不透水地基上设有排水棱体堤坝渗流计算的理论解

论述了堤坝下游设有棱体和褥垫排水堤坝的渗流计算,排水边界的坡角大于 90 °。主要内容和成果有：①对于下游水深 H ₂ = 0 的棱体排水,按柯钦娜式 q / k = μ h ₀ ,高精度计算出流量和出逸点高度关系式的比例系数 μ 的倒值,并提出相应的 1/ μ 拟合式,以便于应用,应用转化的超越几何函数,导出出逸段的坡降计算式,并具体计算出排水边坡坡角 90 °, 135 °, 180 °的出逸坡降分布;②应用速度平面保角变换的简化方法,导出排水棱体临界水深 H _C 的计算式,其推导过程较之努米诺夫的混合函数法大为简化,另提出相应的 H _C 拟合式,以便于应用;③对于下游水深 H ₂ ≥ H _C 的棱体排水,按努氏式 Δ L₂ = D₁ H₂+ D₂ q / k ,高精度计算出下游区附加渗径 Δ L₂ 式的比例系数 D ₁ 和 D ₂ ,并提出相应的拟合式,以便于应用,应用保角变换求出该型堤坝下游区的精确解,再结合努氏的上游区精确解,举出一具体算例,精确计算出堤坝的流量和渗透系数的比值 q / k ,出逸点高度 h _s ,出逸段坡降 I 的分布,以及全程浸润线和上下两反弯点的坐标,可借以校核该型堤坝渗流有限元计算程序和其它近似计算方法的正确性及其计算精度;④对于下游水深 0< H₂< H_C 的棱体排水,提出出逸点高度 h _s 和下游区附加渗径 Δ L₂ 两近似理论计算式,据此算出的 q / k 和 h _s ,与有限元计算的结果相符。     

深厚覆盖层中弱透水层厚度及连续性对渗流场的影响

中国西北地区的深厚覆盖层坝基中常存在厚度不均和不连续的弱透水层,弱透水层的厚度、不连续形式及开口大小对坝基渗流场有一定的影响,其规律需要深入研究。基于非饱和土渗流理论,借助Seep/w进行渗流求解,探讨中间位置处弱透水层的厚度及连续性对单宽渗流量和出逸坡降的影响规律,并结合工程实例进行对比分析。研究表明:单宽渗流量和出逸坡降都随着中间位置处弱透水层厚度的增加而降低;弱透水层厚度对采用半封闭式防渗墙控渗时的渗流场影响最大,悬挂式防渗墙次之,全封闭式防渗墙最小。开口在上游的弱透水层与防渗墙形成的半封闭式联合防渗体系的控渗效果最好,开口在下游的弱透水层次之,防渗墙上下游都存在开口时效果最差。单宽渗流量和出逸坡降随弱透水层上游开口长度的增加而增大,但开口长度对渗流场影响不显著,其原因在于各防渗体系下上游弱透水层仅起到微弱的隔水作用。建议防渗墙和下游弱透水层形成半封闭式联合防渗体系,避免防渗墙上下游弱透水层均存在缺口的不利情况。基于监测值和模拟值得出的误差满足规范要求,表明采用的计算方法和得出的结论皆可靠。     

复合荷载作用下钢梁弯扭屈曲的临界弯矩: (Ⅱ)系数计算及数值算例

基于平面外4种边界约束条件简支钢梁在满跨均布荷载、跨中对称集中荷载和端弯矩作用下,以及平面外4种边界约束条件固支钢梁在满跨均布荷载、跨中对称集中荷载作用下的Mcr三系数(C1,i、C2,i、C3,i)计算式,计算了典型单一荷载工况的Mcr三系数数值,给出了横向荷载与端弯矩共同作用简支钢梁以及横向荷载两两共同作用固支钢梁的复合弯矩系数Cb计算式,通过数值算例验证了本文Mcr三系数和复合弯矩系数计算式的精度。最后对比了本文的Mcr三系数数值与EN 1999 1 1: 2007和ENV 1993 1 1: 1992中单一荷载的Mcr三系数数值,校验了“4M”等效弯矩系数计算式对简支钢梁、固支钢梁的适用性。结果表明：对于除平面外边界约束条件为R R(平面外两端简支且约束转动)外的单轴或双轴对称截面简支钢梁以及双轴对称截面固支钢梁,单一荷载的Mcr三系数的数值或计算式以及复合弯矩系数计算式均具有较高精度;EN 1999 1 1: 2007和ENV 1993 1 1: 1992中部分工况的C2,i和C3,i不精确;现有“4M”等效弯矩系数计算式仅能用于计算平面内外简支钢梁的Cb或C1,i。     

