第一篇：學科前沿學習報告

學科前沿學習報告

土木工程學院 工程力學101班 xx 學號:2010110121xx

力學是人類認識自然的重要手段，當人類還不會說話的時候就已經在應用力學了。這個世界小到分子大到宇宙都充斥著各種各樣的力，當今社會的尖端科技更是離不開力學。

我們從海洋流發電VIV驅動的水動力學問題說起。在傳統能源供應日趨緊張，地球環境日益惡化的今天，開發清潔無污染的可再生能源是大勢所趨。海洋能是眾多可再生能源中的一種，其能量蘊藏豐富，形式多種多樣，如潮汐能、波浪能、海流能、溫差能等。海洋波浪能是現今世界各國海洋能開發研究的熱點與重點，英國、挪威、日本、美國等都在進行波浪能發電裝置的試驗與示范工作。

渦激振動(vortex-induced vibration,簡稱VIV)是工程中常見的重要現象。在來流作用下,結構的尾跡中旋渦以一定頻率交替脫落,產生周期振蕩的升力,導致結構以一定的頻率和振幅振動。在一定流速下,旋渦脫落頻率接近結構固有頻率時,結構會發生共振造成破壞。渦激共振的預報和抑制對工程結構穩定和安全有重要意義。VIV中結構與尾跡相互作用,是個非常復雜的問題。流動具有很強的非線性特征結構的運動使尾跡流動性態與非振動結構的尾跡大不相同。這種流場變化和流固耦合作用的復雜性及規律,目前主要依靠實驗研究獲得,而通過DNS方法精細刻畫這些過程則因為受計算量等的限制遇到很多困難,現有的大部分研究成果局限于中低Re數情況,很難滿足實際工程需求。

計算力學的發展與展望。計算力學是計算機科學、計算數學與力學學科相結合的產物。隨著計算機軟硬件技術的快速發展,計算力學也得到了迅速發展,成為力學工作者和工程技術人員解決自然科學和工程實踐中力學問題的重要手段。數值計算方法最早成員應為有限差分法有限差分法從數學的角度用差分代替微分,將力學中的微分方程轉化為代數方程,從而大大拓寬了力學學科的應用范圍;有限元法的問世促進了計算力學的發展。有限元法建立了計算模型、離散方法、數值求解和計算機程序實現的統一方法,通過變分原理將原問題的泛函轉化成代數方程進行求解;20世紀70年代初出現了邊界元法,對于分析某些工程實際問題,邊界元法具有其突出的優點。上述三種方法被稱為計算力學的三大支柱。除此之外,計算力學還包含了其它一些重要分支,如加權殘數法、有限元線法,半解析半數值法等。目前,計算力學的主要研究方向集中在如何建立高效的、有足夠精度的計算手段上,特別是解決如何建立這些計算手段的共性問題。在計算力學的發展過程中,從結構的離散化方法、單元列式、控制方程求解、計算結果自動處理到收斂理論都可以建立成為不依賴于結構類型和幾何形狀的統一方式。計算模型的建立、計算方法的構造和計算軟件的開發是計算力學研究中的共性問題。

計算力學的發展方向。計算機科學、計算數學和力學學科的發展推動了計算力學的發展,在新的世紀,計算力學將會在如下領域得到更大的發展。1宏細微觀材料本構模型；2復雜運動系統的自動控制；3計算力學軟件系統的研究；4復雜系統的計算機仿真。

高性能計算與高性能計算機。

高性能計算概述，高性能計算(HPC)指通常使用很多處理器（作為單個機器的一部分）或者某一集群中組織的幾臺計算機（作為單個計 算資源操作）的計算系統和環境。有許多類型的HPC 系統，其范圍從標準計算機的大型集群，到高度專用的硬件。大多數基于集群的HPC系統使用高性能網絡互連，比如那些來自 InfiniBand 或 Myrinet 的網絡互連。基本的網絡拓撲和組織可以使用一個簡單的總線拓撲，在性能很高的環境中，網狀網絡系統在主機之間提供較短的潛伏期，所以可改善總體網絡性能和傳輸速率。

高性能計算機指能夠執行一般個人電腦無法處理的大資料量與高速運算的電腦，其基本組成組件與個人電腦的概念無太大差異，但規格與性能則強大許多，是一種超大型電子計算機。具有很強的計算和處理數據的能力，主要特點表現為高速度和大容量，配有多種外部和外圍設備及豐富的、高功能的軟件系統。現有的超級計算機運算速度大都可以達到每秒一兆（萬億，非百萬）次以上。高性能計算機是計算機中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機，多用于國家高科技領域和尖端技術研究，是一個國家科研實力的體現，它對國家安全，經濟和社會發展具有舉足輕重的意義。是國家科技發展水平和綜合國力的重要標志。

顆粒增強復合材料損傷演化VCFEM模擬方法。

隨著科學和技術的發展,復合材料因其良好的力學特性,在航空、汽車、軍事、核能和電子等一些重要的工業領域得到了越來越廣泛的應用。在顆粒增強復合材料中,異相材料的加入可以改善材料性能,但同時又導致了材料斷裂特性和疲勞特性的下降。這正反兩方面作用的產生均依賴于夾雜、空洞以及裂紋等微結構的大小、形狀、材料特性以及它們的空間分布。如何能正確分析和模擬受微結構影響的復合材料力學性能,一直是力學和材料學科領域的前沿課題之一,對現代工業的發展具有重要的意義。

