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关键词： 探究式   小班化教学   土力学   创新型人才  

摘要： 努力培养创新型人才不仅已成为一种学界共识,更是上升到了国家战略决策的地位。强化创新型人才培养的有效途径之一就是大力推行探究式小班化教学。以四川大学《土力学》课程为例,介绍了四川大学在探究式小班化教学方面的探索与实践,以及目前小班化教学存在的问题,并提出了一些策略和建议,可以为类似大学工科教育提供参考和借鉴。

关键词： 土力学   土木工程专业   教学改革  

摘要： 土力学作为土木工程专业的一门专业基础课,如何依托该专业的人才培养目标和方案提出有效的教学模式和方法 ,是土力学任课教师面临的一个重要问题。本文对当前该课程在教学过程中存在的问题进行总结概述,再从教学模式和方法的多样化、加强师资队伍建设、强化土力学实验教学等方面出发,提出了教学改革的对策,以提高和保证该课程的教学质量,具有一定的借鉴价值。

关键词： 透水混凝土   增强剂   抗压强度   透水性能  

摘要： 本文系统研究了胶材用量、水胶比、增强剂与钢纤维对透水混凝土力学及透水性能的影响。研究表明:增加胶材用量可以提升透水混凝土的抗压强度,但导致基体的连通孔隙率与透水系数显著降低;添加适量PRC-I型增加剂,透水混凝土抗压强度提升5～10MPa,连通孔隙率变化不大,但透水系数增大明显;此外,降低水胶比或添加钢纤维亦可以提升透水混凝土的抗压强度并改善透水性能。

关键词： 粗纤维   弯曲性能   抗压强度   电阻率   渗透性能  

摘要： 纤维对提高混凝土力学性能、耐久性和抵抗恶劣环境的能力具有重要作用。关于粗纤度聚乙烯醇纤维对混凝土各项性能影响的研究较为有限。本文针对当前研究现状,以3种不同粗纤维类型(钢纤维、改性聚丙烯纤维和粗纤度聚乙烯醇纤维)和5种不同纤维掺量(0.6%、0.9%、1.2%、1.5%和1.8%)的粗纤维混凝土为对象开展了研究。本文的研究成果可为粗纤维混凝土的配合比设计提供参考,并为电阻率法测试纤维混凝土抗渗性能的工程应用提供实验数据支撑。主要内容如下:(1)应用方差分析研究纤维类型和掺量对新拌混凝土工作性能和硬化混凝土力学及抗渗性能的显著性影响。研究结果表明:在所研究的三种粗纤维类型中,钢纤维对混凝土各项性能的影响均较为显著;对于本文所研究的两种合成纤维,纤维类型对混凝土各项性能的影响显著性较弱,但纤维掺量对混凝土大部分性能的影响较为显著。(2)对不同养护龄期的混凝土进行抗压试验,得到不同养护龄期下的粗纤维混凝土的抗压强度,考察了纤维种类和纤维掺量对混凝土抗压强度的影响。试验结果表明:在不同养护龄期下,钢纤维和粗纤度聚乙烯醇纤维的掺入对混凝土抗压强度有一定的增大作用,而改性聚丙烯纤维的影响甚微。(3)为研究粗纤维混凝土受弯开裂后的承载力,采用混凝土抗折试验附加挠度测试的方法,对117个100mm×100mm×400mm的粗纤维混凝土长方体试件进行弯曲试验,实测了不同养护龄期下粗纤维混凝土的荷载-挠度曲线,分析了纤维类型和纤维掺量对粗纤维混凝土剩余强度、韧性和等效弯曲强度比等力学指标的影响。试验结果表明:粗纤维混凝土的各项弯曲力学性能指标随纤维掺量的增加大致呈上升趋势。(4)通过不同养护龄期下混凝土的氯离子快速迁移试验和电阻率试验,研究了粗纤维种类和纤维掺量对混凝土抗渗性能的影响。试验结果表明:粗纤维掺入后会降低混凝土的早期抗渗性,但对后期抗渗性的影响不大。(5)对本文试验结果进行了拟合分析。研究结果表明:粗纤维掺量与新拌混凝土的工作性能和硬化混凝土的部分力学性能有较强的相关性,且均为线性关系;粗合成纤维混凝土电阻率和氯离子迁移系数间有较强的相关性。

