本卷前言
　　本卷內(nèi)容來(lái)自潘家錚院士所著《水工結(jié)構(gòu)分析文集》一書(shū)，該書(shū)于1981年由電力工業(yè)出版社出版，選編了潘家錚院士撰寫(xiě)的14篇水工結(jié)構(gòu)分析方面的技術(shù)論文和資料。這14篇文章論述了潘家錚院士對(duì)重力壩、土石壩、拱壩、水電站廠房、水工金屬結(jié)構(gòu)等工程設(shè)計(jì)中遇到的一些重要的、復(fù)雜的14項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題進(jìn)行全面和深入探討后所取得的研究成果。
　　在這14篇文章中，潘家錚院士從最基本的技術(shù)原理和最簡(jiǎn)單的力學(xué)概念出發(fā)，用普通但極具邏輯的語(yǔ)言，用易懂又專業(yè)的表達(dá)方式，深入淺出地給出了問(wèn)題提出的緣由、問(wèn)題解答的過(guò)程和問(wèn)題解決的結(jié)論。有的文章提出了解決問(wèn)題的原則或方法，便于讀者明晰解決問(wèn)題的基本手法；有的文章采用了解析方法推導(dǎo)、整理并提供了實(shí)用的公式、資料、表格和函數(shù)，便于讀者解決具體問(wèn)題時(shí)應(yīng)用；有的文章給出了解析解和有限元解的界限，并進(jìn)行了有限元計(jì)算公式推導(dǎo)，便于讀者對(duì)無(wú)法采用解析解解決的問(wèn)題利用電子計(jì)算機(jī)編程進(jìn)行計(jì)算分析；有的文章對(duì)設(shè)計(jì)理論、試驗(yàn)研究及計(jì)算方法作了回顧和評(píng)述，便于讀者
　　了解相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的來(lái)由、發(fā)展過(guò)程和發(fā)展方向。
　　本卷收錄的14篇文章中，有關(guān)混凝土壩設(shè)計(jì)的有3篇，土石壩和固結(jié)計(jì)算的有3篇，地基及巖石試驗(yàn)的有3篇，閘門和鋼管等金屬結(jié)構(gòu)的有2篇，其他結(jié)構(gòu)的有3篇。本卷研究成果內(nèi)容有的已經(jīng)編入了規(guī)程規(guī)范，有的編入了設(shè)計(jì)手冊(cè)，有的編入了教科書(shū)，已經(jīng)被水利水電水工結(jié)構(gòu)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用和認(rèn)同，集突破性、創(chuàng)新性、實(shí)用性、啟發(fā)性和資料性于一體。在計(jì)算機(jī)普及的現(xiàn)代，對(duì)從事水利水電工程設(shè)計(jì)或科研工作的同志仍然具有很高的使用和參考價(jià)值。
　　第1篇“重力壩抗滑穩(wěn)定的合理分析”，重點(diǎn)針對(duì)重力壩壩基破壞面上物理力學(xué)性能很不均勻，無(wú)法用傳統(tǒng)整體極限平衡分析求得正確抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的問(wèn)題，提出了相對(duì)合理的解析解法。該解法可作為逐漸向考慮破壞面上每一點(diǎn)處的應(yīng)力、變形以及屈服條件，研究其逐步破壞的機(jī)理，最終確定其安全程度的有限元分析方法過(guò)渡。
　　第2篇“重力壩岸坡壩段的穩(wěn)定分析”，重點(diǎn)針對(duì)重力壩岸坡壩段在較為陡峻岸坡上容許設(shè)置平臺(tái)（或利用較低壩段的混凝土面為平臺(tái)）的情況，證明只要平臺(tái)尺寸選取得當(dāng)，壩段的安全系數(shù)并不會(huì)比水平地基情況降低太多。由于設(shè)置平臺(tái)的岸坡壩段的穩(wěn)定性計(jì)算無(wú)簡(jiǎn)單公式可借鑒，本篇文章專門推導(dǎo)了一種新的分析方法。
　　第3篇“論試載法”，重點(diǎn)對(duì)試載法進(jìn)行了概括性的評(píng)述，并提出只要在基本方程體系中根據(jù)拱壩幾何形狀和壩殼厚度把握好可以近似簡(jiǎn)化的程度，試載法可適用于任何拱壩計(jì)算分析；就提高習(xí)用的徑向、切向、水平扭轉(zhuǎn)三向調(diào)整中的計(jì)算精度，提出了需考慮常忽略的一些次要變位、合理處置有關(guān)邊界條件等要求。
　　第4篇“黏土層的固結(jié)計(jì)算”，基于太沙基固結(jié)理論，對(duì)飽和土體情況一維固結(jié)計(jì)算問(wèn)題、軸對(duì)稱固結(jié)計(jì)算問(wèn)題進(jìn)行解析推導(dǎo)，提出了計(jì)算公式和相應(yīng)表格；對(duì)于相對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題以及二維、三維問(wèn)題，指出需要采用有限元解法來(lái)解決，并對(duì)平面問(wèn)題、三角形單元、固定時(shí)段內(nèi)變量均勻變化的情況進(jìn)行了有限元公式推導(dǎo)。
