道路与桥梁工程土力学与地基基础课程设计

道路与桥梁工程土力学与地基基础课程设计（精选7篇）

道路与桥梁工程土力学与地基基础课程设计 篇1

2004级机场防护工程专业

《土力学与地基基础》课程教学总结

任课教师：

林银飞

康婷

2004级机场防护工程本科专业，共计25人。于2006～2007学年上学期(总第五学期)开设《土力学与地基基础》课程，授课地点为空军工程大学工程学院70＃楼101教室，全程采用多媒体辅助授课，教学设备由我系全程保障。教学效果得到了大学、工程学院机关和督导组、我系及教研室、学员的广泛好评。

在整个教学过程，我们通过课内授课、课外辅导以及平时多种方式的接触与交流，充分了解了学员的学习动机、态度和积极性，结合以往的教学经验与教训，有针对性地本次教学任务进行了一些改进，从期末考试的试卷与成绩分析、学员对工程的实际理解能力可以看出，我们成功地完成了本课程的教学任务。现将课程教学过程的一些体会和看法总结如下：

一、应采用多种形式调动学员的学习积极性。

充分调动学员学习积极性是教学效果提高的重要环节。本期班的学员与往年的各期班一样，自从入伍的那一天起，注定了其献身国防事业的远大前途，他们在进行军事训练、政治学习以及其他军事素质训练的时候，逐步把自己培养成一名政治合格的、军事过硬的军人。但对于专业课程的设计，每个课程之间的联系以及课程的内容与将要解决的那些国防工程建设的哪些主要问题有关系，并不是非常清晰的，对于如何解决学员主动提高学好专业课程的学习热情，已经成为专业老师特别关注的问题，有老教员甚至感慨地说，学员的学习积极性已经是一届不如一届了。在接受本次授课任务后，我们认真准备，就如何提高学员学习积极性的问题进行了研究与讨论，并在教学过程中贯彻执行以下4种形式来提高学员的学习积极性：

1）从理论上说明本课程的重要性及其专业地位，指出本课程与其他专业课之间的联系，阐述本课程内容的主要用途。主要通过举例说明的方式，使学员认识到要想学好专业知识，具备献身国防工程建设的真本事，必须先学好本专业知识结构中占有重要地位的本课程的内容。

2）从学员毕业后的任职情况，指出本课程的重要性。特别要指出作为机场防护专业的本科毕业生可能的几种任职方向，指出任何一种可能的任职方向都与本课程的哪些内容有关，使学员自己充分认识到，在将来可能的多种任职选择下，在自己前途不定的情况下，不能迷茫等待，而是应该积极主动地学好本课程。

3）从结合国防工程的实际情况出发，说明本课程内容的重要性。主要从学员的身边工程说起，从教室说起，从教学楼说起，从工院的其他建筑物的情况说起，从大学的工程建设情况说起。举例说明，哪些工程因为正确使用力本课程的哪些部分的内容，工程建设取得成功的效果，达到了技术先进、经济合理的建设目标；又有哪些工程因为忽略或不能正确使用力本课程的哪些内容，导致了工程的失败或造成重大的经济损失或影响了工程的使用寿命。

4）调动学员学习积极性的各种形式，必须灵活掌握、适时变化并且贯穿课程教学的全过程。不能指望通过一次动员或一次演讲就能够解决的。必须结合到每一次课、每次课的具体内容上。

经过我们的努力，在本课程的授课过程中，学员的学习积极性空前高涨，学习热情伴随着课程教学的全过程。在整个教学过程中，学员无一人次在上课时打瞌睡、看其它的课外书，若因公差、病假而遗漏的课程内容，学员能够积极主动地要求授课老师给予补课。

二、选好教材是搞好教学的基础

选什么样的教材，对于学员学习专业知识至关重要，尤其是专业基础课、专业课程等统编教材，社会上流行的版本很多，每一种版本各有其特点，对于不同的期班应对其使用的教材进行论证，论证会应邀请学科组全体教员和部分学员代表参加，教学主管部门应及时进行每个期班所用教材的订购核准，避免出现使用不合适版本教材或使用过期教材，这一问题在往年的教学中也是有教训的，出现过选用作废规范编写的教材。因此，在本次教学过程中，我从选教材入手，选择清华大学出版社出版，陈希哲主编的《土力学与地基基础》（第四版）。在五系的两个本科专业中，都开设了土力学的课程，但两个专业对土力学的侧重点还是不一样的，所选用的教材也应该是不一样的。只有这样，才能实现因材施教的原则，才能使的教学效果事半功倍。

三、正确使用多媒体辅助授课软件辅助授课

多媒体辅助授课软件辅助授课已经是当今教学、汇报和报告的辅助手段，是教学效果提高的必要手段之一。在本课程的教学过程中，我们追求准确理解课程内容、精心安排教学步骤的同时，注重教学辅助软件的改进和更新。充分利用软件的优势，大量增加实际工程中拍摄积累下来的照片，增加了课堂的信息量，延伸了课堂的空间，增强了教学内容与实际工程相结合的力度。.但是采用幻灯式的授课课件，尽管教学信息量增大了，教学内容滞留时间相对要短得多，学员的注意力需高度集中才能跟上教员的授课思路，同时留给学员的自我思考时间和做笔记的时间相对短得多，这种授课方式对思维敏捷、注意力高度集中的学员来说再好不过，但对部分其它学员来说，容易“掉队”，因此应该注意课堂讲授中的必要停顿。如果少了对传统教学的继承因素，学员一时难以适应快节奏的教学模式。多媒体教学的最大特点是：由于采用了多种媒体来展现教学信息，授课过程表现出类似放电影式的快节奏化。对于习惯了传统教学模式的学员来说，很多人很难一时适应，具体表现在很多学员反映跟不上教员思路、课后不会归纳总结教学内容，不知该如何复习，总难点把握不准等。这都是在应用多媒体辅助授课软件辅助授课过程中所面临的在今后教学中应当注意解决的新问题。1，教学管理部分应充分认识到多媒体辅助课件只能作为教学的辅助作用，一定要注重教学的内容准确性、教学步骤的科学性。不能片面追求多媒体课件的华丽外表，而忽略了授课教员的演、讲、书、画的教学基本功。利用多媒体进行授课的辅助作用，在专业课程的授课中，将教材中的图表参数以及难以理解的内容用三维动画的形式提供的，当然不错，但是实际的教学中，很多情况只是把书上的内容翻录到电子课件，上完一节课，老师没有用一次粉笔，没有板书，学生也没有笔记，这样的教学质量和效果值得大家讨论的。本次教学中，我们主要教学中必要重点讲授的图形、表格内的数据、工程实践中采集来的用于说明教学内容的应用情况的照片写在电子课件上，便于学员跟随教员一起理解图形内容与表格内数据的应用，有通过实际工程的运用照片演示，使学员身临其境、能够快速主动掌握课程的内容、正确运用所学知识。

四、适时调整和增加授课重点，使课程的重点与社会技术发展相一致

授课主体应该是课程的教员，所以作为授课教员首先必须熟悉课程的内容，这句话说起来可能有点不够尊重授课老师的辛勤劳动之嫌疑，其实作为一个专业课的老师，大家都心知肚明，不管是谁，也不管他的什么职称有多高，当他再次阅读自己多年所用过的熟悉教材时，都将会有新的体会、新的感悟，对于课程内容的理解也会有新的提高。同时，作为专业课的老师，应该不断提高自己的业务水平，注意知识更新，掌握最新最前沿的知识，避免出现选择过时的规范教材、错讲课程的内容、用错工程条件，在解决具体问题使用错规范条款，忽略各种技术方案的适用条件。其次，作为专业课课程的授课方式，必须把课程的内容重点与行业的技术发展结合起来，比如在传统的地基基础的教学中，对于基础的理论模型、计算过程讲授的比较多一些，把这些内容作为重点进行讲解，而对于各种基础的使用范围或使用条件，构造要求由于时间关系，不能作为重点进行讲解，原因是当时的计算能力是工程应用的重点。随着计算机技术的发展，计算及各种软件在工程设计、工程管理、工程监理等各领域的广泛应用，地基基础的计算具体过程已经不是主要的内容，因为这些内容已经可以而且实际上已经被计算程序所替代，工程技术人员只要选好基础的类型，以及注意构造问题即可，各种结构构件的使用范围以及构造要求，通常称为设计中的概念设计。也就是说，只要你选择好不同的地基基础类型，基础的具体计算过程由计算机自动完成，再利用计算机计算结果的时候，必须满足工程的构造要求。因此，在本课程的教学过程中，我们注重加强地基基础的概念设计内容的讲授。

