基于BOPPPS的土木工程课程混合式差异化教学模式探究

为解决“以教师为中心”的传统课堂教学枯燥乏味,学生不爱听课,抬头率低,不同程度学生的学习效果差异大等问题,探索并实践基于BOPPPS结构的“混合式”与“差异化”有机结合的实施路径,构建兼顾不同程度学生的差异化教学设计与组织方法,并将此种教学模式应用于学校土木工程施工组织等几门校级一流专业课程教学中,取得了较好的教学效果,以期为其他院校采用混合式差异化教学提供参考。

轨道交通下层状地基中混凝土排桩隔振效果研究

为了研究在轨道交通荷载作用下混凝土排桩的隔振效果,特建立“车轮-轨道-地基”耦合模型,通过轨道竖向不平顺功率谱建立不平顺轨道并模拟列车在其表面行驶过程,根据控制变量法研究在混凝土排桩几何参数变化的情况下对混凝土排桩隔振效果的影响,通过本文的研究结果表明:混凝土排桩具有一定的隔振效果,随着各个参数的变化其隔振效果也会发生改变;桩长的增加,地基表面和地基深处隔振效果增强;随着埋置深度和桩间距的增加,混凝土排桩的隔振效果均下降,布置混凝土排桩埋深越浅隔振效果越好,布置混凝土排桩越紧密隔振效果越好。在土层的分界面上会出现振动加强的效果,在实际施工中应注意土体分层面带来的影响。

张家口地区高羊茅根系对浅层边坡的力学固土研究

为了建立根土复合体抗剪强度极限值估算模型,本研究通过高羊茅根系拉拔试验研究,基于室内直剪试验测定的根土复合体抗剪强度参数对Wu模型进行修正,并通过修正后的Wu模型确定高羊茅根系附加黏聚力的增长情况。结果表明:不同土体及不同植被的θ值不同,θ值与法向压力及含水率有关,且θ角度的变化随根面积比的增大而增大;夹角系数k随含水率的增高先增大后减小,其峰值点也会随含水率的增大而提高;平均拉拔强度与高羊茅根系直径呈现幂函数关系;根土复合体抗剪强度破坏趋势和素土大致相同,剪应力略高于素土。本研究为快速量化根土复合体的抗剪强度及评估植被稳固浅层边坡稳定性提供了理论支撑,为稳固浅层滑坡问题提供了解决方案。

交叉隧道施工安全监测及控制技术研究

依托京张高铁某交叉隧道,本文通过现场实测及理论分析对新建隧道开挖对交叉隧道力学行为的变化规律进行了研究。并基于爆破振动速度及沉降数据,提出可实践的预留核心土三台阶爆破施工方案及隧道支护优化方案。现场试验结果证实,预留核心土三台阶爆破施工可有效减小爆破施工引起的结构振动;同时,优化后的支护方案减小了交叉隧道沉降,有利于交叉隧道的施工安全。

基于CEEMD和统计参数的斜拉桥损伤识别方法研究

为解决仅使用互补集成经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition,CEEMD)方法的斜拉桥信号分解存在含噪固有模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量且不能进行损伤定量的问题,提出了一种基于CEEMD与统计参数方法相结合的斜拉桥损伤识别方法。该方法基于CEEMD方法对斜拉桥动力响应信号进行自适应性分解,确定适用的白噪声幅值标准差并推导CEEMD方法的集成次数,得到各阶IMF分量;采用欧氏距离对分解的IMF分量进行谱系聚类分析以避免模态混叠现象;采用峰度统计参数的有效权重峰度指标方法滤除含噪IMF分量,提取有效IMF分量并重构为有效IMF分量和;利用变异系数统计参数、二阶中心差分法和泰勒展开式推导损伤定位指标,根据四阶统计矩峰度统计参数推导损伤定量指标。用所提方法对某斜拉桥进行损伤识别研究,结果表明:仿真分析的损伤定位识别精度为100%,损伤定量最大误差为1.80%;在高斯白噪声干扰下,损伤定位不受影响,损伤定量最大误差为1.88%;进行实桥的损伤识别,结果表明实桥主梁无损伤。

