基岩中入射波三维时域反演及自由场构建

基岩入射波一维和二维时域反演不能反映入射方位角和斜入射角的空间任意性,导致构建的自由场可能与实际偏离较远,因此有必要开展基岩入射波三维时域反演研究。基于波函数组合法,利用基岩中P波、SV波和SH波的入射波时程表达地表控制点自由场,建立基于设计地震动的基岩入射波三维时域反演方法,并进一步构建了多波组合斜入射下的空间非一致自由场,分析了基于一维和二维反演方法构建的自由场偏差,揭示了不同反演和自由场构建方法对于沥青混凝土心墙土石坝地震响应的影响机制。结果表明:基于地震动三维反演方法构建的自由场具有空间非一致性,能够更全面地反映场地的地震动场情况。当入射方位角在0°~60°、斜入射角在40°~90°范围内,与三维反演方法相比,一维反演方法构建的特征点x向自由场偏差较大,位移峰值最大偏差为55.8%;当入射方向与某个水平坐标轴平行时,二维反演方法构建的特征点另一个水平向自由场偏差较大,位移峰值最大偏差为100%。介质泊松比增大,一维反演下x向自由场偏差减小,二维反演下x向自由场偏差增大,特征点位移峰值最大偏差分别为46%和36%。与基于地震动三维反演方法获得的心墙拉应力最大值相比,二维和一维反演下拉应力最大值分别减小了83.3%和20.0%。

塑性混凝土咬合桩防渗墙变形机理研究

以大连湾沉管隧道南岸港池临时围堰工程监测数据为基础,建立了塑性混凝土咬合桩防渗墙数值计算模型,通过实测数据验证了模型的准确性,分析了不同影响因素下咬合桩防渗墙的变形演化规律,结论表明:水压力相比土压力对咬合桩变形和内力的影响更为显著,水压力增大导致桩身变形和弯矩增大,扰动临时围堰土体;土体坡度的影响较小,但土体坡度应逐渐放缓,不小于1∶1.5;桩长的变化对变形影响较大,较短的桩身未嵌固在岩石中,较长的桩身在桩顶出现最大位移;随着桩径增大,桩顶变形和最大弯矩逐渐增大,弯矩分布较为一致。

适宜水工混凝土内环境的矿化微生物梯度驯化优选

水工混凝土内部高碱性环境限制了微生物混凝土的自修复效能。利用梯度驯化方法可提高矿化微生物对高碱度的耐受性,优选出适宜混凝土孔隙内环境并具备高诱导矿化沉积能力的增强嗜碱型微生物。首先,在实验室高碱性环境下,对比巨大、科氏、枯草、巴氏等4种芽孢杆菌的活性及诱导矿化沉积量,初选耐碱性较好的微生物并对其开展耐碱性梯度驯化;随后,综合分析驯化微生物对混凝土力学性能、吸水性、渗透性和自愈能力的影响,通过扫描电子显微镜和X射线衍射对矿化产物微观形态和组成进行分析。结果表明:相较于巨大、科氏和枯草芽孢杆菌,巴氏芽孢杆菌在高碱性条件下表现出更强的活性,梯度驯化技术可进一步提高巴氏芽孢杆菌在高碱性环境中的活性,并证实通过该方法增强的耐碱性具有后代保留的特性;与掺未驯化微生物组试样相比,掺驯化微生物混凝土试样养护28 d的抗压强度提高了16.59%,吸水系数降低了37.74%,渗透系数减小了19.22%;掺驯化微生物混凝土试样的裂缝自修复试验得到裂缝最大修复宽度为0.57 mm,超过了未驯化微生物组的0.44 mm。本研究为基于微生物诱导矿化沉积技术的微生物水工混凝土研发和应用提供理论依据和技术支撑。

海上光伏外围防护-固定式透空堤结构型式研究进展

固定式透空堤能改善海上漂浮式光伏发电系统的深海运维环境。依据不同的消浪原理和构造将固定式透空堤分为排桩透空堤、桩基透空堤、沉箱透空堤、桩基沉箱透空堤、横板透空堤和组合透空堤6种型式,针对固定式透空堤的研究和发展进行文献综述,回顾和讨论不同结构型式研究方法、结构特点、消浪性能和实际工程应用等方面的内容,总结了当前研究存在的不足并展望了未来发展方向。

