卵砾石床面的统计粗糙特性

针对代表粒径法难以准确量化床面总体粗糙特性的问题,引入统计学理论研究卵砾石床面的粗糙特性,采用不同粒径组成的天然卵砾石颗粒人工铺制了多种散叠型床面,基于床面激光扫描试验资料并结合他人试验成果,探讨床面粗糙统计参数随颗粒组成的变化关系,分析剖面轮廓及粗糙床面的高程变异特征。结果表明：床面高程频率分布呈负偏态,形态较正态分布陡峭,为峰度K_u>3的高狭峰;高程标准差σ_z随中值粒径d₅₀的增大而增大,偏度S_k随d₅₀的增大而减小;在d₅₀相同的情况下,人工铺制床面的σ_z和S_k值均小于清水冲刷粗化床面,而K_u值并无明显差异。剖面轮廓的1维结构函数满足变异函数球状模型,模型参数包括变程、块金值和基台值,变程随d₅₀和σ_z均呈先减小后增大的趋势变化,块金值、基台值随d₅₀和σ_z均呈单调递增变化,变化趋势可用2次多项式曲线拟合。床面2维结构函数的分布形态与抽样尺度h_x、h_y密切相关,h_x、h_y与d₅₀相当时,2维结构函数分布形态接近圆形,床面粗糙具有各向同性,与清水冲刷粗化床面的结构函数分布规律一致;随着h_x、h_y的增大,2维结构函数分布形态复杂性明显增加,不同象限的结构函数值差异较大,且不再具有清水冲刷粗化床面结构函数的分布规律,床面粗糙出现各向异性。     

陡坡粗糙矩形明渠中自由跌流的水力特性

在矩形明渠中，自由跌水可作为其流量计量设施，具有简单方便、运行维护容易的特点。工程中，矩形明渠底坡往往为陡坡，边壁因材料限制通常较粗糙，体现为陡坡粗糙渠道的特征。目前对此类明渠中设置跌坎后，跌坎上的水力特征性研究较少。本文采用模型试验的方法对不同底坡S、不同边壁粗糙度n的矩形明渠中的自由跌水水力特性进行了研究。试验中，底坡范围为0.002 6到0.097 3之间，明渠边壁糙率系数在0.009 3到0.019 3之间，明渠水流弗洛德数Fr₀在1.0到6.62之间，远超以前研究的范围。结果表明：在试验确定的底坡和边壁糙率系数范围内，明渠跌坎上游水流为急流，自由跌流坎末水深h_e与其上游临界水深h_c之比值h_e/h_c与√S/n呈线性相关。另外，受自由跌水影响的跌坎上游长度L只与底坡和边壁糙率系数有关，而与渠道流量无关。对陡坡渠道而言，h_e/h_c值随着水流弗洛德数的增加而呈对数减小。最后本文根据试验数据提出了陡坡粗糙矩形明渠的自由跌流坎末水深与上游临界水深之比值h_e/h_c和√S/n，L和√S/n以及h_e/h_c和来流弗洛德数Fr₀的计算公式。本文通过增大底坡和边壁糙率的值，进一步扩展了前人关于明渠自由跌水的研究，这对于利用明渠自由跌水进行流量计量具有重要的工程应用价值。     

山区松散排列泥沙床面河流阻力特性研究

河道阻力决定了河流流速与挟带泥沙的能力。然而与普通河流不同,山区河流的河道阻力比较复杂,床面泥沙排列密度对于河道阻力影响明显。试验资料表明,在低泥沙排列密度时,河道阻力随着排列密度的增大而增大,当达到最大值后,随着排列密度的增大呈现减小的趋势。利用程年生植被糙率尺度的概念,建立了适用于含有松散排列泥沙床面情形的糙率尺度。通过试验数据,确定了糙率尺度表达式中的待定参数,在f-r/k_v图上,建立的泥沙颗粒糙率尺度可以使所有的数据点归结到一条曲线上。最后,建立了适用于松散排列泥沙床面河道的达西阻力系数表达式。对于天然河流,本文建立的达西阻力表达式仍然具有较高的计算精度。     

考虑级配影响的珊瑚砂最大动剪切模量试验研究

对不同级配的南沙岛礁珊瑚砂进行共振柱试验，测试不同孔隙比e的珊瑚砂在20~300 kPa围压下的最大动剪切模量G₀，分析不均匀系数C_u、平均粒径d₅₀和细粒含量F_c对珊瑚砂G₀的影响，并建立珊瑚砂的G₀经验模型。结果表明：珊瑚砂的孔隙比e普遍大于陆源砂砾土；同一有效围压σ0''下，珊瑚砂的G₀-e曲线随C_u的增大而降低，随d₅₀的增大而升高，以F_c≈20%为界，随F_c的增大先降低后缓慢升高；陆源砂砾土的G₀经验模型将低估珊瑚砂的G₀值；F_c对G₀影响的本质是不同细粒含量的珊瑚砂具有不同的C_u和d₅₀，C_u和d₅₀对G₀的影响隐含了F_c对G₀的影响。基于Hardin模型给出考虑C_u、d₅₀影响的珊瑚砂G₀预测模型，并引入修正系数A''，以考虑颗粒类型等复杂因素的综合影响，采用不同海洋珊瑚砂的试验数据对G₀预测模型进行验证。     