复合荷载作用钢梁弯扭屈曲的等效弯矩系数

为提高等效弯矩系数实用算式的计算精度和拓展等效弯矩系数实用算式的应用范围,总结了复合荷载作用下钢梁弯扭屈曲临界弯矩研究现状和特点,在临界弯矩理论背景下,等效弯矩系数取值是影响临界弯矩计算精度的主要因素。基于钢梁弯扭屈曲等效弯矩系数的计算理论,通过选取合理的单一荷载作用下临界弯矩中系数C1的数值或表达式,提出了4种常见工况的等效弯矩系数C_b的实用算式及其使用范围。在端弯矩比例为-1≤ψ≤1的范围内,对比了文中C_b实用算式与现有文献中的"4M"C_b算式,验证了文中C_b实用算式的正确性并提出了C_b算式的选用准则。通过数值算例验证了C_b算式选用准则的正确性。研究表明,当-1≤ψ≤1时C_b算式在其适用范围内都具有较高的精度,基于C_b算式及其选用准则可得到精确的临界弯矩。     

均布荷载矩形群基础任意点沉降计算的Excel实现

以Excel为工具,使用解析公式计算矩形基础角点平均应力系数,利用符号函数将任意点平均应力系数的条件计算式转化为非条件计算式,采用应力承载比及等价压缩模量的曲面拟合公式计算规范沉降修正系数,从而使用Excel工具进行沉降计算不再需要人工查表插值,实现了均布荷载矩形群基础任意点沉降的自动计算。     

扣件式钢管脚手架立杆计算长度附加系数k的确定及应用

脚手架结构因工作条件的特点 ,其计算方法实际上仍是半概率、半经验的。在扣件式钢管脚手架立杆稳定性计算中 ,通过合理确定计算长度附加系数 k来考虑其工作条件的特殊性 ,以简化计算公式在工程实践中的应用     

翼缘加劲与未加劲C形轴压构件畸变屈曲临界应力计算简式

作为计算轴压构件畸变屈曲临界应力的有效方法,Lau和Hancock的计算式已被我国《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》(JGJ227-2011)采纳.然而,Lau和Hancock的计算式无法计算固支轴压构件畸变屈曲临界应力,且采用该计算式的参数多、计算过程烦琐.以畸变屈曲临界应力σcr.D计算简式中的畸变屈曲系数kD为研究对象,采用有限条软件CUFSM对影响翼缘中间V形加劲C形截面kD的关键因素进行了分析,给出了该截面简支、固支轴压构件系数kD的计算式,并进一步分别简化得到了C形截面简支、固支轴压构件系数kd的计算式.数值算例对比表明,σcr,d计算简式避免了烦琐复杂的截面几何参数计算,同时适用于翼缘V形加劲、未加劲C形轴压构件畸变屈曲临界应力的计算,特别是对于《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018-2002)和《建筑结构用冷弯薄壁型钢》(JG/T 380-2012)中的C形截面,较Lau和Hancock的计算式以及Schafer的计算式精度更高.     

确定简支格构式水平臂弹性支承点的方法

基于塔机格构式水平臂的工作要求,在力学分析的基础上,根据等强度、等变形理论建立计算式,并综合考虑以臂架自重作用下的计算结果为主要参考,总结出最终支承点位置计算式;经实例计算表明,该计算方法具有新意和可操作性,为后续设计创造了基本条件。     

