DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 7. 结论 本文对搅拌摩擦焊缝进行了涡流检测，设计的三维运动平台滚珠丝杠具有较好的线性关系和惯性载荷。圆台状涡流差分传感器检测差分信号，并对其进行了COMSOL电磁仿真，比较了有缺陷和无缺陷的铝试件磁场的分布，研究分析了没有铁磁屏蔽和铁磁屏蔽的单励磁线圈的仿真结果，与非屏蔽单线圈相比，铁磁屏蔽探头产生的磁感应线难以穿透屏蔽层，表明当单元探针设置有高电导率屏蔽层时，可以有效地减小线圈之间的互感干扰，并且较小的励磁电流可以获得较强的磁场。同时，电流的减少大大降低了探头的热输出，也避免了检测工作中温度漂移对探头的影响。为了更清楚地显示铁磁金属材料的特性，建立了基于非铁磁金属模拟模型的铁磁金属检测模型。利用蚁群算法对焊缝的轮廓进行了识别，并且对信号依次进行了奇异值分解去噪、卡尔曼滤波、RBF优化卡尔曼滤波，取得了良好的去噪滤波效果。
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user: 摘要 小班研讨教学是提升高校人才培养质量的重要举措。如何结合专业特点，在专业基础课上开展小班研讨教学，对一线教师既是机遇也是挑战。本文以《植物生理学》为课程载体，结合几年的教学实践，通过建立完善的线上网络课堂体系、积累丰富的研讨科学问题库、充分利用翻转课堂和完善多元化考核方式，为专业基础课小班研讨教学在研究性高等院校的开展和推进提供具体可借鉴和执行的依据和模式。
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user: 1. 引言 随着国家对本科生创新能力培养要求的增强，如何从传统的“满堂灌”的输入式教育转向学生参与的研讨式教学，即“从教师将知识传授给学生”向“让学生自己去发现和创造知识”转变 [ 1 ]，一直是我国高校教育工作者在实际教学中面临的挑战。其中，小班研讨课是世界一流大学普遍采用的教学组织形式，也是提高人才培养质量的重要举措 [ 2 ]。在西方名校的本科教育中，比如哈佛、耶鲁两所大学里，75%课程的教学规模不超过20名学生 [ 3 ]。在国内的一流高校，比如四川大学、北京大学等逐渐展开小班研讨教学，已经取得了可喜的效果 [ 4 ]。因此，开展小班研讨教学，对于一线教师，即是机遇也是挑战。 中国农业大学食品科学与工程学科作为国家一流建设高校的一流学科，如何结合自己专业特点，在专业基础课上开展小班教学？除了政策上的支持外，主讲教师及教学组，如何在教学方法与教学手段上设计与以往灌输式教学不同的教学形式与内容？如何开展不同的考核方式？都需要一线主讲教师针对一门具体的课程，进行系统的设计、实践、反馈及总结。 《植物生理学》是食品学院葡萄与葡萄酒工程专业必修课程，32学时，于大三秋季学期开课。此时，学生逐渐由基础性课程的学习，转入到专业课程学习。具体表现为，学生在积累了厚实的基础课知识之后，学习的重心转入实践性和应用性更强的专业课和专业基础课上。《植物生理学》由于涉及植物生命活动规律及调控机制的讲解，课程内容覆盖面广，可设计研讨的内容点选择性大，即生动可视有趣，又涵盖最新科学现象研究进展，从趣味性、科学性上，《植物生理学》都是具有自身优势；另一方面，葡萄与葡萄酒工程专业的学生选课人数符合小班教学人数，客观上为本门课程开展小班教学提供了便利条件。因此，本文以葡萄与葡萄酒工程专业的专业基础课《植物生理学》为教学载体，通过近几年的摸索实践，探究出一套适合并可执行的课堂讲授与研讨结合的小班教学模式和方法，为专业基础课小班教学在研究性高等院校的开展和推进提供可借鉴和执行的依据和模式。
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user: 2. 建立完善的线上网络课堂体系 随着高等教育改革的深化，众多的教育部、省属高校都在本科生教育上为教师和学生提供了网络教学综合平台，为教师与学生线上互动提供了有效的沟通方式。中国农业大学是较早一批使用网络教学综合平台的高校(http://jx.cau.edu.cn/meol/)。该平台具有上传课件、布置作业、答疑、互动、问卷、考核等多项功能。 利用学校的网络课堂，开课前2周将课堂讲授PPT，权威的国际英文版教材《Plant physiology》及相关的经典英文文献，上传网络课堂，对学生开放，使学生能及时获取课程相关学习资料和信息。 同时，提前建立选课学生《植物生理学》课程学习微信群，在开课前一周发送本学期课程信息数据包(Course Information Packet)，内容包括课程内容和预期、完整详细的教学内容进度安排、课程学习目标及评价体系、考核时间、平时及期末成绩占比。为了确保选课同学熟悉课程大的框架和并熟知学习预期、目标，在开课前3天，要求每位选课同学回复对课程的认知和预期及建议。 综合利用学校层面的网络教学综合平台和微信群，为小班教学研讨课线上教学顺利开展，奠定了坚实的基础。
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user: 3. 建立小组陈述的课堂讨论科学问题库及研讨实施 小班教学，由于学生人数一般在20名以内，因此是有效组织研讨式教学的活动单位。对于专业基础课和专业课的研讨式教学，如何合理安排适合的教师讲授和学生研讨课时数比例？同时保证每次课研讨内容都可以有效的开展是关键而核心的问题。通过近3~4年的《植物生理学》课程教学实践，我们发现小班教学课堂讲授占比在60%~70%，课上讨论占比不少于30%的比例下，即可以有效的开展课堂研讨，又可以保障教师完成课程必要内容的讲授。课堂研讨内容可包括小组课堂陈述、小组讨论和课堂提问等多个环节。其中小组陈述研讨，由于研讨内容多样，贯穿整个教学周期，根据课程讲授内容，建立课堂研讨科学问题库，可以成为广泛推广的研讨模式。下面针对小组研讨的具体实施过程加以介绍。 小组课堂陈述研讨要有效的实施，需要从内容设计、研讨要求、考核指标等多方面进行准备。小组陈述的研讨，一定是在课前要有设计，否则课上随机进行，会导致出现无人反应、回答的场景。首先课前学生分好组，按课程日期排好学生陈述时间表，建议课堂陈述研讨2人一组更为有效（20人班级，会设置10次话题不同的小组课堂研讨）。随后，最为重要的就是研讨题目及内容的确定。为了能让学生们充分准备研讨内容，同时保证参与研讨的同学有相同的准备时间。每组研讨内容会在实施前10天详细布置给相应研讨小组。根据课程进度及内容，会随机（也根据学生疑问、社会热点）设计一道和课程内容相关的开放式有趣的科学问题，根据学生陈述时间表，定时按顺序释放给学生。由于植物生理学涉及植物生命活动全过程，内容设计上，可选择生活中和学生生活、周围环境、社会热点相关的话题，比如在光合作用这章，我们给学生设置了“红色叶子的植物能进行光合作用吗？“强光下植物会晒黑吗？”这样直观的即符合年轻人兴趣点、同时又具有科学性的问题，极大的促进学生学习的积极性。研讨题目定下来后，为了让学生更能聚焦研讨内容，教师需要具化研讨的知识点，以“强光下植物会晒黑吗？”为例，给学生提供了如下提纲：1) 高光强对植物伤害的表型有哪些？2) 高光强的照度范围是多少？3) 植物对高光伤害有何应对措施？4) 对其中植物某一个保护机制进行举例说明。当然为激励学生自主思考，对于可延展研讨内容的学生，会给予附加分值。 主讲教师讲准备好的研讨内容，包括问题题目、要求及具体需要完成内容的提纲、完成人及陈述时间要求(控制在10分钟比较理想)等，一并上传网络课堂的课程通知中，保证每个学生都可以及时看到问题。 