新工科背景下土木工程一流课程教学模式改革

新工科是我国工程教育改革的新范式,在此背景下开展一流课程教学模式改革具有现实意义。教学实践表明,专业课程价值塑造的成效不足和学生解决复杂工程问题的能力不够是土木工程一流课程建设中较为突出的两个难题。以课程思政引领课程育人,分别阐述了土力学课程思政总体设计、课程思政教学实践和课程思政元素设计思路。以案例教学促进实践能力培养,探讨了土力学典型工程教学案例的筛选原则、虚实结合的案例教学方法与模式。研究成果对于推动新工科背景下土木工程一流课程建设具有参考价值。

面向大工程观的机械基础课程群教学改革与实践

工程教育要服务于工程实践。在新时代工程教育改革和工程认证大环境下,探索了机械工程人才培养的大工程观内涵,据此开展机械基础课程群改革与实践。以新疆农业大学机械基础课程群为例,对人才需求侧需求调研与分析,从课程群教学架构、实践教学、创新能力培养等方面研究了机械基础课程群构建与一流专业人才培养相适应的课程体系和培养模式,同时探讨了传统“老中青”传帮带、援疆政策支持教学骨干培养方法及现代虚拟教研室相结合的教学团队培养模式,以支撑面向大工程观的机械基础课程群改革与实践。

“大工程观”视域下机械基础系列课程改革与实践

在新工科背景下,根据机械工程人才培养的“大工程观”理念,开展机械基础系列课程改革与实践。文中以重庆大学机械基础系列课程为例,从顶层设计优化课程群结构,深度融合创新实践体系,将软件工具—理论教学—实验—项目贯穿于机械基础系列课程教学环节。探索了与一流机械工程专业人才培养相适应的机械基础系列课程体系和培养模式,同时引入现代虚拟教研室支撑“大工程观”的机械基础课程改革和实践实施。

新工科物联网实验教学云平台开发与应用

为了培养新工科背景下的高端复合型人才,文中调研机械基础课程的现状,探索实验教学创新模式,以课程教学互动APP、物联网实验教学系统、教学轨迹数据分析与评价系统为基础,打造一个集互动学习、实验台设计、虚拟仿真分析、实验台实物搭建、实验台控制与测试为一体的“虚拟—现实”场景,让学生在学习课程内容、开展实验的过程中,充分理解现代数字化设计、智能制造、工业物联网、工业大数据分析等在工程实践过程中的应用。

花管土钉抗拔力学模型研究

花管土钉已被广泛应用于基坑工程中,但其抗拔承载机理尚不明确。根据花管土钉的支护原理,分析其三种破坏形式,提出花管土钉的四个受力阶段;基于库仑土压力理论,将滑动土体上方看作均布荷载,推导出花管土钉极限抗拔承载力的计算公式;结合兰州某基坑实例,将《建筑基坑支护技术规程》中的花管土钉极限抗拔承载力计算方法与本文计算方法进行拉拔试验,并对结果进行对比分析。研究表明:花管土钉的破坏模式主要为花管杆体被拉断、出浆锚固体被剪断及出浆锚固体前端土体变形过大;花管土钉的四个受力阶段包括静止阶段、塑性区产生阶段、塑性区扩张阶段和破坏阶段;在花管土钉极限抗拔承载力的组成中,出浆锚固体提供的抗拔力所占比重随花管埋深的增大而显著增大,是花管土钉极限抗拔承载力的重要组成部分。

Pasternak冻土地基梯形渠道冻胀变形与内力计算

为克服现有Winkler模型未考虑渠基冻土连续性的不足,引入Pasternak剪切层描述独立土弹簧间的相互作用,进而提出Pasternak冻土地基上梯形渠道冻胀力学分析方法。对基土均匀冻胀且无顶盖板约束的梯形渠道导出接触面法向应力、衬砌板冻胀位移及截面内力分布的解析式。以甘肃省某梯形渠道为例,应用本文模型和Winkler模型计算各衬砌板冻胀位移分布及接触面法向应力分布,并结合观测值进行了对比。结果表明:本文模型计算结果与观测值符合良好,且相比Winkler模型计算结果更接近观测值,能更加准确地反映衬砌冻胀位移分布规律,表明模型合理性。该模型能较好地体现法向冻胀力随衬砌冻胀变形的释放与衰减;法向冻胀力作用于坡板中下部且呈非线性、差异分布;中上部有脱开、翘起趋势而受法向冻结力作用;底板则只受法向冻胀力作用。研究结果可为梯形渠道抗冻胀设计提供参考。

