DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 摘 要 以重庆大学“双一流”建设为契机，依托重庆大学先进制造一流学科群，结合制造业发展和国家重大需求，打破固有学科领域界限，形成体现多学科交叉融合特征的先进制造新工科工程人才培养模式。首先建立先进制造跨学科交融人才培养管理机构，为新工科背景下制造人才培养提供组织保障；在研究先进制造技术内涵及本质特征基础上，建立面向解决复杂工程问题能力的跨学科交叉融合的课程体系和教学模式，开设若干体现多学科交叉融合的新课程；组建跨学科教学团队，搭建学科交叉创新实践教学平台，推进跨学科合作学习及创新实践；制定多学科交叉融合能力达成的评价标准和考核办法，建立质量监控体系。据此，依托重庆大学机械、材料、仪器、力学、控制等优势学科，开展体现学校优势和特色的先进制造专业集群建设。 关键词 :新工科，先进制造，跨学科交融，创新实践，质量监控 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 先进制造技术是集材料、机械、电子信息、自动化等多种技术为一体的新一代加工制造技术 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] ，是《中国制造2025》、《智能制造“十三五”发展规划》等国家政策推进的主攻方向，是实现我国制造业由大变强、转型升级的重要途径 [ 5 ] 。我国是制造大国，但我国制造业的持续发展还面临诸多问题，例如：适应先进制造的高性能先进材料制备技术、制造过程中的精密传感测试技术、制造过程中的智能化程度等还存在不足，学科交叉融合不够深入，主要原因之一是现行工程教育体系无法适应面向先进制造的新工科工程人才培养要求，不能满足先进制造和社会转型升级发展的需要 [ 6 ] 。因此，现行制造工程教育体系面临全方位变革，亟需开展多学科交叉融合的先进制造工程人才培养模式探索与实践。通过前期对中国工程教育现状分析研究与实践，发现现行制造工程人才培养体系存在五大亟需解决的问题，如图1所示，具体如下： 1) 先进制造跨学科交融人才培养管理机构缺乏 长期以来主要是分专业、分学科进行制造类人才培养，缺乏跨学科交融的新型机构和管理机制，不能为跨院系、跨学科、跨专业培养先进制造新工科工程人才提供组织保障。 2) 先进制造跨学科课程体系和教学模式不健全 现行的制造工程教育主要是基于单学科的传统课程体系进行人才培养，课程跨界交叉融合薄弱，缺乏跨学科、动态可重构的模块化课程体系，教学模式单一，重在知识传授，学生缺乏全局思维、大工程视野以及解决复杂工程问题的能力。 3) 先进制造跨学科教学团队和创新实践教学平台有待加强 现行制造工程教育存在学科交叉融合度低、学科之间壁垒重重，资源分散封闭等问题，需要组建先进制造跨学科教学团队、适应多学科交叉融合的创新实践教学平台，以满足先进制造新工科背景下学生跨学科合作学习的需要。 4) 多学科交叉融合能力达成的质量监控体系缺乏 尚未建立先进制造多学科交叉融合能力达成的多元评价标准和质量监控体系，无法有效判定学生多学科交叉融合学习能力的达成。 5) 体现学校优势和特色的先进制造专业集群有待建设 新工业革命时代的来临，制造工程知识体系面临多方面、多层次的更新与创新，亟需建设体现学校优势与特色的先进制造专业集群，以适应多学科交叉融合先进制造工程人才培养需求。 图1. 现行制造工程人才培养体系存在的问题 针对上述问题，以重庆大学“双一流”建设为契机，依托重庆大学先进制造一流学科群，结合制造业发展和国家重大需求，打破固有学科领域界限，形成体现多学科交叉融合特征的先进制造工程人才培养模式，如图2所示。 图2. 先进制造工程人才培养模式建设
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user: 2. 建立先进制造跨学科交融人才培养组织机构 先进制造跨学科交融人才培养组织机构构架如图3所示，组织机构实行委员会领导下的主任负责制，委员会包括战略计划委员会、学科专业发展委员会、跨学科教育委员会。委员会机构成员包括先进制造学科学术带头人、科研机构学者、产业界工程师等。跨学科研究机构的重大事项由委员会做出决策。 基于机械、材料、力学、仪器及控制等学科，围绕先进制造专业建设方向，建立“以关键科学问题为导向”的管理模式，形成适应学科交叉融合的网状管理结构；根据学科交叉融合的特点，建立以项目为纽带的人才流动机制、以任务为中心的科研教学合作机制、以多学科交叉融合为导向的资源配置机制等，形成多学科交叉融合的“长效机制”；成立由产学研多方参与的多学科交叉融合管理委员会，负责各学科和单位之间的横向联系和沟通，形成多方合作、协调联动、互惠共赢的多学科交叉融合机制，为 图3.先进制造跨学科人才培养组织机构构架 跨院系、跨学科、跨专业培养先进制造新工科人才提供组织保障。
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user: 3. 探索先进制造跨学科课程体系和教学模式 3.1. 先进制造技术内涵、本质特征研究 研究先进制造技术内涵、本质特征及其对制造过程、管理服务运作模式的变革影响；研究先进制造学科交叉的知识和技术融合特性。据此，从学科导向转向以产业需求为导向，开展新工科制造工程人才培养需求研究，具体包括：先进制造工程人才创新能力培养需求、先进制造工业文化及其对工程人才素养的需求、先进制造对工程人才专业结构的挑战和需求。基于上述研究，建立跨学科交叉融合的先进制造工程人才培养三维模型，如图4所示。 3.2. 跨学科动态可重构的模块化课程体系研究 根据“大工程观”思想，通过纵向与横向两个维度整合构建先进制造跨学科课程体系，如图5所示，纵向整合同一学科内课程(基础课和专业基础课程)，横向整合不同学科主干课程；根据先进制造五大核心课程群，构建跨学科课程体系关键基础单元，开设若干体现多学科交叉融合的主干课程，如图6所示。据此，结合先进制造关键科学问题，开展面向工程过程的跨学科课程教学实践，突破按照学科知识体系构建的层级式课程结构，加强学生对工程规律的认知，提升学生解决复杂工程问题能力，通过模块式课程构建促进学生的个性化发展。 3.3. 跨学科交叉融合的先进制造工程人才培养教学模式研究 从专业分割转向跨界交叉融合，开展“师–生、课–课、理论–实践”协同教学实践，探索“多师 图4. 先进制造工程人才培养三维模型 图5. 先进制造跨学科课程体系构架 导学、多课同堂”的教学组织形式，即搭建“多课多师”跨界协同教学平台；针对“导向性关键科学问题”，通过科学试验，结合相关课程知识，引导学生思考科学原理，师生共同解决问题，以促进跨学科专业主干课程有机融合，形成新型跨学科教学模式；基于互联网大数据教学服务平台，推进信息技术和教育教学深度融合，建设和推广应用在线开放课程，充分利用虚拟仿真等技术创新工程实践教学方式。