在准备研讨内容过程中，学生要根据问题，课下通过查阅文献、书籍等完成课程讨论所要求的内容，并做好PPT，在课堂上做完成讲解和分享(要求小组成员通过分工都要参与课堂陈述)；其他同学则将按要求准备的内容以书面形式上交，并在课堂上提出问题，与做陈述的学生进行讨论。 在具体执行过程中，陈述环节学生通常完成的比较理想，随后针对陈述内容的质疑、提问，回答之类的讨论过程，可能会由于学生程度不同，而出现无法做出合理解释的场景，教师在这个过程要给与合适的引导和回答。研讨的最终目的是让学生学会找到真理的方式、方法和途径，而不是单纯的拿到正确的答案。在讨论过程中，引导学生多思考、多提问，激发学生主动参与研讨的潜能。其中，根据不同学生的特点，给予独具个性的鼓励，会让讨论更有正向促进意义，比如有些学生表达逻辑性强，有些学生善于思考，有些学生PPT色彩搭配和谐舒服等等。同时，根据课堂讨论发言活跃度，会给与相应的加分。 最终，教师根据学生完成的情况、参与度、所准备的PPT和书面内容以及在课堂讨论陈述中的逻辑和表达、对问题探讨与思考的深度和广度、学习态度、PPT美观度等等，设置考核成绩级别。 小组课堂讨论，现今已经开展3年。通过每年的课程积累，形成了大约30多个题目的课程相关的科学问题库。这些问题，即增强了课堂讨论的活跃度，也拓展了学生课本外的知识，同时也丰富了老师的资源库。下面表1为具体问题设置及要求示例。 Table 1 Examples of class group discussion 组别 姓名 题目 日期 要求 内容评价 陈述评价 讨论评价 成绩 3 张佳音 为何缺磷会导致植物变紫色？举例说明其中的机制。 2019/11/27 1. 缺磷会导致植物哪些部位变紫色？ 2. 紫色物质是什么？ 3. 如果紫色物质是花青素，缺磷调控了花青素合成的哪个环节？ 4. 磷为何物影响花青素的合成？ 劳梦笛 4 董筱睿 绿色果实是否进行光合作用？ 2019/12/2 1. 绿色果实的叶绿素含量上与叶片差距大吗？数值范围是多少？ 2. 果实叶绿体超微结构与叶片的比较 3. 光合效率上有何差别。 4. 其他自己引申的内容； 5. 要求要有查阅资料中数字及图表的支撑。 ； 董镇汉 表1. 课堂小组讨论内容示例 课堂研讨科学问题库的建立及研讨模式的规范化，将有益于小班研讨式教学在不同专业基础课及专业课中推广。教师积极深入的搭建与课程内容相关、并有延伸的有趣科学问题库，是保障该类形式课堂研讨顺利进行的重要环节。
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user: 4. 通过翻转课堂建立了课下课上研讨模式 近年来，翻转课堂在学生中成为一种比较受欢迎的展示及研讨方式。翻转课堂译自“Flipped classroom”，其翻转之意是相对传统教学而言，其以学生为主体设计教学环节，学生在课下先通过视频等学习资料进行知识学习，在课堂上再进行知识内化 [ 5 ] [ 6 ]。利用课程中有关联的内容，设置4~5个小专题，学生按照每组3~4人自愿结组(每组学生数目最好不超过4个)。专题题目分配通过抽签方式，给学生大约2周的课下准备时间，然后课上每组针对自己专题，进行公开陈述15~20分钟，其他小组在陈述后，参与提问和讨论。下面举例说明研讨模式的具体实施过程。 植物激素是《植物生理学》课程中的经典内容，因此选择此部分内容作为研讨方向。设置的小专题是不同的“植物激素的前世今生”，这样从研讨内容上具有共性和特性。为了激发学生的兴趣，选取了最新的几种新的植物激素，比如独角金内酯、油菜素内酯、茉莉酸、水杨酸、乙烯。学生看到题目，就觉得很新奇，有兴趣去完成。 题目确定后，还需要真正调动每名同学参与到每个专题的讨论中。这就需要教师，合理设置要求。比如，要求组内每个成员，看到题目后，都要提出2~3个问题，并在课上陈述时，标注出每位同学提出了什么问题。然后针对这些问题，大家需要通过资料、文献查阅给出合理科学的解释，并标注文献出处，即保证了信息的科学性，也让学生学会对他人知识的尊重。 小组讨论，最需要的是让每个成员都参与其中。因此，课下每个人要分工明确，把自己需要完成的内容完成，同时也要求每位组员都要参与课堂陈述。还要求组内课下完成真正的讨论，形成最终课上讨论提纲，科学合理的设计自己专题的研讨内容，并有序布局和陈述。 这种以翻转课堂形式开展的课上课下研讨，对学生来说，主动的参与到真实的教学过程中，并锻炼了他们提出问题、分析问题、解决问题、合理阐述问题的能力，值得推广。
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user: 5. 建立了多样化的总成绩考核模式 植物生理学是期末闭卷考试，因此总成绩分为平时成绩和期末成绩两大块。在平时成绩中，基于小班研讨式教学，学生平时主动参与研讨的内容较多，花费的时间也比较多；除了研讨内容，还包括4~5次的平时作业，平时作业包括文献研读、课程相关知识的问答，学生和教师的工作量都比较可观。因此，本课程的平时成绩可占比到总成绩的40%~50%。 期末考试试卷也采用多元化、探究分析式考核为主，考核内容包括选择、判断和问答。在问答题中，结合平时学生英文文献研读及问题讨论，有50%~60%的试题为探究分析试题，这样避免了学生死记硬背，而只有真正掌握了课程基础，平时有付出，并结合自己的分析、解决、表述问题的能力，才能取得优异成绩。 综上，本文基于专业基础课《植物生理学》为载体，通过几年实践，取得了受学生欢迎的研讨式小班教学模式，为全面提升大学本科生主动、自主、创新能力搭建了可发展的教学方式和平台。在步入二十一世纪二十年代的今天，大学教育面临快餐化、信息爆炸的挑战，如何从传统的老师讲，逐步转化为学生主动学的过程，是高校教师面临的挑战。高校教师只有通过自己对课程的不断建设，包括公共的网络教学综合平台上对课程内容的细致建设、建立并丰富研讨科学问题库、翻转课堂课下课上研讨模式不断完善、多元化考核方式的贯彻执行，才能真正调动并挖掘我们当代大学生的认知、学习、创新的潜能。最终，为了我们共同的培养目标，培养会思考、想思考、有思想、有主张、有创新的新一代大学生！希望同仁们借鉴、发扬，使得高等学校的小班研讨教学模式有章可循、遍地开花！
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user: 摘要 为了保证新开实验课程《生物质化工技术实验》中新开实验项目“碱催化生物油脂制备生物柴油”的实验教学效果，设计了以生物油脂(大豆油、鸡油和猪油)为原料制备生物柴油的实验教学方案，并对该方案进行了实验验证，同时对课堂实验教学进行了设计。生物油脂经预酯化后，再发生酯交换反应，得到生物柴油。气相色谱–质谱联用分析结果表明，实验产品含有高含量的高级脂肪酸甲酯。将该实验方案应用于佛山科学技术学院2016级化学工程与工艺专业学生的实验教学，取得了很好的实验教学效果。
