,反映了土在动荷载作用下非线性及应变累积性的特点。此外,基于Martin-Davidenkov模型,采用遗传算法对现场试验结果进行了反演分析,得到了该试验地区较浅土层内的模型参数取值范围。
长江口海域风浪场的计算与特征分析
耿浩博, 张洪生, 洪杨彬, 胡国栋
, doi: 10.12170/20200102003
摘要:
以ECMWF数据资料为输入风场,以ETOPO1地形数据和实测水深资料相结合得到计算水深,通过WAVEWATCH III和SWAN模型嵌套数值模拟了长江口海域1996—2015年连续20年的风浪场。为了在保证计算精度的同时提高计算效率,通过台风和寒潮期间显著波高的比较进行敏感性分析,选取合适的计算范围和计算网格。与观测数据进行比较,发现显著波高计算值的变化趋势与观测结果一致,两者的相关系数为0.82。为了使模拟结果更接近实际,基于观测的波高,给出了具有代表性点位显著波高的修正式。根据风场数据资料和修正后的显著波高进行了风场和风浪场的特征统计分析,风浪特性分析的结果既体现了季节的影响,又体现了地形的影响。
定向爆破堆石坝应力变形特性研究
黄志鸿, 杨杰, 程琳, 孙晓宁, 马春辉
, doi: 10.12170/20190930001
摘要:
结合实测数据与数值模拟方法对某定向爆破堆石坝体结构在不同阶段的应力变形特性进行了分析,探讨定向爆破堆石坝的应力变形规律,并重点讨论了爆破堆石体和防渗结构的力学行为。对比分析表明:不同于常规坝体的最大沉降位于坝体2/3部位,爆破堆石最大沉降发生在爆破堆石体顶部,爆破堆石及坡积物的可压缩性是其产生较大沉降的主要原因。在此基础上,分析了爆破堆石体沉降对防渗结构应力变形的影响。结果表明:由于筑坝材料组成复杂、力学特性相差较大,导致大坝局部出现一定的不均匀沉降。700 m平台以下的反弧处出现较大的变形和应力,对沥青混凝土防渗斜墙变形造成较大影响。此外,库水位的抬升使沥青混凝土斜墙的应力和变形规律发生了较大变化,防渗体应力和变形明显增加。研究得出的定向爆破堆石坝的应力变形规律,较为全面、真实地反映了定向爆破堆石坝的爆破堆石体、坝体及防渗体的运行性态,同时也对高面板堆石坝、软岩筑坝、弃渣坝、滑坡及堰塞体等大变形结构体的安全性态研究具有一定的参考价值。
不同反滤准则及其在宁南山区水库设计中的应用
杨佩瑶, 王红雨, 张刚, 何金沙
, doi: 10.12170/20191227001
摘要:
渗流作用是引起土石坝破坏的主要原因之一,合理设置反滤层能有效控制土体发生渗透破坏。为评价不同反滤准则在以黄土为筑坝材料的土坝中的效果,探讨黄土丘陵山区水利工程反滤系统适宜的设计准则,结合宁夏南部山区乔家沟水库土坝反滤系统设计案例,在反滤料级配曲线的上、下包线范围内平行选取4条不同的级配曲线,通过理论计算得出不同反滤准则所需的反滤料和被保护土料的特征粒径,对比分析了国内外7种反滤准则在该工程中的适用性。结果表明:当被保护土料为粉质黏性黄土时,我国现行碾压式土石坝设计规范(SL 274—2001)反滤准则在该工程反滤料级配曲线的上下包线内适用范围大、效果好,能同时满足滤土与排水条件。
规则波对大直径群桩作用的数值模拟研究
干桂轩, 孙亮, 岳磊, 韩松林
, doi: 10.12170/20191006001
摘要:
多桩柱结构在海洋工程中应用广泛,大直径群桩效应使得桩柱所受到的波浪力与单桩大为不同。首先使用基于势流理论开发的三维水动力分析程序DIFFRACT计算了单个圆柱和双圆柱所受到的波浪力,通过与相应解析解的对比验证了数值结果的准确性。进一步分析了大尺度多桩柱结构在规则波中所受的波浪力。群桩间的水动力相互作用使桩群中每个圆柱所受的波浪力存在多个峰值,其最大值可达单个圆柱所受波浪力的2.30倍,并且最大波浪力圆柱的位置受桩群布置的影响。
