大学土木工程实验室开放管理对本科教学的促进作用分析

在各级各类高校实验室建设中,对实验室开放管理都有明确的要求。以山东省土木工程防灾减灾重点实验室开放管理为例,结合土木工程学科特点,从学生和教师两个实验主体详细分析了实验室开放对本科教学的促进作用。通过分析得出,通过多种形式渠道的实行实验室开放,可以全方位促进学生各种能力的培养,也可以促进教师责任心提高,提高教师实验水平,增强实验教师队伍的建设。

浅谈高等院校土木类开放实验室的改革

实验室是高等院校培养学生全面发展的重要组成部分之一,实验室的全面开放是高校实验教学改革的客观趋势,也是国家对高等院校本科教育评估的内容之一。以山东科技大学土建学院实验室为例,通过从网络化实验室的开放管理和机房的开放管理两个方面对土木类开放实验室的改革与管理进行了探索研究,以满足教学及科研高要求和高水平的需求,从而提高学生的创新实践能力,为教师提供一个优质科研平台,提高学院的科研能力。

一种改进的压力脉冲衰减实验装置及其在渗透率测量中的应用

渗透率是评价非常规能源商业化开采的必要参数。压力脉冲衰减法(PPD)是测量渗透率最有效的方法之一,通过在上游增加一个压力传感器,上游和下游各增加一个腔室对实验装置进行改进。基于改进的实验装置,研究了不同储存体积下脉冲压力与平衡时间的关系。此外,通过比较两种广泛采用的渗透率测量方法,研究了压缩存储对渗透率测量的影响。研究结果表明:在注入压力不变的情况下1)平衡压力随上游储存体积增加而增加,随下游储存体积增加而减小;2)平衡时间随储存体积的增加而增加,相近的上下游储存体积能够加快脉冲过程;3)当上下游储存体积不相等时平衡时间和储存体积之间没有明显的线性关系,然而,当上下游储存体积相等时,两者的线性关系明显;4)下游储存体积对渗透率的影响高于上游储存体积。研究结果对合理选择储存体积来测量渗透率的方法具有指导意义。

炮孔间距对偏心不耦合装药贯通裂纹扩展的影响

为研究光面爆破中偏心不耦合装药炮孔间距对贯通裂纹扩展的影响,利用同心不耦合装药的孔壁压力计算公式并结合应力波叠加原理,推导偏心不耦合装药的炮孔间距计算方法。基于求得的炮孔间距范围,计算3种岩石介质在不同炮孔间距条件下贯通裂纹的扩展位置,并选择砂岩材料进行数值模拟。结果表明:偏心不耦合装药爆破中,贯通裂纹主要集中于偏心侧;抗拉强度大的岩石,贯通裂纹偏离炮孔连心线的程度也较大。砂岩的炮孔间距为60 cm时,贯通裂纹扩展方向与炮孔连心线重合,连心线下方出现裂纹比较集中的贯通区域;炮孔间距的增大导致贯通裂纹远离炮孔连心线,从而造成欠挖。偏心不耦合装药爆破后,偏心侧岩石的损伤明显大于非偏心侧。

轨道不平顺条件下列车运行引起的饱和地基振动响应

为研究轨道不平顺条件下列车运行引起的饱和地基振动响应,进一步完善饱和地基的振动传播和衰减规律,将轨道不平顺引入饱和地基2.5D有限元,通过Fourier变换得到频域-波数域表达式,对比分析准静态荷载与不平顺条件下高铁列车运行对饱和地基加速度、位移和孔隙水压力的影响规律。研究结果表明:列车速度较低时,2种条件下列车引起的饱和地基振动相差不大,随着列车速度提高,轨道不平顺使饱和地基的加速度幅值和位移幅值显著增大,且在时程曲线规律上呈现更强的波动性;轨道不平顺对轨道中心加速度频谱影响较小,列车在低速和高速运行时,2种荷载的频谱规律均基本一致,主频分布也基本相同,轨道不平顺条件下仅各频段加速度大小略有增加;轨道不平顺会大幅增加高速列车运行引起的饱和地基孔隙水压力,且随着深度增加孔压迅速衰减。

