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实验方法与步骤
时间:2017-10-30

一、地下工程监测技术虚拟仿真实验系统

1、深基坑工程监测项目

实验目的

建筑物沉降监测虚拟仿真实验,将所涉及到的专业知识结合到虚拟仿真实验的学习中,让学生在虚拟仿真实验系统中全面了解和掌握本专业的知识,开拓眼界,增强学生的实践能力和解决问题的能力。通过虚拟现实技术展示建筑物沉降监测的内容及实现手段。建立一套融合教学演示、个人实践、虚拟实训的仿真场景,通过新颖、互动的新型教学模式,来强化学生的实际操作能力,巩固教学成果,提高教学效率与质量。

实验原理

深基坑监测项目包括建筑物沉降监测、地表沉降监测、基坑边坡监测和基底监测。通过三维仿真模型,真实的还原场景原型,根据不同基坑工程的施工图及现场条件,通过键盘、鼠标进行人机交互操作,合理选择监测点的布设、正确操作测量仪器,采集监测数据,整理分析数据和报表。

步骤要求

1)根据选定平面图进行监测点的布置

2)根据建筑物附近基坑的开挖进度分阶段测量每个控制点的沉降量

3)进行数据处理,分析基坑开挖对建筑物沉降的影响

实验结果与结论要求

记录建筑物在基坑开挖过程中各阶段的沉降量,并计算累计沉降量,绘制时间与沉降曲线,分析基坑对建筑物沉降的影响。

考核要求

根据学生使用时达到的进程,分析总体和单项的完成度。对于需要数据分析及处理的实验项目,系统自动记录学生操作过程,并在操作的每一步均记录虚拟仿真的操作结果,最终计算结果将于系统实际结果进行比对,一致者为合格。对于过程考核的实验项目,系统会对仿真的实验过程与进度进行记录。结合学生平时表现,最终按五级制给出考核结果。此外,实验完成时间和教师指导次数也应计入考核内容。

2、隧道拱顶变形监测项目

实验目的

隧道施工监测是隧道施工过程中需要经常性观察和动态量测的工作,需要采用监测量控、反馈分析和工程控制的信息化施工技术,实验最优的施工效果。隧道施工监测虚拟仿真实验可以让学生直观、高效、安全、系统的学习和掌握隧道施工过程中的实时监控量测技术。

实验原理

隧道施工监测项目通过对利用虚拟的三围隧道施工场景,模拟不同的围岩类型下监测、布置监测点、地质和支护状态观察及监测点数据量测。通过仿真虚拟平台一步步推进工程的进展,完成对隧道的动态监测及数据的及时采集。

步骤要求

1)选择一类围岩类型进行监测

2)进行地质和支护状态观察

3)布置监测点

4)进行周边位移量测

5)进行拱顶下沉量测

6)进行地表下沉量测

实验结果与结论要求

采用统一的沉降观测记录表做好观测数据的记录与整理。根据观测资料,及时绘制每个观测标志点的时间沉降曲线。根据数据结果进行综合分析,为隧道施工提供参考。

考核要求

根据学生使用时达到的进程,分析总体和单项的完成度。对于需要数据分析及处理的实验项目,系统自动记录学生操作过程,并在操作的每一步均记录虚拟仿真的操作结果,最终计算结果将于系统实际结果进行比对,一致者为合格。对于过程考核的实验项目,系统会对仿真的实验过程与进度进行记录。结合学生平时表现,最终按五级制给出考核结果。此外,实验完成时间和教师指导次数也应计入考核内容。

3、超声回弹法检测混凝土强度项目

实验目的

以地下工程虚拟仿真实验教学系统为平台,建立超声回弹综合法检测混凝土强度虚拟仿真实验项目。通过虚拟现实技术建立一套融合教学演示、个人实践、虚拟实训的仿真场景,通过新颖、互动的新型教学模式,来强化学生对超声回弹综合法的理解和掌握,并通过数据处理程序加强检测数据处理方法教学,提高实验教学效率与质量。

实验原理

通过超声回弹法检测混凝土强度虚拟仿真实验,学习典型的无损检测技术。通过利用回弹仪和超声波检测仪等设备,根据规范规定的操作步骤和顺序,测得回弹值和碳化深度及声时值数据并进行整理分析,来检测构件表面以及内部的强度状况。

