《潘家錚全集》是我國著名水工結構和水電建設專家、兩院院士潘家錚先生的作品總集,包括科技著作、科技論文、科幻小說、科普文章、散文、講話、詩歌、書信等各類作品,共計 18卷,約 1200萬字,是潘家錚先生一生的智慧結晶。
他的科技著作和科技論文,科學嚴謹、求實創(chuàng)新、充滿智慧,反映了我國水利水電行業(yè)不斷進步的科技水平,具有重要的科學價值;他的文學著作,感情豐沛、語言生動、風趣幽默。他的科幻故事,構思巧妙、想象奇特、啟人遐思;他的雜文和散文,思辨清晰、立意深邃、切中要害,具有重要的思想價值。這些作品對研究我國水利水電行業(yè)技術進步歷程,弘揚尊重科學、銳意創(chuàng)新、實事求是、勇于擔責的精神,都具有十分重要的意義。
《潘家錚全集》是國家“十二五”重點圖書出版項目,國家出版基金資助項目。
《潘家錚全集 第七卷 水工建筑物設計》,主要由《水工建筑物設計叢書》中《水工隧洞和調壓室——調壓室部分》《壓力鋼管》《工程地質計算和基礎處理》三個分冊組成。第一部分主要介紹水電站引水系統(tǒng)調壓室的作用、類型、設計原則、計算理論及方法,講解了國內外工程實例;第二部分主要介紹了水利水電工程中各種壓力鋼管布置要求、設計原則,詳細介紹了不同壓力鋼管承擔內水壓力和抗外壓穩(wěn)定問題的設計理論、方法,列出詳細的計算公式和圖表;第三部分介紹了水工建筑物對地基的要求和勘探方法,論述了軟弱夾層對水工建筑物的抗滑穩(wěn)定問題的影響、拱壩壩肩穩(wěn)定分析原理和方法、增加抗滑穩(wěn)定的措施,講解地基內的應力和變位計算、地基不均勻沉降的處理等內容。
適讀人群 :本書內容翔實、深入淺出、圖文并茂,并附有大量的計算實例和工程實例。本書可供水利水電工程技術人員進行工程設計時使用,也可供有關大專院校師生參考。
《潘家錚全集 第七卷 水工建筑物設計》主要由《水工建筑物設計叢書》中《水工隧洞和調壓室——調壓室部分》《壓力鋼管》《工程地質計算和基礎處理》三個分冊組成。
第一部分主要介紹水電站引水系統(tǒng)調壓室的作用、類型、設計原則、計算理論及方法,講解了國內外工程實例;
第二部分主要介紹了水利水電工程中各種壓力鋼管布置要求、設計原則,詳細介紹了不同壓力鋼管承擔內水壓力和抗外壓穩(wěn)定問題的設計理論、方法,列出詳細的計算公式和圖表;
第三部分介紹了水工建筑物對地基的要求和勘探方法,論述了軟弱夾層對水工建筑物的抗滑穩(wěn)定問題的影響、拱壩壩肩穩(wěn)定分析原理和方法、增加抗滑穩(wěn)定的措施,講解地基內的應力和變位計算、地基不均勻沉降的處理等內容。
本卷前言
20世紀50年代末,潘家錚先生編寫過一套《水工結構應力分析叢書》。叢書包括《壓力鋼管》《水工隧洞》《漸變段襯砌》《調壓井襯砌》《地基梁及框架》《重力壩》《壩的孔口和廊道》《連拱壩》《拱壩》《混凝土壩的溫度控制計算》10冊。這套叢書偏重于水工結構力學的理論計算分析。叢書出版時受到水利水電界廣大工程技術人員和科研人員的熱烈歡迎,為我國解放初期水利水電建設做出了巨大貢獻。
20世紀80年代初正值我國改革開放和以經濟建設為中心的初期,我國水利水電建設處于快速發(fā)展的起步階段,原叢書已不能滿足我國水利水電設計需要,迫切需要一套全面、完整的設計叢書供廣大水利水電設計者使用。為此,從20世紀80年代初開始,潘家錚先生策劃并作為主編系統(tǒng)地編著了一套水工建筑物設計叢書。叢書共計11冊,包括:《壓力鋼管》《水工隧洞和調壓室——水工隧洞部分》《水工隧洞和調壓室——調壓室部分》《重力壩》《拱壩》《土石壩》《溢洪道》《壩內孔口和廊道》《水工建筑物的溫度控
制》《水工建筑物的有限元分析》《工程地質計算和基礎處理》。這套叢書的編寫者均是當時我國水電界的權威和具有豐富經驗的專家。其中潘家錚先生親自編寫了《壓力鋼管》《水工隧洞和調壓室——調壓室部分》《工程地質計算和基礎處理》三個分冊。叢書從1981年開始出版,至1992年全部出版完成。叢書涵蓋了水利水電工程設計的幾乎所有水工建筑物,各冊內容系統(tǒng)而全面,既有理論分析,又有工程經驗和工程實例,深受廣大水利水電工程技術人員的喜愛。
本卷收錄了潘家錚親自編寫的《水工隧洞和調壓室——調壓室部分》《壓力鋼管》《工程地質計算和基礎處理》三個分冊內容。在編輯過程中,出于篇章結構協(xié)調方面的考慮,編者將《水工隧洞和調壓室——調壓室部分》更名為《調壓室設計》,內容未做修改。
