渡河工程（共12篇）
渡河工程 篇1
1 概况
现状水渡河河坝位于捞刀河下游, 现状利用一拦河橡胶坝形成蓄水库区, 主要担负安沙、星沙两镇农田的灌溉和长沙经济开发区的供水任务。拦河坝采用3m高橡胶坝挡水, 坝袋两侧采用砼重力坝与堤岸衔接, 正常蓄水位为30.5m, 蓄水区总库容669万m3。现状橡胶坝工程建于2003年。工程建成以来, 运行情况基本良好, 但随着地区的发展, 尤其是现状河坝下游湘江枢纽工程的兴建, 改变了原有河坝运行的边界条件, 因此需对现状河坝进行改造, 主要原因如下:
(1) 橡胶坝正常蓄水位30.5m, 坝袋底板高程27.5m, 坝高3.0m。湘江枢纽蓄水后橡胶坝下游河道水位抬升至29.7m, 湘江枢纽抬高了坝下游河道水位, 水位差较小, 使水厂前池雅河段水体交换功能削弱, 对水厂水质有负面影响。
(2) 湘江枢纽蓄水后, 常年橡胶坝下游处于深水区, 橡胶坝底板淹没在水下2.2m, 原结构的检修条件已改变, 橡胶坝检修维护极为困难, 原来橡胶坝已不能正常运行。
(3) 近期下游河道水质差, 坝袋损坏坍塌极易造成污水倒灌, 污染星沙饮用水源。
(4) 借助水渡河闸坝改建工程, 增大拦蓄库容, 达到提高本区域 (星沙、松雅湖) 供水保证率。
2 水闸规模
本次工程改造主要开展库区蓄水构筑物的改造, 工程建设任务首先满足闸址段捞刀河的防洪功能, 同时利用科学合理的调度, 最大限度的向供水用户提供可靠水源。改建后的水渡河河坝蓄水工程利用开关灵活, 可靠度高的水闸挡水, 汛期开闸泄水, 非汛期关闸拦蓄上游来水, 抬高闸前水位, 增大蓄水库容, 提高星沙自来水厂的供水保障率, 消除因下游水位抬高后造成的饮用水源易污染的安全隐患。
2.1 行洪
根据捞刀河综合治理方案, 该段河道位于星沙新城区的规划范围内, 河道堤防洪水设计标准为100年一遇, 因此, 拟建拦河构筑物行洪标准为100年一遇, 相应设计流量4 326.7m3/s。
2.2 蓄水
从对农田排水、河道供水、河道水质等多方面综合分析不同水位的影响, 本次设计选取两种蓄水位, 即32m及33m分别进行分析论证。
农田排水:设计蓄水位抬升至32m及33m时, 上游三合垸将增加受涝面积1.18km2, 增加排渍面积共6.41km2, 通过新建排水箱涵和排涝泵站, 可使建成区治涝标准达到2年一遇, 使非建成区农村达到10年一遇1d暴雨1d排至地面无积水的排水标准。
河道供水:经计算, 水渡河~赤石河坝段的水位容积曲线如下表1所示, 水渡河坝现状正常蓄水位30.5m, 相应库容为338.3万m3。如水位抬高到32m, 增加库容220.4万m3;水位抬高到33m, 增加库容442.2万m3。另外, 星沙水厂的取水口位于捞刀河支流雅河, 水位抬高到32m雅河增加调蓄库容48万m3, 水位抬高到33m雅河库容增加80万m3。通过抬高水渡河坝, 可以达到提高星沙水厂供水保证率的目的。
河道水质:由表2, 蓄水水位分别为32m和33m时, 雅河对应的交换频率分别为0.31和0.27d/次, 即交换一次分别需要7h和6h。抬高水位后, 通过控制雅河的进出水闸门, 干流上游来水通过自流进入雅河, 较大地提高了星沙自来水厂前池 (雅河) 的交换频率。
通过上述分析比较, 确定水渡河河坝蓄水位为33m。
3 闸址比选
本工程选址, 主要从施工、对环境影响、经济性这几个方面来考虑, 共选择了4个闸址进行方案比较。
方案一:水渡河橡胶坝原址重建。利用雅河导流, 不需要征地;建闸后蓄水位抬高, 不利于星沙水厂雅河水体交换;三合垸雨水引排箱涵最长达2 500m, 单项工程费用最大;工程造价约11 442万元。
方案二:在雅河进出口之间异地新建。河道开阔, 主槽右岸为滩地, 本水闸施工期导流渠布置在堤防内滩地上, 不需要征地;新建水闸蓄水位抬高后, 有利于星沙水厂雅河段水体交换;工程造价约9 800万元。
方案三:雅河入口与松雅湖取水口之间异地新建。施工导流明渠布置在右岸大堤外空地上, 需开挖导流渠, 填筑导流堤。需临时征地6.8万m2;不利于星沙雅河水体交换, 向星沙水厂输水, 另建1 000m输水箱涵, 费用较大。工程造价约11 338万元。
方案四:改造赤石河坝。该坝址不利于星沙雅河水体交换, 向星沙水厂、松雅湖输水, 需建10km输水箱涵, 自流困难, 工程复杂, 投资巨大;赤石河坝控制流域面积小, 难以同时满足星沙水厂和松雅湖需水量。
综合考虑上述因素, 方案二在施工导流、经济性方面占优势, 并且能够促进雅河水体交换, 提高星沙自来水厂的水质, 故选择方案二为推荐方案, 既新坝址选在雅河进出口之间。
4 闸型比选
本工程水闸底板高程24.5m, 闸门挡水高程33m, 闸门高8.5m, 100年一遇洪水位39.33m, 从防洪、景观、运行维护的角度, 几种闸型进行了分析比较, 综合确定闸型。由表3比选结果, 选择升卧式平面钢闸门+固定卷扬机作为本工程的闸型。
5 布置方案比选
本工程提出两种方案:
方案一:水闸+溢流堰。闸室横向轴线与河道水流方向正交, 结合地形, 在河道主槽新建闸室, 保留右岸滩地且新建溢流堰。
方案二:船闸+水闸+溢流堰。在方案一的基础上, 右岸增设一孔船闸, 其余布置同方案一。
现状捞刀河由于水渡河橡胶坝, 不具备航运能力。新水渡河闸竣工后, 拆除橡胶坝, 若在新的水渡河闸上加设船闸, 可使捞刀河河口至赤石河坝20km的航道全线贯通。但新水渡河闸上游为星沙自来水厂取水的水源保护区, 船只通航后可能会对水体造成污染。因此, 将方案一作为推荐方案。
6 结构形式比选
6.1 水闸孔数的确定
闸址处河道主槽宽128m, 河道主槽右岸有160m宽滩地, 结合现状地形, 闸室总净宽为96m, 与河道主槽宽度的比值为0.75。为优化工程调度方案, 较少拦河闸启闭的频率, 利用小洪水冲砂, 水闸布置采取大小闸结合的方式, 即较大宽度的泄洪闸与较小宽度的冲砂闸结合布置。
根据水闸地勘成果, 闸底板坐落在岩基上, 故闸室的单块长度不超过20m, 初步拟定泄洪闸单孔净宽为16m, 冲砂闸单孔净宽为8m, 对称布置。根据《水闸设计规范》 (SL265-2001) , 当闸孔数少于8孔, 宜采用单数孔, 当闸孔数超过8孔时, 也可采用双数孔。泄洪闸设计初拟5孔、7孔、9孔、10孔4种孔数方案进行比选。
通过表4的比选结果, 方案一投资最省, 因此水闸闸孔采用泄洪闸5孔, 每孔净宽16m;冲沙闸2孔, 每孔净宽8m, 布置采用1孔泄洪闸+1孔冲沙闸+3孔泄洪闸+1孔冲沙闸+1孔泄洪闸的形式。
6.2 分缝形式的确定
水闸闸型采用开敞式, 平底板布置。闸室总净宽96m, 共设闸门7孔, 其中冲沙闸2孔, 单孔净宽8m, 泄洪闸5孔, 单孔净宽16m。考虑水闸底板坐落在岩基上, 故闸室的分缝长度不宜超过20m, 为合理选择水闸分缝位置, 提出两种方案进行比选。
方案一:永久缝设在闸墩上, 闸墩与底板固结在一起形成Π型结构, 水闸的中墩均为缝墩, 每一孔闸作为独立整体, 边墩厚2.0m, 各缝墩厚度均为1.70m, 计入逢宽20mm, 拦河闸总长度120.52m。
方案二:永久缝设在每孔闸闸底板中间, 闸墩与底板形成T或L型结构, 边墩厚1.8m, 中墩厚为2.2m, 拦河闸总长度112.8m。
通过表5的比选结果, 方案二较方案一节省投资453.3万元。拟建闸基坐落在强风化砾岩上, 下部为弱风化砾岩, 地基承载力较好, 各闸块基底弹性模量相近、地基沉降量相同。因此选择方案二布置水闸顺水流向永久缝, 永久缝设在每孔闸闸底板中间, 闸墩与底板形成“T”或“L”型结构。
7 水闸总体布置
水闸工程顺水流方形总长144.58m, 自上而下为上游连接段20m民, 上游铺盖段15m, 闸室段21m, 下游消力池段38.5m, 下游铺盖段10m, 下游海漫段40m。闸室由5孔泄洪闸和2孔冲砂闸组成, 总净宽96m。结合现状地形, 闸底板高程26m。闸室右岸溢流堰宽160m。
闸门采用下游升卧式钢闸门, 下游侧闸墩顶高程主要由闸门开启过洪时闸门不脱槽来确定, 闸址处捞刀河100年一遇水位为39.33m, 为防止漂浮物撞击, 闸门开启后闸门底缘或桥板底缘与洪水位净空高取1.5m, 取拟闸门开启后底缘高程为41m, 闸墩顶面高程为42.5m。为了减小工程量, 上游侧闸墩顶高程用正常蓄水位33m加波浪计算高度0.42m与相应安全超高0.5 m确定, 计算为33.92 m, 取上游侧闸墩顶高程为34.0m。
8 结语
通过工程实例, 从水闸功能、水文地质、施工管理、工程投资等角度, 介绍了水闸方案设计阶段, 在水闸闸址选择、闸型选择、总体布置、结构形式等方面的方案比选过程, 为类似工程提供一定的参考价值。
参考文献
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渡河工程 篇2
道路桥梁与渡河工程本科培养目标与要求
本专业主要培养国家交通运输网建设中急需的，能够从事公路、城市道路、机场工程、桥梁及隧道工程等方向的设计、施工、养护、管理等方面的科学研究和工程建设的高级人才。
小船渡河模型的探究 篇3
分运动的速度为vx=v2－v1cosθ，vy=v1sinθ.