库区滑坡涌浪三维数值模拟分析
邓成进, 党发宁, 陈兴周, 袁秋霜, 陈莉丽
, doi: 10.12170/20191125002
摘要:
针对某水库库区的3#变形体滑坡涌浪问题,采用三维数值模拟方法分析库区滑坡涌浪传播过程,研究网格尺寸对数值分析计算精度的影响,同时建立1:280的水工物理模型进行验证,并与潘家铮法计算的涌浪高度进行对比。结果表明:数值分析计算精度与模拟网格尺寸、涌浪剧烈程度、涌浪传播距离有关;三维数值分析和物理模型试验得到的涌浪高度变化曲线的趋势基本一致,涌浪传播至坝前时,各种方法得到的坝前涌浪高度误差较小,数值分析结果可作为大坝安全影响的评价依据。3#变形体形成的涌浪在第4次波峰(t=151 s)时超过坝顶超高约8.37 m,仅占最大坝高的3.3%,且过流量有限,不会对大坝安全构成威胁。
含充填节理岩体中应力波传播规律的三维模拟
丁英勋, 王志亮, 黄佑鹏
, doi: 10.12170/20190529001
摘要:
为研究应力波在含充填节理岩体空间中的传播特性,采用离散元软件探讨不同产状节理对P波透、反射规律的影响。首先,建立三维节理岩杆的计算模型,合理选用透射边界和Rayleigh阻尼;然后,将所得计算结果与等效波阻抗理论解相比较,以验证模型的合理性;最后,分别考虑不同节理角度、厚度、间距、数目及入射波频率下的P波透、反射系数变化特征。结果表明:在节理倾向方位角β为0°~60°时,透射系数随β的增大而减小,而在β为60°~90°时随β的增大而增大;透射系数随入射波频率的增大而减小,反射系数反之。若定义节理间距与厚度的正比关系,则透射系数随节理间距的增加而增加,反射系数反之;此外,根据不同节理厚度下的节理数目与透(反)射系数关系曲线特征,定义图线中的包络线为临界透(反)射曲线,则在给定节理数目时,其透(反)射系数总大(小)于临界透(反)曲线上对应的透(反)射系数数值。
寒冷环境下国内大坝混凝土的保温抗冰技术现状
赵成先, 孙红尧, 潘旭勇, 罗建华, 裴成元, 李洪鑫
, doi: 10.12170/20200106003
摘要:
大体积混凝土大坝施工时内外大温差会造成混凝土的开裂,寒冷环境下大坝运行时冰的冻融过程会对混凝土造成胀裂破坏,因此寒冷环境下混凝土大坝浇筑时必须采取临时保温措施,大坝运行时必须采取永久保温措施。大坝上游面接水部位水结冰过程中的推力、剪切力和拉拔力会破坏保温材料,所以大坝上游面必须采取抗冰措施。从保温材料种类、抗冰技术、应用案例和调研结果等方面回顾了寒冷环境下国内混凝土大坝的保温和抗冰技术的现状,目前主要采用泡沫塑料作为临时保温材料,采用聚苯板和聚氨酯泡沫作为大坝永久保温材料,采用在保温材料表面涂布涂料或砂浆的方式以及采用抗冰装置的方式抵抗冰的破坏。抗冰技术尚处于起步阶段,最后提出了目前大坝保温抗冰技术存在的问题和需要继续研究的内容。
EHP工法桩强度性状试验研究
杜旭青, 翁佳兴, 别学清, 宋苗苗, 邱成春, 李辉
, doi: 10.12170/20191213001
摘要:
