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1996年首次開設(shè)巖土工程本科班時(shí),課程群只有7名核心教師(4名副教授,3名講師,1名博士)。1996年的師資力量明顯滿足不了培養(yǎng)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新意識的需要。充分分析研究國內(nèi)外知名大學(xué)在巖土工程領(lǐng)域開展教學(xué)和科學(xué)研究的過程,借鑒其成功的經(jīng)驗(yàn),我們深刻認(rèn)識到,建設(shè)一支相對穩(wěn)定、職稱、年齡、知識、學(xué)緣結(jié)構(gòu)合理、愛崗敬業(yè)的高素質(zhì)的師資隊(duì)伍是提高教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)和保證。為了建設(shè)高素質(zhì)的教師隊(duì)伍,采取的具體措施為:一是密切聯(lián)系“211”和“985”高校,引進(jìn)年輕博士,優(yōu)化教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu)。二是通過產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合、加強(qiáng)教師出國進(jìn)修,提高年輕教師的理論水平和工程實(shí)踐能力,激發(fā)青年教師的責(zé)任感和使命感,穩(wěn)定中青年骨干教師。三是發(fā)揮老教師的“傳、幫、帶”作用,瞄準(zhǔn)博(碩)士生導(dǎo)師、教學(xué)名師、學(xué)科帶頭人、骨干教師、人才工程等標(biāo)準(zhǔn),有的放矢,給每位中青年教師確立中長期目標(biāo),不斷提高核心教師的學(xué)術(shù)、教學(xué)水平,提升師資整體實(shí)力。18年來,我們通過上述3項(xiàng)措施進(jìn)行師資隊(duì)伍建設(shè)。目前,師資隊(duì)伍中教授和博士比例分別達(dá)到57.89%和63.16%。其中,湖南省普通高校青年骨干教師4人,湖南省121人才工程人選4人,湖南省普通高校學(xué)科帶頭人后備人選1人,國家自然科學(xué)基金評審專家10人,中國博士后科學(xué)基金評審專家1人。
可以看出,目前師資隊(duì)伍在年齡、學(xué)位、職稱構(gòu)成上比較合理,核心教師教學(xué)水平和學(xué)術(shù)水平提高很快,普遍具備團(tuán)結(jié)協(xié)作、艱苦奮斗、朝氣向上的優(yōu)良精神,具有凝聚力,更具活力和創(chuàng)新精神。巖土工程課群核心教師形成了一支以中青年博士和教授為主體、老中青搭配合理、學(xué)歷層次高、職稱結(jié)構(gòu)合理的一線教學(xué)隊(duì)伍,在知識、能力、年齡、職稱上有較強(qiáng)的互補(bǔ)性,有利于資源共享和業(yè)務(wù)能力的共同提高,也能通過老中青相結(jié)合促進(jìn)教學(xué)工作的“傳、幫、帶”作用。在青年教師的培養(yǎng)過程中,我們采取如下措施提高教學(xué)質(zhì)量:第一,堅(jiān)持崗前培訓(xùn)制度、持證上崗制度、助課制度、試講制度,對青年教師實(shí)行導(dǎo)師制,由資歷較深的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師對青年教師予以具體的幫助和指導(dǎo),并把它納入導(dǎo)師和青年教師的業(yè)務(wù)考核之中。第二,積極組織青年教師參加各項(xiàng)教學(xué)比賽活動,如組隊(duì)參加省多媒體課件制作大賽和學(xué)校青年教師教學(xué)比賽等,對培養(yǎng)青年教師起到了很好的作用。第三,創(chuàng)造條件、積極鼓勵年輕教師申報(bào)國家自然科學(xué)基金。
2.調(diào)整教學(xué)大綱
1996年,我們開設(shè)1個(gè)巖土工程教學(xué)班,將原來單一的“土力學(xué)”、“工程地質(zhì)”、“基礎(chǔ)工程”發(fā)展為“工程地質(zhì)”、“巖土工程勘察”、“土力學(xué)”、“基礎(chǔ)工程”、“地基處理”與“隧道工程”課程群,滿通和水利等工程建設(shè)的需要。調(diào)整教學(xué)大綱時(shí),我們堅(jiān)持“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重實(shí)踐”原則,首先對學(xué)生講清基本概念、基本理論;其次增加了實(shí)踐學(xué)時(shí);最后面向巖土工程班級時(shí)整合了教學(xué)內(nèi)容。剛開設(shè)“巖土工程勘察”、“地基處理”與“隧道工程”課程時(shí),6門課程之間不同程度地存在部分內(nèi)容重復(fù)、課程之間的聯(lián)系不緊密等現(xiàn)象,系統(tǒng)性不強(qiáng),難以激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣,制約了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。特別是,當(dāng)時(shí)市場上還沒有《巖土工程勘察》和《地基處理》教材,教學(xué)內(nèi)容的取舍成為關(guān)鍵。以課程群的方式融合起來,整合了教學(xué)內(nèi)容,使學(xué)生加深了對專業(yè)的認(rèn)識,緩和了教學(xué)內(nèi)容增多與學(xué)時(shí)減少之間的矛盾,縮短大學(xué)教學(xué)和工程建設(shè)之間的距離。例如,對巖土工程班級,將“工程地質(zhì)”中公路工程地質(zhì)勘測、“土力學(xué)”中土工試驗(yàn)與原位測試結(jié)果的分析與利用調(diào)整到“巖土工程勘察”課程,將“基礎(chǔ)工程”中地基處理、特殊性地基上的基礎(chǔ)工程調(diào)整到“地基處理”課程。將該課程教學(xué)與課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)與注冊土木工程師(巖土)考試內(nèi)容緊密結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了大學(xué)教學(xué)與社會需求相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了大學(xué)生與工程師或研究人員的對接。
3.合作或獨(dú)立編寫教材和著作
結(jié)合巖土工程課程群教學(xué)內(nèi)容的相互聯(lián)系、大學(xué)課程學(xué)時(shí)要求、在工程中的應(yīng)用和發(fā)展情況,調(diào)整課堂教學(xué)內(nèi)容,編寫教材和著作,將取得的成果寫進(jìn)教材和著作,將親歷的典型工程引入到多媒體課件中,通過教材和課件將教學(xué)內(nèi)容改革成果固化。具體措施如下:(1)結(jié)合教學(xué)和科研積累,獨(dú)立編寫教材和著作;(2)與“211”和“985”等兄弟院校和科研院所合作編寫教材;(3)吸收合作院校編寫的知名教材進(jìn)入課堂。獨(dú)立編寫的8本教材和著作包括《巖土工程勘察》、《基礎(chǔ)工程》、《灌注樁檢測與處理》、《全國一級建造師執(zhí)業(yè)資格考試(公路工程管理與實(shí)務(wù))考前輔導(dǎo)資料》、《公路工程地基處理手冊》、《高速公路路基沉降預(yù)測及施工控制》、《現(xiàn)代土木工程》。
在新編教材中,適度引入案例和專業(yè)詞匯英漢對譯,提高學(xué)生綜合素質(zhì)和工程能力,提高了每堂課的凝聚力和出勤率。與兄弟院校和科研院所合作編寫的6本教材和著作包括與湖南科技大學(xué)合作編寫的《地基處理》和《隧道工程》教材(2008年,機(jī)械工業(yè)出版社)、與湖南大學(xué)、重慶大學(xué)、太原理工大學(xué)、大連大學(xué)合作編寫的《地基處理》教材(2010年,武漢理工大學(xué)出版社),與廣東省長大公路工程有限公司合作編寫的《新理念下山區(qū)高速公路建設(shè)實(shí)踐》和《新理念下山區(qū)高速公路建設(shè)管理》(2010年,人民交通出版社),與清華大學(xué)合作編寫的《公路土釘支護(hù)技術(shù)指南》(2006年,人民交通出版社),參編錢七虎院士編寫的《巖土工程師手冊》(2012年,人民交通出版社)。
4.開發(fā)與更新主干課程電子資源
巖土工程課程群的6門課程中,“工程地質(zhì)”、“土力學(xué)”、“基礎(chǔ)工程”是面向全校土木工程專業(yè)、水利工程專業(yè)開設(shè)的巖土工程類公認(rèn)的3大支柱課程,每年受益學(xué)生超過1250人。全部課程實(shí)現(xiàn)了多媒體教學(xué)方式外,我們依托省、校精品課程平臺重點(diǎn)開發(fā)這3門課的電子資源,為學(xué)生構(gòu)建網(wǎng)上學(xué)習(xí)環(huán)境。
5.改革專業(yè)課程考核模式
傳統(tǒng)的開卷或者閉卷筆試存在的弊端是難以杜絕舞弊現(xiàn)象,學(xué)生心存僥幸,不利于教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生專業(yè)技能的提高,不利于建設(shè)優(yōu)良學(xué)風(fēng)。況且,教學(xué)過程中,大學(xué)老師和學(xué)生的交流機(jī)會很少,學(xué)生難以感受到老師的指點(diǎn)和關(guān)愛。為此,我們探索了考試改革,期待通過師生互動交流、學(xué)生聯(lián)動(動手、動腦、動嘴),確保教學(xué)效果,培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)。
(1)“地基處理”課程采用“題庫抽題答辯+開卷筆試”考核新模式。隨著新校區(qū)投入使用后,新、老校區(qū)的空間距離導(dǎo)致老師和學(xué)生的交流機(jī)會很少。為了改善這種狀況,我們進(jìn)行了探索,采用“上午抽題應(yīng)答(占總成績的40%)、下午開卷筆試(占總成績的60%)”。抽題應(yīng)答的具體做法是:考試之前幾周,老師將涵蓋課程的近100個(gè)最重要的問題列出來,讓學(xué)生找答案,考試時(shí),讓全體同學(xué)在教室里按學(xué)號隨機(jī)從這近100個(gè)問題中按序號抽取1~2個(gè)問題作為自己的考試題目,然后走上講臺回答,接受同學(xué)們的質(zhì)疑、評判和老師點(diǎn)評。這種抽簽答辯與開卷筆試相結(jié)合的考核模式,注重學(xué)習(xí)過程,充分調(diào)動同學(xué)們的積極性、主動性和相互監(jiān)督作用,促進(jìn)了老師對學(xué)生的言傳身教,效果很好,在學(xué)生中具有良好的口碑。很多學(xué)生與老師親近,積極參加教師的科研課題研究。
(2)“工程地質(zhì)”課程采用“節(jié)假日自主見習(xí)+開卷筆試”考核新模式。工程地質(zhì)知識抽象、枯燥,難記難學(xué),影響學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,教學(xué)效果難以保證。瞄準(zhǔn)該課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn),注重改革教學(xué)方法和手段的同時(shí),通過對考核內(nèi)容、方式和手段的改革實(shí)踐,結(jié)合效果分析,采用“節(jié)假日自主見習(xí)+開卷筆試”考試形式,促進(jìn)優(yōu)良學(xué)風(fēng)建設(shè),有效提高了學(xué)生的綜合素質(zhì),增進(jìn)相互了解和交流,激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新愿望。具體做法是:指導(dǎo)學(xué)生在節(jié)假日和周末去一些風(fēng)景名勝或者自己的家鄉(xiāng)觀察分析地層、地質(zhì)構(gòu)造、邊坡等現(xiàn)象,不明之處帶入課堂,結(jié)合平時(shí)小測試和課后分組討論,做到學(xué)以致用,計(jì)入總成績的40%。
6.改革實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)模式
實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)是工科人才培養(yǎng)方案中非常重要的環(huán)節(jié),是實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵教學(xué)過程,也是實(shí)施素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育最有效的方法和途徑。但是,1999年大學(xué)擴(kuò)招以來,學(xué)生數(shù)量大幅度增長,實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量出現(xiàn)滑坡,原有教學(xué)模式顯示出很多弊端,也給學(xué)風(fēng)和教風(fēng)帶來了不良影響。這些弊端主要體現(xiàn)在,實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)流于形式,教師監(jiān)管缺位,學(xué)生逃避、應(yīng)付現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。我們開展了系列的實(shí)踐教學(xué)改革,改革的指導(dǎo)思想是:以點(diǎn)帶面,通過教師和學(xué)生的親情式合作和示范,引導(dǎo)并約束全體學(xué)生全程參與實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐。
通過改革,在課堂授課學(xué)時(shí)減少的情況下,實(shí)踐課學(xué)時(shí)得到了加強(qiáng),如“土力學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)由8學(xué)時(shí)增加到16學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)主要依托我校巖土與隧道工程實(shí)驗(yàn)中心來完成。該中心是土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的一部分,有完備的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)施,建立了融實(shí)驗(yàn)技能與工程綜合訓(xùn)練于一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,在強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)性的同時(shí)更注重實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用性,在加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、創(chuàng)新精神、動手能力培養(yǎng)的同時(shí)更注重綜合的工程訓(xùn)練。工程地質(zhì)實(shí)習(xí)和巖土認(rèn)識實(shí)習(xí)主要依托岳麓山、湘江兩岸、湖南省地質(zhì)博物館和長沙市軌道公司等實(shí)習(xí)基地以及產(chǎn)學(xué)研基地開展。
認(rèn)識實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)重點(diǎn)采取了師傅帶徒制即導(dǎo)師制,具體措施為:(1)在進(jìn)入專業(yè)基礎(chǔ)課期間,核心教師與三年級學(xué)生舉辦師生聯(lián)誼會,促進(jìn)相互了解,為學(xué)生請教老師、老師關(guān)愛學(xué)生提供對接平臺。(2)凡是和教學(xué)內(nèi)容有聯(lián)系的工程類科研項(xiàng)目或技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目均吸收學(xué)生參加,由導(dǎo)師(項(xiàng)目負(fù)責(zé)人)具體指導(dǎo)。尤其是技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目中的測試、測量、分析計(jì)算等內(nèi)容讓學(xué)生參與完成。(3)利用學(xué)校內(nèi)的工程設(shè)計(jì)和勘測勘察單位的便利條件以及長期辦學(xué)所形成的良好的社會基礎(chǔ),與工程單位建立穩(wěn)定的聯(lián)系機(jī)制,在較大工程項(xiàng)目中的一些施工環(huán)節(jié),導(dǎo)師隨時(shí)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。這樣,每名同學(xué)都會經(jīng)歷參觀性實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)等一系列環(huán)節(jié)的工程鍛煉,都會參與到具體的工程實(shí)踐,獨(dú)立運(yùn)用所學(xué)知識解決某一工程中的某些具體問題,提高實(shí)踐工作能力。每名本科生的畢業(yè)論文都結(jié)合具體的工程項(xiàng)目,一人一題,獨(dú)立完成。由于具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力,畢業(yè)生不僅就業(yè)有保障,而且受到用人單位普遍好評。
