緒論:寫(xiě)作既是個(gè)人情感的抒發(fā),也是對(duì)學(xué)術(shù)真理的探索,歡迎閱讀由發(fā)表云整理的11篇工程地質(zhì)學(xué)論文范文,希望它們能為您的寫(xiě)作提供參考和啟發(fā)。
二、當(dāng)前土木工程地質(zhì)教學(xué)存在的問(wèn)題
通過(guò)以上詳細(xì)的調(diào)查和對(duì)比分析,目前土木工程地質(zhì)教學(xué)仍存在以下問(wèn)題:
1、土木工程地質(zhì)教材的使用各自為政。目前各個(gè)高校使用的教材基本上是各自高校的老師根據(jù)自己的講義編排而成,缺乏一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),因而導(dǎo)致經(jīng)典精品教材較少。單從教材的題目上足可看出目前教材缺乏統(tǒng)一性和協(xié)調(diào)性。例如中南大學(xué)所用的教材為《土木工程地質(zhì)概論》,浙江大學(xué)的教材題名為《土力學(xué)與工程地質(zhì)》,石家莊鐵道大學(xué)所用教材題名為《工程地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)》等。
2、在教學(xué)內(nèi)容上與其它課程交叉重復(fù),無(wú)法突出本門(mén)課程的特色。工程地質(zhì)是一門(mén)基礎(chǔ)課程,是巖土工程、隧道工程等課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),因此,由于與其它學(xué)科老師交流不夠充分,往往存在重復(fù)講授的情況。比如,以有效應(yīng)力這個(gè)概念為例,在工程地質(zhì)、土力學(xué)、基礎(chǔ)工程等課程都涉及到,由于這個(gè)概念的重要性,各科老師為了追求各門(mén)學(xué)科的系統(tǒng)性和完整性,都會(huì)著重講解這個(gè)概念,雖然在一定程度可以加深學(xué)生對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解,但是從側(cè)面也可說(shuō)明知識(shí)的重復(fù)交叉導(dǎo)致學(xué)業(yè)內(nèi)容的累贅。
3、課時(shí)安排過(guò)少。目前各所高校對(duì)土木工程地質(zhì)這門(mén)課的重視程度,課堂課設(shè)課時(shí)大多是32~48個(gè)學(xué)時(shí),因此,老師在安排教學(xué)進(jìn)度時(shí)顯得極為緊張而緊湊。從實(shí)際教學(xué)安排來(lái)看,基本上講解完三大巖石、地下水、地質(zhì)構(gòu)造基本概念后,沒(méi)有足夠的時(shí)間深入來(lái)探討地質(zhì)條件對(duì)工程的影響,往往后面工程應(yīng)用的章節(jié)皆為學(xué)生自學(xué)。
4、知識(shí)學(xué)習(xí)與工程案例結(jié)合程度不夠。由于部分老師本身參與的工程項(xiàng)目不多,同時(shí)又由于課時(shí)的不夠,這兩部分原因?qū)е聦W(xué)習(xí)的主要內(nèi)容集中在枯燥的理論知識(shí)部分,學(xué)生容易產(chǎn)生枯燥情緒。
三、土木工程地質(zhì)教學(xué)改革措施
為了很好地解決當(dāng)前土木工程地質(zhì)教學(xué)中存在的問(wèn)題,讓學(xué)生從這門(mén)課程中更多地學(xué)習(xí)到有助于工程實(shí)踐的知識(shí),必須有針對(duì)性對(duì)當(dāng)前教學(xué)實(shí)踐中存在的問(wèn)題進(jìn)行改革,具體改革措施如下所述:
1、建立和完善土木工地質(zhì)程精品課程精品課程建設(shè)既是壓力,又是動(dòng)力。通過(guò)精品課程建設(shè),可以找出當(dāng)前教學(xué)中存在的薄弱環(huán)節(jié),精簡(jiǎn)重復(fù)的教學(xué)內(nèi)容,突出本門(mén)課程的特色,使土木工程地質(zhì)這門(mén)課的教學(xué)目標(biāo)和任務(wù)更加明確。精品課程建設(shè)首先就是教材建設(shè),因此,有必要根據(jù)新時(shí)期土木工程培養(yǎng)目標(biāo),并結(jié)合當(dāng)前土木工程建設(shè)中出現(xiàn)的新問(wèn)題、新方法、新技術(shù),編寫(xiě)一本深入淺出的教材,教材中不僅包含傳統(tǒng)的知識(shí)要點(diǎn)和概念,還應(yīng)包含當(dāng)前新的地質(zhì)知識(shí)觀點(diǎn)、新的地質(zhì)勘查手段等,同時(shí)還應(yīng)包含工程實(shí)例,讓學(xué)生盡可能地更深入地建立起工程地質(zhì)與工程項(xiàng)目的聯(lián)系。精品課程建設(shè)中重要的一條就是教師隊(duì)伍的建設(shè),因此,有必要加大對(duì)教師隊(duì)伍的培養(yǎng)力度,引進(jìn)和培養(yǎng)一批有新視野、新知識(shí)的老師,以此給課堂注入新的氣象。
2、注重教學(xué)手段和教學(xué)方法的革新注意授課的科學(xué)性與藝術(shù)性,在教學(xué)過(guò)程中,善于發(fā)揮學(xué)生的主導(dǎo)地位,采用“討論試”、“啟發(fā)式”教學(xué)模式。同時(shí),要注重課前的準(zhǔn)備,精心備好每一節(jié)課,善于總結(jié)歸納每節(jié)課的重點(diǎn),以“主線法”講授課程知識(shí)。
3、增強(qiáng)對(duì)工程地質(zhì)教學(xué)的重視對(duì)工程地質(zhì)教學(xué)的重視首先就體現(xiàn)在教學(xué)和學(xué)習(xí)的時(shí)間上。盡量安排更多的課時(shí),讓老師有足夠充分的時(shí)間去講解基礎(chǔ)概念和工程實(shí)例。同時(shí),老師也可以通過(guò)其它方式來(lái)增加學(xué)生們的學(xué)習(xí)時(shí)間,比如規(guī)定某個(gè)主題,要求學(xué)生自主獨(dú)立進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研,完成該主題相關(guān)文獻(xiàn)的歸納總結(jié),并加大平時(shí)學(xué)習(xí)報(bào)告在總成績(jī)中的比例。另外,強(qiáng)化考試試題庫(kù)建設(shè),完善考試規(guī)范和制度,強(qiáng)化對(duì)學(xué)生進(jìn)行專業(yè)知識(shí)訓(xùn)練。最后,要重視工程地質(zhì)實(shí)習(xí)在教學(xué)中的作用,因?yàn)樵撻T(mén)課程的實(shí)踐性很強(qiáng),需要從大自然中去認(rèn)識(shí)和掌握工程地質(zhì)現(xiàn)象,使學(xué)生鞏固在書(shū)本上學(xué)到的知識(shí),有感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí),同時(shí)在野外地質(zhì)實(shí)習(xí)過(guò)程中,亦可鍛煉學(xué)生們的體魄和吃苦耐勞的能力。
4、緊密聯(lián)系工程實(shí)踐學(xué)習(xí)的目的最終是為解決實(shí)際工程的問(wèn)題,在教學(xué)的過(guò)程中融入工程實(shí)例有助于學(xué)生在正式進(jìn)入工作崗位之前對(duì)其有初步的認(rèn)識(shí)和了解,因此,工程實(shí)例教學(xué)是一個(gè)非常重要的手段。比如,老師可以把自身主持或參與的工程項(xiàng)目作為案例,結(jié)合書(shū)本知識(shí)講解如何解決工程問(wèn)題,分享在解決工程問(wèn)題過(guò)程中的心得體會(huì),這樣寓教于樂(lè)的方式既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,又能讓他們積累相應(yīng)的工程經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。
中圖分類號(hào):G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-5727(2012)05-0106-02
改革開(kāi)放三十多年來(lái),各行各業(yè)大興土木,城市建設(shè)日新月異。要保證項(xiàng)目建設(shè)安全,需要對(duì)建設(shè)場(chǎng)地進(jìn)行工程地質(zhì)條件勘察,才能進(jìn)入設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)階段。縱觀世界各國(guó)的建筑工程事故,以地基基礎(chǔ)事故為主。地基基礎(chǔ)是建筑物的地下隱蔽工程,費(fèi)用約占總造價(jià)的20%~25%,一旦出現(xiàn)事故不易覺(jué)察,修補(bǔ)處理較為困難,所需費(fèi)用較高。實(shí)踐證明,地基基礎(chǔ)問(wèn)題在相當(dāng)程度上與工程地質(zhì)問(wèn)題相關(guān),是涉及人的生命和財(cái)產(chǎn)安全的大問(wèn)題。而土木工程專業(yè)的畢業(yè)生大多從事工程設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等工作,也有人進(jìn)入相關(guān)領(lǐng)域從事工程地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)、規(guī)劃和管理工作。可見(jiàn),具有良好的工程地質(zhì)知識(shí)對(duì)他們以后所從事的工作意義重大。
工程地質(zhì)學(xué)課程的特點(diǎn)
工程地質(zhì)學(xué)是研究人類的工程活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境相互關(guān)系的學(xué)科。它的任務(wù)是為各類工程建筑的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工提供地質(zhì)依據(jù),以便從地質(zhì)條件上保證工程建筑的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、使用方便、運(yùn)行順利。為大型項(xiàng)目工程建設(shè)提供可行性研究報(bào)告,對(duì)擬建工程場(chǎng)地進(jìn)行工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià),為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供合理建議,對(duì)于場(chǎng)地存在的地質(zhì)問(wèn)題在深入分析的基礎(chǔ)上提出處理措施,為地基加固工程的設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。同時(shí),還要研究評(píng)價(jià)由于工程興建引起的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題,以及可能誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害對(duì)工程建筑本身及周圍環(huán)境的影響、如何及時(shí)消除安全隱患等問(wèn)題。
對(duì)于土木工程專業(yè)而言,工程地質(zhì)學(xué)是一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程,主要培養(yǎng)學(xué)生閱讀地質(zhì)資料、查明和分析工程地質(zhì)條件、解決工程地質(zhì)問(wèn)題的能力,工程技術(shù)人員必須能夠看懂地質(zhì)資料,必須清楚建設(shè)范圍內(nèi)的地質(zhì)條件,了解可能出現(xiàn)的地質(zhì)問(wèn)題及應(yīng)該采取的防治措施。只有這樣,才能進(jìn)行正確的設(shè)計(jì)和施工,才能有效保證建筑物的安全和穩(wěn)定。為后續(xù)的土力學(xué)、基礎(chǔ)工程等專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ),為以后所從事的工程建設(shè)工作提供相關(guān)專業(yè)知識(shí)。課程特點(diǎn)表現(xiàn)為:(1)教學(xué)內(nèi)容多,涉及多個(gè)學(xué)科。僅就土木工程專業(yè)而言,工程地質(zhì)學(xué)講授的主要內(nèi)容包括礦物與巖石、地質(zhì)作用和地質(zhì)年代,地質(zhì)構(gòu)造,巖、土體的工程地質(zhì)性質(zhì),地下水,地貌及第四紀(jì)松散堆積物,不良地質(zhì)條件下的工程地質(zhì)問(wèn)題,巖體工程穩(wěn)定性問(wèn)題,巖土的工程地質(zhì)分級(jí)分類,工程地質(zhì)勘察等。該課程涉及礦物學(xué)、巖石學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、土質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、巖石力學(xué)、動(dòng)力工程地質(zhì)學(xué)、區(qū)域工程地質(zhì)學(xué)、工程地質(zhì)勘察、地基處理等相關(guān)內(nèi)容。(2)概念多,實(shí)踐性強(qiáng)。工程地質(zhì)學(xué)涉及許多名詞概念及專業(yè)術(shù)語(yǔ),許多理論知識(shí)比較抽象,直接理解往往有一些困難,需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)的途徑加以解決,表現(xiàn)出較強(qiáng)的實(shí)踐性。(3)學(xué)時(shí)不多。一般土木工程專業(yè)只有30~40個(gè)課時(shí)。由于教學(xué)內(nèi)容豐富、教學(xué)難度大,要上好這門(mén)課具有挑戰(zhàn)性。
土木工程專業(yè)工程地質(zhì)學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀
重視不夠 工程地質(zhì)學(xué)作為土木工程專業(yè)的基礎(chǔ)性學(xué)科,學(xué)生還沒(méi)有感覺(jué)到它的重要性,以為不是主要專業(yè)課程,在專業(yè)中的作用不大,導(dǎo)致學(xué)生不具備工程地質(zhì)方面的專業(yè)技能和專業(yè)素質(zhì),對(duì)以后所從事的工作造成不良影響。
部分內(nèi)容比較枯燥 初次接觸本課程的學(xué)生感覺(jué)比較陌生,由于工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)理論性較強(qiáng),概念多,與工程實(shí)際聯(lián)系較少,學(xué)生會(huì)感覺(jué)乏味,學(xué)習(xí)興趣降低。
野外地質(zhì)實(shí)習(xí)基地缺乏 工程地質(zhì)學(xué)實(shí)踐教學(xué)包括室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和野外實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)涉及土工方面的實(shí)驗(yàn)及各類礦物、巖石標(biāo)本實(shí)驗(yàn)室、地質(zhì)構(gòu)造模型室等,大部分高校都有。一般地質(zhì)類的工科高校都有野外固定的地質(zhì)實(shí)習(xí)基地,而對(duì)于大部分土木工程專業(yè)的高校來(lái)說(shuō),野外實(shí)習(xí)基地相對(duì)比較匱乏。由于實(shí)踐教學(xué)條件不足,使大部分土木工程專業(yè)的學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)具有地質(zhì)學(xué)方面的感性知識(shí)往往是很困難的。
綜合利用多種教學(xué)
方法和手段提高教學(xué)質(zhì)量
隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為人們?nèi)粘W(xué)習(xí)、生活、工作交流的工具之一。傳統(tǒng)的授課方式也在逐漸發(fā)生改變,充分利用各種教學(xué)資源,采取多種教學(xué)方法和手段提高學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)質(zhì)量成為關(guān)鍵。筆者通過(guò)多年教學(xué)實(shí)踐總結(jié)出以下幾點(diǎn)。
結(jié)合專業(yè)需要優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、精選整編教材 首先,應(yīng)結(jié)合土木工程專業(yè)方向和專業(yè)需要,以及土木工程專業(yè)的學(xué)生以前從未接觸或很少接觸過(guò)工程地質(zhì)的有關(guān)知識(shí)的特點(diǎn),通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生能讀懂地質(zhì)資料,能夠利用地質(zhì)資料完成工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等工作。教學(xué)內(nèi)容不僅應(yīng)包括工程地質(zhì)的基本理論知識(shí),同時(shí)要重點(diǎn)突出實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié), 要在知識(shí)覆蓋面、深度、廣度上下工夫,不斷完善工程地質(zhì)學(xué)的教學(xué)內(nèi)容,保證學(xué)生在工程地質(zhì)學(xué)方面的專業(yè)素質(zhì),構(gòu)建優(yōu)良的教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。任課教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)優(yōu)選教材。教材是教學(xué)的基礎(chǔ),是教育思想、教學(xué)觀念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段的載體,是人才培養(yǎng)的依據(jù),只有使用高質(zhì)量的教材才能培養(yǎng)出高素質(zhì)的人才。由于工程地質(zhì)學(xué)教材很多,且各有特點(diǎn),從中選出適合土木工程專業(yè)的理想教材至關(guān)重要。一本好的工程地質(zhì)學(xué)教材,不僅要涵蓋工程地質(zhì)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí),還要通俗易懂、重點(diǎn)突出,將整個(gè)工程地質(zhì)領(lǐng)域眾多基本理論和方法濃縮成系統(tǒng)性和專業(yè)性兼顧的知識(shí)體系。由于土木工程專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的限制,適合自身專業(yè)特色的工程地質(zhì)學(xué)教材不多,因此,授課內(nèi)容不能僅僅局限于教材。優(yōu)化教學(xué)的方法是在查閱大量參考文獻(xiàn)基礎(chǔ)上,對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行重新組織、加工精練、補(bǔ)充提高,及時(shí)汲取最新的研究成果和工程實(shí)例,加入工程地質(zhì)勘察新技術(shù)、新規(guī)范,積極整合優(yōu)秀教改成果,做到理論知識(shí)恰如其分地與具體工程實(shí)際緊密結(jié)合,使學(xué)生不出課堂就能夠把主要知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際工程無(wú)縫對(duì)接,在有限的時(shí)間內(nèi)獲取盡可能多的知識(shí)。堅(jiān)持以提高學(xué)生整體素質(zhì)為基礎(chǔ),以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力,特別是創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力為主線,對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合。
