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巖土工程專(zhuān)業(yè)研究生論文存在的問(wèn)題探討論文
隨著研究生招生規(guī)模的擴(kuò)大及就業(yè)形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，越來(lái)越多的學(xué)生選擇了繼續(xù)深造，一方面可以暫時(shí)回避當(dāng)前就業(yè)難的現(xiàn)狀，另一方面期望更高的學(xué)位能在今后的求職中取得優(yōu)勢(shì)。應(yīng)該說(shuō)在校研究生中真正喜歡所學(xué)專(zhuān)業(yè)，并致力于研究的人不多。很多學(xué)生本著混個(gè)文憑的想法進(jìn)入學(xué)校學(xué)習(xí)，導(dǎo)致論文質(zhì)量嚴(yán)重下降，當(dāng)然其根本原因還在于導(dǎo)師指導(dǎo)不力，把關(guān)不嚴(yán)。下面結(jié)合筆者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從理論研究、試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算三方面分析目前巖土工程專(zhuān)業(yè)
開(kāi)展綜合性基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn) 提高中醫(yī)藥專(zhuān)業(yè)研究生專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生“政產(chǎn)學(xué)研”合作培養(yǎng)模式的創(chuàng)淺議發(fā)揮開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室在醫(yī)學(xué)研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)中淺談研究生科技論文英語(yǔ)寫(xiě)作能力培養(yǎng)的方法淺談打造自主探究式研究生思想政治教育工程試論我國(guó)公共管理碩士研究生教育質(zhì)量研究研究生統(tǒng)計(jì)學(xué)專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)課程教學(xué)實(shí)踐與思考探析研究生文獻(xiàn)閱讀研討課教學(xué)評(píng)價(jià)體系淺談以發(fā)展的視角看研究生教材出版研究生英文文獻(xiàn)導(dǎo)讀課程教學(xué)探析
研究中普遍存在的問(wèn)題，希望能引起足夠的重視，以其更加嚴(yán)謹(jǐn)、踏實(shí)的作風(fēng)致力于科學(xué)研究。
—、理論研究中存在的問(wèn)題
任意翻開(kāi)巖土工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)術(shù)刊物，里面提到的新理論、新方法隨處可見(jiàn)。就土體本構(gòu)模型而言，目前研究提出的各種新模型數(shù)不勝數(shù)。稍微對(duì)原來(lái)模型或者參數(shù)修改一下提出一個(gè)新模型，這樣的情況較為普遍。更常見(jiàn)的方法是由試驗(yàn)研究總結(jié)出一些規(guī)律，在擬合或模擬試驗(yàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上提出新的模型或方法，然后用此模型計(jì)算出結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，得到預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合的結(jié)論，于是模型就得到了驗(yàn)證。
上述研究思路在目前研究生論文中相當(dāng)普遍，但并不可取。新模型建立在擬合試驗(yàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，肯定與試驗(yàn)結(jié)果吻合，如此來(lái)驗(yàn)證模型的正確性頗有不妥？筆者認(rèn)為，可以通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)潛在規(guī)律，并用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行模擬或擬合。驗(yàn)證模型的正確性可從以下幾個(gè)方面入手。
(一)用模型驗(yàn)證不同土體的試驗(yàn)結(jié)果