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user: 1. 引言 随着化石能源的日益枯竭，人们迫切需要开发新型替代能源。可再生生物柴油由于具有燃烧性能好和低排放等优点而备受人们青睐 [ 1 ]。生物柴油是以可再生生物(动物、植物和微生物)油脂或餐饮废油为原料，在催化剂作用下跟短链醇(甲醇、乙醇等)发生酯交换反应而得到的高级脂肪酸甲酯或高级脂肪酸乙酯燃料 [ 2 ]。近年来，世界各国均很重视生物柴油的发展和生产 [ 1 ] [ 2 ]。因此，为了配合粤港澳大湾区建设，结合佛山地区先进制造业特色培养学生的创新创业实践能力，让化工类专业学生掌握制备生物柴油的原理和技术极其重要。佛山科学技术学院在化学工程与工艺专业新开设课程《生物质化工技术实验》中，设置了“生物油脂的提取与精制”实验 [ 3 ]。作为生物油脂的系列应用实验之一，在该课程继续设置了后续实验项目“碱催化生物油脂制备生物柴油”实验。为了保证该实验教学项目正常开出，在查阅文献的基础上，作者分别以大豆油 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]、鸡油 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] 和猪油 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] 为原料制备了生物柴油，采用气相色谱–质谱联用(GC-MS)技术 [ 16 ] [ 17 ] 对产品成分进行了分析，并对课堂实验教学进行了设计。
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user: 2. 实验部分 2.1. 实验原理 制备生物柴油的化学反应式如下： 高级脂肪酸甘油酯是生物油脂的主要化学成分。一般选用价格低、碳链短、极性强、易反应的甲醇为酯交换的醇，而且碱性催化剂也易溶于甲醇。酸、碱或酶均可以作为酯交换反应的催化剂，其中碱性催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、各种碳酸盐以及钠和钾的醇盐，酸性催化剂常用的是硫酸、磷酸或盐酸。化学法因其具有工艺简单、费用较低、制得的产品性能稳定等优点，在研究和生产中得到最为广泛应用。 本实验分别以大豆油、鸡油或猪油为原料，以氢氧化钠为碱性催化剂，跟甲醇发生酯交换反应制备生物柴油。 2.2. 仪器与试剂 仪器：HERATHERM烘箱(美国赛默飞世尔科技公司)，DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器(上海力辰邦西仪器科技有限公司)，450型气相色谱串联320型四级杆质谱仪(德国Bruker)。 试剂：无水甲醇、氢氧化钠、氯化钠、浓硫酸和浓盐酸均为市售分析纯试剂。 2.3. 实验方法 2.3.1. 预酯化 称取10 g生物油脂(大豆油、鸡油或猪油)置于250 mL三口圆底烧瓶中，加入磁力搅拌子，将三口圆底烧瓶安装到数显恒温磁力搅拌器上。在三口圆底烧瓶一口插入温度计(温度计水银球插入液面下方)，一口安装球形冷凝管，一口安装滴液漏斗，实验装置图见图1。称取2 g浓硫酸(20%豆油质量)溶于40 mL甲醇(醇油摩尔比4:1)后，加入滴液漏斗中。设置水浴锅加热温度为60℃，接通冷凝水，启动搅拌，开始加热。当反应液温度达60℃时，开始从滴液漏斗中滴加浓硫酸甲醇混合液，维持反应液温度60℃不变。滴加完毕，继续在60℃反应60 min。 图1. 实验装置图 2.3.2. 酯交换 计算出中和“2.3.1”所用浓硫酸所需氢氧化钠的量，再加上1%生物油脂质量的氢氧化钠催化剂用量，即为酯交换所需氢氧化钠的总量。将所称取氢氧化钠溶解于20 mL甲醇中，制成氢氧化钠甲醇溶液，加入“3.1”反应装置的滴液漏斗中。控制反应液温度为60℃，在磁力搅拌下从滴液漏斗中滴加氢氧化钠甲醇混合液进入预酯化反应后的溶液。滴加完毕，维持反应液温度在60℃继续搅拌反应60 min，然后停止反应。 2.3.3. 产品精制 酯交换反应结束后，将全部物料转移至干燥的分液漏斗中，静置分层，上层为生物柴油和甲醇的混合物，下层为甘油和未反应的甘三酯。收集上层液体用浓盐酸调节至弱酸性后，再用温热的饱和食盐水洗涤2~3次至下层水清澈透明，然后置于一已称重的干燥烧杯中，在110℃烘干得透明淡黄色的产品即为生物柴油，计算转化率。 2.3.4. 产品成分GC-MS分析 色谱条件：色谱柱用PEG-20M柱 (30 m × 0.32 mm， 0.25 μm)；进样口温度280℃；恒定柱温150℃，保持30 min；载气为氦气；恒定流速1.0 mL/min；进样量0.2 μL，分流比1:100。定量分析采用峰面积归一法。质谱条件：EI离子源；电离源能量70 eV；离子源温度200℃；质量扫描范围m/z 35~600。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 预酯化 生物油脂中常含有游离高级脂肪酸，通过预酯化可以将游离高级脂肪酸转化为甲酯，同时防止油脂因酸值过大在酯交换时产生严重的皂化现象。已知生物油脂预酯化主要受反应温度、催化剂用量、醇油摩尔比和反应时间等因素的影响。但在所查阅的以豆油 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 和猪油 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] 为原料制备生物柴油的文献中，未见有预酯化步骤和预酯化实验条件，可能是他们所用油脂原料酸值较小。鸡油预酯化研究 [ 8 ] [ 9 ] 得出的最佳反应条件是：催化剂浓硫酸用量为鸡油质量的20%，醇油摩尔比为4:1，反应温度为60℃，反应时间为60 min。本文将该条件分别应用于大豆油、鸡油和猪油的预酯化，均取得了满意的实验结果。因此，在不需要学生摸索预酯化最佳反应条件的前提下，生物油脂预酯化步骤可采用此条件。 本实验预酯化步骤需要用到浓硫酸。浓硫酸属于易腐蚀强酸，遇水放出大量热量，因此取用时要提醒学生严格按实验规范操作。另外，外部水浴温度需要控制在60℃，温度过高的话，滴加的浓硫酸在反应瓶中放热，会使反应温度瞬间上升，不易控制反应温度在60℃。 3.2. 酯交换 在有些文献 [ 8 ] [ 9 ] 中，油脂预酯化后需要分液以除去过量的甲醇和生成的水，然后在110℃烘干1 h进一步除去油中残余的水分，以供下一步酯交换使用。但是，这样操作，实验比较耗时，不利于课堂实验教学。实践中，作者用计量的氢氧化钠将反应物料中的催化剂浓硫酸先中和掉，直接进行下一步酯交换反应，得到了良好的实验效果。因此，称取催化剂氢氧化钠时，要包含中和浓硫酸的用量。酯交换反应主要受醇油摩尔比、反应温度、催化剂用量和反应时间等因素的影响。综合分析已有研究，发现报道的以豆油 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]、鸡油 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] 和猪油 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] 为原料制备生物柴油的最佳反应条件略有差异，但差异并不显著。根据文献 [ 4 ] - [ 15 ] 结合本文实践，在不要求学生摸索最佳反应条件的前提下，大豆油、鸡油和猪油酯交换反应均可以用以下条件：催化剂氢氧化钠用量为生物油脂质量的1% (不包括中和用量)，醇油摩尔比为6 (含预酯化甲醇用量):1，反应温度为60℃，反应时间为60 min。 3.3. 产品精制 酯交换反应后，上层甲酯层需要用酸调节至弱酸性，防止水洗时发生皂化反应，并且水洗时用温热的饱和食盐水，可以防止产生乳化现象并减少甲酯在水洗时的损耗。生物油脂产率根据公式 [ 14 ] 计算：产率 = 产品实际产量/产品理论产量 × 100%，其中，产品理论产量近似等于原料实际用量。据此计算得到，以大豆油、鸡油和猪油为原料制备生物柴油的产率分别为：92.56%、93.64%和91.04%。 3.4. 