潘總當年編寫這三個分冊時,廣泛收集了當時國內外相關部分的經驗和資料,內容全面新穎、深入淺出、圖文并茂、附有計算實例和工程實例,借助于這次重新出版潘家錚全集并安排主編本集的機會,我有幸重讀了水工建筑物設計的相關內容,深感潘家錚院士多年一絲不茍地鉆研工程力學問題和日積月累地堅持解決工程實際問題的精神確實為我們樹立了光輝的榜樣,為我們積累了大量結構分析的基礎理論財富,這些萬分寶貴的財富不但鑄就了潘家錚院士一生的巨大成就,而且也必將通過這次重新出版成為我國水利水電后來人豐富的知識寶藏。
限于時間和本人水平,本次編輯對原著未做具體改動,在介紹20世紀80年代出版本套叢書技術背景的同時,以上重點就本套叢書的主要內容和年輕讀者如何結合水工專業(yè)設計規(guī)范進行閱讀做了簡要說明,并將有關計量單位換算公式以頁下注釋的方式指出,便于后來人學習與研究。
雖然這些專著出版已有二十多年,其中的計算理論和方法、工程經驗和工程實例至今仍具有使用價值和參考價值。相信,本次出版潘家錚全集時將本部分內容納入全集,對我國水利水電建設仍將發(fā)揮重大的作用。
鄒麗春
2016年1月昆明
潘家錚(1927年11月~2012年10月),水工結構和水電建設專家,設計大師,科普及科幻作家,水利電力部、電力工業(yè)部、能源部總工程師,國家電力公司顧問、國家電網公司高級顧問,三峽工程論證領導小組副組長及技術總負責人,國務院三峽工程質量檢查專家組組長,國務院南水北調辦公室專家委員會主任,河海大學、清華大學雙聘教授,博士生導師。中國科學院、中國工程院兩院資深院士,中國工程院副院長,第九屆光華工程科技獎“成就獎”獲得者。
總序言( 路甬祥) V
總前言( 編輯委員會) IX
本卷前言( 鄒麗春) XVII
原版序言( 潘家錚) XIX
編輯說明 XXI
第一部分 調壓室設計
第一章 調壓室的作用和類型 3
第一節(jié) 調壓室的作用 3
第二節(jié) 調壓室的類型和布置 5
第三節(jié) 調壓室的設計要求 11
第四節(jié) 我國的調壓室建設及經驗 13
第二章 水錘在調壓室處的反射和穿越 20
第一節(jié) 問題的性質和簡化處理 20
第二節(jié) Calame-Gaden 近似分析法 23
第三節(jié) 有調壓室的引水系統(tǒng)的水錘精確分析 25
第三章 調壓系統(tǒng)的水力穩(wěn)定 33
第一節(jié) 問題的性質 33
第二節(jié) 常系數線性微分方程解答的穩(wěn)定判據 34
第三節(jié) 簡單調壓室的振蕩穩(wěn)定——托馬條件 36
第四節(jié) 其他情況下的托馬修正公式 39
第五節(jié) 傳遞函數的定義和應用 47
第六節(jié) 無調壓室水力系統(tǒng)的穩(wěn)定分析 50
第七節(jié) 有調壓室水力系統(tǒng)的穩(wěn)定分析 58
第四章 調壓室極限涌浪的計算 64
第一節(jié) 概述 64
第二節(jié) 簡單式調壓室的涌浪計算 65
第三節(jié) 阻抗式調壓室的涌浪計算 74
第四節(jié) 差動式調壓室 80
第五節(jié) 雙室式調壓室和尾水調壓室 85
第五章 調壓室水位波動的圖解法和數值積分法 88
第一節(jié) 概述 88
第二節(jié) 圓筒式調壓室的涌浪圖解 91
第三節(jié) 阻抗式調壓室的涌浪圖解 94
第四節(jié) 溢流式調壓室的圖解 96
第五節(jié) 雙室式調壓室的圖解 97
第六節(jié) 差動式調壓室的圖解 99
第七節(jié) 數值積分法 103
第六章 簡單圓井式調壓室的襯砌計算112
第一節(jié) 概述 112
第二節(jié) 直井井壁分析 113
第三節(jié) 直井計算圖表和短圓筒分析 118
第四節(jié) 底板計算121
第五節(jié) 彈性地基上的底板 130
第六節(jié) 筒底彎矩調整 135
第七章 矩形調壓室的襯砌分析 187
第一節(jié) 井壁分析187
第二節(jié) 底板分析201
第三節(jié) 數值解法223
第四節(jié) 矩形調壓室實例 239
第八章 地下分岔段的分析246
第一節(jié) 廣義初參數法 246
第二節(jié) 地基梁的初參數公式249
第三節(jié) 數例 254
第九章 氣墊式調壓室 263
第一節(jié) 概述 263
第二節(jié) 氣墊式調壓室的勘測設計 265
第三節(jié) 氣墊式調壓室水力計算的基本公式 266
第四節(jié) 氣墊式調壓室的穩(wěn)定斷面和過渡過程計算268
第五節(jié) 挪威已建氣墊式調壓室介紹 273
