竖向荷载作用下承插式球墨铸铁供水管道接口破损试验与数值模拟研究∗

管道接口是影响市政供水管网日常运行安全的关键薄弱环节。然而,目前的研究大多集中于地震荷载和轴向荷载作用下管道接口的力学性能,对于竖向荷载作用下承插式球墨铸铁供水管道接口的弯曲力学性能研究较少,造成这一类型的管道接口无法进行全面的综合评价。鉴于此,以承插式球墨铸铁供水管道接口为主要研究对象,开展了竖向荷载作用下的破损试验和数值模拟。研究结果表明：(1)接口橡胶密封圈接触失效是管道出现渗漏的主要原因;(2)管道接口的相对转角与竖向荷载整体呈正相关关系;(3)管道发生漏水时的相对转角为 12°左右。 因此,为避免管道接口在接触滑移、旋转、拉拔等不同受力情景下的失效,建议对供水管道的接口构造,尤其是橡胶密封圈进行精细化设计,以提高管道接口的最大允许转角,同时发挥橡胶密封圈良好的压缩和变形能力。     

复杂应力条件下地基岩石细观破坏研究

为了研究复杂应力条件下的深基坑岩石细观破坏问题,本构方程采用由应变空间导出的弹塑性损伤细观力学模型,借助有限元计算方法,实现了岩石三维破裂过程的数值模拟。采用细观破坏单元网格消去法,实现了有限元模拟裂纹扩展过程;利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过程;数值模拟灰岩单轴拉伸及压缩破坏试验、双轴拉伸破坏试验和三轴受压破坏试验,得到其非线性应力—应变曲线和不同载荷阶段弹塑性损伤破裂演化系列图像;分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。研究表明,在复杂应力条件下,随着围压增大,峰值抗压强度明显提高,塑性变形明显增大。本文研究对深基坑施工过程中预防工程事故的发生具有借鉴意义。     

冷-热循环下能量桩热-力学特性的数值模拟

能量桩与地基土的热交换取决于建筑物的年能源需求,故能量桩每年受到冷-热循环作用。采用多场耦合有限元数值模拟方法,研究在力学荷载和随时间按正弦函数变化的温度荷载共同作用下悬浮能量桩的热-力学特性。结果表明,随着能量桩冷-热周期性的循环,温度荷载引起的桩身附加轴向应力、桩头附加竖向位移和桩侧附加剪应力也随时间周期性变化,且相位与温度荷载曲线的相位相同。桩升温最大时桩身轴向压应力达到最大值,桩降温最大时桩头沉降达到最大值。地基土的温度改变量随时间周期性地变化,其幅值在桩的中部深度附近最大,在桩二端深度附近较小。地基土温度的变化滞后于温度荷载。离桩越远,地基土的温度达到其最大值的时间越滞后。     

裸露地表近地层土壤风蚀运移过程的模拟研究

土壤风蚀是造成土壤肥力下降和沙尘天气的重要原因。通过建立大气边界层对流扩散运动方程、裸露地表起尘模式和土壤颗粒的扩散方程等,采用大涡模拟方法对表层土壤侵蚀的迁移特征进行了数值模拟研究。计算结果表明:小粒径运动土壤颗粒受流场的影响比大粒径沙尘明显;随着土壤颗粒组粒径的增大,土壤输移量也增大,且逐渐趋于底层输移,小粒径土壤颗粒的输移量很小,主要偏重于高处,中等粒度颗粒输移量随高度缓慢减小;在较高处,小粒径土壤颗粒数目所占的百分比却较大,随着高度的降低,中等粒径土壤颗粒数目所占的百分比逐渐增大,而贴近床面处,大粒径土壤颗粒数目百分比较大。     

