1 研究背景

　　在现阶段工程教育专业认证的要求中，道路工程类课程承担着现代工具使用、环境和可持续发展等内容的相关课程目标的教学任务，其中要求学生通过课程培养能够具备专门技术和设备的运用、操作能力，设计和实施工程实验并对实验结果进行分析的能力，以及针对复杂工程问题对环境和可持续发展的影响进行评价的能力[1-3]。“重视科学仪器与设备对科学研究的作用，加强科学仪器设备及检测技术的自主研究开发”是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》中提出的要求，它强调了自主研发的重要地位[4]。随着社会、企业对毕业生在创新能力、应用能力上的要求越来越高，高校教师也要积极参与到自制实验设备的研制工作中，从而为学生提供更好的教学环境，更好地促进教学成果的转化。对于道路工程类课程，目前学生存在实施工程实验能力和对实验结果分析能力不足、缺乏直观认识和解决复杂工程问题能力的问题，在此背景下，笔者开发了大型道路建筑材料温控工程服役性能试验设备[5-7]。

　　高寒地区道路由于温度降低会产生盐胀、冻胀问题，造成道路开裂，道路的耐久性、实用性、安全性会受到影响并会大大增加养护费用。张彧等[8]为准确和便捷地掌握路基填料在各种温度环境下产生的变形特点，开发设计了温控路基填料变形测试仪，该测试仪同时兼具了大样测试和小样测试功能;本项目在此基础上增加了符合服役环境温度的试验箱，可以实现不同道路建筑材料在不同水热力服役环境下变形量和冻胀力等指标的适时测试功能。朱兆荣等[9]以共玉高速公路多年冻土区路基填料为研究对象，设计并试制出了用于测试路基细、粗填料冻胀试验制备试样的两类试模，解决了冻土区填料冻胀试验的难题，为温控工程服役性能实验设备开发研究工作提供了依据。石方超[10]为解决川西高原季节性冻土区康定至新都桥国道融沉问题，研制了路基土冻融循环效应治理试验系统，对川西高原季节性冻土地区路基冻胀融沉灾害的治理具有一定的借鉴意义，但该试验系统仅考虑了湿温度与地下水综合作用的情况。屈耀辉等[11]研发了多点静力水准沉降观测仪，解决了现有路基沉降监测与评估方案未达到规范所要求精度的问题;文献[12]的作者研制了路基土冻胀测试仪，可用来测量建筑物地基基础及构造物用土在负温度下的冻胀变形量[12]，但该冻胀测试仪仅研究了负温下路基土的冻胀变形量。李想[13]研制了路基环境监测系统，该系统主要由数据采集终端设备、ZigBee-GPRS网关协调器和上位机监测中心三部分构成，可实现对季节性冻土路基内部温、湿度的实时无损监测。邬成健[14]针对观测桩、地温测量等国内外常用路基冻胀检测方法的不足，提出了一种基于位置敏感器件(PSD)的高速铁路路基冻胀远程监测系统。丁惠祥[15]研究了通过测量道床板(或者轨道板)水平方向的倾斜变化量来计算路基沉降的方法，据此研发了可测量微小水平倾斜变化的监测系统，该系统丰富了高速铁路路基不均匀沉降的监测预警方法，对保证高速铁路的安全运营具有重要科研价值和现实意义。但文献[13]至[15]所述的三种方法操作较为复杂，对于操作人员的技术要求较高。

　　针对以往路基变形测量装置存在效率低、操作烦琐且考虑因素单一等问题，笔者设计开发了大型道路建筑材料温控工程服役性能试验设备。该设备结构简单、操作方便，便于与外部的数据记录仪进行连接，工作效率高，且考虑了单一温度、温度梯度、有无载荷、有无地下水四种工况混合作用的情况。学生通过此试验设备及与之配套的试验课程，可以大幅提升课堂专注力，促进理论知识向实际应用的转化，激发创新思维，提高动手操作和独立分析复杂工程问题的能力。

　　2 大型道路建筑材料温控工程服役性能试验设备的开发

　　3 试验内容的验证

　　4 多种试验方案设计

　　5 结语

　　大型道路建筑材料温控工程服役性能试验设备的开发及其试验教学的开展，不仅让学生加深了对道路工程理论知识的感性认识，还使其在试验过程中大幅提升了动手能力和独立分析复杂工程问题的能力，同时激发了在道路工程类课程方面的创新性思维。该设备可以实现不同道路建筑材料在不同水热力服役环境下(单一温度、温度梯度、不同载荷和地下水补水等工况模拟方式)进行温度变化、含水量变化、变形量和冻胀力等指标的适时测试功能。另外，笔者为该设备编制了配套的《试验过程操作手册》和《数据分析评价指南》，学生可以根据理论知识选择不同工况条件下的试验方案来进行试实验。该设备对于更好地开展道路工程类课程的教学工作具有重要意义。

　　一是该设备结构简单、操作方便，可测量路基填料在温度梯度、不同载荷和单一温度作用下的变形量等指标，并且利于与外部的数据记录仪进行连接，提高工作效率。

　　二是该设备的成功研制改变了道路工程类学生原有的只能依靠播放视频的方式进行试验教学的现状。

　　三是当前该设备能够覆盖的工况条件较少，后期可以进一步开发更多其他功能。

　　参考文献

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张彧 吕斌　兰州交通大学交通运输学院