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user: 4. 组建先进制造跨学科教学团队和创新实践教学平台 4.1. 组建先进制造跨学科教学团队 依托机械传动国家重点实验室、国家2011计划重庆自主品牌汽车协同创新中心、国家镁合金工程技术研究中心、国家工科机械基础教学基地等国家级教学科研平台，对基础课和专业基础课程进行纵向整合，跨学科主干课程进行横向整合，围绕先进制造专业建设方向组建一批跨学科教学团队，如图7所示。 图6. 先进制造核心课程群跨学科主干课程 图7.先进制造跨学科教学团队构架 凝练五个建设方向中的共性问题和专业问题，加强团队成员之间针对不同概念、方法、数据与术语的相互交流和探讨。通过组建跨学科教学团队，吸收多学科公共课和专业基础课教师加入，完成公共课、专业基础课与跨学科专业主干课程之间的集群式创新融合。先进制造跨学科教学团队由学术造诣高的教授领衔，保证团队成员的学缘结构、年龄结构、职称结构合理。依托跨学科教学团队，全面实施教学质量工程建设。 4.2. 先进制造跨学科创新实践教学平台搭建 基于先进制造专业建设方向，搭建对应跨学科创新实践教学平台，为学生培养提供科研与教学实践开放基地，具体见表1。 Table 1 Advanced manufacturing interdisciplinary innovation practice teaching platfor 先进材料及其制备加工成型跨学科创新实践教学平台 以全球智能制造、绿色制造理念为牵引，在液态成形、固态成形、连接、表面改性等领域开发先进加工技术并形成实践教学平台，搭建先进绿色铸造工艺技术、大型构件铸–轧直接成型技术、先进塑性成形工艺与装备系统、高可靠连接技术、新型复合成型技术等教学实践平台。 智能制造跨学科创新实践教学平台 综合运用高档数控机床、机器人、3D打印、立体仓库、AGV、虚拟仿真与虚拟现实等智能制造手段，搭建具有生产线系统集成能力和生产线虚拟调试能力的小型自动化生产线，为学生培养提供科研与教学实验开放平台，同时提升智能装备与机器人运行过程中智能决策及智能执行的相关教学技术手段。 机器人综合性能与控制跨学科创新实践教学平台 平台支持机器人新型材料、关键零部件、驱动系统、感知系统、控制系统性能及可靠性测试与分析、极限环境和故障状态下机器人综合性能测试与分析；多机器人协调与协作作业、机器人与信息网络虚拟交互、远程操作和网络服务技术等机器人协同作业平台搭建，为学生培养提供科研与教学实验开放平台。 新能源汽车综合性能与控制跨学科创新实践教学平台 支持智能型新能源汽车构型、能量传递分析、整车多目标动力学与行驶状态控制测试与分析、整车及零部件振动噪声测试与分析、整车及零部件控制性能测试与分析、极限工况和故障状态下整车综合性能测试与分析。 智能传感与测控跨学科创新实践教学平台 融合传感器技术、现代光学、精密机械、软件技术等多学科，综合利用光机电算多学科交叉优势，建设先进传感技术、精密测控技术及智能仪器等跨学科实践平台，为先进制造中机器人、新能源汽车智能感知、智能制造等关键技术提供技术保障。 表1. 先进制造跨学科创新实践教学平台
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user: 5. 建立多学科交叉融合能力达成的质量监控体系 研究多学科交叉融合的教育教学环节与能力培养的基本规律。基于跨学科动态可重构的模块化课程体系，进行基于能力培养的教育教学环节设计，研究先进制造跨学科教育教学环节评价方法；研究跨学科教育教学环节与学生能力培养的映射关系，建立能力映射关系矩阵；研究跨学科教育教学环节与能力培养定量关系函数，探索各教学环节对能力培养的贡献权重系数和加权能力系数，制定学生多学科交叉融合能力的定量评价方法。 建立多学科交叉融合能力达成的质量监控体系。依据多学科交叉融合能力达成的评价方法，制定跨学科课程教材建设、实践性教学环节及实施过程的质量管理体系；研究课程目标达成状况的持续评价机制；研究用人单位、人才市场、社会对先进制造工程人才培养质量监控与评价机制。
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user: 6. 建设先进制造专业集群 以重庆大学“双一流”建设为契机，基于重庆大学先进制造一流学科群的优势和特色，打破固有学科领域界限，依托机械传动国家重点实验室、国家2011计划重庆自主品牌汽车协同创新中心、国家镁合金工程技术研究中心、国家工科机械基础教学基地等国家级教学科研平台，结合制造业发展和国家重大需求，通过学科交叉，围绕先进制造技术三个层次和五个方向开展先进制造专业集群建设，如图8所示，部件级包括先进材料及其制备加工成型方向和智能传感与测控仪器方向，系统级为智能制造技术与系统方向，典型产品级有智能新能源汽车方向和智能机器人方向。 图8.先进制造专业集群构架
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user: 7. 结束语 通过多学科交叉融合的先进制造工程人才培养模式探索与实践研究： 1) 提出的先进制造跨学科网状管理组织机构构架，可为其他新工科优化学院组织模式，建立跨学科交融的新型机构提供借鉴。 2) 探索形成多学科交叉融合的先进制造工程人才培养模式，可为其他新工科工程人才培养在改革课程体系、开设跨学科课程、探索面向复杂工程问题的课程和教学模式、组建跨学科教学团队及跨学科项目平台等方面提供借鉴。 3) 揭示的多学科交叉融合的教育教学环节与能力培养的基本规律，可为其他新工科工程人才培养制定多学科交叉融合能力达成的评价标准和考核办法，建立多学科交叉融合能力达成的质量监控体系。
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user: 摘 要 地球磁场对生态系统以及天体磁场对宇宙大尺度结构的形成有着重要的作用，但是天体磁场的起源和演化规律至今还是一个悬而未决的难题。已有的多种理论假说，都存在一些难以克服的困难。现在学术界比较容易接受的理论是所谓的发电机模型，该理论认为天体内部液态的磁流体运动，能够克服欧姆耗散并产生持久的微弱电流和宏观磁场。但是这个模型需要一个启动的种子磁场，天体内部很多原始物理参数很难获取，大范围的流体运动也没有很稳定的解，这些都是发电机模型的困难。此外发电机模型也很难解释星球偶极矩磁场与其角动量之间的关联性。本文利用Clifford代数计算了粒子自旋与天体引力场之间的耦合作用，我们发现旋转星球会给旋量场提供了一个与偶极子磁场相同的宏观引力场Ω α ，星球内部带电粒子的自旋都会沿着Ω α 的力线规则排列起来，从而诱导出一个宏观磁场。计算表明Ω α 场强正比于星球的角动量，这也就解释了星球磁场强度与角动量的关联性。