分运动的位移为x=（v2－v1cosθ）t，y=v1sinθ·t.
■ 模型一 怎样渡河时间最短
小船在垂直河岸方向的分运动的位移y=d，再根据y=v1sinθ·t，解得渡河所需时间为t=■，可以看出：在d、v1一定时，t随sinθ的增大而减小；当θ=90°时，sinθ=1（最大），所以，船头与河岸垂直时，渡河时间最短，且为：tmin=■.
■ 例1 小船在静水中的速度v1=4 m/s，水流速度v2=3 m/s，河宽d=100 m.
（1） 要使小船过河时间最短，船速方向如何？小船的实际运动方向如何？
（2） 过河的最短时间为多大？这时船到达正对岸的地点在何处？
■ 解析 （1） 要使小船过河时间最短，船头垂直河岸航行，即船速方向正对河岸. 设此时小船实际运动方向与河岸下游的夹角为α，则tan α=■=■，故α=53°.
（2） 最短时间tmin=■=■ s=25 s，此时x=v2t=3×25 m=75 m，即小船到达正对岸下游75 m处.
■ 模型二 怎样渡河位移最短
设小船渡河的实际位移为s，由运动的合成可知s=■，而y方向的位移为定值d，则当x=0时，smin=d，此时vx=v2－v1cosθ=0，因为0≤cosθ≤1，故必须有v1>v2，此结论才能成立. 若v1=v2，则θ=0，此时船静止，不合题意. 若v1
1. 若v1>v2，小船渡河最小位移为河宽d，小船的合速度方向与河岸垂直，如图2甲所示. 则有
x=（v2－v1cosθ）t=0
解得cosθ=■，
所以当θ=arccos ■时，smin=d.
2. 若v1 ■ 例2 河宽60 m，水流速度v1=6 m/s，小船在静水中速度v2=3 m/s，则： （1） 它渡河的最短时间是多少？ （2） 最短航程是多少？ ■ 解析 （1） 以水流速度方向为x轴正方向，以垂直河岸方向为y轴正方向. 以船开出点为坐标原点建立坐标系，设船与岸成?兹角开出（如图3所示）将v2沿x、y方向分解，则 v2x=v2cos ?兹，v2y=v2sin ?兹 过河时间t=■. 当?兹=90°时，过河的时间最短， tmin=■=■s=20 s. （2） 先作出OA表示水流速度v1，然后以A为圆心，以船对水的速度v2的大小为半径作圆，过D作圆的切线OB与圆相切于B，连接AB，过O作AB平行线，过B作OA的平行线，两平行线相交于C，则OC为船对水的速度v2，（如图4所示）所示. 由图不难看出，船沿OBD行驶到对岸位移最短，设v2与河岸的夹角为?琢，则有cos ?琢=■=■=0.5，所以?琢=60°. Smin=■=120 m. ■ 模型三 怎样渡河速度最小 在小船渡河的出发点和目的地均确定的情况下，如何确定最小船速呢？如图5所示，小船的合速度v方向（沿OP方向）已经确定，即α确定，水流的速度v2大小和方向是确定的，则当v1的方向与v的方向垂直时，v1的值最小. 这时v1与上游河岸的夹角θ=arccos■，小船渡河的最小速度为v1=v2sinα. ■ 例3 有一小船正在横渡一条宽为30 m的河流，在正对岸下游40 m处有一危险水域，假如水流速度为5 m/s，为了使小船在危险水域之前到达对岸，那么，小船相对于静水的最小速度是多少？ ■ 解析 根据题意，船实际航行方向至少满足与河岸成夹角α，则tanα=■，所以α=37°，如图5所示，则根据速度的矢量合成，船能保证沿虚线移动，而不进入危险区，又满足速度值最小. 因此v1=v2·sin 37°=3 m/s. 根据教育部《国家中长期教育改革和发展规划纲要》的文件精神, 卓越工程师教育其主要目标是着眼未来、重科学基础教育和工程技术训练, 培养造就一大批适应社会经济发展需要、创新能力强、高质量的工程技术人才。这是国家成为工业与科技强国, 在电子信息、生物技术、交通运输、化学和医疗卫生等众多广阔工业与工程领域保持极强的竞争力, 进而向全世界输出高科技产品的需要。卓越工程师教育在本质上属于高等工程教育大众化阶段的精英教育, 卓越工程师之所以卓越, 是因为他们通过在大学受到的与现代科技和经济实践直接而紧密结合的高水平工程教育, 已经能够善于把所学到的科学知识、专业技术能力和要解决的工程技术问题结合起来, 掌握和主导不同领域各种规模的复杂工程项目计划。实施卓越工程师教育培养计划是我国高等工程教育的一项重大改革, 开展地方院校道路桥梁与渡河工程专业卓越工程师培养模式研究, 必须与行业人才需求相结合。目前在全国高校中, 已经开设了道路桥梁与渡河工程专业的重点院校有哈尔滨工业大学、武汉理工大学、长安大学、华中科技大学、郑州大学、吉林建筑大学、河北工业大学、沈阳建筑大学、广东工业大学、安徽建筑大学、河南工业大学、山东建筑大学、武汉工程大学、华北水利水电大学。而截止到2014年, 该专业实施卓越工程师教育培养计划的仅有东南大学、武汉理工大学和长安大学3所学校。河北工业大学道路桥梁与渡河工程专业是一个有着80多年历史的传统专业, 在经过几十年的发展, 该专业建设已相当完备, 形成了一支较强的师资队伍。结合卓越工程师培养目标, 借鉴国内外同类院校该专业教学环节相关经验的基础上, 结合河北工业大学该专业建设的实际情况, 独立进行探索, 旨在完善地方大学院校道路桥梁与渡河工程专业实践的教学体系。 二、道路桥梁与渡河工程专业卓越工程师人才培养目标 卓越工程师教育关乎高层次人才培养和国家“人才强国”的大局, 在高等学校教育大众化迅速推进的同时, 国家各层次高等学校必须高度重视卓越工程师教育, 使卓越工程师教育得到充分的发展, 为国家的繁荣昌盛、社会经济发展源源不断地提供充足的精英人才。卓越工程师是未来工程界的领军人物, 应该具备以下才能: (1) 对工程的社会作用有广泛的理解; (2) 精湛的工程基础和专业知识; (3) 创造性地提出解决当今世界工程问题的新办法; (4) 使自己的梦想变成现实的创业精神和才能。本专业设置完全符合我国“厚基础、宽口径、善创新、高素质”的本科人才培养思路, 培养具有强烈社会责任感和时代使命感、适应现代社会和科技发展需要、“适应能力强、实干精神强、创新意识强”的高级专门人才的培养目标定位和“立足地方, 引领行业, 面向全国, 走向世界”的服务面向定位。 三、道路桥梁与渡河工程专业卓越工程师人才培养课程体系设置原则 课程体系设置应从道路桥梁与渡河工程专业卓越工程师培养目标出发, 借鉴国外专业课程体系设计经验, 结合本校教学师资特点及外聘企业导师实际教学能力, 对原有的专业课程体系进行调整研究, 设计新的课程体系。课程设置时应遵循以下原则。 1. 卓越工程师培养应着眼培养未来。 当今世界, 科学进步日新月异, 技术革新更是突飞猛进。课程设置应考虑如何促进工科学生从单一学科思维向跨学科思维方式的转变, 尽量避免培养那种一旦他们所学的专业在社会上消失后, 他们就成了没用了的人。 2. 注重科学基础教育和工程技术训练。 掌握扎实的基础理论知识和工程技术方法论与具有较熟练的实践能力两者之间缺一不可。