7.加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作與交流
巖土工程最大特征就是實(shí)踐性強(qiáng)。加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作與交流,既提高教師科研和學(xué)術(shù)水平,又為學(xué)生搭建了工程實(shí)踐平臺。只有提高教師的科研和學(xué)術(shù)水平,才有可能把握課程群發(fā)展方向、引領(lǐng)學(xué)科的發(fā)展,不斷改進(jìn)和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、使專業(yè)培養(yǎng)更貼近實(shí)踐需求,更好地服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。工程實(shí)踐有平臺,學(xué)生的工程實(shí)踐活動才能得到落實(shí)。具體措施包括加強(qiáng)與企業(yè)合作積極申請科研項(xiàng)目,加強(qiáng)學(xué)術(shù)交流和技術(shù)培訓(xùn)、與兄弟院校合報(bào)課題。以國家自然科學(xué)基金申報(bào)為例,2006~2013年,我系(教研室)教師每年都有批準(zhǔn)立項(xiàng),其中2009年3項(xiàng),2012年6項(xiàng),2013年3項(xiàng),取得較好的成績。
8.傾心指導(dǎo)大學(xué)生科學(xué)研究
教師科研引導(dǎo)學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。近幾年來,教師指導(dǎo)學(xué)生承擔(dān)9項(xiàng)國家級、省級或校級大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目,培養(yǎng)了學(xué)生的科研精神和創(chuàng)新意識。由于注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),近年來,指導(dǎo)學(xué)生公開發(fā)表科研論文7篇,申請專利2項(xiàng),兩項(xiàng)成果獲得2011年全國土木工程專業(yè)本科生優(yōu)秀創(chuàng)新實(shí)踐成果二等獎。
二、實(shí)施效果
1.大學(xué)生工程能力和創(chuàng)新意識明顯提高,產(chǎn)生了良好的示范效應(yīng)
通過18年的巖土工程課程群研究與建設(shè)積累,先后產(chǎn)生的成果集中體現(xiàn)于學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量和特色。以巖土2008級(2012屆)為例,該屆共有56名學(xué)生,1人獲得學(xué)校第八屆“十佳大學(xué)生”(土木與建筑學(xué)院僅1人),并被錄取為北京交通大學(xué)研究生,9位同學(xué)參與獲得了國家級創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、專利或者創(chuàng)新實(shí)踐成果二等獎,10位同學(xué)獲得了畢業(yè)生三好學(xué)生、優(yōu)秀畢業(yè)生或者優(yōu)秀學(xué)生干部,12位同學(xué)繼續(xù)攻讀碩士學(xué)位,其余同學(xué)全部走向工程建設(shè)第一線。巖土2008-1班獲得學(xué)校“示范班集體”、團(tuán)支部獲得學(xué)校“五四紅旗團(tuán)支部”、學(xué)院目標(biāo)管理考核示范班集體,贏得了良好的口碑。
2.編寫的一批教材、著作和規(guī)范被同行使用,反響良好
獨(dú)立或合作編寫的教材和著作均作為教材或者教學(xué)參考書,拓寬了學(xué)生的知識面,并被同行采用。例如,《巖土工程勘察技術(shù)與應(yīng)用》已在省內(nèi)高校使用,并且成為一線勘察技術(shù)人員的“拐杖”,《地基處理》和《隧道工程》在出版當(dāng)年就投入課堂。
3.發(fā)表的教學(xué)改革論文被同行引用并借鑒,并參加全國性教學(xué)研討
課群建設(shè)期間,發(fā)表了10篇教學(xué)改革論文,為同行的教學(xué)改革提供了借鑒,且注重參加全國性教學(xué)交流與研討。例如,參加了全國第一、二屆土力學(xué)教學(xué)研討會。
現(xiàn)代社會發(fā)展、特別是信息技術(shù)的發(fā)展對教育提出了新的、更高的要求。要構(gòu)建適應(yīng)信息社會發(fā)展的高等教育體系,必須在教育體制、教育方式、教學(xué)方法等諸多方面有創(chuàng)新性發(fā)展,培養(yǎng)創(chuàng)新性人才,為“大眾創(chuàng)業(yè),萬眾創(chuàng)新”的戰(zhàn)略提供人才和知識支持。本科畢業(yè)階段的實(shí)踐環(huán)節(jié),即畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)是教學(xué)過程的最后階段,通過該階段訓(xùn)練能使學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)的各種理論知識和技能,進(jìn)行全面、系統(tǒng)、嚴(yán)格的技術(shù)及基本能力的練習(xí),對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維,提高綜合素質(zhì)有重要作用,也是高等工程教育教學(xué)改革的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。近年來,許多高校進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)階段的改革與探索,從畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)創(chuàng)新體系建設(shè)、立題和過程管理、畢業(yè)設(shè)計(jì)全過程考核評價(jià)體系建設(shè)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面取得了豐富成果[1-3]。
一、對大學(xué)生創(chuàng)新能力的認(rèn)識
創(chuàng)新思維不同于常規(guī)的模仿思維,具有跳躍性、發(fā)散性、獨(dú)創(chuàng)性等特征。它主要利用已有認(rèn)識和知識為基本素材,采用非常規(guī)思維來認(rèn)識未知世界。新的科學(xué)原理的發(fā)現(xiàn)、市場歡迎的產(chǎn)品的研發(fā)、優(yōu)秀藝術(shù)作品的創(chuàng)作、有效的企業(yè)管理模式都是創(chuàng)新思維的結(jié)果。所以,從學(xué)校教學(xué)教育入手,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維,對學(xué)生走向社會后的發(fā)展會產(chǎn)生重要影響[4]。創(chuàng)新的關(guān)鍵在一個(gè)“新”字,從工程學(xué)科角度看,所謂新,既包括基本原理和基本理論的創(chuàng)新,也包括工程方法、手段的創(chuàng)新。所以,應(yīng)該針對學(xué)生學(xué)習(xí)成績、興趣等,有不同的要求,更要允許學(xué)生大膽突破傳統(tǒng),在已有基本概念基礎(chǔ)上開拓思維、發(fā)展新理論,創(chuàng)新新方法。而對于絕大部分學(xué)生來說,他們未來主要從事實(shí)際工程問題,應(yīng)以解決工程問題為目的,在解決問題的過程中從工藝、設(shè)備等角度進(jìn)行改進(jìn)、創(chuàng)新,這樣日積月累,也可以產(chǎn)生大的理論創(chuàng)新。以巖土工程為例,由于巖土體的特性,雖然主要理論體系已形成,但其中許多理論和工程實(shí)踐仍帶有很大的經(jīng)驗(yàn)性,在工程實(shí)踐中需要綜合判斷。這種現(xiàn)狀為該學(xué)科理論創(chuàng)新提供了很大空間,比如非飽和土的有效應(yīng)力及有效應(yīng)力原理、土的本構(gòu)理論等,遠(yuǎn)沒有達(dá)到理論完善,工程應(yīng)用中往往將計(jì)算結(jié)果做為參考,而經(jīng)驗(yàn)判斷仍然十分重要。在目前巖土工程中常見的基坑支護(hù)及基坑穩(wěn)定性、高填方工程工后沉降及穩(wěn)定性等方面,不管是理論基礎(chǔ)還是工程方法都有許多問題需要解決。這些說明,創(chuàng)新的空間存在于學(xué)科任何知識點(diǎn),關(guān)鍵是在平時(shí)課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)中如何提高學(xué)生對學(xué)科和未知世界的興趣,繼而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
二、畢業(yè)設(shè)計(jì)方式創(chuàng)新
畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科教學(xué)最后一個(gè)環(huán)節(jié),也是對整個(gè)教學(xué)效果的檢驗(yàn)和綜合應(yīng)用。畢業(yè)方式創(chuàng)新包括選題環(huán)節(jié)、設(shè)計(jì)過程環(huán)節(jié)、評價(jià)環(huán)節(jié)等的創(chuàng)新。從選題環(huán)節(jié)看,目前工科專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)大都采用指導(dǎo)教師指定設(shè)計(jì)題目、學(xué)生按照畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書進(jìn)行設(shè)計(jì)、指導(dǎo)教師定期或不定期進(jìn)行輔導(dǎo)或檢查,最后進(jìn)行畢業(yè)答辯的過程。目前存在的主要問題是,沒有注重啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題這個(gè)環(huán)節(jié),而是直接給學(xué)生某一問題讓他去解決,而這個(gè)問題本身可能并沒有多少科學(xué)價(jià)值,畢業(yè)設(shè)計(jì)方式也顯得單一[5]。要創(chuàng)新,首先要能發(fā)現(xiàn)問題,不能發(fā)現(xiàn)問題也就不可能有發(fā)明創(chuàng)造。目前,學(xué)生選題都流于形式,由指導(dǎo)教師直接指定,這是由于目前大學(xué)教育評價(jià)方式?jīng)Q定的。重科研輕教學(xué),老師沒有時(shí)間、也不愿意在這方面耗費(fèi)精力。畢業(yè)設(shè)計(jì)階段應(yīng)留有一定時(shí)間讓學(xué)生自己通過調(diào)研、查閱資料、和老師交流等方式,發(fā)現(xiàn)需要解決的科學(xué)問題,形成解決問題的科學(xué)思路和方法。這個(gè)時(shí)間段甚至可以更早些,可提前數(shù)周就讓學(xué)生準(zhǔn)備。當(dāng)然,這個(gè)過程需要教師細(xì)心指導(dǎo),多溝通,最終也不是每個(gè)學(xué)生都能通過這個(gè)方式進(jìn)行選題的,但這個(gè)過程毫無疑問對學(xué)生是個(gè)鍛煉和培養(yǎng)。有些雖形不成科學(xué)問題或沒有形成解決的具體方法,但可能成為以后發(fā)現(xiàn)或解決科學(xué)問題的基礎(chǔ)。創(chuàng)新的基礎(chǔ)是思維創(chuàng)新,需要輕松的環(huán)境,也需要有一定的壓力。所謂環(huán)境輕松,主要是要給學(xué)生思考的自由,敢于挑戰(zhàn)現(xiàn)有理論和權(quán)威,要有和老師進(jìn)行自由討論、辯論的環(huán)境,而這是我們的教育最缺乏的。對于敢于提出問題的學(xué)生要給予鼓勵和獎勵,對通過自己思考發(fā)現(xiàn)了重要科學(xué)問題并選擇畢業(yè)設(shè)計(jì)題目或方向的學(xué)生,其結(jié)果不一定是圓滿的,或者有可能在有限的時(shí)間中沒有得到預(yù)期的結(jié)果。對于這種情況,應(yīng)該在教學(xué)規(guī)定上給予指導(dǎo)教師一定靈活度,比如延長畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間,或者達(dá)到某一程度也可認(rèn)為達(dá)到畢業(yè)要求等。給學(xué)生壓力也是必要的,由于社會大環(huán)境的影響,部分學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不大,不專注于畢業(yè)設(shè)計(jì)。因此,指導(dǎo)教師應(yīng)嚴(yán)要求、勤檢查,對學(xué)生和社會負(fù)責(zé),沒達(dá)到畢業(yè)要求的學(xué)生嚴(yán)格按照規(guī)定處理。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中培養(yǎng)創(chuàng)新。創(chuàng)新首先是思維創(chuàng)新,要從基本概念上下功夫。在某一學(xué)科的創(chuàng)新是一個(gè)逐漸形成、完善的過程。在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段,學(xué)生可以在具體、細(xì)節(jié)的某一點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)、創(chuàng)新,如計(jì)算方法、應(yīng)用原理、設(shè)備或工藝、程序方法等的改進(jìn)。為此,指導(dǎo)教師要讓學(xué)生首先理解畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的現(xiàn)有規(guī)范、手冊、教材中各種規(guī)定或方法的原理、機(jī)理。在此基礎(chǔ)上,鼓勵學(xué)生發(fā)現(xiàn)其中不完善、甚至錯誤的東西,通過小組討論提高對問題的認(rèn)識,把年輕人的活躍思維充分調(diào)動起來,讓學(xué)生敢于思考、敢于提出問題和解決問題的辦法。對學(xué)生的不同觀點(diǎn)和認(rèn)識,老師要以科學(xué)的態(tài)度對待,通過分析、討論達(dá)到共識,若達(dá)不到統(tǒng)一認(rèn)識,可留待以后繼續(xù)研究。此外,我們強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維,并不是要求每個(gè)學(xué)生在畢業(yè)生設(shè)計(jì)中一定要有創(chuàng)新性成果。每個(gè)學(xué)生基礎(chǔ)知識水平不同、長期形成的思維模式不同、個(gè)性不同,畢業(yè)設(shè)計(jì)水平自然不同。對大部分學(xué)生,首先是培養(yǎng)一種創(chuàng)新意識,對以后工作和人生起到良好作用。畢業(yè)設(shè)計(jì)中能滿足正常任務(wù)要求,達(dá)到工程設(shè)計(jì)等目的就是合格的。
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)選題創(chuàng)新