合理運(yùn)用現(xiàn)代多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提高教學(xué)效果 應(yīng)用多媒體技術(shù)可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與效率,增加信息量。比如,在講“礦物與巖石”這一章節(jié)時(shí),若僅采用傳統(tǒng)板書(shū)教學(xué),很難講清楚,而且學(xué)生也難以理解、想象出各種礦物與巖石的特征,而利用多媒體將常見(jiàn)的礦物和巖石的真實(shí)圖片放在大屏幕上講解后,再進(jìn)行室內(nèi)實(shí)習(xí),學(xué)生很容易就能識(shí)別出常見(jiàn)礦物與巖石標(biāo)本。同理,把地質(zhì)圖的閱讀、地質(zhì)災(zāi)害的形成、預(yù)防與處理、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、常見(jiàn)工程事故及處理措施、工程地質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)勘察技術(shù)等內(nèi)容采用圖片、聲音、動(dòng)畫(huà)、文字、錄像的形式展現(xiàn)出來(lái),可使學(xué)生有身臨其境的感覺(jué)。可見(jiàn)多媒體教學(xué)不僅可以擴(kuò)大課堂教學(xué)的信息量,而且還能增強(qiáng)教學(xué)的直觀性、主動(dòng)性,提高教學(xué)質(zhì)量。應(yīng)構(gòu)建課程教學(xué)網(wǎng)站,將教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)大綱、教學(xué)方法、教學(xué)課件、錄像、實(shí)綱、作業(yè)練習(xí)、在線測(cè)試、交流、答疑等掛在校園網(wǎng)上供學(xué)生隨時(shí)查閱,為學(xué)生提供一個(gè)交互、開(kāi)放式的理論與實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)環(huán)境。同時(shí),也為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供良好的教學(xué)平臺(tái),彌補(bǔ)課堂教學(xué)課時(shí)少的缺點(diǎn)。
將理論教學(xué)與案例教學(xué)相結(jié)合 單純理論教學(xué)不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,因?yàn)槁?tīng)課時(shí)間稍長(zhǎng),學(xué)生就容易疲憊,導(dǎo)致精神不集中。只有理論與案例教學(xué)結(jié)合,才能調(diào)動(dòng)學(xué)生思維能動(dòng)性,使學(xué)生在不知不覺(jué)中由傳統(tǒng)教學(xué)中的被動(dòng)接受知識(shí)變?yōu)榉e極運(yùn)用知識(shí),有效提高學(xué)生的理論水平和實(shí)踐能力。將理論知識(shí)實(shí)踐化,其捷徑是采用工程實(shí)例分析,即案例教學(xué)。在教學(xué)中有針對(duì)性地運(yùn)用適宜的工程實(shí)例資料,通過(guò)學(xué)生的獨(dú)立思考與集體協(xié)作,對(duì)具體實(shí)例進(jìn)行分析、研究和討論。案例教學(xué)具有參與性、啟發(fā)性和時(shí)效性的特點(diǎn)。如對(duì)于常見(jiàn)的地震等地質(zhì)災(zāi)害,先采用多媒體課件講授地震等地質(zhì)災(zāi)害的成因、發(fā)生、發(fā)展以及結(jié)果和危害等,再通過(guò)如“5.12汶川地震”等地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行案例教學(xué),學(xué)生會(huì)對(duì)授課內(nèi)容產(chǎn)生強(qiáng)烈的共鳴,并在短時(shí)間內(nèi)銘記于心。
創(chuàng)建完善的教學(xué)實(shí)習(xí)基地,加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié) 工程地質(zhì)學(xué)是一門(mén)實(shí)踐性比較強(qiáng)的課程,實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)是該課程的重要組成部分,良好的實(shí)習(xí)條件是教學(xué)質(zhì)量的重要保證。實(shí)踐教學(xué)的基本任務(wù)就是讓學(xué)生親自接觸各種真實(shí)的地質(zhì)現(xiàn)象及工程地質(zhì)問(wèn)題,并利用已學(xué)到的理論知識(shí)來(lái)考察、辨析它們,進(jìn)而加深對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解。可根據(jù)實(shí)綱要求,安排校內(nèi)實(shí)驗(yàn)與野外實(shí)習(xí)。校內(nèi)實(shí)驗(yàn)主要包括實(shí)驗(yàn)室礦物與巖石標(biāo)本觀察和地質(zhì)圖的閱讀等,是為了培養(yǎng)學(xué)生對(duì)常見(jiàn)礦物和巖石的識(shí)別能力,訓(xùn)練學(xué)生地質(zhì)圖的讀圖能力。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為:觀察標(biāo)本、鑒別區(qū)分常見(jiàn)的造巖礦物與常見(jiàn)三大類巖石(巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖);通過(guò)閱讀地質(zhì)圖,要求學(xué)生講述圖上所表示的地形、地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性及其產(chǎn)狀、接觸關(guān)系等。每次實(shí)驗(yàn)前根據(jù)實(shí)綱要求,教師制定實(shí)習(xí)任務(wù),讓學(xué)生做預(yù)習(xí),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)習(xí)時(shí)以教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)、教學(xué)示范、學(xué)生自主探究方式進(jìn)行。比如,對(duì)礦物、巖石的鑒定及描述等方面,通過(guò)實(shí)物介紹、實(shí)習(xí)操作示范等,使學(xué)生在短時(shí)間掌握要領(lǐng),順利完成實(shí)習(xí)任務(wù)。野外實(shí)習(xí)也是必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)。野外實(shí)習(xí)的內(nèi)容主要是進(jìn)行各種地質(zhì)構(gòu)造的野外觀察、地質(zhì)繪圖、工程地質(zhì)勘察,地質(zhì)資料的現(xiàn)場(chǎng)記錄整理等。教師在野外現(xiàn)場(chǎng)對(duì)實(shí)習(xí)內(nèi)容要點(diǎn)反復(fù)講解,示范操作要領(lǐng)、步驟;要求學(xué)生必須做到勤思考、勤動(dòng)手、勤問(wèn)、勤記錄,即勤于動(dòng)手考察地質(zhì)現(xiàn)象、勤于思考產(chǎn)生這種地質(zhì)現(xiàn)象的內(nèi)外因素、勤于對(duì)某些問(wèn)題進(jìn)行較深入探索和研究。通過(guò)野外實(shí)踐環(huán)節(jié)鍛煉學(xué)生對(duì)自然地質(zhì)現(xiàn)象的觀察識(shí)別、動(dòng)手能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力以及對(duì)原始數(shù)據(jù)資料的收集和編錄的能力,能夠讓學(xué)生懂得野外地質(zhì)工作的基本方法,在加深理解的基礎(chǔ)上學(xué)會(huì)分析土木工程與地質(zhì)的密切關(guān)系,熟悉土木工程建設(shè)中常見(jiàn)的地質(zhì)問(wèn)題及處理方法,及時(shí)消化和鞏固所學(xué)的基本理論知識(shí)。此外,走出校門(mén)進(jìn)行野外地質(zhì)實(shí)習(xí),還可以培養(yǎng)土木工程專業(yè)學(xué)生吃苦耐勞、遵守紀(jì)律、團(tuán)結(jié)協(xié)作等優(yōu)良品質(zhì),有利于增強(qiáng)學(xué)生體魄和意志力。
改變現(xiàn)有成績(jī)考核辦法 工程地質(zhì)成績(jī)分為兩個(gè)部分,即理論教學(xué)與實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)成績(jī)。理論教學(xué)成績(jī)考核應(yīng)多方面考核評(píng)定學(xué)生成績(jī)。其中,考試成績(jī)占60%(理論知識(shí)的考核應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)學(xué)課本,以閉卷的形式考核基本知識(shí)、基本理論,要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成);平時(shí)成績(jī)占40%,其中,課堂教學(xué)成績(jī)考核占平時(shí)成績(jī)的15%(主要考查上課表現(xiàn));課后作業(yè)及論文等占平時(shí)成績(jī)的25%。這種考核方式注重學(xué)習(xí)過(guò)程的考核,可避免學(xué)生考前突擊記憶,考完后很快忘記的弊端,提高學(xué)習(xí)效果。在實(shí)習(xí)成績(jī)考核中,實(shí)習(xí)紀(jì)律占20%(考察學(xué)生實(shí)習(xí)是否缺席、遲到、早退等),集中實(shí)習(xí)占60%(其中原始記錄及實(shí)習(xí)表現(xiàn)占20%,實(shí)習(xí)報(bào)告占40%),同學(xué)之間相互考評(píng)成績(jī)占20%。這種考核方式有利于對(duì)實(shí)習(xí)全過(guò)程進(jìn)行考評(píng),促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
多年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐證明,在教學(xué)過(guò)程中不斷完善教學(xué)內(nèi)容,改進(jìn)教學(xué)方法與手段,充分利用現(xiàn)代科技成果服務(wù)于教學(xué),針對(duì)專業(yè)需要進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計(jì),堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際,加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié),改革考核辦法有利于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和工程地質(zhì)方面,專業(yè)素質(zhì),為土木工程專業(yè)學(xué)生從事工程建設(shè)工作奠定良好的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
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[2]白明洲,王勐,劉瑩,鞏慧.工程地質(zhì)課程教學(xué)改革[J].高等建筑教育,2006,(2).
[中圖分類號(hào)] G643 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1005-4634(2012)01-0036-03
碩士研究生的課程教學(xué)階段是從本科時(shí)期的知識(shí)學(xué)習(xí)階段向研究生后期課題研究階段過(guò)渡的重要時(shí)期,是研究生培養(yǎng)過(guò)程中的一個(gè)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。這就決定了研究生課程教學(xué)不應(yīng)僅僅只是本科式的知識(shí)傳授的延續(xù),而應(yīng)是知識(shí)傳授與科研能力培養(yǎng)并重。從根本上說(shuō),是一種建立在科學(xué)研究基礎(chǔ)上的教學(xué)。然而當(dāng)前的研究生課程教育中存在著一些共性的問(wèn)題及誤區(qū)[1],嚴(yán)重影響研究生的教育質(zhì)量。要解決這些問(wèn)題,必須改變傳統(tǒng)的教育思想和教學(xué)模式,注重加強(qiáng)研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),積極開(kāi)展教學(xué)方法改革,探索研究生教學(xué)的新方法[2]。本文依托研究生課程“軟土環(huán)境工程地質(zhì)學(xué)”的教學(xué)實(shí)踐,分別從教學(xué)觀念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式等方面對(duì)以往的研究生課程教學(xué)模式進(jìn)行了反思,并對(duì)其改革進(jìn)行了探索及實(shí)踐。
1 課程教學(xué)中存在的問(wèn)題
1.1 教學(xué)內(nèi)容滯后
以往的教學(xué)過(guò)程中,對(duì)于部分碩士研究生的教學(xué)內(nèi)容比較陳舊,課程教學(xué)內(nèi)容的更新速度嚴(yán)重滯后于學(xué)科前沿知識(shí)發(fā)展的速度。在數(shù)字化、信息化高度發(fā)展的今天,過(guò)去使用的僅僅由經(jīng)典理論與十多年前的工程實(shí)例相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容已明顯跟不上時(shí)代的發(fā)展,不能滿足研究生對(duì)于知識(shí)前沿性和創(chuàng)新性的要求,不能滿足研究生的對(duì)于培養(yǎng)分析問(wèn)題與解決問(wèn)題能力的要求。
1.2 教學(xué)方法單一
以往,碩士生的課堂教學(xué)很大程度上依然停留在本科階段那種“教師講,學(xué)生聽(tīng)”的知識(shí)傳授式的教學(xué)模式上。這種模式以教材、課堂和教師為中心,教師大多采用以講授為主的教學(xué)方式,而且講授中又側(cè)重于單方面的灌輸。教師比較習(xí)慣于通過(guò)灌輸把現(xiàn)成的知識(shí)和結(jié)論直接塞給學(xué)生,以教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解過(guò)程代替學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程,致使學(xué)生被動(dòng)的聽(tīng)講,參與較少。繼續(xù)使用這種本科化的教學(xué)模式不利于研究生科研能力的培養(yǎng)。
2 基于碩士研究生科研能力培養(yǎng)的課程教 學(xué)改革
為了在課程教學(xué)的過(guò)程中同時(shí)兼顧碩士研究生科研能力的培養(yǎng),筆者依托長(zhǎng)期開(kāi)設(shè)的地質(zhì)工程碩士研究生課程“軟土環(huán)境工程地質(zhì)學(xué)”,對(duì)以往的研究生課程教學(xué)模式進(jìn)行了反思,并對(duì)其改革進(jìn)行了一系列探索。
2.1 教學(xué)觀念的改革
從研究生教育的目的來(lái)看,研究生階段的課程內(nèi)容更多的不是人類已有或已確定的知識(shí),而是帶有研究性、不確定性的課題和一些尚有爭(zhēng)議的問(wèn)題,需要經(jīng)過(guò)研究性、探索性的教學(xué),師生共同對(duì)所涉及的問(wèn)題進(jìn)行探討。所以,教材絕不是教學(xué)的終極目的,只是提供給師生選擇使用的材料之一。
研究生在讀期間,既有課程學(xué)習(xí),也要做學(xué)位論文。由于學(xué)位論文研究周期較長(zhǎng),通過(guò)學(xué)位論文研究這樣一個(gè)完整的科研過(guò)程之后,研究生的科研能力無(wú)論強(qiáng)弱,都已成為既成的事實(shí),不會(huì)再有時(shí)間培養(yǎng)。因此要真正提高研究生的科研能力,有必要將科研能力的培養(yǎng)滲透到課程學(xué)習(xí)全過(guò)程中[3]。在近幾年教學(xué)過(guò)程中,筆者摒棄以往課程學(xué)習(xí)重知識(shí)傳授的傳統(tǒng)觀念,將研究生課堂學(xué)習(xí)與科研能力的培養(yǎng)相融合。采用以學(xué)生為主體,教師為引導(dǎo)的模式,啟發(fā)學(xué)生的思維,使其在獨(dú)立思考的基礎(chǔ)上進(jìn)行探索研究,從而逐漸掌握科學(xué)的認(rèn)知方法,建立科學(xué)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。
2.2 教學(xué)內(nèi)容的改革
傳統(tǒng)的以教材為核心的教學(xué)內(nèi)容已不能適應(yīng)研究生教學(xué)的要求,這是毋庸置疑的。然而,單純的以學(xué)科前沿研究組織教學(xué)內(nèi)容又容易使知識(shí)缺乏系統(tǒng)性。為解決這一矛盾,兼顧基礎(chǔ)理論和前沿研究,筆者在教學(xué)內(nèi)容的組織上,采用系統(tǒng)的理論框架和前沿的專題導(dǎo)向相結(jié)合的方式[4],兼顧了教學(xué)內(nèi)容的深度與廣度。
理論框架仍是以教材為基礎(chǔ)。筆者以長(zhǎng)期從事環(huán)境工程地質(zhì)科學(xué)研究和教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ),結(jié)合近些年來(lái)最新的科研進(jìn)展與工程教學(xué)實(shí)例,于2007年出版了全新的《軟土環(huán)境工程地質(zhì)學(xué)》一書(shū),既保留環(huán)境工程地質(zhì)學(xué)科的框架脈絡(luò)和基礎(chǔ)理論,又結(jié)合了最新的工程實(shí)例。這樣,就實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)理論部分以求“實(shí)”為目標(biāo)的穩(wěn)定性原則和以求“深”為目標(biāo)的專業(yè)性原則。
專題導(dǎo)向是以若干專題為主線。在整個(gè)課程教學(xué)過(guò)程中,著重介紹環(huán)境工程地質(zhì)領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)、難點(diǎn)、重點(diǎn)以及尚存爭(zhēng)議的問(wèn)題和研究發(fā)展的新動(dòng)向;在專題的選擇上,以軟土地區(qū)問(wèn)題為主,但是又不僅僅局限于軟土地區(qū),而是立足上海,放眼全國(guó),對(duì)涉及環(huán)境工程地質(zhì)的各類熱點(diǎn)問(wèn)題均進(jìn)行介紹。一方面,重點(diǎn)選擇軟土地區(qū)環(huán)境工程地質(zhì)研究的最新進(jìn)展,如國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“地鐵振動(dòng)對(duì)隧道周圍軟粘土微結(jié)構(gòu)影響及動(dòng)力特性研究”、國(guó)土資源部與上海市政府聯(lián)合資助課題“軟土地區(qū)密集建筑群工程環(huán)境效應(yīng)與地面沉降機(jī)理研究”等;另一方面,兼顧其他地區(qū)環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題的熱點(diǎn),如“災(zāi)害鏈機(jī)理與城市防災(zāi)綜合研究”、973項(xiàng)目“喀斯特地區(qū)水土流失過(guò)程的動(dòng)力耦合機(jī)理研究”等。實(shí)現(xiàn)了專題部分以求“新”為目標(biāo)的前沿性原則和以求“寬”為目標(biāo)的拓展性原則。
這樣,仍然采用環(huán)境工程地質(zhì)的基本理論框架組織教學(xué)內(nèi)容,但是在每一章節(jié)的基礎(chǔ)理論后面又補(bǔ)充上與之相應(yīng)的專題部分。這樣做的好處是:一方面可以通過(guò)梳理系統(tǒng)的理論框架,引導(dǎo)不同基礎(chǔ)、不同水平的研究生自主修補(bǔ)基礎(chǔ)知識(shí)的缺陷;另一方面,通過(guò)專題導(dǎo)向突出重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容,向?qū)W生介紹專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)最新的研究動(dòng)態(tài)和熱點(diǎn)難點(diǎn)。
2.3 教學(xué)方法的改革
為了改變傳統(tǒng)的教師單向知識(shí)傳授式教學(xué),很多教師采用了把課程教學(xué)安排給學(xué)生來(lái)講的方式,但是如此一來(lái)又常常矯枉過(guò)正,引出了另一個(gè)問(wèn)題,即教師本人投入到課程教學(xué)上的精力有限,對(duì)學(xué)生疏于引導(dǎo)、點(diǎn)撥、釋疑和把關(guān)。顯然,無(wú)論是教師單向傳授還是讓學(xué)生來(lái)講課,兩種模式都難以保證教學(xué)質(zhì)量,也都不利于學(xué)生科研能力的培養(yǎng)。
為了能夠既充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,讓學(xué)生參與到教學(xué)之中,又不失教師的指導(dǎo)監(jiān)督作用,筆者設(shè)計(jì)了授課與研討相結(jié)合的教學(xué)方式,使研究生在掌握基本理論的基礎(chǔ)上,變被動(dòng)接受知識(shí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)和靈活運(yùn)用知識(shí),既強(qiáng)調(diào)了經(jīng)典理論的知識(shí)繼承,又兼顧了知識(shí)的獲取方法和創(chuàng)新。