五、实验室试验操作能力培养与课内练习题的训练并重，培养学生的理论与实践相结合的能力；

本课程的教学过程中，注意培养学生的试验操作能力，主要是土力学部分的实验项目，这些实验项目都是学员从事工程活动中所必需的具备的能力，因此我给予的充分的训练，经过实验操作巩固了理论知识，明白了该知识的用途，从而增强了学习兴趣与积极性。课堂练习也很重要，我们主要采取课堂分组练习，当场给出答案和计算步骤，授课老师也参加做题训练，与学生一起现场阅读题目，查找计算参数，进行计算过程的分析。体现出交互式教学的好处，锻炼了学员的计算能力，提高学员的学习热情和做题的情趣，还可以让学员感到学无止境的一种感悟。通过试验能力的训练，通过课堂练习，课外辅导，提高了学员的理论与实践结合的能力，也是学员认识到，理论与实践结合好了就能够为社会做出贡献，就能够通过工程的应用体现自己的人生价值和社会价值，结合不好，就可能造成国家、军队的生命财产的巨大损失。

六、今后教学过程中要注意解决的几个问题

1．少数学员的学习积极性调动方面尚需下功夫，调动学员的学习积极性只靠授课老师的努力是不够的，应该有行之有效的配套制度，齐抓共管才能有明显的效果。通过考试的成绩分析，个别学员的学习态度和学习积极性不太令人满意。

2．应该不断更新多媒体课件的内容，尤其工程的实例，多增加一些现场图片。增加电子课件的图表部分，减少文字部分，增加板书的内容。

3．有些学员的工程概念比较差，对于一些专业名词理解不透，而《土力学与地基基础》是一门实践性的课程，在以后的教学中，应该争取到施工现场进行参观学习，增加感性认识，从而提高教学的效果。

道路与桥梁工程土力学与地基基础课程设计 篇2

1 当前土力学地基基础课程教学存在的主要问题

1)教学安排问题。

土力学课程是一门非常感性的学科,需要在实践教学中引导学生从土力学的角度去认知土,这样集兴趣和知识性于一体,学生才能逐渐从学习数理科目的纯理性思路,转变到较感性的思维方式上来[2]。实践环节是学生理解土力学基本概念、检验土力学基本原理、探讨土力学工程应用的主要途径。由于近年学科门类增加,每门课程课时大幅度压缩,因此,如何实施课程中的实践性环节是一个很大的挑战。

2)教师自身的业务水平与自身的创新相对滞后问题。

教育永远是人的因素。施教的人需要不断提高素质,更新知识,为受教的人提供更宽广的思考空间,激发受教人的探索兴趣,培养出具有创新潜能的人。因此教师的创新就意味着人才培养的创新,也就意味着教师必须提高自身的业务水平与创新能力。而当前教师这两方面的相对滞后也成了教学过程中的一个矛盾。

3)教学方法的问题。

不断改进教学方法是教育者永无止境的追求。如何讲授好土力学课程、如何充分利用好多媒体这一教学手段完全依赖于教师教学理念的创新。

2 土力学地基基础教学的创新

2.1 加强土力学中的实践教学

实践教学包括:实验教学、课程设计、案例分析、学生研究训练、毕业论文综合训练[1]。基于学校的实际情况,在实验教学方面需要加强。如将土力学实验教学分为3类:必选教学实验、演示观摩性的现场测试实验和自选性实验。必选教学实验包括土体的物理性质实验、侧限压缩实验和三轴剪切实验。必选实验要求学生自己动手完成。实验教学实施时,为保证每个学生能亲自动手,每个实验小组有2名～4名学生。学生要独立进行实验,教师随时辅导。演示观摩性的现场测试实验包括静力触探实验、旁压仪实验和十字板剪切实验。通常在校园内选择场地进行演示。自选实验可安排学生在第二课堂进行。同时像课程设计、案例分析、学生研究训练、毕业论文综合训练也可以在第二课堂完成。通过实践教学,使学生增强了对土力学的兴趣,加深了对土的性质的认识,更丰富了思考的空间,为学生更好地适应工作环境打下了良好的基础。

2.2 教师自身素质的提高

1)教师多参与工程实践,这也意味着要求学校与企业要加强联系。教师通过实践有了丰富的工程实践经验,可以在课堂上引经据典,这样就不会显得枯燥无味。同时教师参与实践,还可以在工作中发现问题、提出问题,提高自身的科研能力,开阔学术视野,从而提高自身专业素质。2)聘请专家到校内进行讲座,亲临指导;或定期进行教师经验交流会;或参加各种学术报告会等可以让教师随时随地地了解到土力学的发展动态,并及时在课堂中向学生介绍。3)教师知识的自觉提高。多看书、多学习,如最新颁布的规范、法规或手册都要及时吸收,使教师自身始终处于学习“保鲜”的状态。4)注重教师的仪表。

2.3 教学方法创新

1)教学方法的创新。

首先教师本人的教学理念要有创新。传统的以教师为中心的集中授课模式,使学生在教学过程中处于受灌输的被动地位,已经成为不利于培养学生的发散性思维、批判性思维和创造性思维的因素。这种教学理念的创新要求教师教与学,师与生相长。采用启发式的教学,就是使学生对教师提出的问题有思考、有响应、有对话、有交流。

2)教学手段的创新。

认为利用多媒体教学就是教学方法的创新是错误的。尽管多媒体集声、文、图、像于一体的表现手法对于掌握一些地面以下的、看不见的隐蔽工程的施工方法、工艺及施工结果、状态来说,增强了趣味性和科学性,效果是非常好的。但是粉笔和黑板的教学优势依然存在,如果多媒体课件设计不好或脱离授课对象,反而没有传统的黑板、粉笔教学方式的效果好。在去年的土力学地基基础的教学上没有充分设计好多媒体课程教学,学生的反应不理想,所以教学手段应因教学内容的不同而不同,可以是多媒体与黑板互相交叉来用。

3)教师教学思路要清晰。

土力学地基基础课程从纵向上来看,贯穿于全文有两大线条:a.土体的强度;b.土体的变形。书中的重点是强度问题,强度是主线,变形是副线;从横向上来看,其余内容多是围绕这两大线条进行展开讲述以及强度和变形在工程中的应用。在授课中紧紧围绕这两个方面进行,应力的变化使得地基产生了强度和变形的问题。整个体系在此之下又很明显地分为两大块:压缩和固结与沉降相联系,抗剪强度与土压力、地基承载力相联系。由于变形计算只作为验算条件,在讲解了基本的计算方法后,未进行展开。只要教师在授课中思路清晰,紧紧抓住这两条线,学生学起来就非常易于接受。

3 结语

创新教学应该体现符合时代要求的教育理念,围绕学生的需要来设计教学,使得课堂气氛民主活跃,师生之间有融洽流畅的情感交流。使得学生不仅主动地学习,而且具有创新意识,真正地把学生培养成21世纪高素质的应用型专业人才。

参考文献

[1]程勋然.课程整合与高校的教学创新[J].教育技术研究,2003(8):63-64.

道路与桥梁工程土力学与地基基础课程设计 篇3

关键词：土力学与基础工程；考核机制；岩土结构设计；改革创新

中图分类号：G42 文献标识码：A

《土力学与基础工程》包括土力学与基础工程，是土木工程专业的一门主干课程。其涉及工程地质、流体力学、材料力学、弹塑性力学和工程施工等学科领域，内容广泛，综合性、理论性和实践性很强。高等学校开设此课程的目的是为土木工程专业的学生构筑工程基础理论框架，以提高分析与解决实际工程问题的能力。而本课程教学效果的优劣直接影响大学生理论素养与实践能力。因此，分析研究《土力学与基础工程》课程中存在的问题，探究课程的改革与建设的具体方法是专业基础课程建设的关键所在。本论文针对该课程在教学中出现的问题，结合专业特点，以分析解决实际工程问题为导向，改革教学内容，注重实践教学过程，提出创新性教学改革思路。

一、《土力学与基础工程》课程教学中存在的主要问题

（一）现有教学效果让学生对土的基本性质理解不够深入

土作为该课程的主要研究对象，其自身特性决定了力学性能的好坏而影响基础工程的稳定性与耐久性。由于学生缺乏对土基本构成的空间结构及时间演变的理解，教学过程中又以课本教条式讲解为主，土的宏观微观结构很难做到形象化、具体化。且土中水的存在状态仅从理论抽象层次讲解很难剖析清楚而让学生深刻理解，故学生在学习土中水分物理化学性质中存在很大疑惑。

除了教师板书授课外，网络教学手段也大范围应用到该课程的教学中，但是现有网络手段单一，大多由简要文字和静态图片组成，缺乏动态感。师生缺乏互动交流意识，学生感觉课堂教学枯燥，导致学习中缺乏积极性，从而课堂教学质量得不到保证。