关键词： 层布式   力学性能   冻融循环   冻融损伤模型   寿命预测  

摘要： 在混凝土中掺入橡胶粉,可使混凝土的韧性、抗裂性能和变形能力得到提高,但将橡胶粉加入会导致混凝土材料自身强度明显降低,这一定程度上会制约橡胶混凝土的应用。若将钢纤维掺入在橡胶混凝土中,形成由橡胶混凝土、钢纤维层复合而成的新型结构,能经济有效地发挥钢纤维对混凝土的增强作用,克服由于橡胶粉掺入所导致的混凝土力学性能的下降。因此,将钢纤维和橡胶同时掺入的混凝土具有进一步研究的价值。本文以普通C50混凝土为基础,外掺5%的20目、40目和60目的橡胶粉及上层体积率为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的钢纤维,制备层布式钢纤维橡胶混凝土。主要研究内容如下:(1)通过立方体抗压试验、劈裂抗拉试验、四点弯曲抗折试验,比较分析上层钢纤维体积率和橡胶粉粒径对钢纤维橡胶混凝土抗压强度、抗拉强度、抗折强度的影响,并观察试件破坏过程和试件破坏形态。(2)通过分析冻融试验后混凝土的冻融形态、相对动弹性模量及质量损失率可以发现,橡胶粉粒径对于混凝土的抗冻性能影响更大。橡胶粉粒径对层布式钢纤维橡胶混凝土(LSFRRC)抗冻性能的优化程度依次为40目>60目>20目。即掺入40目橡胶粉的LSFRRC的抗冻效果最好,60目的次之,20目的最差。(3)基于混凝土损伤变量D的定义,建立了层布式钢纤维橡胶混凝土在冻融循环作用下的冻融损伤模型,依据冻融试验数据精确地回归得出其冻融损伤的数学模型。最后根据冻融损伤模型对进行混凝土冻融寿命预测。

关键词： 地聚物混凝土   力学性能   微观机理  

摘要： 地聚物混凝土(geopolymerconcrete)是一种新型的混凝土材料,由于其生产能耗与碳排放量较低,因此受到了国内外学者的广泛关注。由于地聚物混凝土中的胶凝相(地聚物)与普通混凝土中的胶凝相(硅酸盐水泥)具有组成和结构上的本质区别,因此两者在力学性能上具有较大差异。针对地聚物和地聚物混凝土的力学性能已有许多学者开展了丰富的研究。本文在此基础上,针对混凝土工程应用中的一些重要力学性能,以偏高岭土基地聚物(metakaolin-based geopolymer,MKG)以及MKG混凝土为研究对象开展了深入研究,以期揭示地聚物混凝土力学性能背后的微观机理,为其工程应用提供指导。首先,针对MKG的蠕变性能,本文采用纳米压痕技术对其中凝胶相的杨氏模量、硬度和蠕变性能进行了研究,并探讨了 Si/Al比的影响。结合微观结构的表征,本文发现MKG中凝胶相的力学性能与其微结构中的特征孔尺寸存在明显的尺寸效应,配比参数Si/Al比影响特征孔尺寸进而影响力学性能。结合微观分析,本文提出了解释这一尺寸效应的壳-核模型。其次,针对MKG的干燥收缩性能,本文通过干燥试验测量了不同水固比MKG的失水-收缩曲线,发现干燥收缩率与失水率之间存在两阶段关系,同时发现孔隙结构在MKG的干燥收缩行为中起到控制作用。基于微观结构的表征,建立了考虑毛细应力、表面能变化和凝胶固结影响的物理模型,定量地估计了 MKG的收缩行为,进一步阐明了微观结构对控制地聚合物收缩的关键作用。再次,针对MKG混凝土与钢筋之间的粘结行为,本文通过静力和动力钢筋拉拔试验研究了粘结尺寸、加载速率对MKG混凝土-钢筋粘结行为的影响。发现与普通混凝土相比,MKG混凝土与钢筋之间存在更高的粘结力。传递相同的荷载,MKG混凝土比普通混凝土需要的保护层厚度和粘结长度更小。同时,加载速率对MKG混凝土-钢筋粘结性能的影响高于普通混凝土。通过力学模型的解析,揭示出地聚物-钢筋界面对粘结强度动力敏感性的决定性影响。最后,探讨了 MKG压阻功能化过程中的力-电耦合问题,本文提出了将导电聚合物引入MKG自然形成的裂缝中以实现压阻功能化的设计思路,并通过压阻试验证明了该设计思路的可行性。结合裂纹表面形貌的表征,本文还给出了解析材料压阻行为的力-电接触耦合模型,为材料的进一步优化奠定了基础。