附着式变截面塔身的计算长度

本文以附着式塔机的塔身为例,首先介绍附着式变截面塔身稳定计算的一般方法,然后着重讨论变截面长度换算系数μ_h 和长度系数μ的计算。     

复合荷载作用下钢梁弯扭屈曲临界弯矩研究

基于由完备的复合荷载作用下钢梁弯扭屈曲总势能方程推导的平衡微分方程,采用Galerkin法推导了考虑横向荷载作用点高度和横截面不对称参数的复合荷载作用下钢梁弯扭屈曲临界弯矩的计算式,建立了等效弯矩系数的计算理论。依据等效弯矩系数的计算理论确定了7种常见工况的等效弯矩系数理论计算式并给出了6种特殊工况的Cb实用计算式,从Cb计算式的计算精度、适用范围和形式三个方面对国内外文献的Cb计算式进行对比,验证了等效弯矩系数理论的正确性并提出了Cb计算式的选用准则,最后通过2个数值算例验证了复合荷载作用下钢梁临界弯矩Mcr计算式的正确性和Cb计算式选用准则的合理性。结果表明：考虑了横向荷载作用点高度和横截面不对称参数的复合荷载作用下钢梁弯扭屈曲临界弯矩的计算式形式简单、物理意义明确且便于计算;Cb实用计算式的适用范围广且精度高;等效弯矩系数的选用准则合理、有效。     

双层地基上堤身的渗流计算

黏土层覆盖下卧砂层的双层地基,在冲积平原的江河两侧普遍存在。对于双层堤基的渗流计算,已有相应于各种边界条件下的系统理论解;至于相应的堤本身的渗流计算,迥异于均质堤基和不透水堤基条件下的分析计算,理论解空缺。先按双层堤基计算出堤身下砂层的承压水位,堤身中点断面的水位非常接近承压水位;据此,并为便于求解,将整体堤身从中点断面分开为上下游两部分,每一部分的上下游边界视为延伸至无穷远;再应用保角变换法分别求出堤身上下游部分的渗流理论解。对于堤身上游坡1∶3、下游坡出逸点以下1∶5在中国常见的坡比,作出具体的数值计算和算例计算;堤身的下游部分为安全分析的重点,为应用方便计,根据详细的数值计算结果,提出一系列有一定精度的拟合式。经电拟试验结果比较,这一简化理论解的精度可靠,此外,论文的计算分析结果完全可推广至地表为黏土层覆盖的多层堤基上的堤身的渗流计算,也可推广至其它坡比的条件。     

定流量下潜水非完整井稳定流计算方法

针对现有潜水非完整井对于不同的管长和淹没状态下有着4种完全不同的理论计算公式,不能很好地解决实际工程中由于潜水位降深不断变化而引起的流量变化问题,将潜水含水层沿潜水位最大降深处分成上下两部分,采用积分变换方法,推导得到可适用于不同管长和淹没状态下的定流量潜水层非完整井的稳定流公式;然后在此基础上,采用Delphi结合Matlab自行开发一个计算程序,对潜水非完整井的井流特点进行分析;最后通过一个基坑降水算例说明了其应用于实际工程的有效性。研究结果表明：①推导得到的潜水非完整井公式可以退化为经典的潜水完整井裘布依公式,并在特殊情况下可得到近似解析解;②自行开发的计算程序可对不同条件下潜水非完整井的阻力系数和流量进行自动快速计算,为潜水非完整井的井流性状分析提供了便利的工具;③将推导出的潜水非完整井稳定流计算公式应用于有隔水围护结构且采用坑内降水方式的基坑工程是可行的。     

库水位快速变动条件下心墙坝上游坝壳自由水面线变化规律研究

为了计算渗水压力对心墙坝上游坝坡稳定性的影响,须掌握库水位降落时上游坝壳中自由水面的变化规律。本文利用模型试验模拟了上游坝坡坡比、库水位不同降落速率、坝壳料不同渗透系数对自由水面位置变化的影响,并把模型试验结果与有限元计算结果、经验公式法计算结果相比较。从试验结果及有限元计算结果可知,库水位降落速度越快,自由水面线位置越高,最高点高度越大。坝壳坡度越陡,自由水面的位置越低。坝壳料渗透系数达2.45×10-1 cm/s时,有限元计算分析结果比模型试验得到的自由水面最高点稍高,经验公式法得到的计算结果最小。     

库水位下降时库坡浸润线的计算及改进

库坡浸润线计算的准确性直接影响到坡体的稳定分析和工程治理.将库坡浸润线的求解简化为一维非稳定渗流问题,可以得到库水位等速下降时的浸润线解析解.通过对解析解曲线的拟合,得到了便于工程应用的简化计算公式.借助有限元模拟方法,对简化计算公式进行修正,并通过室内模型试验对修正公式进行了验证.结果表明,试验值与公式计算值较为吻合...     