产品成分分析 不同生物油脂的脂肪酸组成不一样，酯交换反应后，得到的生物柴油化学成分也不同。通过气相色谱、液相色谱、GC-MS等方法可以方便地对生物柴油中的脂肪酸甲酯进行分析 [ 16 ] [ 17 ]。根据张新民等 [ 17 ] 对生物柴油的GC-MS研究结果，选用极性色谱柱PEG-20M在恒定柱温150℃时，可以很好地分离并鉴定生物柴油中的脂肪酸甲酯。本文在该条件下，通过GC-MS分别分析了以大豆油、鸡油和猪油为原料制得的生物柴油的主要化学成分，结果见表1。 分析结果表明，以大豆油为原料制得的生物柴油，其主要成分为亚油酸甲酯、油酸甲酯、棕榈酸甲酯、亚麻酸甲酯和硬脂酸甲酯的混合物，而鸡油酯交换后得到的产物主要成分为油酸甲酯、棕榈酸甲酯、亚油酸甲酯、棕榈油酸甲酯、硬脂酸甲酯、亚麻酸甲酯和肉豆蔻酸甲酯，用猪油为原料制得的生物柴油则主要含油酸甲酯、棕榈酸甲酯、亚油酸甲酯、硬脂酸甲酯、棕榈油酸甲酯、肉豆蔻酸甲酯和亚麻酸甲酯。GC-MS分析结果表明，所得三种生物柴油均含有高含量的高级脂肪酸甲酯的混合物，甲酯总含量分别为96.14%、99.60%和94.80%，区别在于高级脂肪酸组成和含量各不相同，这跟生物油脂原料本身的高级脂肪酸组成和含量不同有关。 Table 1 Main chemical constituents of three biodiese 生物柴油 大豆油(%) 鸡油(%) 猪油(%) 肉豆蔻酸甲酯 - 0.60 1.25 棕榈酸甲酯 10.52 24.60 24.42 棕榈油酸甲酯 - 6.80 2.29 硬脂酸甲酯 4.40 5.85 13.30 油酸甲酯 22.24 39.35 39.49 亚油酸甲酯 52.58 21.10 13.34 亚麻酸甲酯 6.40 1.30 0.71 甲酯总含量 96.14 99.60 94.80 表1. 三种生物柴油的主要化学成分
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user: 4. 课堂教学设计 4.1. 第一阶段 教师阐述实验原理并提出思考题： 1) 将生物油脂转化为生物柴油带来什么好处？研究点在于启发学生学会对事物的评价和比较。 2) 酯交换原理，研究点在于让学生认识反应时间、反应温度、催化剂用量、物料比等因素对生物柴油收率的影响。 4.2. 第二阶段 以前一实验“生物油脂的提取与精制”的实验产品大豆油为原料开展生物柴油的制备实验。 教师准备好相关器材，将学生分组，启发学生按照“3 实验步骤”进行实验。在实验中注意挖掘以下研究点：分析影响生物柴油生产的关键因素；如何提高生物柴油的产率；如何提高生物柴油的品质。 4.3. 第三阶段 产品成分分析。教师提出问题：生物柴油主要成分是什么结构？怎么通过实验确定产品是生物柴油而不是生物油脂？从而引入高效液相色谱、气相色谱和GC-MS、LC-MS等技术。 4.4. 第四阶段 重现性研究。教师提出问题：如何优化实验工艺参数获得最佳生产工艺？可建议，采用单因素实验法和正交实验法探索最佳工艺条件。 4.5. 实验拓展 教师可根据学生基础进行拓展。比如，改变原料，改变生产工艺，改变催化剂，等等。让学生思考，如果改用餐饮废油(地沟油)为原料制备生物柴油，原料需要做什么预处理？为什么？ 4.6. 总结分析 实验结束后，要求学生打扫卫生整理实验台面，仪器使用记录本签字。要求学生课后在预习报告的基础上，对实验过程和结果进行分析，撰写提交实验报告。
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user: 5. 结论 总的来说，用三种不同的生物油脂为原料，在上述相同的预酯化和酯交换实验条件下，均可以有效制备得到生物柴油，产率均大于90%，实验重现性好。GC-MS分析表明，产品含有高含量的高级脂肪酸甲酯。该实验项目在佛山科学技术学院2016级化学工程与工艺专业新开课程《生物质化工技术实验》首次开出，取得了意想不到的实验教学效果，非常受学生欢迎。通过本实验，学生掌握了回流搅拌滴加反应实验装置、分液漏斗以及大型仪器设备GC-MS等的使用要点，掌握了由生物油脂制备高附加值生物柴油的生产原理和方法，接触到了将废弃生物质资源生物油脂二次开发成为新能源的较先进的化工理念和循环利用技术，提高了学生的综合素质与能力。另外，通过实验训练，显著提高了学生的自学能力、文献检索能力、实验动手能力和分析解决实际问题的能力，使学生的综合设计能力和创新创业能力得到进一步提高。该项目结合生产实践，对培养学生创新创业思维和实践动手能力具有重要意义，值得进一步在相关专业推广使用。从实验教学过程来看，该实验约需8学时。
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user: 摘要 基于2019~2020~2学期全国高校大规模在线教学的开展，结合上海海事大学线性代数课程在线教学实例，从教学设计、教学思路和环节以及教学评价等方面探讨在线教学过程的实践经验，并提出相关思考和建议。
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user: 1. 引言 2020年初，新冠疫情的突然造访彻底打乱了人们正常的学习、工作和生活节奏。值此特殊时期，举国上下在以习总书记为核心的党中央的坚强领导下展开全面抗疫。针对新型冠状病毒感染肺炎疫情对高校的正常开学和课堂教学造成的影响，教育部给出了关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见 [ 1 ]，各高校积极响应号召，组织师生全面开展线上授课和线上学习等在线教学活动，保证疫情防控期间的教学进度和教学质量，全力实现“停课不停教、停课不停学”。 在线教育，或称远程教育、在线学习等，指的是一种基于网络、通过应用信息技术和互联网技术进行教学内容传播和互动的教学方法。早在2018年4月，教育部等五部门在《教师教育振兴行动计划(2018~2022年)》 [ 2 ] [ 3 ] 中就明确指出“要充分利用云计算、大数据、虚拟现实、人工智能等新技术，推动教师教育信息化教学服务平台建设和应用，推动以自主、合作、探究为主要特征的教学方式变革。”此次疫情期间，教育部组织了22个在线课程平台制定了多样化在线教学解决方案，方案涉及课程资源服务、在线教学服务、教师在线培训服务和数据支撑等。各个平台免费开放包括1291门国家精品课程和401门国家虚拟仿真实验课程在内的在线课程2.4万余门，覆盖了本科12个学科门类、专科高职18个专业大类 [ 4 ]，各高校教师积极准备并以网课形式通过各类在线教育平台进行授课，这无疑是教育教学领域大规模开展网课的一次全新尝试，也加速了在线教育的新发展。
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user: 3. 结语 自2018年国家发改委在《关于数字经济稳定并扩大就业的指导意见》 [ 6 ] 中提出“大力发展‘互联网+’教学和技能培训，积极采用移动技术、互联网、虚拟现实与增强现实、人际互动等数字化教学培训手段，推广微课程、线上线下混合式教学、在线直播等新型教学培训模式”以来，为用户营造具有极高沉浸感的实验环境的智能化全息智慧教室和线上线下混合式教学迅速发展，结合信息技术进行多样化的教学已成为当今时代发展的趋势，而在线教学模式和教学手段的多样化对高校教师提出了更高的要求，当然也带来了更多的机遇和可能。作为高校基础研究类学科的教师，要以积极的心态迎接新理念新技术新模式新手段，不断学习提升自我与时俱进，为培养学生的自主学习能力和终身学习能力而努力。