河北工业大学创办人周学熙在创校之初就提出“学堂为人才根本, 工艺为民生至计, 二者固宜并重;工艺非学不兴, 学非工艺不显”的办学思想。本专业卓越工程师要能够在交通建设领域从事道路、桥梁与渡河工程设计、施工、科学研究等工作, 并具有创新精神和实践能力。要达到这一目标, 不仅要懂得“为什么”, 还必须知道“怎样做”。在工程师的培养中既要重视科学理论学习, 又要重视工程技术训练, 以便让学生既掌握扎实的基础理论知识和工程技术一般的方法论, 又具有较熟练的实践能力。 3. 理论与实践相结合的原则。 理论联系实践既是卓越工程师培养的指导思想, 又是工程师培养过程中的重要环节。通过课程设置, 不只教给学生基本概念和理论, 而且要求学生与项目联系起来, 将实验室的动手学习和各种项目工作实践经验纳入到教育经验当中, 用概念和理论解决实际问题, 让学生通过自己去分析和发展实际的技术知识或实际技能。 4. 通过科研进行培养。 教师提出的项目应该是企业的实际项目或源于工程实际。通过科研不但可以提高教师的讲课水平和更新教学内容, 同时也可以达到提高培养学生的目的。科研成果为教学提供了本学科的专业知识与理论, 验正了教学中的基本理论, 学生可以做到学以致用, 从而形成良性循环, 培养了应用型人才。 与此同时, 学生在参与科研的学习过程中, 不但能够做到综合运用所掌握的知识、方法、技术, 而且可以从系统工程的角度处理好局部与整体、个人与集体的关系, 进而培养良好的交流沟通能力和团队合作精神。 四、道路桥梁与渡河工程专业卓越工程师人才培养理论课程体系 针对“卓越工程师教育培养计划”对人才培养的要求, 必须通过重新组织课程体系、更新教学内容等来实现道路桥梁与渡河工程专业人才培养的标准。为此, 将道路桥梁与渡河工程专业卓越工程师人才培养理论课程体系归纳为表1。 卓越人才的培养必须满足社会需求和国家战略需求, 同时注重专业基础教学与创新型、国际化人才培养的和谐统一。卓越人才的培养应围绕激发学生学习兴趣、采用思维方式培养、专业知识传授和实践活动训练等不同方式, 提高学生的科学素质、工程素质和人文素质。本文分析了道路桥梁与渡河工程专业卓越工程师人才培养课程设置应遵循着眼培养未来、注重科学基础教育和工程技术训练、理论与实践相结合和通过科研进行培养等原则, 以实现人才培养体系的系统性、完整性和先进性, 同时提出了课程培养体系。 摘要：未来的卓越土木工程师应具有科学、工程和人文三方面的综合素质, 以往的课程体系、教学内容和教学环节已经不能适应“卓越计划”对工程人才培养的要求, 重新设计课程体系、更新教学内容势在必行。本文结合道路桥梁与渡河工程专业卓越工程师人才培养目标, 给出了该专业在课程设置时应遵循的原则和课程体系, 具有一定的指导意义。 关键词：道路桥梁与渡河工程专业,卓越工程师,培养模式 参考文献 [1]朱家德.精英技术教育理念与法国高等教育发展[J].高等工程教育研究, 2010, (06) :118-123. 运用野外观察分析和构造解析方法,遵循共轭节理配套分期原则对大渡河金川坝区发育的节理构造进行逐步分析研究,可将该区发育的NE向、NEE向,NEE向、SW向,倾向SW、倾向NE,倾向SEE和倾向NWW的节理构成4套共轭节理,分别属于区域北西向和南北向构造的组成.据此推出该区节理的`形成、发育先后受到印支-燕山期北西向构造应力场、喜马拉雅期南北向构造应力场的影响和制约.该区岩层倾向南西,第一期节理与岩层面倾向相反;第二期节理与层面倾向近乎一致,起到主要控制作用.在工程建设中,两期节理共同作用切割岩体,前者易于破碎岩石,后者则易于形成滑坡.两期节理的研究对工程的稳定性研究具有重要的意义. 王道永,WANG Dao-yong(成都理工大学地球科学学院,四川,成都,610059) 王亚琼,WANG Ya-qiong(中国科学院南京地质古生物研究所,江苏,南京,210008) 黄维,HUANG Wei(成都理工大学地球科学学院,四川,成都,610059;成都军区78155部队,四川,成都,610036) 合唱曲《英雄们战胜了大渡河》作于1952年，魏风词，罗宗贤、时乐濛编曲。内容描写当年人民解放军指战员在和平解放西藏的进军征途中，为了将支援物资尽快送往拉萨，顶风雪、战恶浪、排除重重艰险，成功越过大渡河的事迹。该曲气势宏大，音韵相扣，淋漓尽致地表现了解放军的无畏精神。这首合唱于1952年在北京上演，旋即引起轰动，并获得当年“全军首届文艺会演”一等奖与“全国群众歌曲评奖”二等奖，总政治部并授予曲作者之一的时乐濛“中国人民解放军作曲家”的光荣称号。 此曲分引子和两个乐段。引子宽广舒缓，由男高音的领唱，描绘了风雪万里、河水滔天的自然环境。接下来采用女声领唱一领众合的形式，演唱分节歌。主题采用四川民歌《放牛调》的材料。回忆“当年红军爬铁索”的精神。 第二乐段为乐曲的主体。这里的音乐材料，不仅吸纳了四川民歌素材，还采用了川江号子的某些特性节奏。如“咳佐咳佐”等衬字和呼喊声。节奏与旋律结合，烘托出了紧张热烈的气氛。第二乐段是一个复乐段，两个乐段的音调相近，只在节奏、织体、声部配制等方面，进行自由变奏式的处理。男高音声部领唱、齐唱与其它声部号子节奏的叠置，力度递增，将音乐推向高潮。尔后，合唱采用号子节奏持续进行，推出最后的集体呐喊“嘿”。乐曲嘎然而止，表现出英雄们迎接胜利的轻松喜悦心情。 从曲调分析中不难看出，作曲家采用了民间音乐素材，并进行了巧妙的处理。如引子中男高音独唱的主题；第二部分采用了四川达县的《放牛调》（《放牛调》在30年代曾被填入革命歌词，成为四川北部根据地广为流传的革命民歌《我随红军闹革命》），此处将民众熟悉的《放牛调》和川江号子溶为一体，赋予其刚毅、豪放气质，且具鲜明浓郁的民族特点，为揭示英雄们战胜大渡河的时代背景奠定了基调。此外，领唱、齐唱、合唱等多种表现手法，相互搭配，恰到好处，显示出作者对合唱体裁的驾驭能力。 这首合唱曲的另一特点是歌词简洁。朴素的语句，反映了质朴无华的文风，也证实了作曲家罗宗贤和时乐濛所崇尚的：音乐主要表现一种情绪，反映时代的内容。 从中华人民共和国成立到“文革”开始的17年间，合唱艺术如同其他文艺门类一样，经历了喜忧交加、时起时伏的崎岖历程。17年的音乐创作，随同社会生活的变革，经历了种种坎坷，但它毕竟随着历史前进的主流方向，获取了一个又一个金色的丰收，《英雄们战胜了大渡河》的诞生，即是其中留下的精品之一。 龙头石水电站位于四川省西部大渡河中游石棉县境内, 枢纽距下游石棉20km, 距成都铁路汉源火车站110km, 距上游泸定县城约92km, 枢纽左岸有省道S211线 (泸定-石棉) 公路相通, 交通方便。 龙头石水电站是大渡河干流近期开发的大型水电站工程之一枢纽控制流域面积63040km2, 占全流域的81.44%, 多年平均流量1020m3/s, 水库正常蓄水位955m, 总库容1.1994亿m3, 最大坝高72.5m, 采用沥青混凝土心墙堆石坝、左岸地面厂房、遂洞导流枢纽布置形式。