對(duì)同一種類(lèi)不同土體進(jìn)行試驗(yàn)，如果試驗(yàn)結(jié)果可用同樣的表達(dá)式或方法模擬，則所提出的模型是正確的，只是不同土體的模型參數(shù)會(huì)有所不同。也就是說(shuō)，要對(duì)多種土體進(jìn)行試驗(yàn)研究，土體的性質(zhì)可以類(lèi)似，如:試驗(yàn)對(duì)象都是軟粘土，則可以選取不同地方的軟粘土進(jìn)行多組試驗(yàn)研究，這樣得出的結(jié)論才有說(shuō)服力。有人質(zhì)疑，研究生論文研究時(shí)間很短，很難對(duì)多種土體進(jìn)行試驗(yàn)或多組試驗(yàn)，要求對(duì)不同土體進(jìn)行試驗(yàn)是不現(xiàn)實(shí)的。這里強(qiáng)調(diào)的是一個(gè)學(xué)術(shù)態(tài)度的問(wèn)題。換句話說(shuō)，提出的新模型要經(jīng)得起推敲和驗(yàn)證。遺憾的是，國(guó)內(nèi)很少有人對(duì)別人提出的模型進(jìn)行驗(yàn)證，因?yàn)閮H驗(yàn)證別人的成果是達(dá)不到學(xué)校規(guī)定論文創(chuàng)新點(diǎn)要求的，這在很大程度上助長(zhǎng)了學(xué)術(shù)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)。國(guó)外同行看待一個(gè)新模型或新方法，首先想到的工作是驗(yàn)證其正確性，進(jìn)行同樣的試驗(yàn)或同樣的計(jì)算用同樣的方法及參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，而不是盲從。這也是為什么SC刊源非常強(qiáng)調(diào)投稿論文一定要詳細(xì)介紹試驗(yàn)步驟或方法、試驗(yàn)材料、所用參數(shù)等等，其目的就是讓讀者可以依據(jù)文中介紹的方法或參數(shù)，重復(fù)論文中的研究工作，以驗(yàn)證其正確性。
(二)用模型驗(yàn)證文獻(xiàn)中的試驗(yàn)結(jié)果
學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)不可能進(jìn)行很多的試驗(yàn)研究，但文獻(xiàn)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)是非常好的資源，可以充分利用。用文獻(xiàn)中的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證新模型的正確性是一個(gè)很好的方法，它一方面解決了試驗(yàn)數(shù)據(jù)不足的困難，另一方面也提高了模型的可信度。
(三）與已有模型結(jié)果對(duì)比
新模型的正確性和優(yōu)越性如何，還需要與舊模型的預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比、驗(yàn)證，才能看出新模型的先進(jìn)性和優(yōu)越性，目前這方面的工作還很欠缺。
當(dāng)前，很多模型通用性較差，很重要的原因就是上述問(wèn)題沒(méi)有解決好。對(duì)一種土體進(jìn)行試驗(yàn)后就提出一個(gè)模型，這樣的研究態(tài)度十分草率，研究生論文研究中應(yīng)該杜絕此類(lèi)現(xiàn)象。
二、試驗(yàn)研究中存在的問(wèn)題
試驗(yàn)研究是巖土工程一個(gè)重要的研究方法和手段，很多新的規(guī)律、現(xiàn)象都是通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的，試驗(yàn)研究的可靠性直接關(guān)系到后續(xù)理論研究的正確性。
(一)土樣問(wèn)題
目前，很多試驗(yàn)土樣都是請(qǐng)人取樣后送到試驗(yàn)室的，現(xiàn)場(chǎng)取土大多由鉆機(jī)工人完成，試驗(yàn)人員很少親自參與取樣，因此論文研究中對(duì)取樣擾動(dòng)、不正確取樣方法帶來(lái)的影響幾乎不計(jì)。土樣的代表性如何，取土過(guò)程中如何減少擾動(dòng)，運(yùn)輸過(guò)程中如何避免振動(dòng)，土樣取回后如何密封保存等問(wèn)題一概回避，用這樣的土樣進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果可靠度難以保證。事實(shí)上，正因?yàn)橥馏w的差異性大，研究方法不成熟，才更需要進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)研究。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度應(yīng)該在平時(shí)的科研學(xué)習(xí)中逐漸培養(yǎng)起來(lái)，這需要導(dǎo)師嚴(yán)格要求。
(二)試驗(yàn)環(huán)境