软土地区地表结构对盾构隧道地震响应影响的风险分析

本文基于ABAQUS有限元软件建立了软土地区地表结构-土-隧道相互作用的非线性有限元模型,地表结构采用置于刚性筏板基础的单自由度体系模拟。考虑地表结构的有无,不同的土体模型及地震荷载,通过水平地震作用下的动力时程反应分析,研究了地表结构对盾构隧道周围土体以及衬砌地震响应的影响。研究表明,地表结构的存在会增大隧道周围土体地震响应,从而引起隧道结构变形以及动态内力的显著增加,同时发现采用弹塑性分析下的隧道地震响应大于采用黏弹性分析。因此,地表结构作用是影响盾构隧道响应的重要因素,综合分析地表结构-土-隧道作用下的结构动态响应有助于更合理的预测地震荷载下盾构隧道结构安全风险。     

逆断层作用下埋地管线对周围土体的影响区域分析

在穿越断层埋地管线原位足尺试验的基础上,借助于有限元分析软件ABAQUS建立三维有限元模型,并将有限元分析结果和试验分析结果进行对比以确定建立模型的正确性。利用有限元模型对试验工况进行补充分析,通过对逆断层作用下管道和周围土体的反应模拟结果确定地震中管道变形对周围土体的影响区域。分析对影响区域可能造成影响的各个参数,从管径、管道埋深、断层面倾角、位错量、土体刚度5个方面研究了其变化对影响区域可能造成的影响。     

悬浮能量桩热-力学基本特性的数值模拟

采用多场耦合有限元数值分析方法,研究砂土地基中悬浮能量桩的热-力学特性。结果表明,桩的升温引起附加轴向压应力、上部桩身负摩阻力和桩头隆起。桩的降温引起附加轴向拉应力、上部桩身正摩阻力和桩头沉降。对于给定的温度荷载,能量桩的热-力学响应主要取决于桩头力学荷载的数值,温度荷载引起的桩身附加轴向应力随力学荷载数值的增加而增大,力学荷载超过某一临界值之后保持不变。地基土的温度变化在径向很快衰减,影响范围约为20倍的桩径。能量桩的热-力学特性受桩头约束条件的影响很大。桩头约束越强,温度荷载引起桩身轴向应力数值越大。     

冻融作用下非饱和土热水力耦合数值模拟

基于多孔介质力学建立非饱和土在冻结过程中的耦合方程并进行单向冻融过程的数值求解及模拟分析。把非饱和冻土当作固体土颗粒、未冻水、冰晶及孔隙气组成的多孔多相介质,在小变形假定下建立了考虑冰?水、水?水汽相变的非饱和冻土的质量守恒、动量守恒方程,以及能量方程、耗散不等式、热平衡方程。结合冻融过程中的渗透特性以及应力应变关系,对单向冻融条件下的非饱和土柱封闭系统进行了数值求解,计算结果表明冷端冻结温度的数值对非饱和土柱的顶部位移影响较大,而对温度场的分布规律以及冻结区的含水率分布影响较小。研究结果可为寒区非饱和土工程的设计和施工提供指导。     

城市供水管网健康监测与诊断:Ⅲ.既有局部漏损识别方法之二

城市供水管网是城市最重要的生命线工程,相对于地上结构,地下供水管网具有更高的易损性。由于供水管网多埋于地下,管道的早期破坏难以及时发现。本文提出了既有供水管网局部漏损识别的第2个方法:假设在管网的不同位置存在不同程度的局部漏损,计算监测管段的流量,以监测管段流量的计算值和监测值之间的误差最小为目标来识别出局部漏损的位置和程度。通过算例分析对本文方法的有效性进行了验证,并与既有供水管网局部漏损识别的第1个方法进行了比较。结果表明,本文方法在准确率和分辨率两个方面均优于第1个方法。本文解决了供水管网健康监测和诊断中的一个基本问题。     

