实验教学改革与学生创新能力培养——以同济大学土木工程学院水利工程系为例

同济大学土木工程学院水利工程系紧密结合学校和学院的创新性实验计划与实验教学建设,经过几年的实践与改革,逐渐探索并发展出具有专业特色的实验教学方法和学生创新能力培养模式,开辟出培养专业研究型创新人才的新途径。从理论知识储备,实验教学探索与实践,创新训练计划到创新项目的指导和学生创新成果的管理,形成系列配套培养机制体系,逐步深入推进,在培养学生独立思考能力、创新管理能力和解决实际问题的能力上取得了明显的效果。

三峡工程对长江口南汇边滩近期演变影响初步预测

利用DELFT3D模型建立了长江口二维泥沙数学模型,通过实测水文泥沙资料对模型进行了验证.在此基础上,分别将上游洪、枯季流量概化和外海典型潮波组合,建立了长期冲淤模型.通过10年实测地形资料对模型进行的验证,显示该模型较好地模拟了长江口水沙运动以及长期冲淤演变过程.考虑三峡工程蓄水后上游来水来沙的变化,对近期南汇边滩的演变趋势给出预测,结果显示:三峡工程实施之后的5～20年,南汇边滩发育基本稳定,上游来沙量的减少不会造成大幅度冲刷,边滩整体继续向东南方向演变.

深水航道工程对长江口流场的影响

该文建立了一个长江口二维流场数值模型,分别对深水航道工程实施前后长江口流场进行计算,计算结果显示深水航道工程对长江口影响区域主要集中在北槽及工程施工地点附近,而对距离较远的测站影响小。通过对各测站水位、流速和断面潮量变化的分析,表明工程对长江口水位的影响较小而对流速和南北槽进口断面潮量的影响较大。

港航工程模型实验教学改革的探索与实践

为培养我校港口专业学生的创新精神和实践能力,港航工程模型实验课经过几年的实践和改革,探索出具有自己特色的教学方法和教学模式。从港航工程模型实验课的实验教学内容、实验教学方法和实验教学管理等方面,对实验教学改革进行了思考和探讨。

基于Hoek-Brown准则确定核电工程场地岩体力学参数

岩体与岩石的力学强度之间既有内在联系又存在明显的差异,场地岩石力学指标对于评价场地岩体的力学特性至关重要。以三门核电场地为研究对象,在室内岩石力学试验的基础上,结合野外地质调查,综合考虑岩体结构特征和应力分布状态等因素的影响,引入定量描述岩体结构特征和风化程度的地质强度指标(GSI),采用Hoek-Brown强度准则估计岩体力学参数,同时与岩体地质力学分类法(RMR)计算得到的岩体力学参数进行对比分析。基于GSI的Hoek-Brown法得到的中等风化凝灰质砂岩、微风化凝灰质砂岩和微风化安山玄武岩岩体的c值分别为4.03、6.20、6.10 MPa,φ值分别为31.96°、34.37°和33.87°。基于RMR评分的Hoek-Brown法得到的c值分别为4.42、6.44、7.24 MPa,φ值分别为28.92°、32.43°和34.51°。研究结果表明,采用Hoek-Brown准则确定的核电场地岩体力学强度指标比较合理,得到的岩体力学指标可以作为核电站基础设计的重要依据。

基于模糊数学理论探讨评判地铁工程中地下水风险

采用模糊综合评价法,以上海地铁10号线南京东路车站为例,在全面识别勘察、设计、施工和运营过程中地下水风险因子的基础上,结合统计资料和专家评价,详细阐述了风险评估模型的建立及评价过程,得到了不同阶段地下水风险因子的权重,并对地下水风险进行了综合评判.研究结果对上海地铁工程地下水风险控制具有指导意义.

黄骅港外航道整治工程对风暴潮流下泥沙输运的影响

2003年10月黄骅港海区的一次强寒潮风暴潮造成了港口和外航道泥沙淤积严重,为减少外航道淤积保证外航道正常通航,2004年5月开始实施外航道整治工程。本文建立了黄骅港海域二维水动力和泥沙输运数学模型,模拟在ENE向8级大风作用下整治工程前后风暴增水引起的潮流动力和含沙量变化过程。分析表明:大风作用使黄骅港海区潮流动力失衡,涨落潮输沙不等,同时沿堤流及沿岸流作用加强;整治工程后涨落潮过程中水体交换大幅减少,防波堤的阻水效应增强,阻碍了两侧区域的悬沙输运,近岸区域悬沙浓度相比一期工程有了明显的降低。

