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弹性层界面刚度传递法

计算力学学报 2024年

作者：王超刘天云清华大学水利水电工程系

针对弹性层状结构问题，本文提出一种界面刚度传递求解新方法。基于弹性层的Love通解，引入状态向量间刚度矩阵，得到弹性层界面刚度传递矩阵方程，即一种Riccati矩阵方程，以及半无限弹性层解析的界面刚度矩阵。界面刚度传递矩阵法通... 详细信息

针对弹性层状结构问题，本文提出一种界面刚度传递求解新方法。基于弹性层的Love通解，引入状态向量间刚度矩阵，得到弹性层界面刚度传递矩阵方程，即一种Riccati矩阵方程，以及半无限弹性层解析的界面刚度矩阵。界面刚度传递矩阵法通过分解传递矩阵将半无限底层界面刚度自下而上传递至顶层，再根据顶层表面边界条件建立与求解边界面对称刚度平衡方程。本文方法保留了经典传递矩阵方法的优点，自然克服了指数增长计算问题，特别还为最优控制问题的Riccati方程提供了一种新解法。数值算例验证了界面刚度传递法。

关键词：弹性层状体系对偶状态向量界面刚度传递法边界平衡方程 Riccati矩阵方程

锦屏一级水电站近坝边坡深部裂缝成因及对边坡长期变形的影响

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清华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：韦成耀庄文宇王涛高辰锋刘耀儒杨强清华大学水利水电工程系

近坝边坡的稳定性对大坝和水电站运行安全至关重要,锦屏一级水电站投入运行近10年,左岸近坝边坡部分区域变形仍未收敛,其变形机理尚未完全明确。锦屏左岸的深部裂缝对水电站设计期拱坝轴线选择影响较大,而研究深部裂缝成因及对边坡变形... 详细信息

近坝边坡的稳定性对大坝和水电站运行安全至关重要,锦屏一级水电站投入运行近10年,左岸近坝边坡部分区域变形仍未收敛,其变形机理尚未完全明确。锦屏左岸的深部裂缝对水电站设计期拱坝轴线选择影响较大,而研究深部裂缝成因及对边坡变形的影响对边坡和拱坝安全具有重要意义。该文通过数值模拟分析锦屏河谷演化过程中地应力的变化特征,研究深部裂缝形成的影响因素和力学机制。研究结果表明:深部裂缝的形成与河谷下切、左岸边坡复杂地质条件、构造应力密切相关。受上述因素影响,高高程岩体向深部卸荷,在河谷下切后期发生应变能快速释放现象,造成深部岩体发生卸荷破坏形成深部裂缝;低高程岩体虽仅在表层发生卸荷破坏,但随深度增加,主压应力σ1与主拉应力σ3比值减小,且主压应力σ1保持较高量值,使深部岩体发生压剪破坏形成深部裂缝。该文通过分析边坡变形监测资料和河谷演化蠕变计算,研究了深部裂缝与边坡运行期持续变形之间的关系。分析监测资料表明:煌斑岩脉和断层等软弱带是产生边坡运行期变形的主要因素,深部裂缝和构造应力对边坡变形的影响较小。

关键词：锦屏一级岩质边坡深部裂缝河谷演化蠕变

北京市主城区高分辨率的城市水碳通量模拟研究

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水利学报 2024年第5期55卷 516-527页

作者：邵薇薇邵蕊倪广恒王义成杨志勇刘家宏中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038 清华大学水利水电工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

城市化通过影响地表蒸散发(ET)过程改变了区域水热平衡等水文和生态过程,进而改变了陆地生态系统的结构与功能。为科学评估城市水碳过程,基于哨兵二号卫星数据的植被信息,估算了2016—2021年逐月北京市主城区10 m×10 m空间分辨率的植... 详细信息