贯通型标准JRC双节理剪切力学及声发射特性研究

节理岩体的抗剪性能是影响工程岩体强度及稳定性的关键因素。基于3D打印技术制作标准JRC节理面模具和固定夹板,采取一体化浇筑方式制备不同节理面间距和不同粗糙度的双节理试样,结合声发射(acousticemission,AE)技术探究不同法向应力条件下粗糙双节理岩体剪切力学特性和破坏演化特征。结果表明:剪切应力-剪切位移曲线形态受节理粗糙度和法向应力共同影响。随JRC和法向应力的增加,剪切应力软化程度加重;法向应力较大时,峰后阶段剪切应力存在多次突降现象,突降值随法向应力的增加而增大。峰值剪切强度出现在双节理间岩石夹层断裂时刻,随JRC和法向应力的增加呈增大趋势,随节理面间距增加呈减小趋势。AE结果表明:岩石夹层断裂时刻AE能量大幅突增,AE能量峰值稍滞后于剪切应力峰值,随法向应力的增加,AE能量峰值和累积AE能量值增大;AE定位点空间上集中于岩石夹层部分,时间上频发于200~600 s内,随节理面间距的增加,AE定位点的集中范围扩大。

商场冷凝水耦合光伏/光热系统在不同气候区的适宜性研究

光伏光热技术是太阳能的主要利用方式之一,太阳能光伏光热一体化(solar photovoltaic-thermal,PV/T)系统可实现系统产电和热量的双重效益。基于不同气候区的气候特征,以商场冷凝水耦合光伏/光热系统为研究对象。在确定制冷季冷凝水量的基础上,计算分析系统一次能源节约率及环境效益,研究该系统在不同气候区的适宜性。结果表明:在寒冷地区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区,PV/T系统比光伏(photovoltaic,PV)系统更加高效节能。在整个制冷季中,PV/T系统的发电量均高于PV系统,海口的发电效率提升了0.53%,拉萨的发电效率提升了0.11%;PV/T系统在海口地区一次能源节约率最高,达到59.62%;青岛CO_(2)减排量最高,总减排量达到5.5 t。

浅埋大跨岩质隧道主动支护作用机制研究与应用

预应力锚杆主动支护技术在隧道工程的应用日益增多,但其对浅埋大跨岩质隧道的适用性及作用机制尚未明确。以青岛地铁暗挖车站为依托工程,开展调研分析、数值计算和模型试验,对比分析预应力锚杆与非预应力锚杆对块状围岩的支护作用,从围岩应力补偿、块体围岩挤压成拱和危险块体控制3个方面研究浅埋大跨岩质隧道主动支护作用机制及理论模型,并进一步开展现场应用。结果表明:原支护方案主要沿用了土质隧道支护理念,对岩质围岩自承能力的认识和利用不充分;锚杆预应力(100 kN)使围岩拉应力区消失、塑性区大幅度减小,并使围岩结构面的法向挤压接触应力提高约0.2~0.3 MPa,有效控制结构面两侧岩体的滑移错动,提升了隧道围岩整体稳定性;建立的主动支护理论模型将传统主动支护应力补偿对象由开挖面聚焦至岩体结构面;主动支护新方案较原支护方案的支护材料减量约30%,工期缩短约17%,隧道沉降量减小约50%。

缩管式恒阻大变形锚杆抗冲击特性及其治理岩爆潜力研究

深部岩体非线性大变形特性引发的岩爆灾害一直是岩土工程的世界性难题,严重制约了工程建设的施工进度和工程安全,加强对岩爆防治措施的深入研究刻不容缓。基于钢管挤压变形原理,提出了一种新型的缩管式恒阻大变形锚杆,该种锚杆可在容许较大的变形量的同时提供较高的恒阻力。在前期研究的基础上,通过落锤冲击试验探索了缩管式恒阻大变形锚杆的抗冲击性能。试验结果表明:在整个冲击过程中,缩管式恒阻大变形锚杆的工作阻力稳定在150~180 kN范围内,恒阻特性显著;缩管式恒阻大变形锚杆吸收能量大、效率高,单次可吸收冲击能量为53kJ;在冲击过程中,试件压缩率仅减小了0.54%~1.43%,变形情况较为稳定。缩管式恒阻大变形锚杆具有良好的抗冲击特能,可为地下工程建设过程中岩爆灾害的治理提供有力的技术支撑。

