长江上游工程对宜昌来水来沙变化的影响

本文根据1950年以来的水文资料研究了长江宜昌站在三峡工程修建前的水沙变化趋势,预测三峡水库运用后,在2003-2012年以及2013年金沙江上建成金安桥、溪洛渡和向家坝三个大型水电站后宜昌的水沙变化趋势。根据水文资料的统计分析发现在三峡工程修建以前,宜昌年水量有轻微减小的趋势;而年沙量在1950-1987年以后有大幅度减小,至2003-2004年宜昌站(用三峡水库的入库沙量替代),减沙幅度已达到61.4%。本文根据三峡水库运行后的实测资料对长江科学院三峡水库淤积计算的水库排沙比资料进行了修正。采用1961-1970年十年系列的年水量,分析计算预测2003-2012年宜昌平均年沙量为1.02亿t。在金沙江上三个水电站建成后2013-2022年平均年沙量将减为0.534亿t。

非稳定渗流条件下非饱和土边坡稳定分析

大量的滑坡灾害表明,水的作用是影响边坡失稳的重要原因,合理地评价边坡的稳定性,需考虑边坡基质吸力场的变化与水的渗流作用。通过稳定与非稳定渗流条件下的非饱和土堤算例,探讨了Bishop和Fredlund非饱和土抗剪强度公式应用于强度折减有限元法的差异,并与极限平衡法的结果进行对比。结果表明,Bishop和Fredlund非饱和土抗剪强度公式的本质是相同的,而从非稳定渗流条件下的分析结果来看,强度折减有限元法分析的安全系数与极限平衡法分析临水坡和背水坡安全系数的最小值相当接近,强度折减有限元法更适合分析边坡的整体稳定性。此外,采用Bishop强度公式可以通过用饱和度代替基质吸力参数来体现基质吸力对强度的影响,在分析饱和度较高的非饱和土边坡稳定性时较为方便。

非饱和土边坡稳定分析方法探讨

在对非饱和土边坡进行稳定分析时,应该全面地考虑基质吸力对边坡稳定的贡献。首先,分别探讨了基于Fredlund非饱和土强度表达式和Bishop非饱和土有效应力强度公式将强度折减有限元法推广到非饱和土边坡稳定分析中的具体方法;然后,开发了可以考虑基质吸力两种处理方法的强度折减有限元计算程序;最后,给出了一个非饱和土边坡稳定分析的对比算例,说明了二者的不同特点。

基于功能的高坝建设方案的风险决策研究

为了更加安全和经济地进行抗震设计,不仅要防止结构发生倒塌破坏,而且要有效地控制结构的其他破坏状态。在此背景下,基于性能的抗震设计被广泛讨论研究,并且被认为是未来抗震设计的主要发展方向之一,在高坝建设工程领域探讨了发电经济功能的高坝建设方案的风险决策问题,提出了一种在不同震级作用下高坝震害损失的计算方法。通过水位这一变量揭示了高坝动力分析与经济损失量之间的内在联系,并以一算例说明了计算方法的正确性和可行性。

土石坝边坡稳定可靠度分析与设计

针对在水利工程中土石坝边坡稳定分析和设计相对落后的现状,本文以概率统计和结构可靠度理论为基础,对土石坝边坡稳定可靠度分析和设计问题,包括土石坝抗剪强度参数粘聚力和内摩擦角的统计方法和统计特性,土石坝边坡稳定可靠度分析方法,设计表达式中标准值和分项系数的取值问题等,进行了分析研究,并结合工程实例做了简要说明。本文还给出了采用Monte Carlo方法搜索临界滑裂面并求解最小可靠指标的具体做法,以及利用安全系数与可靠指标间的关系确定结构系数的方法。

土力学课程中的实践教学

土力学与岩石力学和工程地质一起并称为岩土工程的三门专业基础课。土力学具有很强的工程实践背景，在课堂上向本科生引入实践教学环节非常必要。文章介绍了清华大学土力学课程的内容，重点介绍土力学教学实践环节中富有特色的方面。