缩尺效应对粗颗粒土静止侧压力系数影响规律试验

准确把握粗颗粒土静止侧压力系数K₀对分析以及设计土石坝等岩土工程有十分重要的作用。由于缩尺效应的存在,室内试验结果往往无法正确反映原级配粗颗粒土静止侧压力系数。为研究分析缩尺效应对粗颗粒土静止侧压力系数影响规律,找出消除其影响的方法,利用自行研制的大型K₀测试仪对某砂卵砾石料及堆石料进行了大量K₀试验。通过改变试样的颗粒最大粒径、缩尺方法,相对密实度等初始条件,研究了不同密实度条件下粗颗粒土静止侧压力系数随级配的演化规律。试验结果表明：相对密实度及缩尺方法不变时,粗颗粒土静止侧压力系数会随着颗粒最大粒径的增加而显著减小,因此,缩尺效应对粗颗粒土静止侧压力系数的影响无法忽略；缩尺方法对粗颗粒土静止侧压力系数有一定影响,相对密实度及颗粒最大粒径相同时,采用等量替代法缩尺后试样静止侧压力系数值最小,因此,采用等量替代法缩尺可减小缩尺效应对粗颗粒土静止侧压力系数的影响；相比颗粒最大粒径,相对密实度对粗粒土静止侧压力系数的影响更为显著,相对密实度越大的土样,颗粒最大粒径对粗粒土静止侧压力系数影响更明显。基于静止侧压力系数试验结果及前人的研究,建立根据室内试验结果反推现场粗颗粒土料静止侧压力系数的公式,以消除缩尺效应对粗颗粒土静止侧压力系数的影响。最后,利用K₀试验结果验证了该经验公式的准确性及适用性。     

A Method for Elastic Shear Buckling Calculation of Curved Bridge Webs

平钢腹板曲线梁桥腹板弹性剪切屈曲计算

刘素梅,丁汉山

（东南大学 土木工程学院,南京 210096）

创新点说明：

曲线组合梁桥和曲线钢桥在国内外已大量修建,但在曲线桥设计时,平钢腹板的剪切屈曲计算通常采用直桥公式,或仅在直桥公式上新增一个修正系数。本文把曲线桥中的平钢腹板等效为各向同性柱形扁壳,采用满足四边简支边界条件的双重三角级数作为位移函数,利用伽辽金法,推导了曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度计算公式。参数分析表明：曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数随着参数 h²/(Rt) 的增大而增大,随着长高比 l/h 的增大而减小。说明曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度高于直桥腹板。对于参数 h²/(Rt) 小于2的曲线桥,平钢腹板的弹性剪切屈曲强度较直桥腹板提高幅度不超过4.5%,此时,曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度可偏保守地采用直桥公式。但是对于参数 h²/(Rt) 较大的曲线桥,平钢腹板弹性剪切屈曲强度采用直桥公式太过保守。本文提出的公式可更好地估算曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度。

研究目的：

得出平钢腹板曲线梁桥腹板弹性剪切屈曲强度计算公式。

研究方法：

把曲线桥中的平钢腹板等效为各向同性柱形扁壳进行剪切屈曲分析;

1）采用满足四边简支边界条件的双重三角级数作为位移函数,利用伽辽金法,推导曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度计算公式。

2）针对实桥,确定参数h²/(Rt)的取值范围。给定参数h²/(Rt)和长高比l/h具体数值,利用Matlab程序计算弹性剪切屈曲系数。

3）对弹性剪切屈曲系数进行拟合,得到曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数拟合公式,进而得到曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲强度拟合公式。

研究结果：

1）曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数随着参数 h²/(Rt) 的增大而增大,随着长高比 l/h 的增大而减小。说明曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度高于直桥腹板。

2）对于参数 h²/(Rt) 小于2的曲线桥,平钢腹板的弹性剪切屈曲强度较直桥腹板提高幅度不超过4.5%,此时,曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度可偏保守地采用直桥公式。但是对于参数 h²/(Rt) 较大的曲线桥,平钢腹板弹性剪切屈曲强度采用直桥公式太过保守。

结论：

本文提出的公式可更好地估算曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度。

关键词：曲线桥;曲线腹板;剪切屈曲;各向同性壳

     

