教学虚拟地质实验室系统的设计与开发

近年来,以人工智能为代表的新兴技术快速发展,对传统的基础地质实验教学提出了挑战。同时,受疫情影响,学生利用新兴技术和碎片时间学习的需求与传统线下固定时间教学的矛盾越来越突出,亟待发展虚拟地质实验室技术。本文以同济大学开发的虚拟地质实验室系统为背景,详细介绍了虚拟地质实验室的设计和主要功能,利用空间虚拟浏览模拟实验室,利用虚拟教学模拟线下课堂,利用虚拟实验模拟线下实验,利用虚拟办公模拟线下办公。从场景到实验实现了全过程的沉浸式教学。相关研究可以为类似课程的教学提供参考。

基础地质实习——实验一体化虚拟仿真教学系统设计与实现

基于虚拟现实(VR)技术,将野外实习场景引入室内实验教学,将室内基础地质实验延伸到野外实习教学,设计并实现基于VR和实习—实验一体化的交融虚拟实验教学系统。在虚拟实验中,针对特定岩石、矿物标本,利用VR技术在虚拟现实头盔中显示野外场景;在虚拟实习中,针对特定观测点,利用VR技术关联实验室的三维虚拟实验和实际标本的全景图像,利用VR头盔操作典型虚拟实验标本。通过以上方式实现野外实习和室内实验的交融教学,让学生扎实掌握岩石和矿物鉴定的方法。

云开大山云开群地层时代和层序的研究现状与新认识

本文系统分析了目前确定云开群地质年代的同位素年龄数据和微古植物化石的可利用性和存在的问题,根据云开群牛辰坳组/兰坑组中化学沉积成因硅质岩测得的^(40)Ar/^(39)Ar坪年龄872.8±8.6 Ma,并结合云开群罗罅组变质英安斑岩中颗粒锆石分层蒸发法年龄922～940 Ma,确定了云开群的地质年代为新元古代青白口纪。按其时代和岩性序列特征将其与丹洲群和板溪群进行对比。文中指出前人建立并命名作为岩石地层单位的高州岩群和黄岭岩组不符合地层划分命名原则,因而是不恰当的。根据野外观察,对比研究岩性和追索构造展布,本文认为黄岭岩组中的沉积变质岩残留体可能就是云开群兰坑组地层。高州群其余两个组地层的地质年代和对比则还有待进一步的研究。

粘土中不同桩端条件下桩承载性状的模型试验

对桩身位于淤泥质粘土中而桩端支撑于强持力层(砂土)和弱持力层(粉质粘土)两种情况下桩的承载性状差异进行了室内模型试验研究,结果表明:淤泥质粘土存在应变软化特征;桩端持力层强度越大,桩侧摩阻力增加越大.实验结果解释了上海市《地基基础设计规范》关于桩身大部分位于淤泥质粘土中且桩端支撑于第⑤层土(弱持力层)的预制桩,桩侧摩阻力作"适当折减"的原因.

基坑支撑轴力实测值与理论计算值对比分析

基坑监测中常根据支撑轴力变化情况来判断基坑稳定性。然而由钢筋应力计所测得的钢筋混凝土支撑轴力往往大于其实际所受的轴力,普遍认为是混凝土收缩和徐变引起轴力异常。根据对上海惠扬大厦基坑支撑轴力监测资料的统计分析,结合工况分析其轴力变化趋势与原因,得出混凝土收缩徐变对轴力监测结果的影响不可忽视,特别是长时间跨度的工程,混凝土的徐变对轴力影响很大。选取两个具有代表性的基坑开挖时刻点,通过比较支撑轴力理论值与实测值,引入截面轴力修正系数分析两者的误差。

桩基存在对基坑坑底变形性状的作用分析

基坑开挖时的卸荷,使土体应力场发生变化,引起坑底土体向上隆起。根据土体变形与模量的关系,探讨桩基的存在对土体模量以及基坑坑底隆起的影响。通过有限元ANSYS计算模拟了基坑开挖的过程,得出了有桩基和无桩基时基坑坑底隆起的趋势,讨论了桩距、桩长、桩荷的影响。计算结果与室内模拟试验得出的结果相同,与现场实测结果基本相符。

同济大学巢湖地质实习基地建设和教学改革

稳定的实习基地是开展实践教学活动的基本前提和根本保证。同济大学选择巢湖北部地区作为地质教学实习基地并同巢湖铸造厂建立了良好的协作关系,通过更新技术和装备、丰富野外地质教学内容、控制实习节奏,使地质实习取得更好效果。

《构造地质学》中赤平投影问题的讨论

《构造地质学》中,“不过球心的平面”的说法有待商榷。在“极射赤平投影”的概念下,所有倾斜平面都假定通过球心,其赤平投影为一个大圆弧。赤平面上的小圆是圆锥面的投影。建议教材内容和排序适当调整。

异型水泥土重力式围护墙的变形和经济效益分析

基坑设计过程中,若基坑的重力式围护墙水平位移略大于规范要求,应选择何种方式加固重力式围护墙受到了越来越大的关注。根据复旦大学江湾校区化学楼与环境科学楼基坑开挖过程中实时监测数据,利用有限元反演方法,建立Plaxis应力应变分析模型。结果表明,采用反演法分析得到的土体参数优于土工试验数据,更适用于实际工况。并在此模型基础上,考虑分析了五种加固重力式围护墙的方法。得出结论,台阶加宽、底部台阶靠近坑内两种围护墙加固形式更优,更为经济。理论上,台阶加宽是最为经济的加固方式。并发现,靠近坑内底部台阶长宽比越大,加固方式越经济;而加宽的台阶长宽比越小,加固方式越经济。本文对异型水泥土重力式围护墙的经济效益展开分析,对类似工程具有参考意义。

饱和软土地基中群桩施工引起的超孔隙水压力

通过对挤土桩桩基施工过程中实测资料的分析和理论研究,认为群桩施工时的超孔隙水压力与单桩情况下的不同.虽然群桩的影响因素更为复杂,但在各桩施工时的相互影响和“水裂”作用的限制下,孔隙水压力值仍会趋于稳定.为此对饱和软土中桩群范围内超孔隙水压力的产生、分布和变化趋势进行了探讨,对桩群外超孔隙水压力的分布规律和影响范围也进行了讨论.