高速铁路箱式路基加腋对结构静力特性的影响

为研究高速铁路箱式路基加腋方式对结构静力特性的影响,找到更加合理的箱式路基加腋方式。将箱式路基拆为独立构件,通过静力分析计算出各独立构件的配筋方式。使用ABAQUS软件进行数值模拟,针对箱式路基结构顶板和竖板连接节点处的应力集中现象,采用控制变量法,分别研究三角形腋不同的加腋高度和加腋角度对节点处应力集中的影响,提出最优加腋方式,优化箱式路基结构的静力特性。分析结果表明:固定腋高度为400 mm,当腋角度在15°~60°之间时,随着腋角度增大,应力突变量降低比S_(r)值不断减小;当腋角度在60°~75°之间时,随着腋角度增大,S_(r)值不断增大;最优腋角度在45°~60°之间。当腋角度固定为60°时,随着加腋长度增大,S_(r)值整体呈减小趋势,最优腋长度在300~400 mm之间。箱式路基配筋方式和最优加腋方式的确定,具有一定创新性,为我国高速铁路箱式路基结构优化研究提供了宝贵的技术经验。

基于改进遗传算法的钢筋混凝土框架优化设计

为改善标准遗传算法(SGA)在离散变量结构优化设计中的早熟问题,提出一种新自适应交叉、变异算子,并结合罚函数改进措施,以改善SGA的不足。自适应改进措施通过迭代数和个体优秀程度进行共同把控,做到前期有较大交叉概率,丰富种群,后期有较大变异概率,增进局部寻优,并通过正交试验测试得出改进SGA最优的控制参数。采用改进SGA对不同的钢筋混凝土框架结构算例进行验证,结果表明:改进SGA的计算结果比传统设计方法、SGA、拟满内力算法更优,说明了改进SGA的适用性和有效性。从整体结果分析可知,改进SGA可以更好的发挥其自身的全局优化性能,可解决多工况、多单元的钢筋混凝土框架结构优化问题,是一种较为高效的方法。

根土复合体抗剪特性变化特征及强度预估研究

根土复合体剪切特性受含根量与压实度的影响,为探究二者对根土复合体抗剪特性的影响程度,以黑麦草根土复合体重塑试样为研究对象,进行了不同含根量(0%、0.15%、0.3%、0.45%、0.6%)与不同压实度(85%、90%、95%)的根土复合体三轴压缩试验,分析了15%应变对应的极限主应力差与抗剪强度指标的变化规律,建立了抗剪强度计算公式。结果发现:①在相同围压下,根土复合体的极限主应力差相比于素土增加了6~79.9kPa,增幅为6.8%~65.5%。②压实度相同时,随着含根量的增加,根土复合体极限主应力差先增加后减小,压实度为85%、90%、95%时在含根量为0.3%、0.3%、0.45%时极限主应力差最大,即为最优含根量。③基于试验结果,建立了同时考虑含根量、压实度和围压的根土复合体抗剪强度计算公式,公式的拟合精度(R2)为0.943。采用原状土根土复合体试样对公式进行验证,发现公式的预测精度(R2)为0.96。研究结果为黑麦草根系固土提供理论依据。

高速铁路路堤对环境振动的影响研究

为研究高速铁路路堤填高、坡率对环境振动的影响,在京张高速铁路路基段附近开展现场实测,研究其环境振动的传播衰减规律。基于现场实测结果利用FLAC3D建立数值仿真模型,数值分析结果与实测值吻合良好,验证模型的合理性,并进行路堤填高、坡率对环境振动影响的分析。结果表明:现场实测振级幅值均小于63 dB,整体而言测点振级随着测点与线路外轨距离的增加逐渐减小;当路堤高度为1 m时,相对于路堤高度为0 m测点在距铁路线距离60 m范围以内振级出现反弹放大的现象;当路堤高度大于2 m时,相对于路堤高度为0 m对环境振动的影响大;因此,建议路堤高度在设定时不小于2 m;当边坡直立时地表振动最小;当坡率大于0时,相对于边坡直立时对环境振动的影响大;因此,建议采用U型槽结构路堤,其对环境振动的影响较小。

方钢管混凝土桁架结构优化的拟满内力遗传算法

为解决离散变量方钢管混凝土桁架的结构优化问题,以桁架杆件最低总造价为目标函数,采用拟满内力遗传算法对杆件截面进行结构尺寸优化.拟满内力遗传算法引入拟满内力算法作为遗传算子,并将部分初始种群由拟满内力算法产生以增加种群多样性.对传统遗传算法罚函数进行改进,以增强算法的寻优效率.通过两个算例的对比分析,结果表明运用拟满内力遗传算法进行方钢管混凝土桁架结构优化,相对于拟满内力算法和传统遗传算法其造价分别降低了15%、15%、45%、53%.拟满内力遗传算法进行方钢管混凝土桁架结构优化的是有效、可行的.