城市化通过影响地表蒸散发(ET)过程改变了区域水热平衡等水文和生态过程,进而改变了陆地生态系统的结构与功能。为科学评估城市水碳过程,基于哨兵二号卫星数据的植被信息,估算了2016—2021年逐月北京市主城区10 m×10 m空间分辨率的植被指数,进一步结合PT-JPLim四源蒸散发模型、InVEST模型以及解析型生态系统水分利用效率(WUE)模型,模拟了2016—2021年北京市主城区10 m×10 m空间分辨率的蒸散发、蒸散发分量(植被蒸腾E t、土壤蒸发E b、截留蒸发E i和不透水面蒸发E u)、总初级生产力(GPP)、碳储量以及WUE的月值,并分析了其相关关系。植被指数较大值集中在西部山区,其次为北京市的公园区域,归一化植被指数NDVI最大值为0.65。主城区多年平均蒸散发量为497 mm,ET随着叶面积植被指数LAI和增强植被指数EVI的增加而增加。2016—2021年期间,NDVI、LAI和EVI分别以每年0.0048、0.016 m^(2)·m-2和0.0047的速度增加。区域平均E t为141.51 mm,E i为50.77 mm,E b为272 mm,不透水面上的E u ET为18.2%。碳储量较高的区域主要分布在西部山区,该区域海拔相对较高,植被覆盖率较高,总碳储量密度高值超过5 t hm^(2)。研究区GPP的平均值为2.7 g·m^(-2)·d^(-1),多年平均WUE为0.63 g·mm^(-1)。WUE和E t ET呈显著负相关(R=-0.44,p<0.001),WUE随GPP的增加呈现显著的上升趋势。精细化的城市水碳模拟能够为海绵城市的建设和评估提供理论基础,对“双碳”目标的实现具有重要意义。

关键词：城市化生态系统蒸散发北京市水分利用效率

马尼拉俯冲带最大可能地震对南海诸岛的海啸灾害评估

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第4期64卷 612-618页

作者：赵广生牛小静清华大学水圈科学与水利水电工程全国重点实验室北京100084 清华大学水利部水圈科学重点实验室北京100084 清华大学水利水电工程系北京100084

马尼拉俯冲带是南海可能发生大型地震海啸的地质构造带,一旦发生大地震海啸将对南海沿岸和岛礁地区造成严重灾害。该文通过分析马尼拉俯冲带最大地震震级并模拟诱发海啸过程,评估在最大震级地震发生时南海岛礁面临的海啸危险性。研究综... 详细信息

马尼拉俯冲带是南海可能发生大型地震海啸的地质构造带,一旦发生大地震海啸将对南海沿岸和岛礁地区造成严重灾害。该文通过分析马尼拉俯冲带最大地震震级并模拟诱发海啸过程,评估在最大震级地震发生时南海岛礁面临的海啸危险性。研究综合考虑地震震中、震源深度和断层滑动非均匀性等因素对海啸的影响,模拟了最大震级条件下70万个可能的海啸情景。其中,基于GPS大地测量数据的俯冲带闭锁反演和历史地震数据,选取评估结果500年一遇地震震级8.9级作为最大可能地震。研究给出了南海主要岛礁在发生8.9级地震时的岸外海啸波高,结果表明:即使在同一震级下,海啸波高也有很大的随机性,东沙岛的海啸波高可从1.8 m增加到6.2 m。断层非均匀性对海啸波高影响显著,忽略断层非均匀滑动分布的传统模型会低估海啸波高约20%~50%。从空间分布来看,西沙宣德群岛的南沙洲、南岛和北岛,以及东沙群岛的海啸危险性最大,海啸波高超过4 m。

关键词：马尼拉俯冲带 TDEFNODE 断层闭锁南海诸岛海啸灾害评估

数字流域模型淤地坝模块改进及减水减沙效益评估

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应用基础与工程科学学报 2024年第2期32卷 301-313页