附錄 壓力水道水頭損失計算資料 279
參考文獻 283
第二部分 壓 力 鋼 管
第一章 概述 287
第一節(jié) 壓力鋼管的定義和功能 287
第二節(jié) 壓力鋼管的分類 288
第三節(jié) 鋼管的組成部分 288
第四節(jié) 壓力鋼管的基本設計要求 289
第二章 壓力鋼管的布置、水力計算和荷載組合 292
第一節(jié) 壓力鋼管的布置 292
第二節(jié) 壓力鋼管的經濟直徑 293
第三節(jié) 水力計算 296
第四節(jié) 壓力鋼管承受的荷載 303
第五節(jié) 材料和容許應力 306
第三章 直管段的分析 311
第一節(jié) 管殼的膜應力分析311
第二節(jié) 加勁環(huán)引起的局部應力 316
第三節(jié) 支承環(huán)分析 318
第四節(jié) 次要的局部應力和應力的組合 326
第五節(jié) 管殼應力的精確分析和半充水情況下的鋼管應力 334
第四章 岔管設計 350
第一節(jié) 岔管的類型和設計要求 350
第二節(jié) Y 型岔管的設計 351
第三節(jié) 卜型岔管 379
第四節(jié) 月牙型內加強肋岔管 388
第五節(jié) 球岔 397
第六節(jié) 無梁岔管 406
第五章 埋藏式鋼管 414
第一節(jié) 埋藏式鋼管的特點 414
第二節(jié) 埋藏式鋼管在內壓下的分析 415
第三節(jié) 承受特別高壓的鋼管 423
第四節(jié) 埋藏式鋼管在施工上的要求 432
第六章 外壓和失穩(wěn) 435
第一節(jié) 問題的性質和最小管壁厚度 435
第二節(jié) 明管的臨界壓力 436
第三節(jié) 埋藏式鋼管的臨界壓力 440
第四節(jié) 安全系數和算例 446
第七章 鎮(zhèn)墩、支墩和鋼管的振動 448
第一節(jié) 鎮(zhèn)墩和支墩的布置及基本要求 448
第二節(jié) 鋼管轉折段的幾何計算 450
第三節(jié) 鎮(zhèn)墩所受荷載及其組合 455
第四節(jié) 支墩 459
第五節(jié) 壓力鋼管的抗震463
附錄 水電站鋼岔管特性表468
參考文獻473
第三部分 工程地質計算和基礎處理
第一章 概述 477
第一節(jié) 水工建筑物對地基的要求 477
第二節(jié) 水工建筑物的地基勘探 479
第二章 地質構造面和空間力系的幾何形態(tài)分析481
第一節(jié) 地質構造面的解析幾何表示481
第二節(jié) 空間矢量的解析幾何表示 494
第三節(jié) 地質構造面及空間力系的赤平投影表示法 499
第三章 軟弱夾層和壩基深層抗滑穩(wěn)定問題 507
第一節(jié) 問題的性質 507
第二節(jié) 單滑裂面的分析515
第三節(jié) 復合滑裂面分析521
第四節(jié) 有限單元分析 530
第五節(jié) 模型試驗 533
第六節(jié) 增加抗滑穩(wěn)定度的措施 538
第四章 壩肩巖體抗滑穩(wěn)定問題 549
第一節(jié) 問題的性質 549
第二節(jié) 平面穩(wěn)定核算 551
第三節(jié) 整體穩(wěn)定核算 556
第四節(jié) 赤平投影分析 570
第五節(jié) 有限單元分析和模型試驗 579
第五章 地基內的應力及變位584
第一節(jié) 均勻地基的計算584
第二節(jié) 空間問題及地應力測試 604
第三節(jié) 地基與壩體的聯(lián)合分析 619
第六章 不均勻地基和地基缺陷的影響及處理 638
第一節(jié) 不均勻地基的分析638
第二節(jié) 軟弱巖體和不均勻地基 646
第三節(jié) 構造斷裂和軟弱破碎帶的處理 660
第四節(jié) 壩基開挖和固結灌漿 671
第七章 壩下和繞壩滲流分析 675
第一節(jié) 水工建筑物的滲流問題 675
第二節(jié) 基巖的滲流特性 676第三節(jié) 滲流分析中的一些基本情況與疊加原理 680
第四節(jié) 河床段壩體下的滲流 689
第五節(jié) 抽排式設計 699
第六節(jié) 繞壩滲流 702
第八章 地基中的防滲和排水系統(tǒng) 707
第一節(jié) 帷幕灌漿的設計 707
第二節(jié) 帷幕灌漿的實踐 713
第三節(jié) 化學灌漿 719
第四節(jié) 特殊防滲措施 722
第五節(jié) 基礎排水 726