梯形断面明渠非恒定流自由水面的解析法

本文从棱柱形断面明渠不恒定流不变量的一般表达式出发,对应用极为广泛的梯形断面明渠,应用级数展开而导出不变量的相当准确的近似表达式。在渠道平坦,不计阻力的情况下,对一个梯形明渠算例导出了自由水面的解析解。     

水电站中明管按分项系数设计时系数取值建议

考虑到管内水重服从对数正态分布，其最大值分布为极值Ⅱ型分布．应用概率极限状态设计法确定了设计表达式中的分项系数，并对给出的分项系数设计表达式进行了可靠度分析．建议修订规范时结构系数取1．6,与SD144-85（（水电站压力钢管设计规范》采用的容许应力相比，分项系数设计法的效果较好。     

二维非定常分散解析解

本文将Taylor剪切分散理论推广到二维非定常流动的情况,根据本文作者所得到的二维非定常带柯氏力的流体动力学方程的分析解,给出了二维非定常分散系数的一般表达式,并且求得了一种潮汐流动的动态分散系数的解析表达式。     

流体在多孔管分支系统中的流动机理研究

通过摩擦系数λ和动量交换数ｋ两种变量的分析，确定了多孔管摩擦系数λ和动量交换系数ｋ的分析表达式，在此基础上，求出了变系数变量动量方程的分析解。     

在地基沉降计算中用积分方法求解平均附加应力系数

通过对附加应力系数在深度z方向上的积分,得到了矩形面积上均布荷载和三角形分布荷载的平均附加应力系数解析表达式。采用解析表达式计算的平均附加应力系数与《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）附录K的成果存在差异,通过理论推导和算例验证,证明解析表达式的计算结果更为准确。     

讲授Ｂｉｓｈｏｐ条分法时引入新研究成果的探索

土的强度由黏聚力和摩阻力两部分组成，通常黏聚力为常量，摩阻力部分因法向应力的变化而变化，因而在强度折减时只需对摩阻力部分进行折减。为此作者经过多年土力学教学研究思考，构造出满足以上特点的土的强度折减式，然后将其代入Ｂｉｓｈｏｐ法土坡安全系数表达式，得到了改进的Ｂｉｓｈｏｐ法土坡安全系数表达式，用改进的土坡稳定系数表达式计算出的土坡稳定系数较通常的Ｂｉｓｈｏｐ法小，对于工程，偏于安全。将这一研究结果尝试着在土坡稳定分析教学中进行讲授，从教学效果看，拓展了课本原有内容，激发了学生发散思维、探索新知识的兴趣。     

潮汐水流的垂向结构与剩余环流研究

本文利用特征值理论和摄动方法研究了潮汐水流的垂向结构，得到了潮汐水流垂向结构的二阶摄动解及其一阶Ｅｕｌｅｒｉａｎ、Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ和Ｓｔｏｋｅｓ输运速度的解析表达式。通过对各种典型涡粘性系数的分析，其结果表明二次涡粘性系数的潮汐水流垂向结解比线性和常涡粘性系数的结果更接近于实际的观察结果，而所得到的Ｅｕｌｅｒｉａｎ输运速度与实验结果定性地相吻合。     

推求拱坝极限承载力的一种有效算法

针对岩土材料常用的DruckerPrager准则，提 出了一种新的增量分析方法，不用形成弹塑性增量矩阵，直接导出符合正交流动法则的转移应力的解析解。当应变增量较大时采用子增量法，构造了弹塑性本构关系积分的近似解析解。该增量分析方法无论是对小步长还是大步长加载均有良好的收敛性。当采用精细的步长划分时，它就是严格意义上的理想弹塑性增量计算。在大步长情况下，在收敛域内最大载荷低于结构真实的极限承载力；对应的应力场是一个静力容许应力场；同时由于正交流动法则在平均意义下得到满足，收敛域内最大载荷接近结构真实的极限承载力。按此法所得结果接近真解且偏于安全。将整个计算模型装入三维非线性有限元程序TFINE中，对某拱坝进行了超载分析。     