山区河流浅水河床漂石对局部水流结构影响试验研究

西南山区河道普遍分布着大量的卵砾石、漂石等大粒径床沙,漂石颗粒急剧调整局部水流结构与泥沙输移,从而制约着河床响应过程。以漂石河床水流结构为研究对象,结合野外典型河段调查和概化试验,利用3维多普勒流速仪（ADV）详细测量漂石区域的3维流速,探讨浅水条件下漂石颗粒对局部水流运动的影响。分析表明：漂石对水流结构的影响集中在其下游中心区域,尤其是远部尾流区内,其纵向范围主要集中在约–1<Δx/D<2区域,其中漂石附近的近底流速变化明显,远部尾流区边界高度也从受漂石影响较小的上游0.3～0.4倍水深发展到受漂石影响较大的下游0.5～0.7倍水深处;中心纵剖面紊动能和雷诺应力数值显著大于左右两侧,且其数值在漂石下游激增至1～10倍和1～16倍,两者出现峰值的位置都集中在漂石远部尾流区末端。研究还发现,漂石相对淹没度（H/D,平均水深与漂石有效直径之比）对漂石附近的水流结构有较大影响,随着相对淹没深度（H/D）的增加,其对流速、紊动能和雷诺应力的影响逐渐增强,在处于临界淹没度H/D = 1.2时最为强烈,之后强度递减。不同相对淹没度（H/D）下,流速、紊动能和雷诺应力恢复区长度相近,且与远部尾流区尺度变化基本一致。总体而言,漂石通过改变局部沿程流速、紊动参数和远部尾流区分布,从而显著影响浅水河床局部水流结构,其具体影响因子和响应规律有待进一步深入研究。     

（研究生论坛）滩地一排植被作用下的复式河槽水流特性研究

为研究滩地种植一排植被情况下,梯形复式河槽断面的垂线平均流速分布和床面剪切应力分布,进行了4种方案的室内水槽试验。分别采用多普勒三维流速仪（ADV）和普雷斯托管对流速和床面剪切应力进行了测量。试验结果表明,植被处于淹没状态时,主槽中心线和滩地中心线附近的垂线流速呈对数分布,而在植被区域的垂线流速呈S型分布。流量的增加和植被间距的加大将引起同一垂线的平均流速增大。床面剪切应力值在植被区域达到最小值,表明植被对断面的床面剪切应力有显著削弱作用。流量越大、植被密度越小,床面剪切应力值就越大,但床面剪切应力占水流阻力的比重越小。     

坡面径流对斜坡散粒体稳定性影响的试验分析

坡面径流是松散介质斜坡上颗粒发生搬运滚动的水动力条件。为研究坡面径流对斜坡散粒体颗粒稳定性的影响,开展室内水槽冲刷试验。试验设置3种粒径和4种坡度,通过高清摄像捕获斜坡散粒体受水流冲刷起动过程,获得不同条件下颗粒冲刷起动的临界径流水深h_cr。实验结果表明：在同一粒径条件下,起动水深h_cr随着斜坡坡度的增大而减小;而在同一坡度条件下,起动水深h_cr随着粒径的增大,出现先增大后减小的情况,这主要是由于随着颗粒粒径的增大,坡体的渗透性增强,在水流的渗透作用下,颗粒更容易发生运移造成的。为合理解释实验现象,建立斜坡径流-渗流耦合模型来分析坡面径流条件下颗粒的稳定性变化情况,通过将水流的流速特征与土颗粒的受力起动特性结合起来,给出临界水深h_cr的理论表达式,其主要受颗粒粒径、颗粒比重、孔隙率、坡体渗透率和斜坡坡度等因素共同控制。通过将实验结果与计算结果进一步对比发现,在同一粒径区间内,临界水深h_cr的实测值与理论值均随坡度的增大而减小,而理论值与实测值之间的相对误差随坡度的增大而增大,但其均控制在35%以内,并对产生该误差的原因进行了分析。为修正实测值与计算值之间的误差,应用MATLAB的神经网络模块对数据进行拟合,建立含两个神经网络结构的临界水深h_cr修正公式,精度较高。     

不同颗粒强度人工模拟粗粒土三轴试验研究

通过制备不同强度水泥球形颗粒,并以一定级配制成人工模拟粗粒土,以此进行三轴固结排水剪试验,研究了颗粒强度对粗粒土强度及变形特性的影响。试验结果表明:颗粒强度对粗粒土强度和变形特性均有明显影响,颗粒强度的提高引起抗剪强度的增大以及体积变形的减小。低围压下,高颗粒强度的粗粒土表现为应变软化,低颗粒强度的粗粒土则表现为应变硬化,体积变形均为剪胀;高围压下各种颗粒强度的土均表现为应变硬化,体变表现为剪缩。线性强度指标c、φ和邓肯E-B模型参数K、K_b与模拟料颗粒强度的关系均可用直线表示,非线性指标φ₀、φ与颗粒强度关系则近似用二次曲线表示。峰值摩擦角φ_f与粗粒土颗粒强度也呈线性关系,颗粒强度每增大1 MPa,峰值摩擦角φ_f增大0.066 5°。     