市政埋地供水管道抗寒潮可靠度分析

为研究市政埋地供水管道抗寒潮可靠度,建立管道在气温变化影响下的结构功能函数,运用改进一次二阶矩方法计算可靠度随气温变化的情况,并以常州市某钢质供水管道为例,对影响管道可靠度的参数进行敏感性分析,最后用蒙特卡洛法进行验证。研究表明,寒潮期气温不同,供水管道的可靠度也不同,开展市政埋地供水管道设计时,考虑寒潮的影响是十分必要的;当寒潮期气温达到零下情况下,抗寒潮可靠度分析应该考虑管道的冰冻应力。管道正常工作压力下影响管道可靠度因素的顺序为屈服强度、管径、工作压力、壁厚等。     

考虑岩体各向异性强度的隧洞围岩稳定性分析

岩体中普遍存在着大量的节理裂隙等不连续面,这些不连续面对岩体的强度有着重要的影响。以具有较密集成组节理的岩体为研究对象,以Drucker-Prager准则和裂隙应力张开准则为基础,分别考虑岩块和节理面各自的物理力学性质,研究岩体在各向异性强度准则下的理论方法,并建立了岩体各向异性本构模型,用以描述节理岩体在强度方面的各向异性及其破坏特征。将该模型用于隧洞围岩稳定性分析工程中,研究表明,该模型可以较好地解释节理岩体围岩的破坏特征,与工程实践相符。研究成果对我国地下石油、核废料储存以及深埋地下工程的设计与施工具有重要的指导意义。     

调整已有地震动拟和规范反应谱人造地震动方法比较

利用已有的地震记录调整得到拟和规范反应谱的人造地震动的方法越来越得到广泛的认可和应用。常用的方法包括比较粗略的比例调整法、比较精确的调整傅里叶幅值谱法、基于小波变换的调整方法和时域内叠加小波函数的方法等。本文详细介绍了各种谱拟和方法的原理以及实现过程中的难点;通过算例分析,对各种方法的优缺点进行了探讨。结果表明:当已有地震动反应谱与规范反应谱相差较大时,可先采用比例调整法粗调,然后再采用其他三种比较精确的方法继续进行调整;后三种方法都能快速地由实际地震动时程纪录得到拟和规范反应谱的人造地震动时程,并一定程度上保留原始时程的非平稳特征;相比之下,时域内叠加小波函数的方法精度最高,调整完后不用进行基线调整,是一种值得推荐的方法。     

模糊信息优化处理方法在陕西泾阳南塬塬边斜坡稳定性区划中的应用

结合野外调查,应用模糊信息优化处理方法对泾阳南塬塬边斜坡各评价单元进行了评价,最后根据评价结果将塬边斜坡进行了稳定性区划.     

蓄滞洪区洪水资源利用的风险效益分析

利用蓄滞洪区的现有洼淀拦蓄洪水,实现其洪水资源化是合理开发和有效利用水资源的重要途径。以天津市大黄堡洼蓄滞洪区为例,建立了蓄滞洪区洪灾风险的评价指标体系,提出了相对风险度的概念及其计算方法,并分析计算了大黄堡洼7种洪水资源利用情景下的综合风险度、相对风险度、损失、经济效益和生态效益。结果表明:与综合风险度相比,相对风险度更为直观形象,便于决策者判断,据其能更及时地做出应对策略,了解损失、效益值受蓄水量和淹没范围的共同影响。最后综合分析风险、损失、效益计算结果,优选出合理的洪水资源利用情景,并分析了其合理性。     

西安市白鹿塬滑坡特征及成因分析

白鹿塬位于西安市东南部,白鹿塬滑坡给当地居民的生活造成了很大的困难,也制约着当地经济的可持续发展。白鹿塬滑坡在空间分布上主要集中在以下3个区域:白鹿塬的灞河一侧,河的古刘村一带,鲸鱼沟边。其中,灞河一侧几乎全为滑坡发生区,成群分布。在对西安市白鹿塬滑坡所处地质环境条件调查的基础上,运用地质与遥感方法总结了白鹿塬滑坡特征,认为白鹿塬边较大的地形差异、地层的二元结构、河流的侧蚀作用及人为的削脚是白鹿塬滑坡形成的主要原因。遥感影像图上,滑坡区塬缘处呈现弧形陡坎状,滑坡区坡体较碎,坡体上冲沟发育,有双沟交汇现象;非滑坡区较平整,与塬面浑然一体。表明遥感影像在反映滑坡体方面很有效。     