基于浸入邊界法的流固耦合理論及其工程應用。

對于復雜流場、流固耦合和運動邊界問題，浸入邊界法因其具有良好的發展前景，成為新的研究熱點.浸入邊界法(Immersed Boundary Method)，既是一種數學建模方法，又是一種數值離散方法。在數學方法上，它是采用歐拉變量去描述流體的動態，利用拉格朗日變量描述結構的運動邊界，用光滑Delta近似函數通過分布節點力和插值速度來表示流場和結構物的交互作用。它整個流場計算都使用笛卡爾網格，而不是按照物體形狀生成復雜的貼體網格，無需處理從物理平面到計算平面的坐標和網格轉換問題，因而可以大大提高計算效率而且節省了網格生成所需的時間。尤其對于動態邊界問題，它無需在每一時間步長上實時更新網格，詳見圖1。浸入邊界法在模擬血液流動、湍流的直接數值模擬、多相流動等方面取得成功，模擬結果和實驗數據非常吻合，是目前計算流體力學領域研究的熱點。盡管擁有巨大的發展前景，但目前浸入邊界法的應用尚未完全成熟。未來的研究重點將會集中在以下兩個方面：

第一，進一步研究浸入邊界法的理論機理。尋找最佳的時間離散法，解決時間步長的限制，提高浸入邊界法的計算精度，發展能解決高雷諾數和三維復雜流體問題的浸入邊界法，浸入邊界法與并行計算技術的結合,論證浸入邊界法的收斂性和穩定性和判斷算法的誤差等仍是未來理論研究的主要方向。

第二，解決浸入邊界法在實際工程應用的問題。目前，浸入邊界法能解決的科研問題和工程問題還是相當少的。將浸入邊界法直接模擬各種實際流動,解決工業生產和工程項目提出的各種問題，是未來研究的熱門課題。

浸入邊界法的研究方興未艾，隨著人們對浸入邊界法重視和了解的加深，其在非定常計算中不需產生貼體網格的巨大優勢正在被發揮，在科研和工程應用具有廣闊的應用前景。

復雜巖體精細數值模擬理論及工程應用。巖體由結構面和結構體組成，其結構特性是巖體力學行為、變形和破壞形式的主要控制因素。現今可用于對巖體工程結構進行力學分析的數值方法多種多樣，每一種方法有其針對性和特點，對一個具體的問題用數值模擬方法進行分析時，應選擇一種最適合該問題的方法進行研究。自20世紀70年代以來，數值模擬方法作為一種科學有效而又快速簡便的分析方法，被逐步引人到交通、水工、采礦、建筑等地下工程的力學分析、穩定性評價、方案比較等工作中。

現代材料實驗及其發展。

人類社會發展和進步的歷史就是一部發明材料、制造材料和使用材料的歷史,正是形形色色的材料構成了豐富多彩的世間萬物,材料是人類用以制成用于生活和生產的物品、器件、構件、機器及其它產品的物質，是人類賴以生存和發展的物質基礎。隨著現代科學技術的飛速發展,新材料的不斷涌現,把各類材料分別作為獨立學科或從屬于某一學科進行研究的方法已不能滿足當今高科技發展的需求,必須綜合考慮材料的合成制備和加工技術,并且結合組織結構和性質的現代分析測試技術和方法,才能滿足新材料的研制和應用的需要。現代科學技術的發展,促使新材料的研究日益向微觀層次深入,材料的結構從宏觀到微觀、介觀,按研究的層次,包含了宏觀組織結構、顯微組織結構、原子或分子排列結構、原子中的電子結構等。

現代材料實驗的主要技術，根據各種功能的設備一般可分為下列三個獨立的子系統。1，機械——動力加載系統；2，傳感器系統；3控制采集分析系統。隨著計算機的廣泛應用，利用計算機建立的材料性能數據庫可以直接給出各種材料的有關性能，利用計算力學的有限單元分析整體的應力，應變場。結合材料試驗，它們將攜手一起向前發展。

通過對學科前沿課程的學習，使我深刻地認識到，力學在整個人類社會的發展中充當著十分重要的角色。人類的明天將在力學的土壤上開出美麗的花朵！

第二篇：學科前沿

過程裝備與控制工程專業主要以過程工業為專業背景。過程工業是指以流程性物料（如氣體、液體、粉體等）為主要對象，以改變物料的狀態和性質為主要目的的工業，它包括化工、石油化工、生物化工、化學、煉油、制藥、食品、冶金、環保、能源、動力等諸多行業與部門。過程工業所涉及的一些物理、化學過程，主要有傳質過程、傳熱過程、流動過程、反應過程、機械過程、熱力學過程等。正是這些物理、化學過程，構成了過程工業的生產過程。然而，要使這些過程得到實現，達到工業生產的目的，必需要有相應的過程設備。

過程裝備與控制工程的主要研究內容包括：過程裝備設計與制造，高效節能裝備的開發，成套裝置的開發與設計，成套工程，設備結構及強度理論，過程安全理論、技術與裝備，流程參數控制理論與技術，制冷技術與裝備，粉體理論與技術等。