离心模拟水下爆炸试验技术

随着国际形式日趋紧张,重要基础设施的抗爆安全愈发受到关注。对于水下爆炸研究,超重力场可以实现水下爆炸冲击波和气泡脉动的同时相似,离心模型试验是爆炸毁伤效应的重要研究手段。结合中国水科院十余年来离心模拟水下爆炸的实践经验,系统介绍了相关设备的系统组成,给出了设备满足的技术指标。通过2组离心模型试验,测试了离心机主轴、吊耳部位及模型箱的振动响应,结果表明:①离心机主轴所受的爆炸冲击响应较小,与正常运转条件下的振动速度基本一致,可以忽略爆炸冲击对离心机整体稳定的影响;②吊耳部位所受的冲击加速度及振动速度较大,可以通过在模型箱布置高弹橡胶减轻吊篮的冲击响应;③试验模型箱的变形基本处于弹性范围,模型箱长边可在跨中布置支撑减小跨中的变形,模型箱壁支座可采用螺栓增加支座的稳定。

FRP筋混凝土双向板冲切强度公式评估

为评价现有FRP筋混凝土双向板冲切强度计算公式的精度,采用数理统计的方法对收集到的38组FRP筋混凝土双向板冲切强度试验数据进行评估。结果表明,影响FRP筋混凝土双向板冲切强度的主要因素有混凝土强度、临界冲切截面周长、有效板厚、FRP筋配筋率及其弹性模量、尺寸效应;在所评价的10个计算公式中,规范公式的预测结果大多比较保守,且其精度均低于文献公式;Ospina公式预测结果与试验结果最为接近,且精度最高,预测结果与试验结果比值的均值为1.03,标准差为16.04%,变异系数为15.53%。研究结果为FRP筋混凝土双向板冲切强度计算公式的进一步优化提供了参考。

PCCP断丝破坏规律Ⅱ:数值模拟研究

目前预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,PCCP)断丝的数值模拟要么整圈删除断丝,要么将断丝的预应力损失范围假设为固定值,无法依据砂浆损伤程度来判断断丝预应力损失范围是否扩展。本文通过抽象分析砂浆、预应力钢丝和管芯混凝土之间的两两相互作用机制,引入弹簧单元、内聚力模型和塑性损伤模型,提出了管芯混凝土预压应力施加、任意位置钢丝割断和断丝预应力损失范围扩展的全过程模拟方法,明确了调控断丝预应力损失范围的初始大小、扩展时机和扩展幅度的关键参数。基于原型试验建立了恒定内压下集中和离散断丝的数值模型,从内压加载到断丝破坏的全过程角度验证了新模拟方法的合理性,揭示了管芯的预应力损失和破坏规律,使实际工程中各种三维断点分布的模拟成为可能,可为更精准地预测和评估断丝PCCP结构性能提供新手段。

水下振动台竖向动水附加质量特征与机理试验研究

工程结构与水体耦合抗震研究需求越来越大,推动了水下振动台的建设与发展,水下振动台竖向动水附加质量及特征直接影响其设计和自身性能。本文通过试验方法,共设计135个工况,台面负载20 t惯性质量块,分别考虑不同激励量级、不同频率、不同水深,研究水下振动台竖向动水附加质量特征,并试探从机理层面进行解释。试验结果表明:激励量级与动水附加质量之间相关性较为复杂,不同频率之间存在分组现象,水深比(水深/台面直径)可作为水下振动台设计重要参数,不同水下振动台动水附加质量最小值频率拐点不同。试验研究为水下振动台设计以及模型试验可靠性等提供参考。

