工程力学在工程建设中的应用

1、工程力学专业 本专业培养具备力学基础理论知识、计算和试验 能力，能在各种工程（如机械、土建、材料、能源、交通、航空、 船舶、水利、化工等）中从事与力学有关的科研、技术开发、工 程设计和力学教学工作的高级工程科学技术人才。主干学科：力学主要课程：理论力学、材料力学、 弹性力学、流体力学、 振动力学、计算力学、实验力学、结构力学、电工与电子技 术、计算机基础知识及程序设计。工程力学是水利、土木 类等专业一门重要的技术基础课程和工程技术人员必备的知识， 在人才培养过程中具有重要的地位和作用。该课程的概念和理论 不仅是专业课（水工建筑物、水电站、施工技术等）的基础，同 时也是其他技术基础课（如工程材料

2、与检测、建筑结构、土力学、 地基基础、钢筋混凝土结构、钢结构等）的基础。 主要研究水 利与土木工程建筑中的工程结构设计、施工和使用中的各种力学 问题。通过本课程的学习，使学生掌握必要的力学基础理论知识， 具有解决与力学有关的工程技术问题的分析能力、计算能力和实 验技能。为后续学习专业课打下良好的力学基础。科技导报关注隧道工程建设tec*乓迥L匚KliJl D/WEM?西藏南路越江隧道施工难点和对策封两：先进技术促进隧道工程高效发展先进技术促进隧道工程高效发展7月10日，连接2010年上海世界博览会浦江两岸园区的专用越 江通道西藏南路越江隧道东线工程竣工。该隧道位于南浦大桥和 卢浦大桥之间，全长

3、约2.67 km，江中段隧道长1 170 m，隧道直径 11.58巾，设双向4车道，设计时速40 km。该项工程于2005年11 月25日开工，分东、西两线施工，西线隧道将于2009年底完成建设， 建成后能满足世博会园区每小时67万人次的越江需求。隧道工程始于英国1826年修建的长770 m的泰勒山隧道，它 在交通设施、水利工程、探矿采矿、环境工程、能源储备及国防等领 域有着非常广泛的应用。鉴于土地资源稀缺、人口压力增大、便捷安 全要求提高，从环境条件、空间利用、国民经济可持续发展等角度看， 隧道工程有着更加广阔的前景，21世纪将迎来全球地下空间开发的 新世纪。地下施工由开挖支护、出碴运输、通

4、风除尘、防水排水、供电供 水等多种作业构成，具有投资巨大、空间有限、环境恶劣，复杂性、 隐蔽性、风险性高，作业的综合性、动态性、循环性强，对施工技术、 工程机械、建筑材料、运营设备要求高等特征，完成特长隧道和特殊 隧道的修建任务更须具备快速准确的施工能力、高水平的机械配套、 科学的管理方法等基本条件。19世纪60年代前，修建隧道都用人工凿孔、黑火药爆破方法，之后风动凿岩机代替人工凿孔、硝化甘油炸药代替黑火药。20世纪50年代后，掘进机法、全断面液压凿岩台车、喷锚技术、 新奥法为隧道工程开辟了新途径， 浅埋矿山法、掘进机法、盾构法、 沉埋管段法等技术进步，使隧道开挖进度大大提高。网格型盾构、 土

5、压平衡盾构、泥水平衡盾构等技术不断完善，使盾构法成为松软、 含水地层修建隧道的有效工具。中国是世界上隧道和地下工程最多、最复杂、发展最快的国家， 目前有8 600多座铁路、公路隧道，总长度约4 370 km，居世界第 一。20世纪80年代，中国引进、合作设计制造了 一定数量盾构;2001 2002年盾构研发技术被列入国家“863”发展计划。目前，中国盾构 施工使用技术已达到国际先进水平，岩石掘进机施工使用技术已接近 国际水平，盾构和掘进机选型设计、维修及零部件、配套设备的制造 等已接近国际水平。随着地下空间开发规模、深度不断增加，周边环境保护要求不断 提高，地下结构设计日益复杂，地下工程建设面