针对实际工程应用中水泥土搅拌桩出现的桩身强度分布不均匀、成桩质量差等问题,对传统的边钻进边搅拌施工工艺进行改进。改进的水泥土桩采用钻孔外预先搅拌均匀水泥土浆液,再边钻孔边浇筑的施工工艺,从而形成一种性质可调控的新型环保均质塑性桩体(Environmental Homogeneous Plastic Pile)-EHP工法桩。通过对现场取芯样和室内方法制备水泥土试样开展一系列的无侧限抗压试验,并结合桩体芯样剖面物质组成分析,对EHP工法桩的强度特性进行了研究。建立了不同形状水泥土试样强度间的定量关系,通过引入强度折减系数对改进施工工艺现场制备桩体强度的折减幅度进行了分析。结果表明,改进施工工艺制备的水泥土桩桩身均匀性和桩体强度均优于传统施工工艺制备的水泥土桩,且有效地基加固深度明显增大。和室内标准养护试样相比,不同施工工艺制备的水泥土桩,均出现一定程度的强度折减。对于EHP工法桩,桩体强度折减系数随水泥掺量的增加而减小,在0.55~0.75范围内变化。和传统施工工艺制备的水泥土桩相比,EHP工法桩的强度降低幅度相对较小,具有更优良的承载能力。
不同卸荷速率下岩石强度变形特性
钱亚俊, 武颖利, 裴伟伟, 朱玥妍
, doi: 10.12170/20200428001
摘要:
岩体工程的开挖本质上是岩体的卸荷过程,不同的卸荷速率会显著影响岩体的强度变形特性,开展相关研究对于岩体工程的安全稳定分析具有重要意义。针对岩石开挖卸荷中各种可能的应力路径,开展了普通三轴压缩试验以及恒主应力差卸围压、恒轴压卸围压、升轴压卸围压的3种卸荷试验,重点分析了不同卸荷速率对开挖卸荷岩体力学特性的影响规律,主要结论如下:(1)不同卸荷方案、不同卸荷速率的岩样,破坏都具有典型的脆性破坏特征,当围压降低到一定程度时,岩样突然破坏,轴压陡降,环向应变显著增大。(2)当围压卸荷速率较高,岩样临近破坏时,变形模量几乎成90°角直线下降,泊松比几乎成90°角直线增加;而卸荷速率较低时,变形模量和泊松比下降/增长的趋势相对越缓。这说明围压卸荷速率越大,岩样脆性破坏特征越显著。(3)3种卸荷方案岩样在不同的卸荷速率下,破坏时的应力状态基本都位于普通三轴压缩Mogi-Coulomb强度包络线的下方,即围压卸荷时的岩样比普通三轴压缩状态的岩样更容易破坏。
近55年京津冀地区降水多尺度分析
曹永强, 路洁, 刘明阳, 李玲慧, 宁月
, doi: 10.12170/20191019001
摘要:
以京津冀地区25个气象站点1964—2018年的逐日降水数据为基础资料,采用距平法、Mann-Kendall检验法、线性拟合及空间插值分析等方法,从多年平均降水、年内降水分配和极端降水3个尺度分析京津冀地区降水的变化特征。结果表明:(1)京津冀地区年平均降水呈不显著减小的趋势,降水变差系数为0.14~0.41。年平均降水空间上表现为“东多西少、南多北少”的特点,其中燕山山地和海河平原降水离散程度相对较高。(2)京津冀地区年内降水呈现出集中化趋势,降水主要集中在7月下旬,并呈不显著提前化趋势。降水集中度在空间上表现为由东北向西南方向逐渐减少;降水集中期在空间上呈现出由北向南逐渐增强的趋势。(3)京津冀地区极端降水在129.57~252.68 mm之间波动,约占总降水的28.6%~47.9%。极端降水与年均降水的空间分布大致相同,仅有其中7个气象站点的变化趋势稳定。
配筋率对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程声发射特征的影响
巩妮娜, 胡少伟, 范向前, 蔡小宁
, doi: 10.12170/20191225002
摘要:
为了探讨配筋率对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程及声发射特征的影响,通过4组直偏裂缝钢筋混凝土三点弯曲梁开展Ⅰ-Ⅱ复合型断裂试验及声发射信号采集,并分析试验结果。结果表明:随着配筋率的增加,失稳荷载近似线性增加,配筋率影响混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂模式;裂缝稳定扩展过程中振铃计数出现若干个峰值,累计计数的突变可以表征Ⅰ-Ⅱ复合型断裂临界状态,且3个参数间具有较强的相关性;声发射峰频点均呈现分频段集中的现象,从85%荷载水平开始,140~155 kHz的频段占比减小,30~45 kHz频段占比增加,临近失稳临界状态时峰频分布趋于分散。