预制装配式仰拱与衬砌接头直剪试验研究

装配式结构具有成本低、工期短和绿色施工等优点,因此中国正在大力推动装配式技术的应用.装配式技术应用于高速公路隧道建设中时,预制装配式仰拱与现浇衬砌接头处存在较大的安全隐患,容易发生剪切破坏.为了探究该类装配式结构接头处直剪受力状态下的抗剪力学性能,以接头的界面植筋率、界面尺寸和界面处理方式作为变化参数,设计并制作了21个“Z”字形试件开展直剪试验,观测了试件失效的全部过程以及破坏形态,获取了试件的剪切-滑移曲线,系统地分析了接头直剪力学性能的变化规律.结果表明:试件破坏分为植筋剪断和混凝土失效两种破坏形态;随着界面植筋率增加,试件极限抗剪承载力、延性和抵抗界面损伤演化的能力均随之提升;界面植筋率由0.7%增至1.1%时,极限抗剪承载力提升最大为66.4%;界面凿毛处理后试件的抗剪性能更优,其延性提升最大为41.5%;界面植筋率相同时,随着界面尺寸的增大,抗剪承载力随之提升,最大提升64.8%;试件抗剪性能存在一定的尺寸效应,界面尺寸较小试件的抗剪承载力随界面植筋率增加而提升的效果不显著.最后根据相关规范计算方法,基于试验结果和拓展的剪切-摩擦理论,提出了改进的预制装配式仰拱与现浇衬砌接头的抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合度良好.

充气式橡胶坝的模型试验及有限差分研究

橡胶坝的挡水性能优越,兼具实用性与景观性,被广泛用在城市河流挡水闸坝和溢流坝等领域。充气式橡胶坝相比充水橡胶坝,安装和拆卸更为方便,但目前充气式橡胶坝采用查表法进行粗略设计,过程复杂且存在误差。鉴于此,设计大比尺模型试验测试充气式橡胶坝在充气、挡水条件下的坝袋截面形状和袋体张拉力分布特点。基于有限差分软件建立充气式橡胶坝的力学模型,通过大比尺模型试验和现行设计规范验证了该模型的准确性。分析充气式橡胶坝在挡水过程中横截面几何形状及尺寸、张拉力与上游水位及内部气压之间的关系。结果表明:坝袋宽度B、接地宽度b随上游水位增大呈非线性增加;坝袋高度H、横截面面积A随上游水位增大呈非线性减小。设计工况下,坝袋高度H、横截面面积A随气压增加呈非线性增大,坝袋宽度B、接地宽度b随气压增大呈非线性减小;坝袋张拉力与气压呈正比关系。基于Chapman-Richard曲线模型对设计工况下的几何尺寸、张拉力与内部气压间的关系进行拟合,提出橡胶坝简化设计计算公式,可用于充气式橡胶坝的设计计算。

柱体流激振动能量俘获理论与技术研究若干进展

潮流能分布广泛,且储量巨大,具备巨大的规模化开发利用价值.流激振动是一种常见的流固耦合现象,通过柱体流激振动能够在流速较低时实现有效的能量转换,基于柱体流激振动的能量俘获技术在未来具备广阔的工程应用前景.近年来,针对柱体结构流激振动特性和能量俘获性能,出现了大量的实验和数值仿真研究工作.文章全面阐述了多种截面形式的单个柱体、柱群结构流激振动能量俘获理论与技术方面的研究进展:对于单个圆柱流激振动能量俘获,目前已基本揭示了被动湍流控制器参数、系统阻尼、雷诺数和边界条件等因素对能量俘获性能的影响规律,基本完成了理论和技术积累;对于非圆截面柱体流激振动能量俘获,已初步明确特定来流攻角、系统质量比、系统阻尼、系统刚度和雷诺数条件下三角形、四边形、多边形与异形等多种截面形式柱体的流激振动作用机理和能量俘获能力;对于柱群的流激振动能量俘获,各柱体振子之间存在流场干涉,需要合理设计柱体排布形式、柱体间距和系统阻尼等参数,实现流体能量俘获最大化.通过综述国内外流激振动能量俘获理论和技术方面的研究进展,对今后该问题的研究进行了力所能及的展望,期望促进流激振动能量俘获理论的发展和流激振动能量转换装置的工程应用.

