产学合作新模式在应用型本科工程教育改革中的实践研究

研究并借鉴应用型高校在产学合作新模式下工程教育改革的成功经验,开展以亲产业教学为内涵的教学改革与实践探索,探讨校企合作新机制,倡导产学与创新合体的理念,以期为高校更好地培养优质的应用型人才提供借鉴和参考。

福州滨海软土MJS工法桩加固施工及环境效应

结合福州滨海首例MJS工法桩涉铁深厚软基加固工程,总结提出MJS工法桩软基加固施工工艺参数。基于圆柱形孔穴扩张模型建立轴对称有限元数值模型,精细化分析考虑MJS喷浆成桩过程的桩侧土体变形规律。结果表明:桩侧土体侧向位移总体呈Z字形分布,随着喷浆成桩逐步提升过程中压力的释放,正向位移幅值逐渐减小,负向位移幅值逐渐增大,且最大位移位置逐渐上移;通过喷浆压力影响分析表明,喷浆压力在1.3P_(地)~1.6P_(地)时土体侧移较小,变形性态较好;地表沉降小且一致性较好,地内压力系数控制在1.3~1.6比较合理。变形实测值和计算值相近,最大侧移及地表沉降各占预警值的13.4%和50.4%,属于微扰动施工,满足工程要求。在喷浆成桩过程中,靠近地表时控制好内部喷浆压力是关键,且在喷浆压力与地压相互作用中,产生的地表沉降应值得关注。

双掺高性能混凝土力学性能及快速冻融特性

研究了矿物质对水泥砂浆及混凝土基本力学性能的影响规律,并通过快速冻融试验探讨快速冻融、腐蚀介质双重因素共同作用下混凝土力学性能劣化情况。结果表明,掺矿物质混凝土前期强度低于素混凝土,但龄期达到28 d时其活性得到发挥,到60 d时甚至超过素混凝土,弥补前期强度不足的缺陷。在快速冻融及盐水腐蚀双重因素共同作用下,掺矿物质混凝土的强度及相对动弹性模量出现不同程度降低,质量出现轻微波动,但降低或波动幅度均明显小于素混凝土,表明掺矿物质对改善混凝土结构,提升耐久性有益,而双掺的效果更佳,并给出矿物质较优掺量。

活性粉末混凝土力学特性及疲劳寿命研究

根据活性粉末混凝土密实配合比设计原理,结合福建当地材料制备3个系列混凝土试件,研究不同纤维品种、掺量对RPC基本力学性能的影响规律,并采用Instron电液伺服式疲劳试验得到纤维增强RPC疲劳寿命发展情况及分布规律。掺入聚丙烯纤维对RPC抗压强度、劈裂强度、弯折强度及延性具有一定程度提升,但效果不明显。钢纤维掺量对RPC强度具有较明显增强效果,抗压强度随掺量呈抛物线增长规律;劈裂、弯折强度随钢纤维掺量呈线性及指数增长趋势。RPC平均疲劳寿命随聚丙烯纤维掺量呈抛物线增长规律,随钢纤维掺量呈明显递增趋势。分析给出各力学指标随2种纤维掺量的回归关系式。统计分析各系列试件的疲劳试验数据,RPC弯曲疲劳寿命与对应的概率函数线性相关显著,服从两参数威布尔分布,计算给出存活率-疲劳寿命曲线。

四孔小净距隧道浅埋下穿高速公路施工力学特性

基于摩尔库仑破坏准则并结合数学优化方法,考虑夹层围岩应力、洞室变形及路基沉降等关键指标建立安全度综合评价方程,定量优化方案,并研究最优方案下考虑施工过程及支护效应的隧道施工力学特性。研究表明:先行的右车行洞与人行洞之间夹岩的应变贯通,车行洞覆土沉降呈漏斗状,仰拱出现隆起,且先行的车行洞塑性应变多集中于拱腰位置,后开挖的左车行洞拱顶下沉及侧向变形较大,可见先行隧道的卸载及应力释放效应不可忽略,施工中应注重对先行洞的中夹岩进行注浆加固,并对车行洞左拱脚设置锁脚锚杆、拱部注浆等措施;上台阶开挖时拱顶下沉和上覆路基沉降急增,下沉值超过总变形值50%,若围岩恶化或环境控制标准更严格,应考虑采用短台阶预留核心土法或双侧壁导坑法开挖;隧道上覆路基沉降呈非对称的“W”形分布,且后行的左车行隧道沉降较大,计算结果得到现场监测数据验证;管棚落脚处及与围岩接触面存在应力集中区,揭示大刚度管棚的应力传递作用,管棚的设置可有效降低拱顶下沉及路基沉降,保证了上覆路基总沉降值小于20 mm,满足设计要求。研究工作可为类似工程提供技术支撑及工程指导。