“過程裝備與控制工程專業”的前身是“化工機械專業”。我們的前輩嘔心瀝血，把我國的化工機械專業辦得初具規模、培養了一大批化工機械專業教學、科研、設計、制造與使用的中堅力量。隨著全球現代化的需要和發展，在化工機械里面逐漸應用到了越來越多的自動控制。因此，為了符合我國現代化發展需要，順應科技時代的潮流，1998年3月教育部應上屆教學指導委員會的建議將專業改名為過程裝備與控制工程。從此，一個更加具有發展潛力的新專業誕生了。20多年來，我國先后在60多個高校開設了這一個專業，使得該專業得到了很大的發展。

什么是過程裝備？了解了過程裝備與控制工程的歷史后我們不難以知道，它也和化工機械一樣，分為兩大類：①化工機器。指主要作用部件為運動的機械，如各種過濾機，破碎機，離心分離機、旋轉窯、攪拌機等。②化工設備。指主要作用部件是靜止的或者只有很少運動的機械，如各種容器（槽、罐、釜等）、普通窯、塔器、反應器、換熱器、普通干燥器、蒸發器，反應爐、電解槽、結晶設備、傳質設備、吸附設備、流態化設備、普通分離設備以及等離子交換設備等。化工機械的劃分是不嚴格的，一些流體輸送機械（如泵、風機和壓縮機等）

控制工程

指對過程裝備和及其系統的狀態和工況進行監測，控制，以確保生產工藝有序穩定運行，提高過程裝備的可靠度和功能可利用度。控制工程是結合現代自動化技術，是現代自動化先進技術與化工機械相結合的，提高了設備的效率

本專業培養具備機械熱加工基礎知識與應用能力，能在工業生產第一線從事熱加工領域內的設計制造、試驗研究、運行管理和經營銷售等方面工作的高級工程技術人才。

業務培養要求

本專業學生主要學習材料科學及各類熱加工工藝的基礎理論與技術和有關設備的設計方法，受到現代機械工程師的基本訓練，具有從事各類熱加工工藝及設備設計、生產組織管理的基本能力。

畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力：

1．具有較扎實的自然科學基礎，較好的人文、藝術和社會科學基礎及正確運用本國語言、文字的表達能力；

2．較系統地掌握本專業領域寬廣的技術理論基礎知識，主要包括力學、機械學、電工與電子技術、加熱工藝基礎、自動化基礎、市場經濟及企業管理等基礎知識；

3．具有本專業必需的制圖、計算、測試、文獻檢索和基本工藝操作等基本技能及較強的計算機和外語應用能力；

4．具有本專業領域內某個專業方向所必需的專業知識，了解科學前沿及發展趨勢；

5．具有較強的自學能力、創新意識和較高的綜合素質。

主干學科

機械工程、材料科學與工程。

主要課程

工程力學、機械原理及機械零件、電工與電子技術、熱加工工藝基礎、熱加工工藝設備及設計、檢測技術及控制工程、CAD/CAM基礎。

主要實踐性教學環節

包括軍訓，金工、電工、電子實習，認識實習，生產實習，社會實踐，課程設計，畢業設計(論文)等，一般應安排40周以上。

修業年限

四年

授予學位

工學學士

本學科是機械大學科的一個分支，它自己是屬于機械領域，同時又服務于過程工業，自身的發展又需要機電控制。所謂過程工業，是指通過化學和物理的方法以達到改變物料性能的加工業，它涵蓋了化學、化工、石油化工、食品、制藥，甚至于冶金等眾多行業部門。過程工業所涉及的對象是流程性物料，從原料到產品需經過復雜的工藝過程，因而整個過程需要由為數眾多的單元構成。而每一個單元均需要由能實現這一功能的設備來完成，將這些單元設備連在一起便構成過程裝備。動力工程及工程熱物

理學科是研究能量以熱、功及其他相關的形式在轉化、傳遞過程中的基本規律，以及按此規律有效地實現這些過程的設備及系統的應用科學及應用基礎科學。動力工程及工程熱物理學科在整個國民經濟和工程技術領域內起著支持和促進的作用，在工學門類中占有不可替代的地位。在長期發展的過程中，它不斷升華和擴展，容納了物理學的多個分支及近代進展，應用了數學、力學、機械工程、儀器科學、材料科學、電子技術、控制科學等學科的理論、方法和已有成果，形成自身獨立的理論體系和實踐范疇，為國民經濟的可持續發展提供了良好的基礎和前提。它不斷在冶金、電子、交通運輸、船舶與海洋工程、航空宇航工程、土木工程、水利工程、化學工程、礦業工程、農業工程、兵工科學、核科學、環境科學和生物醫學工程等各個學科獲得越來越廣泛的應用。

化學工程基礎學科主要研究化工、石油化工、煉油與天然氣加工、輕工、核電與火電、冶金、環境工程、食品及制藥等過程工業中處理氣、液和粉體等流程性材料必需的設備與技術。例如，過程工業中的傳熱設備及節能技術的研究；化工單元傳質設備和相分離設備研究；化工過程用泵、壓縮機等流體機械的研究與監控；壓力容器及管道的設計、制造和安全保障的技術研究；過程設備的腐蝕、損傷與延壽技術的研究；非金屬材料成型加工技術與設備的研究，等等。本學科是一個專業面廣，為國民經濟多個行業服務的、涵蓋多種學科的交叉型二級學科。流體力學、熱力學、粉體力學、燃燒學、傳熱學、傳質學等工程熱物理和化工過程原理的科學基礎為本學科的重要理論基礎。