裂纹尖端解析解与周边数值解联合求解应力强度因子

由于裂纹尖端位移和应力分布的复杂性,采用常规数值方法（如有限元法）的插值方式不易获得快速收敛的应力强度因子计算值。基于数值流形方法,提出将裂纹尖端Williams解析解与其周边高阶多项式级数的数值解联合应用以求解应力强度因子的新方法：在裂纹尖端所在网格的结点上采用Williams位移解析级数,并用结点自由度强制约束方式得到裂纹尖端区域的解析级数;在与之相邻的周边网格内将解析级数与多项式级数用形函数连接;给出应变矩阵和刚度矩阵的具体表达式及积分方式;利用数值流形方法的网格与材料边界分离的特性以及不连续覆盖技术,使裂纹可以在网格内穿过,给材料边界（包括裂纹边界）附近的网格划分带来很大的方便;通过典型算例验证了方法的有效性。考虑到Williams级数是对裂纹尖端位移场的最佳逼近,这种新方法相比扩展有限元等其他新方法而言将有更快的收敛性。     

层状饱和半空间轴对称Biot固结问题

本文针对饱和多孔介质空间轴对称Biot固结问题，引入状态变量，构造了一组状态变量方程。并利用Laplace-Hankel变换和矩阵理论，提出了单层饱和多孔介质空间轴对称Biot固结问题的传递矩阵。得出饱和半空间表面排水和表面不排水两种情况下场变量积分形式的解。由层间完全接触的条件，给出了N层饱和半空间轴对称Biot固结问题的一般解析表达式和数值算例。Laplace逆变换的计算采用Crump、Durbin、Stehfest和Schapery 4种方法。数值结果表明本文方法有较好的计算效率和较高的计算精度。     

小颗粒堆积多孔体传热特性实验研究

对平行平板间填充小颗粒后的换热实验结果进行了归纳和分析，发现板间距不变，平均Nu数不随颗粒直径单调变化，说明存在最佳填充层数，并对此进行了初步分析。实验表明，小颗粒填充可以得到较好的换热强化效果，而流动阻力却远小于微颗粒填充情况，因此有可能利用小颗粒填充方法在常规条件下强化平板间的换热。     

无限大转动圆盘引起的气固两相流的积分解法

本文在作者提出的级数解基础上,把转盘的气固两相流问题转化为初值问题的积分求解,得到了一系列注射较强时的数值结果,并根据积分方法计算了级数的收敛半径。当注射足够强时,稀薄气固两相流假设在流场中某一处不再适用,本文对此分析了单个粒子的运动情况,     

Response of an Unconfined Sloping Aquifer to Constant Recharge and Seepage from the Stream of Varying Water Level

This paper presents analytical solution of one-dimensional linearized Boussinesq equation characterizing unsteady groundwater flow in an unconfined aquifer, overlying an impervious downward sloping bed. At one end, the aquifer is in contact with a constant water level and at the other end; water level is rising exponentially from an adjoining stream. The aquifer also receives constant or cycle of time-varying vertical recharge. Analytical expressions for hydraulic head and flow rate in the aquifer are obtained by solving the seepage model using Laplace transform. The expressions derived here can explain sudden rise or very slow rise in the stream water related to sloping or horizontal beds and are represented under asymptotic case. Response of a short and long aquifer to the variation in bed slope, recharge rate and rise rate of the stream water is illustrated with the help of numerical examples. The sensitivity of the flow rate is also analyzed with respect to various parameters.     

接触问题有限元分析方法综述

从直接迭代法、接触约束法和数学规划法等方面综述接触问题有限元分析的基本方法 .直接迭代法是一种“试验误差”方法 ,概念清楚 ,实施方便 ,但计算工作量较大 ,而且不能保证迭代一定收敛 .接触约束法主要利用罚函数方法或Lagrange乘子法将接触问题转化为无约束问题求解 .数学规划法利用接触问题的互补条件、非穿透条件等 ,将其归结为二次规划 (线性互补 )问题求解 ,这是一种非迭代类解法 ,收敛平稳、迅速 ,计算工作量较小 .文末简单介绍接触问题研究的一些新趋势     

不完全井渗流近似计算及其应用

本文介绍一种近似计算的解题途径:将定厚土层中的平面渗流看成是轴对称渗流的特例,用等效椭球井代替不完全井,把半无限透水土层渗流看成是定厚土层渗流的特例,结合数值计算和电拟实验成果返推逼近,得出适用于小贯入度的任意井径的轴对称不完全井渗流近似计算表达式。此外,本文将长列不完全井依次分成等阻抗长列完全井和单个轴对称不完全井两部分分别计算,列出长列不完全井的近似计算表达式。针对三维渗流计算和试验中不完全井列的处理以及渗流参数反求等问题,推荐了几种处理方法。     