电站装机容量700MW。 大渡河龙头石下游围堰防渗墙主要用于安全渡汛, 同时满足基坑开挖施工的需要及为厂房提供施工便道。 下游围堰防渗墙墙顶高程904.00m、底高程884.00m、轴线长度176.3m、墙体有效厚度1m、孔深18~20m、共划分13个单元。防渗墙轴线为折线, 桩号起止点为0+6.3~178.3。折点桩号为0+153.3m, 成墙面积3612m2。 地质条件:904~902m为回填层, 块石较多, 成墙难度较大;河床段多为大漂石, 施工难度大。 2设计要求 (1) 防渗墙高程要求, 防渗墙顶高程904.00m, 底部高程不得高于设计高程884.00m。 (2) 防渗墙墙体渗透率不得大于25Lu。 3资源投入 本工程投入1台SM-400型全液压工程钻机、岩心钻机1台、两台SGP300-6型高喷台车、ZJ-400型高速搅拌机搅拌机两台、HBW200/40型双缸双作用送浆两台、小型汽车1部。 施工人员50余人、施工技术人员8人、各特殊工种人员10人。 4临建工程施工 在防渗墙轴线下游6m处建造制浆站, 制浆站处设现场水泥仓库, 两台ZJ-400型高速搅拌机搅拌机制浆, 水泥浆随要随制。 高喷施工平台高程904m, 桩号0+6.3~0+178.3。为确保回浆不污染环境, 在距轴线15处挖有一个5×5×5m的坑进行处理。在施工现场右岸公路设1000KVA变压器一台。 抽取山涧流水用于制浆, 在倒渣平台外侧放两个2m×2m×1.5m (宽×长×深) 储水铁桶。 5高喷防渗墙施工 5.1单元划分 渡河工程 篇4
渡河工程 篇5
大渡河上显豪情 篇6
渡河工程 篇7
5.2高喷灌浆施工
(1) 施工程序:采用三重管法高压旋喷灌浆方法施工, 高喷灌浆钻喷施工分两序进行, 先施工先导孔和Ⅰ序孔, 后施工Ⅱ序孔, 相邻孔施工间隔时间不少于24小时。钻孔经验收合格后, 方可进行高喷灌浆。如图1。
(2) 钻孔施工工艺。
a钻孔方法。采用全液压工程钻机冲击回转跟管钻进的方法施工。选用可冲击回转的跟管钻具将护壁的钢套管直接打入至地层内成孔。终孔并拔出跟管钻具后向套管插入PVC管、拔出套管即完成钻孔工作。
b钻孔直径和深度。跟管钻进法钻孔, 开孔孔径Φ150mm, 终孔孔径Φ140mm。终孔深度以达到设计要求深度。
(3) 高喷施工方法。
a高喷方法。采用三重管旋转喷射方法, 高压水嘴为直线双喷嘴 (180°夹角) 。
b孔位布置。高喷采用单排轴线, 孔距为1.0m, 单孔喷射范围按直径1.2m设计。孔位布置见图2。
c高压旋喷参数
本工程高喷施工技术参数如下表。
(4) 水泥浆液制备
高压喷射浆液采用P.042.5普通硅酸盐水泥拌制, 水泥新鲜无结块, 过4900孔/cm2筛的筛余量不大于5%。
利用天然泉水与水泥干料混合拌制水泥浆液。浆液水灰比为0.6:1.0~0.9:1 (水:水泥) , 采用高速搅拌机搅拌, 纯拌合时间不少于30s, 保证连续制浆。
储浆桶内已制成待用的浆液采用低速搅拌机搅拌, 以防止沉淀;制成已超过4小时而尚未使用的浆液予以废弃。
为了提高浆液的稳定性, 可在加入水泥干料时加入水泥干料量5%的膨润土粉;在发生大量漏浆的情况下, 在浆液中加入土料的数量应满足水泥用量不超过0.60t/m的要求。
不同配比的浆液留取样品, 制成试件, 进行浆液和浆液凝固体的物理、力学性能试验。浆液性能试验的内容为:比重、粘度、稳定性、初凝时间及终凝时间。
5.3主要施工难点及措施
本工程高喷灌浆施工的主要难点是钻孔孔斜控制.
高喷防渗墙体的质量好坏, 与钻孔孔斜大小有较大关系, 故在实际施工中, 我们采取了切实可行的保证措施以尽量避免不合格钻孔的发生。主要措施如下:
(1) 稳固钻机:采取垫平、找正、加重钻机底盘的措施, 使钻机在正常运转过程中始终处于平稳状态;
(2) 采用合理的钻进方法和工艺技术参数, 包括准确定向、采用加长钻具、控制机械钻速、不使用弯曲、瘪陷的钻杆等;
(3) 根据钻孔情况, 每5~10m进行一次孔斜测量, 及时了解钻孔轨迹。
5.4存在的问题
(1) 河床回填了大量的石块, 在河水的冲刷下细颗粒被水流冲刷带走, 大块石架空造成施工中严重漏浆塌孔卡钻, 施工难度大大增加, 严重制约了工程进度。
(2) 砂层中存在大量的漂石, 漏浆严重, 采用水玻璃进行浇灌处理, 成墙难度加大, 投入成本增加。
5.5拢口段块石层施工
拢口段上部为大块石抛填层, 块石层层叠叠孔隙率大。表现特点为上下游河水呈连通状态, 有的可看到孔内水纹流动, 本工程的施工难点集中表现在龙口段 (第六七八九单元) , 大渡河地质条件非常复杂, 河床孤石、漂石层层叠叠加之回填块石, 龙口段巨石架空, 细颗粒被江水冲刷带走。因而造成接头管无法下设, 塌孔漏浆极为严重。块石、漂石卡钻事故的经常发生, φ146偏芯钻头两具、φ146跟进套管48.9米、φ146接箍35个、φ146无锡管靴4具丢在孔内;φ73英格索兰钻杆拧断7根。
5.6检查孔施工
检查孔位布置在0+24.8m、0+45.7m、0+65.7m、0+100m、0+145m桩号, 共计5个孔, 试验的目的:
(1) 提取墙体岩芯查看成墙效果, 要求取芯率在75%以上。
(2) 提取相邻两孔之间的混凝土, 检验墙体连接情况。
(3) 在检查孔进行注水试验取得墙体渗透系数资料, 采用XY-2岩芯钻钻孔常规注水法。
(4) 检查孔孔径为Ф110mm, 采用金刚石单管法钻孔取芯。
检查结果:岩芯提取率在75%以上, 0~10m岩芯表面光滑整洁, 成墙较密实均匀;10~15m一般;15m以下连接不紧密;分段注水透水率均小于25Lu。完全满足要求。
6施工特殊情况处理
(1) 对漂石、孤石和大块石复杂地层的处理, 在施工中发现有较大的孤、漂石和块石影响造孔进度时, 采用灌浓浆堵漏、加水玻璃堵漏。加快了工程进度提高施工工效约50%。
(2) 在靠左岸河床段0+111.8~0+176.8高喷防渗墙成墙效果不太好, 增加为双排孔, 取得较好的效果。
7结论
工程完成情况:本工程项目2006年2月26日开钻, 同年5月6日最后一个孔高喷完毕, 高峰期投入钻机3台套, 高喷台车2台, 空压机3台, 制浆机2台, 投入施工人员68人, 造孔进尺4283m, 成墙面积3612m2。完成13个单元工程, 1个合格, 12个优良, 优良率达95%, 整个工程质量优良。工程经历两个汛期的考验, 防渗效果良好, 达到了预期效果。
摘要：龙头石水电站大坝工程受推迟开工的影响, 为确保安全度汛, 对原下游围堰混凝土防渗墙进行了设计优化, 采用高喷防渗墙设计, 确保了安全度汛目标。
关键词：高喷防渗墙,龙头石电站,应用
参考文献
[1]强奇学, 王生力.高喷防渗墙在隔水倒虹吸施工围堰中的应用和质量控制[J].广西水利水电, 2008 (02) .
[2]黄宝德.影响高喷防渗墙质量的因素及防治措施探讨[J].人民长江, 2010 (05) .
