潘家铮全集第六卷水工结构分析文集_潘家铮著_9787512384583

　　《潘家铮全集》是我国著名水工结构和水电建设专家、两院院士潘家铮先生的作品总集，包括科技著作、科技论文、科幻小说、科普文章、散文、讲话、诗歌、书信等各类作品，共计 18卷，约 1200万字，是潘家铮先生一生的智慧结晶。
　　他的科技著作和科技论文，科学严谨、求实创新、充满智慧，反映了我国水利水电行业不断进步的科技水平，具有重要的科学价值；他的文学著作，感情丰沛、语言生动、风趣幽默。他的科幻故事，构思巧妙、想象奇特、启人遐思；他的杂文和散文，思辨清晰、立意深邃、切中要害，具有重要的思想价值。这些作品对研究我国水利水电行业技术进步历程，弘扬尊重科学、锐意创新、实事求是、勇于担责的精神，都具有十分重要的意义。
　　《潘家铮全集》是国家“十二五”重点图书出版项目，国家出版基金资助项目。
　　《潘家铮全集第六卷水工结构分析文集》，主要选编了潘家铮院士撰写的14 篇水工结构分析方面的技术论文和资料。其中有关混凝土坝设计的有3篇，土石坝和固结计算的有3 篇，地基及岩石试验的有3 篇，闸门和钢管等金属结构的有2 篇，其他结构的有3 篇。在这些论文和资料中，有的讨论了一些比较复杂的问题，提出了解决的原则或方法；有的推导、整理并提供了实用的公式、资料和函数，或对设计理论及方法作了回顾和评述。其中多数资料曾在有关的设计部门交流和应用过，对水工结构的设计工作有一定参考意义。

　　本卷前言
　　本卷内容来自潘家铮院士所著《水工结构分析文集》一书，该书于1981年由电力工业出版社出版，选编了潘家铮院士撰写的14篇水工结构分析方面的技术论文和资料。这14篇文章论述了潘家铮院士对重力坝、土石坝、拱坝、水电站厂房、水工金属结构等工程设计中遇到的一些重要的、复杂的14项关键技术难题进行全面和深入探讨后所取得的研究成果。
　　在这14篇文章中，潘家铮院士从最基本的技术原理和最简单的力学概念出发，用普通但极具逻辑的语言，用易懂又专业的表达方式，深入浅出地给出了问题提出的缘由、问题解答的过程和问题解决的结论。有的文章提出了解决问题的原则或方法，便于读者明晰解决问题的基本手法；有的文章采用了解析方法推导、整理并提供了实用的公式、资料、表格和函数，便于读者解决具体问题时应用；有的文章给出了解析解和有限元解的界限，并进行了有限元计算公式推导，便于读者对无法采用解析解解决的问题利用电子计算机编程进行计算分析；有的文章对设计理论、试验研究及计算方法作了回顾和评述，便于读者
　　了解相关领域技术发展的来由、发展过程和发展方向。
　　本卷收录的14篇文章中，有关混凝土坝设计的有3篇，土石坝和固结计算的有3篇，地基及岩石试验的有3篇，闸门和钢管等金属结构的有2篇，其他结构的有3篇。本卷研究成果内容有的已经编入了规程规范，有的编入了设计手册，有的编入了教科书，已经被水利水电水工结构领域广泛应用和认同，集突破性、创新性、实用性、启发性和资料性于一体。在计算机普及的现代，对从事水利水电工程设计或科研工作的同志仍然具有很高的使用和参考价值。
　　第1篇“重力坝抗滑稳定的合理分析”，重点针对重力坝坝基破坏面上物理力学性能很不均匀，无法用传统整体极限平衡分析求得正确抗滑稳定安全系数的问题，提出了相对合理的解析解法。该解法可作为逐渐向考虑破坏面上每一点处的应力、变形以及屈服条件，研究其逐步破坏的机理，最终确定其安全程度的有限元分析方法过渡。