除了前述讓學(xué)生參與或自主選題的要求外,畢業(yè)設(shè)計(jì)題目本身對畢業(yè)設(shè)計(jì)的效果十分重要[6]。畢業(yè)設(shè)計(jì)所包含內(nèi)容可以覆蓋較多知識體系,也可以集中在某一點(diǎn)。在巖土工程專業(yè)或方向畢業(yè)設(shè)計(jì)中,可以完成建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),包括上部結(jié)構(gòu)和巖土工程部分,后者可以是地基基礎(chǔ)、基坑支護(hù)、邊坡支護(hù)等;也可以全部進(jìn)行巖土工程的內(nèi)容。具體選擇可根據(jù)學(xué)生興趣、特長,對已確定工作單位的學(xué)生,還可以依據(jù)可能的工作性質(zhì)等確定。從畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容上看,我們在近幾年實(shí)踐中,巖土工程方向畢業(yè)設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容:1.巖土工程勘察。巖土工程勘察是巖土工程的基礎(chǔ),通過該內(nèi)容畢業(yè)設(shè)計(jì),可使學(xué)生具體掌握巖土工程勘察的方法、步驟、內(nèi)容,增強(qiáng)對巖土體的認(rèn)識,讓學(xué)生充分理解土的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的獲取方法、用途和相互關(guān)系,學(xué)會從勘察的角度對建筑場地和地基進(jìn)行評價(jià),認(rèn)識工程勘察與工程設(shè)計(jì)、施工之間的關(guān)系。進(jìn)行巖土工程勘察畢業(yè)設(shè)計(jì)對學(xué)生以后工作和學(xué)生在巖土工程學(xué)科進(jìn)行創(chuàng)新有非常重要的作用。由于巖土體性質(zhì)的不確定性非常突出,因此,對其認(rèn)識方法、手段和評價(jià)顯得非常重要,而目前的工程和科研實(shí)際存在許多不足之處。正確認(rèn)識這些問題,有利于學(xué)科創(chuàng)新。巖土工程勘察是一個(gè)系統(tǒng)的過程,但由于條件和時(shí)間限制,完成整個(gè)過程的勘察是不現(xiàn)實(shí)的。為此,我們將畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合,比如,現(xiàn)場描述和土類命名主要通過正在進(jìn)行的工程的實(shí)習(xí)完成,由現(xiàn)場技術(shù)人員講解。畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)中提供的現(xiàn)場描述和室內(nèi)試驗(yàn)、原位測試數(shù)據(jù)都是實(shí)際工程原始數(shù)據(jù)。學(xué)生根據(jù)原現(xiàn)場描述和土工試驗(yàn)對土進(jìn)行分層,然后進(jìn)行各分層土性指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)和評價(jià)等工作。2.地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。根據(jù)我校地處西部特點(diǎn),主要進(jìn)行黃土場地地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì),包括濕陷性黃土地基處理、CFG地基處理、樁基礎(chǔ)等。上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、傳至基礎(chǔ)頂面的荷載等都是由設(shè)計(jì)院提供的實(shí)際工程案例。學(xué)生根據(jù)自己完成的巖土工程勘察數(shù)據(jù)或者指導(dǎo)教師提供的土層工程特性指標(biāo)和相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),地基基礎(chǔ)選型是很重要一環(huán),既要滿足安全要求,還要經(jīng)濟(jì)可行。比如高層建筑的CFG樁復(fù)合地基、樁基礎(chǔ)和與筏板基礎(chǔ)之間的選擇,要通過承載力、變形和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較才能確定,既涉及到巖土工程特性指標(biāo)的合理選擇、地基基礎(chǔ)基本概念的正確理解,也與工程實(shí)踐中施工、造價(jià)等有關(guān)。通過多環(huán)節(jié)分析、設(shè)計(jì),既可提高學(xué)生對本專業(yè)的興趣和認(rèn)識水平,也有利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題,為學(xué)科提高和創(chuàng)新發(fā)展創(chuàng)造條件。3.基坑工程設(shè)計(jì)。在巖土工程方向課程設(shè)計(jì)中已進(jìn)行過基坑支護(hù)設(shè)計(jì),但其基坑深度較淺,通過土釘墻或單排錨索+排樁即可達(dá)到支護(hù)目的。畢業(yè)設(shè)計(jì)中完成的基坑工程深度較深,設(shè)計(jì)計(jì)算明顯復(fù)雜。學(xué)生可完成基坑支護(hù)或基坑降水設(shè)計(jì)。前者通常為3~4排錨索+排樁支護(hù),后者為井點(diǎn)降水。4.邊坡治理。設(shè)計(jì)任務(wù)書中,建筑場地位于邊坡底或頂部,要求學(xué)生完成邊坡的安全性評價(jià)和加固處理設(shè)計(jì)。以上幾部分內(nèi)容之間可組合為一個(gè)完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)。而以下內(nèi)容可分別單獨(dú)為一個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)。5.地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一般為地下車庫、商場、地鐵車站等,因?yàn)榇瞬糠衷O(shè)計(jì)包括功能要求,所以需配備建筑學(xué)專業(yè)的指導(dǎo)教師。該設(shè)計(jì)內(nèi)容包括了建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)工程和巖土工程。6.動力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。對于大型機(jī)器設(shè)備,如發(fā)電機(jī)組等,其不同于一般建筑物地基基礎(chǔ),基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有其特殊性。設(shè)計(jì)題目取自于設(shè)計(jì)院的實(shí)際工程,通常設(shè)計(jì)內(nèi)容包括動力荷載計(jì)算、動力基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等。7.隧道設(shè)計(jì)。對取自實(shí)際隧道工程的題目,讓學(xué)生完成隧道圍巖分級、圍巖壓力、圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)與施工等。8.其他。除了以上內(nèi)容外,根據(jù)實(shí)際情況,我們還有學(xué)生依托老師的科研或生產(chǎn)項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)、計(jì)算、理論分析等,完成畢業(yè)論文。結(jié)語在畢業(yè)設(shè)計(jì)中培養(yǎng)創(chuàng)新思維,是一項(xiàng)需要長期探索的系統(tǒng)工程。通過這些年的實(shí)踐,我們初步建立了一套既能滿足正常專業(yè)培養(yǎng)要求,又能在一定程度上有所提高、有所創(chuàng)新的畢業(yè)設(shè)計(jì)模式,以針對具體情況,適應(yīng)不同學(xué)生的要求。但為了適應(yīng)未來形勢的要求,還必須與時(shí)俱進(jìn),繼續(xù)探索,以使工科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)不斷創(chuàng)新,使學(xué)生創(chuàng)新能力不斷提高。
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基金項(xiàng)目:江西科技學(xué)院校級教改課題“基于CIDO模式下《土木工程材料》課程教學(xué)改革研究”(編號:JY1504)。
1 前言
畢業(yè)論文是土木工程專業(yè)學(xué)生大學(xué)本科教育過程的最后一個(gè)環(huán)節(jié),是對大學(xué)四年所學(xué)專業(yè)課程的全面總結(jié),也是對之前各個(gè)教學(xué)的繼續(xù)深化與拓寬[1]。畢業(yè)論文的完成情況不僅能反映出每個(gè)學(xué)生專業(yè)知識的掌握情況、科研思維的方法、寫作水平的高下,也能折射出學(xué)校教育教學(xué)的質(zhì)量和水平[2]。但是,在目前高校的教學(xué)實(shí)踐中,大量的畢業(yè)設(shè)計(jì)出現(xiàn)雷同情況,學(xué)生的能力培養(yǎng)欠缺,出現(xiàn)大批畢業(yè)生面臨就業(yè)壓力,而設(shè)計(jì)、施工單位卻尋覓不到合適人才的狀況。
針對此種情況,本文從土木工程專業(yè)本科畢業(yè)論文存在問題及如何提高土木工程專業(yè)本科畢業(yè)論文質(zhì)量兩方面加以分析,為進(jìn)一步提高《畢業(yè)論文指導(dǎo)》課程教學(xué)質(zhì)量提供參考。
2 土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)存在問題
2.1 選題單一或脫離實(shí)際
題目決定畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容,課程概念多、實(shí)踐性強(qiáng)。但土木工程學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文題目大多集中在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),預(yù)應(yīng)力簡支T梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),或者輔以施工組織設(shè)計(jì),沉降觀測等。而鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)又以3-4層多層框架結(jié)構(gòu)為主。主要是因?yàn)楫厴I(yè)設(shè)計(jì)要求本科生結(jié)合4年所學(xué)專業(yè)知識,所以基本以手算為主。而結(jié)構(gòu)又必須考慮地震荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算,只有底部剪力法可通過手算完成。反應(yīng)譜振型分解法及時(shí)程分析法均需靠電腦才能完成。只有框架結(jié)構(gòu)屬于剪切變形為主,符合底部剪力法的適用條件。所以這也就是畢業(yè)設(shè)計(jì)以框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主的原因。
2.2 大多數(shù)學(xué)生專業(yè)知識沒學(xué)好,畢業(yè)設(shè)計(jì)難于入手
學(xué)生基本都是根據(jù)教師提供的任務(wù)書進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并繪制施工圖。但很多學(xué)生建筑圖紙部分就耗費(fèi)大量時(shí)間。后面的結(jié)構(gòu)布置已經(jīng)喪失信心,能簡便則簡便。
至于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重難點(diǎn),學(xué)生往往更難把握。樓板設(shè)計(jì)及次梁設(shè)計(jì)屬畢業(yè)設(shè)計(jì)的次要內(nèi)容。水平荷載及豎向荷載作用下內(nèi)力計(jì)算是畢業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。很多學(xué)生往往對力學(xué)基礎(chǔ)課程掌握不扎實(shí),對于彎矩二次分配法的應(yīng)用更是無從下手。
同時(shí),荷載效應(yīng)組合及梁柱截面設(shè)計(jì)通常是畢業(yè)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。如果學(xué)生能堅(jiān)持手算到最后,那么內(nèi)力組合也就會通過請教與自學(xué)來完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。
2.3 施工圖紙不符合現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)
很多學(xué)生在進(jìn)行冗長的手算完成后,往往還是對自己所做的論文題目缺乏清晰的思路。所以圖紙也只是仿造同學(xué)的圖紙,修改開間進(jìn)深的尺寸及配筋。其中有很多不合規(guī)范之處。而畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵就在于圖紙的質(zhì)量。
2.4 指導(dǎo)教師水平有待提高
指導(dǎo)教師的專業(yè)知識水平、論文指導(dǎo)能力直接影響本科畢業(yè)論文工作,從指導(dǎo)選題、寫作到答辯,指導(dǎo)教師的作用至關(guān)重要。選題是畢業(yè)設(shè)計(jì)的源頭,畢業(yè)論文水平的高低直接取決于選題方向。但現(xiàn)在許多指導(dǎo)教師給的選題方向偏大、任務(wù)過重,還存在偏難,或者與專業(yè)不對口的問題,超出本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)能力水平。加之指導(dǎo)教師本身教學(xué)與科研任務(wù)繁重,無法分擔(dān)太多精力指導(dǎo)學(xué)生,學(xué)生自己在摸索過程中容易犯錯,致使學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)寫作過程中與指導(dǎo)教師溝通不暢或者教師指導(dǎo)不力的情況發(fā)生。
3 土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)改革建議
3.1 選題多元化。
根據(jù)指導(dǎo)老師的課題研究方向或是工程實(shí)際項(xiàng)目,或者參考學(xué)生畢業(yè)實(shí)習(xí)崗位,制定與之相適應(yīng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目,盡可能真題真做。同時(shí)題目難易程度也應(yīng)適中,能夠體現(xiàn)目前研究發(fā)展的主要方向及前沿問題,能夠?qū)W(xué)生知識面有所擴(kuò)充。
3.2 嚴(yán)格要求學(xué)生并認(rèn)真指導(dǎo)
畢業(yè)答辯前對學(xué)生進(jìn)行預(yù)答辯,或者階段性審查。及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)中的問題并督促其整改。對檢查不過關(guān)或是預(yù)答辯不過關(guān)的學(xué)生,推遲其答辯時(shí)間或是取消答辯資格,整體學(xué)風(fēng)起到殺一儆百的作用。
同時(shí),指導(dǎo)老師也應(yīng)加強(qiáng)督促,并定期追蹤指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)展情況。如果所帶學(xué)生數(shù)較多,還應(yīng)集中指導(dǎo)所有學(xué)生,并合理規(guī)劃各學(xué)生進(jìn)度。對設(shè)計(jì)能力較強(qiáng)的同學(xué),可要求更嚴(yán)格后期準(zhǔn)備推優(yōu)。對進(jìn)度較慢的同學(xué)加強(qiáng)檢查力度,加大檢查頻率。主要教會學(xué)生理清設(shè)計(jì)思路,運(yùn)用正確的設(shè)計(jì)理論及設(shè)計(jì)方法,教會學(xué)生學(xué)會參考規(guī)范及查閱相關(guān)資料能力。
3.3 參考國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制圖
國家分別制定了《建筑設(shè)計(jì)制圖標(biāo)準(zhǔn)》及《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制圖標(biāo)準(zhǔn)》,很多按自己制圖習(xí)慣繪圖的習(xí)慣應(yīng)督促其整改。甚至有些同學(xué)動手能力較弱,對計(jì)算機(jī)的操作能力尚欠缺。教師不可能手把手進(jìn)行指導(dǎo),應(yīng)充分發(fā)揮組員團(tuán)隊(duì)合作能力,采取幫扶政策,引導(dǎo)動手能力較強(qiáng)的同學(xué)幫助動手能力較弱的同學(xué)。
4 結(jié)論
目前,大學(xué)畢業(yè)生流行“畢業(yè)就失業(yè)”,主要是學(xué)生在大學(xué)四年沒有學(xué)會解決實(shí)際問題的能力及創(chuàng)新能力。很多學(xué)生大學(xué)四年混混沌沌、迷迷茫茫中度過,平時(shí)課堂也難以集中注意力。教師應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生優(yōu)勢,并鼓勵學(xué)生深層探究,大力培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力,解決實(shí)際問題能力及合作交流能力。這樣學(xué)生才能在畢業(yè)前的3年里學(xué)有所獲,不至于畢業(yè)設(shè)計(jì)無從下手。
本文主要從3方面闡述了目前土木工程本科畢業(yè)設(shè)計(jì)所存在的問題,并提出了相應(yīng)的整改建議。畢業(yè)設(shè)計(jì)是體現(xiàn)學(xué)生綜合能力的最后環(huán)節(jié),也 學(xué)校本科評估的主要支撐材料,學(xué)校及學(xué)生均應(yīng)引起重視,并提高畢業(yè)設(shè)計(jì)完成質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1] 劉麗萍.土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐探索[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會科學(xué)版),2015(3).
[2] 陳蘭.土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)若干問題剖析[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào),2012(14):24-27.
[3] 周紅星,李兵,趙瑞芬.應(yīng)用型本科院校提高學(xué)生畢業(yè)論文質(zhì)量的探索[J].教育與職業(yè),2012,(12):177~178.
[4] 劉正遠(yuǎn),段玉璽.本科畢業(yè)論文選題質(zhì)量的探索與實(shí)踐[J].遼寧科技學(xué)院學(xué)報(bào),2009,(03).
[5]季民,馬德剛.建立畢業(yè)設(shè)計(jì)管理體系提高畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量[J].中國大學(xué)教學(xué),2007(05).
