成果导向的编译原理实验考核评价体系构建

基于成果导向教学理念中“以学生为中心”的原则,针对编译原理课程实验教学考核“重结果,轻过程”现状所存在的弊端,从提高学生学习兴趣和主动性出发,提出对实验课程教学进行“反向设计”,构建一套编译原理实验综合考核方法,通过课后问卷调查说明该方法的有效性。

冻融循环作用下路基结构水热汽迁移规律研究

在冻融循环环境下,路基结构内水分迁移是导致道路冻胀、融沉变形的主要原因。为了探究冻融循环条件下路基结构的水热汽迁移规律,模拟了实际工程的路基结构,基于半透膜材料开展了冻融循环条件下的水、汽分离的水分迁移试验,通过监测试样的水热变化、荧光素上升图像、补水量和集水量变化曲线,得到了水分迁移规律,进而分析了土的孔隙结构、升降温速率和温度梯度等因素对水汽迁移和液态水流出特征的影响。试验结果表明,在土水势作用下,马氏瓶的水分首先以水-汽混合的形式在土柱中向上迁移,达到一定高度后,转变为以水汽的形式向上迁移。非饱和土柱的水汽会透过半透膜向碎石层和控温板底迁移,在整个冻融循环过程中,水汽向碎石层和控温板底的迁移量呈现线性增加的趋势,表明水汽迁移在水分聚集过程中的作用不可忽视。碎石层和控温板底液态水的流出主要集中在每个冻融周期的两个阶段,第一阶段为降温阶段,以冷凝水为主;第二阶段为融化阶段,以融化水为主,融化水占一个冻融周期液态水流出量的70%以上。粉质黏土孔隙较小导致水汽迁移主要受体积含气率的影响,随着粉质黏土土柱含水率的增加,水汽迁移量呈减小趋势。而砂土的孔隙较大,水汽迁移主要受水汽扩散增强因子的影响,随砂土土柱含水率的增加,水汽迁移量呈增大趋势。降温速率减小使冻结锋面有一个缓慢下移的过程,减小土体冻结对水汽迁移通道的封闭影响。升降温速率的减小导致碎石层和控温板底的水分聚集量增大。较大的温度梯度导致水汽扩散系数和水汽密度梯度的增加,从而引起碎石层和控温板底的水汽迁移量增大。

炭质页岩路基填料的路用性能研究

炭质页岩用于路基填筑不仅能缓解炭质页岩分布区路基填料的供应难题,也符合中国基础设施建设“资源集约、节约”和“绿色化”的战略要求。然而,此类岩石性质软弱、易风化崩解、遇水强度衰减显著,充分利用须建立在深入认知其性质的基础上。该文研究炭质页岩原岩的基本性质;设计填料级配;进行填料的击实特性及击实后颗粒破碎特征研究、干湿循环条件下的RCBR(加州承载比)变化特征研究、干燥及浸水状态下填料的压缩性能及压缩后颗粒破碎特征研究以及浸水过程中路基回弹模量的现场测试。研究发现:随风化程度增加,原岩趋于黏土化,微观结构变得疏松。填料颗粒越粗,击实过程中越难调整自身位置来寻求稳定密实状态,颗粒破碎越显著。遇水后填料表现出较强的软化、崩解特性:初始RCBR为54%,随干湿循环呈现先快后慢的减小趋势,最终稳定在26%左右;压缩试验中,填料浸水后的湿化附加变形极为显著,颗粒破碎率大幅增加,最佳含水率状态下未发生破碎的粒组在浸水饱和后也发生了破碎;未浸水路基的回弹模量为140.4 MPa,浸水6 h后衰减至82.1 MPa,之后随浸水时间延长回弹模量衰减不再明显。实际应用时建议优化填料级配、控制最大粒径,采用能有效防水、控湿的路基结构,并避免将炭质页岩填料用于地表水、地下水发育部位。

风化千枚岩填筑路基湿化变形现场试验分析

为了分析千枚岩填筑路基浸水后的稳定性,对十堰至天水高速公路安康东段路基的湿化变形及回弹模量进行现场测试。在对风化千枚岩填料物理力学性质分析的基础上,提出路基填筑方案:加州承载比CBR>3%的风化千枚岩填料直接填筑路基;CBR<3%的风化千枚岩填料外掺3%水泥改良后填筑路基。通过对现场试验路进行浸水前后的承载板测试,分析浸水量、浸水时间对湿化变形、变形率及路基回弹模量的影响;结合不同深度含水率的测试,分析了测试点含水率和渗水深度与湿化变形的相关性。研究结果表明:浸水量和浸水时间是影响路基渗透深度和含水率的关键因素,未改良路基湿化变形受浸水影响比改良路基要明显;浸水量和浸水时间都相同的情况下,未改良路基浸水后回弹模量衰减比改良路基大。