本文的结论提示，深入研究天体内部物理参数如密度、速度、压力和温度等对Ω α 场的影响，对进一步理解天体磁场可能会有重要作用。 关键词 :地球磁场，天体磁场，磁偶极子，Clifford代数，Dirac方程，自旋引力耦合，弯曲时空 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 3. 结束语 天体磁场的起源和演化是一个复杂而艰深的问题。比较已有的假说和理论，本文提出的解释似乎更加自然和合理，可能更加接近深层本质。旋转星球为粒子自旋提供一个和磁偶极子磁场一样的微弱引力场，这是一个有点意外的发现，让人不得不赞叹造化的神奇与微妙。正如作者在研究旋量联络(11)的分解时，James Nester教授曾鼓励说，“这里可能有一个很深的智慧我们还没有领略到”。自旋–引力耦合项相当于给每个粒子装备了一双眼睛，具有导航和定位功能。本文的结论提示，深入研究天体分布参数如密度、速度、压力和温度等对 Ω α 场的影响，对进一步理解天体磁场可能会有重要作用。但是这也是一个复杂的系统工程，需要多学科的同仁们共同努力才行。
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user: 摘 要 首先，系统给出 ( G ′ G 2 ) -展开法、F-展开法、 ( e x p ) -展开法、改进的Kudryashov方法、直接截断法，构建偏微分方程的精确解的起源与研究现状的文献综述。接下来，采用对比方式给出上述五种广义的函数展开法在构建偏微分方程精确解的步骤。最后，通过上述五种广义的函数展开法中的 ( G ′ G 2 ) -展开法、 ( e x p ) -展开法构建(2 + 1)维Boiti-Leon-Pempinelli方程的精确解，并使用控制变量法进行数学实验分析了(2 + 1)维Boiti-Leon-Pempinelli方程中三个变量对于精确解的影响。 关键词 : ( G ′ G 2 ) -展开法，F-展开法， ( e x p ) -展开法，改进的Kudryashov方法，直接截断法， (2 + 1)维Boiti-Leon-Pempinelli方程，精确解，数学实验 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 偏微分方程精确解可以很好的描述物理、工程等方面的各种模型，因此，偏微分方程精确解的构建问题一直都是热点问题，偏微分方程精确解的构建目前有很多方法。如，Bäcklund变换 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]，Darboux变换 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]，齐次平衡法 [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]，首次积分法 [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] 以及各种广义的函数展开法。使用函数展开法构建偏微分方程精确解有几十种，本文以(2 + 1)维Boitl-Leon-Pempinelli 方程为例，比较分析 ( G ′ G 2 ) -展开法、F-展开法、 ( e x p ) -展开法、Kudryashov方法、直接截断法在构建偏微分方程精确解的异同。下面给出上述五种广义的函数展开法，构建偏微分方程的精确解的起源与研究现状的文献综述。 ( G ′ G 2 ) -展开法，是Li Wen-An等借助Chun Quanbian在文献 [ 20 ] 提出的基础之上，在文献 [ 21 ] 提出的 ( ω / g ) -展开法而形成的，并用 G ′ G -展开法构建出了Vakhncnko方程的精确解，其后在文献 [ 22 ] - [ 28 ] 中， ( G ′ G 2 ) -展开法被运用在求解各种方程的精确解中。 F-展开法，2003年由Y.B. Zhou等在文献 [ 29 ] 中首次提出并构建出了一个耦合Kdv方程的精确解，之后王明亮，斯仁道尔吉在文献 [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] 使用F-展开法KdV方程的精确解与广义Nizhnik-Novikov-Veselov方程组的精确解。 ( e x p ) -展开法，是由Ji-Huan He和Xu-Hong Wu在文献 [ 33 ] 首次提出，在文献 [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]，分别使用 ( e x p ) -展开法构建出了Konno-Oono方程，(2 + 1)-维Sawada-Kotera(SK)方程与(3 + 1)-维非线性evolution方程的精确解。 Kudryashov方法，由Kudryashov NA于1988年在文献 [ 38 ] 中提出，之后Anonymous在文献中将其运用到构建偏微分方程的精确解中，之后文献 [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] 分别使用改进的Kudryashov方法构建出了high-order nonlinear Schrödinger方程，nonlinear transmission line方程与Fractional nonlinear evolution方程的一系列精确解。 直接截断法，由赵等人在文献 [ 42 ] [ 43 ] 提出，之后文献 [ 44 ] 提出了离散区间系统降阶的直接截断方法，董长紫，刘转玲等在文献 [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] 使用直接截断法构建出了Klein-Gordon方程，高次非线性薛定谔方程与Burgers方程的精确解。 对于如下(2 + 1)维Boiti-Leon-Pempinelli方程(1)： { u t y − ( u 2 − u x ) x y − 2 v x x x = 0 ， v t − v x x − 2 u v x = 0. (1) 在文献 [ 48 ] 通过Khater方法构建出了方程(1)大量三角函数解、双曲函数解，在文献 [ 49 ] 通过动力系统和数值模拟其不同拓扑结构的相图，通过计算复杂的椭圆积分，获得了方程(1)椭圆函数类型的周期波解，在文献 [ 50 ] 使用扩展映射方法构建出了方程(1)的精确解，在文献 [ 51 ] 使用 ( G ′ / G ) -展开法构建出了方程(1)的有理函数解、双曲函数解、三角函数解。在文献 [ 52 ] 使用Bäcklund变换，在文献 [ 53 ] 使用广义Riccati方程方法，在文献 [ 54 ] 使用扩展的tanh方法，在文献 [ 55 ] 使用了进一步扩展tanh的方法，获得了方程(1)的各类精确解。在文献 [ 56 ] [ 57 ] 分别使用改进的伯努利子方程函数法与对称约化法构建了方程(1)的大量精确解。 在接下来将具体描述 ( G ′ G 2 ) -展开法、F-展开法、 ( e x p ) -展开法、改进的Kudryashov方法、直接截断法、构建(2 + 1)维偏微分方程精确解的过程结果，同时使用 ( G ′ G 2 ) -展开法、 ( e x p ) -展开法构建(2 + 1)维Boiti-Leon-Pempinelli方程的精确解，并使用控制变量法进行数学实验分析了(2 + 1)维Boiti-Leon-Pempinelli方程中三个变量对于精确解的影响。