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user: 摘要 线性代数是大学理工科学生必修的一门课程。根据课程的特点和学生的学习情况，对线性代数课程进行了基于应用的教学改革探索，详细介绍了改革的方法，为线性代数课程教学提供一种新的教学思路。
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user: 1. 引言 线性代数课程是高等学校理、工、经、医、农等学科所有专业的一门重要的数学基础课程，经过长期的发展，已形成系统的课程理论体系。在数学、物理学和技术科学中具有非常重要的作用，在计算机广泛应用的今天，计算机图形学、计算机辅助设计、密码学、虚拟现实等技术无不以线性代数为其理论和算法基础的一部分。所以，这门课程不仅是学生学习后继课程的基础，而且，对培养学生的逻辑思维能力、信息综合处理能力、科学素养和创新能力都具有重要意义。 但传统教材理论性比较强，缺少实际应用案例以及Matlab等数学软件的应用，已无法满足本科学生各方面数学能力的培养要求，不利于线性代数知识作为数学工具在后续课程中的应用。而且，很多教师现代教学理念更新不够，教学手段不够丰富，在一定程度上影响了学生的学习效果。在课程教学改革理念的指导下，经过多轮次教学实践的探索，形成了这门课程教学改革的方案。
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user: 2. 线性代数的教学内容和研究现状 线性代数是高等理工科院校必修的一门重要基础课程，主要以离散量为研究对象，用数学的语言表述自然科学中最为普遍的线性概念，课程涉及向量的线性相关性、线性空间、线性变换、矩阵的相似对角化、解线性方程组等知识，这些内容都是将来学生解决实际问题的重要工具和手段。 目前，该课程教学存在的主要问题，一是现行采用的教材，其典型特点是内容抽象、理论性强，侧重对抽象思维和逻辑思维能力的培养，学生对内容的理解存在困难，学习难度大。二是教材内容缺少实际案例，由于内容与实际应用联系不够紧密，导致学生对所学内容的作用和地位不够清楚。三是课程学时少，教师在讲解教学内容时，急于完成课程规定的教学进度，重视理论的讲述和解题方法的训练，而忽视内容产生的背景，以及教学内容的实际应用。上述方面不仅造成了学生缺乏学习兴趣，课堂学习的参与度不高，学习效果不好，也造成了学生数学应用意识的淡薄。 基于以上问题，从教学内容、教学模式和预习环节三个方面，实施了基于应用的线性代数课程教学改革实践，突出教师为主导，学生为主体的学习理念。
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user: 3. 教学改革的主要措施 3.1. 重构教学内容 线性代数课程教学中，普遍以理论讲授为主，教学过程中注重对基本理论的讲述，对解题方法的训练，忽视线性代数发展的历史背景，及在生活、后续专业课程和其他工程领域中的应用。在教学改革中，不仅讲授课本知识，而且注重讲清楚知识背后的数学思想及数学发展史，数学史准确的反映了数学的本质，便于激发学生学习数学的兴趣和积极性，体会数学家的思维过程和创造过程，培养学生的探索精神和形成活跃的课堂气氛，可以更好的理解理论知识。教学环节中，将工程、管理、经济及学生后续专业中的实际问题作为应用背景，引导学生更好的理解、掌握抽象的线性代数知识，而且提高了学生利用线性代数知识解决实际问题的能力 [ 1 ]。例如，在讲授逆矩阵这一节，可以引入希尔特密码，结合实际问题讲解逆矩阵的定义及性质等相关问题。同时，注重对主要概念的几何解释，使学生通过接受形象化的概念，更好地达到理解、掌握概念的目的。例如，在讲授特征值和特征向量这一节，可以结合几何图形，使学生直观地感受到特征向量是经旋转后仍在同一直线上的向量。 3.2. 重构教学模式 将学习设置于问题情境中，开展基于应用的《线性代数》案例式课堂教学 [ 2 ] [ 3 ]。通过引入实际案例，引导学生分析问题，学习问题背后的数学知识，当学生掌握了学习的理论知识之后，通过实际应用案例的解决来加深学生对理论的理解，培养学生分析、解决实际问题的能力。并介绍Matlab等数学软件的基本用法，通过计算机绘图将线性代数的诸多问题进行直观描述，通过借助软件更加清晰的阐述线性代数的解题思维。例如，在讲授特征值和特征向量时，首先抛出问题：利用网络搜索资料时，网页是如何排序的？然后，以google网页的pagerank排序为例，引导学生建立数学模型，接着，介绍特征值和特征向量的相关理论，并应用于解决网页排序数学模型。通过将理论融入实际问题，改变过去枯燥乏味的学习模式，提高学生的学习兴趣，而且通过建模实践提高学生应用数学解决实际问题的能力。 3.3. 重构预习环节 数学是一门逻辑性非常强的学科，只有课堂学习和课后作业这两个环节，对于学生理解、掌握知识是远远不够的。课前预习是提高课堂学习效率，及时掌握所学知识的非常重要的首要环节。通过调查发现，在以前的授课过程中，学生往往没有预习的习惯，或者由于缺少有效地指导导致预习的效率太低，对课堂学习没有起到有力的支撑作用。建构主义认为真正有效的教育建立在学生主动理解的基础之上，学生应具有独立思考和自主学习的能力 [ 4 ]。为此，教学组编写了《线性代数》学习指导，对学生进行学习方法指导，使学生在开课之前了解课程的基本内容框架和学习该课程的基本方法，以及课前预习需要达到的目标和需要解决的问题，例如，通过预习二次型明确以下几个问题：什么是二次型？为什么要化二次型为标准形？为什么要用正交变换化二次型为标准形？化为标准形的过程？通过问题引导学生进行有效预习，指导学生通过教师提供的学习经验自己建构知识，进行有效地预习，培养学生发现问题、提出问题及解决问题的能力，培养学员的自主学习意识。
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user: 4. 教学改革的成效与反思 针对线性代数课程教学中，存在的侧重理论教学、强调计算方法的训练以及缺乏实际应用等问题，开展了基于应用的线性代数课程教学改革。首先，通过在课程的教学内容中引入数学史、几何解释和应用背景的介绍，提高了学生的学习兴趣和对知识的掌握程度。其次，通过在教学模式中，引入基于案例式的课堂教学模式，通过引导学生分析实际问题建立数学模型，并利用所学知识进行求解，提高了数学应用数学解决实际问题的能力。最后，通过编写《线性代数》学习指导，引导学生注重课前预习环节，帮助学生通过教师提供的学习经验自己建构知识，进行有效地预习，有效培养了学生独立思考和自主学习的能力。但改革过程中，也存在一些问题。现行的课程考核形式只有笔试形式，受考核时间的限制，考核题目类型只有填空题、选择题、计算题和计算题，这些类型能够考核学生对于解题技巧、思维能力、课程知识掌握的程度，但对于学生应用所学知识解决实际问题的能力考察不够。由于这一考核弊端，部分学生在日常学习中，对于案例式教学模式重视不够，过多的关注考核的内容。鉴于此，下一步的教学改革中，对于考核的方式方法需要做出合理创新，可以将考核方式分为两个独立的环节。一方面，可以将线性代数的理论知识和解题方法作为考核内容，以传统的笔试形式进行。另一方面，对线性代数的实际应用能力进行考察，此部分以开卷形式组织。每3名学生组成一个团队，教师提前一周公布几个实际问题，学生选择其中一个进行研究，建立数学模型，利用所学的知识给出解决方法，并利用MATLAB进行求解，最后形成研究性论文。每个团队推荐一人进行研究汇报，并回答教师及其他团队提出的问题，根据研究情况及答辩情况进行打分。两部分成绩以及平时成绩按一定的比例构成学生的总评成绩，从知识和能力两个方面对学生做出一个全面的评价 [ 5 ]。