（二）重视理论基础学习而轻视实践课教学环节

本课程是一门以实践应用学科，理论教学学时一般为64学时，而试验课学时只有8-12学时。教学过程主要以教师讲解为主，学生动手做试验时间非常有限，造成实践环节与理论学习脱节，进而造成教学效果差。

土力学中土的基本物理试验与力学试验较多，而且室内试验的首要条件是试样制做。土样的制作是一个相对漫长的过程，包括烘干、碾碎、过筛、搅拌、密封、压样等环节，而少学时的实践环节很难让学生系统学习制样过程。仅从教师讲解或课本学习去了解制样过程是完全掌握不了制样技能的，这也从一个侧面反应了该课程实践教学环节的尴尬情况。从本人所带该课程实践考核与理论考核两方面的成绩对比分析可以发现，理论环节的学习成绩明显好于实践环节。在实践考核中高于80分的人数远小于理论考核的人数（图1）。所以现有实践环节所占比例小反应出了学生动手能力差，试验分析报告质量低的问题。

（三）教学内容更新慢，缺乏针对性，不能适应专业人才的培养要求

近些年，我国在工程地质勘察，室内试验以及现场土工试验、地基处理、新设备、新材料及工艺的研究和应用取得了重大进展。而教学课程内容的更新与学科的发展速度相比存在滞后性，现有课本的教学内容很难让学生了解到基础工程领域的新理论、新技术。还有大多教材编写注重理论，缺乏基础理论与工程实践的具体结合。诸如课本中工程实例大多都是几十年以前的工程基础事故或地基处理技术，故现有先进的处理方法或技术很难以具体工程呈现出来。

（四）学生成绩考核机制存在不合理性

学生最终成绩一般由期末成绩、平时成绩、实践成绩三项组成。对于期末考试中存在的问题是试题过于死板，没有一定比例的主观思考题。除了理论计算外，其余的都是客观简单题，答案就是课本中陈列的。这样不会激发学生思考问题的能力，过于教条。平时成绩由考勤和平时作业组成，而没有体现学生自主学习能力的考察的作业。

二、教学内容的整合

（一）理论教学内容

理论学习是该门课程的基础，但是内容众多让不同土木工程专业的学习缺乏针对性，故对知识结构体系部分应该整合为主要增加前沿性理论成果，针对具体专业方向有不同侧重点，减除陈旧、现代工程问题中很难出现的内容。故对现有内容进行调整，土的基本性质与工程分类该章不变。将土渗透、压密、固结、有效应力原理与抗剪强度整合为土的基本力学性质，将土的应力、土压力、变形计算内容统归纳为土的弹性本构，因为土应力与土压力均为应力问题，对于本科生教学，应力应变归属土的弹性本构范畴。将地基沉降、承载力与边坡稳定性分析合并为地基与边坡稳定性分析一章，浅基础设计作为一章，将桩基础与沉井基础合并为深基础一章，基坑工程与支护工程作为一章、区域性地基与地基处理合并为特殊土及地基处理一章。这样将原有内容从12章整合为9章。删减整合会使该课程的教学内容进一步系统化，讓学生更加易于理解和掌握。

（二）实践教学内容

目前实践教学内容主要体现在以室内试验为主，通过学生做实验的方式掌握土的相关力学性质。应在试验教学环节中加入工程背景介绍与讨论部分，让学生更加清楚试验内容可以分析哪些实际工程问题。讨论环节应着重分析力学参数变化的影响因素，以及通过室内试验如何更好的反应土的天然性质。

除了试验部分，教师可提供某个问题较为具体的研究内容，让学生参与讨论，培养其解决问题的能力，并鼓励学生通过自主试验的方式拓阔思维，提高实践能力。

三、教学手段的创新

（一）网络教学的灵活应用

随着我国土力学与基础工程的发展，课堂教学内容不断增加，非常有必要借助多媒体和网络改革传统的教学方法。网络的形象性、趣味性、直观性和广泛性等特点能够让学生更全面的了解土的相关特性。就工程应用来说，大量工程案例用图片或动画形式呈现在课堂上会让学生影响深刻，并能展现工程修筑或破坏的动态过程。

还有，对于土的渗透特性，口头讲解水分的流动状态很难让学生建立空间模型，但用flash制作动画，通过动画演示，水分在孔隙中怎么流动会非常形象地呈现在学生面前。乃至渗透破坏、土的固结等过程网络都能够帮助学生在感觉与思维之间建立其桥梁来实现他们从直接感觉到抽象思维的过度，不仅让教学内容呈现丰富多彩，还让学生兴趣倍增，教学效果大大提高。

（二）利用科研成果提高教学质量

作为高校教师，不仅要做好教学工作，还要做好科学研究。科研工作可以促进教学发展。笔者从事冻土工程研究，通过对土中水分相变过程研究，探究了土中水分冻结机理。可将此研究成果应用到土的三相组成中作为拓展内容，让学生对土中水的存在状态理解更为深刻。

图2为土中水分冻结研究。图2a是在降温环境中土中温度曲线，可以看出当土体温度达到零度时，水分不会冻结，只有达到结晶中心时才会形成冰核。此阶段为水分冷缩阶段（图2b）。当水分开始冻结时，先是重力水冻结，此时会发生大量冰水相变，温度主要集中在0—-4℃。其次为毛细水冻结主要发生在-4℃—-15℃温度阶段，毛细水含水量变化明显小于重力水含量变化。由于毛细水主要存在小孔隙中，而相比存在大孔隙中的重力水而言，本身含量要小很多。最后为弱结合水的冻结，主要发生在-15℃以下，该阶段含水量变化非常小。而强结合水的冻结现有降温设备很难实现，因为其性质非常稳定。

（三）注重学生思考问题及学习方法的培养

本教学课程除了传授学生专业基础知识以及试验操作技能，更重要的是要培养学生思考分析问题的方法，乃至解决问题的能力。教师主要作用就是引导学生多思考。例如“管涌现象”，结合实际工程，采用启发式的教学方法。引导学生思考什么类型的土会发生此现象，为什么？从管涌现象出发总结出其特点，然后针对土体自身特点进行分析，引出管涌易发生的土类及条件。

四、总结

土力学与基础工程的教学既离不开理论基础知识，也离不开工程实践。土力学基础理论的夯实可为工程问题提供数学模型，让问题简单化和清晰化，呈现出规律性。但是实际工程往往存在复杂性，理论模型往往不能够准确反应实际情况，故在教学过程中要注重工程实践环节。在该课程中适当加入工程实践活动或课外工程设计活动，开拓学生视野并为其提供创新平台。

在改革创新的新時代，教师作为教学的主体要提高自身素质，要具备系统的理论和实践素质，并能够将自身科研成果灵活运用到教学中，引发学生积极思考，提升创新意识，以培养出符合新时期国家需要的专业技术人才。

参考文献：

[1]赵明华.土力学与基础工程[M]. 武汉：武汉理工大学，2014.

道路与桥梁工程土力学与地基基础课程设计 篇4

考试科目:《土力学与基础工程》第四章至第六章（总分100分）时间：90分钟

学习中心（教学点）批次： 层次： 专业： 学号： 身份证号： 姓名： 得分：

一、填空题（每空1分，共10分）

1、土抵抗剪切破坏的极限能力称为土的___ 抗剪强度 _

____。

2、无粘性土的抗剪强度来源于__土粒之间的滑动摩擦以及凹凸面间的镶嵌作用所产生的摩阻力_______。

3、粘性土处应力极限平衡状态时，剪裂面与最大主应力作用面的夹角为。

4、粘性土抗剪强度库仑定律的总应力的表达式，有效应力的表达式。

5、粘性土

抗

剪

强

度

指

标

包括

7、已知土中某点

、。

6、一种土的含水量越大，其内摩擦角越

小

。，该点最大剪应力值为

，与主应力的夹角为。

二、单项选择题(每题1分，共10分)

1、若代表土中某点应力状态的莫尔应力圆与抗剪强度包线相切，则表明土中该点(C)。A、任一平面上的剪应力都小于土的抗剪强度 B、某一平面上的剪应力超过了土的抗剪强度

C、在相切点所代表的平面上，剪应力正好等于抗剪强度 D、在最大剪应力作用面上，剪应力正好等于抗剪强度

2、土中一点发生剪切破坏时，破裂面与小主应力作用面的夹角为(D)。A、B、C、D、3、土中一点发生剪切破坏时，破裂面与大主应力作用面的夹角为(B)。

A、B、C、D、4、无粘性土的特征之一是(D)。

A、塑性指数

5、在下列影响土的抗剪强度的因素中，最重要的因素是试验时的(A)。

A、排水条件

（B）剪切速率

C、应力状态

D、应力历史

6、下列说法中正确的是(B)A、土的抗剪强度与该面上的总正应力成正比 B、土的抗剪强度与该面上的有效正应力成正比 C、剪切破裂面发生在最大剪应力作用面上 D、破裂面与小主应力作用面的夹角为