　　第2篇“重力坝岸坡坝段的稳定分析”，重点针对重力坝岸坡坝段在较为陡峻岸坡上容许设置平台（或利用较低坝段的混凝土面为平台）的情况，证明只要平台尺寸选取得当，坝段的安全系数并不会比水平地基情况降低太多。由于设置平台的岸坡坝段的稳定性计算无简单公式可借鉴，本篇文章专门推导了一种新的分析方法。
　　第3篇“论试载法”，重点对试载法进行了概括性的评述，并提出只要在基本方程体系中根据拱坝几何形状和坝壳厚度把握好可以近似简化的程度，试载法可适用于任何拱坝计算分析；就提高习用的径向、切向、水平扭转三向调整中的计算精度，提出了需考虑常忽略的一些次要变位、合理处置有关边界条件等要求。
　　第4篇“黏土层的固结计算”，基于太沙基固结理论，对饱和土体情况一维固结计算问题、轴对称固结计算问题进行解析推导，提出了计算公式和相应表格；对于相对复杂的问题以及二维、三维问题，指出需要采用有限元解法来解决，并对平面问题、三角形单元、固定时段内变量均匀变化的情况进行了有限元公式推导。
　　第5篇“土石坝应力分析和变形分析的发展”，重点阐述了砂砾料和黏土料的力学特性，给出了相应非线性和弹塑性有限元计算分析公式，推导了考虑固结及徐变情况的计算公式，并对当时大量土石坝工程有关有限元分析成果实例进行了深入分析和探讨。本篇文章是代表当时土石坝分析研究水平的回顾和研究成果。
　　第6篇“黏土心墙沉陷斜率的控制”，主要针对当时土石坝黏土心墙在填筑或运行过程中产生的沉陷及沉陷斜率的计算和控制尚无成熟和合理的规定，缺乏实际原型观测统计资料的情况，提出更为合理地判别黏土心墙是否会产生横向裂缝的指标是沉陷曲率，并在独立分条沉陷计算的基础上，提出了可考虑分层填筑和徐变影响的沉陷曲线校正计算原理、计算方法，推导了基本微分方程，给出了具体计算实例。
　　第7篇“夹层地基的分析”，针对天然地基中存在软弱薄夹层的情况，按照理想的横观各向同性体假设，推导了两种弹性矩阵计算公式。提出采用有限单元法计算夹层地基上建筑物（包括地基本身）的应力和变形时，除采用修正的弹性矩阵来代替均匀材料的弹性矩阵以外，还必须判别夹层地基的屈服与破坏，并给出了夹层地基应力转移相应的计算原理和有限元表达式。
　　第8篇“有限单元法分析中的岩基问题”，从最简单的均质线弹性体开始，逐步讨论了各向异性性质、构造带问题、基岩的拉裂和剪切破坏、塑性变形及徐变性能等有限单元法分析中的岩基问题，并给出了具体计算的原理、计算方法、计算公式和迭代计算流程。由于计算的复杂性，提出了对于具体工程问题需要选定主要影响因素，有针对性地选择相应的计算方法来解决。
　　第9篇“弹性理论在岩基试验中的应用”，在进一步丰富经典弹性理论解答的基础上，将岩体视为半空间各向同性弹性体，采用刚性板或柔性板作为岩基试验的承压板（块），并忽略一些次要影响，以此整理分析岩基试验成果。对计算公式进行了归一化处理，对试验中次生应力、试块刚度、试验场几何边界条件、基岩的各向异性等问题对试验成果的影响进行了逐一分析和研究，并就隧洞变形试验中如何取得正确试验成果进行了讨论。
　　第10篇“水电站厂房圈梁—立柱式机墩结构设计”，针对近似假定圈梁和立柱为独立结构的简化计算不能满足设计精度要求的问题，提出了考虑圈梁和立柱相互约束作用的整体分析法能符合实际情况，适当选择圈梁、立柱尺寸，常可满足静力及动力要求。另外，还提供了利用傅里叶级数计算圈梁的方法，以及利用形变常数和连续条件分析整体结构作用的步骤。