堤坝饱和-非饱和渗流的数值分析

本文介绍了堤坝渗流分析的一种新方法--饱和-非饱和渗流的数值分析。本方法是根据饱和-非饱和渗流规律建立的数学模型,将堤坝内饱和区与非饱和区耦合在一起,构成整体的分析模型。应用有限差分法编出程序,上机计算。计算与试验对比表明,无论是上游水位骤升还是突降,两者基本上一致。自由水面线、等水头线以及等压线的分布情况都是合理的,具有良好的规律性。     

Studies on buoyancy driven two-directional smoke flow layering length with combination of point extraction and longitudinal ventilation in tunnel fires

This paper investigates the buoyancy-driven smoke flow layering length (both upstream and downstream) beneath the ceiling with combination of point extraction and longitudinal ventilation in tunnel fires. A theoretical model is developed based on previous back-laying model with only longitudinal ventilation, with modified actual heat release rate, as well as modified upstream and downstream opposing longitudinal air flow velocities by the induced flow velocity due to point extraction. Experiments are carried out in a reduced scale model tunnel with dimensionless of 72 m×1.5 m×1.3 m. A LPG porous gas burner is used as fire source. The smoke flow layering length both upstream and downstream are identified based on temperature profiles measured along the ceiling, for different experiment conditions. CFD simulations with FDS are also performed for the same scenarios. Results show that with combination of point extraction and longitudinal ventilation, the smoke flow layering length is not symmetric where it is longer downstream than that upstream. The upstream smoke layering length decreases, while the downstream layering length increases with increase in longitudinal ventilation velocity; and they both decrease with increase in point extraction velocity. The predictions by the proposed theoretical model agree well with the measurements and simulation results.     

库水位下降情况下滑坡的稳定性评价

根据包辛涅斯克 (Boussinesq)非稳定流微分方程 ,得到了库水位下降时坡体内浸润线的简化计算公式 ,在此基础上 ,用流网的性质来确定土条边界上的静水压力 ,证明了渗透力与土条中的水重和周边静水压力是一对平衡力 ,并用渗透力代替土条周边水压力的方法得到了滑坡稳定性评价的公式 ,最后通过算例讨论了各因素对坡体稳定性的影响     

超高心墙坝非稳定渗流三维有限元分析

水库蓄水和放空过程对土石坝渗流安全产生重要影响,300 m级超高心墙坝渗控方案是筑坝关键技术难题之一。结合300 m级砾石土心墙堆石坝工程,通过建立整体三维有限元模型,模拟大坝运行过程中水库蓄水和放空过程,分析库水位变化条件下心墙等区域的浸润面和渗透坡降变化,研究水位变化速率对坝体渗透稳定性的影响。数值模拟结果表明,蓄水时随着库水位的升高,自由面在心墙内形成陡降并自上游侧向下游侧不断发展。蓄水历时越短、水位上升速率越快,心墙内形成的浸润面越陡。放空时随着库水位的下降,心墙内水位下降有所滞后,自由面在心墙内形成凸形面。放空历时越短、水位下降速率越快,心墙内形成的凸形浸润面落差越大。     

考虑应力场与渗流场耦合的尾矿坝非稳定渗流分析

根据尾矿坝形成的特点，进行考虑应力场与渗流场耦合的非稳定渗流分析。根据弹性力学和渗流理论提出了耦合问题的力学模型及其控制微分方程，然后导出这一问题的有限元计算公式及相应程序。在计算中首次导出了尾矿坝的渗透系数与应力场的关系式，并进行尾矿坝的非稳定渗流分析。工程实例计算结果表明，考虑耦合作用的影响，尾矿坝渗流场的总渗流量减小，而应力场的各应力分量的最大值增大。