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新工科背景与土木工程专业人才培养的改革——以河南理工大学土木工程学院为例

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文教资料 2018年第8期 126-127页

作者：赵宇朱伶俐余永强河南理工大学土木工程学院河南焦作454000 河南理工大学材料科学与工程学院河南焦作454000

新经济的蓬勃发展促成了新工科的出现,新工科的建设对工程教育的改革和发展提出了新的挑战。在此背景下,河南理工大学土木工程学院根据国家、行业和地方经济社会发展需要,结合土木工程专业的发展优势和特色,从大类招生、优化方向、强化... 详细信息

新经济的蓬勃发展促成了新工科的出现,新工科的建设对工程教育的改革和发展提出了新的挑战。在此背景下,河南理工大学土木工程学院根据国家、行业和地方经济社会发展需要,结合土木工程专业的发展优势和特色,从大类招生、优化方向、强化教师工程实践能力培养、培养方案、产学研合作育人、创新创业教育、质量评价等方面对构建＂新型＂土木工程专业进行探索与实践,以期为同类高校相近专业开展新工科建设提供参考和借鉴。

关键词：新工科行业高校土木工程专业人才培养

碳纤维增韧注浆体试块动态压缩力学特性及其数值模拟

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中国矿业大学学报 2024年第03期53卷 600-612页

作者：朱昌星吴大志孙家鑫河南理工大学土木工程学院

为研究存在大量细微裂隙砂层的注浆加固效果，以级配砂砾为被注材料，碳纤维改性超细水泥基浆液为注浆材料，进行室内注浆试验.以注浆体试块(GCB)为研究对象，开展分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击及其LS-DYNA模拟试验、扫描电子显微镜(SEM... 详细信息

为研究存在大量细微裂隙砂层的注浆加固效果，以级配砂砾为被注材料，碳纤维改性超细水泥基浆液为注浆材料，进行室内注浆试验.以注浆体试块(GCB)为研究对象，开展分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击及其LS-DYNA模拟试验、扫描电子显微镜(SEM)试验，对不同应变率试块动态压缩力学性能及碳纤维增韧机理进行研究.研究结果表明：随着应变率的增加，碳纤维(CF)对试块的增强效果逐渐增大，碎块数目增加，碎块尺度降低；模拟结果与试验基本一致，试块能量耗散率呈现应变率无关性，波动范围约在40%,水泥浆耗散能占总耗散能的85%以上，1%CF试块能量耗散率均略高于0%CF试块；通过SEM图像发现，试块基体中碳纤维的失效模式主要为拉拔破坏，少数为断裂破坏，碳纤维从基体中拔出或断裂吸收能量，阻止其破坏，且纤维改变微裂纹扩展路径，从而提高试块整体的力学性能.基于MATLAB创建碳纤维随机分布的数值模型，基体中不同位置、角度的碳纤维承受的轴向应力差距较大，碳纤维与冲击方向夹角的增大，碳纤维的主要承载方式由受压变为受拉.

关键词：碳纤维注浆固结体能量耗散 SHPB LS-DYNA

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含初始损伤饱水花岗岩的冲击破坏规律

爆炸与冲击 2024年

作者：褚怀保陈璐阳杨小林王东辉魏海霞孙博河南理工大学土木工程学院

为研究冲击荷载作用下饱水和初始损伤对花岗岩宏观和微观破坏特征的影响。开展了X射线衍射（XRD）试验、霍普金森（SHPB）试验、电镜扫描（SEM）试验，利用分形维数对花岗岩破碎块度、断口图像进行了分析，探讨了图像放大倍数对分形维... 详细信息