作者：张玍傅旭东孙凯王晨沣清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

淤地坝具有重要的水土保持作用,但其减水减沙效益的科学评估仍存在困难.一方面,淤地坝减水减沙的物理机制仍难以刻画;另一方面,观测资料有限且难以获取.以概化淤地坝卧管及溢洪道等部分的泄流机制及整体水沙调控机制为基础,改进和检验... 详细信息

淤地坝具有重要的水土保持作用,但其减水减沙效益的科学评估仍存在困难.一方面,淤地坝减水减沙的物理机制仍难以刻画;另一方面,观测资料有限且难以获取.以概化淤地坝卧管及溢洪道等部分的泄流机制及整体水沙调控机制为基础,改进和检验了数字流域模型的淤地坝模块,应用改进后的模型模拟皇甫川流域水沙过程并评估淤地坝减水减沙效益.研究结果表明:不考虑淤地坝的情况下,模型对淤地坝数量较少的近似自然状态期(1979~1986年)适用性较好,而对淤地坝数量较多的受扰状态期(2007~2012年)适用性较差,水沙模拟值明显高于实测值.考虑淤地坝的物理机制后,与原模型相比,除个别年份外,改进后的模型对受扰状态期水沙过程的模拟精度具有明显的提高,其逐日流量NSE(Nash-Sutcliffe效率系数)从-51.085~0.450提高到0.134~0.802,逐日输沙率NSE从-56.740~0.390提高到0.066~0.857.使用改进后的模型计算得受扰状态期淤地坝平均拦水量为0.142×10^(8)m^(3),减水效益为40.9%;平均拦沙量为0.050×10^(8)t,减沙效益为50.3%.研究成果可为认识淤地坝调控水沙物理机制提供模型支撑和为淤地坝建设规划提供科学指导.

关键词：淤地坝减水减沙减水减沙效益水土保持数字流域模型分布式水沙模型皇甫川

不同主应力方向下各向异性砂土力学响应的本构模型模拟

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岩土工程学报 2024年第3期46卷 670-677页

作者：余嘉轲王睿张建民清华大学水利水电工程系北京100084

地下水位上升可能引发饱和松散土体边坡有效球应力降低从而诱发稳定性问题。等剪应力排水路径能够模拟饱和砂土边坡内土体单元在潜水面上升时的应力条件,但目前各向异性对于这种应力路径下土的响应的影响仍不明确。采用一个各向异性砂... 详细信息

地下水位上升可能引发饱和松散土体边坡有效球应力降低从而诱发稳定性问题。等剪应力排水路径能够模拟饱和砂土边坡内土体单元在潜水面上升时的应力条件,但目前各向异性对于这种应力路径下土的响应的影响仍不明确。采用一个各向异性砂土弹塑性本构模型对不同主应力方向下的定轴等剪应力排水试验进行模拟,分析各向异性影响规律。该本构模型考虑了组构各向异性的演化及其对塑性模量和剪胀的影响,能够反映不同主应力方向对土体力学响应的影响。模拟结果表明,该模型能够较好地模拟不同主应力方向下饱和砂土在定轴不排水剪切和定轴等剪应力不排水条件下的响应。对于定轴等剪应力不排水应力路径,非稳定态时的平均有效应力随孔隙比和加载角度的增加而增加,不同初始组构强度对于等剪应力排水试验的结果有显著的影响。

关键词：各向异性砂土数值模拟本构模型主应力方向等剪应力排水路径

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工程建设企业创新的影响机理

清华大学学报（自然科学版） 2024年第2期64卷 235-242页

作者：张亚坤张旭腾唐文哲清华大学水利水电工程系水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084

在业务开展过程中,工程建设企业要解决技术问题、协调多方关系、适应客户需求及市场条件、兼顾环境保护和社会发展,企业需要通过不断创新提升自身能力,如何促进创新已成为工程建设企业面临的关键问题。该文从工程建设企业的视角出发,通... 详细信息