基于耐震时程法的高拱坝地震易损性分析

基于耐震时程分析方法(ETA),建立了三维坝体-库水-地基动力相互作用模型,进行高拱坝抗震性能评价。以基于目标反应谱合成的10条耐震加速度时程曲线为地震输入,选取坝体损伤体积比、坝顶坝踵顺河向相对位移和拱冠梁横缝开度作为结构性能指标,通过对结构不同性能水准的定义,建立了极限状态与结构性能指标之间的关系,以此为基础绘制易损性曲线。结果表明:随着耐震时程输入时间的增加,拱坝的各项响应值随之增大,不同响应指标对地震强度的敏感性不同,且ETA法与增量动力分析法(IDA)得到的响应结果基本一致,在同一性能水平下采用不同评价指标时对应的超越概率也不相同。因此,在进行结构的抗震性能评价时应综合考虑不同结构响应指标,选取不同性能下超越概率最大的结构响应指标进行分析。

岩性特征对混凝土坝体-基岩原位直剪试验力学特性影响分析

以广西巴马县坡月水库工程为研究对象,采用平推法开展不同法向应力(0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 MPa)下混凝土坝体-基岩原位直剪试验,探究岩性特征对混凝土坝体-基岩力学特性的影响。结果表明,不同法向应力下试样的剪切应力-位移曲线均表现出试样内部初始缺陷受力微裂纹扩展的稳定扩展阶段、微裂缝逐渐扩展形成宏观裂缝的不稳定扩展阶段及混凝土与岩体分离的开裂阶段3个阶段;法向应力、岩体岩性对试样的断裂能均有显著影响。不同法向应力下,试样断裂能的范围为16.65~177.28 N/m,断裂能随着法向应力或灰色砂岩含量增大而增大,随泥质粉砂岩含量或风化程度增大而减小;混凝土坝体-基岩的抗剪强度随基岩中灰色砂岩含量增大而增大,随泥质粉砂岩含量或基岩风化程度增大而减小。研究结果可为类似研究提供试验参考。

变化温度下岩石混凝土界面剪切损伤特征

环境温度变化改变了隧洞围岩与衬砌界面的力学性能,直接影响着衬砌结构的承载特性和隧洞围岩的安全稳定性。通过设计三种变温养护模式干预方案,进行混凝土单轴压缩和岩石混凝土直剪试验,获得不同温度变化干预下混凝土应力-应变曲线和岩石混凝土界面剪切应力-位移曲线,分析变化温度干预下岩石混凝土力学性能、相对刚度及界面剪切损伤演化速率的变化规律。结果表明,初始干预温度越高,界面抗剪强度峰值和剪切刚度越大、岩石混凝土相对刚度越大、界面峰后剪切脆性越好、界面剪切损伤演化速率越大,初始干预温度的影响占主导地位;岩石混凝土相对刚度与界面剪切损伤演化速率呈正相关关系。相关研究成果可为高地温及变温环境下隧洞衬砌结构承载性能评价提供理论支撑。

地震波斜入射作用下重力坝地震响应分析

为了研究地震波斜入射作用下重力坝的地震响应,本文基于黏弹性边界及相应的地震动输入方法,分别推导了P波和SV波倾斜入射时的等效地震力,构建了考虑地震波斜入射的黏弹性静-动力统一型人工边界.以黄登混凝土坝为研究对象,研究了P波和SV波在不同斜入射角度下混凝土坝的地震响应,重点分析了重力坝在地震作用下的水平、竖直相对位移与主应力.研究结果表明:混凝土重力坝的地震响应中在斜入射情况下P波与SV波有明显的差异,考虑地震波的斜入射很有必要;P波斜入射时,随着入射角度的增加,坝体关键点的水平、竖直相对位移与主应力值逐渐增加(60°时达到最大);SV波斜入射时随着角度的增加关键点相对位移与坝体主应力变化不大,但整体来看入射角度为0°时(即垂直入射)与其他入射角度相比无论是竖直、水平相对位移或坝体关键点主应力均为最大.