为研究冲击荷载作用下饱水和初始损伤对花岗岩宏观和微观破坏特征的影响。开展了X射线衍射（XRD）试验、霍普金森（SHPB）试验、电镜扫描（SEM）试验，利用分形维数对花岗岩破碎块度、断口图像进行了分析，探讨了图像放大倍数对分形维数的影响，并对冲击荷载作用下饱水对花岗岩的微观致裂机制进行了简要分析。结果表明：饱水后花岗岩中角闪石、钠长石、微斜长石、石英占比出现了减少，而高岭石占比显著提高；随着初始损伤的增大花岗岩的动态峰值应力逐渐减小，而破碎程度和块度分形维数逐渐增大，且初始损伤对块度分形维数影响要大于饱水的影响；随着初始损伤的增加，断口图像中出现更多的微裂纹和碎屑，图像的分形维数也逐渐增大；在一定范围内断口图像分形维数随着图像放大倍数的增大而增大，但当超过一定的倍数后会导致分形维数的减小。研究成果可为受扰动后含初始损伤饱水花岗岩体的破坏失稳机制分析提供理论和工程分析参考。

关键词：岩石动力学矿物成分破碎块度断口微观形貌分形维数

纳米SiO/CaCO复掺对全再生粗骨料混凝土性能的影响

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复合材料学报 2024年

作者：鲍玖文罗淦马士伟宋强张鹏丁亚红陈旭青岛理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院

与天然粗骨料相比，再生粗骨料因其破碎过程中产生不可避免的损伤以及附着的旧砂浆使其基本物理性能较差，制备所形成再生混凝土(RAC)因其多重界面而使其力学及耐久性能较差。为了进一步提升RAC性能，基于此，开展了不同纳米SiO2(NS)与... 详细信息

与天然粗骨料相比，再生粗骨料因其破碎过程中产生不可避免的损伤以及附着的旧砂浆使其基本物理性能较差，制备所形成再生混凝土(RAC)因其多重界面而使其力学及耐久性能较差。为了进一步提升RAC性能，基于此，开展了不同纳米SiO2(NS)与纳米CaCO3(NC)单/复掺改性全再生粗骨料混凝土(FRAC)力学及吸水性能的试验研究，其中NS掺量为S=1%、2%、3%，NC掺量为C=1%、3%、5%，并通过SEM方法在微观尺度上表征了纳米材料单/复掺对其微观形貌的改性效果。结果表明：无论纳米材料单掺还是复掺形式，在适量的掺入范围内，RAC抗压强度和劈裂抗拉强度均随着纳米材料掺量的增加而增大；但当NC掺量达到5%时，会生成过量的低碳型水化碳铝酸钙，其发生团聚后RAC强度会出现一定程度的降低，但总体仍高于未改性前的强度，当复掺比例为1%NS和3%NC时，可达到3%NS单掺的效果。RAC毛细吸水质量和吸水率随着纳米材料掺量的增加呈现下降的趋势，总体上复掺改善效果好于单掺情况，且纳米材料最佳掺量为3%。SEM结果也进一步证实，当两种纳米材料复掺量为3%时(S3C3)，RAC内部孔隙和微裂缝最少，且界面过渡区(ITZ)更致密，表明纳米材料复掺改性效果较好。

关键词：再生混凝土纳米SiO 纳米CaCO 力学性能耐久性能

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非饱和边坡锚托板支护结构稳定性分析

岩石力学与工程学报 2024年第06期43卷 1443-1454页

作者：彭俊国黄宇豪宋然然章承志兰州理工大学土木工程学院

为了完善锚托板支护边坡的设计方法，根据边坡内部平衡提出锚托板尺寸的计算公式，通过变分法和极限平衡法得到非饱和锚托板支护边坡安全系数的计算公式。利用瞬态渗流模拟降雨工况，得到边坡安全系数随降雨时间的变化规律，并分析边坡... 详细信息

为了完善锚托板支护边坡的设计方法，根据边坡内部平衡提出锚托板尺寸的计算公式，通过变分法和极限平衡法得到非饱和锚托板支护边坡安全系数的计算公式。利用瞬态渗流模拟降雨工况，得到边坡安全系数随降雨时间的变化规律，并分析边坡安全系数变化的内部机制。通过4个算例将安全系数的计算结果与现有方法的计算结论进行对比，验证本文方法的合理性。分析降雨强度、地震工况和锚托板支护工况对边坡稳定性和滑移面的影响，结果表明强降雨和地震都会显著降低边坡稳定性，水平和竖直向上的地震力会导致更深的滑动面，而竖直向下的地震力却会导致更浅的滑动面。提出方法不仅可以计算饱和与非饱和边坡安全系数，而且可以计算瞬态渗流、稳态渗流下的边坡安全系数，有较强的适用性。为了便于工程应用，通过对比将锚托板布置在不同竖向间距时的边坡安全系数，给出锚托板竖向3 m间距布置的工程建议。提出锚托板尺寸设计的简便方法，由简便设计方法得到的锚托板尺寸远低于目前的经验设计尺寸。