B、孔隙比

C、灵敏度较高

D、粘聚力

7、饱和软粘土的不排水抗剪强度等于其无侧限抗压强度试验的（C）。A、2倍

B、1倍

C、1/2倍

D、1/4倍

8、软粘土的灵敏度可用（B）测定。

A、直接剪切试验

B、室内压缩试验

C、标准贯入试验

D、十字板剪切试验

9、饱和粘性土的抗剪强度指标（D）。

A、与排水条件有关

B、与基础宽度有关 C、与试验时的剪切速率无关

D、与土中孔隙水压力是否变化无关

10、通过无侧限抗压强度试验可以测得粘性土的（A）。A、和

B、和

C、和

D、和

三、判断题(直接判断对错，每题1分，共10分，)（×）

1、直接剪切试验的优点是可以严格控制排水条件，而且设备简单.操作方便。（×）

2、砂土的抗剪强度由摩擦力和粘聚力两部分组成。（×）

3、十字板剪切试验不能用来测定软粘土的灵敏度。

（√）

4、对饱和软粘土，常用无侧限抗压强度试验代替三轴仪不固结不排水剪切试验。（√）

5、土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。

（√）

6、在实际工程中，代表土中某点应力状态的莫尔应力圆不可能与抗剪强度包线相割。（√）

7、当饱和土体处于不排水状态时，可认为土的抗剪强度为一定值。（×）

8、除土的性质外，试验时的剪切速率是影响土体强度的最重要的因素。（×）

9、在与大主应力面成坏。

（×）

10、破裂面与大主应力作用线的夹角为

。的平面上剪应力最大，故该平面总是首先发生剪切破

四、简答题（本题共4小题，每题5分，共20分）

1、静止土压力的墙背填土处于哪一种平衡状态？它与主动、被动土压力状态有何不同？

2、挡土墙的位移及变形对土压力有何影响？

3、土压力有哪几种？影响土压力的各种因素中最主要的因素是什么？

4、试阐述主动、静止、被动土压力的定义和产生的条件，并比较三者的数值大小。

五、计算题(本题共5小题，每小题10分，共50分)

1、已知地基土的抗剪强度指标，而小主应力

2、已知土的抗剪强度指标别为

.，若作用在土中某平面上的正应力和剪应力分，问该平面是否会发生剪切破坏？，问当地基中某点的大主应力为多少时，该点刚好发生剪切破坏？

3、对某砂土试样进行三轴固结排水剪切试验，测得试样破坏时的主应力差周围压力

4、一饱和粘性土试样在三轴仪中进行固结不排水试验，施加周围压力坏时的主应力差力强度指标用面？

5、一正常固结饱和粘性土样在三轴仪中进行固结不排水剪切试验，试件在周围压力作用下，当通过传力杆施加的竖向压力

达到200kPa时发生破坏，并测得此.，测得孔隙水压力，试样破，整理试验成果得有效应的平面而不发生在最大剪应力的作，试求该砂土的抗剪强度指标。。问：（1）破坏面上的法向应力和剪应力以及试样中的最大剪应力为多少？（2）为什么试样的破坏面发生在时试件中的孔隙水压力效正应力

和剪应力。

道路与桥梁工程土力学与地基基础课程设计 篇5

（道路工程方向）

一、毕业设计目的与要求

目的：毕业设计是实现工科学生培养目标的重要的实践性、综合性教学环节。它是对学生所学知识的综合训练，也是对知识转化为能力的实际测试；对培养学生综合应用所学知识和技能去分析和解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，全面提高毕业生的素质，使之能较快地适应工程实践的需要起着极其重要的作用。

要求：在老师的指导下，在毕业设计时间内，要求每个学生独立完成设计任务。

二、毕业设计题目：临石公路(临澧至石门)K**~ K***段公路设计

设计者按指导教师指定的路线起终点，起点桩号自拟路名，根据地形、地质等条件选择一条符合技术标准及要求的路线进行相关内容的设计和计算，设计里程不小于3km。

三、开题报告

开题报告的内容与要求:

1)课题设计现状和发展趋势；

2)本设计的目的和指导思想；

3)本设计的目标和基本内容；

4)本设计的重点与难点，拟采用的途径；

5)设计规划与进度安排；

6)字数不少于3000；

7)要求手写。

四、技术标准

本设计一律执行：

1)《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）

2)《公路路线设计规范》(JTG D20-2006)

3)《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)

4)《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2005)

5)《公路沥青混凝土路面设计规范》(JTG D50-2007)

6)《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）

7)《公路工程预算定额》（JTG/T B06-02-2007）

五、相关资料

1)路线所经地区1：2000航测地形图（详见电子地形图附件1）；

2)路线为益阳市桃江至马迹塘之间的某段公路；

3)路基土壤为中液限粘土，地下水位距挖方后地面的最低水位为3.45米，最高水位为0.8米，多年最大道路冻深为180cm；

4)有关当地的地质、水文、气象查阅相关文献资料；

5)沿线地方材料有碎石、砾石、砂、石灰、粉煤灰等，其他沥青、水泥、矿粉等需外购；

6)土基回弹模量和路面材料回弹模量及材料强度试验资料如下：

土基回弹模量：

用D=30cm刚性承载板测得弯沉值（已考虑影响量）：

P(Mpa)0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

（0.01mm）72 95 120 165

沥青路面材料抗压回弹模量：

材料名称 20℃抗压回弹模量(Mpa)15℃抗压回弹模量(Mpa)15℃劈裂强度(Mpa)EP σ EP σ

细粒式沥青混凝土 18“班级数”“学号尾数” 180 27“班级数”“学号尾数” 320 1.2

中粒式沥青混凝土 14“班级数”“学号尾数” 90 21“班级数”“学号尾数” 170 1.0

粗粒式沥青混凝土 9“班级数”“学号尾数” 60 14“班级数”“学号尾数” 70 0.8

基（垫）层材料抗压回弹模量：

材料名称 抗压回弹模量(Mpa)劈裂强度(Mpa)

EP σ

水泥稳定砂砾 25“班级数”“学号尾数” 220 0.5

水泥稳定碎石 30“班级数”“学号尾数” 760 0.6

水泥石灰砂砾土 15“班级数”“学号尾数” 240 0.4

二灰稳定砂砾 26“班级数”“学号尾数” 700 0.7

二灰稳定碎石 27“班级数”“学号尾数” 600 0.6

水泥混凝土抗折强度：

水泥混凝土标准试件抗折强度实验最大破坏压力（KN）分别为：

39.80;41.20;40.65;41.78;42.05;41.87

7)材料预算单价及机械台班费用查相应定额。

8)交通组成：

本路建成初期每日双向混合交通量组成及交通量

汽车车型 日交通量（辆/d）

东风EQ140 14“班级数”“学号尾数”

黄河JN150 124

黄河JN253 2“班级数”“学号尾数”

东风SP9250 350

北京BJ130 10“班级数”“学号尾数”

日野KB222 569

桑塔那2000 17“班级数”“学号尾数”

预计年平均交通量增长率为5％；

六、设计内容

主要设计内容如下表：

序号 设计项目 要求 备注技术等级及标准的确定 按照《公路工程技术标准》选定，要求对技术指标分析论证。纸上定线 在地形图上选择路线至少2个方案并简述理由；进行路线方案比较并提出推荐方案。交手稿路线平面设计

（选定路线）进行交点坐标和导线方位角设计；平曲线设计；里程桩号的详细推算；路线平面图的绘制。路线纵断面设计

（选定路线）转坡点位置的确定；坡度和坡长设计；竖曲线设计；纵断面图的绘制。排水设施设计 排水沟、截水沟、盲沟等沟渠设计 选典型沟渠进行水力计算 6 路基横断面设计 路幅设计（宽度和路拱横坡）；超高和加宽设计；边坡设计；路基设计表；视距检查，路基土石方计算及调配；路基横断面图的绘制。每20m 取一断面路基稳定性验算高路堤、深路堑需进行边坡稳定性验算及软土地基稳定性验算并提出加固措施典型挡土墙设计和计算 完成某段挡土墙设计和计算及全线挡土墙设计一览表及其工程数量典型涵洞设计和计算 选择某典型断面的涵洞进行设计和计算及全线涵洞设置一览表交叉口设计 如有路线交叉，需绘交叉口平、纵、横断面图路面结构设计及计算 设计沥青路面和水泥混凝土路面 两者比选选定路线工程预算 计算工程量和材料用量并完成工程预算