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user: 5. 结束语 上述是在线性代数的教学过程中，我们进行教学改革的一些初步实践。教学改革的目的是为了培养学生的数学素养，提升学生解决实际问题的能力，让学生通过实际问题的解决，不断提升其抽象思维能力和逻辑思维能力。当然，教学改革对于教师的要求也越来越高，我们要不断地探索，进一步完善改革方案，寻求一套有效、可行的方案。
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user: 摘要 为了解土圞儿Apios fortunei Maxim的氨基酸组成与含量变异规律，利用L-8900全自动氨基酸分析仪，测定了4个不同产地和2个不同生长年限的样品氨基酸组成种类和含量。结果表明，土圞儿块根中含有15种氨基酸，缺少蛋氨酸(Met)和半胱氨酸(Cys)，其中以天冬氨酸(Asp)含量最高，达20.50~36.50 g·kg −1 。必需氨基酸(EAA)含量达总氨基酸(TAA)含量的34%。浙江磐安、山东单县的土圞儿氨基酸含量高于云南兰坪、江苏南通的，生长一年与生长二年的氨基酸含量大小在不同产地(浙江磐安、山东单县)表现不一致。研究认为，土圞儿氨基酸种类多，含量丰富，特别是天冬氨酸，是优良的蛋白质源；不同产地环境、不同生长年限对氨基酸含量有影响。
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user: 1. 引言 土圞儿Apios fortunei Maxim是豆科土圞儿属的多年生草本植物。史书记载最早可追溯到明代著作《救荒本草》：“土圞儿，一名地栗子。出新郑山野中。细茎延蔓而生。叶似绿豆叶，微尖角，每三叶攒生一处。根似土瓜儿根，微团，味甜，采根食之” [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]。根据《中国植物志》记载，土圞儿属约有10种，其中我国分布有6种 [ 4 ]。世界各国对该属的某些植物种有少量研究 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]。在我国，土圞儿分布广泛，并且资源丰富。已有部分地区人们将其作为新药食植物资源进行栽培与经济开发 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]，但大多数处于野生状态，鲜有研究报道。本文利用浙江磐安、山东单县、云南兰坪、江苏南通4个不同产地和浙江磐安、山东单县2个产地的不同生长年限土圞儿样品，测定了氨基酸种类和含量，分析了不同产地、不同生长年限的土圞儿中氨基酸组成与含量差异，并对土圞儿氨基酸营养进行了评价，为土圞儿资源保护与开发利用提供参考依据。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 仪器与试剂 L-8900全自动氨基酸分析仪(日本日立公司)、万分位分析天平(梅特勒，上海)、恒温水浴锅(上海科导)、超纯水仪(Milli-Q，美国)、超声清洗器(上海科导)。 进口氨基酸分析专用试剂：柠檬酸、柠檬酸锂、氯化锂、氢氧化锂(日本和光公司)。 其他试剂：无水乙醇(优级纯，上海国药)、丙二醇甲醚(进口分装，上海国药)、醋酸钠、茚三酮、苯甲醇、冰醋酸、磺基水杨酸(分析纯、上海国药)。 2.2. 供试样品 于10~12月土圞儿停止年生长时，采集浙江磐安、山东单县、云南兰坪、江苏南通4个产地的土圞儿块根，其中浙江磐安与山东单县分别选取了生长一年与生长二年的土圞儿样品。 将所有样品分别在60℃烘箱内烘干，粉碎，过60目筛，置于干燥器中保存备用。 2.3. 样品前处理 依据GB/T 5009.104-2003《食品中氨基酸测定》 [ 14 ] 确定样品处理方法，精密称取0.1 g (精确度0.0001 g)，置于水解管中，加6 mol/L盐酸10 mL，密封食用氮气，于(110 ± 1)℃温度下水解22 h，将溶液用去离子水定容至50 mL。量取溶液1 mL于5毫升定容瓶中，放置于40℃至50℃的无空气干燥器中干燥，随后瓶内剩余物用1~2 mL水溶解，再干燥，重复2次，至蒸干。用1 mL柠檬酸钠缓冲液(pH2.2)溶解剩余物，并以0.22 µm微孔滤膜过滤后留用。 2.4. 配置氨基酸混标溶液 吸取Type B、Type AN-II氨基酸混标(日本和光)各0.20、0.40、0.60、0.80、1.00 mL，置于25 mL容量瓶中，用0.02 mol/L盐酸溶液定容，0℃~4℃冷藏保存。分别配置17种氨基酸的混标溶液。 2.5. 色谱条件 在日立L-8009氨基酸自动分析仪上以外标法进行氨基酸测定，采用梯度洗脱，分析柱柱温57℃，反应柱柱温135℃，缓冲液流速0.35 mL/min，茚三酮流速0.35 mL/min，通道1检测波长570 nm，通道2检测波长440 nm，进样量20 µL。 2.6. 氨基酸含量测定 采用GB/T 5009.104-2003《食品中氨基酸测定》 [ 14 ] 法测定土圞儿的氨基酸含量。 2.7. 统计与计算 利用Excel软件进行统计分析。 氨基酸总量(TAA) (%) = 样品的所有测定氨基酸种类含量之和。 必需氨基酸总量(EAA) (%) = 样品的必需氨基酸(带标记 E )含量之和。 非必需氨基酸总量(NEAA) (%) = 样品的非必需氨基酸(带标记 N )含量之和。 药效氨基酸总量(D) (%) = 样品的药效氨基酸(带标记 * )含量之和。 氨基酸评分AAS ＝ 待评粗蛋白质氨基酸含量(mg·g −1 )/评分模式氨基酸含量(mg·g −1 )。 化学评分CS ＝ 待评粗蛋白质氨基酸含量(mg·g −1 )/鸡蛋粗蛋白氨基酸含量(mg·g −1 )。
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user: 4. 结论与讨论 氨基酸组成和含量是评价资源植物作为药食开发利用潜力的重要指标 [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]。土圞儿块根含有15种氨基酸，含量丰富，氨基酸总量占8.86%~11.27%，超过七成以上的日常食物氨基酸含量。其中药效氨基酸含量为5.56~6.28%，人体必需氨基酸(EAA)含量为2.51%~3.30%，是良好的蛋白质源。尤其天冬氨酸含量很高，谷氨酸含量也较高，意味着土圞儿食物鲜味可口。而天冬氨酸可补充人体的微量元素，还能降低血氨，是生产心血管药物的中间体并有利尿作用，同时也是制成高能量太空食品的主要成分 [ 22 ]，为土圞儿的药食两用开发提供了思路。 不同产地的土圞儿氨基酸总量有差异，各氨基酸种类的含量排序也不一致。不同产地氨基酸总量、药效氨基酸总量大小依次为：山东单县 > 浙江磐安 > 云南兰坪 > 江苏南通。在生产上需要注意产地对含量品质的影响，在育种和引种中要注意优质种源的选择。 不同生长年限的土圞儿氨基酸含量在不同产地变化规律不明显。生长一年与生长二年的土圞儿氨基酸含量相比较，在浙江磐安产地除天冬氨基酸(Asp)外，其它14种氨基酸含量均呈下降，而在山东单县产地的表现则几乎完全不同，除少数几个氨基酸含量表现有下降外，另12种氨基酸含量呈增加趋势。可能是由于土圞儿氨基酸含量与产地间存在较大交互作用引起的。 土圞儿蛋白质丰富，但属于不完全蛋白质。缺乏蛋氨酸(Met)和半胱氨酸(Cys)，故蛋氨酸(Met)和半胱氨酸(Cys)是土圞儿的第一限制性氨基酸，单独食用土圞儿将无法发挥其营养功能，需要配以其它适量比例氨基酸成分。依据FAO/WHO食物营养标准，浙江磐安和江苏南通两产地的土圞儿接近标准要求，而云南兰坪和山东单县两产地不够满足。 土圞儿资源丰富，野生分布范围广，但目前开发利用水平低，人工栽培规模效应不足，很多药用、食用新功能尚未被人们认识，需要大力加强研究，提高开发力度，让这一资源植物更好地服务人类，为人类健康作出更多贡献。