关键词：边坡工程变分法锚托板瞬态渗流地震作用

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低温和含水率对重塑性煤体抗剪强度影响研究

矿业安全与环保 2024年第2期51卷 127-132,140页

作者：孙修伟梁为民李敏敏岳高伟蔺海晓河南理工大学土木工程学院河南焦作454000

为了研究温度—含水率耦合作用下重塑性煤体抗剪强度的变化规律,保障松软煤层安全高效稳定开采,采用直剪试验分析了重塑性煤体在较低温度(20、0、-10、-20、-30、-40℃)、一定含水率(0、0.8%、4%、8%、12%、16%)耦合作用下的抗剪强度特... 详细信息

为了研究温度—含水率耦合作用下重塑性煤体抗剪强度的变化规律,保障松软煤层安全高效稳定开采,采用直剪试验分析了重塑性煤体在较低温度(20、0、-10、-20、-30、-40℃)、一定含水率(0、0.8%、4%、8%、12%、16%)耦合作用下的抗剪强度特性,并通过数学统计分析了温度与含水率对抗剪强度的影响。研究结果表明:含水率为0时重塑性煤体的黏聚力随着温度的降低呈幂指数增加;温度—含水率耦合作用下重塑性煤体的抗剪强度均与垂向应力成正比,均符合莫尔-库仑准则;在温度为10~20℃、含水率为12%~16%时,黏聚力达到最大值322.9 kPa,最小值138.0 kPa出现在温度-40℃、含水率4%附近;在-20~-40℃温度下,重塑性煤体内摩擦角随含水率的增加逐渐降低至最小值18.25°;当含水率为6%~13%、温度为-20~10℃时,内摩擦角达到最大值31.45°,对应抗剪强度达到最大值。温度—含水率耦合作用下,重塑性煤体抗剪强度、内摩擦角与黏聚力均受温度的影响较大。

关键词：重塑性煤低温含水率抗剪强度黏聚力内摩擦角

水力压裂体积张开度-应力扰动本构关系及压裂效果调控

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力学学报 2024年第7期56卷 2150-2163页

作者：王利南亚坤许朔曹运兴田林张军胜石玢河南理工大学土木工程学院河南焦作454000 河南理工大学资源环境学院河南焦作454000

储层体积张开和应力扰动是水力压裂过程中相互伴生的力学行为.前者创造了储层水力裂隙网络,包括主裂缝和分支裂缝网络,它们为游离气提供运移通道.后者是储层基质骨架上的压应力增量,包括主裂缝应力扰动和静水应力扰动,它们通过在脆性储... 详细信息

储层体积张开和应力扰动是水力压裂过程中相互伴生的力学行为.前者创造了储层水力裂隙网络,包括主裂缝和分支裂缝网络,它们为游离气提供运移通道.后者是储层基质骨架上的压应力增量,包括主裂缝应力扰动和静水应力扰动,它们通过在脆性储层产生剪胀扩容或在塑性储层产生塑性变形,控制骨架基质吸附气的解吸和扩散通道.二者共同决定水力压裂的工程效果.为了进行压裂效果调控,文章建立体积张开度-应力扰动本构关系,包括体积张开度-应力扰动细观机理、数学表达式以及施加流体载荷的方法,从而将水力压裂众多影响因素融入一个模型中.水平井压裂实例表明,该本构关系揭示了水力压裂和效果评价的各主要力学特征、机制和影响因素,可以反映断裂传播机制(黏性-储存主导机制和黏性-滤失主导机制)、压裂液(水、液态CO_(2)、超临界CO_(2)和N2)以及流量对体积张开度和应力扰动的影响,为建立压裂效果调控机制:流体载荷-体积张开度-应力扰动-长效导流机制,奠定了关键理论基础.