多年冻土路基水-热-力耦合理论模型及数值模拟

在建立多年冻土地区路基非稳态温度场控制方程、水分迁移的有限元控制方程和路基变形场及应力场计算模型的基础上,提出水热力耦合模型。以青藏公路唐南段K3393+950的冻土路基为计算对象,得出了1月份路基温度场、水分场及应力场(变形场)的分布规律:路基温度场内部存在着未冻土核;水分场在温度梯度的作用下有向冻结冰锋线迁移的趋势;在负温条件下,土体的体积含冰量超过临界值时,将产生冻胀现象。研究结果表明,多年冻土地区路基的温度场、水分场及应力场一直处于动态变化中,路基的热状况、水分状况与变化规律及由此引起的应力重分布是引起道路冻害的主要因素。

正冻土中水分场和温度场耦合过程的动态观测与分析

在观测正冻土冻结过程中水分场和温度场随时间变化规律的基础上 ,引用Flerchinger建立的垂直一维冻土系统水、热流耦合模型及相关的联系方程和边界条件对所测的结果进行数值模拟 ,证明其模型在工程上的准确性与适用性 .

温度-湿度-荷载综合作用下路基冻融过程试验研究

为了研究季节冻土路基内部温度场、水分场及应力场综合效应的变化特性,基于自主研发的温度-湿度-荷载综合模型试验测试系统,进行室内路基模型的冻结与融化循环试验,分析了冻融循环过程路基内部土体水、热及力学性能的变化特性.试验表明:冻结过程中,初期温度变化大,温度梯度从顶端向底部逐渐递减;路基顶冻结后,0℃冻结锋面不断往下移动,0℃分界线两段内温度梯度差异大;路基含水率分为冻结区未冻水含量似稳定段、过渡区未冻水快速相变段、未冻结区含水率减小段.融化过程中,温度变化先大后小,未冻结水含量与温度大小相关,路基内部含水量呈现中间增大,两端减小的情形.水热综合作用下,应力场表现:冻融过程中,路基回弹模量随着冻结深度的增大呈线性增加,随融化深度的增加而减小;路基回弹模量随冻融循环次数增加而衰减,当达到6次时,衰减趋于稳定.结果表明,土体水热耦合作用是影响路基土体力学性能的关键因素.

渗流管涌作用下松散堆积层结构演化规律

为揭示渗流管涌作用下松散堆积层结构演化规律,基于颗粒-孔隙尺度流固耦合方法,分别对密实、中密和疏松结构的松散堆积层开展渗流管涌仿真试验,从细观层面分析渗流管涌作用下松散堆积层颗粒迁移特征、颗粒流失量、颗粒间接触力链演化和骨架变形的结构演化特征。结果表明:渗流管涌主要以细颗粒迁移为主,存在局部“堵塞”现象,块石颗粒仅会在细颗粒迁移脱空后自由堆积。细颗粒迁移具有明显的“颗粒堆积”现象,主要集中在出口处,呈“上多下少”的特点。同时,渗流管涌发展过程中相同部位的孔隙率变化具有高度相似性,且结构越疏松越显著。管涌发展过程中,块石颗粒间接触承担主要的应力传递,力链演化的本质是堆积填料内部应力传递结构的改变。此外,下沉量和体应变均随时步增加,呈先急剧增加,后趋于平稳的态势,且随初始渗流速度越大,平稳时刻逐步提前。该研究成果可为从细观角度认识松散堆积层渗流管涌结构演化规律提供一定借鉴。

降雨诱发浅层冻土区边坡土剥落颗粒流模拟:以G214线典型冻土区路基边坡为例

为明确降雨诱发浅层冻土区边坡土剥落机理,以G214线典型冻土区路基边坡为例,基于颗粒流和等效降雨法,模拟不同坡度和冲刷速度下边坡坡面土的剥落过程,从边坡形态、颗粒运移规律、力链演化规律和剥落量等方面详细进行探究。结果表明:浅层冻土区边坡土受到雨水冲刷后,仅在坡面浅层部位出现坑槽,并提出边坡形态系数(τ)来定量化表征边坡形态的凹凸程度。边坡形态总体变化态势可概括为:笔直平坦(1.0≤τ<1.40)、粗糙不整(1.40≤τ<1.50)和凹凸不平(1.50≤τ)。土颗粒间接触力演化主要发生在降雨冲刷作用初期,冲刷过程中接触力演化特征并不明显。随循环次数增加,冲刷速度越大接触数量总体越少,但最终稳定状态下的接触数量近乎相同。此外,边坡浅层土在冻融循环作用下结构疏松是导致冻土区坡面土易被雨水冲刷剥落和坡面易形成冲沟的本质原因。