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對函授本科所學(xué)知識的綜合應(yīng)用,是理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練。透過畢業(yè)設(shè)計(jì),我復(fù)習(xí)了以前在課堂上學(xué)習(xí)的專業(yè)知識,學(xué)習(xí)和體會到了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本技能和思想。我深刻的認(rèn)識到:作為工程師,就應(yīng)具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,本著建筑以人為本的思想,力求做到安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、耐久、美觀;設(shè)計(jì)過程中,就應(yīng)嚴(yán)格按照建筑規(guī)范的要求,同時(shí)也要思考各個(gè)工種的協(xié)調(diào)和合作,還有建筑周邊環(huán)境的考慮等等。這些就要求工程設(shè)計(jì)人員具備較高的綜合素質(zhì),不僅僅要抓住建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要矛盾,同時(shí)也要思考一些細(xì)節(jié)的問題。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中,我深刻認(rèn)識到規(guī)范是設(shè)計(jì)的航標(biāo),務(wù)必多思考、多體會,在設(shè)計(jì)中嚴(yán)格遵守規(guī)范要求,同時(shí)在以后的學(xué)習(xí)和工作中,更加注重對建筑規(guī)范的學(xué)習(xí),不斷加強(qiáng)對建筑規(guī)范的理解,只有這樣,才能較少錯誤的出現(xiàn)。
“三人行,必有我?guī)煛薄T诋厴I(yè)設(shè)計(jì)的過程中,我與同學(xué)們相互學(xué)習(xí),注重交流。遇到很多設(shè)計(jì)上的問題,我都做到不恥下問,不斷向優(yōu)秀的前輩們學(xué)習(xí),得到了他們的很大幫助,同時(shí)自己也學(xué)習(xí)到了很多專業(yè)課堂上面沒有學(xué)習(xí)到的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。腳踏實(shí)地,認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn),實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度,不怕苦難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想這是一次意志的磨練,是對我實(shí)際潛力的一次提升,也會對我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。
市政管網(wǎng)工程常常需要穿越各類障礙物,如道路、河流、建筑物和構(gòu)筑物等,對此我們常使用地下頂管的方式以避免大開挖,
地下頂管工程由工作井、接收井、管道頂進(jìn)三部分組成。工作井和接收井主要有以鋼筋砼為主體的沉井、以水泥攪拌樁內(nèi)插H型鋼為結(jié)構(gòu)的SMW工法井、鋼板樁或拉森鋼板樁井等,但對于深度比較大的頂管工程,常采用沉井,因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定堅(jiān)固。
2009年12月28日,隨著挖掘機(jī)有力地挖下第一鏟土,昆山市第二飲用水源(長江引水)工程順利開工了,總投資19.8億元,是昆山市歷史上單項(xiàng)投資額最大的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程,其中頂管工程約20KM,,工作井主要為沉井。目前頂管工程已結(jié)束。沉井施工中常常會遇到以下問題:
一:沉井制作
1.井壁裂縫
原因分析:
1)沉井墊木設(shè)置不當(dāng)或布置不均勻或間距過大,導(dǎo)致沉井早期受力不均,產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。
2)沉井墊木未對稱拔除,導(dǎo)致井壁內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力而出現(xiàn)裂紋。畢業(yè)論文,流砂。
3)模板拆除過早,混凝土強(qiáng)度不滿足拔除墊木條件而出現(xiàn)裂紋。
4)沉井支設(shè)在軟弱不均勻土層上或其它不良地基,混凝土澆筑后地基不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫。
5)沉井井壁與內(nèi)隔墻荷載相差太大,沉降不均,產(chǎn)生了較大的附加彎矩和剪應(yīng)力造成裂縫,而洞口處截面削弱,強(qiáng)度較低,內(nèi)力相對集中,所以洞口附近易出現(xiàn)裂紋。
預(yù)防措施:
1)刃腳處墊木設(shè)置應(yīng)當(dāng)合適,使地基受力均勻。墊木間距應(yīng)計(jì)算求得,跨中與支點(diǎn)的拉應(yīng)力應(yīng)當(dāng)相等。
2)沉井墊木應(yīng)分區(qū)、分組、對稱、同步拔除,模板拆除時(shí)沉井井壁強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上。
3)遇到軟弱不均勻土層應(yīng)做砂墊層或采取其它措施保證受力均勻,荷載應(yīng)在承載力范圍之內(nèi)。
4)沉井井壁與內(nèi)隔墻支模應(yīng)使地基受力基本均勻,沉井洞口四周要布置加強(qiáng)筋。
處理措施:
1)較細(xì)的表面裂縫可通過涂抹幾遍環(huán)氧膠泥或人工抹水泥砂漿的方法來修補(bǔ)。
2)大于0.5mm的裂縫應(yīng)根據(jù)可灌程度采取灌水泥漿或化學(xué)漿液的方法修補(bǔ),或者采用灌漿和表面封閉相結(jié)合的方法。
3)如果裂縫很大,可能影響沉井結(jié)構(gòu)帶來安全隱患,則應(yīng)該采取其它結(jié)構(gòu)增強(qiáng)措施,或者直接返工。
2.井身歪斜
原因分析:
1)沉井一次下沉的高度太大,重心太高,容易產(chǎn)生傾斜。
2)沉井地基軟弱或不均勻,制作前未處理地基,沉井下沉?xí)r產(chǎn)生了不均勻沉降。
3)沉井制作時(shí)刃腳與井壁不垂直,致使刃腳失去正確的導(dǎo)向功能。
預(yù)防措施:
1)沉井一次下沉高度控制在12米以內(nèi),以保持重心穩(wěn)定。
2)沉井制作前先平整場地,遇到不良土質(zhì)及時(shí)處理。畢業(yè)論文,流砂。
3)嚴(yán)格控制鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑的質(zhì)量,保證井壁光滑垂直,各環(huán)節(jié)偏差控制在規(guī)范范圍內(nèi)。
處理措施:
1)對刃腳高的地方多挖土以加快下沉,刃腳低的地方少挖或不挖土以減緩下沉速度,等井壁垂直后均勻挖土。畢業(yè)論文,流砂。
二:沉井下沉
1.下沉太慢
原因分析:
1)井壁表面過于粗糙,井壁與土之間的摩擦力太大。
2)沉井自重不夠,不能很好地克服井壁與土體之間的摩擦力以及刃腳的迎面阻力。
3)下沉過程中遇到大的障礙物,致使下沉受阻。
4)正常下沉中因故停止時(shí)間過長,側(cè)壓力加大致使沉井無法正常下沉。
預(yù)防措施:
1)嚴(yán)格控制支模和混凝土澆筑質(zhì)量,保證沉井井壁光滑度。
2)嚴(yán)格按圖施工,井的實(shí)際尺寸,配筋,混凝土的用量當(dāng)與設(shè)計(jì)圖紙相符,嚴(yán)禁偷工減料。
3)對于下沉系數(shù)不大的沉井,應(yīng)連續(xù)開挖、連續(xù)下沉,中間間歇時(shí)間不應(yīng)過長。
4)在井壁上預(yù)埋射水管,下沉緩慢時(shí)向管水以減少井壁和土層之間的摩擦力。
5)向井壁周圍空隙中填充觸變泥漿,并采取防止泥漿流失的措施,以減小井壁與土層之間的摩擦力。
處理措施:
1)采用高壓水槍向井壁四周射水以幫助下沉。
2)如條件允許,適當(dāng)降水,減小沉井自身浮力,借以加重下沉。
3)檢查刃腳四周,看是否有堅(jiān)硬物在刃腳下,若有,則及時(shí)清除。
4)在沉井頂部安放大型鐵塊或其它重物,加大沉井下沉重力。
2.下沉太快
原因分析:
1)長時(shí)間抽水使得井壁與土層間摩擦力減弱,沉井下沉速度加快。
2)遇到軟弱土層,地基承載力很弱,使沉井下沉速度大于挖土速度。畢業(yè)論文,流砂。
3)沉井外部土體出現(xiàn)液化,削弱沉井與土體的摩擦力。畢業(yè)論文,流砂。
預(yù)防措施:
1)停止降水,加大沉井自身浮力,以減緩沉井下沉速度。
2)改變挖土方式,刃腳一米范圍內(nèi)不要挖土,以加大土體對刃腳的阻力。
3)向井壁和土體空隙處填充粗糙材料或?qū)⒖障短幒粚?shí),以加大下沉阻力。
處理措施:
1)立刻用堅(jiān)硬粗糙物填充井壁與土體之間的空隙,并馬上夯實(shí)。
2)若井外側(cè)出現(xiàn)土體液化,及時(shí)用沙填充夯實(shí)。
3)向井內(nèi)回填干土,加大沉井下沉阻力。
3.下沉遇流砂
原因分析:
1)井內(nèi)挖土過深,井壁外側(cè)土從刃腳下方涌入井內(nèi)。
2)井內(nèi)排水后,外側(cè)水壓差加大,外側(cè)土在水壓作用下進(jìn)入井內(nèi)。
3)挖土深度超過地下水位0.5米以上。
預(yù)防措施:
1)采用排水法下沉,水頭宜控制在1.5-2米。
2)避免掏挖刃腳處土方,防止外面流砂涌入井內(nèi)。
3)穿越流砂層前做好充分準(zhǔn)備,加快穿越速度,必要時(shí)在井體上部加荷載下沉。
處理措施:
1)遇到流砂時(shí),向刃腳處填充石子,削弱水壓力同時(shí)增加土壓力。
2)改用深井降水或噴射井點(diǎn)降水,避免井內(nèi)流淤,深井降水應(yīng)布置在井外。
3)采用不排水法下沉,保持井內(nèi)水位,阻止外側(cè)流砂涌入井內(nèi)。畢業(yè)論文,流砂。
4.鄰近建筑物傾斜或出現(xiàn)裂縫
原因分析:
1)沉井距離建筑物太近,未采取加固或隔離措施。
2)降水下沉?xí)r建筑物基礎(chǔ)下土體因水份流失而結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,使建筑基礎(chǔ)遭到破化。
3)下沉過程中刃腳處掏空太多,外側(cè)大量土方或流砂進(jìn)入井內(nèi),外側(cè)土體出現(xiàn)空洞,建筑物出現(xiàn)裂縫或傾斜。
預(yù)防措施:
1)在沉井和建筑物之間打灌注樁或攪拌樁或壓密注漿,以加固土體并隔離沉井與建筑物。
2)在沉井和建筑物之間設(shè)回灌井,以減少土體水份流失。
3)遇到粉砂層采用井點(diǎn)降水,控制水頭差,避免出現(xiàn)流砂。
4)避免掏空刃腳處土方,盡量切土下沉,防止外側(cè)土體結(jié)構(gòu)破化。
5)向井壁外側(cè)空隙處及時(shí)灌沙,并加水密實(shí),使土體不被擾動。
處理措施:
及時(shí)妥善處理相關(guān)事宜,盡量不要停止沉井下沉。
如因外面流砂涌入井內(nèi),則改排水下沉為不排水下沉。
參考文獻(xiàn):1)《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50268-2008
2)《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001
一、 招生專業(yè)及限額
專業(yè)代碼
專業(yè)名稱
招生名額
081901
采礦工程
5
081902
礦物加工工程
7
081903
安全技術(shù)及工程
4
080104
工程力學(xué)
2
081401
巖土工程
5
081801
礦產(chǎn)普查與勘探
8
080804
電力電子與電力傳動
7
080203
機(jī)械設(shè)計(jì)及理論
7
081601
大地測量學(xué)與測量工程
2
二、申請條件
1. 我校優(yōu)秀應(yīng)屆本科畢業(yè)生,具備學(xué)術(shù)型推薦免試研究生資格;
2. 堅(jiān)持四項(xiàng)基本原則,熱愛祖國,身心健康,遵紀(jì)守法,品行端正;
3. 勤奮好學(xué),思維敏捷,有創(chuàng)新精神,具有較強(qiáng)的自學(xué)能力和實(shí)踐動手能力;
4. 身體健康狀況符合規(guī)定的體檢標(biāo)準(zhǔn)。
三、申請者須提交的材料
1. 《中國礦業(yè)大學(xué)(北京)招收優(yōu)秀應(yīng)屆本科畢業(yè)生直接攻讀博士學(xué)位研究生申請表》一式兩份;
2. 《中國礦業(yè)大學(xué)(北京)招收優(yōu)秀應(yīng)屆本科畢業(yè)生直接攻讀博士學(xué)位研究生專家推薦書》兩份(需要2名教授或相當(dāng)職稱以上的專家分別推薦,推薦書須由推薦人密封并在封口處簽字);
3. 歷年在校學(xué)習(xí)成績單一份,并加蓋學(xué)校教務(wù)處公章;
4. 各類獲獎證書復(fù)印件各1份;
5. 本人自述(限1000字以內(nèi))1份;
6. 申請人還可提交在學(xué)期間已經(jīng)公開發(fā)表的學(xué)術(shù)成果及參加各種學(xué)術(shù)科研活動的證明材料復(fù)印件1份。
四、申請及辦理程序
1. 申請人在中國礦業(yè)大學(xué)(北京)研究生院主頁查閱博士研究生招生專業(yè)目錄(yjs.cumtb.edu.cn/),下載有關(guān)表格,將全部申請材料交所申請學(xué)院,學(xué)院研究生招生工作領(lǐng)導(dǎo)小組組織審核。
各有關(guān)學(xué)院應(yīng)在本人申請和專家推薦的基礎(chǔ)上,按我校博士生復(fù)試辦法進(jìn)行進(jìn)行考核,采取筆試與口試相結(jié)合的形式;考核的內(nèi)容須根據(jù)本校研究生培養(yǎng)方案的要求,重點(diǎn)考核考生掌握本學(xué)科基礎(chǔ)理論的水平和從事實(shí)際科學(xué)研究的能力。
考核合格者名單及申請材料于10月15日前送交研究生招生辦公室,報(bào)學(xué)校研究生招生領(lǐng)導(dǎo)小組審核確定直博生擬錄取名單。
2. 直博生擬錄取名單在選拔后公示七天。
3. 凡推薦免試選拔的直博生要填寫教育部統(tǒng)一印制的《全國推薦免試攻讀碩士學(xué)位研究生(直博生)登記表》。
4. 擬錄取的直博生,須在規(guī)定的博士生報(bào)名時(shí)間內(nèi)登陸中國礦業(yè)大學(xué)(北京)研究生院網(wǎng)站“博士網(wǎng)上報(bào)名系統(tǒng)”,下載正式報(bào)名表格,辦理正式報(bào)名手續(xù)。
5. 入學(xué)時(shí)間為次年9 月。
6.發(fā)生下列情況之一者,學(xué)校將取消其直博生資格(一并取消推薦免試資格)。
(1)本人提供的材料與事實(shí)不符。
(2)申請人在本科第四學(xué)年學(xué)習(xí)期間有不及格科目。
(3)本科期間,受到紀(jì)律處分或思想政治品德考核未通過。
(4)畢業(yè)論文未取得良好以上成績。
(5)在畢業(yè)時(shí)未獲得本科畢業(yè)證書或?qū)W士學(xué)位證書。
(6)不符合規(guī)定的體檢標(biāo)準(zhǔn)。
學(xué)科專業(yè): 巖土工程
1 課題來源、選題依據(jù)背景情況、課題研究目的、國內(nèi)外的研究動態(tài)、水平、存在問題,并附主要參考文獻(xiàn):
1.1 課題來源
淮南礦區(qū)已進(jìn)入深部開采,厚硬頂板難冒問題突出,造成重大經(jīng)濟(jì)損失。為此,淮南礦業(yè)集團(tuán)高度重視,XX年組織集團(tuán)公司工程技術(shù)人員到山西等多個(gè)礦業(yè)集團(tuán)考察,并邀請相關(guān)科研單位論證分析淮南礦區(qū)綜采面壓架機(jī)理,并決定聯(lián)合有關(guān)科研單位開展“煤與瓦斯突出煤層綜采工作面頂板深孔預(yù)裂爆破技術(shù)”研究。
1.2 選題依據(jù)背景情況
煤炭是我國的基礎(chǔ)能源,在我國一次能源構(gòu)成中煤炭約占70%左右。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展,國家對煤炭等能源需求量越來越大。XX年我國原煤產(chǎn)量為28億噸,XX年原煤產(chǎn)量29.6億噸,XX年原煤產(chǎn)量超過30.0億噸,XX年原煤產(chǎn)量為35.2億噸,預(yù)計(jì)XX年原煤產(chǎn)量將達(dá)到37.9億噸。我國煤炭淺部資或賦存條件相對簡單資源日益減少,煤礦相繼進(jìn)入深部開采期,隨之而來就面臨著厚硬頂板控制問題。厚硬頂板由于整體性好、強(qiáng)度高,難于冒落,如不及時(shí)采取強(qiáng)制處理,將形成采空區(qū)大面積懸頂。大面積懸頂一旦垮落,一方面由于巖層折斷時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈動載荷會損壞或推倒大量工作面支架,從而頂板常沿煤壁切斷造成工作面垮冒事故;另一方面,采空區(qū)積存的大量高濃度瓦斯氣體,沿風(fēng)巷、機(jī)巷涌出,造成瓦斯超限,并形成破壞力很風(fēng),在風(fēng)暴所經(jīng)過之處,其強(qiáng)烈的沖擊作用,摧毀結(jié)構(gòu)。采工作面及其鄰近巷道中的支架、風(fēng)門和磚墻密閉,甚至使礦車翻倒,軌道彎曲,對井下人員及設(shè)備造成嚴(yán)重的危害。例如,潘一礦1402(3)(壓架2套)、潘一礦1602(3)、潘三礦17110(3)(壓架2套)等多個(gè)工作面壓架和出水現(xiàn)象,造成重大經(jīng)濟(jì)損失。為此,淮南礦業(yè)集團(tuán)XX年組織集團(tuán)公司工程技術(shù)人員到山西等多個(gè)礦業(yè)集團(tuán)考察,并邀請相關(guān)科研單位論證分析淮南礦區(qū)綜采面壓架機(jī)理,并決定聯(lián)合有關(guān)科研單位開展“煤與瓦斯突出煤層綜采工作面頂板深孔預(yù)裂爆破技術(shù)”研究。
1.3 課題研究目的
以往煤層強(qiáng)制放頂爆破采用的是常規(guī)炸藥,炸藥爆破過程的重要特性是炸藥通過高速的化學(xué)反應(yīng),在裝藥孔壁上產(chǎn)生巨大的氣體壓力,使周圍的介質(zhì)破壞和破碎。但它存在著施工量大;炸藥消耗大、污染井下空氣,存在一定的危險(xiǎn)性,稍微不慎可能會造成瓦斯爆炸、煤層坍塌等重大問題。壓力注水弱化頂板法就是在工作面預(yù)先向頂板鉆孔注壓力水,利用水對巖體的壓裂和軟化作用,破壞頂板的完整性和降低頂板巖石強(qiáng)度,當(dāng)工作面采過后,頂板可正常垮落,減小來壓對工作面的威脅。壓力注水法具有改變頂板力學(xué)特性,變難冒為易冒,實(shí)現(xiàn)長壁綜合機(jī)械化采煤,提高資源回收率;同時(shí)可降低工作面粉塵含量,改善勞動環(huán)境;注水與回采作業(yè)平行,預(yù)先釋放部分瓦斯等優(yōu)點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
1.4 國內(nèi)外的研究動態(tài)、水平、存在問題
我國厚硬頂板控制的研究始于60年代,已有近50年歷史,處于世界領(lǐng)先的地位,在生產(chǎn)實(shí)踐中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。
靳鐘銘、徐林生、錢鳴高等通過對厚硬頂板的研究,較全面地分析了厚硬頂板采場礦山壓力及其顯現(xiàn)規(guī)律、采場來壓預(yù)測預(yù)報(bào)、厚硬頂板采場支架受力分析、厚硬頂板的處理方法等;
王開,康天合等對堅(jiān)硬頂板控制放頂方式及合理懸頂長度進(jìn)行了研究,提出了厚硬頂板合理的冒落步距計(jì)算方法;