二級學科——過程裝備與控制工程，是在化工機械專業基礎上發展起來的，后相繼并入煉油機械、輕工與食品機械，又增加了生物化工、精細化工和核電工業等方面的內容，使學科的內涵和深度有了很大的發展。過程裝備與控制工程專業主要以過程工業為專業背景。過程工業是指以流程性物料（如氣體、液體、粉體等）為主要對象，以改變物料的狀態和性質為主要目的的工業，它包括化工、石油化工、生物化工、化學、煉油、制藥、食品、冶金、環保、能源、動力等諸多行業與部門。過程工業所涉及的一些物理、化學過程，主要有傳質過程、傳熱過程、流動過程、反應過程、機械過程、熱力學過程等。正是這些物理、化學過程，構成了過程工業的生產過程。然而，要使這些過程得到實現，達到工業生產的目的，必需要有相應的過程設備。

過程裝備與控制工程的主要研究內容包括：過程裝備設計與制造，高效節能裝備的開發，成套裝置的開發與設計，成套工程，設備結構及強度理論，過程安全理論、技術與裝備，流程參數控制理論與技術，制冷技術與裝備，粉體理論與技術等。

過程裝備與控制工程專業的應用領域非常廣泛，例如化工、石油化工、能源、輕工、制藥、制冷、動力、環保、生物、食品、機械、勞動安全，等等。

化工機械是搞關于化工設備方面的設計，安裝，制造都可以就業的，就業面很廣的，很好找工作，這么說把，只要有化工設備的地方我們都可以去工作的，在大學里面把專業知識多學一點，專業英語也很重要，尤其值得說的是，在這一行是越老越值錢，起點是要熬，起碼要三年，拿到中級職稱就好了，剛開始畢業一個月都是基本上是1000多點，在哪兒都差不多，我有同學在石油系統的，就是獎金比我們在外面的高一些，基本工資都差不多的，要是進國企業，主要是進中石化，中石油，中海油的企業，還有中石化，中石油，中化工的一些化建企業，主要是搞化工安裝，化建企業好一點的有中石化南京二建，三建（好象在珠海），五建（蘭州），四建（天津），進石油系統只要是進幾個大一點的油田，比如大慶油田（黑龍江大慶），大港油田（天津），現在中石化在新疆獨山子開了一個很大的石化企業-獨山子石化，專門從哈撒克斯坦進油，有很大的發展前途（據說是除了老婆，什么都發），要是搞設計，主要是在江，浙一帶，比如，江蘇的無錫，有一個區都是搞壓力容器的，常州，蘇州的張家港，上海金山區是一個石化區，還有浙江的一些地方，說了這么多主要就是告訴大家，過程裝備與控制工程專業（以前叫做化工機械）是很好找工作的一個專業，當初我也不知道什么東東，在大學里面混過來了，沒有好好學一點東西，建議大家把握大學的時間，少玩一點，把CAD（這個是吃飯的家伙）要學得很好，還有專業的知識，課程設計，畢業設計最好是自己做，能夠學到不少的東西，對以后在這行工作很有用的，即使抄別人的也最好是搞清楚怎么來的，英語，最好過4級水平，當然沒過也照樣找工作，只是待遇比人家過4級的要少，畢竟全國有這個專業的學校不多，也就80幾所吧

第三篇：學科前沿講座課程報告

中國礦業大學建筑工程學院土木工程專業學科前沿講座課程報告

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凍脹融沉的分析與防范

（中國礦業大學力學與建筑工程學院 土木10-7班 陳輝 學號：02100498）

摘 要：工程建設是否對周邊環境產生負面或不利影響, 是建設者和使用者所關注的問題。針對地鐵工程建設中涉及的凍脹融沉,從其產生的機理到影響因素進行了細致的論述和分析,以及分析了凍脹融沉的相關影響因素，從本質上分析了其特點，憑此制定了科學、合理的防范措施,并應用于實踐,在施工中取得較好的效果。關鍵詞：凍脹融沉;分析;防范

在地鐵建設中, 煤礦凍結法作為一種土體加固方法被廣泛應用,但凍結法的凍脹融沉是否對地鐵隧道及周圍環境產生影響,是建設者和使用者所關注的問題。為此,我們在北方某城市地鐵聯絡通道凍結法施工中,對凍脹融沉的產生機理及影響因素進行了認真、細致的分析,結合工程實際情況,制定了科學、合理的防范措施,取得了較好的效果。凍結法凍脹分析

凍脹是指地鐵工程在土體加固過程中,由于凍結管對土體實施凍結作用,使土體中水分結冰而造成其體積膨脹的現象,在實際施工中, 不論對天然凍土區還是人工凍土區,凍脹都是工程建設者所面臨的棘手問題。究其原因,主要是由于含水土體在凍結過程中, 一方面土中原位水發生凍結,另一方面是未凍結水向凍結鋒面的遷移現象,從而引起土中水分的重新分布和析冰作用。土體的凍脹分為原位凍脹和分凝凍脹,由于原位水分凍結引起的凍脹量相對分凝凍脹來講十分微小, 因此, 我們本次所研究的土體凍脹主要指由水分遷移引起的分凝凍脹。1.1 凍脹的產生機理