渡河工程 篇8
一、影响青年教师教学能力的因素
通过有效调研和总结,我校道路桥梁与渡河工程专业青年教师教学能力现状及存在的问题包括以下几个方面:
(1)青年教师自身因素。青年教师择业的出发点和落脚点,将决定其是否爱岗敬业及认真负责。有的青年教师存在着择业心态,教学热情不足;道德与责任心不强;知识转化能力太弱;教学反思不够,自我发展动机不强等。
(2)学校、学院和系方面的因素。 学校存在“重引进轻培养”的现象,包括把优秀的人才引进后,在教学方式上的培训力度不够;考核青年教师的方式过于注重科研成果,对教学能力的考核不够。学院缺乏激励青年教师将时间和精力投入教学的机制。系里尚未形成“乐教”的教风。
二、改革措施
针对上述影响青年教师教学能力的因素,通过构建符合土木工程专业认证要求的青年教师教学能力指标体系, 为青年教师教学能力发展提供理论指导,并提出了一系列切实可行的提升道路桥梁与渡河工程专业青年教师教学能力的对策和发展机制,可有效地提升和发展青年教师的教学能力。
(1)建构青年教师教学能力指标体系。教学能力体系将分为社会责任、教学知识、教学技能和教学特质四大模块。
(2)系里定期举行教学研讨会。 道路桥梁与渡河工程系和学院每月开展一次青年教师教学心得研讨汇报活动, 开展青年教师圆桌洽谈,每位青年教师就自己的教学工作进行汇报,并对评委和其他青年教师提出的问题予以回答。
(3)加强校企合作,提升青年教师的工程实践能力。每年定期派1~2名教师到国内相关企业从事6个月以上的工程实践能力训练,努力提升青年教师的工程实践水平。
(4)对青年教师的教学能力建立科学的评价考核体系,评价方式多样化。 为了提高青年教师对教学的重视,应改革对青年教师的考核评价体系,加强教学成果在考核中的分量,进而合理分配教学和科研比重,避免出现顾此失彼的现象。
(5)重视并满足青年教师的心理需求,形成完善的激励体系。系里和学院拟从各个方面充分了解青年教师的心理需求,建立物质激励、情感激励和机会激励并重的激励助长体系。
(6)系里对青年教师的教学加强管理与监督,形成良好的教风,为青年教师教学能力的发展提供良好的氛围。
摘要：本文根据土木工程专业认证对青年教师教学能力的要求,对南华大学(以下简称“我校”)道路桥梁与渡河工程专业青年教师教学能力的培养和提升对策进行了研究与探索。首先分析和归纳了影响青年教师教学能力的主要因素;并结合目前存在的问题,较为系统地提出了提升道路桥梁与渡河工程专业青年教师教学能力的措施和对策,以期能有效提升青年教师的教学能力,以满足土木工程专业认证对青年教师教学能力的要求。
渡河问题的图解分析 篇9
关键词：渡河问题,图解法,状态坐标,非可行点,坐标迁移
“渡河问题”作为人们熟知的经典趣味性智力题目之一,在各种智能训练、测试和数学建模比赛中常会遇到[1]。而对其进行较为深入的一般性系统讨论尚不多见。文献[2]虽对此作了较详细的讨论,给出了应用计算机进行智能求解的方法;但该方法对数学要求较高,不利于教学普及。见于此,文中在文献[1]的启发下,应用简单直观的图解法对渡河问题作初步探讨,以期为编拟该类智能题目提供参考依据以及求解的思路。
1 渡河问题两种常见的描述
为利于今后讨论的一致性,先将渡河问题简述如下(括号内的“或m”、”或n”用于作一般性讨论时来替代前面的具体数字):
问题1 传教士与食人族渡河问题。
在河流的左岸现有3位(或m位)传教士和3个(或m个)食人族,他们欲利用左岸边最多可乘坐2人(或n人)的小舟渡到河右岸去。假设每个人都会划船;其限制是:无论是在左岸、船上还是右岸的场合下,都不得出现食人族人数多于传教士数目的不安全情况,因这样可能发生食人族攻击传教士的危险。
问题2 阿拉伯夫妇渡河问题。
即有3对阿拉伯夫妇欲利用能载客2人的小船从河左岸过渡到右岸去,已知每个人都会划船。其限制是:按照习俗任一位妻子都不得在其丈夫不在场陪伴的场合下与别的男子碰面。
上述表述中各有两个限制(约束条件):
(1)小船的载运能力n(运能约束),即在往返摆渡过程中船上乘员最多不超过n;(2)两岸三处人员组成的限制(组合约束)。下面就约束条件进行讨论。
前述对渡河问题的两种表述,其约束条件(1)相同;而从字面看似乎两种表述的约束条件(2)不同;但实际上,问题2的限制与问题1并无较大差异,对于2中的人员组合的限制,可以理解为:在各种场合下都不能出现女子人数多于男子数的情况。假如在某一侧岸边出现了女多于男的情形,则必然有一位女性的丈夫是不在现场、而现场又是有别的男性在场的,这当然是不合礼俗规定的。对渡河问题的以上两种表述其唯一差异点在于:问题1中的2 m个两类元素传教士与食人族之间不存在任何对应关系,若设过渡过程中某个时刻在两岸中任一场合的人员组合状态是由x个传教士与y个食人族组成的,那么只要在人数上符合人员组合约束条件(2),即
则不论是哪位(或哪几位)传教士与哪(几)位食人族在一起都是合法的,即其组合对于两种元素成分没有选择匹配的要求,在同一类成员中的各个元素是没有区别而平等存在的;这样在构成某种状态组合时只需注意满足组成人员数目上的限制即可,而无需对同类元素的个体进行选择,故约束条件是较为宽松的。而问题2的约束(2)显然要更为严苛一些,因为男子集合中每一个个体与女性集合中的某个指定个体有着对偶匹配关系,故在渡河过程的每个状态下除了需满足前述对于任一组合中两类人员人数的约束(2)之外,还须在两岸三处的人员组合中进行指定性的选择安排,即考虑两类成员男女之间的配偶对应关系。不过这种礼俗上的约束符合人之常情,在具体实施中稍加注意即可满足;为简单起见,文中略去了问题2中两类元素集合中个体的差异性,将问题2合并于问题1一起进行讨论。此后的论述中若无特别说明时将只就问题1展开,并认为其中亦包括了对问题2的讨论与求解。
2 状态坐标点及其迁移
仿照整数(二元)规划的图示方法,因构成渡河问题的元素只有两种——传教士与食人族,即在问题求解过程中某一时刻河岸上的人员组合状态Sk,包含初始状态S0与最终状态SK=G,都可以用二维坐标点Sk(x,y)来表示;这里x和y分别为河岸某一侧传教士和食人族的人数。显然x、y均为整数且有0≤x,y≤m;具体在m=3,n=2的问题中应是0≤x,y≤3。下标k=0,1,2,…,K,表示经过K次摆渡后问题获得解决,亦即实现了“始点S0→目标G(=SK)”的状态迁移。摆渡次序k的计算是按照每个单趟运载算作一次,即小船往返一个来回按两次计。对于同一题目,在有多种解法时,当然总步数K应为所有可行路径中的最短路径,且K必为奇数。
2.1 滞留左岸的人员组合状态
滞留左岸的人员组合状态,如图1(a)所示,设置直角坐标系O—xy;在m=3时共有(m+1)2=42=16个交点:(0,0),(0,1),(0,2),(0,3),(1,0),(1,1),…,(3,3),亦即16个可能状态点。若着眼于用左岸(即出发一侧)滞留人员的组合来表征问题求解过程中人员变动的态势时,那么渡河问题的解决就是使得滞留于左岸的人员组合——(传教士人数x,食人族人数y)=Sk(x,y),由始点S0=(3,3)出发,在约束条件下经K次摆渡后迁移至目标点SK=(0,0)=G(与坐标原点O重合)。其求解过程如图1(a)所示。显然,凡是使得Sk(x,y)的坐标值下降的坐标点迁移,即表示由左岸的初始状态S0(3,3)向着最终的目标点G(xK,yK)=O(0,0)前进,亦即代表从左岸向右岸渡去的行程;文中把这种使问题趋于解决的行程(左岸→右岸)称之为“正行程”,包括使x减小、或使y减小、或者x和y同时减小的坐标迁移。而在每次正行程之后(除最后一次正行程已经达到目标状态),紧接着必然有一次使小船返回左岸的“回程”(使x增大、或使y增大、或者使x和y同时增大的坐标迁移,图中用虚线箭头表示),以便继续实施下一次“左岸→右岸”的正行程摆渡,直到K=11时完成全部摆渡任务。图1(a)的解路径可简单表示为(实线箭头表示正行程,虚线表示回程)