1)授課階段。在授課階段,結(jié)合教材和專題內(nèi)容,首先向?qū)W生明確軟土環(huán)境工程地質(zhì)學(xué)的課程目標(biāo)和基本內(nèi)容,給出課程的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。借助教材,向?qū)W生深入介紹一些基本概念與理論。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合專題講座,介紹環(huán)境工程地質(zhì)領(lǐng)域的最新動(dòng)態(tài)和研究方向。
以精講多思為原則。教師在授課過(guò)程中主要起引導(dǎo)作用,強(qiáng)調(diào)基本原理和分析過(guò)程的介紹,淡化結(jié)論的獲得,引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)獨(dú)立的思考與分析得出自己的結(jié)論,化教師的教法為學(xué)生的學(xué)法。鼓勵(lì)學(xué)生提出自己不同的看法與見(jiàn)解,鼓勵(lì)課堂討論[5]。
古人云,“授人以魚(yú)不如授人以漁”,在授課過(guò)程中,不僅重視知識(shí)的傳授,更是堅(jiān)持把研究方法的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練放在首要位置。對(duì)于每一個(gè)科研專題,均從如何提出問(wèn)題、查閱文獻(xiàn)、收集整理資料、合理借鑒和引用、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論等一整套研究方法著手,向研究生介紹研究的一般程序、基本原則和基本方法。
2)研討階段。隨著授課階段的進(jìn)行,學(xué)生逐漸掌握課程的基本理論之后,教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容提出研討主題,如“基坑施工中流沙和管涌的環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題與防治”、“建筑場(chǎng)地中地下水對(duì)鋼筋及混凝土的侵蝕性評(píng)價(jià)”、“土的應(yīng)力歷史和應(yīng)力路徑對(duì)地下工程環(huán)境的影響”、“盾構(gòu)施工引起的環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題”、“井點(diǎn)降水引起的環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題”等,每個(gè)學(xué)生根據(jù)自身興趣以及對(duì)知識(shí)的理解掌握情況,自主選題進(jìn)行研究。選題與授課階段同時(shí)進(jìn)行,以便盡早查閱資料,撰寫(xiě)讀書(shū)報(bào)告。待授課階段結(jié)束后,由學(xué)生當(dāng)堂演講,陳述自己針對(duì)所選主題的研究情況,并組織師生共同討論。整個(gè)研討階段分為以下幾個(gè)步驟:
第一,教師宣布研討主題,概要介紹主題涉及的基本問(wèn)題,學(xué)生自主選題。教師不做任何學(xué)術(shù)方面的評(píng)價(jià)與指導(dǎo),以免影響學(xué)生獨(dú)立思考與判斷。
第二,針對(duì)所選主題,學(xué)生課下自主查閱資料進(jìn)行研究,撰寫(xiě)讀書(shū)報(bào)告,并利用多媒體制作自己研究成果的陳述報(bào)告。教師要求學(xué)生提出問(wèn)題,帶著問(wèn)題進(jìn)行研究。
第三,為保證學(xué)生的研究質(zhì)量,在正式陳述之前,教師組織學(xué)生進(jìn)行分批試講,對(duì)于學(xué)生的成果予以把關(guān),糾正明顯的概念及原理性錯(cuò)誤,提出修改建議。學(xué)生根據(jù)試講情況對(duì)成果進(jìn)行適當(dāng)修改。
第四,學(xué)生正式當(dāng)堂陳述研究成果。該部分是對(duì)研究生的學(xué)術(shù)水平以及演講作風(fēng)、禮儀、形象、多媒體制作水平、現(xiàn)場(chǎng)駕馭能力等總體水平的檢閱。要求研究生衣著整潔、舉止得體、語(yǔ)言流利。在陳述過(guò)程中,要求研究生向其他同學(xué)提出問(wèn)題,引導(dǎo)其他學(xué)生的思考,促進(jìn)學(xué)生之間的交流。
第五,組織師生討論。針對(duì)報(bào)告內(nèi)容,研討的參與者,包括教師與學(xué)生均可向報(bào)告人提問(wèn),并對(duì)報(bào)告的命題提出自己不同的觀點(diǎn),指出報(bào)告中的錯(cuò)誤,要求報(bào)告人對(duì)某些內(nèi)容進(jìn)行解釋。
第六,教師總結(jié)點(diǎn)評(píng)。對(duì)于主題中報(bào)告人考慮不周或未涉及到的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充說(shuō)明,但是對(duì)于課堂中出現(xiàn)的有關(guān)學(xué)術(shù)問(wèn)題的爭(zhēng)論不做是非性的絕對(duì)性評(píng)價(jià),只是提供自己的看法和建議。
研討結(jié)束后,要求報(bào)告人根據(jù)報(bào)告過(guò)程中教師和同學(xué)們所提意見(jiàn),將自己的報(bào)告作認(rèn)真修改,并嚴(yán)格按照學(xué)術(shù)論文的格式整理上交。
這種教學(xué)方式可達(dá)到以下目的:第一,以學(xué)生自主性、研究型學(xué)習(xí)為主,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性,也促進(jìn)了學(xué)生對(duì)于一整套學(xué)術(shù)研究方法的掌握;第二,教師嚴(yán)格把關(guān),保證了學(xué)生自主研究性學(xué)習(xí)的質(zhì)量與效果;第三,鼓勵(lì)學(xué)生提問(wèn)并帶著問(wèn)題進(jìn)行研究,有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力;第四,通過(guò)以學(xué)生為主的師生共同討論,加強(qiáng)了教師與學(xué)生,學(xué)生與學(xué)生之間的交流,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)交流能力;第五,要求學(xué)生做課堂陳述并按學(xué)術(shù)論文的規(guī)范和要求整理研究成果,培養(yǎng)了學(xué)生的清楚闡明自己學(xué)術(shù)觀點(diǎn)的口頭和書(shū)面表達(dá)能力。
2.4 考核方式改革
有關(guān)課程長(zhǎng)期以來(lái)采用的都是單一的考核方式,即最終成績(jī)僅由最后的書(shū)面考試成績(jī)決定。這種重視結(jié)果而忽視過(guò)程的評(píng)價(jià)體系,不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),反而造成“高分低能”。因此,除了傳統(tǒng)的考勤、作業(yè)以及書(shū)面考試成績(jī)?nèi)蟛糠种猓P者在碩士研究生成績(jī)考核中還將學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力引入總分。對(duì)學(xué)生自主研究所得的學(xué)術(shù)報(bào)告和學(xué)術(shù)論文水平作適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià),特別是對(duì)于在作學(xué)術(shù)報(bào)告時(shí)能夠提出有創(chuàng)新性啟發(fā)性問(wèn)題的同學(xué)和能夠針對(duì)別人在報(bào)告過(guò)程中的問(wèn)題提出自己不同觀點(diǎn)的同學(xué)予以加分,作為對(duì)創(chuàng)新性思維的鼓勵(lì)。
另外,為了防止學(xué)生依靠死記硬背和考前突擊來(lái)應(yīng)付考試,從而真正地考查學(xué)生對(duì)于知識(shí)的本質(zhì)性的掌握情況,期末書(shū)面考試也一改以往的教師講什么,考試就考什么的閉卷考試出題套路,而是采用開(kāi)卷考試的模式。考試題目不限于某一章某一節(jié),而是需要學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的全部知識(shí)全面的分析回答;個(gè)別題目也不設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的答案,而是要求學(xué)生給出自己的看法和見(jiàn)解,凡是言之有物、言之有理即可。
3 結(jié)束語(yǔ)
在近幾年的碩士研究生的教學(xué)中,通過(guò)碩士研究生的軟土環(huán)境工程地質(zhì)學(xué)課程改革與建設(shè),筆者摒棄以往課程學(xué)習(xí)重知識(shí)傳授的傳統(tǒng)觀念,采用了將碩士研究生課堂學(xué)習(xí)與科研能力的培養(yǎng)相融合的教學(xué)理念。通過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐,碩士研究生的科研能力得到進(jìn)一步的加強(qiáng),如地質(zhì)工程專業(yè)唐益群教授的碩士研究生近幾年共有10余人在核心期刊上各自發(fā)表1~2篇EI檢索論文,有的發(fā)表了國(guó)外會(huì)議論文,并有10余人獲得學(xué)校各類獎(jiǎng)學(xué)金, 4人被評(píng)為同濟(jì)大學(xué)優(yōu)秀學(xué)生, 4人被評(píng)為上海市優(yōu)秀畢業(yè)生。由此可見(jiàn),按照這種理念培養(yǎng)的碩士研究生動(dòng)手能力、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力得到很大提高,這些學(xué)生工作后能很快地適應(yīng)工作環(huán)境。
通過(guò)這幾年的實(shí)踐,筆者感到:軟土環(huán)境工程地質(zhì)學(xué)課程改革與建設(shè)是成功的。在研究生教學(xué)過(guò)程中采用這樣一種教學(xué)模式與教學(xué)方法,盡管教師要花費(fèi)較多的時(shí)間,但實(shí)踐后的效果明顯,值得堅(jiān)持與推廣。
參考文獻(xiàn)
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(1)利用多媒體教學(xué)。隨著科技的發(fā)展,課堂教學(xué)的方法不再是單調(diào)的敘述,多媒體也成為課堂教學(xué)的一個(gè)重要組成部分。特別是工程地質(zhì)課堂教學(xué)中,適當(dāng)穿插多媒體方式講授,能起到立竿見(jiàn)影的效果。比如在講授地形地貌、不良地質(zhì)作用以及由于巖土問(wèn)題引起的工程事故及常見(jiàn)的處理措施、實(shí)驗(yàn)過(guò)程等內(nèi)容時(shí),僅靠講述的方法,無(wú)法提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。因此把這些章節(jié)相應(yīng)的內(nèi)容制成多媒體教學(xué)軟件,通過(guò)圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)、文字、錄像的形式展現(xiàn)出來(lái),這樣不僅能擴(kuò)大課堂教學(xué)的信息量,而且還增強(qiáng)了教學(xué)直觀性,激發(fā)學(xué)生興趣和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,能起到加深學(xué)生印象及提高教學(xué)質(zhì)量的效果。
(2)改變傳統(tǒng)教學(xué)模式。教師與學(xué)生之間既是師生關(guān)系,又是平等的同志或朋友關(guān)系。教師應(yīng)充分利用有限的學(xué)時(shí)數(shù),注意突出重點(diǎn)、講授難點(diǎn),改變傳統(tǒng)的“注入式”教學(xué)為“互動(dòng)式”與“啟發(fā)式”教學(xué)。對(duì)課程的重點(diǎn)內(nèi)容、難點(diǎn)問(wèn)題在課堂上采用問(wèn)題設(shè)置、討論及布置課后專項(xiàng)小論文等多種方式進(jìn)行。比如講到《特殊土》這一章節(jié),由于內(nèi)容枯燥、單調(diào),單是課堂講述效果不佳,可以通過(guò)設(shè)置問(wèn)題,學(xué)生找到特殊土施工的工程實(shí)例及處理方式,利用圖書(shū)館、網(wǎng)絡(luò)等多種手段對(duì)提出的問(wèn)題積極思考,并學(xué)會(huì)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。對(duì)不良工程地質(zhì)問(wèn)題的處理及地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防等方面的問(wèn)題可以通過(guò)不同的工程實(shí)例進(jìn)行課堂討論,學(xué)生提高了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,教師也可從學(xué)生身上學(xué)到一些獨(dú)特的思路或方法,真正做到教學(xué)相長(zhǎng)。通過(guò)課堂討論及設(shè)置問(wèn)題的方法可以激發(fā)起學(xué)生的求知欲望和參與興趣,激勵(lì)或啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)知識(shí),結(jié)合所講授內(nèi)容,聯(lián)系起來(lái)思考問(wèn)題,提出問(wèn)題,進(jìn)行廣泛討論。
(3)注重教學(xué)中的反饋信息。教學(xué)過(guò)程是一個(gè)控制過(guò)程,是一個(gè)由教師、學(xué)生和知識(shí)信息3個(gè)要素構(gòu)成的教學(xué)控制系統(tǒng)。教學(xué)過(guò)程中的反饋信息包括正反饋與負(fù)反饋,它們是教學(xué)效果比較真實(shí)的反映。對(duì)正反饋信息,我們繼續(xù)努力保持;對(duì)負(fù)反饋要采取正確態(tài)度對(duì)待,及時(shí)認(rèn)真地分析負(fù)反饋產(chǎn)生的原因,并采取有效的教學(xué)辦法改進(jìn),使教學(xué)活動(dòng)沿著良性循環(huán)的方向發(fā)展。
完善室內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)
工程地質(zhì)室內(nèi)實(shí)習(xí)是工程地質(zhì)學(xué)的一個(gè)重要組成部分,包括主要造巖礦物及三大巖類的肉眼鑒別及工程地質(zhì)識(shí)圖。對(duì)于主要造巖礦物及三大巖類的肉眼鑒別,通過(guò)室內(nèi)標(biāo)本進(jìn)行,并輔以課堂多媒體圖片講解。實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組,每組人數(shù)一般為5人,讓學(xué)生在實(shí)習(xí)指導(dǎo)書(shū)的指導(dǎo)下獨(dú)立完成各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,授課教師及實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)跟蹤指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中小組之間進(jìn)行相互考核,教師現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn),并根據(jù)實(shí)驗(yàn)效果及實(shí)習(xí)報(bào)告的完成情況,給出成績(jī),實(shí)驗(yàn)成績(jī)一般占總成績(jī)的20%。對(duì)于工程地質(zhì)識(shí)圖內(nèi)容,主要由3個(gè)步驟完成教學(xué):(1)課堂理論講授;(2)進(jìn)行實(shí)際工程地質(zhì)圖分析;(3)布置工程地質(zhì)識(shí)圖作業(yè)。通過(guò)這3個(gè)步驟,學(xué)生識(shí)別地質(zhì)圖的能力有了較大的提高。
加強(qiáng)及規(guī)范野外實(shí)習(xí)教學(xué)
工程地質(zhì)學(xué)的一些地質(zhì)術(shù)語(yǔ)比較抽象,直接理解起來(lái)有一些困難,需要建立感性認(rèn)識(shí),這就需要通過(guò)野外實(shí)習(xí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)野外實(shí)習(xí)可以驗(yàn)證、鞏固和進(jìn)一步加深已講授的理論知識(shí),使學(xué)生懂得野外地質(zhì)工作的基本方法,熟悉工程地質(zhì)問(wèn)題及其處理方法,激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。為了不使野外實(shí)習(xí)流于形式,我們應(yīng)從以下幾個(gè)方面加強(qiáng)野外實(shí)習(xí),提高野外實(shí)習(xí)效果。
1建立多個(gè)固定野外實(shí)習(xí)基地
聯(lián)系和建立多個(gè)野外固定的地質(zhì)實(shí)習(xí)基地,改善實(shí)踐教學(xué)條件,是野外實(shí)習(xí)得以成功的前提條件。沒(méi)有固定的實(shí)習(xí)基地,實(shí)習(xí)帶隊(duì)教師對(duì)實(shí)習(xí)地區(qū)的工程地質(zhì)條件不甚清楚,無(wú)法保證實(shí)習(xí)的質(zhì)量。洛陽(yáng)地處豫西丘陵地帶,黛眉山、伏牛山地質(zhì)公園為工程地質(zhì)實(shí)習(xí)提供了良好的條件,為保證實(shí)習(xí)順利完成,我們與3個(gè)有實(shí)習(xí)條件的單位建立了實(shí)習(xí)基地。
2做好實(shí)習(xí)準(zhǔn)備
為了保證野外實(shí)習(xí)效果,必須精心做好實(shí)習(xí)路線的選擇。本著節(jié)省開(kāi)支,充分利用本市資源的原則,我們的工程地質(zhì)實(shí)習(xí)就在洛陽(yáng)市的龍門(mén)和郊縣的黛眉山及伏牛山地質(zhì)公園進(jìn)行。在工程地質(zhì)野外實(shí)習(xí)中要用到某些儀器設(shè)備,因此在實(shí)習(xí)前還要準(zhǔn)備好實(shí)習(xí)中需要用到的地質(zhì)羅盤(pán)、大鏡、地質(zhì)錘及照相機(jī)等相關(guān)設(shè)備。此外,還要做好實(shí)習(xí)動(dòng)員,為期一周的工程地質(zhì)實(shí)習(xí)雖然很短,但工程地質(zhì)實(shí)習(xí)本身所具有的危險(xiǎn)性,要求我們不能放松實(shí)習(xí)動(dòng)員,而要做好實(shí)習(xí)動(dòng)員工作,讓學(xué)生明確地質(zhì)實(shí)習(xí)的目的、要求和實(shí)習(xí)紀(jì)律。特別是要強(qiáng)調(diào)野外實(shí)習(xí)的開(kāi)放性、危險(xiǎn)性及分散性,以免給管理造成不便。在實(shí)習(xí)動(dòng)員中帶隊(duì)實(shí)習(xí)教師要認(rèn)真講解野外可能出現(xiàn)的安全問(wèn)題及預(yù)防措施并簽訂必要的安全合同。在實(shí)習(xí)進(jìn)行前一周,實(shí)習(xí)帶隊(duì)教師還要編寫(xiě)實(shí)習(xí)計(jì)劃書(shū)及實(shí)習(xí)任務(wù)書(shū)并發(fā)放給學(xué)生,讓學(xué)生對(duì)實(shí)習(xí)內(nèi)容有所了解并在實(shí)習(xí)前復(fù)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)。
3加強(qiáng)實(shí)習(xí)內(nèi)容,聘請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的工程師現(xiàn)場(chǎng)講解
工程地質(zhì)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,通過(guò)課堂學(xué)習(xí),學(xué)生只能學(xué)到理論性的知識(shí),但對(duì)地質(zhì)現(xiàn)象還沒(méi)有一個(gè)感性認(rèn)識(shí),理解它需要到野外,驗(yàn)證它更需要到野外,可以說(shuō),地質(zhì)學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室在野外。要做好野外實(shí)習(xí)這個(gè)環(huán)節(jié),除了建立固定實(shí)習(xí)基地與做好實(shí)習(xí)準(zhǔn)備外,我們更應(yīng)該豐富實(shí)習(xí)的內(nèi)容。所選路線地質(zhì)內(nèi)容要比較豐富,如野外識(shí)別巖石,我們所選擇的是欒川老君山,在通往老君山的道路上可以看到兩側(cè)的沉積巖,在老君山景區(qū)內(nèi)可以看到變質(zhì)的千枚巖、巖漿巖中花崗斑巖、花崗巖及巖漿巖的侵入關(guān)系,同時(shí)可以看到附近的巖溶現(xiàn)象。