深基坑开挖的数值模拟分析及支护优化

基于合肥市蜀山区某蓄水池基坑工程,根据实际工程资料,结合现场地质勘测并通过MIDAS/GTSNX有限元分析软件对其进行数值模拟。分析基坑开挖时出现的基坑围护结构位移、基坑底部隆起以及基坑外侧表面土体沉降的变形机制及影响因素,研究结果表明:该基坑开挖工程的各项围护结构位移均在预警值以下,基坑外侧表面土体沉降均在预警值以下,围护结构水平位移随着地连墙厚度增大而减小,但水平位移减小到一定程度趋于稳定,在地连墙厚度为1200mm时效果最佳。支护结构中锚杆的水平向夹角并非越大越好,在25°时效果最佳,此时支护结构变形有所减小。

土体渗蚀对基坑工程的影响研究

富水地层中地下水渗流易造成土体颗粒迁移,引发土体内部侵蚀,进而改变土体内部结构及力学性质,甚至引起土体的渗蚀破坏。基坑工程中的开挖卸载和非稳定渗流场易引发土体内部的渗流侵蚀,但其发生和发展过程难以进行实时观察与精确测量,因而在当前基坑工程的设计与施工过程中较少考虑土体渗蚀的影响,存在一定的安全隐患。本文基于已有的文献研究成果,从基本理论、试验研究与计算模型3个方面揭示土体渗蚀发生和发展机理,再从土体土骨架结构、渗透系数和变形情况3个方面明确渗蚀对基坑工程土体受力与变形的影响,然后通过改造GDS三轴仪开展恒定剪应力渗透侵蚀试验,探究渗蚀对基坑工程土体力学特性的影响情况,最后对基坑工程中的土体渗蚀研究提出建议和展望。

软土卸荷力学特性及软弱地层中基坑稳定性研究

为解决软弱地层中基坑稳定性问题,以合肥市新站区少荃湖湿地公园水利工程为研究对象,在分析场区基本物理力学性质和工程地质特征的基础上,采用轴向荷载不变的应力路径三轴剪切试验进行软土的应力应变演变规律分析,并将计算的卸荷变形模量应用于软土基坑稳定性分析。结果表明,4种不同工况的归一化偏应力应变曲线表现为相同的变化规律,综合分析可将4种不同工况的归一化偏应力应变曲线用双曲线关系进行统一表达;软土的卸荷变形模量与应变之间具有良好的线形拟合关系,其拟合系数R2=0.9719;考虑卸荷效应的基坑整体稳定性系数比不考虑卸荷效应的基坑整体稳定性系数略小,而考虑卸荷效应的基坑抗隆起稳定性系数比不考虑卸荷效应的基坑抗隆起稳定性系数降幅较大,表明软土的卸荷效应对基坑的抗隆起稳定性系数影响较为明显。

深基坑土钉支护的弹塑性数值模拟

深基坑工程是一类典型的变体系施工力学问题,并且常常涉及土体物理非线性和土与支护结构的接触非线性这类双重非线性问题。首先,阐述了基坑工程这类变体系施工力学问题所具有的特点;然后,给出了同时考虑开挖与支护过程以及双重非线性问题的有限元计算方法;最后,通过对某一土钉支护的基坑算例进行数值分析,研究了土钉内部拉应力和钉–土界面上的剪应力分布模式以及开挖过程对这两种应力的影响。计算结果比较理想,从而进一步证明了所发展的计算方法的正确性。

西安地铁深基坑变形模式统计规律分析

针对西安地铁车站深基坑地表沉降及支护桩侧向变形性状开展了统计分析．分析表明：西安地铁车站深基坑地表沉降集中于O～12m／n范围，支护桩侧向变形集中于0～8mm，两者均小于其它地区的统计值．基坑地表沉降表现为“凹槽形”模式，距离坑壁10～15m内地表沉降值最大，距坑壁30m以外沉降较小．基坑支护桩变形表现为“中凸形”或“悬臂形”两种变形模式，除个别测点支护桩顶部向基坑外变形外，其余均向基坑内变形，其中，“中凸形”模式变形的支护桩距地表5～15m内变形最大，“悬臂形”模式支护桩顶变形最大，并随深度增加而逐渐减小．