分凝凍脹的產生機理包括土中水分遷移和成冰作用。土體在凍結過程中,一旦土體溫度低于土的起始凍結溫度, 土中就有部分液態水變成冰,但在土顆粒表面仍有一些作為吸附膜的未凍水存在,在溫度梯度引起的負壓梯度作用下,來自未凍土的水通過未凍水膜遷入凍土層內。由于未凍水膜的厚度隨土溫的降低而減薄, 被遷移的水分因遷移受阻而逐漸在某個位置聚集。此時,凍土中的未凍水含量是恒定的, 即在一定負溫下, 土顆粒外圍具有恒定的平衡水膜厚度。當足夠的水分聚集起來時,由于未凍水膜的厚度增大, 未凍水的自由能比冰的自由能高, 原來的熱力平衡狀態被破壞。在恒定的負溫下,土水體系通過多余的未凍水釋放自由能分凝成冰,而重新建立平衡狀態。隨著分凝冰晶便不斷積累,土體便產生了凍結膨脹。1.2 凍脹的影響因素

凍結過程中水分遷移和成冰作用是產生土體凍脹的直接因素,它們的強弱主要取決于土體顆粒的土質、土中水分、溫度及荷載作用等因素。1.2.1 土顆粒組成對凍脹的影響

土粒表面力場的差異性影響著土凍結過程中水分遷移能力, 并導致凍脹變形各不相同。對于粗顆粒土來說,不存在土的礦物成分對凍脹的影響。在細顆粒土中,尤其是亞粘土、粘土, 這種影響顯著地表現出來。在水分、溫度及凍結條件大致相似的情況下, 各類土的凍脹性強 中國礦業大學建筑工程學院土木工程專業學科前沿講座課程報告

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弱大致按下列順序遞減: 粉質土、亞砂土> 亞粘土> 粘土> 礫石土(小于 0.05mm 粒徑的含量超過12%)> 粗砂> 砂礫石。1.2.2 土中水對凍脹的影響

試驗和工程實踐證明,只有土中水分超過一定界限之后才會產生凍脹, 在外界條件相同的情況下, 土體含水量愈高,其凍脹的強度也就愈大。此外, 在沒有外界水源補給的封閉系統中,由于水分遷移受到了限制, 凍脹達到一定量時就不再增長,而在有水源補給的開放系統中,只要條件適宜,凍脹就會持續增長。1.2.3 溫度對凍脹的影響

首先, 土溫降低引起水結晶、冰分凝,引起土體內部液態水向凍結鋒面的不斷遷移。凍土土溫愈低,土體中未凍水含量愈少, 含冰量愈大。其次, 凍土的溫度梯度決定著水分遷移量的大小,凍土的溫度梯度愈小, 水分遷移量愈大;凍脹量愈大,溫度梯度愈大,水分遷移量愈小,凍脹量愈小。

1.2.4 荷載對凍脹的影響

荷載的增加會對土體的凍脹產生抑制作用, 首先,荷載的增加會使得土體的凍結溫度降低,要繼續維持土體的凍結狀態, 則需要更低的凍結溫度。其次, 外部壓力的作用會引起土體內水分的重分布。若荷載的增加超過凍結鋒面所產生的界面能量時,水分則會從高應力區的凍結鋒面向低應力區發生反向遷移,使得土體凍脹急劇減少,甚至停止。融沉的分析

2.1 融沉的產生機理

凍結地層溫度上升, 凍土發生融化, 凍土中的冰晶融化成水, 土體體積縮小,加上土體原有結構凍脹時形成的裂縫在融化時的閉合, 產生融化沉降;同時凍土在融化過程中未凍水含量隨地溫的升高而增加, 直至達到相變溫度點,冰全部變成孔隙水, 當未凍水含量增加到足以擺脫靜電作用時,土體便在重力和上覆荷載的作用下發生排水固結,土顆粒運動, 孔隙度變小而壓密,產生固結沉降。融化終結后, 排水固結并不馬上結束, 而是繼續進行一段時間,直至土體固結沉降達到穩定。凍土融化沉降的沉降量與外壓力無關, 而融土固結產生的沉降與凍結過程中形成的土粒結構的穩定性、冰融化成水釋放的自由孔隙空間以及上覆荷載的大小有關。通常壓密沉降與正壓力成正比, 一般凍土的融沉量要大于凍脹量,有時融沉會變為突陷。融沉的不均勻性及突陷往往會導致地表建筑結構的破壞。2.2 融沉的影響因素

影響凍土融沉的主要因素有: 凍土的含水量(包括凍土中的未凍水和孔隙冰)、冷生構造、干容重、上覆荷載等。2.2.1 含水量對融沉的影響

凍土含水量的大小是影響凍土融沉的關鍵因素, 其含水量包括凍土中的未凍水和孔隙冰兩個部分,各部分所占比重的大小視凍土所處的負溫而定,體積含冰量較大的富冰凍土融化時常產生突發性下沉變形, 而含冰量較少的貧冰凍土融沉時基本不會產生較大變形。2.2.2 冷生構造對融沉的影響