注.沥青路面设计内容包括：1）进行轴载换算，确定路面设计弯沉值；2）拟定路面结构组合方案，进行方案比较；3）确定路基路面结构层设计参数；4）按三层体系简化法或设计程序确定路面结构层尺寸；5）按三层体系简化法或设计程序验算结构层底面拉应力和表面剪应力；6）各结构层材料组成设计；7）提出各结构层的施工技术要求及质量标准；8）计算工程量和材料用量。

水泥混凝土路面设计内容包括：1）进行轴载换算，推算设计年限内标准轴载累计作用次数；2）进行路面结构组合设计；3）确定路面结构层设计参数；4）确定混凝土板的平面尺寸和厚度；5）进行接缝构造、配筋设计；6）各结构层材料组成设计；7）提出各结构层的施工技术要求及质量标准；8）计算工程量和材料用量。

七、应提交的设计文件

1、开题报告

2、设计说明书

设计说明书中应包括如下内容：

中英文摘要

第1章 设计任务和沿线自然条件

第2章 纸上选（定）线

第3章 线路设计

1）平曲线设计（第一个曲线完整列出计算过程，其它以表格体现）

2）竖曲线设计（第一个曲线完整列出计算过程，其它以表格体现）

3）横断面设计（第一个曲线完整列出计算过程：超高、加宽、视距检查）

4）路基设计（路基设计表）

5）路基土石方计算与调配

第4章 路基工程设计

1）排水设计

2）路基稳定性验算

3）挡土墙设计

4）涵洞设计

第5章 路线交叉设计（若有）

第6章 路面设计

第7章 工程预算

第8章 设计总结（包括展望与致谢）

参考文献

3、图纸

内容 比例要求 补充说明

路线平面设计图 1：2000 A3机绘图分段打印

需提交纸上选（定）线手绘图

路线纵断面设计图 1：200～300（纵）

1：2000（横）A3机绘图分段打印

路基标准横断面图、1km逐桩横断面图（典型地段）1：200 A3机绘图 路基排水沟渠大样图设计 1：10～50 A3机绘图

挡土墙设计详图 1：100 A3机绘图

涵洞设计详图 1：100 A3机绘图

沥青路面结构设计图 1：100

1：10～50（详图）A3机绘图，对于水泥混凝土路面需绘接缝构造图 水泥混凝土路面结构设计图

八、毕业设计进度安排

阶段 内容 备注

第一阶段

毕业实习2011年2月21日——2月25日 毕业实习及撰写开题报告（1周）毕业实习动员

（时间2月22日）

第二阶段

毕业设计成果撰写过程 2011年2月28日——3月11日 纸上定线及公路平面设计（2周）★ 集中辅导1次

（指导老师3月27日

提交线路设计部分成绩）

2011年3月14日——3月18日 公路纵断面设计

（1周）

2011年3月21日——3月25日 公路横断面设计

（1周）

2011年3月28日——4月1日 路基排水设计

（1周）★ 集中辅导2次

（指导老师4月30日

提交路基路面设计部分成绩）

2011年4月4日——4月15日 挡土墙及涵洞设计

（2周）

2011年4月18日——4月29日 路面设计

（2周）

2011年5月2日——5月13日 工程预算

（2周）★ 集中辅导1次

（指导老师5月15日

提交工程预算部分成绩）

第三阶段

毕业设计

答辩 2011年5月16日——5月20日 修改、完善所有毕业设计成果，准备毕业设计答辩 指导老师5月24日提交参加第一次答辩学生名单。

不参加第一次答辩者需提交书面申请。

2011年5月25日——5月27日 第一次毕业设计答辩 指导老师审查合格并同意参加答辩者方可参加答辩。

2011年6月2日——6月3日 第二次毕业设计答辩 第二次答辩通过者，成绩一律评为“及格”并在毕业设计鉴定表上注明：

“该生第二次答辩合格”。

九、毕业设计的管理与成绩评定要求

1、在学校规定的上课时间应在规定的教室做设计，外出者必须事先向指导老师说明情况并按学校规定办理请假手续。点名缺勤达到30%者（含请假、迟到、早退），取消毕业设计答辩资格。

2、本毕业设计分为三个阶段：毕业实习、毕业设计成果撰写、毕业设计答辩。毕业设计成果撰写阶段分为四个过程：路线设计、路基部分设计、路面部分设计、工程预算，在这四个过程中，需提交四次阶段性成果。

3、学生毕业设计最终总成绩由毕业设计成果撰写过程中的阶段性成绩和毕业设计答辩成绩综合评定。

道路与桥梁工程概论 篇6

道路的分类与技术标准

一、道路的分类

道路的功能主要是为各种车辆和行人服务，按其所处的位置、交通性质及使用特点的不同，道路可分为公路、城市道路、厂矿及林业道路等。

（一）公路

公路是联结城、镇和工矿基地、港口及集散地等，主要供汽车行驶，具备一定技术和设施的道路。而公路工程是以公路为对象而进行的规划、设计、施工、养护和管理工作的全过程及其所从事的工程实体。我国公路根据其使用任务、性质和适应的交通量，按照交通部颁布的《公路工程技术标准》，把公路分为：高速公路、一级公路、二级汽车专用公路、二级公路、三级公路、四级公路六个等级。

高速公路：具有特别重要的政治、经济意义，专供汽车分道高速行驶并全部控制出入的公路。

一级公路：连接重要的政治、经济中心，通往重点工矿区、港口、机场，专供汽车分道行驶并部分控制出入的公路。

二级公路：连接重要政治、经济中心或大工矿区、港口、机场等地的公路。

三级公路：沟通县以上城市的公路。

四级公路：沟通县、乡、镇、村的公路。

1、城市道路的分类

1）快速路

快速路主要设置在特大或大城市，为城市中大量、长距离的快速交通服务，是联系城市各主要功能分区及过境交通服务。快速路采用分向、分车道、全立交和控制进、出口。

2）主干路

主干路是联系城市中功能分区（如工业区、生活区、文化区等）的干路，是城市内部的大动脉，并以交通功能为主，担负城市的主要客、货运交通。

3）次干路

次干路是城市中数量较多的一般交通道路。次干路与主干路组合成道路网，起集散交通的作用，兼有服务的功能。

4）支路

支路是城市中数量较多的一般交通道路。支路为次干路与街坊路的连接线，解决局部地区交通，以服务功能为主。

2、城市道路的分级

在上述城市道路的分类中，除快速路以外，每类道路按照所在城市的规模、设计交通量、地形等条件，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。大城市应采用各类道路中的Ⅰ级标准、中等城市应采用各类道路中的Ⅱ级标准、小城市应采用各类道路中的Ⅲ级标准。

有特殊情况需要变更级别时，应做技术经济论证，报规划审批部门批准。

（三）厂矿道路和林业道路

1、厂矿道路

厂矿道路主要是为工厂、矿区交通服务的。厂矿道路因其功能的不同，可分为厂外道路、厂内道路和露天矿山道路。

1）厂外道路

厂外道路是为厂矿企业与公路、城市道路、车站、港口、原料基地和其他厂矿企业等相连接的对外道路；或本厂矿企业（露天矿除外）分散的厂（场）区、居住区等之间的联络道路；或通往本厂矿企业（露天矿除外）外部各种辅助设施的辅助道路。

2）厂内道路

厂内道路是为厂（场）区、库区、站区、港区等的内部道路。

3）露天矿山道路

露天矿山道路是为矿区范围内采矿场与卸车点之间、厂（场）区之间行驶自卸汽车的道路；或通往附属厂（车间）和各种辅助设施行驶各类汽车的道路。

2、林业道路

林业道路是修建在林区内为发展林业生产服务的道路，在林区内构成林道网。林道网一般是由基本道路和营林道路所组成。

1）基本道路是指从各基本经营单位（国营林场）通往储木场的道路。他的主要作用是运输木材，兼有为地方交通运输服务的作用。

2）营林道路

营林道路是对林地以及确定改造成为林地的荒山、疏林地、灌木林地等，进行各项林业经营活动所需要的道路。

道路的设计分为初步设计、技术设计和施工图设计阶段：

1、初步设计

初步设计阶段的目的是确定设计方案。必须根据批复的可行性研究报告、测设合同的要求，拟定修建原则，选定设计方案，计算工程数量，提出施工方案意见，编制设计概算，提供文字说明及图表资料。初步设计文件经审查批复后，则为订购主要材料、机具、设备，安排重大科研试验项目，联系征用土地、拆迁，进行施工准备，编制施工图设计文件和控制建设项目投资等的依据。采用三阶段设计时，经审查批复的初步设计亦为编制技术设计文件的依据。