湿态混凝土抗压强度与本构关系的细观力学分析

采用细观断裂力学的方法研究湿态混凝土在外部荷载的作用下,裂纹及孔隙中水压力的大小和影响因素及其对混凝土受力性能的影响。根据湿态混凝土中裂纹的扩展规律,采用分枝型裂纹来研究湿态混凝土的抗压强度,利用能量等价原理来探讨湿态混凝土的本构关系和损伤特征。研究结果表明:(1)分枝型裂纹模型可较好地反映混凝土的体积变形和强度特征;(2)混凝土中的孔隙水压力减小阻碍混凝土开裂的摩阻力,因而加速混凝土的损伤和微裂纹的扩展;(3)与干燥态的混凝土相比,湿态混凝土的抗压强度降低,峰值应变减小,在同一应力水平下湿态混凝土的侧向变形增大。

强度折减有限元法在滑坡特性预测的应用探讨

滑坡类型、规模、滑动面的位置及其影响距离等滑坡特性的有效预测,将有助于规划合适的减灾工作以减少滑坡灾害所带来的损失。利用强度折减有限元法与非饱和非稳定渗流有限元分析相结合的流固准耦合方法对滑坡模型试验进行了数值分析,结果表明:该法在描述降雨条件下边坡变形至失稳过程等方面具有明显的优势,即可用以预测滑坡的类型与规模以及潜在滑动面的位置,并可对滑坡的影响距离进行合理的定性分析与描述,因此,该法对滑坡减灾工作具有实用价值。

压实黏土的脆性断裂模型及有限元算法

利用弥散裂缝理论,提出了压实黏土拉伸状态下的脆性断裂模型。当压实黏土达到其极限抗拉强度后,通过建立单元的各向异性刚度矩阵,将土体裂缝弥散于实体单元,构造了平面应变条件下考虑压实黏土脆性开裂的有限元计算模式。通过对某压实黏土单轴拉伸试验成果的模拟计算,验证了构建的脆性断裂模型和有限元算法对土体拉伸破坏特性和裂缝发展过程的适用性。本文还进行了模拟软弱面水压“楔劈效应”的简单数值试验,表明压实黏土脆性开裂模型和算法可较好地模拟裂缝扩展行为。

挡墙加固非饱和土边坡整体稳定性分析

在对挡墙加固边坡进行设计和评价时应综合考虑基质吸力和挡墙对边坡整体稳定性的影响。应用可以考虑基质吸力的弹塑性强度折减有限元程序,分析了挡墙加固非饱和土边坡的整体稳定性,揭示了基质吸力对加固边坡整体稳定性的影响程度,同时亦分析了整体潜在滑动面位置的变化情况,并进行了关于吸力摩擦角的敏感性分析。

坝体保温层的等效模拟及保温效果分析

针对目前保温层设计施工中工程经验占主导而数值仿真研究相对较少的情况,基于大型商业有限元分析软件ABAQUS,对某工程保温层进行有限元分析计算。采用参数等效算法,在同一模型上计算不同厚度(1.5 cm,2.5 cm,5.0 cm)保温层防护下的坝体温度场及应力场。分析结果表明:①统计特征点在无保温层时的年内温差较大;铺设保温层后,年内温度变幅显著降低;保温效果随着保温层厚度的增大而逐渐增强;铺设5.0 cm厚的聚苯板保温层可将统计特征点的年内最大温差由15.47℃减小为6.30℃。②在无保温层保护的情况下,下游坝面出现大面积的拉应力区,最大拉应力值超出混凝土的抗拉强度;增加保温层后,坝体下游面应力状况得到明显改善,拉应力区减小且拉应力值随保温层厚度的增加而逐渐减小;铺设5.0 cm厚的聚苯板保温层可将拉应力值由未加保温层时的2.73MPa减小为1.46MPa。

边坡滑动预测的有限元分析

滑坡发生时间的有效预测,将有助于减少滑坡灾害所造成的损失,因此,如何有效预测滑坡的发生时间是坡地地质灾害防灾减灾工作中极为重要的一环。通过非饱和土坡的算例,并结合试验槽试验的试验结果,探讨将边坡稳定分析应用于滑坡发生的时机预测可能面临的问题。结果表明:稳定分析所预测的边坡破坏时间与非饱和土的参数、初始基质吸力场的分布和非饱和土的强度准则关系密切。因此,仍需进一步研究和讨论,以期能更合理的应用稳定分析方法的结果,并作为边坡灾害预警的理论依据。