关键词： 宏微观土力学   微观试验   离散单元法   宏微观关联   本构模型   疑难土   三深工程  

摘要： 随着岩土工程领域的不断拓展,特别是在深地、深海、深空工程("三深工程")方面需要面对更多复杂的岩土材料和环境条件。基于连续介质和唯象的常规土力学理论与方法在描述岩土材料的非连续性、大变形和破坏等复杂特性以及复杂环境影响上有许多缺陷。宏微观土力学力图从本质上探求岩土材料复杂宏观特性的微细观机理,建立其多尺度分析理论与方法,解决岩土力学与工程中的疑难与关键问题,从而帮助提高工程设计水平。本文回顾了宏微观土力学近40 a的发展历程,从宏微观土力学的研究方法、理论和应用等方面综述了国内外学者的主要研究成果,包括典型土体的微观特性、微观本构理论、宏微观关联、基于微观机制的宏观本构理论等。研究土体包括陆地上黏土、结构性砂土、黄土、深海能源土和太空土(月壤)。重点阐述了宏微观土力学的重要研究手段之一的离散单元法在模拟陆、海、空疑难岩土力学与工程中的应用与拓展,探讨了宏微观土力学研究所面临的各种挑战和重大机遇。通过系统介绍上述研究成果,勾勒了宏微观土力学的基本框架,以期推动该研究方向的加速发展。

关键词： 习题教学   批判性思维   土力学  

摘要： 批判性思维对创新能力和独立意识的培养具有重要意义,是高等教育的核心目标之一。当前中国高校大学生批判性思维现状并不乐观。本文在提出大学生批判性思维能力培养的意义和必要性的前提下,以《土力学》习题课的教学为例,通过对课后习题参考答案的质疑和反思,有意识地培养学生批判性思维能力,增强学生批判精神,为课堂教学实践提供新的思路。