考虑相变作用的冻土路基应力与变形分析模型

基于冻土路基温度场的控制方程,考虑水分转化为冰的相变作用对土体瞬时变形和蠕变变形的影响,建立路基应力和变形的二维数值方程,并通过1月份的路基冻胀力学模型,分析冻胀带内水分相变引起的路基应力和变形的分布规律。研究发现,在冻胀区域一定的情况下,冻胀率的大小决定了路基表面应力和变形的极值大小;竖向位移的最大值在坡脚处产生,并向路基中部和左侧边界逐渐递减;随着冻胀率的增加,路基表面裂缝有从坡脚向路中发展的趋势;路基表面产生最大拉应力的位置与最大竖向位移的位置基本吻合;路中所承受的拉应力主要发生在水分集聚的相变带范围内。结果表明,相变作用是引起路基发生冻胀病害的直接因素,分析路基应力与变形的分布规律是研究多年冻土路基破坏机理的有效方法。

冻土路基温度场室内足尺模型试验

取用多年冻土地区代表性土类进行冻土路基室内足尺模型试验,建立伴有相变的路基非稳态温度场的控制方程,在空间域内用采用混合单元的有限元网格划分,在时间域内用有限差分格式划分的混合解法进行有限元分析。通过对观测结果进行数值模拟,验证了数学模型的正确性。进一步分析路基温度场的变化规律与野外观测结果的变化规律,其一致性说明了室内模型试验可以模拟野外冻土路基的真实情况,为研究冻土路基温度场的变化规律提供了可靠依据。

基于含水量和冻融循环的重塑土回弹模量试验研究

为模拟自然环境因素对人工填筑路基力学性能的影响,以重塑土为研究对象,试验研究土体回弹模量随含水量和冻融循环次数的变化规律。应用静力成型法,使得土体在最佳含水量下压实成型;通过风干和增湿改变试件的含水量,并经历不同的冻融循环次数后,分别测试土体的无侧限回弹模量。试验结果表明:对于最佳含水量下压实的土体,含水量的初次变化是影响回弹模量的主要因素,含水量8%～17%是回弹模量变化最为敏感区域;土体的回弹模量随冻融循环次数的增加大体上呈衰减趋势,但经历6次冻融循环后其回弹模量趋于稳定;相同的冻融循环次数下,土体压实成型后,风干过程中其回弹模量衰减幅度随着含水量的减小而减小,而增湿过程中其强度衰减幅度基本保持不变。

改良千枚岩填料的CBR值影响因素分析

选用十堰至天水高速公路安康东段的千枚岩为原材料,进行了一系列的实验。千枚岩属于软岩的一种,强度低、稳定性差且易崩解,不宜直接作为高等级公路路基填料,需要对其进行改性后填筑路基。同时基于CBR测试结果,结合方差分析理论分析了不同水泥掺量与不同粗粒料级配对千枚岩填料CBR的影响。结果表明:水泥掺量与粗粒料级配对千枚岩CBR值影响都比较显著;但在考虑到经济和工程特性要求时,通过分析选择水泥掺量为3%与粗粒料含量为55%级配组合为最佳组合。

特殊气候条件对多年冻土地区路基的影响

为了揭示多年冻土地区路基病害发生的根源,基于青藏高原五道梁、沱沱河和安多等地的气象资料,研究了特殊气候条件对青藏公路路基的影响。从青藏高原年平均气温变化曲线及年降水变化曲线入手,考虑路基周期冻结和融化过程中水分迁移及相变作用,结合SWS-3型连续面波仪的路基强度测试结果,分析了青藏公路纵向裂缝、波浪扭曲变形和不均匀沉陷等典型病害的发生机理。研究发现:青藏高原的低温特征使得路基常年处于冻结和融化的交替状态;雨季集中、固态降水特征致使路侧积水严重;在特殊的气候条件下路基土体的动弹性模量由最初的均匀分布逐渐过渡到不均匀状态;路基两侧的积水及土体的冻融疏松是造成路基强度不均匀分布、产生病害的直接原因。