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user: 4. 数学实验与精确解的图形 下面使用控制变量法，以解 u ( 1 ， 1 ) ( ξ ) 为例，做出 u ( 1 ， 1 ) ( ξ ) 取 ϕ = 3 ， φ = 4 ， ω = 5 ， c 1 = 1 ， c 2 = 2 在x-y-t坐标系下的3D图形如图(1)。 图1. u ( 1 ， 1 ) ( ξ ) 在x-y-t的3D图形 u ( 1 ， 1 ) ( ξ ) 取 ϕ = 3 ， φ = 4 ， ω = 5 ， c 1 = 1 ， c 2 = 2 在x-o-t坐标系下(取 y = 1 )的图形如图(2)，在x-o-y坐标系下(取 t = 1 )的图形如图(3)。 u ( 1 ， 1 ) ( ξ ) 取 ϕ = 3 ， φ = 4 ， ω = 5 ， c 1 = 1 ， c 2 = 2 在y-o-t坐标系下(取 x = 1 )的图形如图(4)，在x-y坐标系下(取 t = 1 )的图形如图(5)。 u ( 1 ， 1 ) ( ξ ) 取 ϕ = 3 ， φ = 4 ， ω = 5 ， c 1 = 1 ， c 2 = 2 在x-t坐标系下(取 y = 1 )的图形如图(6)，在y-t坐标系下(取 x = 1 )的图形如图(7)。 图2. u ( 1 ， 1 ) ( ξ ) 在x-o-t (t = 1)的3D图形 图3. u ( 1 ， 1 ) ( ξ ) 在x-o-y (t = 1)的3D图形 图4. u ( 1 ， 1 ) ( ξ ) 在y-o-t (t = 1)的3D图形 图5. u ( 1 ， 1 ) ( ξ ) 在x-y (t = 1)的3D图形 图6. u ( 1 ， 1 ) ( ξ ) 在x-t (t = 1)的图形 图7. u ( 1 ， 1 ) ( ξ ) 在x-t (t = 1)的图形 实验结论：通过上述实验比较图(2)与图(4)，图(6)与图(7)发现(2 + 1)维Boiti-Leon-Pempinelli方程(1)中三个变量 x ， y 对于精确解结构的影响一致，这也就是(1 + 1)维Boiti-Leon-Pempinelli方程被广泛研究的原因。比较图(3)与图(2)、图(4)或者比较图(5)与图(6)、图(7)知道(2 + 1)维Boiti-Leon-Pempinelli方程(1)变量t与变量 x ， t 对于精确解结构的影响不一致。因此，就可以在下一步的工作中对(2 + 1)维Boiti-Leon-Pempinelli方程进行降低维数或者增加维数进行研究。
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user: 5. 结论 本文，给出 ( G ′ G 2 ) -展开法、F-展开法、 ( e x p ) -展开法、改进的Kudryashov方法、直接截断法，构建偏微分方程的精确解文献综述共有57篇文献，同时给出了上述五种方法构建偏微分方程精确解的过程与结果，另外使用 ( G ′ G 2 ) -展开法构建出了(2 + 1)维Boiti-Leon-Pempinelli方程的精确解 u ( 1 ， 1 ) ( ξ ) ~ u ( 1 ， 6 ) ( ξ ) ，这些解包括三角函数解，双曲函数解，有理函数解。使用 ( e x p ) -展开法构建出了(2 + 1)维Boiti-Leon-Pempinelli方程的精确解 u ( 2 ， 1 ) ( ξ ) ~ u ( 2 ， 10 ) ( ξ ) ，极大地丰富了(2 + 1)维Boiti-Leon-Pempinelli方程的精确解。 通过数学实验得到(2 + 1)维Boiti-Leon-Pempinelli方程中三个变量 x ， y 对于精确解结构的影响一致，而变量t与变量 x ， y 对于精确解结构的影响不一致。下一步的工作将继续使用这些广义的函数展开法构建分数阶偏微分方程或者随机偏微分方程的精确解。
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user: 摘 要 我国对石油的需求量越来越大，但由于开采条件恶劣及技术等多方面问题，我国对石油进口的依赖度很大，为减轻市场压力，减少石油进口，我国不断加强对石油的勘探，而稠油占石油地质资源的25％(约200亿吨)，油气地质资源总量的8％，是油气勘探开发不容忽视的一部分，我国对稠油开发方案历时已久，有着非常成熟的开发技术。笔者总结归纳了我国历年来在稠油开采方面的技术以及实际应用例子，分析了各项稠油开采技术的优劣势，并针对我国开发现状提出了几点建议 [ 1 ]。 关键词 :稠油，勘探开发，开采技术，建议 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 我国石油地质储量及消费现状 2017年，中国原油生产量为2409亿立方米吨，国内生产状况呈现下降趋势。原油产量在不断下降，但是需求量却逐渐加大。一方面，中国2017年的石油表观消费量为7404亿立方米，是2011年以来的最高点，并预计在2018年将达到7530亿立方米。另一方面，中国原油需求对外依存度持续升高，目前已经达到4969亿立方米，超过美国成为世界原油最大进口国，依存度逼近70% [ 1 ]。 为了减轻市场压力并减少石油进口，需要降低成本和有效地开发稠油油藏。中国地质调查局(CGS)的最新数据显示，中国石油地质储量为1257亿吨，可采储量为301亿吨 [ 2 ]。中国油气资源储量结构如图1所示，其中，稠油约占石油地质资源的25%，占石油和天然气总量的8%。超过200亿吨且超过40亿吨的地质资源是可采的。中国的稠油主要分布于渤海湾、松辽盆地、塔里木盆地、吐鲁番–哈密盆地和华北平原等，如图2所示。 图1. 中国油气地质资源结构 图2. 中国稠油资源分布