2、技术设计

技术设计应根据初步设计批复意见、测设合同的要求，对重大、复杂的技术问题通过科学试验、专题研究，加深勘探调查及分析比较，解决初步设计中未解决的问题，落实技术方案，计算工程数量，提出修正的施工方案，修正设计概算。批准后则为编制施工图设计的依据。

技术设计应根据初步设计批复的意见、测设合同和需要解决的技术问题，满足下列有关要求：

对初步设计所定方案详加研究，进一步补充和修正。

补充必要的地质、水文、气候、地震和地质钻探资料，以及土工、材料、结构或模型试验成果。

提出科学试验成果、专题报告。

提出修正的施工方案。

编制修正概算

3、施工图设计

两阶段（或三阶段）施工图设计应根据初步设计（或技术设计）批复意见、测设合同，进一步对所审定的修建原则、设计方案、技术决定加以具体化和深化，最终确定各项工程数量，提出文字说明和适应施工需要的图表资料以及施工组织计划，并编制施工图预算。而一阶段施工图设计应根据可行性研究报告批复意见、测设合同的要求，拟定修建原则，确定设计方案和工程数量，提出文字说明和图表资料以及施工组织计划，编制施工图预算，满足审批的要求，适应施工的需要。

桥梁的基本组成部分

一、桥梁的基本组成部分

1、桥跨结构

桥跨结构又称桥孔结构、上部结构，是在线路中跨越障碍物的结构物，也是主要的承重结构。

2、桥墩、桥台

桥墩、桥台又称下部结构，是支承上部结构并将荷载传递给地基的建筑物。桥台是设置在两侧，而桥墩设置在桥台的中间。

3、墩、台基础

墩、台基础是保证桥墩、桥台的安全，埋置在土层之中，使桥上全部荷载传递给地基的结构物。

二、桥梁布置的主要尺寸

（一）梁式桥

1、净跨径（0）

净跨径是设计洪水位线或通航水位线上相邻两墩、台之间的水平距离。

2、总跨径（∑0）

总跨径也称桥梁孔径，是各孔净跨径的总和，他反映了桥梁的排泄洪水的能力

3、计算跨径（）

计算跨径是桥跨结构两支点之间的距离。因而桥跨结构的内力计算是以计算跨径为准。

4、桥梁全长（L）

桥梁全长也称桥长，是桥梁两桥台侧墙或八字尾端间的距离；当无桥台时，桥梁全长为桥面系行车道的长度。

5、桥梁总长（L1）

桥梁总长是桥梁两桥台台背前缘间的距离。

6、桥梁高度（H1）

桥梁高度也称桥高，是桥面至枯水位的距离。

7、桥下净空高度（H）

桥下净空高度是设计洪水位或通航水位至桥跨结构最下缘的距离。桥下净空高度值不得小于因排洪所需要的，以及对该河流通航所规定的净空高度。

8、建筑高度（h）

建筑高度是桥面（或轨顶）对桥跨结构最低边缘的差值。

（二）拱桥

1、桥跨结构

桥跨结构或上部结构是由主拱圈（或主拱肋）、拱上建筑所组成。

2、净矢高（f0）

净矢高是拱顶截面拱腹至相邻两拱脚截面下缘连线的垂直距离。

3、计算矢高（f）

计算矢高是拱顶截面拱轴线至相邻两拱脚截面轴线连线的垂直距离。

4、拱上建筑

拱上建筑是在行车道系与主拱之间传递荷载的构件或填充物。拱上建筑可分为实腹式和空腹式两种。第二节

桥梁的主要类型

一、桥梁的分类

（一）按用途分

桥梁按用途可分为：公路桥、铁路桥、公铁两用桥、农桥、运水桥（或渡槽）、其他专用桥等。

（二）按跨径分

桥梁按跨径可分为：特大、大、中、小桥。

当 8m≤L30m

或5m≤20m 时，称为小桥；

当 30m≤L100m 或20m≤40m 时，称为中桥；

当 L≥100m

或≥40m

时，称为大桥；

当 L≥500m

或≥100m

时，称为特大桥。

（三）按主要承重结构所用材料分

桥梁按主要承重结构所用材料可分为：木桥、钢桥、圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥等。

（四）按结构体系分

桥梁按结构体系可分为：梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥、斜拉桥以及各种组合式桥等。

（五）按上部结构的行车道位置分

桥梁按上部结构的行车道位置可分为：上承式、中承式和下承式等。

（六）按跨越障碍物的性质分

桥梁按跨越障碍物的性质可分为：跨河桥、跨线桥、跨越深谷桥、高架桥、栈桥等。

（七）其他种类

桥梁的其他种类除固定式桥外，还有开启桥、浮桥、漫水桥等。

二、桥梁的结构体系

（一）梁式体系

梁式体系是一种在竖向荷载作用下无水平推力的结构。由于梁桥恒载和活载的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，因而梁内产生的弯矩最大，通常需要用抗弯性能强的材料（如钢、木、钢筋混凝土、预应力混凝土等）来建造。

梁式桥主要有：简支梁桥和连续梁桥。

（二）拱式体系

1、拱桥的演变过程

2、拱桥的分类

（1）按主拱圈（肋）所用的材料分

砖

钢筋

钢

劲性

钢桁架

钢管

圬工拱桥

石

，混凝土，骨架混凝土

，混凝土

混凝土块

拱桥

拱

拱桥

钢管混凝土

拱桥

（2）按拱上建筑的形式分

可分为：实腹式拱桥和空腹式拱桥。

（3）按桥面所处的位置分

可分为：上承式、中承式和下承式拱桥。

（4）按有无推力分

可分为：有推力拱桥和无推力拱桥。

（5）针对钢筋混凝土拱桥来说，又可按结构体系分和按主拱圈（肋）分

1）按结构体系分

①简单体系拱桥

简单体系拱桥上的全部荷载均由主拱圈（肋）单独承担，而水平推力直接由墩台或基础承担。

Ⅰ 单铰拱

Ⅱ 两铰拱

Ⅲ 三铰拱

Ⅳ 无铰拱

②组合体系拱

组合体系拱是将主要承受压力的拱肋和行车道梁组合而成共同承受上部荷载，这样可以充分发挥拱肋和行车道梁的共同作用，达到节省材料的目的。

Ⅰ 组成 Ⅱ 分类

a 无推力组合拱

一种：柔性系杆刚性拱

在刚度比E肋I肋/E系I系＞80时，可以认为所有的弯矩均由拱肋承担，而系杆只承受轴向力。

二种：刚性系杆柔性拱

在刚度比E肋I肋/E系I系＜1/80时，可以认为系杆不仅要承受拉力，而且还要承受弯矩；对于拱肋只承受轴向力，而不承受弯矩。

三种：刚性系杆刚性拱

在刚度比E肋I肋/E系I系=1/80〜80时，可以认为系杆和拱肋共同承受纵向力和弯矩。

b 有推力组合拱

一种：刚性梁柔性拱

二种：刚性梁柔性拱 2）按主拱截面形式分

①板拱桥

主拱圈的横截面是矩形实体截面的拱桥。

②肋拱桥

在板拱桥的基础上，将板拱桥的主拱圈划分成两条或多条肋形成分离的、高度较大的拱肋，而肋与肋之间用横梁连接的拱桥。

③双曲拱

主拱圈的横截面是由一个或几个横向小拱所组成，由于主拱圈在纵向和横向均呈曲线，因而称之为双曲拱桥。

④箱形拱

将实心的板拱桥截面挖成空心的箱形截面，称为箱形拱桥。

（三）钢筋混凝土刚架桥

桥跨结构（主梁）和墩台（立柱）整体相连的桥梁。由于主梁与立柱之间是刚性连接，在竖向荷载的作用下，在主梁端部产生负弯矩，这样就可以减少跨中的正弯矩，跨中截面尺寸也就随之减少。而立柱除要承受压力外，还要承受弯矩，在柱脚处还要承受水平推力。