　　第11篇“承受集中荷载的边墙分析”，对无限长边墙承受集中力或集中力矩作用效应进行了分析，推导了相应的计算公式，并对边墙等效宽度进行了研究，其结论可灵活应用在水工结构中常遇到的在一片墙上设置若干根柱子的情况。
　　第12篇“定轮闸门的轨道应力计算和设计”，根据《水利水电工程钢闸门设计规范》（SDJ13—1978）中指出的“当轮压较大时应对滚轮、轨道的材料及其硬度和制造工艺进行专门研究”的有关要求，阐述了滚轮及轨道的各种形式、材料的强度理论和设计要求；根据弹性力学公式，整理和推导了平面问题及空间接触问题的一系列实用的计算公式，并详细讨论了有关材料性能和设计选择要求。
　　第13篇“关于压力钢管的岔管计算”，针对在岔管应力试验和研究中发现实测应力与计算应力相差较大的实际情况，提出了一种精度较好的岔管应力分析解法。该解法先求固定状态应力，即当岔管加固梁不能变形时，管壳在内水压力及其他边界力作用下产生的应力；再求变位校正应力，即将加固梁放松，计算加固梁所产生的变位和应力。根据固定状态应力和变位校正应力来计算岔管管壳和加固梁中的应力。
　　第14篇“文克尔地基梁的计算资料”，针对初参数法计算地基梁内力变形时存在计算公式繁复，仅适用于短梁，并可能导致计算结果误差较大或计算错误的问题，推荐了一套易记的符号规定；推导、整理和补充了适用于一般文克尔地基梁的内力变形计算的有关公式表和函数表，给出了一系列实例以利于使用参考。
　　借此次编辑出版《潘家铮全集》之机，本人仔细阅读了本卷14篇文章，再次深深体会到了潘家铮院士所具有的敏锐的问题意识、钻研技术的客观态度和解决实际问题的能力。本卷中的每一篇文章都是针对实际工作中发现问题后通过付诸大量的论证研究工作才写成的，都是当时水利水电工程界技术争议的焦点或需要解决的尖端技术问题。这些文章既解决了当时的生产之急，又解决了技术规范性问题和技术前瞻性的问题，有很强的时代感和技术引领作用。因此，本卷不仅是潘家铮院士发表的一些重要的技术文章，更是解决实际水利水电工程问题的答案所在，是专业发展的方向所在。通读这些文章，在学习技术要领的同时，可以阅读到潘家铮院士发现问题、解决难题的务实、求精、严谨、科学的工作作风，可以阅读到潘家铮院士把自己置身于经济社会发展的现实中去、投身于水利水电工程生产一线的奉献精神，可以阅读到潘家铮院士乐于解疑释惑、成就于工程实践过程的辉煌历程。
　　在本卷的编辑过程中，根据“存真”的原则，对原著的整体内容基本未做改动，重点对发现的原著中的公式和数据错误及不妥之处进行了修正，并对14篇文章的体例格式进行了统一。至于本卷中有关物理量表达、计量单位等都尽量保持了原貌，未完全按照现有的出版编辑规范进行修改，如文章中有的物理量表达采用了物理量前加上、下标的标注方式，也有的采用了以文字为下标的标注方式；本卷中诸如力、重量，载荷、应力，弹性模量、抗拉强度，弯矩、扭矩等物理量的计量单位，均采用质量单位表示力的单位，由于文章中较多篇幅涉及复杂的公式、公式推导过程，以及表格图线等，都无法改动也不宜改动，因此均未做修改。
　　限于时间和本人水平，本卷仍会存在疏漏与不妥之处，敬请批评指正。沈凤生
　　2016年1月12日

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