　　第5篇“土石壩應(yīng)力分析和變形分析的發(fā)展”，重點(diǎn)闡述了砂礫料和黏土料的力學(xué)特性，給出了相應(yīng)非線性和彈塑性有限元計(jì)算分析公式，推導(dǎo)了考慮固結(jié)及徐變情況的計(jì)算公式，并對(duì)當(dāng)時(shí)大量土石壩工程有關(guān)有限元分析成果實(shí)例進(jìn)行了深入分析和探討。本篇文章是代表當(dāng)時(shí)土石壩分析研究水平的回顧和研究成果。
　　第6篇“黏土心墻沉陷斜率的控制”，主要針對(duì)當(dāng)時(shí)土石壩黏土心墻在填筑或運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的沉陷及沉陷斜率的計(jì)算和控制尚無(wú)成熟和合理的規(guī)定，缺乏實(shí)際原型觀測(cè)統(tǒng)計(jì)資料的情況，提出更為合理地判別黏土心墻是否會(huì)產(chǎn)生橫向裂縫的指標(biāo)是沉陷曲率，并在獨(dú)立分條沉陷計(jì)算的基礎(chǔ)上，提出了可考慮分層填筑和徐變影響的沉陷曲線校正計(jì)算原理、計(jì)算方法，推導(dǎo)了基本微分方程，給出了具體計(jì)算實(shí)例。
　　第7篇“夾層地基的分析”，針對(duì)天然地基中存在軟弱薄夾層的情況，按照理想的橫觀各向同性體假設(shè)，推導(dǎo)了兩種彈性矩陣計(jì)算公式。提出采用有限單元法計(jì)算夾層地基上建筑物（包括地基本身）的應(yīng)力和變形時(shí)，除采用修正的彈性矩陣來(lái)代替均勻材料的彈性矩陣以外，還必須判別夾層地基的屈服與破壞，并給出了夾層地基應(yīng)力轉(zhuǎn)移相應(yīng)的計(jì)算原理和有限元表達(dá)式。
　　第8篇“有限單元法分析中的巖基問(wèn)題”，從最簡(jiǎn)單的均質(zhì)線彈性體開(kāi)始，逐步討論了各向異性性質(zhì)、構(gòu)造帶問(wèn)題、基巖的拉裂和剪切破壞、塑性變形及徐變性能等有限單元法分析中的巖基問(wèn)題，并給出了具體計(jì)算的原理、計(jì)算方法、計(jì)算公式和迭代計(jì)算流程。由于計(jì)算的復(fù)雜性，提出了對(duì)于具體工程問(wèn)題需要選定主要影響因素，有針對(duì)性地選擇相應(yīng)的計(jì)算方法來(lái)解決。
　　第9篇“彈性理論在巖基試驗(yàn)中的應(yīng)用”，在進(jìn)一步豐富經(jīng)典彈性理論解答的基礎(chǔ)上，將巖體視為半空間各向同性彈性體，采用剛性板或柔性板作為巖基試驗(yàn)的承壓板（塊），并忽略一些次要影響，以此整理分析巖基試驗(yàn)成果。對(duì)計(jì)算公式進(jìn)行了歸一化處理，對(duì)試驗(yàn)中次生應(yīng)力、試塊剛度、試驗(yàn)場(chǎng)幾何邊界條件、基巖的各向異性等問(wèn)題對(duì)試驗(yàn)成果的影響進(jìn)行了逐一分析和研究，并就隧洞變形試驗(yàn)中如何取得正確試驗(yàn)成果進(jìn)行了討論。
　　第10篇“水電站廠房圈梁—立柱式機(jī)墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”，針對(duì)近似假定圈梁和立柱為獨(dú)立結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化計(jì)算不能滿足設(shè)計(jì)精度要求的問(wèn)題，提出了考慮圈梁和立柱相互約束作用的整體分析法能符合實(shí)際情況，適當(dāng)選擇圈梁、立柱尺寸，常可滿足靜力及動(dòng)力要求。另外，還提供了利用傅里葉級(jí)數(shù)計(jì)算圈梁的方法，以及利用形變常數(shù)和連續(xù)條件分析整體結(jié)構(gòu)作用的步驟。
　　第11篇“承受集中荷載的邊墻分析”，對(duì)無(wú)限長(zhǎng)邊墻承受集中力或集中力矩作用效應(yīng)進(jìn)行了分析，推導(dǎo)了相應(yīng)的計(jì)算公式，并對(duì)邊墻等效寬度進(jìn)行了研究，其結(jié)論可靈活應(yīng)用在水工結(jié)構(gòu)中常遇到的在一片墻上設(shè)置若干根柱子的情況。
　　第12篇“定輪閘門的軌道應(yīng)力計(jì)算和設(shè)計(jì)”，根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》（SDJ13—1978）中指出的“當(dāng)輪壓較大時(shí)應(yīng)對(duì)滾輪、軌道的材料及其硬度和制造工藝進(jìn)行專門研究”的有關(guān)要求，闡述了滾輪及軌道的各種形式、材料的強(qiáng)度理論和設(shè)計(jì)要求；根據(jù)彈性力學(xué)公式，整理和推導(dǎo)了平面問(wèn)題及空間接觸問(wèn)題的一系列實(shí)用的計(jì)算公式，并詳細(xì)討論了有關(guān)材料性能和設(shè)計(jì)選擇要求。