1、刚架桥的类型

直柱式（门式刚架、直腿刚架）

单跨刚架桥

斜柱式（斜腿刚架）刚架桥类型

连续式

多跨刚架桥

非连续式（T型刚架）

2、刚架桥的构造特点

1）桥面构造

桥面构造与梁式桥相同。

2）主梁的截面形式

主梁的截面形式与梁式桥相同。但主梁的纵截面可以是等截面、等高度和变高度等三种截面形式；而变高度截面形式的主梁底缘形式可以是曲线形、折线形和曲线加直线形等。

3）立柱

立柱的形式有薄壁式和立柱式（单柱和多柱）两种；而立柱的横截面可以是实体矩形、I字形、箱形等。

4）节点的构造

刚架桥的节点是指立柱与主梁相连接的地方，又称角偶节点。

3、刚架桥的主要尺寸

刚架桥的主要尺寸是主梁的跨度和高度、立柱的高度和厚度，以及桥面的横向宽度。

（四）吊桥

1、概述

由受拉的悬索作为承重结构的桥梁，称为吊桥。吊桥可分为悬索桥和牵索桥两种。

牵索桥是由缆索组成的几何不变的牵索桁架作为承重结构。

悬索桥是由悬索、桥塔、吊杆、加劲梁或桥面系、锚碇五部分所组成。

2、主要体系

（1）柔性吊桥

柔形吊桥是没有加劲梁的。

（2）刚性吊桥

1）单链吊桥

单链吊桥是指在一个吊杆平面内只设一根悬索。这种形式在半跨有活载作用下会产生S形变形。

2）双链吊桥

双链吊桥是指在一个吊杆平面内设有两根悬索。下链的形式是根据桥面半跨有活载时，用来适应该荷载的力多边形来定出的。

3、结构布置

（1）悬索的横向布置

（2）吊杆的布置

吊杆的布置形式一般有竖向布置和斜向布置两种。

（3）锚固的形式

锚固的形式主要有：外锚式和自锚式两种。

外锚式是把锚固梁或锚固支架放在吊桥结构外的山体或者庞大的桥台中。

自锚式是把锚索在加劲梁的端部联结，锚索的水平分力传递给加劲梁，而垂直分力则通过连杆支座传递给桥台。

4、构造特点及施工

（1）悬索

悬索是由若干通长的钢丝绳或平行钢丝索组成。

钢丝绳：目前我国常用的是直径2.8mm〜4.0mm的高强钢丝分层左旋或右旋绞合而成。钢绞线钢丝绳常用719、737、761的钢绞线组成。

平行钢丝索的架设方法可采用空中架线法和工厂预制法两种。空中架线法是以卷在卷扬机卷筒上的长的单根钢丝为原料，用一个移动的纺轮在已架好的辅助缆索上来回移动架设形成股，再将这种绳股按19股、37股、61股配置成六角形并捆紧而形成圆形钢缆。（2）索夹

悬索桥的悬索和吊杆的连接，一般采用钢性索夹把悬索箍紧，使悬索在受拉时产生的收缩变形不致滑动，而索夹的下端伸出铸铁吊环，通过销栓把吊杆与吊耳相连。

索夹的形式有六边形和圆形两种。六边形索夹常用于中、小跨径吊桥，由于钢索的数目不多，钢索常排列成六边形截面，与之相适应，索夹也采用六边形；而大跨径吊桥中，由于悬索常采用圆形截面的平行钢丝索，因此索夹也采用圆形。

（3）桥塔

桥塔是用于支撑悬索，承受由悬索传来的水平分力和垂直分力。对于桥塔的形式，由于悬索的布置多采用两个平面，因此必须设置两根立柱来支撑两根或四根悬索，为了使整个桥塔在横向成为能承受悬索和桥面系上全部横向风荷载的刚性结构，往往在桥塔顶和桥面上设置强大的横系梁，连接两根立柱而形成框架。

（4）加劲梁

加劲梁可以是：钢板梁、钢桁梁和钢箱梁。

加劲梁的力学体系有：简支体系和连续体系。

简支加劲梁在桥塔处的内力最小，在梁端的角变量、伸缩量和挠度（包括竖向和横向挠度）均较大；而连续加劲梁在桥塔处的内力最大，对于一般公路吊桥是可以满足行车要求的，但对于铁路吊桥难于满足要求，因此公路吊桥的加劲梁多采用简支体系，公铁两用吊桥都采用连续加劲梁。

（五）斜拉桥

斜拉桥又称斜张桥，是一种桥面体系受压，支承体系受拉的组合桥梁。其桥面体系是由加劲梁构成，而支承体系是由钢索组成。

斜拉桥的特点：

1）斜拉桥主梁上的荷载是通过锚固点直接传递给斜拉索的，而悬索桥则是通过吊杆传递给柔性承重索的，因此两者的结构刚度有较大的区别。

2）悬索桥的承重索是锚固在桥台或后台专设的锚碇上，其主梁是不承受轴力的；在斜拉桥中，主梁是要承受巨大的轴向力，形成偏心受压构件。

3）斜拉桥是可以进行内力调整，也可以改变桥梁的刚度。在健康检查中，如发现斜拉索失效，则可以更换；而悬索桥则无法办到。

1、斜拉桥的主要结构构造与形式

斜拉桥的主要是由：主梁、索塔和拉索组成的。

（1）拉索的布置与类型

①拉索的纵向布置

拉索的纵向布置常用的有：辐射形、竖琴形、扇形和星形等四种。

②拉索的横向布置

拉索的横向布置有：单索面和双索面两种。③拉索的分类

根据拉索与主梁的相对刚度关系，拉索可分为：柔性拉索和刚性拉索两大类。

柔性拉索可采用高强度钢材，其抗弯刚度一般比主梁小。刚性拉索是在拉索外包上预应力混凝土的结构。

④斜拉索的倾角

斜拉索的倾角应从塔高与梁跨的比值、拉索的合理布置等方面综合考虑。一般来说，当拉索的纵向布置是按竖琴形布置时，其倾角为26∘〜38∘；当拉索的纵向布置是按辐射形布置时，其倾角为21∘〜30∘，以25∘左右居多。

⑤拉索与索塔之间的关系

一种

塔上设置索鞍，拉索不间断地跨越索鞍。

二种

拉索锚固于索塔

（2）主梁的结构与类型

1）主梁的类型

按主梁的材料有：钢主梁、混凝土主梁、钢与混凝土的结合梁、钢梁与混凝土梁的混合式主梁等。

按主梁的力学体系有：连续梁、单悬臂梁、T形刚构、连续刚构等。

①连续梁

这种构造往往在墩台支承处设置活动支座，以便使温度变形均匀，而水平变形由拉索予以约束。

②单悬臂梁

③T形刚构

T形刚构在梁根部与墩、塔连成整体，形成十字固结，在此处要抵抗很大的负弯矩。

④连续刚构

在多跨桥梁中，为了减少变形缝而不需设置挂梁，这样就形成了连续刚构。2）主梁的截面形式

主梁的截面形式有：工字形、矩形或倒梯形的箱形。

桥面板的形式有：正交异性钢桥面板和钢筋混凝土桥面板。

（3）索塔的结构与类型

斜拉桥的索塔是通过拉索将梁体弹性支承，并以承受压弯为主的一个重要结构。

①塔高

当为单塔时，塔高H=（1/3〜1/4）L主跨

当为双塔时，塔高H=（1/4〜1/6）L中跨

②索塔的布置形式

③索塔的材料

索塔的材料有：钢筋混凝土、预应力混凝土、钢等。

④索塔、主梁和墩台相互之间的连接形式

索塔、主梁和墩台相互之间的连接形式有：全固结型（刚构体系）、塔墩固结型（飘浮体系）、塔梁固结型（支承体系）。

2、悬臂梁桥、多跨刚架桥与斜拉桥的异同

（1）用悬臂施工法施工预应力连续梁桥和刚架桥的制约因素

①由于跨度的增大使悬臂梁的刚度增大的同时，梁的自重弯矩也大大增大；

②长悬臂施工时，使悬臂箱梁下翼缘的压应力迅速增大；

③由于主跨悬臂增大，使悬臂梁中的预应力钢束成倍增加。

（2）悬臂施工桥梁中的预应力钢束与斜拉桥中的斜拉索在受力性能上有所不同

①斜拉桥中的拉索比悬臂施工桥梁中的预应力钢束要大；

②斜拉索的疲劳强度；

③斜拉索的防护；

④风振引起斜拉索疲劳失效

⑤最为根本的不同在于

一方面：对于悬臂梁桥中预应力钢束的竖向分力仅起到改善梁的抗剪作用，而对于斜拉桥斜拉索拉力的竖向分力能给梁提供竖向弹性支撑的作用；

二方面：斜拉索提供的竖向分力可以抵消梁节段产生的向下的重力，并在未加外荷载前可以不产生弯矩，而在营运荷载作用下，减少两个斜拉索之间的局部弯矩至最小的值。

3、斜拉桥的几个特殊问题

①预应力混凝土斜拉桥长悬臂不对称、不平衡施工问题；

②斜拉桥的索力测试和长索应力松弛问题；

③斜拉桥中斜拉索的耐久性与防腐问题；

④斜拉索的风雨振动现象和振动控制；

道路与桥梁工程土力学与地基基础课程设计 篇7

两课程的教学内容分析

(一) 工程力学

机械类专业的“工程力学”课程教学主要是为后续课程“机械设计基础”服务的, 机械设计中用到的设计理论都是源于工程力学中材料力学部分, 而材料力学的学习又必须以理论力学为基础, 所以理论力学的静力学概念和公理、受力分析、力系及平衡是机械设计的必备知识。材料力学中的材料力学基本概念、杆件变形基本形式、轴向拉伸与压缩、剪切与挤压、扭转变形、弯曲变形及弯扭组合变形这些内容, 在机械设计中是必不可少的, 所以这些内容也是必要的教学内容。