在业务开展过程中,工程建设企业要解决技术问题、协调多方关系、适应客户需求及市场条件、兼顾环境保护和社会发展,企业需要通过不断创新提升自身能力,如何促进创新已成为工程建设企业面临的关键问题。该文从工程建设企业的视角出发,通过问卷调研和访谈对工程建设企业创新进行了系统、深入的分析,构建了工程建设企业创新理论模型,综合考虑工程项目创新和企业创新能力,揭示了工程建设企业创新的影响机理及其对企业绩效的关键作用,揭示了企业创新制度、组织间知识共享、项目实施流程、工程项目创新、企业创新能力与企业绩效之间的关系。结果表明:企业创新制度能够影响组织间知识共享和项目实施流程,进而促进工程项目创新和提高企业创新能力,最终实现企业绩效提升。该研究结果可为工程建设企业提供重要的理论和实践指导。

关键词：建设企业工程项目创新企业创新能力企业绩效创新管理

宁夏“互联网+城乡供水”工程项目建设运维影响要素分析及管理建议

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第2期64卷 243-249页

作者：赵珩李芍毅唐文哲王忠静胡森昶清华大学水利水电工程系水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084

“互联网+城乡供水”工程项目旨在满足城乡居民用水需求,推动地区经济社会发展。该文选择宁夏“互联网+城乡供水”工程项目为研究对象,基于文献综述和专家访谈,结合“互联网+城乡供水”工程项目特点,辨识出“互联网+城乡供水”工程项目... 详细信息

“互联网+城乡供水”工程项目旨在满足城乡居民用水需求,推动地区经济社会发展。该文选择宁夏“互联网+城乡供水”工程项目为研究对象,基于文献综述和专家访谈,结合“互联网+城乡供水”工程项目特点,辨识出“互联网+城乡供水”工程项目建设运维的13个影响要素。应用因子分析法进行关键因子提取,得到3个关键要素组:“互联网+城乡供水”工程项目利益相关方合作管理、“互联网+城乡供水”工程项目信息化管理、“互联网+城乡供水”工程项目标准化管理。据此提出了相应管理建议:加强“互联网+城乡供水”工程项目利益相关方合作管理;搭建“互联网+城乡供水”工程项目信息化管理平台;推行“互联网+城乡供水”工程项目标准化管理。该研究揭示了“互联网+城乡供水”工程项目全生命周期管理重点问题,提出了针对性解决措施,并为“互联网+城乡供水”建设运维管理信息化与标准化提供了依据。

关键词： “互联网+城乡供水”工程利益相关方管理信息化管理平台标准化管理因子分析

伙伴关系视角下“互联网+城乡供水”工程管理——以宁夏供水系统为例

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第2期64卷 250-258页

作者：彭颖政李芍毅胡森昶吴泽昆唐文哲王忠静清华大学水利水电工程系水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084

在国家推动重大水利工程建设的背景下,宁夏地区积极参与“互联网+城乡供水”工程的建设。“互联网+城乡供水”工程管理是决定“互联网+城乡供水”工程成败的关键,但是现有研究仅浅析了供水工程管理在城乡供水工程中的应用,缺乏供水工程... 详细信息

在国家推动重大水利工程建设的背景下,宁夏地区积极参与“互联网+城乡供水”工程的建设。“互联网+城乡供水”工程管理是决定“互联网+城乡供水”工程成败的关键,但是现有研究仅浅析了供水工程管理在城乡供水工程中的应用,缺乏供水工程管理、伙伴关系与项目绩效关系的实证研究。该文以宁夏地区供水系统为例提出基于伙伴关系的供水工程管理模型,并通过调研问卷建立结构方程模型进行验证。该研究结果揭示了“互联网+城乡供水”工程管理、伙伴关系与项目绩效之间的作用机理;验证了利益相关方的伙伴关系有助于加强工程前期论证与设计管理、施工管理和运维管理,进而实现供水系统运行和项目绩效。该研究结果可为“互联网+城乡供水”工程管理提供理论与实践指导。

关键词：工程管理伙伴关系项目绩效 “互联网+城乡供水”工程