海上风机支撑结构承载性能试验研究

基于波流水槽开展的模型试验,设计了风机支撑结构受到水流、循环荷载、无水和静水环境条件等工况,获得了单向流作用、循环荷载作用以及单向流与循环荷载共同作用等不同荷载组合下风机支撑结构的承载性能.结果表明:循环荷载作用下风机支撑结构在无水条件下的产生的累积位移是静水条件下的46.12%,单向流和循环荷载共同作用时,支撑结构累积位移较单独荷载作用效果叠加时增加了60.84%.在有水的环境和多种荷载共同作用下,风机支撑结构承载性能有明显降低,因此,在海上风机结构设计和安全评估时应考虑多种荷载共同作用的影响.

异侧竖缝式鱼道在实际工程中的设计与模拟分析

竖缝式鱼道具有水流条件好,回流区位置明确,适应上下游水位变化能力强的特点,是目前过鱼效率高、应用广泛的过鱼工程设施。为增加研究区内鱼类洄游的效果,根据规范要求,初步设计3种鱼道池室隔板型式,利用数值模拟的方法,在上下游2 m等水深的条件下,探究隔板型式变化对池室水流结构的影响。通过分析池室内的水流流态、竖缝处流速分布以及消能效果等对隔板型式进行优化。通过改变第2种隔板型式尺寸,竖缝宽度由0.6 m降低到0.5 m,在池室水流流态以及竖缝处流速较好的前提下,使竖缝附近最大流速小于设计流速1.2 m/s;并对优化体型进行不同等水深条件下的过流能力计算,在水深变化0.5~2.0 m区间时,鱼道过流能力在0.236~0.951 m^(3)/s之间。池室内良好的水流流态以及竖缝处流速分布的合理性为研究区内大部分鱼类的上溯提供了良好的通道,不同水深的过流能力为鱼道运行调度起到了参考作用。

盾构井底板混凝土温控参数敏感性分析

以珠江三角洲水资源配置工程的典型盾构井底板为例,采用saptis三维有限元软件,进行浇筑温度和通水冷却温控参数敏感性分析。结果表明,高温季节降低浇筑温度有利于控制混凝土内部最高温度,浇筑温度每增高1℃,内部最高温度增加约0.79℃,建议将浇筑温度降低至23℃;优化通水冷却参数(加密冷却水管,降低通水水温,适当延长通水时长)能达到良好的温控防裂效果。

富水砂层大直径深竖井开挖稳定性有限元分析

某输水隧洞盾构接收竖井具有开挖直径大、深度深、砂层水位高的特点,对开挖过程中竖井结构受力和变形提出更高的要求。笔者以该竖井工程为研究对象,采用有限元分析方法模拟了竖井的施工过程,研究了竖井地下连续墙及地层在开挖过程中的位移、应力规律。分析结果表明:竖井开挖完成后,地表最大隆起为39.50 mm,出现在井口附近;地层最大隆起为41.60 mm,出现在井底地层。地下连续墙最大水平位移为2.79 mm,出现在竖井顶部,地下连续墙顶部水平位移计算值与实测值吻合较好。地下连续墙最大拉应力为1.13 MPa,未超过混凝土标准抗拉强度,表明盾构接收竖井开挖稳定性良好。笔者分析方法及结果可供类似工程参考。

附加质量法和FSI法用于弧形闸门动力特性分析的适用性

为研究附加质量法和流固耦合界面(FSI)法用于弧形闸门动力特性分析的适用性,首先通过建立弧形闸门有限元模型,采用收敛性分析的方法研究了FSI法计算时流体长度的合理取值,保证了流体-弧形闸门系统自振频率的计算精度。其次,从弧形闸门水头高度和刚度的角度出发,比较了采用附加质量法和FSI法对弧形闸门流固耦合效应的模拟结果,讨论了采用简化的附加质量法的适用性。最后,根据有限元计算的数值结果讨论了流固耦合效应对弧形闸门动力特性的影响。结果表明:(1)FSI法中流体长度取2倍水头高度可代替实际流体的无界性;(2)在水头较低且闸门刚度较大的情况下,采用附加质量法模拟流固耦合效应能在保证计算精度的基础上提高计算效率。随着水头增高,精度有所下降。此时,弧形闸门的自振频率明显降低,并且主要的变形由支臂转移到面板,有必要采用FSI法代替附加质量法来确保计算精度。