國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校的土工試驗(yàn)儀器與國(guó)外相比并不遜色，甚至還要先進(jìn)，但與國(guó)外土工試驗(yàn)室的環(huán)境差距卻很大。許多學(xué)校沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的制樣室，大都在儀器旁邊放個(gè)桌子制樣，實(shí)驗(yàn)室根本無(wú)法保證恒溫、恒濕。這些不良的試驗(yàn)環(huán)境嚴(yán)重影響了儀器的正常工作。據(jù)了解，很多國(guó)外土工儀器中的傳感器對(duì)溫度、濕度非常敏感，較大的溫差對(duì)傳感器來(lái)講是致命的。因此，筆者建議試驗(yàn)前一定要對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定，測(cè)試傳感器的溫敏度，尤其是從國(guó)外進(jìn)口的儀器，這項(xiàng)工作一定不能忽略。
(三）重復(fù)性研究
眾所周知：由于土體的自身特性，試驗(yàn)者進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)時(shí)無(wú)法得到完全一致的試驗(yàn)結(jié)果，但這并不意味著不需要進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。目前很多學(xué)生在試驗(yàn)時(shí)，不進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)，不考慮試驗(yàn)的穩(wěn)定性。試驗(yàn)的穩(wěn)定性和可重復(fù)性研究一方面可以檢查儀器硬件可能存在的問(wèn)題，另一方面也可以幫助試驗(yàn)者發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)方法和步驟中存在的錯(cuò)誤。因此，建議每個(gè)學(xué)生進(jìn)行試驗(yàn)前，先做一些對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)設(shè)定的試驗(yàn)，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，從而確保試驗(yàn)步驟、方法的正確性。
三、數(shù)值計(jì)算中存在的問(wèn)題
(一)基準(zhǔn)測(cè)試
數(shù)值計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤的原因很多。有軟件編寫(xiě)中的錯(cuò)誤或缺陷;計(jì)算方法的錯(cuò)誤或缺陷；軟件使用不得當(dāng);或比較特殊的如硬件問(wèn)題等等。計(jì)算者有責(zé)任檢查數(shù)值是否正確，計(jì)算結(jié)果是否合適。檢查的目的是確保計(jì)算方法正確，得到的結(jié)果可靠。檢查軟件的基準(zhǔn)測(cè)試問(wèn)題在巖土工程界沒(méi)有引起足夠的重視，使用軟件前一般不進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，其后果是可怕的。德國(guó)巖土學(xué)會(huì)工作小組曾組織過(guò)程序基準(zhǔn)測(cè)試試驗(yàn)，他們邀請(qǐng)一些單位對(duì)兩個(gè)經(jīng)常計(jì)算的問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算試驗(yàn)并比較計(jì)算結(jié)果。在模擬隧道施工的例子中，各單位得到的沉降預(yù)測(cè)值差異很大，襯砌處最大彎矩、發(fā)生位置和正應(yīng)力值也差很多，即便將沒(méi)有按規(guī)定計(jì)算的結(jié)果除去，最大彎矩的數(shù)值和發(fā)生位置仍差距很大。在深基坑開(kāi)挖的算例中，只有一半單位預(yù)測(cè)出墻體發(fā)生正的水平位移，即向坑內(nèi)移動(dòng)。奇怪的是，居然有結(jié)果預(yù)測(cè)出墻體發(fā)生背向坑內(nèi)的負(fù)位移�？梢�(jiàn)，程序基準(zhǔn)測(cè)試問(wèn)題非常重要，作為巖土專(zhuān)業(yè)的研究生應(yīng)該認(rèn)識(shí)到這一問(wèn)題，并引起高度重視。
過(guò)去用戶(hù)很少有機(jī)會(huì)修改程序，修改必須由程序設(shè)計(jì)人員完成。近來(lái)情況變復(fù)雜了，有些計(jì)算機(jī)程序銷(xiāo)售時(shí)就有“用戶(hù)自定義子程序”，允許用戶(hù)自行增加一些子程序，或在程序中使用一些新的本構(gòu)模型。這樣傳統(tǒng)意義上的用戶(hù)也成了開(kāi)發(fā)者，這種情況下不僅要求編寫(xiě)子程序的人確保證子程序準(zhǔn)確無(wú)誤，而且與程序其它部分的連接也要仔細(xì)檢查。有些子程序本身完美無(wú)誤，但會(huì)使原來(lái)正確的程序其它部分出錯(cuò)，因而需要大量的檢測(cè)，尤其對(duì)復(fù)雜程序而言。用戶(hù)自定義子程序必須包含所有的錯(cuò)誤控制程序，如果子程序與源程序的接口有限，問(wèn)題會(huì)變得更復(fù)雜，原則上程序改動(dòng)后一定要進(jìn)行重新審定。但在實(shí)踐中，學(xué)生們根本沒(méi)有考慮程序接口問(wèn)題，一般都不進(jìn)行審定。