关键词：水力压裂体积张开度应力扰动本构关系效果调控

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应变硬化水泥基复合材料氯盐传输行为的细观数值分析

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复合材料学报 2024年第4期41卷 2137-2147页

作者：鲍玖文孔令艳张心钰张鹏秦玲郭伟娜青岛理工大学土木工程学院青岛266520

应变硬化水泥基复合材料(SHCC)因其具有高延性、裂缝宽度可控等优点已被广泛应用于海洋腐蚀严重区域的混凝土结构加固与修复工程中。基于此,提出了海洋干湿循环作用下SHCC中氯离子传输的对流-扩散模型,并利用COMSOL仿真软件建立考虑纤... 详细信息

应变硬化水泥基复合材料(SHCC)因其具有高延性、裂缝宽度可控等优点已被广泛应用于海洋腐蚀严重区域的混凝土结构加固与修复工程中。基于此,提出了海洋干湿循环作用下SHCC中氯离子传输的对流-扩散模型,并利用COMSOL仿真软件建立考虑纤维乱向分布的二维细观模型;通过开展人工室内模拟海洋浪溅区SHCC氯离子传输试验,分析了不同干湿循环比(3.0∶1、11.0∶1和85.4∶1)和不同暴露时间(30天、90天和180天)下的氯离子含量时空分布规律,对比验证了模拟氯盐传输行为的细观数值模型的有效性。结果表明:随着暴露时间的延长,SHCC氯离子峰值浓度增大,且随着干湿循环比的增加峰值浓度升高;随着渗透深度增大,氯离子浓度迅速下降并最终趋于稳定,使氯离子浓度整体表现出峰值浓度较高而传输深度较小的规律;基于Fick第二定律解析解并考虑对流区的影响,SHCC的表面氯离子浓度(Cs)和表观氯离子扩散系数(Dapp)均呈现明显的时变性,干湿循环比一定时,随着暴露时间的延长而分别增大和减小;当干湿循环比为85.4∶1,暴露时间为90天和180天时Cs相较于30天分别提高了51.72%和83.45%,Dapp分别降低了27.71%和48.50%;暴露时间一定时,随着干湿循环比的增加,Cs和Dapp均呈现先增大后减小的趋势;最后将氯离子含量分布实测值与计算值进行对比,验证了所建立的干湿循环作用下氯盐传输的扩散-对流模型的适用性。

关键词：应变硬化水泥基复合材料干湿循环氯离子传输细观数值模拟

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基于深度学习的隔震构造节点检测方法

东南大学学报（自然科学版） 2024年第4期54卷 944-951页

作者：党育陈一杰贺一哲何亚兰州理工大学土木工程学院兰州730050

为提高隔震构造节点的检测效率和效果并实现其自动化检测,按构造做法将隔震构造节点分为设置水平隔震缝构造节点、设置竖向隔震缝构造节点和管线设置柔性连接构造节点3类.选取设置水平隔震缝的隔震构造节点,根据其检测要求和缺陷特征,... 详细信息

为提高隔震构造节点的检测效率和效果并实现其自动化检测,按构造做法将隔震构造节点分为设置水平隔震缝构造节点、设置竖向隔震缝构造节点和管线设置柔性连接构造节点3类.选取设置水平隔震缝的隔震构造节点,根据其检测要求和缺陷特征,提出了一种基于深度学习的隔震构造节点检测方法.通过实地拍摄国内128个隔震工程的隔震构造节点图像,建立并标定了隔震构造节点数据集,将深度残差网络模型与迁移学习技术相结合,构建了隔震构造节点检测模型.结果表明,该模型在测试集上的识别准确率达到98.4%,F_(1)分值为0.984,可较好地提取水平隔震缝特征,准确判断隔震构造节点是否存在水平隔震缝缺陷,从而实现设置水平隔震缝构造节点的自动检测.

关键词：深度学习隔震建筑水平隔震缝缺陷检测