另外,在實(shí)習(xí)過(guò)程中,為避免學(xué)生成群呈無(wú)序狀態(tài),要適當(dāng)增加實(shí)習(xí)帶隊(duì)教師,保證大部分學(xué)生能聽(tīng)清教師講解的內(nèi)容。特別是為了讓學(xué)生系統(tǒng)了解實(shí)習(xí)地區(qū)的地質(zhì)史及工程地質(zhì)問(wèn)題,近幾年的工程地質(zhì)野外實(shí)習(xí)中,聘請(qǐng)有工程勘察經(jīng)驗(yàn)的工程師到現(xiàn)場(chǎng)講解,取得了比較好的效果。
改革考核機(jī)制
“一天一門(mén)課,一周一學(xué)期”,體現(xiàn)了當(dāng)今中國(guó)大學(xué)研究生期末的一個(gè)典型場(chǎng)景。每學(xué)期的最后兩周各門(mén)考試密集展開(kāi)。一部分平時(shí)混沌度日的研究生,不得不突擊學(xué)習(xí)以便應(yīng)付考試,或者大段摘抄專業(yè)書(shū)籍和文獻(xiàn)以應(yīng)付課程論文,巖體水力學(xué)課程教學(xué)也不例外。因此,研究生畢業(yè)后被指缺乏專業(yè)技能,缺乏競(jìng)爭(zhēng)力,就不足為怪了。拋開(kāi)學(xué)習(xí)態(tài)度不端正、學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確等主觀因素,造成此現(xiàn)象的一個(gè)關(guān)鍵原因,是教師沒(méi)能充分調(diào)動(dòng)研究生對(duì)巖體水力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和熱情。研究生的學(xué)習(xí)環(huán)境自由寬松,這樣安排的初衷,是便于研究生將時(shí)間用在自己感興趣的領(lǐng)域,增長(zhǎng)自身知識(shí),激發(fā)研究潛能。如果研究生教育階段仍無(wú)法讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)興趣和樂(lè)趣,而是選擇了用強(qiáng)制力逼迫或者聽(tīng)之任之的極端方式,這樣做的效果是很不理想的。
(二)研究生地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)薄弱
受不同院校、不同行業(yè)的影響,研究生在本科階段的專業(yè)水平參差不齊,綜合運(yùn)用已有知識(shí)學(xué)習(xí)新知識(shí)以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力相差很大。水利、采礦、地質(zhì)、石油類院校的本科教學(xué)環(huán)節(jié),對(duì)水文地質(zhì)學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)和巖石力學(xué)等地質(zhì)類課程普遍比較重視,這也成為了這類高校在巖體工程專業(yè)研究生培養(yǎng)上的有利條件。然而,目前國(guó)內(nèi)具備巖土工程專業(yè)研究生招生資格的高校,是以土木工程類院校為主。土木類院校以建筑工程為行業(yè)背景,以工業(yè)和民用建筑為主體研究對(duì)象,對(duì)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和巖體力學(xué)等課程重視不夠是普遍存在的問(wèn)題,甚至許多土木類高校本科階段不開(kāi)設(shè)巖體力學(xué)課程或作為選修課,巖土工程專業(yè)研究生也沒(méi)有開(kāi)設(shè)工程地質(zhì)學(xué)課程。這導(dǎo)致大量的巖土工程專業(yè)研究生的地質(zhì)學(xué)概念不清,嚴(yán)重影響他們對(duì)巖體水力學(xué)課程的學(xué)習(xí)質(zhì)量,教師的教學(xué)效果和品質(zhì)也受到很大的限制。
(三)學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件有限,課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)嚴(yán)重不足
巖體水力學(xué)教學(xué)除了對(duì)理論講述環(huán)節(jié)要求高,對(duì)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的要求也很高。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)揭示巖石最基本和最普遍的水力學(xué)特性,在巖石水力學(xué)實(shí)踐性教學(xué)中至關(guān)重要。諸如軟化系數(shù)測(cè)定,孔隙率和滲透率測(cè)試,三軸應(yīng)力條件下的滲透率變化測(cè)試等都是巖石水力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。然而,大部分高校的現(xiàn)狀是實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地嚴(yán)重不足。如最基本的帶水滲或氣滲功能的電液伺服巖石三軸試驗(yàn)機(jī),國(guó)產(chǎn)的試驗(yàn)機(jī)在國(guó)內(nèi)高校裝備數(shù)量很有限,功能齊全的高精度進(jìn)口試驗(yàn)機(jī)更是鳳毛麟角。基本設(shè)備都不齊全,大尺寸設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地就更為缺乏了。這會(huì)使研究生對(duì)巖石水力學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)停留在字面理解上,很難真正掌握實(shí)驗(yàn)原理及數(shù)據(jù)處理技術(shù)。
(四)教師專業(yè)素養(yǎng)和學(xué)術(shù)水平有限
具有較高的專業(yè)素養(yǎng)、學(xué)術(shù)水平、創(chuàng)新意識(shí)和能力的實(shí)踐教師隊(duì)伍是研究生創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。由于巖體水力學(xué)課程較新,可選教材比傳統(tǒng)課程少。除了專門(mén)從事巖石水力學(xué)研究的專業(yè)人士之外,大部分承擔(dān)巖體水力學(xué)課程教學(xué)的任課教師都會(huì)遇到備課困難,知識(shí)點(diǎn)講解不清等問(wèn)題,在課程內(nèi)容廣度和深度的把握上也是拙襟見(jiàn)肘,很難達(dá)到研究生課程的教學(xué)效果和教學(xué)品質(zhì)。
二、教學(xué)改革思路與措施
(一)激發(fā)研究生的專業(yè)興趣
巖體水力學(xué)牽涉的知識(shí)點(diǎn)眾多且繁雜,在教學(xué)過(guò)程中,教師因?yàn)橄氚迅髦R(shí)點(diǎn)的概念盡量羅列齊全,不發(fā)生遺漏,從而講授得過(guò)于理論化,使學(xué)生覺(jué)得聽(tīng)課十分乏味。人天生有好奇心,學(xué)習(xí)新知識(shí)、探尋未知世界本是奇妙而富有樂(lè)趣的。可以通過(guò)國(guó)家重點(diǎn)和大型巖石工程實(shí)例、國(guó)內(nèi)外著名的工程災(zāi)害事件的現(xiàn)場(chǎng)照片、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等資料,最大程度地調(diào)動(dòng)研究生對(duì)巖體水力學(xué)課程的好奇心和探索欲望,從而提高學(xué)習(xí)興趣。結(jié)合巖石遭地下水滲流破壞造成的重大工程失事實(shí)例,如意大利Vajont水庫(kù)左岸大滑坡、法國(guó)Mal-passet雙曲拱壩全壩潰壩、美國(guó)Teton土壩巖基段潰決[5],以及英國(guó)Woodhead和Bilbery壩、美國(guó)Francis重力拱壩、意大利Gleno連拱壩、阿爾及利亞Gabra壩、西班牙EwgadeTera支墩壩、法國(guó)Bouzey壩等失穩(wěn)破壞事故,借助統(tǒng)計(jì)分析資料(如國(guó)際大壩委員會(huì)),從實(shí)例中強(qiáng)有力地體現(xiàn)巖體水力學(xué)性質(zhì)對(duì)巖體強(qiáng)度和變形特性的巨大影響,突出研究的重要性。同時(shí),讓研究生充分了解這些事故,改變了工程界對(duì)巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí),開(kāi)辟了巖體水力學(xué)中眾多新興研究領(lǐng)域和方向,激發(fā)研究生的研究欲望,甚至可以培養(yǎng)研究生的科研責(zé)任感。
(二)完善研究生地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)
為了彌補(bǔ)大部分研究生地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)薄弱的問(wèn)題,在充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的求知欲之后,強(qiáng)調(diào)巖體水力學(xué)是一門(mén)以工程地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)為地質(zhì)學(xué)主線,以流體力學(xué)、地下水動(dòng)力學(xué)為水力學(xué)主線,以材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈塑性力學(xué)、巖體力學(xué)為力學(xué)主線的綜合學(xué)科。讓研究生深刻體會(huì)巖體水力學(xué)的多學(xué)科交叉融合特點(diǎn)。在課程講述過(guò)程中,若遇到與地質(zhì)學(xué)有關(guān)的知識(shí),要注重基礎(chǔ),詳細(xì)講述,盡可能幫助研究生建立正確的水文地質(zhì)學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)和巖體力學(xué)概念。如水文地質(zhì)學(xué)中,溶穴、巖溶率、裂隙水和巖溶水、含水層和隔水層、隔水頂?shù)装濉①A水系數(shù)、滲流、層流和紊流、水流折射定律、溶濾作用;工程地質(zhì)學(xué)中的巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖、斷層構(gòu)造、水化作用、侵蝕作用、膨脹系數(shù);巖體力學(xué)中的地下硐室、錨固與注漿、節(jié)理、充填與膠結(jié)、損傷與斷裂、水力劈裂等基本專業(yè)術(shù)語(yǔ),均需要詳細(xì)講解。注意強(qiáng)調(diào)巖體的各種地質(zhì)構(gòu)造、天然缺陷、高度非線性、各向異性、多尺度特點(diǎn)及不確定性特征,以及裂隙巖體中非達(dá)西流現(xiàn)象、巖石結(jié)構(gòu)的宏、細(xì)觀層次認(rèn)識(shí)等難點(diǎn)問(wèn)題,并且告知學(xué)生巖體水力學(xué)理論存在的問(wèn)題。例如:對(duì)巖體中滲流描述,幾乎完全照搬土體滲流學(xué),即孔隙介質(zhì)滲流學(xué)的方法及經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決,而裂隙巖體滲流還處在發(fā)展階段,對(duì)單裂隙滲流的研究和認(rèn)識(shí)較為成熟,但對(duì)裂隙網(wǎng)絡(luò)情況以及非穩(wěn)定滲流還有待深入探索。
(三)教學(xué)模式和方法改革,注重實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)
研等實(shí)踐內(nèi)容和本科卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的要求不同,研究生教學(xué)的核心并不僅僅是讓學(xué)生去掌握某一專業(yè)知識(shí)或某一種實(shí)驗(yàn)方法,而是要讓學(xué)生學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的思路、方法,培養(yǎng)研究生獲取知識(shí)和創(chuàng)新的能力。一方面,圍繞巖體水力學(xué)的基本概念、巖體滲流規(guī)律的地質(zhì)分析、基礎(chǔ)力學(xué)理論和力學(xué)參數(shù)、巖體水力學(xué)的工程應(yīng)用展開(kāi),結(jié)合巖體水力學(xué)的地質(zhì)分析方法、室內(nèi)外試驗(yàn)方法、物理和數(shù)學(xué)模擬方法、系統(tǒng)綜合分析方法,以教師的專題介紹和研究生的學(xué)習(xí)匯報(bào)結(jié)合形式,加強(qiáng)和學(xué)生的互動(dòng),增加學(xué)術(shù)思想的碰撞,啟發(fā)和引導(dǎo)研究生深入理解科學(xué)問(wèn)題。另一方面,除了為學(xué)生選擇合適的教材之外,還要給出相關(guān)參考書(shū)目,如《巖石水力學(xué)與工程》(張有天著),《裂隙巖體水力學(xué)基礎(chǔ)》(朱珍德、郭海慶著),《巖體水力學(xué)導(dǎo)論》(仵彥卿、張倬元著),《高等巖石力學(xué)》(周維垣著)等,并且鼓勵(lì)學(xué)生廣泛閱讀學(xué)術(shù)期刊文章。開(kāi)展理論和實(shí)踐的同步性教學(xué)改革。在巖體水力學(xué)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)中,帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,針對(duì)具體的實(shí)驗(yàn)儀器,講解設(shè)備構(gòu)成,讓研究生親自動(dòng)手全程完成實(shí)驗(yàn)。貴重設(shè)備可能不宜人人使用,但可以請(qǐng)研究生全程觀摩實(shí)驗(yàn),并同專職實(shí)驗(yàn)員或博士生深入討論和交流,鼓勵(lì)學(xué)生撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)心得。
采取物理實(shí)驗(yàn)與數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)合的教學(xué)模式,把基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的軟、硬件平臺(tái)應(yīng)用于巖石水力學(xué)教學(xué)中,拓寬傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)對(duì)象,通過(guò)鼓勵(lì)、指導(dǎo)學(xué)生自發(fā)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行數(shù)值仿真分析,開(kāi)拓學(xué)生視野,激發(fā)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造性,有利于學(xué)生理解和掌握教學(xué)內(nèi)容,同時(shí)也可以促進(jìn)教學(xué)人員科研能力的提高,還能在一定程度上彌補(bǔ)部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏的不足。此外,還可以采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研的實(shí)踐性教學(xué)方式。廈門(mén)市地質(zhì)和地理環(huán)境復(fù)雜多樣,雨季頻繁,構(gòu)成了滑坡災(zāi)害易發(fā)的基本條件。根據(jù)廈門(mén)的工程地質(zhì)條件,選擇華僑大學(xué)附近的集美區(qū)后溪鎮(zhèn)(2007年被確定為廈門(mén)市14處重要地質(zhì)災(zāi)害地點(diǎn)之一)為調(diào)研場(chǎng)所,在由暴雨導(dǎo)致該地區(qū)邊坡滑坡的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng),講解水力耦合作用下巖土體的變形和破壞規(guī)律,幫助學(xué)生更形象地理解巖體水力學(xué)的水力耦合基本理論。當(dāng)然,每一所高校,每一位教師的特點(diǎn)不同,必須根據(jù)本單位實(shí)際的軟硬件條件,確立課程教學(xué)改革的具體方式,而不是盲目借鑒其他重點(diǎn)院校的教學(xué)模式。巖體水力學(xué)課程專業(yè)性較強(qiáng),建議在研究生第一學(xué)年的下學(xué)期開(kāi)設(shè)。
(四)結(jié)合教師科研項(xiàng)目,提升教學(xué)品質(zhì)
近幾年,華僑大學(xué)積極鼓勵(lì)教師進(jìn)行科學(xué)研究。巖土工程專業(yè)教師組建巖土力學(xué)與地下工程科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金“深部裂隙巖體HM耦合作用下的聲學(xué)特性及參數(shù)研究(批準(zhǔn)號(hào)51109084)”、“卸荷作用下巖石滲透性與損傷協(xié)同演化規(guī)律及主被動(dòng)式聲學(xué)表征(批準(zhǔn)號(hào)51374112)”,以及多項(xiàng)省部級(jí)、地廳級(jí)科研項(xiàng)目。教師在科學(xué)研究過(guò)程中,查閱大量文獻(xiàn)資料,緊密跟蹤國(guó)際和國(guó)內(nèi)的研究前沿,時(shí)刻關(guān)注巖石水力學(xué)發(fā)展和最新的學(xué)術(shù)成果。通過(guò)不斷努力,比較準(zhǔn)確地把握到學(xué)術(shù)研究的發(fā)展方向,掌握了巖體水力學(xué)研究的一些新的實(shí)驗(yàn)和理論分析技術(shù),對(duì)水力耦合作用下巖石的強(qiáng)度、變形、損傷破裂和滲透性演化特性,以及卸荷條件下巖石滲透性與損傷協(xié)同演化的宏細(xì)觀表征等方面有了一定突破性認(rèn)識(shí),獲得了巖體水力學(xué)的新知識(shí),教師自身的綜合素質(zhì)也得到了一定提高。將科研體會(huì)和成果融入教學(xué)中,進(jìn)一步提高教學(xué)的理論起點(diǎn),深化教學(xué)內(nèi)容,能夠讓課程教學(xué)跟上巖體水力學(xué)學(xué)科最新進(jìn)展。例如:結(jié)合筆者所在科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)近期開(kāi)展的滲透壓–應(yīng)力耦合作用下的巖石滲透率與變形關(guān)聯(lián)性三軸試驗(yàn)研究,以物理實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),讓研究生借助高性能計(jì)算機(jī),利用PFC2D顆粒流分析軟件,建立符合室內(nèi)砂巖滲透壓–應(yīng)力作用三軸試驗(yàn)的數(shù)值模型,定義流體域和流固耦合的控制方程,模擬巖石在不同圍壓和滲透壓組合條件下三軸壓縮試驗(yàn)。圖1為不同時(shí)步試樣孔隙壓力分布情況,圖2為微裂紋分布模擬和試驗(yàn)破壞結(jié)構(gòu)照片,圖3為不同滲透壓下巖石滲透率云圖。結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真結(jié)果,和研究生一起討論荷載和孔隙水壓力共同作用下,巖石的宏觀變形發(fā)展、細(xì)觀裂紋發(fā)育、剪切帶內(nèi)外應(yīng)力狀態(tài)、孔隙率特征、滲透率演化特性等。
作者簡(jiǎn)介:榮冠( 1971- ),男,武漢大學(xué)水利水電學(xué)院副教授,博士,主要從事巖體穩(wěn)定性研究及工程地質(zhì)教學(xué)工作,(e-mail)rg_mail@163.com。
摘要:工程地質(zhì)是水利類本科生的一門(mén)重要專業(yè)基礎(chǔ)課,課程教學(xué)內(nèi)容和環(huán)節(jié)豐富,難點(diǎn)較多,實(shí)踐性強(qiáng)。如何在課堂教學(xué)和野外實(shí)踐教學(xué)中有效提高教學(xué)質(zhì)量是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。文章詳細(xì)分析了水利工程課程中的難點(diǎn)及教學(xué)中存在的問(wèn)題,從課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、英文教學(xué)及課程考核等方面全面介紹了課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及改革探索。提出課堂教學(xué)應(yīng)注重理論緊密聯(lián)系工程實(shí)際,實(shí)踐教學(xué)應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手技能和發(fā)現(xiàn)、分析、解決工程地質(zhì)問(wèn)題的能力,開(kāi)展英文教學(xué)是培養(yǎng)國(guó)際人才的必然趨勢(shì),考核機(jī)制應(yīng)全面反映學(xué)生的綜合能力等觀點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:工程地質(zhì); 水利專業(yè); 教學(xué)研究; 理論教學(xué); 實(shí)踐教學(xué)