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user: 2. 稠油开采现状 1970年代以来，中国一直致力于稠油开发，并成功开采出粘度超过100，000 mPa·s的超稠油 [ 3 ]。根据不同的原油粘度范围和储层条件，稠油开采有多种方法可供选择，如图3所示。 图3. 粘度与采收率技术的关系 中国稠油开发历经了4个发展过程，如图4所示。第1~2阶段为技术准备和开发试验阶段(1980年以前)，开始引入蒸汽吞吐开采稠油；第3阶段为技术推广、扩大蒸汽吞吐开采稠油阶段(1980~1990年)；第4阶段为完善蒸汽吞吐，实现蒸汽吞吐高效开发阶段(1990~2000年)；第5阶段为稠油转变开发方式阶段(2000年~现在)，同时，这一阶段体现了中国稠油开发从单纯考虑产量到追求高效低成本开发的理念转变与进步。中石油辽河油田是稠油开发的佼佼者。2017年，辽河油田全年投产新井1300余口，新井日产原油首次达280万立方米，全年生产原油超过125 * 10 4 立方米，其中超过40%的原油为稠油 [ 4 ]。 图4. 中国稠油发展历史 目前，中国稠油开发呈现出开发技术多元化的状态。其中，蒸汽吞吐已经在中国开发30多年，国内80%的稠油都是通过吞吐开采采出。到今天，蒸汽吞吐仍然是中国主要的开发技术，并经历了从单纯注蒸汽开采，到注入二氧化碳、氮气、空气辅助蒸汽吞吐的发展过程，使蒸汽吞吐技术在实践中不断完善与进步。蒸汽驱是有效的蒸汽吞吐接替技术之一，改善了蒸汽吞吐井间动用程度差的问题。中国蒸汽驱技术已经成功应用于中深层的各类复杂稠油油藏，并为中国提升了20%的稠油采收率。针对超稠油、特超稠油等难动用复杂油藏，中国研发出自己的特色技术系列，如双水平井SAGD技术、直井–水平井SAGD技术、火驱技术等。
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user: 3. 稠油油藏开采常用技术 现常用的稠油开采方式主要有蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油技术、火驱技术、二氧化碳驱、化学驱等，我将对几种常用的开采技术最新研究现状进行论述。 3.1. 蒸汽吞吐 蒸汽吞吐技术是当前中国开采稠油的主要技术，通过将热蒸汽注入地层，然后关井使地层充分受热，以此来降低原油粘度，最后实现开井生产。由于技术要求低，蒸汽吞吐适用于各种稠油油藏。在过去的30年中，中国蒸汽吞吐开发稠油已经有30多年的开发历史，80%的稠油都是通过吞吐开采采出。今天，蒸汽吞吐依旧是中国稠油开发的主要技术。中国已经将蒸汽吞吐与二氧化碳、氮气、烟道气、空气结合，形成气体辅助蒸汽吞吐技术，有效的降低了蒸汽用量和成本，并能有效改善油层动用不均的问题，将蒸汽吞吐采收率提升了10%~15%，取得了良好的开发效果 [ 5 ]。 3.2. 蒸汽驱 蒸汽驱与蒸汽吞吐原理类似，都是通过将蒸汽注入地层，不同的是蒸汽驱是一口井注入，另一口井生产的方法实现稠油开采，其原理如图5所示。辽河油田齐40块是中国首个中深层稠油蒸汽驱开发的油藏。齐40区块从2006年扩大转驱以来到现在，总共转驱了150个井组。截至2015年，齐40蒸汽驱的采出程度为11.4%，有效地提高了中深层稠油的采出程度。 图5. 蒸汽驱的工作流程 但是，蒸汽驱也存在一些尚未克服的困难，蒸汽驱也带来了蒸汽超覆、窜流与粘性指进等问题。对此，中国油田采用氮气、二氧化碳、烟道气等非烃气体辅助蒸汽进行驱替，在改善这些缺陷的同时，做到了对热蒸汽的大量节省。辽河油田历经10年中深层油藏蒸汽驱的开发实践，完成了从蒸汽驱物理模拟、跟踪调控到注采工艺技术的巨大进步。目前，辽河油田蒸汽驱实施储量可达5000万吨，开发应用潜力巨大 [ 6 ]。 3.3. 蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD) 目前，中国正在推广使用蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)，中国“十三五”规划期间，中国将投入大量资金用于推广SAGD技术的使用。中国能源局预测：到2020年，国内使用SAGD技术将提高稠油采收率10个百分点。 SAGD主要用于超稠油的开采，其原理如图6。SAGD是一种行之有效的技术方法。2017年，我国在新疆油田建造了第一口超稠油井FHW102，日产量为135吨/天，并连续57天保持产量超过100吨/天。截至2017年12月，新疆油田SAGD处理的169口井群，平均产量为14.7吨/天 [ 7 ]。 图6. 双水平井SAGD的工作过程 蒸汽辅助重力泄油与水平井技术相结合被认为是近10年来所建立的最著名的油藏工程理论。如今辽河油田和新疆油田分别在中深层超稠油SAGD技术和浅层稠油双水平井SAGD技术应用上遥遥领先。辽河油田SAGD技术经历了从1997年的开发先导试验，到2005年进一步扩大实验，再到如今SAGD取得成功并得以推广使用，已经形成了热采三维物理模拟技术、SAGD油藏工程优化设计技术、SAGD跟踪动态调控技术、SAGD大排量举升工艺技术等系列技术 [ 8 ]。 3.4. 火驱技术 火驱技术(又称为火烧油层)是最早开展的热采技术之一，它通过注气井向地层连续注入空气并点燃油层，实现层内燃烧，从而将地层原油从注气井推向生产井。2003年，中石化首个重大火驱试验——胜利油田郑405块火驱先导试验点火成功。2009年，中石油进行了首个火驱重大开发试验——新疆红浅1井区火驱试验点火成功该井火驱试验后的开发效果良好，截至2016年，该井累计产油9.04万吨，采出程度达到21%，并预计可以提高采收率36.2%，最终采收率达到65.1%，原油降黏率达到79.5%。 目前，中国尝试将火驱技术与水平井进行结合来开发稠油，对从“脚趾到脚跟”的水平井火驱技术(THAI)的深入研究，提出了水平井火驱辅助重力泄油的概念，如图7所示。其理论上可以使采收率达到55%以上，并可以使空气油比控制在2000 m 3 /m 3 以内，实现超稠油低成本开发 [ 9 ]。 图7. 火驱技术的工作过程 3.5. 冷采技术 出砂开采技术依靠出砂形成高渗透性“蚯蚓洞”网络以及高稳定性泡沫流来实现稠油高产。河南油田G4906井是中国首口出砂冷采井，其日产量峰值高达60吨/天，一般为16~30吨/天，是常规试油产量的8倍，是同区块蒸汽吞吐井G4901产量的4倍。目前，中国冷采射孔参数已经控制在孔眼直径30 mm、射孔密度40~50孔/米左右，并规模性使用双金属高转速螺杆泵，可以在地下形成稳定的泡沫流，激励出砂，提高携砂能力，使油层不断出砂，中国螺杆泵技术经历了从单金属螺杆泵到双金属螺杆泵的进步过程，目前国内各大油田普遍适用双金属螺杆泵来进行举升，使用效果良好 [ 10 ]。