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user: 摘要 合理的挖土下沉方案能够有效控制沉井下沉姿态及结构应力，减小对周围环境的影响。以深圳市固戍水质净化厂沉井工程为背景，结合现场施工条件，设计12种不同挖土下沉方案，通过数值模拟的方法，得出了不均匀淤泥地层中多室沉井不同挖土下沉方案对沉井下沉姿态，结构应力及周围管道的影响规律。结果表明：不同挖土方案会导致沉井结构受力出现“简支效应”、“悬臂效应”和“扁担效应”；研究发现“简支效应”对沉井结构受力最为有利；对称挖土方案中先开挖中间区域土体对沉井下沉姿态控制效果最好，沉井结构应力也能得到较好控制；各挖土下沉方案对周围管道影响程度不同，挖土方案B3对管道影响最小。
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user: 1. 引言 陆地沉井在城市地下空间工程中使用越来越广泛，常被用做大型建筑物的基础或构筑物结构本体 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]。沉井通过挖除沉井下部土体，依靠沉井自重和荷载下沉。合理的挖土下沉工序能够有效的控制沉井几何姿态及其结构应力，对周围环境影响也能得到合理的控制。 诸多学者对沉井相关问题进行了研究，并取得诸多成果。邓友生 [ 4 ] 等结合现场监测数据与有限元数值模型，分析了沉井在下沉与封底过程中其结构自身的应力分布与变形情况，并探索了沉井在下沉过程中对周边邻近高层建筑与堤岸构筑物的影响。Yan [ 5 ] 等基于滑移线理论，推导了刃脚极限土阻力的计算公式。Chavda [ 6 ] 等通过模型试验，研究了不同刃口锥度对沉井抗侵彻能力的影响。梁穑稼 [ 7 ] 等基于极限平衡状态和平面滑裂面假定，推导出单一非黏性土层中沉井下沉时的土压力和侧壁摩阻力计算公式，并采用等效内摩擦角和等效自重应力的方法将其推广至成层黏性土层中。徐鹏飞 [ 8 ] 等结合工程实例，研究了软土中压入式沉井对周围环境的影响。钟永新 [ 9 ] 等为控制沉井下沉底部拉应力，采用预留核心土滞后开挖下沉工艺，取得较好效果。对于多室沉井的挖土下沉，理论上往往只注重对称、同时、均匀挖土，而实际工程中又难以准确实现。目前，关于多室沉井各室下部土体挖土顺序的影响规律尚无系统的研究成果，而不同挖土顺序对沉井结构及周围环境影响规律不同。 本文以深圳市固戍水质净化厂二期沉井工程为背景，通过设计不同的挖土下沉方案，采用数值模拟方法来研究不同挖土下沉方案对沉井几何姿态控制、沉井应力变化规律以及对周边管道的影响规律。以期为类似工程提供参考。
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user: 2. 工程问题分析 固戍水质净化厂二期工程位于填海区，土层上至下依次为素填土，淤泥，粘土质粗砂，残积土，全风化混合花岗岩等，各土层厚度不均匀，具有各向异性，地下水埋深1 m。距沉井东侧5.4 m处埋有一期工程回水管，管道直径为1 m，壁厚0.1 m，埋深3.8 m。 沉井结构尺寸为33.4 × 25 × 22.15 m，平面分为六室。采用三次制作两次下沉，三节沉井高度分别为12.2 m、6.15 m、3.8 m，下沉高度分别为12.2 m，6.15 m。沉井浇筑前会在底部预浇筑0.3 m厚的素混凝土底板，并在第一节沉井浇筑完成后破除下沉。沉井首次下沉前会在沉井四周进行培土，培土高度10 m，培土底宽15 m，培土顶宽5 m。沉井采用井内挖土下沉，每次挖土下沉深度为1 m。随着沉井下沉深度增加，井外需进行同步降土。 由于地层条件的不均匀性，且沉井周围存在管线，不同的挖土方式会对沉井和管道产生不同的影响。针对此工程问题，结合现场施工条件及地质情况，通过设计12个挖土下沉方案，综合分析沉井应力状态，沉井偏斜状态以及对管道的影响，从中优选出最合理的挖土下沉方式。
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user: 3. 数值方案 3.1. 数值模型及材料参数 采用Abaqus有限元软件进行多室沉井挖土数值模拟分析，模型土体尺寸为100 m × 100 m × 30 m，沉井侧壁厚1.2 m，内部隔墙厚0.8 m。土层采用Mohr-Coulomb理想弹塑性本构模型，沉井，管道采用弹性本构模型。模型底面约束竖向位移，侧面约束侧向位移。计算模型如图1所示。地层分布如图2所示。各材料参数如表1所示。 图1. 数值模拟分析图 图2. 土层厚度示意图 Table 1 Soil physical and mechanical parameters tabl 材料 泊松比 密度 弹性模量 粘聚力 摩擦角 kg/m 3 /MPa /kPa /度 培土 0.25 1670 5.76 9 13.2 素填土 0.25 1670 9.6 15 22 淤泥 0.25 1710 7 6 1.8 粘土质粗砂 0.25 1820 26.5 22.1 20 残积土 0.25 1830 23 21 22.4 全风化混合花岗岩 0.25 1900 35 24 22.9 沉井 0.2 2500 32500 - - 管道 0.269 7890 210 - - 表1. 土体物理力学参数表 3.2. 下沉方案设计 根据沉井结构和现场施工条件，将沉井下部土体划分为5个区域，如图3所示。开挖方案见表2。划分方案主要通过对称开挖与不对称开挖、先开挖中间土体与后开挖中间土体划分。方案A1~A4表示不对称开挖下，先开挖周围土体，后开挖中间土体；方案B1~B4表示不对称开挖下，先开挖中间土体，后开挖周围土体；方案C1~C2表示对称开挖下，先开挖周围土体，后开挖中间土体；方案D1~D2表示对称开挖下，先开挖中间土体，后开挖周围土体。 图3. 沉井下部土体分区示意图 Table 2 Excavation settlement schem 挖土下沉方案 第一次开挖区域 第二次开挖区域 第三次开挖区域 A1 3 + 4 1 + 2 5 A2 1 + 2 3 + 4 5 A3 1 + 3 2 + 4 5 A4 2 + 4 1 + 3 5 B1 5 3 + 4 1 + 2 B2 5 1 + 2 3 + 4 B3 5 1 + 3 2 + 4 B4 5 2 + 4 1 + 3 C1 1 + 4 2 + 3 5 C2 2 + 3 1 + 4 5 D1 5 1 + 4 2 + 3 D2 5 2 + 3 1 + 4 表2. 挖土下沉方案