中圖分類號(hào):tv135;g642421文獻(xiàn)標(biāo)志碼:a文章編號(hào):10052909(2013)05011007工程地質(zhì)是研究工程建設(shè)活動(dòng)與自然地質(zhì)環(huán)境相互作用和相互影響的一門(mén)地質(zhì)科學(xué),是以地學(xué)學(xué)科的理論為基礎(chǔ),應(yīng)用數(shù)學(xué)與力學(xué)理論和工程技術(shù)及方法解決與工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)有關(guān)的地質(zhì)問(wèn)題[1]。工程地質(zhì)課程是水利類本科專業(yè)的一門(mén)重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。水利水電工程建設(shè)是人類在認(rèn)識(shí)自然的基礎(chǔ)上改造自然并為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)的活動(dòng),進(jìn)行水利水電工程建設(shè)首先必須了解自然環(huán)境和工程條件,而環(huán)境地質(zhì)條件是與水利水電工程關(guān)系最密切、最重要的自然條件。
當(dāng)前,中國(guó)工科高等教育人才培養(yǎng)主要目標(biāo)是:培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才[2]。工程地質(zhì)課程作為水利類專業(yè)中一門(mén)實(shí)踐性強(qiáng)的課程在凸顯人才培養(yǎng)目標(biāo)方面,更加突出工程地質(zhì)理論和實(shí)踐教學(xué)的必要性與重要意義[3-4]。
工程地質(zhì)課程的教學(xué)分為課堂理論教學(xué)部分與野外地質(zhì)實(shí)習(xí)部分。課堂理論部分主要講授礦物巖石、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)作用、地下水、巖體工程特性,邊坡、壩基、洞室圍壓穩(wěn)定性評(píng)價(jià),工程地質(zhì)勘察等知識(shí)。野外地質(zhì)實(shí)習(xí)部分主要進(jìn)行巖石及地質(zhì)構(gòu)造認(rèn)識(shí),風(fēng)化、卸荷及河流地質(zhì)作用研究,地下水及其作用研究,水利樞紐工程地質(zhì)條件與問(wèn)題分析評(píng)價(jià)等。
由于工程地質(zhì)課程涉及的相關(guān)課程較多(礦物學(xué)、巖石學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地史學(xué)、地貌學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、材料力學(xué)、巖石力學(xué)、土力學(xué)等),且這些課程多為地質(zhì)專業(yè)課程。同時(shí),工程地質(zhì)課程實(shí)踐性很強(qiáng),但學(xué)生又缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐機(jī)會(huì)。因此,在有限的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)時(shí)間內(nèi),如何合理安排教學(xué)環(huán)節(jié),使學(xué)生扎實(shí)掌握工程地質(zhì)相關(guān)概念及基本原理,并使學(xué)生初步具備分析工程地質(zhì)條件及解決工程地質(zhì)問(wèn)題的能力,是一個(gè)很值得探討的問(wèn)題。根據(jù)筆者多年從事工程地質(zhì)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn),針對(duì)水利類本科專業(yè)工程地質(zhì)教學(xué),首先介紹學(xué)校工程地質(zhì)課程的設(shè)置,然后分析課程教學(xué)的重點(diǎn)及難點(diǎn),再?gòu)恼n堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、英文教學(xué)、考核方式4個(gè)部分探討理論與實(shí)踐教學(xué)的改革思路,以期在提高教學(xué)效果、培養(yǎng)學(xué)生分析工程地質(zhì)條件和解決工程地質(zhì)問(wèn)題能力方面有所收獲。
一、水利類工程地質(zhì)課程介紹
(一)水利工程地質(zhì)課程設(shè)置
武漢大學(xué)水利水電學(xué)院最早可追溯至1928年創(chuàng)建的國(guó)立武漢大學(xué)工學(xué)院土木系水利組,學(xué)院現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)水利水電高級(jí)人才培養(yǎng)的搖籃和科學(xué)研究的重要基地。一直以來(lái),工程地質(zhì)課程為水利各專業(yè)(農(nóng)田水利、水電工程、河流泥沙、水文水資源)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。工程地質(zhì)課一般在第五學(xué)期或第六學(xué)期開(kāi)設(shè),包括48 學(xué)時(shí)課堂教學(xué)和1 周的野外實(shí)習(xí)。課堂教材主要使用天津大學(xué)主編的《水利工程地質(zhì)》(第四版)[1],實(shí)驗(yàn)及野外實(shí)習(xí)采用武漢大學(xué)編寫(xiě)出版的實(shí)習(xí)教材[5]。
(二)水利工程地質(zhì)課程內(nèi)容
水利工程地質(zhì)主要是研究水利水電工程建設(shè)中的工程地質(zhì)問(wèn)題。主要內(nèi)容包括巖石及其工程性質(zhì),地質(zhì)構(gòu)造及區(qū)域穩(wěn)定性,地表水流的地質(zhì)作用及河谷地貌,地下水、巖溶及庫(kù)壩區(qū)滲漏地質(zhì)條件分析,巖體工程特性,壩基、邊坡及洞室圍巖穩(wěn)定性分析,水利水電工程地質(zhì)勘察等。
高等建筑教育2013年第22卷第5期
榮冠,等水利類專業(yè)工程地質(zhì)課程教學(xué)研究與改革探索
課程的教學(xué)分為課堂教學(xué)與實(shí)踐教
兩部分。課堂教學(xué)主要講授地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和水利三大類巖體(邊坡、壩基及洞室圍巖)穩(wěn)定性分析基本理論。通過(guò)課堂教學(xué)力求使學(xué)生掌握工程地質(zhì)學(xué)基本概念、工程地質(zhì)分析基本原理和巖體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)基本方法。實(shí)踐教學(xué)通過(guò)野外現(xiàn)場(chǎng)典型巖體、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)作用等的直接觀察和分析來(lái)增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)、理解并深化工程地質(zhì)理論知識(shí),使學(xué)生初步具備分析工程地質(zhì)條件和解決工程地質(zhì)問(wèn)題的能力。水利類工程地質(zhì)課程教學(xué)基本內(nèi)容可總結(jié)為地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和巖體穩(wěn)定性分析兩方面,核心主線則是工程地質(zhì)條件及工程地質(zhì)問(wèn)題的分析研究。課程室內(nèi)外教學(xué)均是圍繞該主線開(kāi)展的。
二、水利工程地質(zhì)課程中的難點(diǎn)及問(wèn)題
(一)工程地質(zhì)相關(guān)概念不易理解和掌握
對(duì)于水利專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō),工程地質(zhì)課是他們第一次接觸地質(zhì)學(xué)知識(shí)。多數(shù)學(xué)生,尤其是來(lái)自平原地區(qū)的學(xué)生,缺少對(duì)地質(zhì)現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí),這使他們更不易理解相關(guān)地質(zhì)現(xiàn)象和地質(zhì)作用。水利工程地質(zhì)課程的開(kāi)始部分主要講述地質(zhì)學(xué)基本概念,包括礦物和巖石的成因、成分及分類,內(nèi)外力地質(zhì)作用概念,產(chǎn)狀、節(jié)理、斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造,地層地史,地質(zhì)圖分析,區(qū)域穩(wěn)定等。這些內(nèi)容涉及礦物學(xué)、巖石學(xué)、地層古生物學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等知識(shí)。這些概念和相關(guān)課程知識(shí)對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)完全是陌生的。例如:在分析沉積巖的石英砂巖與變質(zhì)巖的石英巖區(qū)別時(shí),一般學(xué)生很難從沉積作用和變質(zhì)作用的成因角度深刻理解其礦物結(jié)晶程度、顆粒大小、礦物純度、孔隙率等方面的差異。在現(xiàn)場(chǎng)分析褶皺構(gòu)造時(shí),不少學(xué)生容易把現(xiàn)代地形與褶皺形態(tài)混為一談。實(shí)際上起伏的山脊為背斜,剝蝕的山谷為向斜往往是不對(duì)的,反過(guò)來(lái),背斜核部易形成河谷低地,向斜核部則可能形成山脊。準(zhǔn)確定位褶皺應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)垂直巖層走向觀察結(jié)果,若有巖層按新老次序有規(guī)律地對(duì)稱出現(xiàn)時(shí),則可肯定有褶皺。然后根據(jù)巖層新老組合關(guān)系的分析確定褶皺的基本類型(背斜或向斜),進(jìn)一步依據(jù)兩翼巖層產(chǎn)狀、軸面產(chǎn)狀以及地層層序判斷褶皺的剖面類型和平面類型。但現(xiàn)場(chǎng)地層及其年代的劃分,對(duì)于水利專業(yè)初學(xué)者而言是難以掌握的,況且?guī)r層的產(chǎn)狀及地層的劃分往往又具有隱蔽性,因此,地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)概念往往是水利工程地質(zhì)課程開(kāi)始階段學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。(二)工程地質(zhì)條件難以全面和深刻理解
工程地質(zhì)條件指的是與工程建設(shè)有關(guān)的地質(zhì)因素的綜合,是自然歷史發(fā)展演變的產(chǎn)物。對(duì)大型水利工程而言主要包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、物理地質(zhì)現(xiàn)象(滑坡、崩塌、泥石流、風(fēng)化、卸荷、侵蝕、巖溶、地震等)及天然建筑材料等6個(gè)方面。工程地質(zhì)條件直接影響工程建筑物的安全、經(jīng)濟(jì)和運(yùn)營(yíng)管理。興建大型水利水電工程,首先都要查明樞紐及庫(kù)區(qū)的工程地質(zhì)條件。不同地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境差異及水工建筑物類型的不同,對(duì)水利工程的影響也不同。教學(xué)中發(fā)現(xiàn),學(xué)生對(duì)工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性認(rèn)識(shí)不足,難以全面理解工程地質(zhì)條件的內(nèi)涵,這樣自然導(dǎo)致對(duì)工程地質(zhì)問(wèn)題的把握不準(zhǔn)。例如:西南水電工程主要集中在川、藏、滇、青等省區(qū)河流的深切河谷地區(qū)。該區(qū)域的自然地質(zhì)環(huán)境十分復(fù)雜,相應(yīng)地在此建高壩大庫(kù)的工程地質(zhì)條件也十分復(fù)雜。深切河谷往往首選高拱壩方案,此時(shí)地形地貌就是關(guān)鍵的地質(zhì)條件,將直接影響工程高邊坡的穩(wěn)定與安全,同時(shí)影響并制約水工建筑物的布置、施工安排等。在西南深切河谷且為深覆蓋層壩區(qū),從壩基防滲及擋水建筑物安全的角度考慮多采用當(dāng)?shù)夭牧蠅涡停瑝误w防滲多為混凝土面板而非粘土心墻方案,這主要就是從天然建筑材料經(jīng)濟(jì)合理的角度考慮。
(三)對(duì)工程地質(zhì)問(wèn)題缺乏認(rèn)識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)
工程地質(zhì)問(wèn)題指的是工程地質(zhì)條件與工程建筑物之間存在的矛盾或問(wèn)題。對(duì)大型水利工程而言主要包括壩基和壩肩抗滑穩(wěn)定問(wèn)題,壩基滲漏和滲透穩(wěn)定問(wèn)題,邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題,地下洞室圍巖穩(wěn)定性問(wèn)題,水庫(kù)滲漏、水庫(kù)淤積、庫(kù)周浸沒(méi)、庫(kù)岸再造,水庫(kù)誘發(fā)地震等問(wèn)題。工程地質(zhì)學(xué)簡(jiǎn)單說(shuō)就是分析工程地質(zhì)條件,解決工程地質(zhì)問(wèn)題。因此,工程地質(zhì)問(wèn)題是課程的最終落腳點(diǎn)。不同水工建筑物由于對(duì)場(chǎng)地條件要求存在差別,其相應(yīng)的工程地質(zhì)問(wèn)題也存在差異。實(shí)際工程中,全面揭示工程地質(zhì)問(wèn)題是有難度的,尤其是深層隱伏的地質(zhì)問(wèn)題,更是從淺表很難觀察確認(rèn)。目前對(duì)水利專業(yè),工程地質(zhì)課程一般在水工建筑物等專業(yè)課之前開(kāi)設(shè),許多學(xué)生對(duì)水工建筑物知之甚少,對(duì)水工建筑及樞
紐區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)哪些地質(zhì)問(wèn)題更是難知一二。
例如:對(duì)水利工程三大壩型工程地質(zhì)問(wèn)題的分析。土石壩主要由粘土、碎石、塊石等散體堆積而成,壩體允許產(chǎn)生較大的變形,它對(duì)壩基工程地質(zhì)的要求較低,可以在軟基和工程地質(zhì)條件復(fù)雜的壩基上興建。由于壩基河床地質(zhì)條件多變,易出現(xiàn)過(guò)大沉降引起壩體裂縫、壩基滲漏和滲透變形問(wèn)題,以及粉細(xì)沙層震動(dòng)液化等問(wèn)題。重力壩主要依靠壩身自重與地基間摩阻力來(lái)保持穩(wěn)定。重力壩對(duì)壩基要求高,一般要求修在弱風(fēng)化下部的巖基上。該類壩型最主要的問(wèn)題就是過(guò)大變形或不均勻變形導(dǎo)致壩體裂開(kāi),軟弱結(jié)構(gòu)面組合形成深層滑移塊體。拱壩主要通過(guò)拱作用傳遞荷載到壩肩,所以拱壩對(duì)兩岸巖體的要求較高,而對(duì)河床壩基巖體要求相對(duì)要低。兩岸拱座巖體應(yīng)新鮮完整、無(wú)大斷層,狹窄對(duì)稱的“v”字形河谷是首選地形條件。此時(shí)應(yīng)特別關(guān)注順河向軟弱結(jié)構(gòu)面切割形成的滑移塊體。由于學(xué)生在這一階段對(duì)水工建筑物不熟悉,同時(shí)缺乏對(duì)三大壩型的現(xiàn)場(chǎng)感性認(rèn)識(shí),導(dǎo)致他們較難在合理評(píng)價(jià)相應(yīng)工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上深入分析潛在的工程地質(zhì)問(wèn)題。
(四)工程地質(zhì)分析方法不易理解和熟練運(yùn)用
由于工程巖體結(jié)構(gòu)特征及力學(xué)特性的復(fù)雜性和不確定性,針對(duì)巖體變形與穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分析方法主要是定性與定量結(jié)合,總體上是半經(jīng)驗(yàn)半理論性的。針對(duì)實(shí)際工程,在較大程度上是以現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)為前提,然后通過(guò)工程地質(zhì)定性分析結(jié)合定量計(jì)算綜合確定。工程地質(zhì)的分析方法主要有工程地質(zhì)類比法、圖表法、室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)方法、力學(xué)模型定量計(jì)算法等。各方法都有一定條件和適用范圍,即存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中宜將幾種方法結(jié)合,互相補(bǔ)充。針對(duì)不同的工程地質(zhì)問(wèn)題,剛學(xué)習(xí)課程的學(xué)生對(duì)怎樣合理選擇分析方法缺乏經(jīng)驗(yàn),熟練掌握困難更大。
現(xiàn)以巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)為例,簡(jiǎn)要討論工程邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的基本思路。總體上邊坡穩(wěn)定性的影響因素包括地形地貌、巖體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化卸荷、水的作用、地震及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和人類工程活動(dòng)等。首先從經(jīng)驗(yàn)上判斷其穩(wěn)定性主要從坡形坡高、巖體強(qiáng)度、坡體結(jié)構(gòu)等直觀判斷,此時(shí)工程地質(zhì)定性方法(如赤平投影)就是較好的方法。對(duì)于邊坡淺表的變形及破壞情況,則主要考慮巖體的風(fēng)化和卸荷程度,及其卸荷裂隙等的組合情況。對(duì)于邊坡的整體及長(zhǎng)期穩(wěn)定性,則需通過(guò)詳細(xì)的地質(zhì)勘探,確定潛在的破壞模式和滑移邊界,采用如三維極限平衡方法、有限元應(yīng)力應(yīng)變方法等計(jì)算其變形和穩(wěn)定性。邊坡變形模式及邊界、結(jié)構(gòu)面和巖體力學(xué)參數(shù)的確定是關(guān)鍵,同時(shí)還應(yīng)合理考慮地下水及地震等因素的影響。所以對(duì)巖石邊坡采用工程地質(zhì)方法合理評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性是一項(xiàng)較復(fù)雜的工作,對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)是不易全面和熟練掌握的。
(五)工程地質(zhì)實(shí)習(xí)和工程實(shí)踐時(shí)間不足
工程地質(zhì)教學(xué)來(lái)源于實(shí)踐并回歸于實(shí)踐,其最鮮明的特點(diǎn)就是實(shí)踐性強(qiáng)。教學(xué)實(shí)習(xí)和工程實(shí)踐是鞏固和加深地質(zhì)理論知識(shí)的有效途徑,是理論聯(lián)系實(shí)際培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和獨(dú)立能力的重要渠道。地質(zhì)實(shí)踐教學(xué)的任務(wù)主要是讓學(xué)生親自接觸各種真實(shí)的地質(zhì)現(xiàn)象及工程問(wèn)題,用已學(xué)到的理論知識(shí)觀察分析現(xiàn)象,提出解決問(wèn)題的方法與措施。例如:斷層是工程地質(zhì)學(xué)中的基本概念,但學(xué)生要理解斷層的規(guī)模與工程特性、現(xiàn)場(chǎng)鑒別方法及其對(duì)工程的影響是較困難的。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)露頭可以較直觀地了解斷層的三種形態(tài)類型及其基本特征,對(duì)較大規(guī)模的斷層可引導(dǎo)學(xué)生從地形地貌不協(xié)調(diào)、地層的重復(fù)或缺失、伴生構(gòu)造及構(gòu)造巖、地表地下水的異常分布等方面來(lái)認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上分析斷層的級(jí)別、特征及其對(duì)工程的影響學(xué)生就容易理解和熟悉,然而由于教學(xué)時(shí)間及經(jīng)費(fèi)的限制,學(xué)生在實(shí)習(xí)和實(shí)踐方面的機(jī)會(huì)相對(duì)較少。在有限的實(shí)習(xí)和實(shí)踐時(shí)間內(nèi),如何合理安排教學(xué)實(shí)習(xí)路線及教學(xué)內(nèi)容,讓學(xué)生能夠較好地掌握基本概念和原理,并初步具備分析和解決問(wèn)題的能力,是目前水利工程地質(zhì)實(shí)踐教學(xué)中的一大難題。