基于混合物法则根土复合体本构模型的研究

为探究根土复合体的应力-应变关系,将其视为两相体,根系采用线弹性模型,土体采用邓肯-张模型,并考虑根系与土体之间的相对滑移关系,基于混合物法则建立根土复合体本构模型。通过素土与不同含根量的根土复合体三轴压缩试验,得到其应力-应变关系,通过单根拉伸试验得到根系的弹性模量。结果发现,(1)根土复合体的极限主应力差随含根量的增加先增加后减小,含根量0.3%为最优含根量。(2)单根的直径与抗拉力、抗拉强度符合幂函数关系,与弹性模量符合多项式关系。(3)通过反分析的方法,建立滑移关系,得到模型计算值的应力-应变关系,发现模型计算值与试验值的拟合度(R^(2))为0.96。该研究为根土复合体本构模型的建立提供新思路,并为根土复合体的数值分析提供参数。

棕榈纤维加筋土抗剪强度特性及机理研究

为改善客土喷播后边坡浅层土体强度较低的问题,对棕榈纤维加筋土开展不固结不排水(Unconsolidated Undrained, UU)三轴试验,研究棕榈纤维加筋土在纤维掺量为0.35%、0.55%、0.75%、0.95%,纤维长度为5 mm、10 mm、20 mm、30 mm下不同加筋条件组合对土体抗剪强度特性的影响及其加筋机理.试验结果表明:在粉质黏土中掺入棕榈纤维可以显著提高土体的强度和抗变形能力.极限主应力差在纤维掺量为0.75%、纤维长度为20 mm时达到峰值,较素土提高172.9%;纤维掺量和长度等因素对黏聚力提升显著,较素土提升149.6%.对内摩擦角影响较小,在3°以内变化;对棕榈纤维进行SEM扫描电镜下观察后发现,棕榈纤维表面的沟槽可以增大纤维与土颗粒间的界面摩擦力和咬合作用,从而可以改善土体抗剪强度指标.

列车荷载下浆砌片石拱形骨架护坡数值模拟分析

在工程领域,浆砌片石护坡对于维护边坡稳定,防治冲蚀、滑塌等路基病害有重要作用。以浆砌片石拱形骨架护坡为研究对象,采用三维数值模拟研究方法,利用MIDAS GTS软件进行三维建模及划分网格,导入FlAC3D进行数值模拟分析拱形骨架护坡在列车荷载条件下的位移及加速度响应分析。结论显示,浆砌片石拱形骨架护坡在列车荷载下坡顶位移相对最大,坡脚位移相对最小,上部拱形骨架位移整体大于下部拱形骨架位移,拱顶处位移小于拱脚处位移,且对应各点加速度峰值发展规律。因此浆砌片石拱形骨架施工时,应控制危险段的节点强度,防止发生严重破坏。

单排弹性实心桩对SH波的散射求解问题

采用波函数展开法结合格拉夫加法定理分析单排实心弹性桩的SH波散射问题,通过改变单一变量,分析桩土剪切模量之比、桩体个数等因素对排桩隔振的影响效果,得到如下结论:当无量纲频率为低频和中频时,排桩后无量纲位移曲线在无限远处趋于0,随着桩体根数的增加隔振效果逐渐提高;在排桩后0~70 a(a为桩径)范围内无量纲位移之比变化幅度较大,且不稳定,隔振效果较差;当桩土剪切模量之比小于500时,在250a~380a范围内减隔振效果较好;当桩土剪切模量之比大于或等于500时,隔振效果并不会随着其增加而大幅增加,即此时可将桩体认为是刚性桩体。当无量纲频率为中频时,在100a~120a范围内隔振效果较好,之后此范围内无量纲位移之比先骤升后逐渐下降,但当无量纲频率上升为高频时,各桩体根数下排桩隔振效果相差不大,且会在距离排桩更近处就已经达到很好的隔振效果。

充气锚杆抗拔承载力特性研究

为了研究特定条件下充气锚杆抗拔界面变形特性及其对承载力的影响,采用三维有限差分软件FLAC 3D建立充气锚杆数值计算模型,在此基础上,改变锚杆充气压力、埋设深度和橡胶膜长度,得到相应的荷载-位移曲线,分析充气锚杆的承载特性与位移变化。研究结果表明:从锚固机理理论分析,锚固段膨胀体可有效提升锚杆抗拔承载力。从数值模型计算分析,改变充气压力、橡胶膜长度和埋设深度均可提高锚杆抗拔承载力,分别较初始条件提高了1.93%、1.66%和13.2%,极限位移变化量分别为0.05 mm、0.17 mm和0.15 mm。改变埋设深度是最有效提高锚杆承载力的方式,增加锚杆气压在有效提高承载力的同时,又可较好的控制位移的变化。