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user: 4. 结论 2017年，美国在继页岩革命之后，研发出稠油低成本开发新技术——S-BTF (baric-thermal flow)。这项技术可以使一口井的产量从每天只有几加仑增加到了十几桶，产量增加近14倍，相当于可将每口井盈亏平衡降到20美元/桶以下。中国稠油开发面临机遇与挑战，国内常规油气资源开发乏力，稀油供不应求，中国应该着力追求重质油低成本高效开发技术。 中国在第十三个五年计划期间，将稠油低成本高效开发技术划为重点研究项目，将投入大量资金与人力推动技术研究的进步。结合国内外超稠油开发现状与追求稠油低成本高效开发的愿望，编者给出了以下几条建议以供参考： 1) 研发原位改质技术。该项技术起源于页岩气，却可以用于稠油原位改质降粘，其关键在于原位转化烃类组成。考虑加氢、转化重油、催化裂解等改质方法来促进稠油原位降粘，实现稠油高效开发。 2) 推进SAGD超稠油开发技术应用与优化。加大SAGD技术的投入使用，优化SAGD开发方式，如双水平井、直井–水平井、U型井、J型井等。 3) 提升火驱技术开发试验效果。优化点火、助剂、注气工艺、燃烧模式等辅助技术，重点考虑水平井火驱技术的研发与应用。 4) 优化蒸汽吞吐、蒸汽驱开发。节能与降成本是蒸汽吞吐与蒸汽驱优化的主要方向。 5) 创新稠油开发技术，比如微生物降粘技术、电磁加热技术等。
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user: 摘 要 在课程思政的大背景下，如何利用信息技术，将思想政治教育融入到大学英语写作教学，实现英语课程教学与思想政治教育协同育人是当前外语教学面临的一个新挑战。本文分析了混合式大学英语写作课程蕴含的思想政治教育资源和优势，并通过16周的教学实践表明，该课程对大学生英语写作能力和价值引领两方面产生了积极的影响。 关键词 :思想政治教育，混合式大学英语写作，写作能力，价值引领 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 在全国高校思想政治工作会议上，习近平指出，做好高校思想政治工作，要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。思想政治理论课有相对固定的课程资源、教学内容和教育教学要求，体现为显性教育，而其他课程蕴含的隐形育人内容是不可或缺的重要资源，那些建立在学科史和实践体验性活动中鲜活的教育资源更有可感性、亲切性、性和生动性 [ 1 ] 。“课程思政”是高校思想政治教育的重要载体，也是实现习近平总书记提出的“高校之本在于立德树人”中心环节和根本任务的有效途径 [ 2 ] 。 课程思政实质是一种课程观，不是增开一门课，也不是增设一项活动，而是将高校思想政治教育融入课程教学和改革的各环节、各方面，实现立德树人润物无声。思想政治教育是一个系统工程，需要各个课程协同发挥作用。除了高校思想政治理论课，综合素养课程和专业教育课程应围绕“知识传授与价值引领相结合”的课程目标，在实现课程的知识传授、能力培养等基本功能的基础上，挖掘并凸显其价值引领功能，做好学生思想引领和价值观的塑造工作。在课程的教授过程中，注意“入深入细、落小落全、做好做实”，注重课堂形式的多样性和话语传播的有效性，避免附加式、标签式的生硬说教 [ 2 ] 。 作为高等教育的综合素养课程之一，大学英语兼具人文性和工具性，具有重要的育人功能。因此，在培养大学生英语综合运用能力的同时，实现大学英语课程全过程全方位育人，把思想价值引领贯穿教育教学全过程和各环节是大学英语教学改革的方向。
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user: 2. 混合式大学英语写作教学是实施思政教育的有效途径 写作是语言输出的一种重要形式，也是大学生英语综合能力的一个重要组成部分。但目前大学英语基本没有专门的写作课程，写作教学往往是授课任务的环节之一，导致很多教师采用方便、快捷的“讲解——命题作文——批改/点评”的教学模式，片面培养学生的语言技能，完全忽略写作课程的思想政治教育资源，在引领学生思想和塑造其价值观方面的作用微乎其微。 移动互联网技术和移动智能终端的飞速发展为改革大学英语写作课程提供了契机。信息技术与课堂教学的深度融合，引发教和学在时间、空间、内容、手段、方法和师生角色方面的变化，符合在信息环境成长的当代大学生的学习特点和需求。混合式教学把传统教学方式的优势和网络化教学的优势结合起来，既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又要充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性 [ 3 ] [ 4 ] 。“互联网 + 教育”时代，混合式学习把传统学习方式的优势与数字化学习或泛在学习的优势结合起来，将多媒体计算机和网络通讯技术与学科课程整合，通过将教育信息技术这一“要素”有效地融合于各学科的教学过程中，建构一种新的课堂教学结构 [ 5 ] 。 在思政课的教育教学实践过程中，现代信息技术也逐渐展现出了巨大的功能优势。中共中央宣传部、教育部颁发的教社政[ 2005 ] 5号文件中正式提出了新的思政课设置方案，指示全国高校：“大力推进多媒体和网络技术的广泛应用，实现教学手段现代化” [ 6 ] 。现代信息技术与思政课教育教学的逐步融合打破了传统思政课教育教学模式的束缚，为学生提供了浩如烟海且丰富多样的学习资源及许多发掘知识和表达资深观点的有力工具和途径 [ 7 ] 。 “线上 + 线下”混合式大学英语写作教学以写作知识为载体，是提升思想政治理论和说服力的有效途径。“线上 + 线下”混合式的教学模式可以满足当代大学生移动学习、碎片化学习和微学习的需求，激发他们的学习兴趣，也可大大提高教学效率，优化教学效果。混合式教学模式下，教师可充分利用网络资源，并综合多本纸质写作教材、实现立体化写作教材，体现知识的价值导向。写作教学课程内容主题化，涵盖可以培养大学生理想信念、价值取向、社会责任的社会热点话题和贴近实际、贴近生活、贴近学生的主题。通过设置不同的写作主题，教师引导学生关心时事政治、了解国家方针政策和环球动态，培养学生社会主义核心价值观。在写作前，学生阅读和讨论写作素材，开展语言输入活动和思想交流，加深其对写作主题的理解。学生接触到的写作素材主要来自世界主流媒体，材料思想多元化，形式多样，并通过分析中外媒体对同一事件的报道，了解中西方意识形态的差异，培养学生的文化自信。潜移默化中，教师引领学生形成正确的人生观、世界观和价值观。而后进行的写作过程就是学生运用逻辑思维和批判思维组织思想和论据的过程。混合式大学英语写作教学就是在现代信息技术的支持下，教师把写作知识传授、写作能力培养、思想政治教育融入到教学每个环节的过程。