大理岩球砾循环加卸载接触力学特性试验研究

为研究岩石颗粒在循环加卸载条件下的接触力学性质,采用直径60 mm的大理岩球砾开展系列压缩破碎试验、准静态循环加卸载试验和动态循环加卸载试验。试验结果表明:在压缩荷载作用下大理岩球砾的弹性变形阶段较短,弹塑性变形阶段处于主导地位;随准静态循环加卸载次数增加,大理岩球砾的累计塑性变形、接触刚度-位移曲线斜率以及等效恢复系数都逐步增大,但增幅逐渐减小,最后趋近于稳定值;动态循环加卸载试验中球砾的累积塑性变形随循环次数演化曲线可以划分成初始阶段、等速阶段和加速(破坏)阶段,上限荷载越大、荷载幅值越大,大理岩球砾在初始阶段产生的塑性变形越大,累计塑性变形曲线进入等速阶段所需循环次数也越多;动荷载作用下的阻尼比随循环次数增加而逐渐减小,最后渐趋于稳定,上限荷载越大、荷载幅值越大,大理岩球砾循环加卸载初期的阻尼比越大,随循环加卸载次数增加,上限荷载和荷载幅值对阻尼比的影响逐渐减弱。研究成果可为分析堆石料、铁路道砟等岩石颗粒材料受力变形特征提供理论依据。     

某水库岸边溢洪道体型优化试验研究

结合某中低水头水库工程的岸边溢洪道,以水流流态衔接、减小消力池规模为控制指标,采用物理模型试验比较了采用"光滑溢洪道+底流消力池"与"前置掺气坎式阶梯溢洪道+底流消力池"两种消能方案的优劣,对不同布置方案在不同运行工况下的水流流态、入池流速与消能率等水力学指标进行详细对比分析。研究成果表明:采用前置掺气坎式阶梯溢洪道后,消力池长度能缩短57.1%,入池流速减小最大达51.18%,综合消能率大于84%。同时,前置掺气坎式阶梯溢洪道使阶梯泄槽内掺气更充分,继而可减小发生空蚀破坏的可能性。研究成果可为类似工程设计提供一定的参考。     

Extending EPANET hydraulic solver capacity with rigid water column global gradient algorithm

EPANET is one of the most commonly used open-source programs in hydraulic modelling water distribution networks (WDNs), based on steady-state and extended period simulation approaches. These approaches effectively estimate flow capacity and average pressures in networks; however, EPANET is not yet fully effective in modelling incompressible unsteady flows in WDNs. In this study, the hydraulic solver capacity of EPANET 3 is extended with the Rigid Water Column Global Gradient Algorithm (RWC-GGA) to model incompressible unsteady flow hydraulics in WDNs. Moreover, we incorporated dynamically more accurate valve expressions than the existing ones in the default EPANET code and introduced a new global convergence algorithm, Convergence Tracking Control Method (CTCM), in the solver code. The RWC-GGA, CTCM, and valve expressions are tested and validated in three different WDNs varying from simple to sophisticated set-ups. The results show that incompressible unsteady flows can be modelled with RWC-CGA and dynamic valve representations. Finally, the convergence problem due to the valve motion and the pressure-dependent algorithm (PDA) is solved by the implemented global convergence algorithm, i.e. CTCM.     

复杂异相射流计算收敛的一个办法

水下高速可压缩气体射流的两相流计算不易收敛,本文提出按水的密度设计一种理想气体,然后与燃气一起按两相气体混合流进行计算取得成功。这一办法对一相基本静止的情况时实用的。     

接触滑移对不同埋设方式蜗壳结构应力的影响分析

水电站厂房蜗壳结构中，蜗壳与外围混凝土之间的接触滑移客观存在。为研究接触滑移对蜗壳结构应力的影响，本文采用三维面面接触单元对不同埋设方式蜗壳结构进行了三维有限元计算。计算结果表明，考虑接触滑移后与共节点模型相比，垫层蜗壳外围混凝土孔周应力平均值可降低约30%以上，而钢蜗壳应力增加约27%；当摩擦系数由0.25增大到1.0时，蜗壳外围混凝土孔周应力平均值也增大30%左右；而考虑接触滑移与否对直埋蜗壳结构应力影响很小，差值不超过3%。因此在利用有限元求解蜗壳结构应力时，垫层蜗壳考虑接触作用将使计算结果更加合理，而对于直埋蜗壳和充水保压蜗壳，不考虑接触作用对结构应力的影响很小，共节点模型仍然可以在实际工程中采用。