软土地基中桩基施工引起的侧向土压力增量

通过对桩基施工过程中实测资料的分析,探讨了沉桩时单桩周围土中产生的侧压力增量的大小、分布规律及影响范围,并与理论解进行对比。也将同一场地测得的侧压力增量与超孔隙水压力进行比较,并对桩端下土压力增量的最大影响半径进行了讨论。

古代砖砌体风化性能分析及风化程度评定

自然界中气温、降水的长期作用导致古代砖砌体风化,风化损伤材料和砌体力学性能。实验采用大气环境实验舱实现自然风化作用人工模拟,根据不同饱水度和冻融次数,实验舱设定了7种非饱水冻融工况,对7种工况影响下的砖、灰浆、砌体抗压、砌体抗剪试件试件强度变化规律进行实验分析。实验表明,饱水度是反映材料冻融性能的重要指标;不同饱水度下的冻融试件强度呈现先升后降的趋势;试件在饱水度为53%的冻融作用下,砌体构件具有最佳抗力;提出古代砖砌体构件风化程度评定标准。实验对古砖砌体结构保护工作具有指导和应用价值,定期评定古塔砌体风化程度,时刻掌握古塔构件结构安全性能的变化规律,科学保护古塔。

工学的地质思维——普通地质学通识课程教学设计

针对工学学科对于地质思维的需求,建设《工学的地质思维—普通地质学通识课程》。将普通地质学与工学类其他学科的知识进行交叉和融合,讲授地质知识、地质思维和地质哲学,利用通识教育拓展学生的视野,让学生在工学思维的基础上,融入地质学的思维,将人类工程活动融入大自然的演化和发展中。

虚拟地质实验室概念设计

针对现有基础地质实验教学方法和教学管理无法满足学生日益增长的学习需求问题,以同济大学岩土大楼401与403实验室为原型,开发4013虚拟地质实验室,完成了虚拟地质实验室的功能设计和概念设计,虚拟了实验室真实的场景,虚拟了实验课堂教学、课后拓展、管理与考试等,为建设4013虚拟地质实验室提供了脚本。

基础地质实习教学方法的改革、创新与实践

针对基础地质实习教学方法进行改革和探索:转变教师的角色,使之由知识的灌输者转换为学习的引导者。转变学生的角色,使之由教学中的知识接受者转化为知识获取者。转变教学思维方式,由教师直接给出肯定结论转换为学生自主讨论、自主做出结论。转变考核方式,由单纯考核知识掌握情况转化为考核综合工作能力和方法。引入回弹仪、红外热象仪、3D扫描仪、无人机等新的实习方法,提升学生实习兴趣和动手能力。

全过程课题式教学与考核方法的理论与实践

基于《多孔介质流体动力学》研究生课程,提出了全过程课题式教学方法。在课堂教学中,首先建立基础知识的概念框架,然后让同学们自行寻找应用领域和科学问题,撰写并提交课题申请,完成课题工作,提交研究报告,通过演讲对课题进行总结和汇报,最终采用多指标体系对成绩进行评定。该方法教学效果良好,可为类似课程教改提供参考。

非地质类专业岩矿鉴定实验教学方法探讨

针对土木、交通、水利工程等非地质类专业的本科生,工程地质实验课更侧重于地质与工程结合的需求,从教学理念、教学方法、教学手段等方面对非地质专业本科生的岩矿鉴定实验教学进行了探讨,提出和实施了在轻松学习环境下的"感官认识-兴趣驱动-实践贯通与互动交流-深刻印象-强化能力"教学模式,其基本思想是从激发学生的学习兴趣入手,注重学生的学习过程,突出学生实践能力和创新精神的培养目标,注重对学生专业技能和综合能力的培养。

地质工程专业本-研混合研究团队建设探索

针对现有本科生理论学习多而科研训练不足、研究团队工作任务重而人员不足的问题,依托同济大学工程地下水与环境控制研究团队,探索了本—研混合研究团队的建设方法,提出了层次混合、专业混合的构建方法。实践表明本科生在混合团队研究工作中表现出极强的执行力和创造力,可为类似团队建设提供参考。

工程地质实验教学体系创新的理论与实践

针对培养面向未来行业发展及社会需求的土木人才需求,通过构建实验教学资源平台,将学科发展前沿成果持续转化到实验教学中;构建信息化教学系统,将数字化教学技术与传统课堂实验教学紧密融合;构建实验教学成效反馈机制,将工程地质实践应用与实验教学成效反馈有机结合等。一系列举措的实施,土木工程实验教学示范中心的工程地质实验教学体系建设成果取得了显著的示范作用和辐射效应,形成了面向学科发展与教学技术进步的工程地质实验教学创新体系,为同济大学土木工程一流学科建设提供了支撑。

基坑开挖监测沉降分析及沉降预测

针对深基坑工程进行监测的必要性,对上海惠扬大厦基坑开挖的大量实测沉降数据进行了分析,寻找沉降随时间变化的规律,并运用时效曲线法对后期地面沉降进行了预测。