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user: 3. 思想政治教育融入混合式大学英语写作的教学实践 北京科技大学素质教育核心课程“大学英语写作”是面向全校非英语专业学生开设的外语类公共选修课，该课程在配备计算机的自主学习中心开展课堂授课环节，采用混合式教学模式，每学期历时16周，每周2学时。秉承知识传授与价值引领相结合的原则，该课程采用文秋芳提倡的“学用一体”理念 [ 8 ] ，将写作活动作为驱动手段和教学目标，将写作前的阅读和讨论等输入活动作为促成手段，将“学”与“用”有机结合，提高学生的英文写作能力和沟通交流能力、培养逻辑思维和批判性思维能力，同时通过对社会热点话题的分析和写作，提高大学生缘事析理、明辨是非的能力，培养正确的价值观和人生观。 3.1. 大学英语写作课程蕴含的思政元素 “线上 + 线下”的混合式教学模式有利于提高学生的自律意识，培养自主学习能力和自我约束能力，提高学生综合素质。大学生自律意识的养成是促进大学生综合素质提高的重要途径。在当今的信息技术时代，网络已成为大学生生活和学习的利器，但若缺乏自律意识，不能进行有效的自我管理，他们很容易深陷网络的各种诱惑之中，对生活和学习产生负面影响。该课程的混合教学模式充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性，学生由知识灌输的被动接受者转变为信息加工的主体和知识意义的主动建构者，学生拥有对学习的自主支配权。特别是在课外，根据个人需要，学生能够进行自定进度的学习，获取必要的写作知识和技巧，增加学习乐趣。在课堂上，教师会针对自主学习内容开展测验、小组讨论等活动，考核他们的自主学习效果，并将考核结果纳入到课程评价体系。混合教学模式有利于提高学生的自律意识，促使他们自主完成学习任务。 理解性“输入”活动与产出性“输出”活动的无缝衔接有利于培养学生的批判性思维和逻辑思维，提高大学生缘事析理、明辨是非的能力。在当今信息发达的时代，网络消息良莠不齐，一些信息真假难辨，若大学生不具备明辨是非的能力，对发布或者转发、评论的信息不加以辨识，很容易就成为虚假信息和网络谣言的传播者和制造者。写作过程就是将思想转换为文字的过程，在写作前期的阅读和讨论阶段，针对具体的写作主题，教师为学生精挑细选了包括中英美主流媒体对特定社会热点话题的报道，在教师的指导下，学生以批判的眼光审视各种文本内容和观点的准确性、合理性和真实性，拓展其思维和开阔其视野。之后开展的头脑风暴让学生有机会围绕话题展开讨论，启发彼此的思维，并不断在思维的碰撞中开拓、调整、聚焦和深化自己的观点，提升学生逻辑组织严密性，达到了提高大学生缘事析理、明辨是非能力的目标。 以社会热点话题为主的多样化写作任务有利于培养学生的社会主义核心价值观。本课程的写作任务多样化，以社会热点或贴近学生实际生活的话题为主题，如共享经济、中美贸易战、夸夸群、大学生手机上瘾等，让潜移默化的思想政治教育具有一定的亲和力、针对性、时代感和吸引力。灌输与渗透相结合、多样化的写作任务引发学生对不同热点或贴近生活话题的思考，丰富其知识结构层次，拓宽视野，有利于其新意识和新观念的形成，在一定程度上有助于培养其社会主义核心价值观。比如通过中美贸易战的写作任务，大学生阅读中外主流媒体的相关报道，初步了解上世纪60年代到90年代中期的美日贸易战的起因和经过、中美贸易战的起因、现状和趋势。历史与现实相结合，认识世界与中国发展的大势。在教师的指导下，学生能明辨是非，排除媒体中的一些非理性声音，理性看待世界霸主老牌帝国主义美国通过贸易战对迅速崛起的社会主义中国的战略压制。教师引导学生要坚持“四个自信”，即“中国特色社会主义道路自信、理论自信、制度自信、文化自信”，激发学生的爱国精神和培养民族意识。在教师的指引下，该课程可以基于各种社会热点话题进行写作训练，在提高学生写作能力的同时也达到了潜移默化地对学生进行思想政治教育的目的。 3.2. 教学效果 本文从学生英语写作能力和价值引领两个方面讨论大学英语写作课程的教学效果。 教师对学生作文的综合评分可以反映学生的写作能力。教学前后，授课教师分别在课堂上完成前测和后测(各限时40分钟)，由三位教学经验丰富的老师承担评分工作。写长法论证了作文字数增加对英语写作能力的促进作用。平均句长能够反映学生运用复合句的能力。运用社会科学统计软件包SPSS19.0对前后测作文的写作评分、文章长度和平均句长进行分析，探讨学生英语写作能力的变化。 课程结束时，所有学生完成一份问卷，随后随机挑选6名学生进行半开放式访谈，进一步了解混合式大学英语写作教学模式对其写作能力的影响以及该课程在价值引领方面的作用。 从表1可以看出，经过一个学期的写作训练后，混合式大学英语写作教学能显著提高学生写作能力(T = −9.319，P = 0.000 < 0.01)、文章长度(T = −7.688，P = 0.000 < 0.01)和平均句长(T = −2.656，P = 0.013 < 0.05)。 从问卷调查结果来看，95%的学生对英语写作更有信心了，88.4%的学生认为自己的写作能力得到提高，支持了上文的学生写作能力得到显著提高的研究发现。 对问卷调查结果和访谈文本的分析表明，学生比较认同该课程在价值引领方面的作用。96.1%的学生认为阅读社会热点话题的相关媒体报道或观看相关视频，完成相应的写作任务对他们的世界观和价值观产生积极的影响。比如有的同学在访谈中提到，在中美贸易战写作任务中，通过分析国内主流媒体的英 Table 1 Paired T-test statistics of pre-test and post-tes 评价指标 测试 均值 标准差 T值 P值 写作评分 前测 8.66 1.80 −9.319 0.000 ** 后测 10.38 1.82 文章长度 前测 164.38 29.88 −7.688 0.000 ** 后测 268.34 54.11 平均句长 前测 15.38 2.91 −2.656 0.013 * 后测 17.94 4.932 表1. 前、后测配对样本T检验测试结果统计表 注： * P < 0.05； ** P < 0.01。 文报道和美国CNN、华盛顿邮报、BBC等西方媒体的报道，增强了他对祖国的自豪感，为中国的强大而骄傲。另外一个同学提到，在学习撰写手机依赖性调查报告的过程中，他也反思了自己对手机的依赖性，意识到手机上瘾的危害，促进他提高自律和明辨是非能力，树立正面的道德价值观，不迷失于多样的手机网络文化中。 3.3. 教学反思 思想政治教育作为一种培育精神信仰、塑造完善人格、养成道德化生活方式的教育活动，涵盖并渗透在教育和实践的各个层面，迫切需要把思想政治教育融入到大学生专业学习的各个环节，深入挖掘各类课程的思想政治教育资源，在传授专业知识过程中加强思想政治教育，使学生在学习科学文化知识过程中，自觉加强思想道德修养，提高政治觉悟 [ 1 ] 。首先，教师是决定“课程思政”效果的关键因素。教师要具有育人意识和育人能力，能够挖掘所授课程蕴含的思想政治教育元素，将知识传授、能力培养和价值引领有机结合，“将理论与实践相结合、课内与课外相结合、课堂与生活相结合，把教学实践打造成为德育融合的重要阵地” [ 2 ] 。其次，在教学方法上，注重开拓创新，充分利用现代信息技术的优势，采用符合当代大学生学习需求和学习特点的教学模式，注重课堂活动的丰富性、互动性和话语传播的有效性，避免传统灌输式教育。最后，学习内容要多元化、时代化，与时俱进，符合大学生的意识形态，有利于有效地展开师生间、生生间的深度学习和探索，让学生乐于接受，从而提升课程思政的吸引力和效果。