步骤要求

1)回弹法检测虚拟仿真实验

①根据标准规定在虚拟仿真墙体上选择合适的测区

②根据选定的测区,确定回弹测点

③选择回弹仪,并用回弹仪按垂直于墙面90度的方式弹击墙面

④弹击指定的次数,并点击确认记录弹击的得到的数据

2)超声法虚拟仿真实验

①确定测区,测区尽可能选择在对测面上,根据回弹法选择的测区,在已经回弹完毕的测区上布置超声测点,超声测点的数量为3

②选择超声仪,连接超声仪器,并进行初始声时的测试

③对待测虚拟墙面的测区进行超声测试,记录声时值

3)检测数据处理

①对测得的回弹和超声结果进行数据计算和处理,并确认计算结果

②确定数据处理准确无误后,提交检测数据

③系统会根据检测数据自动判断检测结果的正确与否,对实验过程进行评价

实验结果与结论要求

熟练掌握超声回弹综合法的实验过程和操作,采用统一的记录表做好量测数据的记录与整理虚拟仿真实验操作结果应与系统预设方案和结果一致。

考核要求

根据学生使用时达到的进程,分析总体和单项的完成度。对于需要数据分析及处理的实验项目,系统自动记录学生操作过程,并在操作的每一步均记录虚拟仿真的操作结果,最终计算结果将于系统实际结果进行比对,一致者为合格。对于过程考核的实验项目,系统会对仿真的实验过程与进度进行记录。结合学生平时表现,最终按五级制给出考核结果。此外,实验完成时间和教师指导次数也应计入考核内容。


4、地下管道监测项目

实验目的

地下管线变形监测的目的在于掌握地下管线的变形量和变化速率,及时调整施工方案,采取有效保护措施。地下管道监测虚拟仿真实验可以在避免施工现场危险复杂、工程施工时间与实习时间不吻合等客观不利条件,利用信息化技术,在虚拟的场景下,了解地下管道系统,熟悉掌握各种监测方法,增强实验的参与度和互动性。

实验原理

地下管道监测虚拟仿真实验通过模拟不同方法测量地下管线的变形量和变化速率,来判断由于地下工程施工带来的岩土体变形及其产生的垂直位移和水平位移,当最大位移超出控制值应及时报警,同时加密监测频率,以便及时调整施工方案,采取有效措施加以保护。

步骤要求

1)实验之前进行地下管线的调查

2)在实验系统中辨识各类管线

3)地下管线抱箍式监测方法

4)地下管线直接箍式监测方法

5)地下管线模拟式监测方法

6)监测精度要求、设备操作要求、位移计算要求及控制对策

实验结果与结论要求

根据虚拟的具体工程条件,选择不同的管道监测项目,并在这一过程中随机接受教师的提问。实验结束后,学生可以根据实验过程用自己的语言描述整个施工工序及注意事项。结合学习结果完成地下管道监测方法总结。

考核要求

根据学生使用时达到的进程,分析总体和单项的完成度。对于需要数据分析及处理的实验项目,系统自动记录学生操作过程,并在操作的每一步均记录虚拟仿真的操作结果,最终计算结果将于系统实际结果进行比对,一致者为合格。对于过程考核的实验项目,系统会对仿真的实验过程与进度进行记录。结合学生平时表现,最终按五级制给出考核结果。此外,实验完成时间和教师指导次数也应计入考核内容。

二、地下工程典型施工技术虚拟仿真实验系统

1、基坑工程典型施工方法虚拟仿真项目

实验目的

基坑工程是城市地下空间工程中的重要一项,基坑工程典型施工方法虚拟仿真实验通过模拟不同基坑深度、工程地质和水文条件、地面环境条件等,让学生经过比较确定支护措施,提高学生解决实际问题的综合能力。

实验原理

通过三维仿真模型,真实的还原场景原型,根据不同基坑工程的施工图及现场条件,通过键盘、鼠标进行人机交互操作,合理选择施工过程及施工方法,开展实验。

步骤要求

1)基坑开挖及降水开挖总体方案仿真实验

①确认建筑物位置的标准轴线桩、水平桩及灰线尺寸

②决定挖土方案,包括开挖方法、挖土顺序、堆土弃土位置、运土方法及路线等

③确认障碍物和地下管道已进行处理或迁移

④确认排水或降水的设施准备就绪

2)基坑开挖及降水开挖总体方案仿真实验

①考虑场区外周边施工环境因素,合理确定基坑开挖时间

②确定季节性变化对地下水位影响

③本工程深基坑开挖及降水开挖方案的优化原则

④基坑开挖时进行开挖方法(整体开挖、分步开挖)和支护方法(整体支护、分布支护)的选择,提供选择方案,每个方案提供适用条件,提供几种开挖机械或工具供选择。可设置开挖和支护步数选择,选定后,基坑模型可随开挖步数和范围进行变化。让学生了解开挖方案的重要性和开挖方法的要求