三维周期结构波阻板的带隙特性研究

波阻板(wave impeding block,简称WIB)常被用于动力机器、轨道交通、建筑施工等振源产生的振动污染控制。但波阻板受土层截止频率的制约,隔振频带窄且无法对特定频率范围进行针对性的振动控制,根据声子晶体,发展了一种三维周期结构波阻板(periodic structural WIB,简称PSWIB)。采用COMSOL有限元分别计算了散射体为正方体及球体时三维周期结构波阻板的带隙,讨论了结构、材料参数等因素对带隙特性的影响,并进行了正交试验优化设计。理论和数值计算均表明:三维有限周期结构波阻板所得衰减区与无限周期波阻板带隙范围一致,具有带隙性,振动衰减区内最大振幅衰减可达54 dB。与传统波阻板相比,三维周期结构波阻板拓宽了隔振频带,突破了截止频率的制约,并可依据振源特性设计三维周期结构波阻板材料参数满足对目标频率振动隔离的要求。

地铁车站深基坑工程的监控量测与数值模拟

以南昌地铁艾溪湖东站深基坑工程为研究对象,对现场施工过程的监控量测数据进行分析,重点研究深基坑施工过程中围护结构的水平变形随基坑开挖深度和时间的变化规律,并对工程受地下水的影响效应作简明陈述。同时,利用ABAQUS对第二施工区段建立三维有限元计算模型,对车站深基坑的施工过程进行模拟,对比分析围护结构变形的计算结果与监测结果,最终证明在南昌富水地质条件下地铁车站深基坑施工所设计采用的围护结构是安全合理的,围护桩与支撑组合结构能有效地控制地铁深基坑施工过程中土体变形。

膨胀珍珠岩基相变混凝土柱轴压性能研究

相变混凝土受自身相变材料及其吸附材料强度的影响,其力学性能同普通混凝土相比存在差异。研究相变混凝土的轴压性能及其应用,对8根膨胀珍珠岩基相变混凝土柱进行了轴压性能试验,研究了相变骨料掺量、体积配箍率对相变混凝土柱的破坏模式,荷载-应变曲线及轴压承载力的影响。结果表明:膨胀珍珠岩基相变混凝土柱的破坏形态与普通混凝土柱的破坏形态相同。进一步对试件的荷载-应变曲线进行了分析,结果表明:相变混凝土柱的极限承载力和延性随着相变骨料掺量的增加而降低,随着体积配箍率的增加而提高。基于以上结果,采用规范中的相关计算式对试件承载力进行预测,同时基于约束效应和叠加原理,建立了极限承载力计算式,并将两种计算式的误差进行对比。

隧道内爆炸荷载作用下衬砌及周围非饱和土的动力响应解答

假设瞬态荷载沿隧道方向按指数衰减,建立非饱和介质中圆柱形衬砌隧道受到内源爆炸荷载作用时衬砌隧道及周围非饱和介质计算模型。基于多孔介质混合物理论和连续介质力学理论,推导爆炸荷载作用下衬砌结构及周围非饱和土的控制方程,运用Laplace及Fourier变换求得隧道衬砌及周围土体在频域-波域内的解析解答,研究内源爆炸作用下饱和度对衬砌结构动力响应的影响。计算结果表明:饱和度对衬砌内表面径向位移影响较大,在轴向上,随着饱和度由0.15增至0.98,爆源处的径向位移值升高约28%;衬砌内表面径向应力随时间变化受饱和度的影响不明显;衬砌内表面环向应力幅值随饱和度的增大而增大,且达到幅值所用的时间逐渐延迟。在轴向上,随着饱和度由0.15增至0.98,爆源处环向应力升高约29%。

哈尔滨人防改造工程监控量测技术研究

文章根据季节性冻土地区隧道扩挖的监测(以建筑物沉降、地表沉降、围岩位移为主)成果,对影响施工安全的主要因素做了综合性分析和探讨。研究成果表明:隧道扩挖对建筑物沉降和围岩位移的影响较小,而对地表沉降的影响较大;雨季的到来对建筑物、地表的影响较小,但对明挖区间的建筑物、地表影响较大,尤其是边坡;季节性冻土对明挖段附近的建筑物和地表的影响比暗挖区间大,对暗挖处的围岩位移影响较小,但对处于交通要道处的地表沉降影响很大;临时钢支撑的架设对围岩位移和地表沉降的控制效果较好,表明临时支护措施是及时和安全的。