三、水利工程地質(zhì)課程改革探索
(一)課堂教學(xué)改革 1.突出重點(diǎn)分解難點(diǎn)
由于水利工程地質(zhì)課程涉及較多概念和方法,同時(shí)關(guān)聯(lián)較多課程,是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的課程。由于教學(xué)課時(shí)有限,要將所有內(nèi)容都面面俱到地深入講解,顯然是不可取的。這就要求在講授時(shí)有的放矢,合理安排教學(xué)內(nèi)容,做到突出重點(diǎn)、解剖難點(diǎn),始終把握地質(zhì)學(xué)基本概念和巖體穩(wěn)定評(píng)價(jià)兩個(gè)主要內(nèi)容,抓住工程地質(zhì)條
和工程地質(zhì)問(wèn)題兩條主線。這樣可以使學(xué)生從較多的概念和方法中理清思路,把握課程主體框架。例如:在地質(zhì)構(gòu)造部分,閱讀和分析平面地質(zhì)圖是重點(diǎn),同時(shí)也是難點(diǎn)。平面地質(zhì)圖的閱讀要求熟悉地層年代、產(chǎn)狀、褶皺、斷裂、地史等理論知識(shí),同時(shí)需要結(jié)合具體工程分析不利條件及可能存在的問(wèn)題。為此需要結(jié)合教學(xué)圖件,詳細(xì)分析褶皺、斷裂等存在的依據(jù),并討論作為壩基或洞室的地質(zhì)條件可能存在的不良地質(zhì)問(wèn)題。這樣學(xué)生才能較快掌握地質(zhì)圖的分析方法及工程應(yīng)用。
2. 理論聯(lián)系實(shí)際
工程地質(zhì)學(xué)的理論性較強(qiáng),各種概念及分析方法較多。這些內(nèi)容均源于地質(zhì)作用和工程實(shí)踐,在講授課程時(shí)如只照本宣科,學(xué)生很難對(duì)一些抽象的概念及方法感興趣,這樣教與學(xué)的效果均較差。在教學(xué)過(guò)程中注重理論聯(lián)系實(shí)際將是提高教學(xué)效果、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的最好手段。例如:在講授巖石和地質(zhì)構(gòu)造內(nèi)容之后,學(xué)生對(duì)三大類巖石的特性及現(xiàn)場(chǎng)鑒別、具體的斷層和褶皺構(gòu)造的理解和分析仍是模糊的。筆者則以珞珈山為例,該地質(zhì)體即為學(xué)生大學(xué)生活的環(huán)境,引導(dǎo)學(xué)生探尋珞珈山的巖石類型,以及是否存在斷裂和褶皺。幾乎所有學(xué)生都對(duì)此感興趣,并樂(lè)于了解校園的地質(zhì)情況。由此對(duì)珞珈山地層巖性進(jìn)行介紹,在此基礎(chǔ)上分析褶皺、逆斷層及平移斷層分布等。學(xué)生驚嘆常在身邊出露的巖石就是典型的石英砂巖,而校園內(nèi)的櫻花大道竟是一條逆斷層。通過(guò)這個(gè)實(shí)例很好地將基本地質(zhì)概念與周邊的實(shí)際環(huán)境聯(lián)系起來(lái)。
3. 傳統(tǒng)與現(xiàn)代教學(xué)結(jié)合
水利工程地質(zhì)課程內(nèi)容較多、實(shí)踐性強(qiáng),而且課時(shí)有限,因此要求將傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)相結(jié)合,這樣可以很好地發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。重要的概念及分析方法以黑板演繹并詳細(xì)講解,使學(xué)生的注意力集中,有利于學(xué)生對(duì)重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容的深入理解和掌握。例如:在介紹層狀巖層產(chǎn)狀時(shí),宜采用教學(xué)圖件分步講解,使學(xué)生切實(shí)理解走向、傾向、傾角的真實(shí)含義及實(shí)際意義。在講解赤平投影原理時(shí),則需按投影方法介紹點(diǎn)、線、面等的投影過(guò)程,使學(xué)生理解空間點(diǎn)、線、面與赤道平面投影的關(guān)系,這樣結(jié)構(gòu)面的空間產(chǎn)狀與赤平投影圖間的關(guān)系也就清楚了,后續(xù)運(yùn)用其分析邊坡穩(wěn)定性也就簡(jiǎn)單易懂。水利工程地質(zhì)課程涉及許多地質(zhì)作用、地質(zhì)現(xiàn)象及工程實(shí)例。此時(shí)多媒體演示則顯示其優(yōu)勢(shì),多媒體課件可提供大量信息,形象生動(dòng)地展現(xiàn)自然現(xiàn)象及復(fù)雜事物,其效果是口頭表達(dá)難以達(dá)到的,同時(shí)也可提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,節(jié)省講解時(shí)間。課余時(shí)間鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)國(guó)內(nèi)外各種網(wǎng)絡(luò)資源(特別是高校工程地質(zhì)課教學(xué)資源)了解和學(xué)習(xí)相關(guān)工程地質(zhì)知識(shí),也可以用即時(shí)通訊方式解答學(xué)生的不同問(wèn)題,利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)資源最大限度地開(kāi)展教學(xué)互動(dòng),讓學(xué)生扎扎實(shí)實(shí)學(xué)好工程地質(zhì)課程。
(二)實(shí)踐教學(xué)改革
實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是保證和檢驗(yàn)水利工程地質(zhì)課程教學(xué)效果和質(zhì)量的關(guān)鍵。要真正熟悉和掌握水利工程地質(zhì)的知識(shí)及方法,各種不同類型的實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)是必不可少的。以下從室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、校內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)及水利樞紐地質(zhì)實(shí)習(xí)3個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)介紹實(shí)踐教學(xué)。
1.強(qiáng)化室內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)
武漢大學(xué)水利水電學(xué)院較早建成工程地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室主要有各種礦物、三大類巖石、古生物化石、構(gòu)造模型、典型水利樞紐巖石、各種地質(zhì)圖件及影像資料。同時(shí)還配有偏光顯微鏡、gps 、電子羅盤(pán)、gis等設(shè)備和工具軟件。目前實(shí)驗(yàn)室可以滿足水利類專業(yè)本科教學(xué)要求。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要安排造巖礦物、巖漿巖、沉積巖及變質(zhì)巖的認(rèn)識(shí)。同時(shí)還講授地質(zhì)圖閱讀、羅盤(pán)及gps使用等教學(xué)內(nèi)容。
以三大巖石的認(rèn)識(shí)為例,這對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是難點(diǎn),僅通過(guò)課堂講解學(xué)生很難掌握巖石的特征和鑒別方法。在課堂講授造巖礦物及三大巖類后,需要進(jìn)行三大巖類認(rèn)識(shí)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué):學(xué)生按5人一組進(jìn)行分組,每組學(xué)生提供三大類巖石標(biāo)本各一盒。教師先復(fù)習(xí)巖石的成因、礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及分類等,然后以3種典型巖石為例分析礦物及結(jié)構(gòu)特征,再分析其成因和類別。在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生仔細(xì)觀察各種巖石標(biāo)本,由各組學(xué)生相互討論以尋找鑒定礦物和巖石的規(guī)律和技巧。對(duì)學(xué)生的具體問(wèn)題教師現(xiàn)場(chǎng)答疑,對(duì)相似礦物的鑒別、結(jié)構(gòu)的理解等共性問(wèn)題由教師總結(jié)分析。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)環(huán)節(jié)基本可以使學(xué)生掌握常見(jiàn)巖石特征和鑒別方法,對(duì)后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)具有重要意義。
2. 重視校內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)
武漢大學(xué)地處東湖之濱,校園內(nèi)有珞珈山和獅子山,存在不少良
好的地質(zhì)露頭、各類地質(zhì)構(gòu)造較豐富。為配合基本地質(zhì)理論知識(shí)講授,筆者充分利用武漢大學(xué)校園內(nèi)的珞珈山地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。該地區(qū)發(fā)育有志留系、泥盆系、石炭系、二疊系及第四系等沉積巖,地層呈有規(guī)律的東西向條帶狀分布,呈現(xiàn)節(jié)理、斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造。武漢大學(xué)水利水電學(xué)院從20世紀(jì)50年代開(kāi)始,在珞珈山地區(qū)安排校內(nèi)地質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué),實(shí)習(xí)路線從北向南橫跨珞珈山,要求學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)觀察珞珈山地區(qū)巖石巖性、產(chǎn)狀、風(fēng)化、卸荷、隱伏巖溶、地下水露頭、節(jié)理、斷層、褶皺等現(xiàn)象。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查,學(xué)生可以理解地層劃分及年代概念,熟悉產(chǎn)狀的概念及測(cè)量方法,節(jié)理、斷層及褶皺的鑒別和分析方法,最后獨(dú)立完成簡(jiǎn)要的珞珈山地質(zhì)調(diào)查報(bào)告。通過(guò)該單元的校內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)教學(xué),可以進(jìn)一步深化學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)地質(zhì)概念和理論理解,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力。
3. 完善野外地質(zhì)實(shí)習(xí)
(1) 水利樞紐地質(zhì)實(shí)習(xí)目的與安排。工程地質(zhì)野外教學(xué)實(shí)習(xí)是課程教學(xué)實(shí)踐的最重要環(huán)節(jié),目的在于鞏固課堂所學(xué)的理論知識(shí),使理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。通過(guò)對(duì)水利樞紐區(qū)地層、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水及外動(dòng)力地質(zhì)作用等的調(diào)查研究,使學(xué)生初步掌握野外地質(zhì)工作的一般方法,了解水利樞紐工程地質(zhì)條件及主要工程地質(zhì)問(wèn)題,熟悉地質(zhì)報(bào)告編寫(xiě)及地質(zhì)圖件繪制的方法。實(shí)習(xí)教學(xué)包括路線教學(xué)、專題調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)討論、內(nèi)業(yè)整理等環(huán)節(jié)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、專題問(wèn)題討論、面試考查、實(shí)習(xí)報(bào)告編寫(xiě)等過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生野外地質(zhì)工作能力和分析解決工程地質(zhì)問(wèn)題的能力。 (2) 野外實(shí)習(xí)區(qū)域及路線的選擇。良好的實(shí)習(xí)區(qū)域與路線是滿足工程地質(zhì)野外實(shí)踐教學(xué)要求的基礎(chǔ)。實(shí)習(xí)區(qū)域應(yīng)選擇巖石類型及地層較豐富,河流地貌及水文地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育良好,具備地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育和風(fēng)化、卸荷及邊坡變形等外動(dòng)力地質(zhì)作用發(fā)育的地帶。同時(shí)應(yīng)具備典型的水利樞紐工程以便進(jìn)行水利水電專業(yè)工程問(wèn)題的分析討論。在此基礎(chǔ)上根據(jù)地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造、河流地貌與地下水、邊坡變形及穩(wěn)定性分析、水利樞紐地質(zhì)條件及工程問(wèn)題等選擇4~5條典型路線作為教學(xué)單元。路線選擇注意地質(zhì)現(xiàn)象的典型性及易識(shí)別性等特點(diǎn),同時(shí)注意地質(zhì)現(xiàn)象與工程實(shí)踐的密切聯(lián)系。
以武漢大學(xué)為例,從20世紀(jì)50年代開(kāi)始,陸續(xù)建立了陸水實(shí)習(xí)基地、丹江口實(shí)習(xí)基地、韶山灌區(qū)實(shí)習(xí)基地等。2010年三峽工程建成后,又建立了湖北秭歸三峽庫(kù)區(qū)實(shí)習(xí)基地,選擇茅坪至鏈子崖(郭家壩)、高家溪、泗溪、副壩大壩及永船等線路進(jìn)行教學(xué)。三峽庫(kù)區(qū)具有大量典型意義的地質(zhì)露頭,同時(shí)能夠結(jié)合具體的水利工程建筑物(如大壩、副壩、高邊坡等)進(jìn)行工程地質(zhì)條件與問(wèn)題的分析。主要路線地層出露及地質(zhì)構(gòu)造較為齊全,風(fēng)化、卸荷等動(dòng)力地質(zhì)作用和河流地質(zhì)作用,以及地下水、巖溶等地質(zhì)現(xiàn)象均有出露,能夠滿足水利類專業(yè)野外工程地質(zhì)實(shí)習(xí)的要求。
(3) 野外實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)及質(zhì)量控制。整個(gè)實(shí)習(xí)期間每個(gè)教學(xué)單元要求有明確的教學(xué)內(nèi)容。總體上要求完成:①典型剖面地層野外觀察和描述,包括巖性、接觸關(guān)系、產(chǎn)狀及測(cè)量、巖漿巖和沉積巖及變質(zhì)巖小構(gòu)造觀察、風(fēng)化作用、地形圖的使用等。②河流地貌及水文地質(zhì)調(diào)查,包括河流侵蝕、堆積,河床、河漫灘及階地觀察,河谷邊坡卸荷及變形,潛水露頭,巖溶水,巖溶地貌等。③邊坡變形及穩(wěn)定性分析,包括典型卸荷拉裂體、崩塌體、滑坡體的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,變形及破壞特征,邊界條件,穩(wěn)定性影響因素及評(píng)價(jià),變形破壞成因,工程防護(hù)及治理方案等。④水利樞紐教學(xué)單元,主要側(cè)重水利樞紐主要建筑物的組成及功能,大壩、副壩、高邊坡、水工隧洞等主要工程地質(zhì)問(wèn)題分析。⑤資料整理及報(bào)告編寫(xiě),主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觀察的內(nèi)容進(jìn)行分析整理,按要求編寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告。
野外地質(zhì)實(shí)習(xí)以小組為單位進(jìn)行,實(shí)習(xí)過(guò)程要求分工明確、團(tuán)結(jié)合作,現(xiàn)場(chǎng)特別強(qiáng)調(diào)紀(jì)律和安全。實(shí)習(xí)成績(jī)?cè)u(píng)定綜合考慮思想表現(xiàn)、組織紀(jì)律、操作技能、野外紀(jì)錄、面試討論及實(shí)習(xí)報(bào)告等。
(三) 英文教學(xué)探索
1. 工程地質(zhì)英文教學(xué)意義
英語(yǔ)教學(xué)或中英文雙語(yǔ)教學(xué)是目前本科教學(xué)改革的重要內(nèi)容。基于高等學(xué)校培養(yǎng)具有國(guó)際視野和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力、面向未來(lái)的新型高素質(zhì)人才的要求,高校對(duì)主要課程實(shí)行英文教學(xué)十分必要[6]。隨著中國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)及能源等領(lǐng)域大規(guī)模工程的開(kāi)展,在相應(yīng)學(xué)科進(jìn)行學(xué)術(shù)和業(yè)務(wù)交流已是基本要求。水利行業(yè)早已走出國(guó)門(mén),承接或合作國(guó)際科研和工程項(xiàng)目。這就
求學(xué)生不僅有較高專業(yè)造詣,而且需要具備較好的英文文獻(xiàn)閱讀能力、語(yǔ)言表達(dá)和交流能力。
2. 工程地質(zhì)課程英文教學(xué)實(shí)施
(1) 選定英文教材。工程地質(zhì)英語(yǔ)教學(xué),首先應(yīng)選擇合適的英文原版教材。國(guó)外出版的工程地質(zhì)書(shū)籍較多,但適合國(guó)內(nèi)水利專業(yè)使用的工程地質(zhì)英文教材較少。這主要是國(guó)外很少有專門(mén)針對(duì)水利類的工程地質(zhì)教材,多數(shù)教材是針對(duì)工程地質(zhì)專業(yè)編寫(xiě)的。考慮到初學(xué)及課時(shí)情況,筆者建議采用tony waltham編著的《foundations of engineering geology》 (third edition)[7],這本教材包括巖石、地質(zhì)構(gòu)造、物理地質(zhì)作用、地下水、巖土力學(xué)特性、邊坡、隧洞及采空區(qū)等,內(nèi)容簡(jiǎn)潔,通俗易懂。其次,推薦f. g. bell編著的《engineering geology》(second edition)[8]作為主要參考書(shū)。這本教材內(nèi)容較全面,包括巖石、地質(zhì)構(gòu)造、物理地質(zhì)作用、地下水、巖土工程特性、地質(zhì)勘查及洞室、邊坡、壩基等內(nèi)容。在工程地質(zhì)英文教學(xué)過(guò)程,建議學(xué)生使用網(wǎng)絡(luò)資源,國(guó)外知名大學(xué)有不少工程地質(zhì)課程資料[9]可供參考,同時(shí)從《engineering geology》和《rock mechanics and rock engineering》等國(guó)際學(xué)術(shù)刊物學(xué)習(xí)有關(guān)論文及知識(shí)。由于專業(yè)需要,學(xué)生還需使用中文版的水利工程地質(zhì)教材作為對(duì)照讀物。
(2) 英文課件及教學(xué)。英語(yǔ)課堂教學(xué)主要采用多媒體方式,可提高講授速度和效率。在制作英文教學(xué)ppt時(shí),應(yīng)盡量簡(jiǎn)潔明了、圖文結(jié)合,英文一定要規(guī)范。對(duì)一些專業(yè)性強(qiáng)的知識(shí)(如專業(yè)術(shù)語(yǔ))可適當(dāng)加中文注釋。授課語(yǔ)言主要為英語(yǔ),對(duì)不易理解的內(nèi)容可用中文解釋。為了保證教學(xué)效率,要求學(xué)生課前進(jìn)行適當(dāng)預(yù)習(xí)。課堂上采取師生互動(dòng)形式,提高學(xué)生英語(yǔ)表達(dá)能力。平時(shí)作業(yè)、小測(cè)驗(yàn)及期末考核均要求采用英文進(jìn)行。授課教師自身英文必須熟練,首先是專業(yè)概念及術(shù)語(yǔ)的準(zhǔn)確表達(dá),其次是發(fā)音的準(zhǔn)確。
(四) 課程考核方式