三维离散元法解析砂型泥石流细观运动特征研究

基于散体介质理论的三维离散元数值分析方法,引入粘滞阻尼模型考虑系统耗能效应,求解固体作用力和流体连续性方程,充分考虑流固耦合作用,对中、细标准砂泥石流过程进行仿真分析,得到不同砂型泥石流破坏过程及渗流场、颗粒速度场、孔隙率、颗粒接触数等参数变化规律。分析表明,中砂、细砂分别表现出分层渐进式和流滑型的破坏模式,这与已有物理试验现象吻合,验证该模型的适用性,并从渗流场分布规律深刻解释该现象发生机理。泥石流过程中土颗粒速度矢量变化规律从细观上揭示了隐藏在颗粒内部的相互碰撞、摩擦、滑动等复杂运动特点,从宏观上揭示了中砂土坡脚薄弱位置率先突破,主滑动体形成直至完全失稳的分级渐进式破坏过程。进一步分析了土体孔隙率和平均接触数分布云图变化规律,中砂泥石流过程中随颗粒运动,滑动体孔隙率逐渐增大,颗粒接触数逐渐减小,并且这种发展趋势逐渐往坡后方土体蔓延;进一步揭示了中砂泥石流分级渐进破坏过程与颗粒速度场分析规律一致。分析结果表明了该模型方法在模拟泥石流这种大变形、流固耦合问题上的适用性,这对泥石流复杂机理的更深入探索是有益的。

细砂型泥石流诱发机制试验研究及数值分析

结合先进的数码成像及处理技术,进行精细化的细砂型泥石流模型试验。观察试验过程,将其发展分成入渗、侵蚀、主破坏及破坏后4个阶段。随细砂含量增加,出现主滑动土体时间加快,土体流动性加强,从宏观上表现出流滑型、复合型及分级渐进的不同破坏形态。从细观角度分析,泥石流过程中土体孔隙率先减小后增大,颗粒平均接触数先增大后减小,颗粒长轴定向发生旋转,分布趋于均匀,水土作用过程复杂。基于有限元方法,通过水土特征考虑砂土非饱和土特性,对降雨入渗阶段的砂土渗流进行瞬态分析。砂土内流速矢量方向逐渐从近乎垂直土体表面过渡至坡脚方向,等势线逐渐往坡脚方向偏转,最大渗流速及渗透力出现在三角形坡面中部,预示即将发生的整体滑动破坏,验证试验结果。

沥青混合料级配分析方法综述

本文通过对目前国内外常见沥青混凝土矿料级配设计方法对比分析,得出了各方法的优缺点和工程应用适宜条件,对各类沥青混合料路面级配设计提供参考。

上覆地表车载作用下群洞隧道动力响应研究

依托浅埋四孔小净距隧道工程实践,基于行车动载理论,建立了三维弹性半空间隧道振动分析模型,分析车速和载重等10种激励作用下隧道竖向位移及应力响应规律。结果表明,在不同激励力作用下中隔带路面沉降最大,影响范围至隧道拱腰-拱脚位置,呈倒槽型分布,且4条隧道均在拱顶出现位移峰值,峰值随载重大致呈线性关系,车行及人行隧道位移曲线近似呈镜面对称的“漏斗型”曲线和渐变曲线。隧道最大主应力峰值主要分布于左、右拱肩,主应力峰值随载重大致呈线性关系。车行及人行隧道主应力近似呈镜面对称的不规则“双峰型”曲线和渐变曲线。公路下穿段范围隧道位移及主应力变化速率较大,但车速对隧道竖向位移及主应力影响并不明显,载重是关键影响因素。结合分析结果,给出了监控加密部位、交通管制及加固措施等建议。

基于承载特性的群洞稳定性及初期支护优化研究

以福建某下穿高速公路大跨四孔小净距隧道(中间两孔车行隧道为双向八车道)为依托,开展考虑各洞室承载特性的整体优化研究以实现更科学的设计。基于强度折减极限理论方法,结合围岩变形、中夹岩塑性区发展及洞室破坏过程,综合评价各洞室稳定性,探讨群洞失稳判定方法及破坏模式;基于各洞室等强设计思想,通过数学函数模型拟合各洞室安全系数与初期支护厚度隐含关系,基于遗传算法对支护厚度进行优化。结果表明,随强度折减系数增大,围岩塑性区由近及远发展并贯通,大跨车行隧道与人行隧道安全储备不同,存在优化空间;结合各洞室稳定性及破坏发展过程,总结提出中夹岩塑性区贯通破坏、拱脚及地表塑性区贯通破坏以及上述两者共同作用破坏的三种群洞隧道主导破坏模式。计算结果表明,人行隧道及车行隧道初期支护厚度可减少4~12 cm,存在16.7%~26.7%不等优化空间。优化方案、原方案典型断面变形、应力与现场实测值一致性好,且均小于规定值,结构是稳定的,表明优化后的支护与围岩能较好协同作用,验证了计算方法及优化方案的合理性。这种综合考虑各洞室承载特性、支护参数经济性及群洞整体稳定性的优化方法,更好地处理了工程安全及工程造价之间的辩证关系,相比传统工程类比法更具科学性。