基于价值工程的国省道沥青路面结构决策

为使所建道路技术可靠、经济合理，将价值工程理念引入到路面结构决策中。首先依据山东省近十年的国省道调研资料，建立不同交通水平和沥青层厚度下国省道沥青路面使用性能模型参数，以此为基础提出了道路使用功能的评价方法；然后对一定分析期内路面的初始投资、日常养护、中修费用进行了分析，以寿命周期费用方法计算一定分析期内的经济投入；最后以轻交通和中等交通为例，使用价值工程方法对6—10cm沥青层厚度的道路使用功能和费用进行了计算比较，结果表明轻交通时8cm厚沥青面层的价值最大，中等交通时10cm厚沥青面层价值最大。

应力作用下岩石介质两相流束缚流体饱和度分形预测模型研究

束缚流体饱和度是预测两相流中相对渗透率的重要参数,在油气藏开发等工程领域有着重要作用。为此,基于分形理论和毛细管模型,首先将岩石等效为固体团簇的集合体,引入不同分形维数分别表征固体团簇的尺度分布特征和流动路径的迂曲性,然后提出了一种预测束缚流体在应力作用下的饱和度模型,并使用试验数据进行了验证,最后分析了束缚流体饱和度的应力敏感性和模型中各参数的影响机制。结果表明:束缚流体饱和度与流体黏度、孔隙结构参数、压降梯度以及弹性模量密切相关,有效应力会增大束缚流体饱和度,分形维数可以反映束缚流体形成的流体膜厚度和实际流动长度,量化了孔隙结构特征对束缚流体饱和度的影响。

颗粒级配和表面纹理对饱和砂-钢界面剪切强度的影响

钢桩和钢制吸力基础广泛应用于海洋工程,土体与基础结构界面力学特性决定着其承载能力。通过饱和砂-钢界面排水剪切试验,揭示了颗粒级配、表面纹理和法向边界条件对界面剪切特性的影响规律。研究表明:由于颗粒剪切方式和孔隙水压力消散方式的不同,常法向应力(CNL)下剪应力-位移曲线出现明显的应变软化现象。变法向应力(VNL)下,界面剪切强度随法向应力的增大不断提高。对于光滑和凸起构造,界面摩擦角随不均匀系数C_(u)的增加基本呈线性增长。对于凹槽构造,界面摩擦角随C_(u)的增加而减小。饱和砂-粗糙度钢板界面剪切效能的发挥受水的影响显著,砂与钢板之间水膜的存在减弱了砂颗粒和钢界面的摩擦,使得界面摩擦性能不能完全发挥。

深海能源土含气储层边坡稳定性研究

深海能源土开采不当往往会造成含水合物储层的强度劣化,诱发海床失稳问题。为探究深海能源土开采对含气储层边坡稳定性的影响,以深海能源土采挖回填装置的开采工况为实际工程背景,针对3种工况下能源土采挖回填诱发的海底滑坡现象,基于有限元强度折减法建立数值模型,分析不同黏土含量、含气量及回填加固等因素引起的水合物含气储层稳定性问题,得到相应安全系数。研究结果表明:黏土含量越高,海底沉积物边坡的安全系数越低,边坡稳定性越差;含气量对深海能源土含气储层的边坡稳定性呈非线性影响,安全系数随含气量的增加呈先上升后下降的趋势;采用胶结性材料进行回填加固处理可提高海底边坡安全系数,边坡稳定性增强。

青岛胶州湾隧道工程明挖段爆破开挖

胶州湾服务隧道明挖段爆破开挖工程周边环境复杂,由于所在位置处于某军营地院内,需严格控制爆破飞石和爆破振动效应,爆破设计和施工难度较大。采用主爆孔逐孔起爆延时爆破技术,并结合预裂爆破达到了预期效果。介绍了该复杂环境下主爆孔和预裂孔的爆破参数选取及起爆网路设计,并对爆破效果进行了分析,可为同类工程提供借鉴。

工程问题中有效应力原理的应用与理解

有效应力原理对土力学理论发展、工程实际问题的解决起到重要作用,它的提出是土力学发展成为一门独立学科的标志.准确理解和使用这一原理,是土力学本科课程教学中的一个关键.基于有效应力原理,从理论角度分析了垂直砂质边坡稳定性、负孔隙水压力问题及"楼歪歪"工程事故等问题的力学本质;其分析方法及思路,能帮助学生加深对有效应力原理的理解和解决工程问题能力,为土力学课程提供教学参考.