(二）模型理解
計(jì)算者對(duì)軟件中所用的本構(gòu)模型理解不夠，也會(huì)造成很大的誤差，有時(shí)甚至得到錯(cuò)誤的結(jié)論。上述德國(guó)巖土學(xué)會(huì)進(jìn)行深基坑問(wèn)題測(cè)試中，12家參與單位中有5家用了同樣的程序，但得出的結(jié)論卻各不相同，可見(jiàn)對(duì)規(guī)定說(shuō)明的不同理解也會(huì)導(dǎo)致不同結(jié)論。
例如:修正劍橋模型中偏平面上的塑性勢(shì)函數(shù)形狀會(huì)影響平面應(yīng)變計(jì)算中破壞時(shí)的應(yīng)力羅德角即土體的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化。很多商業(yè)軟件中用戶(hù)不能選擇塑性勢(shì)函數(shù)，如果用戶(hù)不知道其隱含的結(jié)果，計(jì)算結(jié)果的正確性就很難保證了。勢(shì)面，即參數(shù)M;為常數(shù)。這樣假設(shè)隱含著剪切摩擦角？隨應(yīng)力羅德角變化。令M;等于得到Mj和睞示的？
式(2)中分別取?'tc=20。，25。和30°計(jì)算相應(yīng)的M;值，代入（1)得到？隨0的變化情況，見(jiàn)圖1如果偏平面中釆用圓形塑性勢(shì)函數(shù)面，則平面應(yīng)變計(jì)算中羅德角、=0°時(shí)土體破壞。由圖1可見(jiàn)不同Mj值時(shí)？均隨0增加而增加，若取？^二25°則平面應(yīng)變條件下摩擦角？?二346°M;越大，9V和?^的差距也越大。為考慮邊界值問(wèn)題中塑性勢(shì)函數(shù)的影響，以2m寬粗糙的剛性條形基礎(chǔ)為例進(jìn)行兩次計(jì)算。修正劍橋模型參數(shù)為：OCR=67=2848入二a16U二00322卩二a2第一次計(jì)算假設(shè)偏平面上屈服函數(shù)和塑性勢(shì)函數(shù)均為圓形，取M;二Q5187相當(dāng)于二23。第二次計(jì)算取9'=23°即對(duì)應(yīng)偏平面上摩爾一庫(kù)侖六邊形屈服面，但塑性勢(shì)函數(shù)仍為圓形，因此與第一次計(jì)算一樣，土體還是在、二0°時(shí)破壞。兩次計(jì)算中均用土體飽和重度18k/m計(jì)算初始應(yīng)力，地下水位在地面以下2.5m處，K0=1.227。假設(shè)地下水位以上土體飽和且能承受孔隙吸力。對(duì)此進(jìn)行固結(jié)計(jì)算，仔細(xì)選擇滲透系數(shù)和時(shí)間步長(zhǎng)確保滿(mǎn)足不排水條件，荷載施加由設(shè)定豎向位移增量實(shí)現(xiàn)。
總體上講兩次計(jì)算輸入的參數(shù)是一樣的，只不計(jì)算中Tc均等于23°，因此，三軸壓縮計(jì)算結(jié)果應(yīng)該是一樣的，但由于條形基礎(chǔ)屬平面應(yīng)變問(wèn)題，結(jié)果會(huì)有不同，計(jì)算得到的荷載-沉降曲線如圖2所示。圖中給定碼得到的極限荷載比給定？'值的結(jié)果高58%。該算例清楚地說(shuō)明:如果用戶(hù)不知道塑性函數(shù)或不熟悉軟件中使用的本構(gòu)模型，很容易輸入？c=23°計(jì)算，若模型釆用M;計(jì)算方法，相當(dāng)于？Ps=31.2°，這樣計(jì)算出的極限荷載會(huì)有較大的誤差。
(三)問(wèn)題分析
計(jì)算人員對(duì)計(jì)算問(wèn)題的不同理解也會(huì)導(dǎo)致結(jié)果
不同。固結(jié)計(jì)算中如果用膜單元或梁?jiǎn)卧M結(jié)構(gòu)構(gòu)件會(huì)有一些弊端，如果計(jì)算者不仔細(xì)分析問(wèn)題很可能進(jìn)行錯(cuò)誤的計(jì)算。例如:若用梁?jiǎn)卧M擋墻，擋墻就與其前、后實(shí)體單元共享節(jié)點(diǎn)。兩側(cè)實(shí)體單元在墻上的節(jié)點(diǎn)相同意味著固結(jié)計(jì)算中墻體透水，即水可以自由通過(guò)墻體，這顯然不是想要的結(jié)果。若假設(shè)墻體不透水則要在兩側(cè)增設(shè)接觸面單元，如果這些單元不能固結(jié)，就可以在墻體和兩側(cè)實(shí)體單元之間起隔水作用�？梢�(jiàn)要得到正確的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算人員必須仔細(xì)分析研究，并進(jìn)行合理假設(shè)和模擬。為避免問(wèn)題分析錯(cuò)誤，建議研究生將計(jì)算問(wèn)題的模擬簡(jiǎn)化方法及所選參數(shù)拿出來(lái)討論，以其發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而避免一些根本性錯(cuò)誤。
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