海洋沉积环境中深层地下水溶性天然气开采引起的地面沉降

日本东京周围的关东地区的地层是由海洋环境经数十万乃至数百万年沉积而成。由于大量的海洋生物沉积于地下,经数十万乃至上百万年的地质作用,形成质量上乘的水溶性天然气与医药用碘。自20世纪二三十年代起在东京附近就有天然气的开采活动。自1956年起在东京东侧的日本千叶县房总半岛东部的九十九里平原地区,开始了大规模天然气与碘的开采活动。野外开采活动主要通过从地下500～2000m深处抽取地下水而获得。20世纪60年代在该地区发现有地面沉降,1969年起开始地面沉降的观测。在过去的35a中地面最大累积沉降达0.85m,发现沉降范围的面积近800km2。九十九里观光地的海岸线后退近20～50m。2002年的大范围的地面沉降达2cm。最后从日本关东地下水盆的向斜构成式构造出发,讨论分析减缓地面沉降的途径。

海洋沉积环境中地下天然气开采引起地面沉降的计算分析

在日本中部的千叶县房总半岛由于在地下深处开采水溶性天然气与医药用碘的资源而大量抽取地下水,从而引起大面积的地面沉降。1969年开始进行地面沉降的水准测量,至2002年,在过去33 a中观测到的最大累积沉降为0.85 m。为了减少沉降量,需预测可开采量。针对日本关东地下水盆建立了三维有限元模型。该模型可以同时计算三维地下水渗流及土层的固结,利用该模型分析了房总半岛的深层地下水开采引起地下水渗流场的变化。模型中的计算参数由露头岩样的高压固结试验确定。计算结果表明,从1956年到2002年开采区地下水头下降达190 m。地下水的流向由高标处向海域流动变为从周围海域向开采区流动。这与关东地下水沉积盆地的向斜蓄水式构造相吻合。说明即使不停止开采地下水,只要将地下水的采取量控制在一定的范围,也可以大大减轻地面沉降。从1969年至今的地面沉降实测值与计算值也相吻合。

基于地下水渗流方程的三维地面沉降模型

针对地下水抽取引起的大面积地面沉降的问题,提出了一种计算方法。该方法基于饱和与不饱和岩土介质中地下水渗流理论,计算出三维状态下的大面积地面沉降。提出的方法被结合到地下水渗流的三维有限元法分析中,计算时考虑了地层的可压缩性,并被用来分析软土的固结,将该法与太沙基理论及固结试验的结果进行比较,结果表明其误差小于2%。该法还被用来分析单井抽取承压地下水引起的周围地基的沉降及承压水层由于挡水板的阻断作用而引起的下游侧的地基的沉降。

软土地基上道路桥头跳车缓解工法的设计与工程实践

针对软土地基上道路行车的“桥头跳车”现象,列举了在日本经常使用的几种桥头接坡过渡段地基处理的方法:(1)设钢筋混凝土连接搭板;(2)沥青混凝土路面的加铺维修;(3)切短桩头的办法重建构筑物。分析了这几种传统的桥头接坡处理方法的优缺点及经济性。在日本佐贺平原有明软粘土地基上的桥头接坡段地基处理工程实例的基础上,介绍了缓解桥头跳车现象的设计施工法——CA工法;给出了CA工法的设计内容及参数确定的方法,包括搅拌桩的长度与接坡段的处理范围;最后通过现场监测结果说明所提出的设计法的有效性。

基于奇异谱熵的相空间重构最佳时间延迟选择

对相空间重构中的重要参数时间延迟L的选择进行了研究,并针对奇异值比率(SVF)方法的不足,将奇异谱熵引入相空间重构中L的选择,提出了一种新的L选择准则.以Lorenz和Rossler吸引子为例,通过与SVF方法L计算结果的比较,显示了该方法的优越性.最后应用基于奇异谱熵的L选择准则计算了Lorenz吸引子的关联维数.通过与理论值的比较,证明了该方法的有效性.

水下复杂壳体结构在多源激励下的振动及声辐射特性研究

为了综合评估水下复杂壳体结构在多源激励下的振动与声辐射特性,专门设计了一个多舱段复杂壳体模型,分别进行了单台设备激励、多台设备激励的壳体振动与声辐射试验。试验结果表明,多源激励下的结构响应和辐射声场可以近似为单源激励下结构响应和辐射声场的非相干叠加。通过对激励源与结构响应、辐射声场之间传递关系的理论分析,讨论了以单源激励响应非相干叠加合成得到多源激励响应的合理性和误差。研究结果对复杂壳体结构在实际激励下的振动与噪声预报具有重要价值。

大跨空间结构风模拟的改进方法及其小波识别

大跨空间结构风速时程模拟需考虑风的时间相关性和空间相关性。利用线性滤波器法并结合快速Fou-rier变换(FFT)对球面网壳结构进行多点脉动风速时程模拟,较好地解决风速时程的模拟精度、模拟速度和计算稳定性问题。利用小波变换良好的时频局部化性质和可变的聚焦特性,针对模拟的风速时程低频含量较少的特点,利用haar小波对风速时程进行小波分解和识别,修正分解后的低频含量。计算显示,重构修正后的风速时程在时域和频域上均更逼近目标风速时程。

地下水开采引起地面沉降预测方法的现状与未来

地面沉降作为一种广泛的地质灾害,不仅对地面设施造成很大的破坏作用,而且也会使地下环境发生变化,给工业生产、城市建设和人们生活带来的影响是深刻和巨大的。本文首先分析了地下水开采引起地面沉降的机理;然后根据运用的理论将目前由于地下流体资源开发引起地面沉降的预测方法归纳为5种:数理统计法、早期的数值计算法、准三维计算法、基于真三维水流模型的计算法及三维完全耦合模型,并将之分类总结,概括其优缺点。重点介绍了当前运用最多的准三维预测方法,以及1种基于真三维水流模型的计算方法,该方法曾经成功地分析了日本房总半岛由于地下水抽取引起的地面沉降。