高速铁路桩网结构路基抗震性能分析

通过使用有限元分析软件建立了一个高速铁路路基的足尺寸模型,以研究桩网结构对路基抗震性能的影响。研究主要考察了桩长、桩径、桩间距以及褥垫层厚度四个因素对高速铁路路基抗震性能的影响规律。通过对路基边坡的时域分析以及减震率的评估,得到以下结论:增加桩长、桩径和褥垫层厚度对提升抗震性能有明显效果;桩间距的增加会导致减震效果降低。该研究为高速铁路路基的抗震设计提供了有力的支持。

微生物矿化加固砂土的试验研究

近年来微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术作为一种新型的绿色加固方法,得到了广泛研究,但传统的MICP固化方式注浆管法存在管口易堵塞且固化试样强度分布不均匀的问题,为改善MICP固化土体的强度分布不均匀性问题,利用巴士芽孢杆菌BNCC337394开展了使用新型柔性土工模具加固砂土的试验研究。通过对固化试样的CaCO_(3)含量分布,无侧限抗压强度,试样的均匀性等方面进行分析,综合评价利用新型土工模具加固砂土的效果。结果表明:利用新型柔性土工模具固化砂土具有较好效果,经固化后的试样无侧限抗压强度可达3.07MPa,且固化试样均匀性良好。

路基改良土循环加/卸载试验能量演化研究

通过循环加/卸载试验,分析公路路基改良土受载时的各能量参数转化规律。结果表明:不同围压下路基改良土的能量转化近似,都呈现峰前能量聚集,破坏能量耗散,峰后残余强度能量重新积聚,但效率和总量低于峰前;围压对峰前路基改良土能量参数影响较小,但少量提升了残余强度时能量聚集的作用;峰前能耗比K随轴向应变的增加而缓慢减小,当土体强度失效时,能耗比K产生突变;能耗比K突变点与应力-时间曲线拐点相对应,说明能耗比可以作为路基改良土三轴应力状态下循环加/卸载作用时的强度失效特征,也可以从能量的角度解释路基改良土的演化破坏规律。

基于BP神经网络的隧道围岩参数反演分析

以张家口市东太平山隧道工程项目为背景,基于MIDAS软件建立有限元模型,利用退火算法优化GA-BP神经网络,设计正交试验并构建GASA-BP神经网络,通过隧道拱顶沉降、水平收敛和仰拱隆起3个参数的模拟值对围岩的弹性模量、黏聚力、内摩擦角进行反演分析。结果表明:使用GASA-BP神经网络反演所得到隧道拱顶沉降、水平收敛和仰拱隆起的模拟值,与实测值的最大相差分别为6.60%、19.80%、2.16%;与BP神经网络相比,GASA-BP神经网络整体反演精度更高,反演所得围岩参数精度处于合理区间,在此参数下建立的有限元模型可以对工程实际进行较好地模拟。

小波包能量传递率变异系数的斜拉桥损伤识别

为减小频带范围选择的影响,同时实现斜拉桥的损伤定位与定量,提出了一种小波包能量传递率变异系数的斜拉桥损伤识别方法。该方法基于斜拉桥损伤识别的小波包能量传递率方法,经小波包能量传递率与变异系数融合、小波包能量传递率变异系数标准化处理与中心四阶矩的量化处理等推导出小波包能量传递率变异系数的损伤指标和损伤程度指标。通过斜拉桥仿真分析对所提方法的有效性进行验证,确定最优小波包基和层数,对实桥的动力响应进行小波包分解与重构,将所得数据作为输入得到实桥的损伤指标和损伤程度指标,进而判断实桥的损伤。设定主梁损伤工况并进行斜拉桥基准有限元模型环境激励下瞬态动力分析,提取主梁的加速度数据,结合实桥的实测数据进行实桥的损伤定位与定量。结果表明:仿真损伤定位识别精度100%,损伤程度识别精度96.80%;在高斯白噪声干扰下,对损伤定位没有影响,损伤程度的误差不超过2.85%,验证了所提方法在该桥的有效性;进行实桥的损伤识别,结果表明实桥无损伤。