為更好開(kāi)展工程地質(zhì)教學(xué)工作,其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)是課程考核。課程考核目的是考察學(xué)生掌握知識(shí)的情況及分析問(wèn)題的能力,科學(xué)有效的考核方式可以充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和能動(dòng)性,從而提高教學(xué)效果和質(zhì)量。目前水利工程地質(zhì)課程包括室內(nèi)教學(xué)和野外實(shí)習(xí)兩個(gè)部分,一般是獨(dú)立考核。其中室內(nèi)教學(xué)部分主要考察地質(zhì)基本知識(shí)及水利工程相關(guān)巖體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法的掌握情況,成績(jī)主要由平時(shí)作業(yè)、課堂小測(cè)驗(yàn)、專題討論及期末閉卷考試組成,要求學(xué)生以掌握地質(zhì)知識(shí)和工程問(wèn)題分析方法為主,鼓勵(lì)平時(shí)交流討論,避免考試突擊的學(xué)習(xí)方式。野外實(shí)習(xí)考核主要考察學(xué)生基本技能的掌握情況,側(cè)重考核問(wèn)題的分析理解能力,從現(xiàn)場(chǎng)主動(dòng)性、操作技能、綜合分析、面試討論、實(shí)習(xí)報(bào)告及組織紀(jì)律等方面綜合評(píng)定。
文章總結(jié)筆者多年教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及課程改革探索供高校同行參考,以期在提高水利工程地質(zhì)教學(xué)質(zhì)量,提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面發(fā)揮積極作用。
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geology for water conservancy specialty
rong guan, zhou chuangbing, chen yifeng
(school of water resources and hydropower, wuhan uni
iversity, wuhan 430072, p. r. china)
關(guān)鍵詞: 公路;邊坡;病害機(jī)理;崩塌
Key words: highway;side slope;disease mechanism;collapse
中圖分類號(hào):U213.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-4311(2013)30-0075-02
1 項(xiàng)目概況
病害路段位于古浪縣境內(nèi),G312公路K2326+600~ K2327+150處的路塹高邊坡地段,病害特征主要是道路上行一側(cè)(蘭州方向)高邊坡巖體危石崩落、巖體滑塌、巖屑溜落、小規(guī)模泥石流等,嚴(yán)重危及行車及駕駛?cè)藛T的安全。
1.1 邊坡地層巖性 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究和室內(nèi)試驗(yàn)研究,白堊系地層的工程地質(zhì)特征如下:
1.1.1 砂巖[1]:顏色以灰色、灰綠色、紫色的互層色調(diào)分布,成分以石英、長(zhǎng)石為主,中粒或粉細(xì)粒結(jié)構(gòu),薄層~中厚層構(gòu)造,鈣泥質(zhì)膠結(jié),單層厚度變化懸殊,薄層厚度僅3~5cm,中層厚度為20~50cm,厚層可達(dá)250cm。發(fā)育兩組貫通層位的構(gòu)造節(jié)理,風(fēng)化較重,厚層砂巖露頭處可見(jiàn)受節(jié)理控制的典型球狀風(fēng)化特征。紫色砂巖多為泥質(zhì)膠結(jié)的粉細(xì)粒結(jié)構(gòu),巖質(zhì)較軟,經(jīng)試驗(yàn),干燥抗壓強(qiáng)度為5.7~6.6MPa[2],灰色砂巖一般均為鈣質(zhì)或鈣泥質(zhì)膠結(jié)的中粒結(jié)構(gòu),相對(duì)層理較厚,巖質(zhì)較硬,干燥抗壓強(qiáng)度為21.8~26.3MPa。
1.1.2 砂礫巖:巖石顏色以灰綠色為主,砂粒成分主要為石英、長(zhǎng)石,礫石成分較復(fù)雜,多為變質(zhì)巖碎屑物質(zhì),礫石磨圓度較好,呈渾圓狀,分選比較均勻,粒徑絕大部分為5~8mm,個(gè)別有超過(guò)20mm粒徑的,鈣質(zhì)膠結(jié),中厚層狀成巖,露頭不多,呈夾層分布在局部,同樣受到兩組貫通狀構(gòu)造節(jié)理的切割,試驗(yàn)層的完整性遭到破壞,巖質(zhì)較硬,風(fēng)化較輕,干燥抗壓強(qiáng)度為29.6~37.2MPa。
1.1.3 泥巖[3]:顏色以紫褐色為主,灰綠色為輔,成分以粉土礦物和粘土礦物為主,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),層里構(gòu)造,多以中后層狀產(chǎn)出,偶見(jiàn)極薄層泥質(zhì)粉砂巖夾層。泥巖風(fēng)化剝離嚴(yán)重,表面多成破裂狀粒塊溜落,使坡面形成凹槽,其工程地質(zhì)性質(zhì)具有遇水膨脹,崩解泥化,脫水干裂的特征,經(jīng)試驗(yàn),干燥抗壓強(qiáng)度為20.8~32.1MPa。
1.2 邊坡地質(zhì)構(gòu)造 本段路塹通過(guò)區(qū)主要是白堊系地層,為一套灰色、灰綠色、紫色、紫褐色的砂巖、泥巖、砂礫巖及含礫砂巖互層[4],屬陸相湖盆及山間凹地沉積,后期受造山運(yùn)動(dòng)的影響,巖層呈較高角度向南傾斜,產(chǎn)狀約為195°∠48°~56°,發(fā)育兩組構(gòu)造節(jié)理,將巖體切割成大小不等的巖塊狀,產(chǎn)狀分別為110°∠37°和260°∠78°,節(jié)理面較平直光滑,呈半閉合狀。地表覆蓋厚度不足0.5m的植被土層。
1.3 水文地質(zhì)特征 本工程處于溝谷半坡地帶,道路下方即為十八里堡水庫(kù),水庫(kù)蓄水對(duì)路基未見(jiàn)有影響,邊坡處未見(jiàn)地下水露頭,漸漸漿砌片石護(hù)坡有幾處泛濕外擠現(xiàn)象,與上方坡面防護(hù)層破損和排水系統(tǒng)失效有關(guān)。經(jīng)調(diào)查推測(cè),地下水類型應(yīng)是基巖層間裂隙水,地下水補(bǔ)給主要為大氣降水滲入補(bǔ)給,本區(qū)多年均降水量為177.1mm,近于垂直的密集型巖層層面裂隙是接受降水入滲的通道,下方溝谷應(yīng)是地下水的排泄場(chǎng)所和交替循環(huán)場(chǎng)所。
2 邊坡病害成因分析
2.1 砂巖崩塌落石 病害地段巖層走向幾乎與坡面展布方向垂直,使巖體的危石存在率增加,同時(shí),中~厚層狀砂巖受到兩組構(gòu)造機(jī)理的切割,使巖體的整體性遭到破壞,穩(wěn)定性變差,危石產(chǎn)生的幾率進(jìn)一步增加,另外,受互層關(guān)系泥巖風(fēng)化剝蝕作用[5]的影響,泥巖坡面流落形成的凹槽,加劇了砂巖臨空面的擴(kuò)大。邊坡砂巖在失穩(wěn)狀態(tài)下時(shí)常發(fā)生順層滑塌或者崩塌,滑塌巖體沖毀防護(hù)網(wǎng),直接落入路面,崩塌巖塊在坡面跳躍下落,或被攔石網(wǎng)擋攔在平臺(tái)處,或越過(guò)攔石網(wǎng)落到道路路面上,嚴(yán)重危及道路行車安全。落石大者近1m3,一般為50cm×30cm×25cm,小者為10cm×10cm×8cm(見(jiàn)圖1)。
2.2 泥巖膨脹崩解 白堊系地層的泥巖受沉積環(huán)境及干旱氣候條件的共同影響,普遍含有可融鹽的成分,以及粘土礦物的某些特殊物理性質(zhì),致使泥巖遇水膨脹、崩解、脫水干裂、溜塌等嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象。泥巖的這種復(fù)雜的水理特征,破壞了坡面的完整性[6],加劇了泥巖露頭處的凹槽及沖溝的形成,進(jìn)而加劇中厚層砂巖大規(guī)模順層滑塌[7]的可能性。膨脹性破壞了坡面人工防護(hù)工程,造成噴射混凝土層鼓包、破裂、滑落,漿砌片石護(hù)體外擠坍塌、排水溝鼓起、掏空等現(xiàn)象。崩解性形成的巖屑、巖塊散步坡面,碎石滑溜到坡體平臺(tái),填塞排水溝,當(dāng)遇到降雨,坡體產(chǎn)生滑塌,或形成泥石流流入道路,影響車輛正常的安全行駛(見(jiàn)圖2)。
3 數(shù)值分析
GDEM基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的離散元方法(CDEM),可以實(shí)現(xiàn)邊坡從連續(xù)變形到破裂運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程模擬。
3.1 穩(wěn)定性分析
結(jié)合邊坡y方向位移云圖和不平衡率時(shí)程曲線可以得出邊坡自重作用下y方向最大位移為-4mm、邊坡的不平衡率隨時(shí)間發(fā)展逐漸趨近于零,這表明僅在自重作用下邊坡足夠安全不會(huì)發(fā)生滑移。
3.2 破壞變形模式
從圖5(a)、(b)、(c)、(d)過(guò)程可以看出考慮節(jié)理因素,GDEM數(shù)值模擬時(shí)定義局部阻尼系數(shù)為0.001時(shí)本段路塹邊坡破壞變形[8]為滑塌破壞,這與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果相符。
4 結(jié)論
本文對(duì)公路沿線區(qū)域地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了調(diào)查研究,分析歸納了邊坡崩塌落石的形成條件、影響因素。采用可以從連續(xù)變形到破裂運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程模擬的GDEM軟件研究了邊坡的穩(wěn)定性和極限破壞變形模式。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)G312公路K2326+600~K2327+150處的路塹高邊坡地段病害特征主要是危石崩落、巖體滑塌、巖屑溜落。沿線區(qū)域的地形地貌、邊坡地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造是形成病害的主要原因,線路附近的十八里水庫(kù)也促使了崩塌災(zāi)害的形成。邊坡潛在的破壞變形模式為大規(guī)模的滑塌。
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0、引言
淮海地區(qū)位于魯南丘陵與蘇北平原交匯的殘丘平原上, 其地貌為侵蝕平原, 根據(jù)多年實(shí)際勘察了解, 除殘丘外, 平原區(qū)第四系地層的上部廣泛沉積了巧軟土, 一般多為土質(zhì)松軟、飽和、高壓縮性、工程性質(zhì)較差的粉砂、粉土或淤泥質(zhì)軟粘土等。筆者通過(guò)收集大量資料, 對(duì)飽和粉土的工程地質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行了分析總結(jié)。
1、粉土的分布與成因
統(tǒng)觀淮海的地貌形態(tài), 四周被低山、丘陵所環(huán)抱, 中間低平。從地質(zhì)成因方面分析, 本地區(qū)在第四紀(jì)全新世有沐水、泅水泛濫, 后有黃河沖積, 形成了泛濫沖積平原及沖積垅狀高地。
淮海地區(qū)泛濫沖積平原分布較廣, 標(biāo)高一, 地勢(shì)平坦, 從北西向南東微斜, 坡降很小, 表層為第四系全新統(tǒng)泛濫沖積粉土。沖積垅狀高地即廢黃河高漫灘, 分布于黃河故道兩側(cè), 自北西向南東穿越市區(qū), 由黃河帶來(lái)的粉砂、粉土堆積而成, 標(biāo)高一。兩側(cè)形成天然壩堤, 高出泛濫沖積平原一。
2、粉土的指標(biāo)及相應(yīng)的工程地質(zhì)特征
據(jù)GB50021 - 2001 及GB50007 - 2002 規(guī)范,粉土定義為塑性指數(shù)≤10 且粒徑>0. 075mm 的顆粒含量不超過(guò)全重50 %的土體。由砂粒、粉粒、粘粒組成。論文格式。粉土以塑性指數(shù)IP ≤10 為下限與粘性土分界;以粒徑> 0. 075mm 的粒組含量不超過(guò)全重50 %為上限區(qū)別于砂土。這類土呈現(xiàn)的特征主要是粉粒所具有的特征,是介于砂土與粘性土之間的一類特殊土。因粉土的顆粒較粘性土大,故其粒間聯(lián)結(jié)較弱。粉土有接近砂土及粘性土的雙重特性,這主要是因?yàn)榉弁良群猩傲S趾姓沉3煞莸木壒省?shí)踐中證明:當(dāng)粉土中的砂粒含量較高時(shí),其特征與砂土相似;當(dāng)粘粒成份含量較高時(shí),粉土表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)則與粘性土接近,故有條件時(shí)我們可據(jù)粉土中顆粒的級(jí)配情況將之劃分為砂質(zhì)粘土(粒徑< 0. 005mm 的顆粒含量不超過(guò)全重的10 %) 及粘質(zhì)粉土(粒徑< 0. 005mm 的顆粒含量超過(guò)全重的10 %) 。論文格式。 粉土中水與土顆粒表面的作用發(fā)生了質(zhì)的變化,明顯地與粘性土和砂土不同:因粘性土存在結(jié)合水,它與礦物顆粘表面的物理化學(xué)作用以及其自身結(jié)合水的變化,對(duì)粘性土的性質(zhì)影響極大,形成了流塑—軟塑—可塑—硬塑—堅(jiān)硬等不同的土體狀態(tài)。而砂土孔隙中存在的是自由水,水的存在與否幾乎對(duì)砂土土性無(wú)多大影響,而粉土中水與顆粒間的毛細(xì)作用占較大的優(yōu)勢(shì)。據(jù)研究,淮海地區(qū)粉土在不飽水狀態(tài)下有一定的強(qiáng)度及硬實(shí)性,在飽水狀態(tài)下則易散化與結(jié)構(gòu)軟化,致使強(qiáng)度降低、壓縮性增大。粉土在失水狀態(tài)下具有迅速的孔隙水壓消散過(guò)程,主固結(jié)完成很快,因而伴隨明顯的強(qiáng)度增大。
通過(guò)廣泛搜集資料,統(tǒng)計(jì)出淮海地區(qū)范圍內(nèi)含水量和孔隙比統(tǒng)計(jì)頻數(shù)圖如圖1、圖2所示。
圖含水統(tǒng)計(jì)頻數(shù)圖
從表、圖1及圖2可看出天然飽和粉土的含水量、孔隙比等土工參數(shù)指標(biāo)的變化范圍較大,說(shuō)明飽和粉土在全區(qū)分布范圍內(nèi),其工程地質(zhì)性質(zhì)不均含水量較高、孔隙比較大, 中等壓縮性說(shuō)明其工程地質(zhì)性質(zhì)較差。
3、粉土液化強(qiáng)度
下圖為典型的粉土液化試驗(yàn)記錄曲線。(取淮海區(qū)粉土試樣)。將不同循環(huán)應(yīng)力σd 條件下粉土液化時(shí)的循環(huán)次數(shù) 與動(dòng)剪應(yīng)力比σd /2σ′在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)系作圖,可以得到液化強(qiáng)度曲線。圖3為不同密度狀態(tài)條件下的液化強(qiáng)度曲線,從圖1中可以看出對(duì)于重塑粉土試樣,密實(shí)度是影響抗液化強(qiáng)度的一個(gè)重要因素,隨粉土干密的增大,抗液化能力增強(qiáng)。圖2為不同細(xì)粒含量下液化強(qiáng)度曲線。從圖中可以看出,當(dāng)細(xì)粒含量從80%減少到55% ,土樣的抗液化阻力也隨之減小。但是細(xì)粒含量為45%的土樣的抗液化阻力卻稍大于細(xì)粒含量為55%的土樣,這表明當(dāng)粉土中細(xì)粒為55%時(shí),抗液化強(qiáng)度接近最低。在圖2中,細(xì)粒含量為45%和55%的土樣的液化強(qiáng)度曲線幾乎重合,根據(jù)的粉土中細(xì)粒含量對(duì)液化強(qiáng)度的影響作用存在分界點(diǎn)的概念,可以推斷本區(qū)試驗(yàn)所用的土樣,當(dāng)細(xì)粒含量在50%左右時(shí)抗液化強(qiáng)度最低,當(dāng)細(xì)粒含量小于50% ,土樣的抗液化強(qiáng)度將隨著細(xì)粒含量的減小而增大。細(xì)粒含量為50%也相當(dāng)于平均粒徑大約等于0. 074 mm。
圖1 不同干密度粉土抗液化強(qiáng)度曲線 圖2 不同細(xì)粒含量土樣抗液化強(qiáng)度曲線
4、粉土液化分析
筆者認(rèn)為,在P c 小于9%時(shí), 粘粒分布在粉粒周圍以點(diǎn)接觸式膠結(jié)著粉粒。在力的作用下, 粉粒沿粘粒發(fā)生滑移。此時(shí), 粘粒起了以為主的作用, 動(dòng)剪應(yīng)力比隨粘粒含量的增加而減少; 當(dāng)粘粒含量大于9% 時(shí), 粉粒周圍有足夠厚的粘粒層, 此時(shí)的粘粒不但膠結(jié)粉粒, 也有自身固結(jié)的作用。隨著粘粒含量和時(shí)間的增加, 粘粒對(duì)粉土顆粒的膠結(jié)和自身結(jié)構(gòu)調(diào)整作用也將增強(qiáng), 此時(shí)粘粒主要起穩(wěn)定、鑲嵌粉粒的作用。所以, 隨粘粒含量的增加而動(dòng)剪應(yīng)力比也逐漸增大。無(wú)論那組干重度下, 粘粒含量P c= 9% 抗液化強(qiáng)度最低。通過(guò)一些試驗(yàn)及分析得出:粉土中所含粘粒量是影響其液化的重要因素。論文格式。通過(guò)對(duì)本區(qū)含天然粘粒的粉土進(jìn)行實(shí)驗(yàn),動(dòng)剪應(yīng)力比在P c= 9% 時(shí)最低, 并且曲線呈向上開(kāi)口的拋物線型;粉土中無(wú)論粘粒含量如何, 都有隨干重度增大抗液化強(qiáng)度增強(qiáng)的規(guī)律, 即干重度愈大,土的抗液化強(qiáng)度愈高, 反之, 抗液化強(qiáng)度降低。
5、小結(jié)
由于飽和粉土工程地質(zhì)特性的變化范圍較大,在巖土工程勘察時(shí), 應(yīng)針對(duì)具體工程項(xiàng)目,
對(duì)飽和粉土地基進(jìn)行更詳細(xì)更具體的分析研究。本文對(duì)淮海區(qū)的粉土進(jìn)行了一定的實(shí)驗(yàn)分析和討論,研究了干密度、細(xì)粒含量對(duì)粉土的抗液化強(qiáng)度的影響。分析發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的粉土的抗液化強(qiáng)度并不是隨細(xì)粒含量的變化而單調(diào)變化,而是當(dāng)粉土中細(xì)粒含量達(dá)到某一定量時(shí),粉土的抗液化強(qiáng)度將達(dá)到最低點(diǎn)。淮海區(qū)的粉土有粘性粉土及砂質(zhì)粉土之分。水在粉土中影響較大,不飽和水狀態(tài)有一定的強(qiáng)度和硬實(shí)性,飽和水后易散化,力學(xué)強(qiáng)度大幅下降等。
參考文獻(xiàn):
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【4】(李志毅、楊裕云 工程地質(zhì)學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版1994年10月)
中圖分類號(hào):TU936 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-914X(2014)35-0136-01
在二十一世紀(jì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面發(fā)展的今天,國(guó)家正在大力推城鎮(zhèn)化和新農(nóng)村建設(shè),讓山區(qū)的公路建設(shè)迎來(lái)了重大的發(fā)展機(jī)遇,盡管在山區(qū)公路建設(shè)時(shí)會(huì)提前進(jìn)行選址和優(yōu)化,同時(shí)也會(huì)對(duì)公路滑坡進(jìn)行預(yù)測(cè)和考慮,但是,在進(jìn)行工程建設(shè)施工中,還是出現(xiàn)了許許多多的滑坡現(xiàn)象,而對(duì)這些滑坡的原因進(jìn)行分析可以看出,大部分都是因?yàn)樵诮ㄔO(shè)施工的過(guò)程中破壞了山體原有的穩(wěn)定性造成的,因?yàn)椋坏┏霈F(xiàn)滑坡,要延緩工期,增加工程造價(jià),如何有效的解決山區(qū)公路滑坡是一個(gè)重大的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,如何快速有效的解決公路滑坡已經(jīng)是施工人員和施工單位面臨的重大技術(shù)難題之一。在當(dāng)前的滑坡治理方案中,抗滑樁是應(yīng)用的最為廣泛,治理效果被普遍認(rèn)為最好的一種治理山區(qū)公路滑坡的有效方式之一。該治理方式特別的適用于流速性強(qiáng)的公路滑坡。下面將以西部地區(qū)一公路位列,對(duì)如何治理公路滑坡進(jìn)行綜合分析。
一、工程概況
該山區(qū)公路處于西部地區(qū),地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜,巖石碎體較多,地質(zhì)變形嚴(yán)重,受制于地質(zhì)條件的影響,施工工期較長(zhǎng),部分滑坡治理效果不理想等多種因素的影響,最終在常年積累下,形成了山體滑坡,該滑坡位于下部地區(qū)一經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū),并且是屬于挖方路基。該山區(qū)公路的斜面高度在一百五十米以上,而斜坡的角度達(dá)到了六十度以上,在地下水以及常年降水的雙重影響下,該山區(qū)公路出現(xiàn)了多次的特大規(guī)模的山體滑坡。公路檢修和維護(hù)部門(mén)采取了削坡以及構(gòu)建擋土墻等諸多處理方式進(jìn)行治理,但是最后的無(wú)濟(jì)于事,沒(méi)有得到有效的治理,該問(wèn)題始終存在,對(duì)過(guò)往的車輛以及行人的安全帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。