关键词： 超高性能混凝土   配合比   单轴受压力学性能   受拉力学性能   细观力学原理   损伤本构方程   黏结-滑移   锚固长度  

摘要： 超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,以下简称UHPC)是目前土木工程领域研究较多的新材料之一,在国内外已经有了一些工程应用案例,但是目前国内还未形成统一的规范,原因之一是UHPC的基础性研究不足,并且理论研究相对滞后。为了进一步认识UHPC的力学性能,为UHPC材料的工程应用提供参考,本文对UHPC的配合比设计、受压、受拉力学性能以及与变形钢筋黏结-滑移性能进行了试验研究和理论分析。主要研究内容及成果如下:(1)UHPC材料配合比研究。首先通过对比不同配合比计算模型,结合试验原材料特性确定合适的石英砂级配计算模型;然后按照Weatman和Hugill算法,确定水泥和硅灰的相对掺量;最后结合单一变量试配试验,综合考虑工作性能和立方体抗压强度两项指标,得到了一组UHPC的最佳配合比。(2)UHPC单轴受压力学性能研究。进行了6组UHPC棱柱体轴心受压力学性能试验,研究纤维掺量对试件破坏形态、轴心抗压强度、受压变形能力、弹性模量以及泊松比的影响;基于本文试验数据及大量国内外研究人员的相关试验数据,建立了轴心抗压强度与立方体抗压强度、弹性模量与立方体抗压强度以及泊松比与纤维掺量之间的关系;根据有限元模拟分析结果,揭示了钢纤维对UHPC材料受压力学性能的增强机理;建立了考虑损伤阈值影响的UHPC单轴受压损伤本构方程,理论曲线与试验曲线吻合较好。(3)UHPC受拉力学性能研究。首先通过9组UHPC轴心受拉力学性能试验,研究纤维掺量、纤维长度、纤维单掺和复掺等因素对试件破坏模式、抗拉强度以及受拉变形能力的影响;基于本文以及国内外研究人员试验结果,建立了抗拉强度与纤维系数、峰值应变与纤维系数以及抗拉强度与立方体抗压强度之间的关系;其次进行了5组UHPC四点抗折试验,研究了纤维掺量对UHPC受弯力学性能的影响,根据UHPC的本构方程、截面平衡方程以及变形协调条件,推导了基于UHPC抗折强度的抗拉强度理论计算公式;然后从细观力学出发,推导了钢纤维混凝土单轴抗拉强度理论计算公式;最后结合试验结果,建立了UHPC单轴受拉损伤本构方程,理论曲线与试验曲线吻合较好。(4)变形钢筋与UHPC黏结-滑移性能研究。通过26组变形钢筋与UHPC的拉拔试验,研究钢纤维掺量、钢筋直径、埋置长度、保护层厚度以及钢筋级别等因素对试件破坏形态、黏结强度、滑移以及黏结应力-滑移曲线的影响,结合国内外试验结果,基于统计回归方法建立了考虑多种因素影响的黏结强度表达式;根据Tepfer厚壁圆筒理论和弹性力学理论,分别建立了发生劈裂破坏和拔出破坏两种情况下,变形钢筋与UHPC黏结强度理论计算公式;在此基础上,结合试验结果建立了变形钢筋与UHPC的黏结应力-滑移本构方程;分别采用中心点法、验算点法以及混凝土结构设计规范方法,计算变形钢筋在UHPC中的锚固长度,给出了基于锚固可靠度理论的变形钢筋在UHPC材料中锚固长度建议值。

关键词： 水泥基气泡混合轻质土   粉土   力学特性   承载性能   适用层位  

摘要： 由于气泡混合轻质土具有自重轻、强度可调节、高流动性、固化后自立性等优势,被越来越多的应用于软弱路基的填筑、桥台台背填土、道路扩建加宽等一系列工程实践中。然而传统的气泡混合轻质土水泥用量较大,致使其价格较高,难以在我国现有条件下大规模推广使用。气泡混合轻质土的现有研究,大多数局限于材料本身的物理、力学和耐久性能,对于轻质土作为路基填料时的承载特性缺乏研究,不同配合比在路基中的适用层位不明确,很大程度上制约了气泡混合轻质土在工程中的应用。基于此,本文结合黄河冲积平原区广泛分布的粉质土工程特性,研发出一种新型的气泡混合轻质土—水泥基粉土气泡混合轻质土,该类轻质土采用粉砂土作为原料土,并替代部分水泥,可以在一定程度上降低造价。同时,为了研究水泥基粉土气泡混合轻质土在路基中的应用层位,设计开展了轻质土条形基础室内模型试验,并结合数值模拟,得到了不同配合比的容许拉应力,揭示了气泡混合轻质土在路基中的适用层位,得到如下主要结论:(1)通过调整水泥基粉土气泡混合轻质土湿密度与粉砂土掺量,测试了吸水率、无侧限抗压强度、饱水抗压强度、弯拉强度、(静)弹性模量和CBR指标的变化规律,揭示出湿密度与粉砂土掺量分别与上述指标呈正相关和负相关关系;基于测试数据,分别建立了湿密度和粉砂土掺量与无侧限抗压强度、弯拉强度和(静)弹性模量关系式。(2)通过开展室内模型试验,考虑条形基础高度的变化,研究了条形基础在不同荷载条件下的受力、变形及裂缝扩展规律,提出气泡混合轻质土试件长高比(L/H)越大,在同一级荷载作用下的底部拉应力越大,产生裂缝的时间越早。研究结果为理论分析提供了基础数据。(3)同时,通过开展数值模拟分析,研究了轻质土路基影响因素敏感性及应用层位,提出气泡混合轻质土的高度、宽度、(静)弹性模量越大,所能承担的破坏荷载越大,并推荐路床区使用湿密度不小于700kg/nm3气泡混合轻质土,提出了轻质土在路堤区的应用标准。