靳鐘銘[2]根據(jù)大同礦務(wù)局的現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果,在總結(jié)其他人的研究成果的基礎(chǔ)上,對頂板注水弱化的方法做了系統(tǒng)的闡述和分析。
陳榮華等[34][35]采用repa2d軟件對注水軟化厚硬頂板(關(guān)鍵層)做了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明:隨軟化系數(shù)的減小和軟化厚度的增加,上覆巖層初始冒落步距及來壓顯著減?。喝艉裼矌r層巖樣本身能被注水軟化,而實(shí)際采場由于地質(zhì)構(gòu)造及開采工藝的影響未必適宜單獨(dú)采用注水軟化法,可選用其他弱化厚巖層的方法,或注水軟化法與其他弱化方法共同使用,從而有效控制采場礦山壓力。
寧宇[36]等采用了有限元計(jì)算和模型試驗(yàn)對堅(jiān)硬頂板注水工作面礦壓顯現(xiàn)特征進(jìn)行研究。強(qiáng)調(diào)頂板注水后,頂板巖體發(fā)生塑化,改變了頂板巖層中的應(yīng)力分布和頂板變形位移特征。頂板巖層中的拉、壓力峰值轉(zhuǎn)移到了采區(qū)上方的懸頂中,從而有利于頂板在采空區(qū)上方斷裂并分層次垮落,減小巖層折斷時(shí)對支架的沖擊載荷和傳力系數(shù),減小頂板來壓強(qiáng)度,從理論上進(jìn)一步說明了向頂板高壓注水是控制堅(jiān)硬難冒頂板的有效技術(shù)途徑。
以上研究從模擬或?qū)嶒?yàn)上對注水后巖體發(fā)生的變化進(jìn)行了分析,或從宏觀上對注水軟化上的機(jī)理進(jìn)行了闡述,而從微觀上對高壓水注水的機(jī)理研究分析的較少。
1.5 主要參考文獻(xiàn)
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2 課題的主要內(nèi)容,擬解決的主要技術(shù)問題,在理論和應(yīng)用方面的意義,完成課題的條件(包括個(gè)人業(yè)務(wù)水平、所在系或?qū)W科組的技術(shù)、設(shè)備條件)和擬采取的技術(shù)措施和辦法:
2.1 課題的主要內(nèi)容,擬解決的主要技術(shù)問題,在理論和應(yīng)用方面的意義
本項(xiàng)目擬在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上,采用理論分析、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬、現(xiàn)場試驗(yàn)的綜合研究方法,開展對淮南礦區(qū)煤與瓦斯突出煤層厚硬頂板綜采面高壓預(yù)注水弱化砂巖頂板技術(shù)研究,使堅(jiān)硬頂板弱化,使難冒頂板轉(zhuǎn)化為可冒落頂板,改善堅(jiān)硬頂板的冒落性,減少采空區(qū)的懸頂面積,從而減輕周期來壓對工作面支架的影響,保證本工作面的安全順利回采。主要研究內(nèi)容如下:
(1)水對裂隙巖體強(qiáng)度的影響,重點(diǎn)討論水對巖石的化學(xué)損傷機(jī)理和壓力水作用下巖體的斷裂強(qiáng)度。
(2)研究水在巖體中的滲流問題,建立流固耦合的滲流方程,并用有限元法對建立的流固耦合模型進(jìn)行求解。
(3)研究定向水壓致裂的機(jī)理,為在堅(jiān)硬頂板中采用高壓水定向分層提供理論依據(jù)。
2.2 主要技術(shù)路線
2.3 完成課題的條件(包括個(gè)人業(yè)務(wù)水平、所在系或?qū)W科組的技術(shù)、設(shè)備條件)和擬采取的技術(shù)措施和辦法:
本人在本科階段主修土木工程,在理論分析上對地上、地下結(jié)構(gòu),以及煤礦等具有一定的基礎(chǔ)知識。研究生階段,在導(dǎo)師的指導(dǎo)和帶領(lǐng)下,專門學(xué)習(xí)了煤礦巖巷、煤巷掘進(jìn)理論知識和親自到掘進(jìn)工作面松動爆破實(shí)踐,并閱讀了大量的文獻(xiàn)資料。
另外,國內(nèi)關(guān)于堅(jiān)硬頂板控制資料相對較多,基于目前國內(nèi)外對高壓注水的研究成果、我國煤礦掘進(jìn)爆破工程實(shí)例以及我國能源政策的大力支持,給本課題的研究工作提供了足夠的理論和實(shí)踐資料。
在課題準(zhǔn)備階段,在導(dǎo)師徐穎教授的指導(dǎo)下,以上各項(xiàng)條件均為本課題的順利完成提供了有利的保障。
3 課題工作量及進(jìn)展計(jì)劃(包括各階段計(jì)劃完成的內(nèi)容和所需的時(shí)間等)。
(1)XX年2月~4月:資料收集、查閱文獻(xiàn)資料等;
(2)XX年5月~8月:厚硬頂板高壓預(yù)注水機(jī)理研究分析
(3)XX年8月~10月:對高壓注水破壞過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析,并得出結(jié)論
[作者簡介]李富榮(1982- ),男,江蘇鹽城人,鹽城工學(xué)院土木工程學(xué)院,講師,碩士,主要從事巖土與城市地下工程等領(lǐng)域的教學(xué)與科研工作。(江蘇 鹽城 224051)
[基金項(xiàng)目]本文系江蘇省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題“地方本科院校土木工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)研究”(項(xiàng)目編號:C-c/2013/01/002)和2013年鹽城工學(xué)院教改研究項(xiàng)目“城市地下空間工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的創(chuàng)新性研究”(項(xiàng)目編號:2013-52)的研究成果。
[中圖分類號]G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1004-3985(2014)05-0158-03
一、引言
2002年,中南大學(xué)首先開設(shè)城市地下空間工程專業(yè),該專業(yè)是教育部為適應(yīng)新時(shí)期城市建設(shè)人才特殊需求而設(shè)置的新興專業(yè),簡稱特設(shè)專業(yè),目前已有30余所高校開設(shè)了城市地下空間工程專業(yè)。然而,由于高校背景不一,涉及礦業(yè)、核能、交通、建筑、水利、鐵道等不同行業(yè),辦學(xué)特色鮮明,雖然課程理論教學(xué)基本都可以滿足要求,但作為培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合素質(zhì)能力的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)卻給高校帶來了難題,同時(shí)該專業(yè)尚未成立教學(xué)指導(dǎo)委員會,專業(yè)建設(shè)缺乏統(tǒng)一指導(dǎo),使得城市地下空間工程專業(yè)建設(shè)與發(fā)展難度較大,這點(diǎn)在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)尤為明顯。目前,城市地下空間工程專業(yè)大多是依托巖土工程專業(yè),但該專業(yè)已經(jīng)超出巖土工程專業(yè)的范疇,要建設(shè)好城市地下空間工程專業(yè)尚需城市規(guī)劃、結(jié)構(gòu)工程等專業(yè)的支撐。鹽城工學(xué)院(以下簡稱“我院”)在新辦城市地下空間工程專業(yè)過程中,以培養(yǎng)卓越地下工程師為目標(biāo),對城市地下空間工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行了有益的探索與創(chuàng)新。
二、城市地下空間工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建
1.構(gòu)建原則。目前,在開設(shè)城市地下空間工程專業(yè)的高校中,該專業(yè)招生人數(shù)較少,大多每屆招生1個(gè)班,30人左右,專業(yè)開設(shè)較好的中南大學(xué)、山東大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)等,每屆也僅招生2個(gè)班,60人左右。在大力提倡改革與創(chuàng)新高校教學(xué)體系的背景下,城市地下空間工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建要求、方法、原則可以表現(xiàn)出與土木工程等專業(yè)不盡相同的特點(diǎn),使之具有自身特色。構(gòu)建城市地下空間工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的原則是綜合性、整體性、獨(dú)立性、科學(xué)性。其中,綜合性指城市地下空間工程綜合了城市規(guī)劃、結(jié)構(gòu)工程和巖土工程等專業(yè)內(nèi)容;整體性原則要體現(xiàn)教學(xué)上實(shí)踐與理論相結(jié)合的整體功能;由于班級規(guī)模較小,學(xué)生可以獨(dú)立完成大多實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),即學(xué)生具有較多的獨(dú)立實(shí)踐機(jī)會,體現(xiàn)了較好的獨(dú)立性;科學(xué)性是要求實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的構(gòu)建與實(shí)施要循序漸進(jìn),科學(xué)合理。
2.構(gòu)建方案。城市地下空間工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系是由實(shí)踐教學(xué)活動各個(gè)要素構(gòu)成的有機(jī)聯(lián)系整體,作為特設(shè)專業(yè),城市地下空間工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系要具有前瞻性和系統(tǒng)性,創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容,緊密聯(lián)系城市規(guī)劃與建設(shè),積極創(chuàng)新工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù),培養(yǎng)符合專業(yè)要求且滿足社會需求的卓越地下工程師。為此,根據(jù)城市地下空間工程專業(yè)的培養(yǎng)方案,我們構(gòu)建了城市地下空間工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系(見圖1),給學(xué)生創(chuàng)造各種獨(dú)立的實(shí)踐機(jī)會,使知識、能力、素質(zhì)融為一體,增強(qiáng)了學(xué)生獨(dú)立完成工作的能力。
三、城市地下空間工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的創(chuàng)新
1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)。城市地下空間工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)由基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等多種實(shí)驗(yàn)構(gòu)成(見圖2),體現(xiàn)了人才培養(yǎng)多層次、模塊化、系統(tǒng)化和科學(xué)性的統(tǒng)一。其中,由學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和力學(xué)實(shí)驗(yàn)構(gòu)成的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺,不僅訓(xùn)練了學(xué)生的基本技能和素質(zhì),還為開展專業(yè)實(shí)驗(yàn)、培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)和綜合實(shí)踐能力打下了基礎(chǔ)。以“土力學(xué)與基礎(chǔ)工程”課程為例,該課程是土木工程專業(yè)的主干課程、城市地下空間工程專業(yè)的核心主干課程,包括土力學(xué)和基礎(chǔ)工程兩部分,設(shè)有土力學(xué)實(shí)驗(yàn)和基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié),兼具理論性、專業(yè)性和實(shí)踐性等特點(diǎn),是培養(yǎng)卓越地下工程師基本專業(yè)素質(zhì)的基礎(chǔ)。為此,在課程實(shí)驗(yàn)中,將土力學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)調(diào)整為16學(xué)時(shí),增設(shè)土體滲透、擊實(shí)、孔隙水壓力及土壓力測試等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,確保學(xué)生充分掌握土地工程地質(zhì)性質(zhì)、物理力學(xué)性質(zhì)等土力學(xué)基本理論,提高學(xué)生的實(shí)踐能力,同時(shí)對開展后續(xù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)也有很大的益處。專業(yè)實(shí)驗(yàn)是更高層次和系統(tǒng)地訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和技能,包括大綱中專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)。為此,對相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)整合和改進(jìn),設(shè)置了土體與巖石力學(xué)對比實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為采用幾種常規(guī)實(shí)驗(yàn)(如壓縮、直剪、三軸)方法,對比分析土體和巖石在物理指標(biāo)、力學(xué)性質(zhì)、工程應(yīng)用等方面的異同,由學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案(包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、方法、步驟、儀器、要求),并向?qū)嶒?yàn)室教師申請實(shí)驗(yàn)時(shí)間,經(jīng)批準(zhǔn)后在實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)下,獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。最后,結(jié)合學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?,根?jù)實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合評定實(shí)驗(yàn)成績。在設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中,根據(jù)教學(xué)大綱設(shè)置了原位測試技術(shù)訓(xùn)練、工程結(jié)構(gòu)測試技術(shù)訓(xùn)練、地下工程設(shè)計(jì)軟件訓(xùn)練,以進(jìn)一步訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ箤W(xué)生學(xué)會從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是為了充分開發(fā)學(xué)生的潛能,激發(fā)學(xué)生對專業(yè)知識的興趣而設(shè)置的,可以通過教師的縱橫向課題、學(xué)生自主申報(bào)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目以及參加學(xué)科競賽等方式開展。
2.實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。城市地下空間工程專業(yè)的實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)可分為課程實(shí)習(xí)(測量實(shí)習(xí)、工程地質(zhì)實(shí)習(xí))和專業(yè)綜合實(shí)習(xí)(認(rèn)識實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí))兩個(gè)層次。其中,課程實(shí)習(xí)由指導(dǎo)教師統(tǒng)一安排、指導(dǎo),與土木工程專業(yè)基本相同。在專業(yè)綜合實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)中,實(shí)行全周期雙導(dǎo)師制,將5~6個(gè)學(xué)生分為一組,從大二到大四由同一指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)指導(dǎo),并配有企業(yè)兼職指導(dǎo)教師,原則上在校期間不再更換指導(dǎo)教師或企業(yè)教師。學(xué)生在實(shí)習(xí)期間,專業(yè)指導(dǎo)教師和企業(yè)兼職教師共同指導(dǎo)和管理學(xué)生,實(shí)習(xí)結(jié)束時(shí),采用校企共同組織的公開答辯方式綜合評定實(shí)習(xí)成績,形成雙導(dǎo)師指導(dǎo)下的“學(xué)生自主實(shí)習(xí)實(shí)踐、教師有效監(jiān)控指導(dǎo)”的實(shí)踐特色。全周期指導(dǎo)是指學(xué)生從大二認(rèn)識實(shí)習(xí)開始即可與學(xué)校專業(yè)指導(dǎo)教師和企業(yè)兼職教師不間斷交流,除實(shí)習(xí)時(shí)間外,學(xué)生還可以有針對性地參與縱橫向課題、工程項(xiàng)目等,使大學(xué)實(shí)習(xí)間而不斷,貫穿始終,最大限度地培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力。