复杂越流条件下超深基坑抽水试验及工程应用

以上海宝钢集团浦钢公司搬迁工程(特殊钢分公司部分)炉卷热轧机项目(第二批)旋流池基坑为例,通过抽水试验认识到含水层之间存在复杂越流,建立其合理的水文地质概念模型,基于该概念模型设计坑内-坑外联合作用的降水方案,群井试验验证了降水设计的正确性。工程实践表明,通过坑内-坑外抽水井的联合作用,完全达到预期降水效果,开挖过程中,坑内干爽。结合群井试验中出现的隔断承压含水层无法疏干,2口井抽水,停泵1口后,另一口抽水井水位恢复较快情况,基于试验数据预测地墙存在渗漏,建立应急预案,在问题出现后及时处理,避免重大工程事故的发生。此工程实践也可作为类似复杂地质条件下深基坑降水的参考依据。

典型岩石和土的Skempton系数特征

在理论分析和试验研究基础上,主要探讨了具有典型代表性的岩石和土(砂岩、粘土、重塑土)在饱和非排水状态下、在不同围压下和不同加载率下Skempton系数的变化规律以及发生这种规律的基本原因。提出了对结构性较强的孔隙介质,必须加以考虑水的压缩性的基本观点,这种研究对三峡库区岩体和土体的力学特性和坝基及堤防施工具有重要的指导意义。

柔性基础下复合地基桩土应力比现场试验研究

在复合地基设计中桩土应力比是一个很重要的参数。通过揭普高速公路路堤下复合地基桩土应力比的现场试验,获得了柔性基础下桩土应力比数值及其随荷载和固结时间的变化规律。现场测试结果表明,柔性基础下桩土应力比要比刚性基础下小得多,它随荷载增加先减小后增大呈波浪形变化,其研究成果可为路堤下复合地基设计提供有益参考。

深基坑工程施工中的环境破坏与环境污染

从狭义的环境岩土工程学的两种表现方式即环境污染和环境破坏出发,分析了基坑工程中存在的环境岩土工程问题,指出了在基坑工程施工中会出现滑坡、地表沉降变形等环境破坏,以及水体污染、土壤污染等环境污染。针对以上问题,本文还总结了防治这些环境岩土工程问题的措施。

强化实践教学模式在土力学与地基基础教学中的探索

作为土木工程专业的重要专业基础课,土力学与地基基础从学习方法到实际应用都与工程实践有密不可分的联系。目前,土力学与地基基础教学实践性不足的问题广泛存在。文章分析了该课程教学实践性不强的原因,提出强化实践教学模式,从课程学时分配、增加实践性内容、提高教师实践能力、完善实践环节课、改进实验方法等方面着手,对该课程教学从工程实践的角度予以强化。实践表明,采用新教学模式效果显著,是改善教学质量的有益探索。

土力学地基基础课程建设

针对近几年广西大学土力学与地基基础课程建设方面取得的成果和存在的问题 ,从教学大纲、师资队伍、教材和教学参考资料、教学内容、教学方法改革和现代化教学手段、教学管理制度与课程档案建设。

新工科背景下土力学课程实践教学体系的构建与实践

新一轮科技革命和产业变革对工程教育的改革与发展提出了新的挑战,新工科正是对这一挑战和要求的积极回应,在实践教育过程中培养大学生的工程创新能力是土木工程专业新工科建设的重点。以武汉大学为例,针对目前普遍存在的重理论和轻实践、不重视创新能力培养的现状,探索土力学课程的实践教学改革。构建第一课堂、第二课堂和课堂外实践教学的“三课堂”协同育人体系,提出“三课堂”的具体建设内容,探讨构建实践教学体系的关键问题,介绍具体保障措施和教学改革经验与效果。

土力学学科发展的现状与展望

分析了土力学学科发展的现状，讨论了今后发展的趋势，对于主要几个研究领域中比较成熟的部分和比较活跃的部分进行了分析，提出了如何发展土力学学科的看法．

不同土质中模型支盘桩在重复荷载作用下的试验研究

为研究支盘桩在不同土质中重复加载下的工程性状,分别对一个双盘模型支盘桩在粉土和粉质黏土中进行5次重复加载–卸载试验,所加最大荷载小于该模型桩的极限承载力。根据试验结果,分析在两种不同土层中支盘桩的承载力和变形特性,研究两者荷载传递的特点和异同、桩身不同位置压力变化的特点和异同,特别是对桩周土体对桩侧表面产生的摩擦力在不同条件下会出现复杂变化的原因进行分析。还分析离盘不同距离的土体在重复加载过程中的压力变化情况和原因。研究结果表明,不同土质条件对支盘桩的承载力和变形有很大不同,粉土中的工程性状要优于粉质黏土,而不同土层中支盘桩和桩周土体的相互作用机制也是明显不同并且十分复杂。因此要充分认识支盘桩在重复荷载作用下的工程性状和荷载传递机制还要进行大量研究。