(二) 机械设计基础

“机械设计基础”课程主要是培养学生学会机构原理分析、传动参数计算及典型零件的设计或选用, 为学习后续机械制造技术和机械制造工艺等专业课程进行必要的知识储备。机构自由度、平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构、带传动、齿轮传动、轮系、螺纹联接和键联轴、轴承等内容都是必须学习的知识点。

两课程知识点的关联性分析

(一) 工程力学各知识点之间的关联分析

“工程力学”课程各知识点之间是密切关联的: (1) 静力学概念, 这部分内容主要是对力学中相关名称的规范性定义或描述, 是力学工作的“语言”, 它贯穿整个力学教学和学习过程, 是后续力学课程各章节的基础知识。 (2) 静力学公理, 揭示了作用在物体上各个力之间的内在规律, 是前人总结出来的规律, 学习它后可以对物体进行正确的受力分析。 (3) 受力分析, 主要介绍构件的受力分析步骤及方法。受力分析贯穿工程力学的始终。教会学生进行正确受力分析技巧在工程力学教学中显得尤为重要。 (4) 力系及平衡, 这部分知识主要揭示在平衡状态下, 作用在物体上各作用力之间存在的内在联系, 为建立各个作用力之间的关系提供理论支持, 进而可以利用平衡来分析和求解作用在物体上未知的力。它是我们由已知世界探索未知世界的连杆。 (5) 材料力学基本概念、杆件变形基本形式, 是材料力学基础知识, 为我们研究材料变形、受力分析提供了方法。 (6) 轴向拉伸与压缩、剪切与挤压、扭转变形、弯曲变形及弯扭组合变形, 揭示了工程中或机械中构件最基本的变形规律、强度校核和尺寸设计方法, 是后期机械零件设计的理论依托。由以上分析可见, 工程力学各部分知识点之间的关系如图1所示。

(二) 机械设计基础各知识点之间的关联分析

“机械设计基础”课程各知识点之间是密切关联的, 共同构成一个有机的整体: (1) 机构自由度是分析机构和机器运动情况的理论基础。我们设计的机构或机器一定要按照人为设定的轨迹运动, 既然这样, 大多数运动装置设计时就要先进行自由度计算。若自由度和机构的主动件的数目相同, 则该装置就能按照设计的轨迹工作, 否则该机构根本就不能动或运动过自由。 (2) 平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构是机器中常见的基本机构, 复杂的机构和机器一般是由这些机构组成的。 (3) 带传动、齿轮传动、轮系是机器中常见的传动系统, 设计机械时也要进行传动系统的设计。 (4) 轴是机器中重要的零件。轴是用来支撑机器中回转零件的, 是整台机器的核心。 (5) 轴承也是机器中重要的零件, 它是用来支撑轴的, 以保持轴的回转精度。 (6) 联接是介绍机器中零件之间最常见的联接方法, 在机器选用某一型号的此类联接时要进行轴向拉伸、挤压强度或扭转强度计算。

所以, 我们在教学过程中, 通过设计一整台机器将上述各知识点相互关联起来, 其相互关系如图2所示。

(三) 两课程各部分知识点的关联性分析

“工程力学”和“机械设计基础”两门课程之间, 有许多知识点具有很强的关联性: (1) “机械设计基础”在进行机构自由度分析时, 运动副的类型和工程力学中约束类型及性质有关联。 (2) 平面连杆机构的识图、连杆机构特性分析时压力角和传动角的确定和工程力学中的受力分析有关联。 (3) 凸轮机构和间歇运动机构特性分析和工程力学中受力分析有关联。 (4) 带传动、齿轮传动、轮系的设计所依据的是工程力学的受力分析、力系及平衡、强度计算。 (5) 螺纹联接和键联接和工程力学中的受力分析、轴向拉伸与压缩和剪切与挤压强度计算密切相关。 (6) 轴设计要进行受力分析、扭转强度设计及弯扭组合强度校核无不与工程力学相关。 (7) 轴承的失效分析是利用工程力学中的受力分析来进行的。

两课程教学内容的优化整合

基于以上对每门课程各个知识点及两课程之间各知识点关联性的分析, 将各部分内容按照图3方式进行教学优化整合。

首先, 以静力学概念和公理作为基础, 将“工程力学”课程受力分析、力系及平衡两部分知识点与“机械设计基础”中机构自由度、平面连杆机构、凸轮机构及间歇运动机构知识并行到一起。学生先学习受力分析和力学及平衡部分知识, 再学习机构自由度、平面连杆机构、凸轮机构和间歇运动机构等知识。

其次, 因“机械设计基础”中的联接部分需要进行挤压强度、剪切强度、轴向拉伸与压缩强度计算或考虑弯曲变形和扭转变形部分的知识, 所以需要“工程力学”的轴向拉伸、剪切与挤压、扭转变形和弯曲变形等知识作为铺垫。

再次, 齿轮传动、轮系及带传动需要以受力分析、强度理论、机构自由度、平面连杆机构等知识为基础, 所以应将这部分知识放到后面讲授。

最后, 轴及轴承用到力系及平衡、扭转变形、弯曲变形、组合变形等知识, 所以将这两部分知识安排到组合变形后面学习比较合理。在讲组合变形强度理论后就讲授轴的知识会收到较好的应用效果。

优化整合教学与传统教学效果比较 (以我院机械制造与自动化专业为例)

机械设计基础总教学时数90学时, 其中力学部分占20学时, 机械设计占70学时。传统讲授顺序是先用20学时将力学内容全部先讲完, 然后再花70学时从机械设计原理讲到机械零件设计。传统教学方式, 在实施过程中经常会出现以下情况, 即讲零件设计时用到的受力分析学生已经感觉很陌生, 老师不得不又花时间将前面的知识点再请出复习一下。本来在这种教学方式下, 教学时数就相对紧张。再经常花时间去温故知识点, 这就让教学时数显得更加吃紧。这种现象导致的结果就是老师不停的赶进度, 学生来不及消化就匆匆学习新章节。

如讲光滑接触面约束时, 大概10分钟讲授, 20分钟举例, 讲这部分内容学生很容易理解和接受。但到后续机械设计课程中学习平面连杆机构传力特性时, 要用到这部分知识, 这距离上次这部分内容学习间隔至少一个月了。学生已经对光滑接触面约束力特点显得很陌生了。那么老师就得先花大概5分钟的时间去复习, 然后用20分钟左右去讲压力角和传动角概念, 接着再用30分钟时间去举例讲授或练习各种平面连杆机构压力角和传动角的分析。共用时85分钟。

经过优化组合后, 光滑接触面约束刚讲完, 就讲平面连杆机构的压力角和传动角概念, 大概需用时间25分钟, 然后就以平面连杆杆机构为例, 练习光滑接触面约束力的方向分析、压力角和传动角分析, 大概用时35分钟。这种方式共用时60分钟。

通过比较, 优化整合教学可节约25分钟的教学时数。不仅如此, 通过现学现用, 学生做到了对知识点及时消化、吸收和应用。

这种优化整合式教学效果还可以从以下表格数据中得到启发 (以2011级制造专业1班和2班为例) 。

由上表不难看出, 优化整合不仅在教学时间上显得宽裕, 而且学生在课程堂上就能将学习内容消化吸收, 及时应用, 学习效果明显优于传统教学方式。

综上所述, “工程力学”和“机械设计基础”是紧密联系的两门课程, 将各部分知识优化整合, 不仅能节约教学时数, 还能增强教学效果, 为后续其他专业课程的教学奠定扎实的基础。

摘要：针对高职教育压缩理论课时而教学内容并未减少的实际情况, 将“工程力学”和“机械设计基础”两门课程的教学内容进行了优化整合。通过采用“并行”和“串联”方式进行授课, 及时将“工程力学”课程知识应用到后续“机械设计基础”中, 既节约了教学时数, 又提高了教学效果。

关键词：工程力学,机械设计基础,课程优化整合,高职教学

参考文献

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