左岸S0=(3,3)→(3,1)﹍(3,2)→(3,0)﹍(3,1)→(1,1)﹍(2,2)→(0,2)﹍(0,3)→(0,1)﹍(0,2)→(0,0)=G
若从提高完成任务的运载效率考虑,由常识可以定性地认为:在每一次正行程中应尽量增大乘船人数,充分利用运载能力n,以图用尽量少的摆渡次数K达成目标;而在回程则应尽量减少船上的乘员数目,以减小无谓的消耗。特别是在运载成本极其重要的情况下,或是在一题多解(即对于相同的m和n,有一个以上总摆渡次数同为K而路径不同的解决方案,如图3所示,时需要对不同的解路径作出评价比较的场合下,当然就需要对运载效率或者解路径的经济性作定量的分析计算。
2.2 右岸的人员组合状态
图1(a)是以滞留于左岸的人员组合状态Sk(x,y)为对象来进行求解的;当然也可以以到达右岸的人员组合状态为对象进行求解。为与左岸相区别,这时将坐标系设为O′—x′y′,右岸的初始状态为S′0(0,0),目标状态为S′K′(x′,y′)=G′(3,3)。由于此时的始点S′0与坐标原点O′重合,而目标点G′则在距离原点最远处;故与前述左岸的情形恰好相反,这时的“正行程”应为坐标值增大的方向,“回程”则在向坐标原点收缩靠拢的方向上。为方便后面对坐标点的分类分析中与图1(a)相对照,这里将O′—x′y′坐标系作了逆时针180°旋转,这并不影响问题的求解过程。由图1(b)可知,经过K′=11次的坐标迁移后,右岸将达到目标状态G′(3,3);这一结果与前述关注左岸滞留人员组合状态(图1(a))时的结果K=11相一致,这是预料之中的,因为二者仅仅是对河岸上人员状态的着眼点由左岸变换为右岸而已,并未对其路径或过程作任何变化。同样可将关注右岸人员组合时的解路径(图1(b))简记为
右岸S0′=(0,0)→(0,2)﹍(0,1)→(0,3)﹍(0,2)→(2,2)﹍(1,1)→(3,1)﹍(3,0)→(3,2)﹍(3,1)→(3,3)=G
3 状态坐标点的分类
在图1(a)中,当从始点S0(3,3)出发,在探寻逐步趋向目标点G(0,0)的最短路径的过程中,必须对每一个正行程的落脚点和随后的回程落脚点其坐标是否满足组合约束条件(2)进行判断。为此,这里试图在搜索求解之前就对所有的(m+1)2个可能状态点进行分析归类,标出那些不符合约束条件的状态点——称作“非可行点”,从而使得搜索求解中能够避免误入这些违反约束的“禁区”。
由图1(a)可知,点(1,2)、(1,3)、(2,3)显然是非可行点(用⊙表示),因为这些点所表示的左岸滞留人员组合都是x(传教士人数)<y(食人族人数)的状态,是不符合约束条件(2)的。
为便于解释另外3个非可行点(图1(a)中用*标示)——(2,1)、(2,0)、(1,0),需要与图1(b)相对照;因为这3个点表面上似乎是满足组合约束条件(2)的,即符合0<x≤3且x≥y;但是实际上它们是非可行点。因为组合约束条件(2)是要求在两岸三处都得到满足。而此3个状态点虽然在左岸满足了组合约束,但在对应的右岸却是不满足组合约束的。这一点只要对照图1(a)和图1(b)即可知道。图1(b)所示的右岸状态迁移过程中,在点S′(x′,y′)=(1,2)、(1,3)、(2,3)处显然不满足x′≥y′,即为非可行点(同样用⊙表示)。假想图1(b)是绘制在透明胶片上的,就可以将其移动到与图1(a)相重叠的位置,使得两个图上左右两岸的始点S0(3,3)→S0′(0,0)、目标点G(0,0)→G′(3,3)分别对准,成为相互影射关系;则易于发现图1(a)与图1(b)上的求解路径确是相互重合的。这意味着不论关注的是左岸还是右岸现有人员的组合态势,这时其求解路径是相同的(这是就此实例所作的推断,而在一题多解的场合则不能这么简单地推断。为说明这一点,对于m=3、n=2给出了不同于图1(a),图1(b)的另一条解路径如图3所示,其求解步数则与图1相同,仍为K=11)。那么与右岸的3个非可行点(x′,y′)=(1,2)、(1,3)、(2,3)相对应的左图1(a)中的影射点(x,y)=(2,1)、(2,0)(1,0)也应是非可行点。同样地可以判定,与图1(a)中3个非可行点(x,y)=(1,2)、(1,3)、(2,3)相对应的图1(b)中3个影射点(x′,y′)=(2,1)、(2,0)、(1,0)也是非可行点。据此可知,无论是着眼于左岸状态还是右岸状态,都有着6个非可行点;现将这6个非可行点合并表示于图2中。为给后续求解过程中的图搜索提供导引信息,文中将对角线以上的非可行点所构成的三角形区域称作“上禁区”(图中网格部分,下同),对角线以下的非可行点三角形区域称作“下禁区”,即在坐标迁移(或图搜索)过程中应避免在该区域停留,但可以飞越。
在剔除了上述非可行点之后,当然余下的就是可行点。具体来说,这里共有10个可行点:
(1)直线x=m=3上的(3,0)、(3,1)(3,2)及S0(3,3),共4个点;
(2)直线x=0(即y轴)上的G(0,0)、(0,1)、(0,2)、(0,3),共4个点;
(3)过原点的45°对角线上的点(1,1)、(2,2),共2个点;始点S0(3,3)和目标点G(0,0)已包括在上两项中,故不再重复计入;以上3项总计10个可行点。
若进一步细分,还可以在这些可行点的集合中把对角线上的点特别地称作“平衡点”,因为在这些点上始终满足x=y(或者x′=y′),亦即两类构成元素——传教士与食人族是势均力敌的,这种场合下便不会发生在此岸可行而在彼岸不可行的矛盾。平衡点的引入对于应用计算机图搜索技术将是有益的。
以上是就m=3、n=2的具体事例的分析。推广到一般情况下(即:有m个传教士与m个食人族利用最多能载n个人的小船欲从河流左岸过渡到右岸去),这时可以在求解问题之前由如下各式对图搜索的范围做到心中有数。
(1)可能状态点数
(m+1)2 (2)
(2)可行点数:
直线x=0和x=m上各有(m+1)个,对角线上有[(m+1)-2]个,故可行点总数为
2(m+1)+(m+1-2)=3m+1 (3)
(3)非可行点数
(m+1)2-(3m+1)=m2-m (4)
依据上述各式,表1中列举出一些简单m时的各类对应点数,以及使问题得以成立而所需nmin、对应的K值,以供参考。
以上各式中均未出现小船运载能力参数n,即表明可行点数(或非可行点数)仅仅取决于欲渡人员数m(双)而与n无关。但n的大小显然会影响到完成任务的摆渡总次数K,亦即问题求解的难易程度;对于相同的m值,若n越大则所需的摆渡次数K越小(例如对于m=3而言,当n=2时K=11,当n=3时K=5),问题求解就愈简单;反之亦然。本文认为,一般在编拟此类智力题目时应有限制nmax=m,因为这种情况下总有K=5的最短求解路径存在,问题求解已经变得很简单了,进一步的简单化(即继续增大运能n)也就失去了智力训练和测试的意义了。至于运载能力的下限nmin的存在是显而易见的,至少也应有n≥2,才有可能使得往返摆渡(即正行程+回程+正行程+…)能够连续进展下去,否则将无解(若运载能力n=1,则正行程与随后的回程在小船上最多和最少都只有一人,一个往返航程的实际摆渡效果为0人,即不可能完成渡河任务);但由于nmin是与m值有关的,要比nmax复杂些,故此处仅作提示而留待后续再作进一步讨论。
4 结束语
作为趣味智力训练和测试的经典题目,在以往的求解中多是用脑体操的逻辑推理方式来解决的,系统深入的探讨较少。这在所处理的数值较小、问题较简单时是能解决问题的。但考虑到此类问题在规划、管理等领域可能存在的潜在应用及在较大数值条件下求解的复杂性,文中尝试用图解法来表示问题求解路径中状态点的变迁,并对状态坐标点作了分类分析,对此类题目的编拟给出了一些初步建议;以期为探寻此类问题的简便求解思路创造条件。
参考文献
[1]周义仓,赫孝良.数学建模实验[M].西安:西安交通大学出版社,1999.
[2]武藤佳恭,ニュ-ラルコンビュ-ティンゲ[M].東京,コロナ社,1996.
[3]邓兴无.滑动摩擦平衡问题的图解分析法[J].电子科技大学学报,1997(S1):281-284.