北戴河西海滩养护工程海域潮流场数值研究

针对秦皇岛北戴河西海滩养护计划评价的需要,采用Delft3D-Flow建立工程区海域潮流模拟研究的数学模型,通过对大区域范围内5个测站流速、流向的验证,将计算所得参数运用于嵌套在其内部的小范围海域设计方案下潮流场的模拟。结果表明通过在海区岬角处修建突堤和修筑离岸潜堤工程会显著减小工程区内潮流速度,有利于养滩的形成和稳定。

潮流对老虎石海滩养护工程响应的数值预测

为研究老虎石海滩养护工程对老虎石浴场及周围岬湾的水动力环境的影响,利用MIKE 21建立工程区海域二维潮流数学模型,通过实测流速、流向对模型进行验证,将验证后模型参数运用到工程设计方案下潮流场的模拟,比较分析工程前后水动力环境的变化。潮流场比较结果表明,修建潜坝会使得工程及其附近的潮流场发生小幅变化,但对该海域整体的潮流动力环境影响甚微。工程后老虎石海域的潮流动力仍然很弱,对保存海滩上人工养护的泥沙是非常有利的。

EVS耦合地层-岩性三维地质建模方法在南宁地铁工程中的应用

为解决地质建模软件Earth Volumetric Studio(EVS)存在的地层建模方法无法对钻孔揭露地层比较复杂的情形进行层序划分,岩性建模方法无法生成连续光滑的层间界面等问题,以南宁市轨道交通3号线青秀山站至博艺路站区间段为研究对象,提出一种同时具有表达复杂透镜体和清晰的地质层面能力的EVS地层-岩性建模方法。通过工程实例将该方法分别与地层建模和岩性建模方法进行对比分析和交叉验证计算,结果表明采用地层-岩性建模方法建立的模型比单独使用地层模型和岩性模型更能反映实际的地质情况,且模型具有更高的精度,模型的相对误差和均方根误差较地层建模方法明显降低。

长江流域重大工程对河口滩涂资源利用与保护的影响

上海陆域面积现约7 000km2,其中约65%是近6 000年由长江入海泥沙堆积而形成,约17.5%为1949年以来通过围涂新增的土地,后者极大缓解了上海市尖锐的人地矛盾关系.近几十年来,尤其是三峡大坝建成后长江年均入海泥沙已大幅减少,由1951—1968年间的4.97亿t降低至2003—2008年间的1.54亿t,今后随着流域内更多大型水利工程的实施完成将进一步降低.长江入海泥沙是建造滩涂的物质基础,随着入海泥沙大幅减少,河口滩涂自然淤涨速率趋于减缓,未来整个三角洲的冲淤演化趋势备受关注.以2005年为基准年,Delft3d模型预测结果认为长江口主要浅滩今后20年将继续向海淤涨,但速度减缓.综合分析认为,上海市今后20年可通过工程促淤770km2,圈围485km2,但滩涂资源利用一定要兼顾河口生态环境保护,努力实现人与自然相和谐的可持续发展.

黄骅港工程进展对潮流输沙影响分析

随着黄骅港工程不同位置的导堤、防波堤和港口建筑物等的陆续建成,势必对近岸海域的潮流和泥沙输运产生不同的影响。文中应用Delft3D数值模拟软件建立黄骅港海域水动力泥沙数学模型对黄骅港一期工程、外航道整治工程、2011年和2013年工程下的潮流和泥沙输运进行对比分析,研究表明:一期工程导堤长度短,黄骅港东南和西北区域间悬沙输运和交换比较畅通;外航道整治工程后,港区东南和西北区域被分割成两片较为独立区域,东南区域总体含沙量大小及泥沙输运范围均有所减小;综合港区北导堤工程的建设进一步阻碍了东南和西北区域的水体和悬沙交换,降低了黄骅港两侧近岸区域与原口门处的高悬沙浓度范围。

采用改进区间层次分析法评估地铁工程地下水风险

将模糊数学理论引入到地铁工程地下水风险评估中,用改进层次分析法中区间数来代替模糊评估中确定数值评估地下水风险。以南宁市轨道交通一号线火车站站作为研究对象,根据区域地质及水文地质条件,分别对勘察、设计、施工和运营阶段地下水风险进行评估。通过类高斯方法计算区间隶属度,构建区间数判断矩阵,利用区间可能度互补矩阵进行修正。计算结果表明:施工过程中防管涌、流砂等施工质量和现场抽水管理对地下水风险影响最大;按照风险区间数符合度评估标准,南宁地铁火车站站地下水风险综合评估等级为"良";所得结论对类似地铁工程地下水风险评估和防控具有借鉴和指导作用。