⑤提供基坑支护类型选项,并提供各种支护类型的使用条件供学生参考,根据给定岩土性质计算典型面或点的支护结构的参数和验算基坑的稳定性。此处可设置选择项或是填空项,若是选择不恰当,基坑模型显示未达要求,并演示变形破坏动画,设置返回项可重新设置。让学生掌握基坑支护工程的选型要求

⑥根据给定岩土性质进行降水方案的选择和布置,提供方案选择,并在模型上进行降水布置,此处考虑降水影响,若是排水能力小于要求和降水过大均不能进行下一步,演示基坑突、涌水和地面沉降变形情况,并提示重新完善。让学生掌握降水工程的布置要求

实验结果与结论要求

根据设计的支护类型和基坑条件,根据开挖分步情况,显示支护结构的安装受力情况,并能演示支护不适时变形破坏情况。

依据场地模型、降水方案情况,显示降水过程,及地面沉降情况,若是降水方案不符合要求,要进行突涌水分析,设置突、涌水点,并能进行地面沉降变形的演示。设置严重等级,严重时演示因降水方案不当引起的基坑变形破坏。

考核要求

根据学生使用时达到的进程,分析总体和单项的完成度。对于需要数据分析及处理的实验项目,系统自动记录学生操作过程,并在操作的每一步均记录虚拟仿真的操作结果,最终计算结果将于系统实际结果进行比对,一致者为合格。对于过程考核的实验项目,系统会对仿真的实验过程与进度进行记录。结合学生平时表现,最终按五级制给出考核结果。此外,实验完成时间和教师指导次数也应计入考核内容。


2、地铁车站典型施工方法虚拟仿真项目

实验目的

地铁车站的施工过程复杂,影响因素众多,作为该专业的初学者,大学生很少有机会能够全程跟踪车站施工的全过程,本模块的目的就是通过地铁车站建设的多种施工方法模块的学习,使得学生能够清晰和真实的体会地铁车站施工的步骤及注意事项,增强学生对该部分知识的理解和掌握。

实验原理

通过三维仿真模型,真实的还原场景原型,根据不同地铁车站的施工方案,通过键盘、鼠标进行人机交互操作,依据理论课中学习的施工过程及施工方法,开展实验。

步骤要求

1)地铁车站明挖法施工

①在整个施工过程中,依据图纸划定建筑红线,并开展土方开挖工作

②建筑基础施工

③墙柱施工

④梁板施工

(2)地铁车站暗挖法施工

①竖井开挖

②横通道施工

③导洞开挖

④桩柱施工

⑤梁拱施工

⑥土方开挖及导洞侧壁破除

⑦梁板施工

实验结果与结论要求

依据理论学习的内容,在教师的指导下完成整个施工过程,并在这一过程中随机接受教师的提问。实验结束后,学生可以根据实验过程用自己的语言描述整个施工工序及注意事项。结合学习结果完成地铁车站典型施工方法总结。

考核要求

根据学生使用时达到的进程,分析总体和单项的完成度。对于需要数据分析及处理的实验项目,系统自动记录学生操作过程,并在操作的每一步均记录虚拟仿真的操作结果,最终计算结果将于系统实际结果进行比对,一致者为合格。对于过程考核的实验项目,系统会对仿真的实验过程与进度进行记录。结合学生平时表现,最终按五级制给出考核结果。此外,实验完成时间和教师指导次数也应计入考核内容。

3、隧道、地铁区间施工方法虚拟仿真项目

实验目的

通过虚拟仿真技术,让学生直观感受隧道在地表以下地层中的施工成型及线路走向。配合以盾构机施工,呈现出一套完整建造隧道及地铁区间的施工过程。通过实验提高学生的专业兴趣,激发学生的创新能力。