《Journal of Mountain Science》创刊

英文学术季刊《JournalofMountainScience》(简称JMS ,中文译名《山地科学学报》)于2 0 0 4年4月开始和读者见面了。JMS由中国科学院主管,中国科学院·水利部成都山地灾害与环境研究所主办,科学出版社出版。山地是地球生命支持系统的重要组成部分。山地为人类提供了70 %的淡水资源、丰富多样的生物资源和矿产资源、广袤的空间资源和优美的景观资源。全世界约有5 0 %的人口依赖山地资源而生存。同时,山地又是地球各圈层交互作用最为复杂、地球表生过程最为活跃、全球变化影响最为强烈、人类活动与环境相互作用层次最多的地区,具有生物多…     

强震仪观测资料在杨浦大桥养护监测中的运用

上海杨浦大桥是当时世界同类型桥梁中最长的斜拉索桥,为了掌握大桥的运行情况,确保运行安全,每年用在该桥上的养护管理费用相当可观,且程序繁琐。如何找到既简单实用,又节约费用,就能起到一定的养护监测作用的方法?是本文探讨的问题。本文运用强震观测资料,采用自回归移动平均ARMA模型,得到大桥的随机振动中某些振型的频率及阻尼比,在地震、台风过后或经一长段时间车辆运行之后,看其相应振型频率和阻尼比的变化,以达到维护监测的目的。从所得的结果看,此法具有较好的可操作性,可用于大桥主塔等的养护。     

减灾事业的发展和综合减灾

中国减灾事业的发展史可分3个阶段:第一阶段是新中国成立以前的几千年,减灾活动以赈灾为主,帝王“祭天求恕”,“防灾吏制”,安抚于民。清末民初1800至1949年间计发生巨灾25起,死亡4993万余人,总灾亡则近亿,年均灾亡60万人以上,这段惨痛的灾况记下了十分难得的灾情史,泣血于残野。新中国成立后,在“为人民服务”的思想指导下,为减轻灾害损失,逐步建立了气象、水利、农林、地震、海洋、地质等专业的灾害科技与减灾工程,政府并组织社会兼事抗灾、救灾、应急减灾,国家减灾实力快速增长,已取得突出减灾实效,这个阶段比第一阶段灾亡人数下降了90%以上,但年均灾亡人口仍有1.2万人左右。该阶段的工作特点是以单灾种纵向体系为主,不同灾类的监测、预报水平尚高低不一,这与成灾机理的难易程度和工作条件的强弱有关。21世纪初,随全球增温之势锐升,多类极端灾变遍及各洲,促使许多国家发动全社会人众共同探求“综合减灾”之路;我国政府已迅即开展全社会应急减灾行动,开启了“综合减灾”之先声,这是减灾事业步入第三阶段的先导。综合减灾应该是全社会相关部门和民众的统一行动。目前尚有3个问题需要弄清楚,一是多种自然灾害之间成灾机理相关性的研究,其对象是灾害群与灾害链;二是全社会减灾要素综合运作预案的优选;三是如何核算减灾投入与社会可持续发展之正、负效应关系。     

一起换流变压器有载分接开关故障分析及处理

有载分接开关是换流变压器的重要部件。针对某±800 kV特高压换流站发生的换流变压器有载分接开关故障,通过设备检查和试验分析,得出此次事故发生的主要原因是有载分接开关的机械操作机构故障,并提出了相应的改进建议。