不同介质中多舱段复杂壳体的振动模态特性研究

对流固耦合条件下结构模态特性的计算方法进行研究;设计一典型多舱段壳体结构模型,对该模型在空气和水中的振动模态特性进行计算,对比了"干"、"湿"模态之间的差异。结果表明,不同介质中的典型多舱段壳体结构振动模态特性差别较大,水中一阶垂向弯曲振动模态频率比空气中降低约30%,模态振型出现交错现象,各阶模态的模态附连水质量与模态振型有关。

弹性力学静力问题的SPH方法

光滑质点流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)是纯Lagrangian方法,可用于模拟流体或固体的静动力学问题。不需网格系统即可进行空间导数计算,可避免Lagrangian网格在处理结构变形计算时的缠结和扭曲问题。但经典SPH方法计算二阶以上导数时易引起计算失败。该文提出一种改进的SPH方法,既可避免二阶导数的计算失败,又可提高二阶导数的精度。据此计算了均布荷载作用下两端固结梁的变形问题。经与ANSYS计算结果比较,该方法的计算足够精确。虽以弹性力学小变形问题为例,但结论可推广到大变形情形。

基于MR阻尼器的空间网壳结构模糊控制

基于模糊控制原理,提出和构建运用于大型杆系空间结构的模糊控制系统和简化模糊控制器组成,包含模糊化接口、规则库、插值查询表等。运用该模糊控制器,实现对典型网壳结构的振动控制和数值仿真。对比分析采用不同结点的位移、速度作为双输入时的结构动力响应。研究表明,该简化的模糊控制器设计简便、易于操作、振动控制效果显著。

空间网壳结构的自调整模糊振动控制

基于模糊控制原理,构建运用于大跨空间网格结构的经控制规则修改的自调整模糊控制器,提出含有一个和多个调整因子的控制规则的解析形式及其相应控制规则表,且对控制规则进行调整因子自寻优。运用该模糊控制器,实施对网壳结构的振动控制,数值对比分析在自调整模糊控制器与未经过规则修改的模糊控制器下,结构动力响应及调整因子在自寻优前后的结构动力响应。研究表明,该自调整模糊控制器设计简便,振动控制效果明显。

弯曲圆管入口段定常流动的三维数值模拟

目的 研究定常流动条件下弯曲圆管入口段内的流动情况。方法 用有限体积法对弯曲圆管入口段定常流动作三维数值模拟。结果 分别计算了管内流线、截面等速度线、沿对称面直径的速度剖面和壁面切应力分布等。沿对称面直径的速度剖面计算值与实验结果吻合很好。结论 弯管的外侧壁是高切应力区 ,内侧壁是低切应力区 ,证实内侧壁是动脉粥样斑块的高发区。

施工期钢筋混凝土结构安全分析的探讨

结构在施工过程中的平均风险率远高于使用期,对施工期钢筋混凝土结构进行安全分析与控制,就必须对施工期间荷载在部分完成的结构和支撑系统之间的传递进行分析与研究。本文通过具体的工程案例比较发现:现行的钢筋混凝土结构设计规范和施工规范不能对施工期钢筋混凝土结构的受力进行合理分析,因而无法对施工期结构的安全进行有效的控制。国内目前推广应用的部分施工期结构安全计算软件尚不能很好地对施工期钢筋混凝土结构进行受力分析,而清华大学土木工程系与北京第七建筑工程公司合作开发出一套人机交互的“施工期钢筋混凝土结构安全分析与控制软件-SAC”,能对施工期整个阶段每次施工步骤对各楼层受力的影响进行分析,具有一定的科学性。

垂直轴风机的结构受力分析及其优化

风力发电机的应力分析是保障其安全运行乃至结构设计的基础.垂直轴风机的支撑结构一般都是超静定的,主要承受风载及高速旋转引起的离心力,因此对风轮重量有严格的要求.在结构总体设计时必须先对其进行力学分析,并进行受力优化,才能进行详细的零部件设计,数值分析往往只在设计基本定型后才能进行.一些风机在大风时发生飞车事故,其原因都是因为结构受力不合理导致关键部位应力过大或强度不足所引发的.本文针对垂直轴风机叶片和支撑系统,首先对支点位置进行优化,并推导出叶片、支撑杆、斜拉索等的受力公式,为此类部件的设计提供广适性的力学方法,并对垂直轴风机的一些关键安全性问题进行讨论.

风时程模拟的高效高精度混合法

结合谐波叠加法(Weighted Amplitude Wave Superposition,WAWS)和自回归方法(Auto Regressive,AR)的优点,提出高效高精度新型混合法。在频域上开窗,将计算定义域划分为局部定义域。推导了应用于AR方法的Levison-Durbin矩阵递推公式,提出利用ACI准则判断最佳回归阶次。利用该混合法对大跨空间结构风速时程进行模拟。计算显示在保证计算精度下,该方法风速时程的模拟效率是谐波叠加法的数十倍;计算精度与自回归方法相比亦显著提高,且易于收敛。

自主创新,建设造船强国

杨槱院士是我国造船学术界的老前辈,长期在学术和管理两个领域耕耘,成就卓著。本文讲的虽然是造船,但文中所谈到的一些基本观点,例如:关于造船(制造业)强国的标志;以人为本,加强工时定额管理;新产品的研究、开发是当务之急等,对我国其他企业也都有借鉴作用。本文是根据杨院士为某报准备的访谈发言稿摘编的,现征得杨院士的同意,特在本刊创刊10周年之际发表,以餐读者。