实验原理

通过虚拟仿真技术真实呈现目前在浅埋软土层中修建地铁隧道、公路隧道、市政隧道,常用的暗挖隧道的施工方法盾构法。根据三维场景下盾构机的工作顺序,展现完整的隧道施工方法。

步骤要求

1)施工机械的选择

2)盾构机进洞

3)推进作业

4)管片运输及拼装

5)隧道的二次衬砌

实验结果与结论要求

通过虚拟仿真技术根据三维场景下施工条件,完成利用盾构机进行隧道及地铁区间施工,掌握完整的隧道施工方法。实验结束后,学生可以根据实验过程用自己的语言描述整个施工工序及注意事项。结合学习结果隧道及地铁区间典型施工方法总结。

考核要求

根据学生使用时达到的进程,分析总体和单项的完成度。对于需要数据分析及处理的实验项目,系统自动记录学生操作过程,并在操作的每一步均记录虚拟仿真的操作结果,最终计算结果将于系统实际结果进行比对,一致者为合格。对于过程考核的实验项目,系统会对仿真的实验过程与进度进行记录。结合学生平时表现,最终按五级制给出考核结果。此外,实验完成时间和教师指导次数也应计入考核内容。

三、地下工程设备虚拟仿真实验系统

1、地铁及轻轨轨道铺装施工虚拟仿真项目

实验目的

了解并熟悉地铁及轻轨的地下线一般整体道床“架轨法”施工过程。铺轨基地、区间施工现场、铺轨工程所需机械设备。

实验原理

虚拟仿真系统将“架轨法”施工过程分解为10道工序,模拟施工现场场景及施工步骤,学生通过观看、互动式操作学习每道工序的施工方法和特点。

步骤要求

1)施工准备

2)隧道底板清理凿毛

3)铺轨基标测设

4)底层钢筋绑扎

5)轨排生产

6)轨排吊装

7)轨排架设调整

8)钢筋绑扎及焊接

9)模板安装

10)混凝土浇筑及养护

实验结果与结论要求

依据理论学习的内容,在教师的指导下完成整个施工过程,并在这一过程中随机接受教师的提问。实验结束后,学生可以根据实验过程用自己的语言描述整个施工工序及注意事项。结合学习结果完成地铁及轻轨轨道铺装施工方法总结。

考核要求

根据学生使用时达到的进程,分析总体和单项的完成度。对于需要数据分析及处理的实验项目,系统自动记录学生操作过程,并在操作的每一步均记录虚拟仿真的操作结果,最终计算结果将于系统实际结果进行比对,一致者为合格。对于过程考核的实验项目,系统会对仿真的实验过程与进度进行记录。结合学生平时表现,最终按五级制给出考核结果。此外,实验完成时间和教师指导次数也应计入考核内容。

2、地下典型机械设备施工虚拟仿真项目


实验目的

地下典型机械设备施工虚拟仿真实验教学系统,将所涉及到的专业知识结合到虚拟仿真实验的学习中,让学生在虚拟仿真实验系统中全面了解和掌握本专业的知识并能开拓眼界,增强学生的实践能力和解决问题的能力。

实验原理

通过虚拟现实技术展示盾构法掘进隧道的内容及实现手段。建立一套融合教学演示、个人实践、虚拟实训的仿真场景,通过新颖、互动的新型教学模式,来强化学生的实际操作能力,巩固教学成果,提高教学效率与质量。

步骤要求

1)盾构机施工

2)建立工作井

3)盾构在工作井内安装就位

4)盾构出洞(依靠盾构千斤顶推力将盾构从开始工作井推出)

5)盾构在地层中沿着设计轴线推进

6)安装衬砌管片、注浆-进洞(进入终端工作井)并被拆除

实验结果与结论要求

实验结束后需要得出在盾构掘进施工过程中针对土质情况进行的刀盘选择;盾构进出洞的基本要求;盾构推进过程中盾构姿态的控制以及衬砌的选型;结合学习结果完成盾构施工方法总结。

考核要求

根据学生使用时达到的进程,分析总体和单项的完成度。对于需要数据分析及处理的实验项目,系统自动记录学生操作过程,并在操作的每一步均记录虚拟仿真的操作结果,最终计算结果将于系统实际结果进行比对,一致者为合格。对于过程考核的实验项目,系统会对仿真的实验过程与进度进行记录。结合学生平时表现,最终按五级制给出考核结果。此外,实验完成时间和教师指导次数也应计入考核内容。



















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