3.設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。一是課程設(shè)計(jì)。城市地下空間工程專業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)包括課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)兩個(gè)環(huán)節(jié)。其中,課程設(shè)計(jì)除鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)外,還包括城市地下空間規(guī)劃與設(shè)計(jì),地下建筑結(jié)構(gòu)、隧道工程和地下工程施工組織設(shè)計(jì)等課程設(shè)計(jì)。從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系上講,課程之間存在緊密的依存、制約關(guān)系,但傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)均安排在課程理論教學(xué)完成后進(jìn)行,且由該課程理論教學(xué)教師獨(dú)立設(shè)計(jì)課題、獨(dú)立編寫課程設(shè)計(jì)任務(wù)書和指導(dǎo)書、設(shè)定獨(dú)立的設(shè)計(jì)參數(shù),各門專業(yè)課課程設(shè)計(jì)內(nèi)容相對獨(dú)立。為此,在城市地下空間工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)中,實(shí)施綜合性課程設(shè)計(jì)方案,編寫綜合性課程設(shè)計(jì)任務(wù)書和指導(dǎo)書,具體做法是,本著“真題習(xí)做,一題到底”的原則,每2~3個(gè)學(xué)生設(shè)置一個(gè)工程實(shí)例專題,每個(gè)工程實(shí)例專業(yè)均來源于典型實(shí)際工程,緊密結(jié)合實(shí)際應(yīng)用。各課程內(nèi)容及設(shè)計(jì)是相互關(guān)聯(lián)的,建立綜合性課程設(shè)計(jì)的基本思路,最終為畢業(yè)設(shè)計(jì)服務(wù)。在綜合性課程設(shè)計(jì)過程中,學(xué)生可以深刻體會到地下空間工程各個(gè)部分之間的因果關(guān)系和制約條件,初步認(rèn)識工程的復(fù)雜性,鍛煉邏輯思維能力,加強(qiáng)對地下工程整體性概念認(rèn)識,有助于學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在綜合性課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中,指導(dǎo)教師非常關(guān)鍵,要清楚綜合性課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容、要求、可能出現(xiàn)的問題以及前后課程設(shè)計(jì)之間的關(guān)聯(lián)要求,對學(xué)生給予正確合理的指導(dǎo)。二是畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)。城市地下空間工程專業(yè)學(xué)生數(shù)較少,便于采用校企合作的團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)模式,聘請經(jīng)驗(yàn)豐富的企業(yè)導(dǎo)師參與畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)工作,有利于畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量優(yōu)化。采用團(tuán)隊(duì)模式指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì),團(tuán)隊(duì)有總指導(dǎo)教師,每位學(xué)生有各自的指導(dǎo)教師,由3~5個(gè)學(xué)生共同完成一個(gè)總項(xiàng)目課題,內(nèi)容可以涉及城市地下空間規(guī)劃設(shè)計(jì)、地鐵車站設(shè)計(jì)、地鐵隧道設(shè)計(jì)、地鐵施工組織設(shè)計(jì)等,各子課題任務(wù)分工明確,研究內(nèi)容有機(jī)聯(lián)系,設(shè)計(jì)選題整體性強(qiáng),內(nèi)在聯(lián)系緊密,在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中,團(tuán)隊(duì)成員相互交流,團(tuán)結(jié)協(xié)作,充分利用專業(yè)規(guī)范,掌握整個(gè)地下工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容、流程及方法,確保厚基礎(chǔ)、寬口徑走向社會。除了畢業(yè)設(shè)計(jì)外,也有部分學(xué)生選擇畢業(yè)論文,一般基于省部級以上科研課題項(xiàng)目,由項(xiàng)目主持人擔(dān)任課題組長,中級職稱以上教師擔(dān)任各子課題導(dǎo)師,也可由科研興趣或科研方向相近、不同專業(yè)背景的教師組成指導(dǎo)團(tuán)隊(duì),由科研素質(zhì)高的教師擔(dān)任組長,其他教師有側(cè)重地負(fù)責(zé)子課題,做到教學(xué)與科研相統(tǒng)一。
4.大學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力訓(xùn)練。目前,教育部、教育廳及高校都十分注重學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng),設(shè)立了各級大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目,學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣選題,自主選擇導(dǎo)師并申報(bào)各級大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目,這些項(xiàng)目以學(xué)生為主體,在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識,加強(qiáng)了學(xué)生自主創(chuàng)新的能力。同時(shí),大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)還可以與教師科研及社會服務(wù)相結(jié)合,更加貼近工程實(shí)踐,從中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題,有利于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。為此,可與地方人防辦、城市規(guī)劃設(shè)計(jì)等部門、企業(yè)合作,設(shè)計(jì)一系列開放性、設(shè)計(jì)性課題,由指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)將創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)與社會服務(wù)結(jié)合起來,取得良好的社會效益。另外,積極鼓勵和協(xié)助學(xué)生參加學(xué)科競賽(如結(jié)構(gòu)創(chuàng)新大賽、交通科技大賽等),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、合作精神和工程實(shí)踐能力。
四、結(jié)語
城市地下空間工程專業(yè)作為新興專業(yè),實(shí)踐教學(xué)特別需要創(chuàng)新,以適應(yīng)城市建設(shè)、社會發(fā)展、學(xué)科建設(shè)的新要求。通過城市地下空間工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建與創(chuàng)新,優(yōu)化了各實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式,提高了學(xué)生的獨(dú)立工作和科技創(chuàng)新能力。因此,必須以創(chuàng)新為主線,以培養(yǎng)卓越地下工程師為目標(biāo),充分利用校內(nèi)外資源,調(diào)動社會、學(xué)校、教師、學(xué)生等的主動性、積極性,不斷改進(jìn)、創(chuàng)新、實(shí)踐,全面提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。
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德國亞琛工業(yè)大學(xué)土木工程專業(yè)一直位列德國高校前三名,其工程地質(zhì)學(xué)科目前在德國高校排名第一。近年來,土木工程系選拔優(yōu)秀的老師去亞琛工業(yè)大學(xué)進(jìn)修,學(xué)習(xí)先進(jìn)的教學(xué)理念,與此同時(shí),亞琛工業(yè)大學(xué)先后派五名教授及教師十余人次來上海理工大學(xué)土木工程系合作交流。教師層面的交流更有益于學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)教學(xué)模式,為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提供技術(shù)和制度上的保障。另外,土木工程系已入選為德國政府重點(diǎn)推薦的德國大學(xué)生(含本科生、碩士生和博士生)海外實(shí)習(xí)、實(shí)踐與國際交流基地,這一制度保障為雙方長期的學(xué)術(shù)交流提供了保證。目前,由土木工程系推動的上海理工大學(xué)與亞琛工業(yè)大學(xué)校際合作協(xié)議的簽署工作正在順利推進(jìn)。
2.科研合作
近年來,上海理工大學(xué)土木工程系與亞琛工業(yè)大學(xué)科研方面的合作取得了一系列的成果,先后與亞琛工業(yè)大學(xué)合作申請完成中德團(tuán)隊(duì)合作項(xiàng)目(PPP項(xiàng)目)、中國國家自然基金面上及國際合作項(xiàng)目、上海市教委海外實(shí)習(xí)交流項(xiàng)目、德國北威州科技部及德意志學(xué)術(shù)交流中心項(xiàng)目等十余項(xiàng),并聯(lián)合舉辦國際會議,亞琛工大教授與上海理工大學(xué)土木工程系合作申請到德國國家基金重點(diǎn)項(xiàng)目及面上項(xiàng)目多項(xiàng)。另外,雙方聯(lián)合建立環(huán)境巖土工程實(shí)驗(yàn)室以及聯(lián)合建立國家級研究中心的工作正在進(jìn)行中,雙方的合作也先后在德國政府網(wǎng)站、德國亞琛工大校園網(wǎng)、德國駐華大使館網(wǎng)站及德意志學(xué)術(shù)中心網(wǎng)站上介紹。目前,德國亞琛工業(yè)大學(xué)和上海理工大學(xué)土木工程系的科研合作已經(jīng)被中德兩國政府列入雙方聯(lián)合資助的框架,雙方下一步將聯(lián)合申請德國DFG和中國國家自然基金委聯(lián)合資助課題的題目。
3.人才聯(lián)合
培養(yǎng)人才培養(yǎng)工作一直是高校土木工程專業(yè)的重點(diǎn),德國大學(xué)土木工程教學(xué)特點(diǎn)具備以下幾點(diǎn)特征:專業(yè)知識面寬,注意社會發(fā)展需要、專業(yè)方向的設(shè)置和調(diào)整;緊密聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際和就業(yè)市場的需求,不斷調(diào)整和補(bǔ)充知識結(jié)構(gòu);注重人才的獨(dú)立工作能力的培養(yǎng),實(shí)踐性環(huán)節(jié)多;嚴(yán)格的考試和成績評定制度;教學(xué)方法注重講授示范性的科學(xué)方法。上海理工大學(xué)土木工程專業(yè)一直積極探索支持和激勵學(xué)生海外交流的新機(jī)制,積極推動交流互派、海外短期學(xué)習(xí)、海外畢業(yè)實(shí)習(xí)、參加國際學(xué)術(shù)會議等多渠道、多平臺、多模式的學(xué)生海外交流活動,拓展學(xué)生的國際視野。目前,土木工程系與亞琛工業(yè)大學(xué)的土木工程專業(yè)和工程地質(zhì)專業(yè)開展了從本科生到博士生多個(gè)層次的合作交流,土木工程系每年都選派優(yōu)秀學(xué)生到亞琛工業(yè)大學(xué)進(jìn)修和交流,參與亞琛工業(yè)大學(xué)正在進(jìn)行的一些國家級課題及重要工程項(xiàng)目。同時(shí),選派學(xué)生去德國高校并參與到德國高校的課題組完成畢業(yè)論文和畢業(yè)設(shè)計(jì),德方為每名學(xué)生配備了知名教授和經(jīng)驗(yàn)豐富的教師,分別擔(dān)任正副指導(dǎo)教師,學(xué)生們被安排在不同的課題組,分別參與亞琛工業(yè)大學(xué)正在進(jìn)行的一些國家級課題及重要工程項(xiàng)目,要求每個(gè)中方學(xué)生必須真正融入德方研究團(tuán)隊(duì),每位學(xué)生在研修班結(jié)業(yè)時(shí)都必須報(bào)告自己的學(xué)習(xí)和研究成果,這樣通過雙方聯(lián)合培養(yǎng)豐富了土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)的途徑;同時(shí),土木工程系接受德方高校派學(xué)生來上海理工大學(xué)進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文和畢業(yè)實(shí)習(xí)以及學(xué)術(shù)交流,雙方學(xué)生之間的知識交流與共享促進(jìn)了本校學(xué)生和德國名校之間的交流,開闊了學(xué)生的視野,大大提高了學(xué)生工程實(shí)踐的能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。目前,中德大學(xué)生聯(lián)合研發(fā)的邊坡智能預(yù)報(bào)系統(tǒng)正在德國的多個(gè)邊坡工程中試用。該系統(tǒng)將應(yīng)用于北京周口店、浙江龍游的邊坡工程及上海隧道股份有限公司盾構(gòu)開挖引起的地面沉降預(yù)報(bào)。
>> 軟土次固結(jié)特性試驗(yàn)研究 荷載對軟土次固結(jié)影響的試驗(yàn)研究 振動排水固結(jié)法加固漫灘相軟土可行性試驗(yàn)研究 土的先期固結(jié)壓力試驗(yàn)研究 土的固結(jié)實(shí)試驗(yàn)影響因素的研究 擠土效應(yīng)下的卸載作用對軟土地基固結(jié)應(yīng)力的影響 基于CPTU的臨海高等級公路軟土固結(jié)系數(shù)的探求方法研究 洞庭湖區(qū)軟土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)隨固結(jié)度變化規(guī)律研究 堿渣的固結(jié)特性研究 不同含水率下非飽和黃土K0固結(jié)特性試驗(yàn) 基于SWCC試驗(yàn)的非飽和土特性研究 垃圾土蠕變降解沉降特性試驗(yàn)研究 天津市南港工業(yè)區(qū)海底軟土壓縮特性試驗(yàn)分析 土樣固結(jié)試驗(yàn)快速法分析與探討 大面積填土下超固結(jié)土的沉降研究 低液限粉土及其改良土干濕循環(huán)特性試驗(yàn)研究 原狀與重塑粉土靜力三軸固結(jié)排水剪切試驗(yàn)結(jié)果的對比研究 南陽膨脹土膨脹力特性試驗(yàn) 天津軟土的結(jié)構(gòu)性及其對工程特性影響的研究 軟粘性土在交通荷載作用下的動三軸強(qiáng)度試驗(yàn) 常見問題解答 當(dāng)前所在位置:l
基金項(xiàng)目:水利部科技推廣計(jì)劃項(xiàng)目(TG1414);水利部科技推廣計(jì)劃項(xiàng)目(1408085ME99);2015年安徽省省屬社會公益類科研機(jī)構(gòu)專項(xiàng)資金項(xiàng)目
作者簡介:周文淵(1988-),男,河南周口人,助理工程師,主要從事巖土工程試驗(yàn)研究。E-mail:
通訊作者:宋新江(1970-),男,安徽滁州人,教授級高級工程師,博士,主要從事巖土工程試驗(yàn)研究。E-mail:
摘要:等加載速率固結(jié)試驗(yàn)是在控制固結(jié)應(yīng)力的施加速率為一常數(shù)條件下研究土體固結(jié)特性的試驗(yàn)方法。采用GDS高級固結(jié)儀,開展了四種加載速率與瞬時(shí)加載的軟土固結(jié)試驗(yàn)研究,分析了土樣的固結(jié)變形特性與孔隙水壓力變化規(guī)律。試驗(yàn)與分析結(jié)果表明,加載速率越大土樣固結(jié)速率越快,土樣完成固結(jié)所需的時(shí)間越短;土體的最終變形量由固結(jié)應(yīng)力大小決定,與加載速率無關(guān);隨著固結(jié)應(yīng)力施加速率的增加,加載完成時(shí)土樣的平均固結(jié)度呈下降趨勢;加載速率越大,土樣底部的孔隙水壓力上升速率越快,孔隙水壓力極值越大;孔隙水壓力在固結(jié)應(yīng)力加載完成前達(dá)到極值,隨后呈下降趨勢,有效應(yīng)力迅速增加。
關(guān)鍵詞:等加載速率固結(jié);GDS高級固結(jié)儀;孔隙水壓力;固結(jié)變形;固結(jié)度;最終變形量;軟土
中圖分類號:TU447 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:
1672-1683(2015)04-0695-05
Research on consolidation test of soft clay under constant loading rate
ZHOU Wen-yuan1,SHAN Li2,SONG Xin-jiang1,XU Hai-bo1
(1.Anhui and Huaihe River Water Resources Research Institute,Bengbu 233000,China;
2.Huaihe River Project Construction Authority of Huaihe River Water Resources Committee,Bengbu 233000,China)
Abstract:Consolidation test under constant loading rate is the test method for the consolidation process of clayey soil with a constant rate of control consolidation stress.Consolidation tests with four different loading rates and instantaneous loading were carried out using the GDS advanced consolidation testing system.The consolidation deformation characteristics of soft clay and the change law of pore-water pressure were analyzed.The findings indicated that(1) the faster of loading rate,the larger deformation rate and the shorter time for consolidation of soil sample;(2) the final deformation of soil sample is independent of the loading rate but dependent on the magnitude of consolidation stress;(3) with the increasing of loading rate of consolidation stress,the average consolidation degree of soil sample decreases after loading;(4) the higher the loading rate,the faster the increasing rate of pore pressure in the soil sample bottom and the larger the extreme value of pore pressure;and(5) the pore pressure reaches the maximum before the completion of loading of consolidation stress,then decreases while the effective stress increases rapidly.