渡河问题的矩阵表示与迭代算法 篇10
1 岸态矩阵及其构成
提出的岸态矩阵,是用于表征问题求解过程中任一时刻处于河流两岸的人员组合状态的。设:某一时刻滞留于河左岸的传教士和食人族的人数分别为x和y,同一时刻位于河右岸的传教士和食人族人数分别为x′和y′;显然这里的x、y和x′、y′都应为大等于零的整数。于是可以构造如下的岸态矩阵Sk
式(1)中第一行为河流左岸的人员组合状态向量(x,y),第二行为同一时刻河右岸的人员组合状态向量(x′,y′);而矩阵的第一列为传教士在河流左右两岸的分布情况,第二列是此时食人族在左右两岸的分布。K为从初始状态S0达到目标状态G=SK所需的总迭代次数,亦即小船的摆渡次数,且K必为奇数。为满足人员组合的约束条件,即任一时刻在任何场所都不得出现食人族多于传教士人数的危险情况,则对于第一行有
同样地,对于第二行的右岸人员组合也应符合这一约束
岸态矩阵的列向量则应满足
那么,开始摆渡之前的初始岸态矩阵就是
完成摆渡任务时的目标岸态矩阵应为
(6)
在此前的讨论中曾经用二维坐标系中的点来表示河流左岸或者右岸的人员组合状态[2],即只能反映某一时刻单侧河岸的状态,这样在采用图解法求解时由于已经预先划出了非可行点的“禁区”,一般不会发生在此岸满足约束而在彼岸不满足约束的错误。但是在采用迭代计算法求解时,就要考虑在构成状态矩阵时绝对避免这类顾此失彼的错误。为此,文中将任一时刻左右两岸的人员组合状态合并于一个岸态矩阵之中;这样只要在每经过一次迭代(亦即一次摆渡)来构成新的岸态矩阵时,通过组合约束式(2)、式(3)的检验即可。通过此项检验的即为合法操作,就可转入下一轮迭代;否则即为非法操作,需要回到本次迭代的出发点,并寻求新的摆渡算子,直到获得合法的迭代结果,即新的岸态矩阵,才算完成了此次迭代,再继续转入下一次迭代,……,经过K次后获得整个解路径。
2 迭代式与摆渡算子设第k次迭代的公式为
Sk=Sk-1+(-1)kΔSk=Sk-1±ΔSk,k=1,2,…,K (7)
这里定义摆渡算子为
式(8)中,第一行的u和v分别为某次摆渡中小船上的传教士和食人族的人数;于是关于小船运载能力n的约束条件即可表示为
0<u+v≤n (10)
算子的第二行之所以设置为
由常识可知,在总共K次的摆渡中,凡次序k为奇数的迭代都对应着从左岸向右岸执行人员输送任务的正行程,即算子前面的符号(-1)k=-1;而次序k为偶数的算子的符号对应于由右岸返回左岸的回程,即(-1)k=1。迭代式的运算规则与普通的矩阵加减运算法则是相同的,其差异仅仅是:为简化书写格式而将K次迭代运算连式写出,于是把迭代式(7)中的等号“=”改用箭头“→”,用于仅表示此次运算的结果。亦即将前后相邻的两次迭代计算Sk-1+(-1)kΔSk→Sk和Sk+(-1)k+1ΔSk+1→Sk+1连写成Sk-1+(-1)kΔSk→Sk+(-1)k+1ΔSk+1→Sk+1的形式,以此类推。于是,全部迭代过程就可表示为
3 运载能力n的取值范围
在前篇《渡河问题的图解分析》中,曾就运载能力n的影响及取值作了初步说明;本文给出的矩阵表示和算法,为对n作较深入的讨论提供了方便。
3.1 n值上限(nmax)
首先,在m(实际渡河任务为2m)不变的条件下,显然运载能力n越大,则任务就越是简单,完成摆渡所需的总次数K就越小。故n 不能过大,亦即K不能太小,例如K=3就意味着小船在一个往返航行后即已趋于完成摆渡任务,否则就失去了智力训练或测试的意义,故在编拟此类题目时n应有一个上限。易于推证:当n=m时,不论m为何值,总能够在K=5步内完成摆渡任务,求解路径如式(12);为此文中建议取n的上限为nmax=m。
图1～图4分别给出了m=n=3、m=n=4、m=n=5及m=n=6时的解路径。图中,实线箭头表示从左岸驶向右岸的正行程,虚线箭头表示由右岸返回左岸的回程;S0为摆渡开始前的初始河岸状态,G为完成摆渡任务的最终目标岸态;对角线上下的三角形网格部分是非可行点区域,是为状态坐标迁移时不得停留的“禁区”即违反题目约束条件的情况。
具体地,可将图1(a)的解路径记为
而图1(b)则为相同情况下的另一解路径
图2(a)与图2(b)也是一题多解的例子,即在相同情况下的不同的解路径,图2(a)可用数式表示为
图2(b)可表示为
3.2 n值的下限
其次,再来讨论n 值的下限nmin。由常识可知:(1)小船运载能力n越小,在同样的摆渡任务m的场合,所需的摆渡次数K 就越多,问题求解就愈加复杂,反之亦然;(2)小船的运载能力至少应有 n≥2,才可能使得小船在首次从左岸摆渡到右岸后返回到左岸来,以使摆渡能够有效地继续进行下去;当n<2时每个往返航程的实际渡河人数为零,即渡河任务永远不可能完成,则题目无解;在编拟题目时应对此加以注意。
应用图解法进行试探,可以得到如表1的若干使问题有解的nmin值。
对表1作如下解释,如图5～图13所示:
(1)对于m=2,如图5所示和m=3,如图6所示,有nmin=2,这是符合n≥2 的常识的。
(2)对于m=4,假定也取n=2、并应用图解法求解,如图7所示。当在第6步到达了点(3,3)以后,则不论怎样选择路径,都会落到禁区内的点上;故初步确定对应于m=4的最小n值为3;再由图8所示m=4、n=3的一个解路径,即可确定:m=4时=3。
(3)对于m=5,先初步推断nmin≥3,进而用图解法,如图9所示的解路径确认了nmin=3。
类似于图7所示,在图10中表示了m=6、n=3时题目无解的情况,因其在第6步(k=6)之后,无论怎样选择求解路线,都不能跨越禁区;故与m=6对应的最小n可暂取为4;再用图解法,如图11所示可对m=6、nmin=4的推断予以确认。
(4)由表1可知,当m≥6 时总有nmin=4,对此说明如下,如图12,m=7、nmin=4:当应用图解法由距离原点最远的始点S0(m,m)出发,假定始终沿着45°对角线方向向坐标原点O(0,0)——亦即目标状态点G逼近,则每个正行程最多可渡过n=4人,而随后的回程则向左岸返回2人,这就意味着每一个往返行程实际向右岸输送了2人。若所需总的摆渡次数为K,则除去最后一次摆渡的单行程之外,此前共有(K-1)/2个往返行程,共可渡过2×(K-1)/2=(K-1)人;这时若左岸的滞留人数为:2m-(K-1)=4,亦即状态坐标点为对角线上的点(2,2),则可在最后的第K次完成任务。易于推知:与第K 次紧邻的第K-1次摆渡的回程只可能停留在状态坐标点(2,2)上,若是返回在坐标点(1,1)上,则说明此前的第K-2次是落在了原点(0,0)上,那么就已经完成了全部摆渡任务而无需返回了,这与总摆渡次数为K的假设相矛盾。
由此知,在m≥6、n=4的场合下所需的总摆渡次数K可由2m-(K-1)=4 得到
K=2m-3 (17)
在用图解法来寻求由始点S0→目标G的解路径时,特规定了搜索始终是沿着对角线方向作往返摆渡,这仅是为方便证明:当m≥6 时若取nmin=4,则有K=2m-3,亦即总有一个有限的、非零正整数解K是存在的。但是这并不意味着在m≥6、n=4的场合,所有的解路径必须是沿着对角线方向而往返的,图13即为m=6、n=4且K=9,即已知条件m、n及解路径步数K与图11完全相同、而解路径的方向却并不沿着对角线方向的另一个解。如果从追求最高的运载效率的角度,来比较图11与图13的求解方案之优劣,显然图13的方案要优于图11的方案。原因是:在图13的回程中只有一次(k=4)是用2人把小船送回左岸的,即其中只包含了1人次的冗余;而图11的求解方案则在共4次的回程中各有一人次的冗余,总的冗余为4人次,当然所包含的无效消耗必定大于图13的求解方案。这种一题多解方案的比较,对于那些运载效率重要、而运载成本较高的工程问题是有着实际意义。
4 结束语
渡河问题在规模较小的情况下,求解较为简单,一般无需编程计算。但若将其应用于规划、管理等工程领域,则随着题目规模的增大其求解的难度便会增大;加之对于重大工程问题常需对多个方案进行比较选优,则计算更为复杂,还可能涉及智能运算;故应用计算机进行处理是必然选择。这就需要构建适合于这一潜在需求的数学表达形式及其算法。文中正是基于此,尝试用岸态矩阵来表征渡河问题求解过程中同一时刻河流两岸上人员的组合状态,并以小船上的人员组合作为摆渡算子,通过K次迭代来寻求解路径;这样即可应用Matlab求解数值较大的复杂的渡河问题。此外,还就小船运载能力n的取值范围作了较深入的讨论,并用图解法给出了多个算例来加以验证,以供编拟和审核此类智能问题时参考。对于摆渡算子ΔSk的选取,因涉及智能化图搜索技术;尚有待后续的研究进展。
摘要：为解决较复杂的渡河问题,提出用构建岸态矩阵来表示求解过程中左右河岸上同一时刻的人员组合状态;并引入表征小船上人员状况的摆渡算子,则问题的求解过程就可用从始点状态向着目标状态的逐次迭代来表示;而约束条件则由岸态矩阵的生成及算子的选取来实现。同时对运载能力n的取值范围作了较深入的讨论,并用图解算例加以验证。
关键词：渡河问题,岸态矩阵,迭代算法,摆渡算子,运载能力n
参考文献
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[6]堵秀凤,张剑,张宏民.数学建模[M].北京:北京航空航天大学出版社,2011.