　　第13篇“關(guān)于壓力鋼管的岔管計(jì)算”，針對(duì)在岔管應(yīng)力試驗(yàn)和研究中發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)應(yīng)力與計(jì)算應(yīng)力相差較大的實(shí)際情況，提出了一種精度較好的岔管應(yīng)力分析解法。該解法先求固定狀態(tài)應(yīng)力，即當(dāng)岔管加固梁不能變形時(shí)，管殼在內(nèi)水壓力及其他邊界力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力；再求變位校正應(yīng)力，即將加固梁放松，計(jì)算加固梁所產(chǎn)生的變位和應(yīng)力。根據(jù)固定狀態(tài)應(yīng)力和變位校正應(yīng)力來(lái)計(jì)算岔管管殼和加固梁中的應(yīng)力。
　　第14篇“文克爾地基梁的計(jì)算資料”，針對(duì)初參數(shù)法計(jì)算地基梁內(nèi)力變形時(shí)存在計(jì)算公式繁復(fù)，僅適用于短梁，并可能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果誤差較大或計(jì)算錯(cuò)誤的問(wèn)題，推薦了一套易記的符號(hào)規(guī)定；推導(dǎo)、整理和補(bǔ)充了適用于一般文克爾地基梁的內(nèi)力變形計(jì)算的有關(guān)公式表和函數(shù)表，給出了一系列實(shí)例以利于使用參考。
　　借此次編輯出版《潘家錚全集》之機(jī)，本人仔細(xì)閱讀了本卷14篇文章，再次深深體會(huì)到了潘家錚院士所具有的敏銳的問(wèn)題意識(shí)、鉆研技術(shù)的客觀態(tài)度和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。本卷中的每一篇文章都是針對(duì)實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后通過(guò)付諸大量的論證研究工作才寫(xiě)成的，都是當(dāng)時(shí)水利水電工程界技術(shù)爭(zhēng)議的焦點(diǎn)或需要解決的尖端技術(shù)問(wèn)題。這些文章既解決了當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)之急，又解決了技術(shù)規(guī)范性問(wèn)題和技術(shù)前瞻性的問(wèn)題，有很強(qiáng)的時(shí)代感和技術(shù)引領(lǐng)作用。因此，本卷不僅是潘家錚院士發(fā)表的一些重要的技術(shù)文章，更是解決實(shí)際水利水電工程問(wèn)題的答案所在，是專業(yè)發(fā)展的方向所在。通讀這些文章，在學(xué)習(xí)技術(shù)要領(lǐng)的同時(shí)，可以閱讀到潘家錚院士發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決難題的務(wù)實(shí)、求精、嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的工作作風(fēng)，可以閱讀到潘家錚院士把自己置身于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)中去、投身于水利水電工程生產(chǎn)一線的奉獻(xiàn)精神，可以閱讀到潘家錚院士樂(lè)于解疑釋惑、成就于工程實(shí)踐過(guò)程的輝煌歷程。
　　在本卷的編輯過(guò)程中，根據(jù)“存真”的原則，對(duì)原著的整體內(nèi)容基本未做改動(dòng)，重點(diǎn)對(duì)發(fā)現(xiàn)的原著中的公式和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤及不妥之處進(jìn)行了修正，并對(duì)14篇文章的體例格式進(jìn)行了統(tǒng)一。至于本卷中有關(guān)物理量表達(dá)、計(jì)量單位等都盡量保持了原貌，未完全按照現(xiàn)有的出版編輯規(guī)范進(jìn)行修改，如文章中有的物理量表達(dá)采用了物理量前加上、下標(biāo)的標(biāo)注方式，也有的采用了以文字為下標(biāo)的標(biāo)注方式；本卷中諸如力、重量，載荷、應(yīng)力，彈性模量、抗拉強(qiáng)度，彎矩、扭矩等物理量的計(jì)量單位，均采用質(zhì)量單位表示力的單位，由于文章中較多篇幅涉及復(fù)雜的公式、公式推導(dǎo)過(guò)程，以及表格圖線等，都無(wú)法改動(dòng)也不宜改動(dòng)，因此均未做修改。
　　限于時(shí)間和本人水平，本卷仍會(huì)存在疏漏與不妥之處，敬請(qǐng)批評(píng)指正。沈鳳生
　　2016年1月12日