Key words:consolidation under constant loading rate;GDS advanced consolidation testing system;pore pressure;consolidation deformation;degree of consolidation;final deformation;soft clay
固結(jié)是土體在外部荷載作用下,超靜孔隙水壓力減少,有效應(yīng)力增加,土體壓縮的過程[1];荷載作用、孔隙水壓力與壓縮變形是固結(jié)試驗(yàn)研究的重點(diǎn)。常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)是研究土體固結(jié)特性最常用的方法,但存在耗時(shí)長、不能監(jiān)測固結(jié)過程中孔隙水壓力的變化、對土樣擾動較大并且加載方式與實(shí)際施工情況差別較大等不足[2]。為更好地模擬工程中實(shí)際的固結(jié)加載方式,相關(guān)學(xué)者提出了等加載速率固結(jié)試驗(yàn)方法(Constant rate of loading consolidation test,簡稱CRL),即加載過程中控制試樣的固結(jié)應(yīng)力增長(加載速率)為常數(shù)的一種固結(jié)試驗(yàn)。CRL固結(jié)試驗(yàn)的加載方式與巖土工程實(shí)際加載相似,不僅克服了常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)的缺點(diǎn),而且具備加荷穩(wěn)定,操作簡單,對土樣擾動小的特點(diǎn)[3-5]。
國外學(xué)者較早對等加載速率固結(jié)試驗(yàn)開展了研究,Aboshi[6]等首次提出了等加載速率試驗(yàn),并基于Schiffman[7]變荷載一維固結(jié)理論,確定了固結(jié)系數(shù)隨有效應(yīng)力變化的關(guān)系式。Von Fay[8]等發(fā)現(xiàn)常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)與CRL固結(jié)試驗(yàn)測得的固結(jié)系數(shù)與有效應(yīng)力的關(guān)系曲線基本一致;CRL固結(jié)試驗(yàn)所需的時(shí)間取決于應(yīng)變率和土體的滲透與壓縮特性,而且遠(yuǎn)小于常規(guī)固結(jié)試驗(yàn),認(rèn)為CRL固結(jié)試驗(yàn)可代替常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)。Hsu[9]等推廣了Olson[10]假定固結(jié)系數(shù)為常數(shù)的變荷載問題的一維固結(jié)解,通過CRL試驗(yàn)總結(jié)出固結(jié)系數(shù)隨時(shí)間變化的經(jīng)驗(yàn)公式,進(jìn)而推導(dǎo)出超靜孔隙水壓力與平均位移的解析解;與CRL試驗(yàn)結(jié)果對比表明,變固結(jié)系數(shù)條件下的求解結(jié)果要優(yōu)于常固結(jié)系數(shù)條件下的求解結(jié)果。國內(nèi)方面,孟曉非[11]利用計(jì)算機(jī)對等加載速率固結(jié)試驗(yàn)過程進(jìn)行了模擬分析,提出了利用CRL試驗(yàn)的變形速率~平均有效應(yīng)力曲線確定前期固結(jié)應(yīng)力的方法;王正宏[12]認(rèn)為連續(xù)加荷法較常規(guī)分級加荷法更接近于工程實(shí)際中荷重增長規(guī)律,并進(jìn)行了等速加荷試驗(yàn)與控制梯度固結(jié)試驗(yàn)對比研究。
加載方式是影響土體固結(jié)特性的主要因素。本文利用GDS高級固結(jié)試驗(yàn)系統(tǒng),針對軟土開展等加載速率的固結(jié)試驗(yàn)與瞬時(shí)加載固結(jié)試驗(yàn)研究,歸納分析不同加載速率下土樣的固結(jié)變形特性與孔隙水壓力消散特性,并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)論對實(shí)際工程的施工加載速度控制提出參考意見。
1 試驗(yàn)土樣、儀器與方法
1.1 試驗(yàn)土樣
固結(jié)試驗(yàn)采用的土樣為高嶺土。其主要礦物成分為高嶺石。顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果表明:該土樣中粒徑d≤0.005 mm的黏粒含量達(dá)到80%以上。高嶺土的物理性質(zhì)指標(biāo)見表1。
1.2 試驗(yàn)儀器
試驗(yàn)采用的儀器為英國GDS公司生產(chǎn)的GDS高級固結(jié)試驗(yàn)系統(tǒng)(GDS Advanced Consolidation Testing System)。該固結(jié)試驗(yàn)系統(tǒng)完全使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,試驗(yàn)過程中的荷載施加及數(shù)據(jù)采集的完全自動化,數(shù)據(jù)采集最短間隔為2 s,可測量固結(jié)應(yīng)力、反壓、軸向位移、孔隙水壓力和體積變量,克服了傳統(tǒng)固結(jié)試驗(yàn)手動加壓、人工記錄數(shù)據(jù)、耗時(shí)費(fèi)力且數(shù)據(jù)采集點(diǎn)不夠等不足。
如圖1所示,該固結(jié)試驗(yàn)系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成。硬件部分包括固結(jié)壓力室、GDS線性位移傳感器、GDS孔隙水壓力傳感器、8通道數(shù)據(jù)采集裝置、GDS 2 MPa/200 mL軸向壓力/體積控制器等。軟件部分為試驗(yàn)過程控制軟件GDSLAB,安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)。
GDS高級固結(jié)系統(tǒng)根據(jù)加荷方式可完成瞬時(shí)加載、分級加載、等應(yīng)變速率和等加載速率等形式的固結(jié)試驗(yàn)。同時(shí),固結(jié)壓力室底部的孔隙水壓力傳感器,可以記錄試驗(yàn)過程中試樣底部孔隙水壓力變化,研究固結(jié)試驗(yàn)土樣中孔隙水壓力的變化規(guī)律。
固結(jié)容器內(nèi)放置直徑76.2 mm,高度20 mm的試樣(圖1),容器頂部安防位移傳感器,測定固結(jié)過程中試樣的軸向變形,容器底部連接孔隙水壓力傳感器,測定試樣的底部孔壓。固結(jié)應(yīng)力通過計(jì)算機(jī)軟件控制軸壓控制器施加,作用于試樣上表面的透水銅板上;反壓通過軸壓控制器施加,作用于試樣內(nèi)部,主要用于飽和土樣和土樣飽和度的B值檢測。試驗(yàn)前按照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[13](GB/T 50123)對儀器各元件進(jìn)行校驗(yàn)。
1.3 試樣制備與飽和
試驗(yàn)所采用的土樣為重塑樣,其試樣制備方法嚴(yán)格按照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123)里的要求操作。采用土膏法制備試樣,取代表性風(fēng)干土樣,加水調(diào)成土膏狀,注意制備土樣的中水不能自由析出,把制備好的土樣置于密閉容器內(nèi)20 h以上,然后測定土膏的含水率,控制試樣含水量的平行差值不超過1 %。本文試驗(yàn)制備試樣的初始含水率為64.4 %,是土樣液限的1.47倍。裝樣時(shí)先稱取土膏質(zhì)量,然后用調(diào)土刀將土膏裝入固結(jié)容器內(nèi),裝好試樣后稱剩余土膏質(zhì)量,計(jì)算裝入土膏的質(zhì)量,控制試樣的干密度為0.98 g/cm3。
采用GDS固結(jié)儀對土樣進(jìn)行反壓飽和,具體方法是:通過GDS固結(jié)系統(tǒng)的軸壓控制器與反壓控制器對試樣同時(shí)施加固結(jié)應(yīng)力p1與反壓p2,為防止土樣膨脹,需要保證土樣中有一個(gè)較小的有效應(yīng)力,本試驗(yàn)中固結(jié)應(yīng)力比反壓大2 kPa,即Δp=p1- p2=2 kPa,每級反壓飽和的時(shí)間為4 h。通過計(jì)算試樣底部孔隙水壓力增量Δu與Δp的比值來判斷試樣是否飽和,當(dāng)B=Δu/Δp≥0.95時(shí),可認(rèn)為土樣飽和;若B值小于0.95,則應(yīng)確保Δp =2 kPa不變,同時(shí)增大反壓與固結(jié)應(yīng)力,繼續(xù)進(jìn)行反壓飽和4 h后,再計(jì)算B值,直至B值大于0.95。
1.4 試驗(yàn)方案
等加載速率固結(jié)試驗(yàn)采用200 kPa/h、400 kPa/h、800 kPa/h和1 600 kPa/h四種加載速率,所施加的最終固結(jié)應(yīng)力為400 kPa,以不同的加載速度達(dá)到最終荷載后,保持400 kPa固結(jié)應(yīng)力不變持續(xù)至固結(jié)試驗(yàn)完成。瞬時(shí)加載固結(jié)試驗(yàn)采用直接施加400 kPa的固結(jié)應(yīng)力的加載方式。為確保試驗(yàn)結(jié)果可靠,每組固結(jié)試驗(yàn)進(jìn)行3個(gè)平行試驗(yàn),應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。
2 試驗(yàn)結(jié)果分析
2.1 試樣變形
圖2為瞬時(shí)加載400 kPa固結(jié)應(yīng)力和以200 kPa/h、 400
kPa/h、1 600 kPa/h四種加載速率加載至400 kPa固結(jié)應(yīng)力,土樣位移與時(shí)間對數(shù)關(guān)系的s~logt曲線。從圖中可以看出,不同加載速率下試樣的位移~時(shí)間對數(shù)曲線均呈“S”形狀,梅國雄等[14-15]從線性加載固結(jié)理論和土體的本構(gòu)模型出發(fā)給出了這一現(xiàn)象的證明。
四組等加載速率固結(jié)試驗(yàn)中,加載速率越大,土樣固結(jié)速率就越快;相同的時(shí)刻,加載速率越大土體固結(jié)產(chǎn)生的壓縮變形值越大,固結(jié)歷時(shí)相同時(shí),加載速率越大的試樣承受的固結(jié)應(yīng)力相應(yīng)也越大。瞬時(shí)加載土樣最先固結(jié)完成,在等加載速率固結(jié)試驗(yàn)中,加載速率越大,土樣變形達(dá)到最終變形量所需的固結(jié)時(shí)間越短。
不同固結(jié)速率下土樣固結(jié)穩(wěn)定后的最終壓縮量基本一致,并且與瞬時(shí)加載固結(jié)試驗(yàn)結(jié)果一致。雖然加載速率不同,但其施加的最終固結(jié)荷載是相等的(400 kPa),土樣在相等的荷載下固結(jié)穩(wěn)定的,故其最終變形量也應(yīng)相等。由此可見,加載速率影響土樣的固結(jié)速率,而最終變形量是由土樣所承受的最終固結(jié)應(yīng)力大小確定的。
在某一固結(jié)應(yīng)力下,土體某時(shí)刻的變形量與最終變形量的比值定義為平均固結(jié)度。表2為四組試驗(yàn)荷載達(dá)到目標(biāo)荷載400 kPa時(shí)的壓縮變形量S1與試樣最終變形S2的比值關(guān)系,即加載完成時(shí)的土樣所達(dá)到的固結(jié)度。
加載速率200 kPa/h、400 kPa/h、800 kPa/h、1 600 kPa/h分別歷時(shí)120 min,60 min,30 min和15 min達(dá)到最終固結(jié)應(yīng)力400 kPa;對應(yīng)加載完成時(shí)刻土樣的平均固結(jié)度分別為0.94、0.91、0.84、0.57。加載速率越大,加載完成時(shí)土樣的平均固結(jié)度越小,加載完成后試樣的變形值越大。
在工程實(shí)踐中,經(jīng)常出現(xiàn)施工期內(nèi)土體變形過大和工后沉降量大的現(xiàn)象。從本文等加載速率固結(jié)變形特性研究成果來看,荷載施加速度過快有可能是導(dǎo)致這種現(xiàn)象出現(xiàn)的一個(gè)因素。
2.2 試樣底部孔隙水壓力
圖3為四種加載速率固結(jié)試驗(yàn)中的試樣底部孔隙水壓力變化曲線。從圖中可以看出,加載速率對試樣底部的孔隙水壓力有顯著的影響。試驗(yàn)初始階段固結(jié)應(yīng)力增加使孔隙水壓力呈現(xiàn)出上升趨勢,加載速率越大,孔隙水壓力上升的速率也越大,達(dá)到孔隙水壓力極值所需的時(shí)間也越短。加載速率200 kPa/h、400 kPa/h、800 kPa/h、1 600 kPa/h對應(yīng)的土樣底部的孔隙水壓力極值分別為98 kPa、152 kPa、259 kPa和339 kPa,可見加載速率越大,土樣底部的孔隙水壓力極值也越大,但均小于最終固結(jié)應(yīng)力400 kPa。各組試驗(yàn)的孔隙水壓力達(dá)到極值后開始消散。
根據(jù)太沙基一維固結(jié)理論假設(shè)與有效應(yīng)力原理,固結(jié)應(yīng)力瞬時(shí)作用于飽和土體,并由孔隙水承擔(dān),即固結(jié)應(yīng)力轉(zhuǎn)化為孔隙水壓力,隨著固結(jié)時(shí)間的增加,孔隙水壓力逐漸消散,荷載轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力。等加載速率固結(jié)試驗(yàn)不滿足荷載瞬時(shí)施加的條件,而是以一定的速率施加,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,等加載速率固結(jié)試驗(yàn)試樣底部孔隙水壓力的變化規(guī)律和有效應(yīng)力增長規(guī)律見圖4。
圖4是加載速率分別為200 kPa/h、400 kPa/h、800 kPa/h和1 600 kPa/h時(shí)試樣底部孔隙水壓力、有效應(yīng)力與固結(jié)壓力隨時(shí)間變化曲線圖。根據(jù)有效應(yīng)力原理,有效應(yīng)力值為固結(jié)應(yīng)力與孔隙水壓力的差值。從圖4可以看出,加載速率為200 kPa/h和400 kPa/h時(shí),試樣底部的孔隙水壓力在固結(jié)應(yīng)力加載到最大值前上升到極值,然后進(jìn)入消散狀態(tài),不再隨固結(jié)應(yīng)力增加而增加。加載速率為800 kPa/h和1 600 kPa/h時(shí),孔隙水壓力幾乎在固結(jié)應(yīng)力加載到400 kPa時(shí)達(dá)到極值,然后呈下降趨勢。
四組固結(jié)試驗(yàn)的有效應(yīng)力增長曲線均近似呈“S”狀,試驗(yàn)前期,固結(jié)應(yīng)力由孔隙水壓力承擔(dān),有效應(yīng)力增加緩慢;進(jìn)入主固結(jié)階段后,有效應(yīng)力呈線性迅速增大。加載速率為200 kPa/h時(shí),在加載完成時(shí)刻,固結(jié)應(yīng)力幾乎完全轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力;加載速率為1 600 kPa/h時(shí),加載完成后相當(dāng)長一段時(shí)間后固結(jié)應(yīng)力才完全轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力。
試樣上表面排水,試驗(yàn)中測得的孔隙水壓力值為試樣底部的孔隙水壓力值,孔隙水壓力與有效應(yīng)力沿高度的分布形態(tài)受技術(shù)限制很難通過試驗(yàn)準(zhǔn)確測定出來。本文試驗(yàn)數(shù)據(jù)僅能說明土樣底部一點(diǎn)處的孔隙水壓力的變化規(guī)律,但從中可以對土樣在固結(jié)過程中的孔隙水壓力變化規(guī)律有一個(gè)直觀的認(rèn)識。
施工過程中,土體的孔隙水壓力過大,會造成有效應(yīng)力降低,土體強(qiáng)度減小,影響土的承載力等,對工程安全不利。
從本文試驗(yàn)結(jié)論來看,合理控制施工荷載的施加速率,是避免土體中產(chǎn)生過大孔隙水壓力的一種方法。
3 結(jié)論
(1)加載速率越大,土樣的固結(jié)速率越快,完成固結(jié)所需的時(shí)間越短。土體最終固結(jié)變形量由所施加的最終固結(jié)應(yīng)力決定,與加載速率無關(guān),在相同的固結(jié)應(yīng)力作用下,不同加載速率土樣的最終固結(jié)變形量一致。隨著固結(jié)應(yīng)力施加速率的增加,加載完成時(shí)土樣的平均固結(jié)度呈下降趨勢。
(2)加載速率對試樣底部的孔隙水壓力有顯著的影響,加載速率越大,土樣底部的孔隙水壓力上升速率越快,孔隙水壓力極值越大,但四組試驗(yàn)的孔隙水壓力極值均小于最終固結(jié)應(yīng)力。等加載速率試驗(yàn)前期,孔隙水壓力隨固結(jié)應(yīng)力增加而增加,有效應(yīng)力增加緩慢;孔隙水壓力在固結(jié)應(yīng)力加載完成前達(dá)到極值,隨后呈下降趨勢,有效應(yīng)力近似呈線性迅速增加。