考虑倾角的土质边坡Green-Ampt改进入渗模型
雷文凯, 董宏源, 陈攀, 吕海波, 梅国雄
, doi: 10.12170/20191027002
摘要:
针对传统Green-Ampt入渗模型忽略坡角和土体非饱和区对边坡降雨入渗的影响这一情况,利用倾角对土体入渗势能梯度进行修正,并将入渗时边坡土体按含水率划分为饱和层、过渡层和未湿润层,建立考虑倾角的土质边坡分层假定入渗模型,推导边坡降雨入渗深度与降雨历时的关系,并通过入渗实例将新模型与传统模型进行比较。研究结果表明:分层假定模型预测的坡面产流时间及湿润锋深度与降雨历时的关系较传统Green-Ampt入渗模型(简称为GA模型)更接近实测值;自由入渗阶段,分层假定模型的湿润锋扩展深度与GA模型一致,但入渗速率低于GA模型;积水入渗阶段,分层假定模型的湿润锋扩展深度及入渗速率均大于GA模型,湿润锋扩展深度的差值随着降雨历时的增大逐渐增大,而入渗速率差值的变化呈相反趋势。根据新模型,分析了倾角和雨强对边坡降雨入渗的影响,发现随着边坡倾角的增大或雨强的减小,雨水入渗到坡体内相同深度所需的降雨历时增加,这种现象在倾角大于60°或雨强小于20 mm/h时尤为明显。
水围压下粉煤灰混凝土的含水量及动态力学性能研究
梁甲, 王乾峰, 张修文, 肖洋
, doi: 10.12170/20191010002
摘要:
为了研究粉煤灰对水围压下混凝土的含水量及其动态力学特性的影响,对粉煤灰掺量为0、20%和40%的混凝土试件(F00、F20和F40)进行了不同水围压(1、3和5 MPa)和不同应变速率(10−5/s、10−4/s、10−3/s和10−2/s??)作用下的动态压缩试验,同时还开展了大气环境中干燥混凝土试件的动态压缩试验。分析了水围压、粉煤灰掺量对混凝土含水量的影响,并结合含水量数据,进一步研究了粉煤灰掺量、水围压和应变速率与混凝土动态强度间的关系。研究结果表明:①相同粉煤灰掺量下,混凝土的含水量随着水围压的增加呈现先增大后减小再增大的趋势;在相同水围压条件下,F00混凝土含水量最大,F40次之,F20最小,说明粉煤灰掺量对混凝土的含水量有显著影响。②用三次函数描述了不同粉煤灰混凝土的含水量与水围压之间的关系。③不同水围压条件下,粉煤灰混凝土单位体积含水量所对应的混凝土动态强度增加值与应变速率呈二次函数关系,并建立了不同水围压条件下粉煤灰混凝土的动态强度增加值与应变速率之间的关系式。
梅花形阵列粗糙床面明渠紊流特性
钟亮, 葛晨曦, 孙建云
, doi: 10.12170/20191026002
摘要:
梅花形阵列粗糙是常见的床面粗糙形态,但其水流紊动特性参数在颗粒间的沿程变化和不同象限间的分布差异等研究仍较薄弱。采用不同颗粒大小和排列间距的圆形玻璃珠制作了3种梅花形阵列粗糙床面,基于明渠紊流的PIV水槽试验资料,探讨了无量纲纵向紊动强度Tu(请用一个字母(可加下标)表示,全文替换???)、雷诺应力R和紊动能E的分布规律。结果表明:① 颗粒顶部以上区域的TuRE沿程基本呈条带状变化,受颗粒影响较小,而颗粒顶部以下区域则受颗粒影响明显,沿程变化相对复杂,表现出一定的周期性和分区性,并可分为颗粒区和粒间区。② 颗粒顶部以上区域TuRE的垂线分布基本重合,颗粒顶部以下区域则波动明显,分布曲线呈“S”和倒“L”等形状。③ 粒间区各象限的RE沿程变化较为平缓,接近水平线,第2、4象限的RE总体大于第1、3象限;颗粒区各象限的RE沿程分布呈“∪”状并在沿程位置参数x+ = 0附近有最小值。研究成果对鱼道及航道工程设计等具有一定的指导意义。