突扩突跌体型侧墙负压区的演变特征

针对突扩突跌体型泄水建筑物侧墙上呈现出的复杂水力特性,通过大比尺模型试验,测量了突扩突跌体型侧墙上的平面压力分布,绘制了侧墙等压线分布图,并对其分布特征及演变规律进行研究。结果表明,突扩突跌体型侧墙上存在呈椭圆形分布的负压区域,负压区的范围、负压值等随水头变化较大,但是负压区的中心位置具有相对稳定性,其相对稳定位置与侧空腔的长度有关。

钢筋存在对氯离子扩散阻滞影响的有限元分析

一般认为,氯离子主要通过扩散方式侵入钢筋混凝土结构从而导致其中钢筋发生腐蚀破坏。目前应用广泛的Fick第二定律并没有考虑混凝土结构由于钢筋存在改变了氯离子浓度在时间、空间上的分布,而将混凝土结构/构件当成无加筋的素混凝土对待。事实上,氯离子不能透过钢筋输移,使得距离混凝土表面最近的钢筋周围氯离子集聚速度加快,进而导致氯离子侵蚀混凝土中钢筋开始发生腐蚀的时间大大提前。所以以往没有考虑钢筋存在阻滞影响的Fick第二扩散定律的预测结果偏于危险,本文通过大量有限元计算,分析了钢筋存在对氯离子在混凝土中扩散阻滞影响的规律性。可将改进的Fick第二扩散定律解析解应用于混凝土中钢筋开始发生锈蚀时间的预测。

系统结构有序度负熵评价模型的改进

熵概念被广泛用来评价系统结构的有序度,其中的经典模型“负熵评价模型”存在两方面不足。本文引入联合熵和加权熵概念对负熵评价模型进行改进,提出两个评价系统结构有序度的模型:联合信息熵评价模型和加权联合信息熵评价模型。并辅以实例计算。

河谷地形对面板坝防渗体系安全性的影响

通过对实际工程案例的分析,河谷地形对面板防渗体系的影响主要在两个方面,基坑开挖形状和坝肩岸坡地形。本文通过引入摩擦接触来模拟堆石体与坝肩之间的接触关系,分析了不同岸坡坡度下堆石体的变形特性和岸坡发生转折的地形条件下堆石体的滑移性状,解释了面板在岸坡转折处发生破坏的原因。

坡地地质灾害防灾减灾工作的思考

坡地地质灾害主要包括崩塌、滑坡与泥石流,其危害性大,分布范围广,是地质灾害中最严重的一类,因此如何减少坡地地质灾害对社会与经济的冲击,是各国政府所关心的重要课题。通过对防灾减灾相关学科的整合研究、岩土工程生命周期设计理念、信息共享平台的建立与防灾减灾专责机构的重要性等问题的讨论,说明了坡地地质灾害中防灾减灾工作的未来发展方向。

随机荷载作用下结构主动控制的作动器优化配置

针对实际工程结构在持续的环境干扰下的控制问题,提出一种同时选择其作动器数目、位置和控制增益的次优化配置方法。该方法通过不断地从作动器的可选位置中删除对二次型性能泛函最优值贡献最小的可选位置,并同时调节性能泛函中的控制参数,使结构的响应和控制力同时达到其最大值为止。该方法简单易行,计算效率高,避免了复杂的梯度和成本函数计算,适合于实际工程应用。通过对一个多层剪切型框架进行仿真计算,验证了该方法的有效性。

库底非饱和淤砂层对高拱坝地震反应的影响

采用时域显式有限元方法,将库底非饱和淤砂层近似模拟为不同于库水的流体介质。以小湾拱坝为例,分析可压缩库水条件下库底非饱和淤砂层对高拱坝地震反应的影响。计算结果表明非饱和淤砂层的存在有可能使得坝体地震响应增加。

关于土的本构模型研究的若干问题

指出了我国目前土的本构关系模型研究工作中的一些值得注意的问题,说明了理论模型与曲线拟合的区别;强调了通过试验正确确定模型参数的重要性;分析了建立模型时假设的必要性与合理性;指出了客观、公正的模型验证方法。特别强调了在发展土的本构关系模型中土工试验的重要意义。