6、临的挑战越来越多， 要求不断产生及应用新技术、新方法、新工艺、新手段，并注意总结 和吸取已往地下工程的经验和教训，利用高新技术使地下工程设施造 福于民。西藏南路隧道是黄浦江上最深的隧道，两条大直径盾构法圆隧道 （直径11.58 m）要下穿已建成的轨道交通8号线（直径6.2 m），盾构掘进时离轨道交通8号线平均间距2.8 m,隧道相交点位于距黄 浦江防汛墙仅30 m处的河滩土层，沉降控制非常困难，面临许多技 术难点，施工单位通过推行精细化管理模式，攻克了 “最大口径、最 近距离、最小角度”的世界级难题。工程力学在三峡工程中的应用：高水头船闸水力学问题？ 葛洲坝工程船闸是我国在多沙河流上修建的第一

7、座高水头大型 通航建筑物。设计充、泄水时间为12 min，船闸充泄水时输水 系统的流量大。船闸水力学主要解决防止输水廊道阀门段发生空 化、气蚀，满足闸室内船舶（队）的停泊条件的要求和防止船闸 充、泄水产生较大的超灌、超泄，影响人字门工作条件等问题。 为保证船舶（队）在闸室的停泊条件，1号、2号船闸闸室的布 置，分别采用4区段纵支廊道正向出水和3区段纵横向支廊道侧向出水的型式，并在出水口设置 消能措施。运行情况表明：闸室充泄水时，船舶的缆绳拉力符合 设计标准，船舶（队）在闸室内随水位升降十分平稳，满足了在 闸室安全停泊的要求；为防止较大的超灌、超泄，主要采用适当 提前关闭充、泄水阀门的措施，可把

8、闸室的超灌、超泄值控制在 15 cm以内；阀门段水力学条件基本达到了防止空化和气蚀的要 求，但原设计的通气措施未能完全实施，没有取得预期的效果， 在充泄水时，产生较大声振现象。经研究，改用在反向弧形门门 楣处通气管口下方设置挑流坎，形成负压自然通气的装置，原来 的声振现象基本消失，阀门顶部的强空化得到充分抑制，明显改 善了阀门后的水力学条件。？三峡工程双线五级船闸是当今世界水头最高、闸室及闸（阀）门最多、运行情况最复杂的船闸。虽然三峡船闸较葛洲坝船闸设计 难度更大，但葛洲坝船闸设计基本理论、研究方法和工程经验， 仍在三峡工程船闸设计中发挥了重要作用。葛洲坝1号船闸闸室 底部纵支廊道四区段顶部出

9、水盖板消能的等惯性分散式输水系 统型式，解决闸室超灌、超泄的提前动水关闭阀门措施和人字门 近坎冲淤措施，均已用于三峡工程双线五级船闸。葛洲坝船闸为 减免阀门段空化和声振，首次采用门楣通气并通过加设负压板实 现门楣稳定的自然通气的综合措施，为三峡船闸和其它高水头船 闸减免阀门段空化提供了重要的原型应用依据。？三峡五级船闸中间级船闸阀门段廊道防空化声振问题是其关键 技术，主要受阀门开启方式、廊道布置高程和体型、阀门型式、 门楣体型与通气及其它因素影响。对阀门开启方式进行了多种方 案研究比较，从满足输水时间和有利于防空化等方面考虑，采用 12 min快速均匀连续开启阀门的方案，以利用水体惯行提高后 廊道内压力及抑制门体缘水流旋流发展，从而抑制门后水流空化 的发生和发展。三峡船闸水头已超过目前国内外已建船闸水头， 为防止阀门段空化，经过大量的分析研究及试验验证，采取以 降低阀门段廊道高程，增大淹没水深，提高门后压力为基本措施， 同时辅以门后廊道突扩体型、快速开启阀门及门楣设置负压板自 然通气，可防止发生空化。工程力学专业服务