熵权模糊集对分析法在溪洛渡水库汛期分期中的应用
刘浅奎, 王文圣, 余思怡, 王宁
, doi: 10.12170/20191205001
摘要:
溪洛渡水利枢纽工程是长江防洪体系的重要组成部分,为提高溪洛渡水库的防洪能力和兴利效益,实现金沙江流域洪水资源的安全利用,探讨溪洛渡水库汛期合理划分并进行分期调度是十分必要的。收集并确定了影响溪洛渡水库汛期分期的水文气象因素,建立了基于熵权的模糊集对分析法,利用该方法将溪洛渡水库的汛期划分为次汛期、过渡期与主汛期,最后与模糊集分析法、集对分析法进行了对比分析。研究结果表明,熵权模糊集对分析法简单、实用,能客观反映金沙江流域暴雨洪水特性对汛期的影响,汛期分期成果合理,与模糊集分析法、集对分析法的分期结论基本一致。提出的熵权模糊集对分析法用于汛期分期合理可行,为水库汛期动态汛限水位的制定提供了参考依据。
非淹没双直立圆柱系统波浪爬升的数值模拟
陈浩民, 倪云林
, doi: 10.12170/20191018004
摘要:
波浪爬升是近海构筑物和海洋平台结构设计中的重要参数。全面掌握波浪的爬升特性有利于结构的安全保证和优化。采用有限元方法建立了求解Berkhoff缓坡方程的数值模型,并计算了非淹没单个直立圆柱周围的波高分布,计算结果与解析解吻合很好。以非淹没双直立圆柱为研究对象,探讨了圆柱间距对波浪爬升的影响。结果表明:上游圆柱周围的波高分布曲线波动较大,但最大相对波高和最小相对波高的发生位置基本与单个圆柱的情况相同;当圆柱间距为1/4波长的奇数倍时,最小相对波高明显减小,圆柱肩部出现第二峰值;而当圆柱间距为1/4波长的偶数倍时,最小相对波高则明显增加,圆柱肩部出现第二谷值。下游圆柱周围的波高分布曲线与单个圆柱的情况相似,但波高相对较小。
水泥固化锌污染土压缩特性影响因素分析
戴元志, 范成文
, doi: 10.12170/20191008001
摘要:
基于固结试验,研究了不同养护温度、锌离子质量分数及水泥掺量条件下水泥固化锌污染土的压缩特性,推导出能够综合反映三者对压缩系数影响规律的经验式。结果表明:基于该经验公式,根据某一已知条件(即上述3个变量值)对应的固化体或者素土的压缩系数值可以较好地预测其他条件下的固化体压缩系数。此外,锌离子质量分数一定时,固化体压缩系数随水泥掺量的增大呈指数性减小。水泥掺量一定时,压缩系数随锌离子质量分数的增大而增大。压缩系数随养护温度的提高而减小,固化体压缩系数比值与养护温度之间呈现较好的对数函数关系。
水压力环境中混凝土孔隙水压力变化规律研究
孙豹, 彭刚, 王乾峰, 梁辉
, doi: 10.12170/20190322001
摘要:
为研究水压力环境中混凝土的孔隙水压力变化规律,进行了不同水压力作用下混凝土的孔隙水压力变化试验,基于试验数据,采用有限元软件ANSYS对不同水压力作用下混凝土的孔隙水压力变化进行瞬态反演数值模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明:在水压力作用下,混凝土的孔隙水压力变化特征可分为快速增加、缓慢增加和稳定等3个阶段,当混凝土在0.875 MPa的水压力作用下,混凝土的孔隙水压力达到与所施加水压力相等的值需要9 h以上。采用有限元软件ANSYS数值模拟得到混凝土的孔隙水压力变化规律与试验数据吻合较好。