渡河工程 篇11
2013年年末，董明珠和雷军豪赌10亿，如果5年之内小米的营业额击败格力，董明珠就输给雷军10亿元，反之则雷军输掉10亿元。
2014年年末，雷军往事重提，戏言称：“去年我和董明珠打赌时，格力1200亿，小米300亿，差4倍。今年小米800亿，他们1400亿，差距小了……再有一两年格力就输了。”
随后，董又炮轰小米和美的联姻。雷董之战，一直到2015年年初还硝烟未烬。
难道传统企业和互联网企业就注定水火不相容？2015年，二者的关系又会如何进化？对抗不是持久之计，“过河”才是明智之举。
豪赌背后的“重构”焦虑症
为什么会发生传统企业和互联网企业之间的较量？
事实上，赌局的背后，整个世界正在发生着重构。随着互联网的发展，用户和企业、产品之间的关系在进行重构。以产定需的时代，一去不复返。随着技术的进步，用户的反馈变得及时且便利，消费者的需求开始影响到企业的生产。
不管是当年王健林和马云的赌局，还是后来雷军和董明珠的豪赌。事实上，当世界面临重构的时候，无论是传统企业，还是互联网企业，都开始陷入焦虑。
面对互联网时代新的接触客户的手段，传统企业发现，自己快赶不上这个时代了。
然而，焦虑症不仅仅存在于传统企业当中，对于互联网企业来说，尤其是85后、90后成立的纯互联网公司，他们缺乏传统行业的知识，真正涉及到产品层面的时候却无从下手。
焦虑来自于自身的“短处”。
两类企业都要“过河”
事实上，传统企业和互联网企业各有千秋，二者本不应相互看不起，因为他们本来一个在河这边，一个在河那边，应该各取所需，各自弥补缺失的部分。
2015年，两类企业会更多借对方之“长”，补自身之“短”。
从本质上来讲，在互联网时代，传统企业缺乏的是“道”，即思维方式。互联网公司缺乏“术”和“法”，即具体执行。
两类企业都想过河，传统企业想到河的对岸，学习和用户接触的方式。互联网企业，则想要到传统企业所在的对岸，学习供应链管控、生产制造等具体做法。
然而，二者“过河”所需要的时间有所差别。传统企业的转型，需要进行一个阶跃函数式的跨越。因为传统企业需要从思想的根本层面进行改变。而互联网企业，呈现的是线性函数式的增长。
对于传统企业来说，要么领军人物自身思想发生深刻的变化，要么换掉领军人物。互联网思维不仅仅指的是在网上销售产品，更是一种在具体执行过程中贯穿到整个价值链的思维。当传统企业“大换血”之后，爆发力是惊人的。
然而，对于互联网企业来说，也需要长时间对传统行业进行学习和积累。同时，有目的性的吸收传统企业的人才，不失为一个快速“补短”的方法。两类企业之间的人才流动，将会比以往变得更加频繁。
责任编辑：李靖
渡河工程 篇12
泸定大渡河特大桥为雅安至康定高速公路控制性工程, 主桥为1100 米单跨悬索桥, 两岸引桥为30 米或34 米连续梁桥, 效果图见图1。
该施工图设计文件共四册, 其中泸定大渡河特大桥为第二册, 该册共分为十五分册, 附属构造设计为第十五分册。附属构造设计内容分为四部分, 第一部分为主要附属构造, 包括:主引桥防撞护栏、主梁检修道、桥面排水、主引桥伸缩缝等。第二部分为主梁检修车系统, 第三部分为全桥避雷系统, 第四部分为全桥照明配电系统。本文着重介绍第一部分主要附属构造。该桥与其他桥梁的附属构造设计区别主要在于:该桥处于高烈度区, 附属构造的抗风设计和抗震设计都是需要重点考虑的因素。
2 附属结构总体设计
2.1 桥梁总体设计
泸定大渡河特大桥主桥为1100 米单跨悬索桥, 钢混叠合桥道系。主梁为钢桁梁, 桁宽27.0 米、桁高8.2 米。雅安岸为隧道式锚碇、康定岸为重力式锚碇, 两岸均为门型钢筋混凝土主塔。雅安岸右幅引桥为3×34.0 米连续梁桥, 左幅引桥为3×30.0 米连续梁桥, 康定岸引桥为3×34.0+3×34.0 米连续梁桥, 引桥分幅设计。大桥布孔图见图2。
2.2 防撞护栏及风屏障设计
根据《公路交通安全设施设计细则》 (JTG/T D81-2006) , 本特大桥为重要性工程, 车辆驶出桥外有可能造成的交通事故等级划分为:二次重大事故或二次特大事故, 故本桥防撞护栏等级采用最高等级SS级。为减轻自重, 护栏形式采用金属梁柱式护栏。根据规范要求, 护栏高度H≥150 厘米, 护栏横梁净间距≤28.5 厘米, 护栏立柱间距≤1.5 米。
主桥防撞护栏:采用钢护栏, 由立柱及横梁组成, 底座与主桥桥道系砼桥面板整体浇筑, 护栏底座通过长锚杆锚固于桥道系外侧钢上翼缘的底面。主桥主体结构为钢结构, 为减轻自重, 主桥防撞护栏底座为不连续设置。
引桥防撞护栏:采用与主桥一致的防撞护栏, 长螺杆锚固于引桥混凝土箱梁翼缘板内。
引桥风屏障:雅安岸引桥连接泸定隧道和主桥, 行车由无侧向风的区域 (隧道) 驶入有侧向风的区域 (引桥) , 再很快驶过主塔遮挡区, 侧向风况变化较大;同时, 根据抗风专题现场风观测资料 (四要素风观测观测仪设置在康定岸) , 康定岸引桥处于侧向风较大的区域。因此, 在两岸引桥设置风屏障, 风屏障固定在引桥外侧防撞护栏顶部, 标准段风屏障高2.01 米。
最终确定的防撞护栏形式见图3, 图4。
防撞护栏横梁:主引桥防撞护栏横梁均采用钢结构, 横梁为分节段制作, 一段横梁长度内, 以不超过3 个防撞护栏立柱为宜。除横梁普通接头外, 横梁在各伸缩缝处也断开, 通过横梁接头连接。主引桥交界处, 犹豫伸缩缝变形量很大, 此处横梁直接断开, 未设置横梁连接段。一个标准节段横梁构造图见图5。
2.3 主梁检修道设计
为方便日常检修加劲梁及吊索的需要, 在钢桁梁上层及下层均设置检修走道。上检修通道设置在主桁中心线内侧, 防撞护栏外侧, 由生根在桥道系外侧钢纵梁腹板上的牛腿支撑行走结构。
下检修通道设置在钢桁梁中心处, 通道内宽400 厘米, 兼做观光通道。通道纵梁采用焊接工字梁形式, 上设置钢格栅板, 检修走道球型栏杆。上下层通道间设竖向爬梯连通, 该爬梯设置在主塔内。下检修道标准段布置示意图见图6。
2.4 排水设计
大桥采用铸铁泄水管 (外径160 毫米) 接PVC排水管直接排水方式。主桥泄水管布置在防撞护栏内侧, 通过排水管卡固定在主梁桁架上, 泄水管出口低于横梁下缘600 毫米。主桥泄水管沿纵向每10 米设置一道。
引桥泄水管布置在防撞护栏内侧, 直接埋置于引桥箱梁翼缘板内。引桥泄水管每5 米设置一道。设置时应注意桥面超高。
2.5 伸缩缝设计
主桥与引桥相交处各采用一道RBQF2000 型单元式多向变位梳形板伸缩缝, 设计总伸缩位移量2000 毫米。引桥桥台处、康定岸两联引桥相交处均各采用一道RBKF160型单元式多向变位梳形板伸缩缝, 设计总伸缩位移量160毫米。桥道系钢纵梁断开处设置桥面系伸缩缝, 同样采用一道RBKF160 型单元式多向变位梳形板伸缩缝, 设计总伸缩位移量160 毫米。
2.6 其他附属构造设计
主梁检查车、防雷系统、配电照明系统等附属构造设计, 应请相关专业设计部门根据具体工程情况做出专业设计, 本文不再累述。
3 附属构造细节设计
3.1 主桥护栏底座挡雨条设计
主桥防撞护栏为减轻自重, 底座为不连续设置, 因此桥面积水很容易通过底座之间空隙冲向护栏外侧, 形成水花四溅的现象, 影响美观及行车舒适性。本设计在主桥防撞护栏外侧设置了挡雨条, 挡雨条通过锚杆与立柱底座连接。挡雨条大样见图9, 材料为聚氨酯材料。
3.2 防撞护栏横梁接头设计
由于本桥有部分防撞护栏设置在曲线上, 为减少横梁变形带来的影响, 在曲线上的横梁接头, 应对连接套管进行预弯以适应弯道, 弯曲半径应与路线弯曲半径一致。此外, 位于伸缩缝处的连接接头, 为满足横梁的伸缩变形, 横梁接头仅在一侧设置连接锚杆。伸缩缝处接头构造图见图8。
3.3引桥风屏障过渡段设计
由于风屏障仅设置在引桥防撞护栏上, 从引桥行车到主桥时, 风屏障的突然消失会对视觉上产生很大的冲击力, 影响行车舒适性, 因此, 在主桥和引桥交界处, 位于主桥的防撞护栏上, 应设置一段变高度的风屏障做为过渡段, 达到增加行车舒适感的目的。风屏障过渡段共分为5 个节段, 每节段长度13.5 米左右, 每个节段的风屏障通过减少一个风障条降低风屏障高度, 逐渐达到风屏障从有到无的过程。
3.4 主桥防风设计
由于主桥处于风力较大区域, 为减少风力影响, 主桥区域中央分隔带应采取措施进行封闭。从减轻自重的角度出发, 封闭构造选用钢板材料, 在护栏底座顶面锚栓连接钢板, 封闭分隔带钢板通过焊接与该钢板固定。中央分隔带封闭构造示意图见图9。
同时, 位于主桁架下横梁上的检修道, 也设置了检修道气动翼板, 以增加检修道的抗风性。气动翼板通过锚栓与检修道扶手立柱连接。
4 结语