路基冻结过程中温度场对变形场的影响

为了研究冻土路基温度场及变形场的动态变化规律,基于伴有相变的路基非稳态温度场控制方程和冻土路基变形场二维数值计算模型,对冬季冻土路基温度场和变形场进行了计算分析,得出路基深层土中的温度变化滞后于表层土和气温;对于冻胀冰锋线分布较广的路基,其破坏易在坡脚处产生;冻胀冰锋线分布范围较小的路基,破坏大致发生在竖向位移较大的路基中部。结果表明,冻胀冰锋线的范围是影响路基变形场的重要因素。

高寒高海拔地区路面典型结构适应性研究

路面结构直接影响道路的使用性能,高海拔和低温气候是影响路面结构的关键因素。通过调查分析,归纳总结了西藏地区现有的路面结构类型;选取K2876~K3595段为典型路段并对路面的病害类型进行了分析;以共玉高速为项目依托,采用四种新型路面结构进行试验路铺筑研究,并进行了温度场模拟。研究结果表明:柔性基层路面结构相对于半刚性基层路面结构在高寒地区具有更好的适应性,其中土工格室加固级配碎石基层路面结构表现最优。

冻土路基水热迁移问题的理论模型及数值模拟

路基不均匀沉陷和冻胀变形、纵向裂缝等是多年冻土区或是季节冻土区道路工程的主要病害,路基中的热状况与水分状况及其变化是引起冻害严重与否的主要因素。路基中热量的差异和改变引起水分的迁移与转化,而传统的等温模型不能确切地反映温度变化条件下路基中水分的迁移。该文在土体水分等温模型的基础上,建立水热耦合迁移数值模型,引进非等温扩散流方程,提出在水热梯度共同作用下的二维水热迁移的理论模型,并以青藏公路K3363+880路段为对象,进行水热耦合计算,证明模型的有效性,从而进行温度场和水分场变化规律的研究。

人工填筑路基土体水分运动参数的试验

以低液限粘土和粉土为研究对象,采用滤纸法确定其土体水分特征曲线,应用Van Genuchten模型对土体水分特征曲线进行拟合;利用水分迁移测试系统测试土体含水体积分数时变曲线;基于达西定律,结合土体水分特征曲线和土体含水体积分数时变曲线,提出确定导水率及扩散率的方法。研究结果表明:应用滤纸法和水分迁移测试系统确定土体导水率及扩散率简单、方便;Van Genuchten模型拟合土体水分特征曲线效果能达到工程应用要求。

中国公路沙漠自然区划研究

为了满足公路工程建设的多样性、层次性需求,揭示沙漠地区自然环境要素的时空分布规律及其对公路建设的影响,进行中国公路沙漠自然区划。结合沙漠地区公路建设及区域非地带性分异规律,基于一般区划原则,提出了采用综合性原则和主导因素原则相结合、主导指标和辅助指标相结合的公路沙漠自然区划方法。形成了以沙漠综合状态指数为主要指标;以沙丘高度、风沙强度、植被覆盖和气温年较差等自然环境要素为辅助指标的公路沙漠区划指标体系。制定了中国公路沙漠自然区划的分区方案,并采用地理位置+强度+名称的3段命名方法,将中国公路沙漠区划为3个区:东部弱中强度影响区,中部中强强度影响区,西部中弱强度影响区,进而得出中国公路沙漠自然区划图。

不同尖晶石在Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料中的应用

以电熔棕刚玉(8~5 mm、5~3 mm、3~1 mm)、电熔致密刚玉(1~0 mm、≤0.088 mm)、90缺陷尖晶石(200目、2µm)、78尖晶石(1~0 mm、200目、500目)、98碳化硅(1~0 mm、≤0.088 mm)、球状沥青、纯铝酸钙水泥、活性氧化铝微粉为主要原料,制备了出铁沟用Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料,研究了两种尖晶石粒度及加入量对出铁沟用Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料性能的影响。结果表明:1)随着尖晶石粒度的减小,浇注料黏性降低,排气性增强,流动性、体积密度呈增加趋势;2)经不同温度处理后,试样耐压强度、抗折强度、抗渣侵蚀性能呈先增加后降低的趋势;3)随着尖晶石中氧化镁含量的增加,试样的耐压强度、抗侵蚀性逐渐增加。