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土力學(xué)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)、土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)、工程地質(zhì)與土力學(xué)是土木工程、水利水電工程、交通工程等專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程。這些課程主要是研究地表及一定深度范圍內(nèi)巖石和土的物理化學(xué)指標(biāo)、工程力學(xué)特性的,工程建成以后對作為地基巖石和土的應(yīng)力、應(yīng)變、強(qiáng)度、穩(wěn)定性、滲透性的影響變化及力學(xué)性能,為各類構(gòu)筑物、建筑物的規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工提供力學(xué)理論計(jì)算依據(jù),確保各類構(gòu)筑物、建筑物不發(fā)生傾斜、開裂、基礎(chǔ)斷裂、地基滑動、不均勻沉陷、地基液化失效、坡面滑動等各種地基基礎(chǔ)工程事故,使其在設(shè)計(jì)年限內(nèi)安全可靠地正常使用。土工實(shí)驗(yàn)是上述幾門課程的重要組成部分,它是通過儀器設(shè)備按規(guī)范測試確定巖石和土的物理和力學(xué)指標(biāo)。實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)與課程理論教學(xué)并重對于教學(xué)是重要的,對于生產(chǎn)和科研更是關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。
我校水利土木學(xué)院已有58年的辦學(xué)歷史,辦學(xué)初期就設(shè)置了水利水電工程專業(yè)、土木工程專業(yè)、道路與橋梁專業(yè),并建立了土工實(shí)驗(yàn)室。50多年來為山東省乃至全國培養(yǎng)了數(shù)萬名水利土木類專業(yè)技術(shù)人才,為國家和社會做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。近10年來,隨著國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和GDP穩(wěn)步增長,土木、水利、交通等工程也伴隨社會發(fā)展呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的態(tài)勢。全國大部分高等院校設(shè)置了土木類專業(yè),以滿足社會對土木類專業(yè)人才的需求。這對土工類高等教育發(fā)展既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn),也對土工實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)建及儀器設(shè)備更新和實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理改革提出了新的要求。
1 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)
1.1 實(shí)驗(yàn)室原有狀況
我校原有土工實(shí)驗(yàn)室面積小、儀器設(shè)備種類少、同類型儀器設(shè)備臺件數(shù)也少,儀器設(shè)備僅有69臺套,實(shí)驗(yàn)室面積僅有100平方米,可擺放的儀器設(shè)備有限,教師備課只能擠在一個(gè)角落里。因此學(xué)生沒有同時(shí)動手做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會,基本是學(xué)生輪流做或部分學(xué)生做、部分學(xué)生看。一些必須開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目經(jīng)常是用1~2臺儀器做演示,大部分學(xué)生圍著看。簡陋的條件很難培養(yǎng)學(xué)生對土力學(xué)的興趣,更談不上對土力學(xué)理論的深刻理解和操作技能的訓(xùn)練,也就適應(yīng)不了社會對應(yīng)用型人才需求和學(xué)術(shù)型人才培養(yǎng)的要求。
1.2 擴(kuò)面積和增設(shè)備
為適應(yīng)社會發(fā)展需求,學(xué)校進(jìn)行了以理論聯(lián)系實(shí)際、強(qiáng)化學(xué)生操作技能訓(xùn)練、促進(jìn)科研水平提高為目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。十幾年來學(xué)校投入1 000余萬元,首先擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)室面積,1998~1999年由原來100平方米擴(kuò)大到200平方米;淘汰了陳舊落后的儀器設(shè)備,更新增添了新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備種類和數(shù)量共130余臺套,同種類儀器設(shè)備由原來的3~4臺增加到15~20臺。每班學(xué)生人數(shù)約30人,最多35人,這樣一個(gè)班全體學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)可2人合用1臺儀器,2人1組既可商量討論互相配合又有動手操作的機(jī)會。
2007~2012年實(shí)驗(yàn)室面積又從200平方米擴(kuò)大到600平方米,新購置了土工實(shí)驗(yàn)土工微機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)30臺套,MC-3型核子密度濕度儀3臺,SDT-10型微機(jī)控制電液伺服土動三軸實(shí)驗(yàn)機(jī)2套,USD-10微機(jī)控制非飽和土三軸實(shí)驗(yàn)機(jī)2套,有力地促進(jìn)了土力學(xué)理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)適應(yīng)社會需求,支撐了教師科研和研究生的培養(yǎng)以及對土力學(xué)學(xué)科發(fā)展的跟蹤。
2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)及管理改革措施
我校土木、水利和交通3個(gè)專業(yè)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)課只有6~10個(gè)學(xué)時(shí)(總學(xué)時(shí)一般為36~54個(gè)),周末及節(jié)假日實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備處于閑置狀態(tài)。為此實(shí)驗(yàn)室報(bào)請學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)同意,在確保教學(xué)大綱規(guī)定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)不變前提下實(shí)驗(yàn)室對外開放,承擔(dān)設(shè)計(jì)院所送檢勘探土樣的測試。同時(shí)要求學(xué)生以土力學(xué)課程實(shí)習(xí)的形式參與其中的實(shí)驗(yàn)測試工作,規(guī)定每個(gè)學(xué)生累積參與時(shí)間不少于20小時(shí),參與實(shí)驗(yàn)工作的業(yè)績計(jì)入土工實(shí)驗(yàn)課成績。
實(shí)驗(yàn)室鼓勵有熱情有興趣的學(xué)生和有勤工儉學(xué)需求的學(xué)生申請參與對外承擔(dān)的土樣測試工作。參與形式多樣化:可以寒暑假參與,可以在學(xué)期間的周日和晚上參與,也可以課余零星時(shí)間參與。從參與的學(xué)生中選出責(zé)任心強(qiáng)的作為組長和副組長,負(fù)責(zé)參與學(xué)生的考勤、工作分派、津貼發(fā)放和向責(zé)任教師溝通匯報(bào)等。
所有土力學(xué)教師除在教研室備課、上課外,平時(shí)均在實(shí)驗(yàn)室工作。身兼數(shù)職:課堂及實(shí)驗(yàn)室教學(xué)、科研實(shí)驗(yàn)測試、對外技術(shù)服務(wù)等。
實(shí)驗(yàn)室設(shè)備數(shù)量及完好情況、水電及門窗等安全責(zé)任人為實(shí)驗(yàn)中心主任,直接負(fù)責(zé)人為專職實(shí)驗(yàn)教師。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)及門口均裝有視頻監(jiān)控,記錄保存每天實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控畫面,硬盤容量可存半年圖像數(shù)據(jù)資料。教師都有實(shí)驗(yàn)室鑰匙,學(xué)生僅組長和副組長有鑰匙,以方便進(jìn)出和加班,實(shí)驗(yàn)室實(shí)行24小時(shí)開放。
3 促進(jìn)了教學(xué)科研提高
3.1 教學(xué)效果突出
實(shí)驗(yàn)室物質(zhì)條件的改善和管理上的對外開放,使學(xué)生感受到原來普通泥巴砂礫石塊蘊(yùn)含那么多的知識學(xué)問,從而提高了學(xué)習(xí)興趣,強(qiáng)化了動手能力,使學(xué)生由原來枯燥的被動學(xué)習(xí)變?yōu)榉e極主動地學(xué)習(xí),對土力學(xué)理論普遍掌握得扎實(shí),學(xué)習(xí)成績也大幅提高,同時(shí)對土力學(xué)及土工實(shí)驗(yàn)的重要性認(rèn)識更加深刻;對外承擔(dān)一定量的土工實(shí)驗(yàn),開創(chuàng)了學(xué)生課程實(shí)習(xí)條件,提供了勤工儉學(xué)和興趣學(xué)習(xí)崗位,增加了學(xué)校師生與外部同行業(yè)的聯(lián)系機(jī)會,也了解到行業(yè)需求和學(xué)科發(fā)展的趨勢。
據(jù)統(tǒng)計(jì),10年來有30余名學(xué)生因在土工實(shí)驗(yàn)室參與過實(shí)驗(yàn)工作,認(rèn)識了土力學(xué)學(xué)科意義,培養(yǎng)了興趣,先后考取“211”院校巖土方向的碩士及博士研究生;還有幾十名有土工實(shí)驗(yàn)室工作經(jīng)歷的本科畢業(yè)生就業(yè)于地質(zhì)勘探和土建施工單位,很快適應(yīng)工作并成為業(yè)務(wù)骨干。
3.2 科研成績顯著
3.2.1 構(gòu)建新的土工實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系
從土工實(shí)驗(yàn)的工程應(yīng)用性入手,減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),增加設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)。如在做土的液限和塑限實(shí)驗(yàn)時(shí),如果液限較高,就要考慮它有可能是膨脹土?!稁r土工程基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》(CB/T 50279-98)對膨脹土定義為:富含親水礦物并具有顯著的吸水膨脹和失水收縮特性的高液限黏土。一般情況下,膨脹土的承載力較高,但浸水承載力衰減較大,具有吸水膨脹、失水收縮和反復(fù)脹縮變形、干縮裂隙發(fā)育等特性,性質(zhì)極不穩(wěn)定,對工程安全影響特別大。對膨脹土就要增加脹縮性指標(biāo)的測定,包括自由膨脹率實(shí)驗(yàn)、膨脹率實(shí)驗(yàn)、膨脹力實(shí)驗(yàn)、收縮實(shí)驗(yàn)等。實(shí)習(xí)學(xué)生特別是研究生參與該項(xiàng)測試工作意義很大,有的研究生在教師指導(dǎo)下,深入查閱膨脹土文獻(xiàn)資料,增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)次數(shù),較好地完成了碩士畢業(yè)論文。
3.2.2 積極利用新型綜合性儀器設(shè)備開展教學(xué)與科研工作
如新添置的土工實(shí)驗(yàn)微機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng),集數(shù)據(jù)采集和處理于一體,可進(jìn)行常規(guī)實(shí)驗(yàn)、部分綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),只需通過計(jì)算機(jī)操作就能完成實(shí)驗(yàn)測試、圖表曲線繪制、實(shí)驗(yàn)報(bào)告編制等。
新進(jìn)的MC-3型核子密度濕度儀,可快速準(zhǔn)確地測量各種土、瀝青混凝土等建筑材料的密度和含水量。還可測瀝青混凝土空隙率,儀器內(nèi)設(shè)有微處理器,一般情況下只需輸入測量計(jì)數(shù)時(shí)間(或測量要求的精度)和被測材料室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的最大密度,按啟動鍵即可很快測量讀出測量深度、日期、計(jì)數(shù)時(shí)間和測量結(jié)果:濕容重、水分重、干密度、百分含水率、百分壓實(shí)率、百分孔隙率等。
新進(jìn)的SDT-10型微機(jī)控制電液伺服土動三軸實(shí)驗(yàn)機(jī),主要用于巖石、砂土、巖漿的軸向壓力和側(cè)向壓力的強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、土動力學(xué)實(shí)驗(yàn),還可用于測定細(xì)粒土和砂土的總抗剪強(qiáng)度和有效抗剪強(qiáng)度參數(shù)的實(shí)驗(yàn)。還可根據(jù)排水條件的不同完成不固結(jié)不排水剪實(shí)驗(yàn)、固結(jié)不排水剪實(shí)驗(yàn)、固結(jié)排水剪實(shí)驗(yàn)。內(nèi)置實(shí)驗(yàn)軟件在WindowsXP/2000中文環(huán)境下工作,具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能,實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果自動存盤,顯示并打印符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的實(shí)驗(yàn)曲線、表格和報(bào)告等。USD-10微機(jī)控制非飽和土三軸實(shí)驗(yàn)機(jī),是通過3~4個(gè)圓柱形試樣分別在不同的恒定周圍壓力(即小主應(yīng)力 3)下,施加軸向壓力〔即主應(yīng)力差( 1- 3)〕,進(jìn)行剪切直至破壞,測定土的抗剪強(qiáng)度,然后根據(jù)摩爾-庫侖理論,求得抗剪強(qiáng)度參數(shù),對細(xì)粒土和砂土求得總抗剪強(qiáng)度和有效抗剪強(qiáng)度參數(shù)等。
這些新儀器設(shè)備的投入使用,為教師承擔(dān)橫向課題和申報(bào)縱向課題搭建了較高的科研技術(shù)平臺,如承接的國家電網(wǎng)泰山蓄能電站地基勘探土樣測試、京滬高速公路泰安段路基勘探土樣測試和濟(jì)南許多高層建筑地基勘探土樣測試等,委托方正是看到學(xué)校教師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)和先進(jìn)綜合的儀器設(shè)備才來委托的。教師通過這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目再加上一些自己的研究思路,可很好地指導(dǎo)研究生做課題論文和進(jìn)行科學(xué)研究,使本科和研究生教學(xué)、科學(xué)研究和對外技術(shù)服務(wù)互相促進(jìn)、相得益彰。
近10年來筆者積極參與工作,獲益匪淺,先后與其他教師20余篇,編寫土力學(xué)及土工實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材2部,申請科研經(jīng)費(fèi)120余萬元??蒲谐晒@山東省科技進(jìn)步二等獎2次,三等獎1次。
4 結(jié)束語
十余年來,學(xué)校在土工實(shí)驗(yàn)室的持續(xù)投入,搭建了較高的科研技術(shù)平臺,又進(jìn)行了有效的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理改革,極大促進(jìn)了學(xué)生興趣培養(yǎng)和技能訓(xùn)練,提高了應(yīng)用型人才和學(xué)術(shù)型人才的教學(xué)培養(yǎng)水平;同時(shí)也極大促進(jìn)了教師技術(shù)服務(wù)能力和科研創(chuàng)新水平的提高,通過努力也取得了一些成績。實(shí)踐啟示我們,伴隨社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,教學(xué)儀器設(shè)備的硬件和教學(xué)管理改革的軟件也要同步發(fā)展。
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