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user: 4. 结语 不同课程在人才培养方案中都有其独特的作用，不同专业不同课程也有其自身建设的规律和要求，实施“课程思政”教育教学改革，正是在尊重课程自身建设规律的前提下，在实现课程的知识传授、能力培养等基本功能的基础上，挖掘并凸显其价值引领功能 [ 9 ] 。基于课程思政理念，大学英语写作教学不仅注重传授写作知识和培养英文写作能力，也能做好学生思想引领和价值观的塑造工作，提高学生的综合素养。“课程思政”改革任重道远，大学英语教师应在教学中进一步探索和实践，将思想政治教育与大学英语教学有机结合，与思政课“同向同行、协同育人”。
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user: 摘 要 本文分别进行了4根管径为219 mm和4根管径为273 mm、壁厚为8 mm的钢管混凝土轴心抗压试验，其核心混凝土膨胀剂参量分别为0%、5%、7%、9%。并通过有限元对核心混凝土膨胀剂参量分别为0%、5%、7%、9%，管径为219、273、350、400，壁厚为8的钢管混凝土进行分析。结果显示，膨胀剂参量为5%、7%时，钢管混凝土的承载力分别提高53.0%、44.5%；膨胀剂参量为9%时，钢管混凝土承载力反而有所降低。因此膨胀参量应控制在5%~7%较为合理。 关键词 :膨胀剂，自密实钢管混凝土，轴心抗压承载力试验，有限元分析 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 钢管混凝土利用套箍作用，充分的发挥钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能，使得钢管混凝土承载力高、延性好、节约建筑材料，减小占地空间，且钢管混凝土浇筑不需要搭模板，施工方便快捷，不受季节影响，能有效降低结构成本；因此钢管混凝土的应用也越来越广泛。大量研究发现混凝土凝固会产生收缩变形，使得钢管与核心混凝土接触不充分，在钢管混凝土受压屈服前，钢管混凝土环向受拉性能没有完全发挥。为了使核心混凝土与钢管接触更加充分以及钢管环向受拉性能能够充分发挥，在核心混凝土中参入膨胀剂，使核心混凝土在凝结硬化过程中体积增大，混凝土凝结硬化产生的收缩变形得到补偿，当膨胀剂参量达到一定值时，钢管环向抗拉和混凝土抗压的性能能得到充分的发挥，提高钢管与混凝土之间的协同工作性能，使钢管混凝土承载力达到最大。因此合理膨胀剂的参入可以使得选用较小截面尺寸的钢管混凝土而得到相同的承载力，同时降低自重和节约建筑材料。 李乃珍，谢敬坦等人 [ 1 ] 对全补偿型混凝土膨胀剂及其对高强混凝土干缩的补偿进行了研究，认为FEA100用于C50~C90高强混凝土时，可使其干缩得到80%~100%的补偿；随着膨胀剂参量增加，自密实混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和轴心抗压强度先增加后降低，存在峰值，膨胀剂参量对自密实混凝土弹性模量的影响不明显；膨胀剂的参入提高了自密实混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和轴心抗压强度 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]。祁璐帆 [ 7 ] 进行了膨胀剂对钢管混凝土瞬时变形和徐变的影响研究，膨胀剂会改善钢管混凝土的力学性能，随着膨胀剂参量的提高，钢管混凝土在轴压下的瞬时变形和徐变相应减小。基于ABAQUS有限元模拟的钢管失效研究解析方法计算结果与有限元模拟结果符合，因此，轴向偏心载荷模型可为钢管混凝土结构的设计及校核提供参考 [ 8 ]。
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user: 2. 理论分析 钢管混凝土构件未受荷载前，钢管与混凝土之间存在三种关系如图1：未加膨胀剂或膨胀剂参量较小时，钢管与混凝土之间存在间隙；钢管与混凝土刚好紧密接触；钢管与混凝土之间存在一定的初始挤压应力。当钢管与混凝土之间存在间隙时，在荷载施加初始阶段，钢管与混凝土的应力都比较小，横向变形也十分微小，钢管与混凝土之间各自独自受力，随着荷载的增大，钢管与混凝土的泊松比增加，钢管与混凝土横向变形增加，使钢管与混凝土接触并产生挤压，钢管的应力状态为纵向压缩和环向的拉伸如图2；核心混凝土受钢管的约束处于三向受压状态，其抗压强度增大。当核心混凝土达到三轴抗压强度时，钢管环向应力并未达到最大，其抗拉性能没有得到充分的利用。对于后面两种情况，钢管与核心混凝土从开始加载就协同受力，但是膨胀剂参量过大时，当核心混凝土达到三轴抗压强度时，钢管的环向拉应力已经处于下降段，使钢管混凝土承载力降低。在合理膨胀剂参量下，核心混凝土在达到三轴抗压强度时，钢管的环向拉应力刚好达到最大，钢管对核心混凝土约束效果达到最佳。 图1. 钢管混凝土三种初始状态示意图 钢管混凝土横向受力分布如图2，在钢管的约束下，其核心混凝土强度有以下几个计算公式 [ 9 ] ： 图2. 钢管混凝土横向应力状态 1) 三向受压混凝土强度计算式： σ r = σ t × 2 t d (1) f c c = f c + k σ t (2) 式中 f c c -核心混凝土的极限强度， -混凝土立方体抗压强度， σ t -钢管对核心混凝土的侧压力，k-套箍系数，d为核心混凝土直径，t为钢管壁厚。 2) 钢管混凝土统一理论承载力计算简化公式为 [ 10 ] ： f s c = 1 + 1.5 ξ 1 + a f c k (3) 式中： f s c 为组合体抗压强度， ζ 为套箍系数， ζ = A s f y A c f c k ，a为含钢率， a = A s A c 。 3) 约束混凝土理论核心混凝土强度计算式： f c c = ( 1 + k ) f c (4) 式中k为套箍系数，因此钢管混凝土承载力为： N u = A s f s + f c c A c (5) 为了确定在膨胀剂作用机制下钢管混凝土极限承载力计算式，本文设计了两组钢管混凝土试件：钢管直径为219 mm，壁厚为8 mm，核心混凝土膨胀剂参量分别为0、5%、7%、9%；钢管直径为273 mm，壁厚为8 mm，核心混凝土膨胀剂参量分别为0、5%、7%、9%。并进行了钢管混凝土短柱轴心受压试验。