颗粒级配对管涌发展的影响试验研究

自行设计模型槽进行垂直渗流下砂土管涌试验,通过精细化量测手段获取管涌发展中土体几何、水力学参数及颗粒运动特点,研究颗粒级配对管涌发生发展的影响,揭示管涌细观机理。管涌型砂土可动颗粒本身级配影响流失颗粒最大粒径及颗粒流失量在渗流方向上的分布情况,但对最终颗粒流失量影响不大;可动颗粒含量对砂土是否发生渗透破坏及潜蚀发展过程影响密切,临界细颗粒含量及存在的自滤过程是要考虑的。通过体视显微镜,从细观尺度揭示临界细颗粒含量的砂土在管涌过程中,可能产生自滤反滤现象而使系统自稳定,进一步揭示该机制是由于砂土在复杂的水土相互作用过程中形成层间系数D15/d85值符合自稳定的级配特点所致。研究表明,对级配分布较广,缺失中间粒径的管涌型砂土,要判别砂土是否会发生渗透破坏及其临界水力梯度大小,在采用经典公式或经验曲线判断的基础上,有必要针对实际工程土体的级配特性与实际水力学条件,开展复杂水土作用过程的试验论证。

渗流潜蚀作用下堤岸的崩塌机理研究

渗流潜蚀已成为砂土和黏性土双层、多层结构地质条件岸坡崩坍的一个重要成因。潜蚀引起的崩岸属水土相互作用过程,其破坏机理复杂,正确认识各影响因素对工程治理具有重要意义。基于实际岸坡的潜蚀破坏过程,结合渗透破坏理论及锲体分析法主要对堤岸剪切、倾覆两种破坏模式的失稳机理进行分析,表明水位曲线形态、堤岸高度、砂层渗透系数及倾角是影响潜蚀发展状态及堤岸稳定性的关键因素,堤岸背部裂缝充水更增加其不稳定性。由于潜蚀发展的渐进性,水位突降引发的堤岸破坏存在滞后性。

交通荷载对浅埋群洞隧道的动力影响分析

依托福建某浅埋下穿高速公路四孔隧道工程,基于车载动力理论,建立路面-围岩-隧道振动分析模型,分析车载作用下浅埋群洞隧道动力响应。结果表明,竖向位移时程曲线表现出半激烈震荡的“倒双峰型”,本幅车载作用产生的位移峰值远大于另一幅对向车载作用产生的,且动位移群洞效应小。动应力沿洞周呈非对称的“四叶草型”分布,动应力往拱肩部位集中,双幅车道满载时拱肩动应力幅值比其他方案明显增大,这种长期效应不容忽视,应提出合理的车道布载形式。各岩土体弹性模量对动应力传递影响较大,表层弹性模量越大,动应力衰减越快,但到达隧道结构时出现反射、增大现象,增大路面刚度或隧道加固圈范围可降低动应力对隧道的影响。合理控制车流密度可使得下覆隧道拱肩动应力显著降低,且循环车载作用会使得隧道动应力峰值增大60.98%~81.3%。通过影响度分析,表明四车道满堵车时下方隧道围岩动应力是半幅堵车的12.68倍。

大跨扁平隧道超长管棚法下穿交通干线技术研究

浅埋隧道下穿重要基础设施时地下结构的稳定性及周边环境变形控制是工程的重点和难点,管棚法是一项提高岩土稳定的重要技术措施。结合福建某大跨扁平超浅埋隧道采用超长管棚法下穿铁路干线的工程实践,分析棚架体系工作原理,总结出超浅埋暗挖隧道超长管棚的施工方法及技术要点。基于Winkler弹性地基梁理论,考虑三步掘进预留核心土施工过程,分析地表沉降规律及隧道支护结构内力分布特性,优化现场支护参数及支护措施设置,结合实测结果验证了计算结果及支护措施的合理性,并结合施工过程及环境特点对地表变形原理进行详细探讨。最后基于实测地表沉降,对超长管棚施做引起的沉降特点及影响因素进行系统分析,结合实际工程特点提出轨道变形控制措施,并从管棚施工技术要点提出地表沉降控制方法。