北戴河新区沙坝工程后海滩演变预测

通过对北戴河新区洋河-葡萄岛岸段剖面监测资料的分析,得到该段海滩沙坝建设前的演变特征。基于水动力和地形资料,采用GENESIS数值模型建立该岸段的岸线演变模型,使用实测的剖面资料进行验证,并预测了沙坝工程建成后3个月、6个月、1 a、5 a和10 a的岸线演变。结果表明:沙坝建设及刚完成期间,海滩迅速增宽,后经季节变化调整,1 a逐渐形成新的动态平衡;长期来看,岸段总体呈现东冲西淤的状态,趋于平直。

田湾核电工程场地风化囊体工程特性研究

针对田湾核电工程场地调查时发现的不良风化囊体,在原有勘探方案基础上通过加密钻孔与取样,结合浅层地震勘探、声波测井、点载荷试验及室内测试等手段,查明了场地风化囊体的分布范围,对其形成原因进行了探讨,并对风化囊体内岩体的完整性和岩石风化等级进行了评价,得到了反映风化囊体工程特性的力学指标及动态参数,分析了风化囊体对核电建设的影响,为核电工程基础设计提供了科学依据。

有限差分程序FLAC基本原理及其在工程中的应用

使用有限差分程序FLAC在岩土工程设计中进行数值模拟有着很大的优点,在国内外工程地质界应用非常广泛。本文论述了有限差分程序FLAC的基本原理和程序的求解过程,介绍了FLAC的主要功能及其特点,并简要介绍了该程序的应用范围。

柴油污染对上海地区粉质粘土工程性质影响的试验研究

随着城市加油站设备逐渐老化及数量不断增加,油品渗漏污染形势日趋严峻。为了弄清油品渗漏污染所带来的城市环境岩土工程问题,本文以加油站0号柴油污染为例,采用直剪、变水头渗透试验及压缩试验,研究了柴油含量(0、4%、8%、12%和16%干土重)对油污粉质粘土的强度、渗透性及压缩性的影响,并结合颗粒分析试验研究其工程性质的变化机理。试验结果表明:随着柴油含量的增加,土的粘聚力先增大后减小,而内摩擦角、渗透系数和压缩系数则先减小后增大,其转折点均出现在柴油含量为0到8%之间。当柴油含量较小(低于转折点)时,柴油对土的影响主要表现为液桥连结、润滑及堵塞孔隙的作用;当柴油含量较大(高于转折点)时,柴油的存在使得土粒发生絮凝,土颗粒粒径明显增大,大孔隙数目增多,表现出粉质粘土砂化现象。

南水北调工程穿黄隧洞北岸输水弯管的抗震分析

对穿黄隧洞工程的北岸输水弯管进行了三维有限元抗震分析,记录了地震波激励过程中弯管结构各单元的最大主应力和最小主应力时程变化过程。依据Ottosen结构强度理论提出了破坏指数的概念,并据此找出了弯管结构的上下弯头的变截面处是抗震薄弱部位,分析结果可为有关设计单位提供科学的建议。

地铁工程地下水风险识别与模糊综合评判

地下水问题是地铁工程建设中的主要危险因素之一,进行工程地下水风险评估具有重要意义。以上海地铁10号线同济大学站为例,采用模糊综合评价法,在全面识别勘察、设计、施工和运营过程中地下水风险因子的基础上,结合统计资料和专家评价,详细阐述了风险评估模型的建立及评价过程,根据不同阶段地下水风险因子的权重对地下水风险进行了综合评判。

管网工程设计中的软件协同BIM技术研究

BIM技术是建筑业在信息化时代的代表技术,地下管网工程是市政基础设施建设的重要组成部分,是城市生活物质输送和信息传递的主要介质,对城市职能的正常实现至关重要。BIM技术的应用,多数情况下以承载信息的模型为前提,对于管网工程这种体量大、空间性复杂、整体性强的工程建模,给工程人员带来了极大的负担。本文立足管网工程设计阶段,以提高建模效率,优化设计为目标提出了鸿业—Revit协同建模的思路,并以工程实例验证了模型BIM在管网工程中的几个应用点的表现,并结合BIM的发展趋势分析了该思路的合理性。