凍土的融沉與凍土在凍結過程中所形成結構有關,凍土的結構對土的融化沉降及壓密沉降有著直接的影響,通常來講呈整體狀構造的凍土, 其產生的融沉一般不大,而凍結時呈層狀 中國礦業大學建筑工程學院土木工程專業學科前沿講座課程報告

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或網狀構造的凍土一般在融沉過程中會產生較大的沉降變形。2.2.3 干容重對融沉的影響

干容重對凍土融沉的影響是從另一面體現了凍土中含水量的融沉的影響, 凍土中含水量小時, 干密度相對較大,土體中孔隙體積較少,這樣的凍土在融沉過程

中不會產生較大的沉降變形;而在凍土含水量較大的情況下,凍土的干密度較小, 土體中孔隙體積相對較大, 該類凍土則在荷載的作用下會產生較大的沉降壓縮變形。2.2.4 荷載對融沉的影響

荷載對融沉的影響主要體現在融土的固結過程, 隨著凍土中冰的融化,融土中含水量會逐漸增大, 形成超靜孔隙水壓力,試驗表明, 融土在較大的荷載作用下, 孔隙水壓力會加速消散,隨著融土中孔隙水的排出, 孔隙的壓密,融土將產生較大的壓縮沉降。地鐵人工凍結土體凍脹融沉的特點

從以上的分析中可以看出,不論是人工凍土還是天然凍土,其凍脹融沉的產生機理及影響因素都是相同的。但就人工凍土來講, 它除具有天然凍土的特征外,還具有其自身的一些特點,主要表現在:(1)人工凍結土體所處地層多為淤泥質土或粘土地層等,一般含水豐富,在這樣的地層環境下, 易產生較大的凍脹和融沉變形。

(2)凍結過程中,人工凍結器表面溫度通常低于-20 ,負溫梯度隨著凍結壁的擴展由大變小, 凍結速度由快變慢, 凍結時間相對較短;在凍結土體融化過程中,周邊的土體溫度相對較低,溫度梯度較小, 但在其相鄰范圍的正溫土體的作用下,凍土溫度會快速升高, 在此相變過程中,由于凍結土體要吸收大量的熱量, 而周邊正溫土體傳導熱量的能力有限,使得凍結土體全部融化要經歷相對較長的時間。

(3)人工凍結土體具有三維凍融的特征, 在凍結過程中凍結鋒面的擴展垂直于凍結管軸線方向, 冰晶分布平行于凍結管軸線方向;在凍土融化過程中, 熱量是由周圍土體或結構向凍土內部擴散,凍土從周邊邊界開始融化。此外,人工凍結土體的凍融過程中水分的聚集和消散同樣具有明顯的三維特征。

(4)人工凍結壁作為臨時支撐結構一般要承受一定的荷載作用, 在凍結過程中荷載通常對土體的凍脹具有一定的限制和約束作用,而在融沉過程中, 由于受荷載作用的影響, 融土中的孔隙水會迅速排出, 土體逐漸被壓實、壓密。制定防范措施

我們此次施工范圍內土層主要為第四系全新中統相層粉土、淤泥質粉質粘土和第四系上更新統三組相層粉質粘土,其土層土質松軟、結構松散、孔隙比較大, 含水豐富、承載力低、容易壓縮和在動力作用下易流變、土體內聚力小等特點, 在我們經過對凍結土體凍漲融沉產生的機理和影響因素充分分析及研究的基礎上,參照以往聯絡通道凍結法施工經驗,考慮到施工中將可能面臨或出現的各種問題, 有針對性的提出了以下技術控制要點:(1)為防止凍結土體的凍脹融沉給隧道及地面帶來不利影響,在聯絡通道實施土體凍結前期, 根據凍結管的布置, 及時在凍結帷幕內對稱設置數個壓力釋放觀測孔,凍結開始后根據檢測數據及時進行泄壓以防凍脹,保證聯絡通道開挖及結構施工質量;開挖后,及時在結構 中國礦業大學建筑工程學院土木工程專業學科前沿講座課程報告

第 4 頁 的外層臨時支護(鋼格柵)背板后用水泥砂漿充填密實,利用隧道或聯絡通道內的注漿跟蹤注漿加以補強,以補償土層融沉,控制地表變形。

(2)由于混凝土和鋼管片相對于土層更易散熱, 并且會影響隧道管片附近土體的凍結質量,從而影響凍土整體穩定性和封土性。為此,我們考慮在冷凍區域隧道管片上鋪設保溫層,在其對面隧道管片加設冷凍板等保溫措施,切斷由于溫度變化,而出現外界水源補給的現象,以消除凍土帷幕可能存在影響安全的薄弱環節。

(3)加強凍結過程檢測, 在凍土帷幕內布置測溫孔,以便正確測定凍土帷幕厚度和判斷凍土帷幕是否交圈,并配合壓力釋放觀測孔進行檢測, 在凍脹達到一定壓力時,及時泄壓,減少對周圍土體及隧道的影響。

(4)在凍結、開挖兩側隧道內均增設環向預應力支撐,以防打開聯絡通道留口管片時, 隧道產生過大變形,而導致結構破壞。

(5)在凍結過程中, 加強積極、維護凍結的質量控制,使帷幕形成整體狀凍結土體, 消除后期冷生構造對融沉產生的不利影響。

(6)由于凍土的蠕變形很強,如遇凍土帷幕有明顯變形,溫度明顯回升, 立即用預制格柵加背板支撐,必要時調整開挖構筑工藝,并同時加強凍結,防止融沉過大,對周圍環境產生不利影響。