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user: 4. 不同挖土方案结果分析 本节内容着重分析不同挖土方案开挖过程中(前两次开挖)导致的沉井几何姿态变化，应力变化以及对旁边一期工程管道影响规律。 4.1. 沉井几何姿态变化 通过研究沉井四个角点的沉降来研究不同挖土下沉方案对沉井几何姿态的影响，角点位置如图3所示。第一次开挖完成后沉井各角点沉降如图4所示，第二次开挖完成后沉井各角点沉降如图5所示。 图4. 第一次开挖完成后沉井各角点沉降 由图4可知，第一次挖土完成后，A1~A4方案由于采用不对称挖土，沉井表现为向该挖土区域方向倾斜，角点最大差异沉降达到0.231 m，0.233 m，0.074 m，0.069 m，倾斜角度达到0.441˚，0.444˚，0.188˚，0.176°。方案A1和A2之间的差异是由土层的不均匀性导致，表明在沉井下部存在淤泥地层时，先开挖淤泥地层薄的区域，对沉井下沉姿态控制有效果。方案A3和A4之间的差异是由沉井东侧的管道导致，管道的存在使得沉井右侧土体总体刚度相对较大，从而使得A4方案下沉井偏斜较小。方案A1~A2和A3~A4之间的差异主要是由于沉井北面侧壁面积较小，土体所提供的侧壁阻力较小，同时由于A3~A4方案下区域5的存在，使得A1~A2方案和A3~A4方案下的角点差异沉降出现较大变化。方案C1~C2由于采用对称挖土，沉井只出现两个对角点沉降增加，相邻角点最大差异沉降达到0.100 m，0.102 m，可认为沉井未倾斜。方案B1~B4和D1~D4由于先挖除中间土体，由于土层的不均匀性，表现为角点S1和角点S2沉降较大，角点最大差异沉降达到0.008 m，沉井倾斜角度达到0.015˚。 图5. 第二次开挖完成后沉井各角点沉降 由图5可知，第二次挖土完成后，方案A1~A4都表现出向北倾斜，角点最大差异沉降达到0.044 m，0.050 m，0.011 m，0.009 m，倾斜角度达到0.083˚，0.096˚，0.020˚，0.017˚。方案B1~B4表现为向第二次挖土区域方向倾斜，角点最大差异沉降达到1.007 m，1.012 m，0.467 m，0.463 m，倾斜角度达到1.919°，1.929˚，1.189˚，1.178˚。方案B1~B4沉降变化规律与第一次挖土时方案A1~A4相同，由于已经挖除中间区域土体，使得沉井角点差异沉降与倾斜更大。方案C1~C2表现为向北倾斜，角点最大差异沉降达到0.009 m，0.012 m，倾斜角度达到0.017˚，0.023˚；方案D1~D4由于对称开挖，沉降只出现两个对角点沉降增加，相邻角点最大差异沉降达到0.290 m，0.286 m，沉井未倾斜。 4.2. 沉井应力变化 通过研究各方案下沉井最大拉应力来反映不同挖土下沉方式对沉井的影响。第一次开挖完成后沉井最大拉应力如图6所示，第二次开挖完成后沉井最大拉应力如图7所示。 图6. 第一次开挖完成后沉井最大拉应力 由图6可知，第一次挖土完成后，方案B1~B4和D1~D2下沉井最大拉应力为0.645 MPa；方案A1~A2沉井最大拉应力为1.731 MPa，1.75 MPa。先开挖沉井中间区域土体，方案B1~B4和D1~D2，会使沉井结构下部受力出现“简支效应”，此时沉井最大拉应力出现在沉井下部中间位置；而先开挖周围沉井周围区域土体，如方案A1~A4和C1~C2，则会使沉井结构下部受力出现“悬臂效应”，此时沉井最大拉应力出现在沉井上部靠近未开挖区域位置。方案A1~A2由于开挖区域侧壁面积较小，且无中间区域土体，相对于方案A3~A4结构应力会较大。 图7. 第二次开挖完成后沉井最大拉应力 由图7可知，第二次挖土完成后，方案D1~D2下沉井最大拉应力最小，为0.714 MPa；方案B1~B2方案下沉井最大拉应力最大，为3.707 MPa，3.813 MPa，已经超出混凝土抗拉强度标准值。沉井四周区域土体开挖完成，保留中间区域土体，如方案A1~A4和C1~C2，沉井结构下部受力出现“扁担效应”，此时最大拉应力出现在沉井上部中间位置。沉井开挖完一侧周围区域土体和中间区域土体，保留另一侧全部周围区域土体，如方案B1~B2，若开挖区域沉井下沉仍未接触到下层土体，此时沉井结构下部受力出现“悬臂效应”，最大拉应力出现在沉井上部靠近未开挖区域位置；若开挖区域沉井下沉已接触到下次土体，此时沉井结构下部受力出现“简支效应”，最大拉应力出现在沉井下部靠近未开挖区域位置。沉井开挖完一侧周围区域土体和中间区域土体，保留另一侧部分周围区域土体，如方案B3~B4，此时未开挖区域沉井结构下部受力出现“简支效应”，开挖区域沉井结构下部受力出现“悬臂效应”，最大拉应力出现在沉井下部靠近未开挖区域位置。沉井开挖完中间区域土体及四周部分土体，如方案D1~D2，沉井结构下部受力出现“简支效应”，最大拉应力出现在沉井下部中间位置。 4.3. 对周围管道的影响 通过研究各方案下管道最大沉降和最大水平位移值来反映不同挖土下沉方式对管道的影响。不同挖土方案下管道最大沉降如图8、图9所示，管道最大水平位移如图10、图11所示。 由图8可知，第一次挖土完成后，方案A1~A2下管道沉降最大，为104.5 mm，方案A3下管道沉降最小为93.3 mm。各方案下管道最大沉降均出现在管道中部位置，向挖土区域方向略有偏移。方案A3由于挖除远离管道周围区域土体，沉井产生偏斜，在井壁–土共同作用下，使得管道沉降相对减小，同理方案A4则使得管道沉降相对增大。 图8. 第一次开挖完成后管道最大沉降 图9. 第二次开挖完成后管道最大沉降 由图9可知，第二次挖土完成后，方案B3~B4下管道沉降最小，为94.2 mm，94.3 mm，方案B1下管道沉降最大，为121.5 mm。除方案B3~B4外，各方案下管道最大沉降相对于第一次挖土完成时均有所增加。方案B3~B4由于开挖导致沉井出现倾斜，使得原本井壁与土之间的竖向摩阻力部分被转化为对土体水平向压力，从而使得管道沉降减少。 由图10可知，第一次挖土完成后，方案A3下管道水平位移最小，为5.9 mm，方案C2下管道沉降最大，为10.5 mm。由于挖除沉井下部土体，会使得沉井外壁土体向挖土区域移动，同时会使沉井产生偏转，通过井壁–土共同作用，导致管道产生水平位移。方案C1~C2下，由于土体的对称开挖，导致沉井两侧土压力受力不平衡，使得沉井出现一定程度的扭转，如方案C1表现为逆时针，方案C2表现为顺时针，从而使得管道水平位移增大。方案A3下，由于开挖区域为远离管道周围区域土体，对管道水平位移影响最小。同理方案A4下，管道水平位移较大。 由图11可知，第二次挖土完成后，方案B3下管道水平位移最小，为7.5 mm，方案B4下管道水平位移最大，为37.3 mm。方案B3下，由于未开挖区域为靠近管道周围区域土体，对管道水平位移影响最小，方案B4则相反。方案D1~D2由于对称开挖，造成沉井产生偏转，管道水平位移值较大。方案B1~B2由于只剩一侧周围区域土体，相对于方案A1~A4和C1~C2只剩下中间区域土体，管道水平位移值较大。 图10. 第一次开挖完成后管道最大水平位移 图11. 第二次开挖完成后管道最大水平位移
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user: 5. 结论 1) 不同挖土方案对沉井姿态控制效果不同。不对称挖土会显著加大沉井差异沉降，沉降表现为向挖土区域方向倾斜；对称挖土和先开挖中间区域土体则能有效控制沉井差异沉降，防止沉井倾斜；对称挖土下先开挖中间区域土体对沉井姿态控制效果最好，但会是沉井产生平面内扭转，不利于沉井在平面定位。 2) 不同挖土方案会导致沉井结构受力出现“简支效应”、“悬臂效应”和“扁担效应”；其中“简支效应”对沉井结构受力最为有利。“悬臂效应”形式下沉井最大拉应力值最大。 3) 不同挖土方案对沉井旁边一期管道影响不同。各挖土方案对旁边一期管道沉降和水平位移控制效果不尽相同。方案B3在能控制管道沉降的同时又保证其水平位移可控，方案B4虽能合理控制管道沉降，但其水平位移却最大。