立方准晶的反平面问题与Ⅲ型裂纹问题

发展了立方准晶材料的断裂理论 .通过应用Fourier分析和对偶积分方程理论 ,得到了立方准晶材料Ⅲ型裂纹问题的精确解析解 ,并由此确定了位移与应力场 ,应力强度因子和应变能释放率 .结果表明 ,应力强度因子与材料常数无关 ,而应变能释放率依赖于所有的材料常数 .这些为研究此新固体材料的变形和断裂提供了重要的信息 .     

FMS中加工质量故障预报的新方法

对引起加工质量故障的原因进行了研究,建立了用于加工中心加工质量故障分析的与/或故障树,提出了隐加工质量故障(FMQF)的概念和由·FMQF 找出制造系统故障的决策树方法.本文在模糊理论基础上,提出了隐加工质量故障识别的新方法,用这种方法可以根据控制图的变化进行设备状态估计.基于以上研究,建立了可用于柔性制造系统隐加工质量故障预测和预报的专家系统.     

基于田口方法的生态环境敏感性评估方法研究

提出基于田口法的生态环境敏感性评估方法。采用统计分析方法描述生态环境敏感性特征,构建生态环境敏感性数据的统计分析模型,结合大数据挖掘方法进行生态环境敏感性关联数据挖掘,提取生态环境敏感性数据统计分布的模糊聚类特征量,采用模糊C均值聚类分析方法和相关性融合分析方法,实现对生态环境敏感性评估和检测,基于田口方法构建生态环境敏感性评估的检测统计量,根据稳健性检验和统计回归分析方法,实现对生态环境敏感性评估和预测。仿真结果表明,采用该方法进行生态环境敏感性评估的自适应性能较好,预测准确度较高,提高了生态环境敏感性评估的置信度水平。     

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<正>Science China Technological Sciences(Sci China Tech Sci)is a monthly peerreviewed academic journal supervised by the Chinese Academy of Sciences,and co-sponsored by the Chinese Academy of Sciences and National Natural Science Foundation of China.Its primary mission is to encourage communication of basic and innovative research results of high quality in the fields of technological sciences.The subject areas featured include materials,mechanical engineering,engineering thermophysics,water resources,space science,astronomics,civil engineering,nuclear science and technology,electronic engineering,architecture,and engineering mechanics,etc.All papers should be intelligible for a broad scientific audience.Contributions are invited from researchers all over the world.Sci China Tech Sci is indexed by SCI,EI,Current Contents,Index to Scientific Reviews,International Aerospace Abstracts,Math Reviews,MathSciNet,Current Mathematical Publications,Z Math,etc.     

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正General Journal of Beijing Institute of Technology(JBIT),an English language journal sponsored by Beijing Institute of Technology,was established in 1992.JBIT mainly publishes research articles that reflect the latest achievements in basic theory and experimental studies in various engineering fields and in applied mathematics,mechanics,physics,chemistry,and so on.JBIT is listed in Ei,CA,SA,AJ,CSA,MR,ZM and many other abstracting indexes.     

Genomics,metagenomics,and microbial oceanography—A sea of opportunities

Microbial oceanography is an emerging discipline resulted from the interaction,cross-fertilization and integration of life science and ocean science.Microbial oceanography integrates the principles of marine microbiology,microbial ecology and oceanography to study the role of microorganisms in the biogeochemical dynamics of natural marine ecosystems.The application of genomics tools to study marine microbes is resulting in rapid advancements in microbial oceanography that has important implications in globa...     

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电流变隔振器的理论研究

介绍了一种新型的隔振器———电流变隔振器 .通过对系统的结构进行简化 ,建立起物理模型 ,推导出运动微分方程 ,在理论分析和性能曲线模拟的基础上 ,确定出影响电流变隔振器工作特性的主要因素 .理论研究表明电流变隔振器在低、高频段均能良好隔振 ,有效降低传递力的幅值和扩大隔振的频率范围 ,并具有防系统共振的性能 .     

关于受控扩散过程的动力学

主要考虑在给定初始条件下构形变量的时间演化可由受控扩散描述的有限自由度动力系统.基于随机控制一般理论,引入受控扩散的随机作用量的两个适当形式.通过离散该随机作用量,导出系统受控扩散的广义坐标表示的动力学方程,该方程连同连续方程一起精确描述扩散运动的概率进程.