(7)由于聯絡通道的開挖和支護層施工時間較凍土帷幕的化凍時間短,根據礦山井筒凍結經驗, 由于偶然停凍對開挖安全不會產生大的影響。但是, 為了提高施工安全性,應選用可靠的凍結施工設備。

(8)在聯絡通道集水井部分施工時, 一般應割除其內凍結管,在此期間將結束人工凍結,因此, 必須合理安排、保證連續施工, 盡量減少溫度對其影響,同時, 加強停凍時的凍工帷幕監測,以便及時采取相關措施。

(9)由于人工凍結土體具有三維凍融的特征, 因此,在聯絡通道砼襯砌結構中, 分別在結構頂面、四周側面等處設置注漿孔,預埋注漿管,在施工后期, 采用注漿方式以補償解凍后出現的結構與凍結土體間的孔隙, 消除融沉可能造成的變形,注漿應配合凍土帷幕融化過程進行, 開始可注粘土水泥漿。

(10)在整個施工及解凍過程中, 嚴密監測隧道變形,特別是在解凍初期15d 內, 做好跟蹤補償注漿工作,當監測數據出現異常,應及時在變形較大部位周圍或對應面進行注漿,確保隧道等安全。實踐經驗

2005 年1月11日~ 2005年6月11日, 我們在北方某城市地鐵聯絡通道Ⅰ區間、Ⅱ區間進行了兩個聯絡通道(含集水井)的凍結法施工,由于聯絡通道上方10m左右為該城市主干道,施工期間,交通正常運行,凍結前后上部荷載不會有較大變化, 在采取上述措施的同時,除加強監測外,未考慮荷載影響,鑒于聯絡通道所處位置上方分布有較多的建筑物等, 因此, 我們在地面、房屋、管線布置了 50個監測點,在隧道內布置了162個監測點,從凍結鉆孔開始至施工結束后70d 左右進行了地面變形、隧道內沉降、水平、收斂等監測,以檢查聯絡通道在凍結前期、施工過程及后期,凍脹融沉是否給隧道及周圍環境帶來不利影響,我們從隧道內162個監測點中, 選取24個點的數據。從凍結開始至解凍脹融沉的監測數據看, 凍結 中國礦業大學建筑工程學院土木工程專業學科前沿講座課程報告

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周圍的土體發生或多或少的變形,其中隧道內監測值均控制在-10~ 10 mm 以內,另從地面監測的數據看,地面沉降值均控制在-30~ 10 mm 以內,凍漲基本發生在凍結期, 其中波動主要在凍結30d 以后,融沉發生在解凍后,解凍周期一般為1~ 2個月,在此期間, 變形波動緩慢、平穩,因此,在施工中嚴格按照科學、合理的施工方案進行施工與控制,凍脹、融沉不會對地鐵隧道產生不利或負面影響。

參考文獻

[1] 笱松平,等.天津地鐵1號線下瓦房—— 白樓旁通道凍結帷幕的設計與施工重點分析[J] ．煤炭工程, 2006, 3: 41-43 [2] 李智毅, 楊裕云.工程地質學概論[M].武漢:中國地質大學出版社, 1994.[3](前)蘇聯工程地質.(前)蘇聯歐洲地區[M] ．莫斯科: 能源出版社, 1992.[4] 袁聚云,徐超, 趙春風,等.土工實驗與原位測試[M].上海:同濟大學出版社, 2004.[5] 周幼吾,郭東信,邱國慶,等.中國凍土[M].北京:科學出版社, 2000.[6] 朱林楠.凍土工程地質勘測中的熱穩定性評價方法[A].青藏凍土研究論文集[C].北京: 科學出版社.1982.179592.[11] Anisimov O A , Nels on F E.Permafrost distribution in the NorthernHemisphere under scenarios of climate change[J ].G lobal and Plane2tary Change , 1996 , 14 : 59-72.5

第四篇：汽車學科前沿講座報告

本周的學科前沿講座使我們又回顧了不就前剛剛學過的汽車構造這么學科，讓我又有了新的收獲和理解。汽車學科前沿講座報告

汽車的發展史

卡爾·弗里特立奇·本茨（Karl Friedrich Benz，1844年11月25日－1929年4月4日），德國著名的戴姆勒－奔馳汽車公司的創始人之一，現代汽車工業的先驅者之一，人稱“汽車之父”、“汽車鼻祖”。

1890-1920 馬車過渡到汽車，金屬車身出現 1885年，德國工程師卡爾?本茨制成了世界上第一輛三輪車，并于1886年1月29日申請并獲得了發明專利，所以，1886年1月29日被認為汽車的誕生日。幾乎同時，,德國工程師戈特利布·戴姆勒也成功研制成一輛公認的以內燃機為動力的四輪汽車.1894年奔馳velo是最早的量產汽車.進入20世紀以后，汽車不再僅是歐洲人的天下了，特別是亨利.福特(HeneryFord)在1908年10月開始出售著名的“T”型車時，這種車產量增長驚人，短短19年，就生氣1500輛。此間的1913年福特汽車公司還首次推出了流水裝配線的大量作業方式，使汽車成本大跌，汽車價格低廉，不再僅僅是貴族和有錢人的豪華奢侈品了，它開始逐漸成為大眾化的商品。也是此時開始，美國汽車便成為世界寵兒，福特公司也因此成為名副其實的汽車王國。所以，人們說，汽車發明于歐洲，但獲得大發展那是在本世紀初30年代的美國。福特采用流水作業生產汽車，在汽車發展史上樹起了第三塊里程碑。

汽車基本知識

汽車一般由發動機、底盤、車身和電氣設備等四個基本部分組成.發動機：是一種由許多機構和系統組成的復雜機器。無論是汽油機，還是柴油機；無論是四行程發動機，還是二行程發動機；無論是單缸發動機，還是多缸發動機。要完成能量轉換，實現工作循環，保證長時間連續正常工作，都必須具備以下一些機構和系統。

汽車底盤構造 : 底盤： 底盤作用是支承、安裝汽車發動機及其各部件、總成，形成汽車的整體造型，并接受發動機的動力，使汽車產生運動，保證 正常行駛。底盤由 傳動系、行駛系、轉向系和制動系 四部分組成

汽車車身：是指汽車的外殼,內飾,坐椅等.汽車電器設備電氣設備： 汽車電氣設備主要由蓄電池、發電機、調節器、起動機、點火系、儀表、照明裝置、音響裝置、雨刷器等組成。

發動機的基本知識

汽車發動機主要結構是機體，其他構件都是安裝在機體上。主要由曲柄連桿機構，配氣機構，燃油供給系統，潤滑系統，冷卻系統，汽油機有點火系統，以及電子控制系統等。

汽油發動機（Gasoline Engine），是以汽油作為燃料的發動機。由于汽油粘性小，蒸發快，可以用汽油噴射系統將汽油噴入氣缸，經過壓縮達到一定的溫度和壓力后，用火花塞點燃，使氣體膨脹做功。汽油機的特點是轉速高，結構簡單，質量輕，造價低廉，運轉平穩，使用維修方便。汽油機在汽車上，特別是小型汽車上大量使用，至今不衰。

柴油發動機的優點是功率大、經濟性能好。柴油發動機的工作過程與汽油發動機有許多相同的地方，每個工作循環也經歷進氣、壓縮、做功、排氣四個行程。但由于柴油機用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸發，而其自燃溫度卻較汽油低，因此可燃混合氣的形成及點火方式都與汽油機不同。

汽車前沿技術

汽車的電子化、智能化、網絡化是現代汽車發展的重要標志，隨著消費者對汽車功能和性能要求的日益提高，汽車正在逐漸由機械系統向電子系統轉換，目前全球汽車電子產業面臨著高速增長的機遇。在國外，電子系統已占到一輛普通轎車總成本的30%，在高級轎車上比例更高，在國內，中高級轎車電子裝置的配置已經接近或達到了國外汽車工業發達國家水平。但我國汽車電子業總體上還與國外有很大差距，需要加大研究投入的力度。汽車電子技術經過兩個階段的發展，現正處在第三個階段。第一階段的汽車電子設備主要采用分立電子元件組成電子控制器，并開始由分立電子元件產品向集成電路產品過渡；第二階段則主要采用集成電路和8位微處理器開發汽車專用的獨立控制系統；第三階段開始于20世紀90年代，汽車電子設備廣泛采用16位或32位微處理器進行控制，控制技術向智能化、網絡化方向發展。在該階段出現了很多新的技術研究領域和研究熱點。

線控技術DBW

汽車的各種操縱系統正向電子化、自動化方向發展，在未來的5～10年里，傳統的汽車機械操縱系統將變成通過高速容錯通信總線與高性能CPU相連的電氣系統。如汽車將采用電氣馬達和電控信號來實現線控駕駛、線控制動、線控油門和線控懸架等，采用這些線控系統將完全取代現有系統中的液壓和機械控制。

CAN總線網絡

隨著電控單元在汽車中的應用越來越多，車載電子設備間的數據通信變得越來越重要，以分布式控制系統為基礎構造汽車車載電子網絡系統是很有必要的。大量數據的快速交換、高可靠性及廉價性是對汽車電子網絡系統的要求。在該網絡系統中，各處理機獨立運行，控制改善汽車某一方面的性能，同時在其它處理機需要時提供數據服務。汽車內部網絡的構成主要依靠總線傳輸技術。汽車總線傳輸是通過某種通訊協議將汽車中各種電控單元、智能傳感器、智能儀表等聯接起來，從而構成的汽車內部網絡。其優點有：減少了線束的數量和線束的容積，提高了電子系統的可靠性和可維護性；采用通用傳感器，達到數據共享的目的；改善了系統的靈活性，即通過系統的軟件可以實現系統功能的變化。CAN總線是德國博世公司在20世紀80年代初開發的一種串行數據通訊協議。它的短幀數據結構、非破壞性總線仲裁技術以及靈活的通訊方式，使CAN總線具有很高的可靠性和抗干擾性，滿足了汽車對總線的實時性和可靠性的要求。

機自

07-9班

王淼03071213

第五篇：學科前沿講座讀書報告

學科前沿講座讀書報告 注漿技術的應用與發展

學院（部）： 土木建筑學院 專 業： 巖土工程 學生姓名： 黃道良 學 號： 2010200440

2011

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