根據(jù)對(duì)該地段進(jìn)行實(shí)地考察,翻閱相關(guān)的參考文獻(xiàn)得出:下伏同向緩傾以及上腹殘積層兩種巖石構(gòu)成,并且是節(jié)理發(fā)育,巖石層的厚度在兩米上下不等,每一層之間的隔著一定厚度的土,其破體的結(jié)構(gòu)大致可以分為下面幾種,坡積碎石土層,厚度大約在一米上下,強(qiáng)風(fēng)化巖層,其厚度大約在二到十米不等,中風(fēng)化巖層也整個(gè)地形的外表有一些少量的外露。其滑動(dòng)的主要層面就是表層以及中層,其中主要以巖石夾雜泥土為主,并且是受雨水累計(jì)和子流水長(zhǎng)期作用力的影響。
二、滑坡出現(xiàn)的原因
由于在山區(qū)公路建設(shè)時(shí),通常是最先挖掘地基,而挖掘地基通常都是最先從路基的底部開(kāi)始挖掘,這樣一來(lái),就形成了高陡的垂直坡面,最終造成破體的下部根基被挖空,承受能力受到嚴(yán)重威脅,在雨水的沖刷以及在山體水分的影響下,進(jìn)而產(chǎn)生了底部小幅度滑坡,然后再慢慢的變成了整體的大規(guī)模山體滑坡。
三、滑坡產(chǎn)生的機(jī)理
根據(jù)對(duì)該滑坡的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察,分析出該滑坡的性質(zhì)以及主要現(xiàn)狀,最終總結(jié)出產(chǎn)生該滑坡的主要原因有以下幾點(diǎn):(1)不科學(xué)的工程地質(zhì)是其主要原因,在對(duì)滑坡的清理過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)該滑坡的路線走向以及巖層形狀大約在四十五度上下,同時(shí)更接近于層狀巖,節(jié)理也十分的密集,巖石破碎程度較大,大氣降水等都流入其中,形成了強(qiáng)大的膨脹力,進(jìn)而降低了滑動(dòng)面的摩擦力,最終造成了滑坡的出現(xiàn)。(2)出現(xiàn)滑坡的另一個(gè)主要原因就是在建設(shè)公路時(shí),山體的路基遭受到了嚴(yán)重的破壞,將山體的底部挖空后,其支撐力和穩(wěn)定性的急劇減弱,最后造成山體滑坡,該原因?yàn)樯襟w滑坡提供了強(qiáng)大的動(dòng)力。
四、治理滑坡的方案
治理工作組首先對(duì)滑坡的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了多次的實(shí)地考察和分析,組織了一直由設(shè)計(jì)單位、施工單位、地質(zhì)勘察人員、監(jiān)理單位等多個(gè)部門(mén)組成的聯(lián)合工作組進(jìn)行探討分析,根據(jù)該滑坡的地質(zhì)條件、造成原因、滑坡量、滑坡高度、穩(wěn)定性等多種未來(lái)可以遇見(jiàn)的趨勢(shì)進(jìn)行分析,最后決定采取以下的措施進(jìn)行治理:(1)筋混凝土抗滑樁處理措施。在前緣的坡腳小,根據(jù)滑坡的大體量程,近距離的設(shè)計(jì)抗滑樁對(duì)滑坡的物體進(jìn)行控制。(2)對(duì)坡面進(jìn)行斜載,降低整個(gè)滑坡的能量。對(duì)于已經(jīng)較為松散的表皮坡面,采用人工和機(jī)器的形式進(jìn)行全面的清理,將其全部清理掉。(3)完善和增設(shè)排水設(shè)施。該路段發(fā)生滑坡的重要原因之一就是山體的水分太多,因此,針對(duì)這一情況,完善好排水設(shè)施,進(jìn)行充分的排水是一項(xiàng)重要的治理方案。在整個(gè)山體的上方設(shè)立一條橫向的水流溝,保障其上部的水流不向下流,這一減少了上部水量對(duì)下部的影響,然后再根據(jù)情況,從上部向下部設(shè)計(jì)垂直的水溝,將其分成多個(gè)排水區(qū)域。這樣才能有效的保障整個(gè)邊坡的穩(wěn)定性。
五、總結(jié)
在經(jīng)濟(jì)總量已經(jīng)成為全球第二大經(jīng)濟(jì)體的今天,國(guó)內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)建設(shè)正在以快速的步伐前進(jìn),建設(shè)山區(qū)公路一方面拉動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,另一方面也完善了農(nóng)村、山區(qū)的出行交通,改善了農(nóng)村面貌,是一項(xiàng)極為重要的工程。因此,在建設(shè)山區(qū)公路的過(guò)程中,應(yīng)當(dāng)對(duì)該路段的地質(zhì)情況地理環(huán)境等進(jìn)行全面的考察和分析,讓整個(gè)公路建設(shè)具備科學(xué)性。其別需要注意的是,面對(duì)容易發(fā)生上體滑坡的路段時(shí),應(yīng)當(dāng)根據(jù)路段特點(diǎn),設(shè)立好排水系統(tǒng),在挖掘路基時(shí)注意保護(hù)山體自身的穩(wěn)定性,盡量減少滑坡的處理,如果出現(xiàn)了滑坡,那么應(yīng)當(dāng)及時(shí)有效的采取諸如抗滑樁的治理方法進(jìn)行科學(xué)治理。進(jìn)而切實(shí)的推動(dòng)山區(qū)公路建設(shè)邁向一個(gè)更高的臺(tái)階。
參考文獻(xiàn)
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第一,實(shí)驗(yàn)標(biāo)本。工程地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的工程地質(zhì)實(shí)驗(yàn)用標(biāo)本主要有主要造巖礦物標(biāo)本、常見(jiàn)三大類巖石標(biāo)本和各類地質(zhì)模型標(biāo)本。主要造巖礦物標(biāo)本包括石英、方解石、正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、角閃石、輝石等礦物標(biāo)本。常見(jiàn)三大類巖石標(biāo)本包括石英砂巖、頁(yè)巖、泥巖、鮞狀石灰?guī)r、白云巖等沉積巖標(biāo)本;流紋巖、安山巖、輝長(zhǎng)巖、花崗巖、玄武巖等巖漿巖標(biāo)本;片麻巖、大理巖、千枚巖、蛇紋巖等變質(zhì)巖標(biāo)本。各類地質(zhì)模型標(biāo)本包括褶皺、斷層、巖漿噴發(fā)、地球內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)等模型。第二,實(shí)驗(yàn)器材。現(xiàn)有工程地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室主要儀器設(shè)備包括三聯(lián)高壓固結(jié)儀、膨脹儀、液限、塑限聯(lián)合測(cè)定儀、應(yīng)變控制式直剪儀、孔隙壓力儀等儀器;可進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括土的顆粒分析實(shí)驗(yàn)、含水率實(shí)驗(yàn)、直接剪切實(shí)驗(yàn)、膨脹實(shí)驗(yàn)、土的密度、土的液限、塑限測(cè)定實(shí)驗(yàn)等。
2實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析
本校工程地質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源較為豐富,應(yīng)充分合理地應(yīng)用,各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)合理安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間。對(duì)于土木工程專業(yè)而言,由于課時(shí)量的壓縮,需要在有限的課時(shí)內(nèi)完成各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是有挑戰(zhàn)性的,既要保證完成各項(xiàng)內(nèi)容,又要盡可能提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性,激發(fā)對(duì)工程地質(zhì)課程的學(xué)習(xí)熱情。以三大類巖石的認(rèn)識(shí)與鑒定為例,分析現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)概況。實(shí)驗(yàn)室的巖石標(biāo)本總計(jì)約150多種,學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn),每組安排6~8人。指導(dǎo)教師首先講解實(shí)驗(yàn)的方法和步驟,以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題,然后選取部分實(shí)驗(yàn)標(biāo)本做示范,并要求學(xué)生做好筆記,最后提出本次實(shí)驗(yàn)的要求,實(shí)驗(yàn)當(dāng)堂完成。講解完,學(xué)生即可進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生的提問(wèn),或講解,或示范。總體來(lái)看,即使有的教師也做一些啟發(fā)式的教學(xué)安排,但學(xué)生的主動(dòng)探索意愿不強(qiáng),導(dǎo)致教學(xué)效果一般,往往只有少數(shù)學(xué)生和教師互動(dòng)。實(shí)際上,室內(nèi)實(shí)踐具有外擾性小、學(xué)生集中的特點(diǎn),指導(dǎo)教師應(yīng)充分利用這一特點(diǎn),提高學(xué)生的探索能力和實(shí)踐動(dòng)手能力,提高學(xué)習(xí)效率。
3實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法探討
實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為課程的重要環(huán)節(jié),如何有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情以及對(duì)專業(yè)知識(shí)的有效掌握是一個(gè)值得我們思考的問(wèn)題。筆者結(jié)合近年來(lái)本校區(qū)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀以及教學(xué)經(jīng)驗(yàn),從四個(gè)方面探討工程地質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。
第一,室內(nèi)室外相結(jié)合。以室內(nèi)三大類巖石的認(rèn)識(shí)與鑒定為例,傳統(tǒng)的教學(xué)步驟為:首先教師講解部分巖石標(biāo)本,然后學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),最后總結(jié)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)標(biāo)本是統(tǒng)一采購(gòu)的,既標(biāo)準(zhǔn)又齊全,但同時(shí)也讓人記不住這么多的標(biāo)本。為了提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力,可適當(dāng)安排課時(shí)量與野外實(shí)際看到的巖石進(jìn)行對(duì)比觀察。比如可以拿著實(shí)驗(yàn)室輝綠玢巖的標(biāo)本到紅門(mén)附近與由輝綠玢巖組成的巖體進(jìn)行對(duì)比觀察;可拿著實(shí)驗(yàn)室閃長(zhǎng)巖標(biāo)本和普照寺的閃長(zhǎng)巖巖體進(jìn)行對(duì)比觀察。學(xué)生看到了實(shí)際巖石的樣子,既加深了對(duì)巖石認(rèn)識(shí)的印象,又提高了學(xué)習(xí)的熱情,同時(shí)提高了巖石鑒定實(shí)踐應(yīng)用能力。由于在一個(gè)地方巖石種類較少,因此,要合理規(guī)劃實(shí)習(xí)地點(diǎn)和實(shí)習(xí)時(shí)間,盡可能多地將室內(nèi)和室外結(jié)合起來(lái)。
第二,建立地質(zhì)災(zāi)害模擬實(shí)驗(yàn)室。像泥石流、崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的課程內(nèi)容講解一般以文字?jǐn)⑹龊蛯?shí)例講解為主,學(xué)生印象不深。而且,外出實(shí)習(xí)時(shí)一般看到的已是結(jié)果,看不到過(guò)程。有些教師輔以視頻講解,這一點(diǎn)非常好。然而,為了給學(xué)生留下更加深刻的印象,建議可建立地質(zhì)災(zāi)害模擬實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室里,一是視頻演示,各種實(shí)例演示,或者已做好的各種模擬視頻演示均可;二是實(shí)材演示,相對(duì)難度較大,可采用各類巖塊、沙子以及土類等,模擬泥石流、崩塌等的發(fā)生,甚至在設(shè)計(jì)可讓學(xué)生也參與操作,則實(shí)驗(yàn)效果更好,印象更加深刻,不僅能激發(fā)學(xué)生探究其發(fā)生的機(jī)理,還提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。
第三,建立開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)由于受課時(shí)量的限制,不能滿足優(yōu)秀學(xué)生的探索需求。這部分學(xué)生具有較強(qiáng)的自主探索能力,有較強(qiáng)的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣,作為學(xué)科設(shè)置的配套,實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該給他們提供自主發(fā)揮的空間,更加有效地提高他們的創(chuàng)新能力。因此,建議建立開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生可找教師參與指導(dǎo),也可自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。比如,要研究某地區(qū)土的膨脹性,就需做膨脹實(shí)驗(yàn)。有些膨脹實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間較長(zhǎng),這種探索既能鍛煉學(xué)生吃苦耐勞的精神,又能促其認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)中時(shí)間安排的合理性和重要性。同時(shí),在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,指導(dǎo)教師可做必要的學(xué)術(shù)引導(dǎo),初步培養(yǎng)學(xué)生的科技論文寫(xiě)作能力,激發(fā)學(xué)術(shù)探索的熱情。
第四,注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程考核方式。現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)考核方式一般都是以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主。由于是分組實(shí)驗(yàn),每組中的報(bào)告差別不大,但在每組中總是有學(xué)生積極主動(dòng)地做實(shí)驗(yàn),起到了良好的帶頭作用。因此,指導(dǎo)教師需要注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程的考核。對(duì)那些表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生加以鼓勵(lì),并做好記錄,同時(shí)對(duì)不認(rèn)真的學(xué)生加以督促,從而促進(jìn)全班學(xué)生的共同進(jìn)步。注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程的考核方式可有效避免僅靠實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為考核方式的單一性,讓所有學(xué)生都積極參與其中,以培養(yǎng)良好的學(xué)風(fēng)。第五,其他。為了進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,指導(dǎo)教師還應(yīng)對(duì)本部門(mén)的新進(jìn)儀器設(shè)備快速熟悉,讓它盡早地在教學(xué)中發(fā)揮作用。例如,本部門(mén)為提升教學(xué)效果新進(jìn)了一批實(shí)驗(yàn)設(shè)備,包括YTZ1礦用本安型地震儀、YCS160礦用本安型瞬變電磁儀等。指導(dǎo)教師應(yīng)充分利用這些有利資源,讓學(xué)生實(shí)際操作這些儀器,提升他們的實(shí)踐動(dòng)手能力。例如,在使用瞬變電磁儀時(shí),學(xué)生發(fā)現(xiàn)線圈較硬、裝線圈的紙箱較軟、不易存放,就從線圈的材質(zhì)以及包裝盒的設(shè)計(jì)等方面提出了多種改進(jìn)方案。這既鍛煉了學(xué)生的思維方式,又進(jìn)一步提升了他們的創(chuàng)新能力,提高了對(duì)專業(yè)知識(shí)獲取的積極性。
中圖分類號(hào):P642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):16721683(2013)05008605
地裂縫是一種漸進(jìn)型地質(zhì)災(zāi)害,在世界上很多國(guó)家和地區(qū)都有發(fā)育,國(guó)外如美國(guó)、墨西哥、日本等國(guó),國(guó)內(nèi)如西安、大同、蘇州、無(wú)錫、常州、衡水、邢臺(tái)、北京等地區(qū)。由于地裂縫兩側(cè)地質(zhì)體發(fā)生相對(duì)差異沉降和水平方向錯(cuò)動(dòng)與拉張,使得地裂縫所到之處地下設(shè)施遭受嚴(yán)重破壞,地表建筑物失穩(wěn)、道路破裂,不僅嚴(yán)重影響城市規(guī)劃建設(shè),有時(shí)也給人民生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅[18]。
在地裂縫研究中,確定地裂縫影響寬度、預(yù)測(cè)地裂縫活動(dòng)趨勢(shì)和活動(dòng)量預(yù)測(cè)是亟待解決的重要問(wèn)題,是制定合理的地裂縫防治措施的前提工作。這些問(wèn)題直接關(guān)系到避讓帶寬度的設(shè)置、工程結(jié)構(gòu)形式的選擇、城市規(guī)劃建設(shè)和建設(shè)工程安全。對(duì)于不可避免的跨地裂縫帶建筑物,如果實(shí)際避讓距離和實(shí)際錯(cuò)動(dòng)量超過(guò)了預(yù)留避讓寬度和預(yù)留位移量,造成的社會(huì)影響及經(jīng)濟(jì)損失難以估量。
利用模型模擬地裂縫是地裂縫研究重要的發(fā)展趨勢(shì)[911]。近年來(lái),長(zhǎng)安大學(xué)在這方面已開(kāi)展了卓有成效的工作,并取得了一些重要成果。本文采用FLAC3D軟件對(duì)北京地區(qū)目前發(fā)育最強(qiáng)烈的高麗營(yíng)地裂縫進(jìn)行模擬研究。
FLAC3D可以模擬巖土或其它材料的三維力學(xué)行為,被廣泛的應(yīng)用在邊坡穩(wěn)定性分析、隧道圍巖穩(wěn)定性分析和工程地質(zhì)數(shù)值分析等研究中,并且取得了行業(yè)內(nèi)的普遍認(rèn)可。
1高麗營(yíng)地裂縫概況
高麗營(yíng)地裂縫最早發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)90年代,地裂縫走向大致呈NE45°-60°,與黃莊-高麗營(yíng)斷裂相一致,由西王路村向北東延伸到北京北六環(huán)以外,向西南經(jīng)唐自頭村穿越京承高速公路,沿華都肉雞場(chǎng)、土溝村、北七家衛(wèi)生院、普羅旺斯別墅區(qū)、八仙別墅小區(qū)延展(圖1),長(zhǎng)度約6 km,裂縫寬度一般幾毫米至十幾毫米不等,最大200 mm。地裂縫兩側(cè)地面明顯差異,呈西北高、東南低狀態(tài),主要表現(xiàn)為地面塌陷、墻體開(kāi)裂、地表變形[2,5]。
賈三滿等[2]認(rèn)為高麗營(yíng)地裂縫為復(fù)合型地裂縫,地裂縫受黃莊-高麗營(yíng)斷裂的控制,是黃莊-高麗營(yíng)斷裂的地表跡線,是基底斷裂活動(dòng)在地表淺部的延伸,地裂縫與下部構(gòu)造斷裂面呈明顯的重接復(fù)合關(guān)系,地裂縫形成是斷裂蠕滑變形與地下水下降引起的地面差異沉降共同作用的結(jié)果。
2研究區(qū)地層
研究區(qū)內(nèi)屬于溫榆河沖洪積扇平原區(qū),南側(cè)有溫榆河通過(guò),總體地勢(shì)為北高南低。溫榆河?xùn)|北側(cè)地塊地面高程2663~36.87 m,溫榆河西南側(cè)地塊地面高程為25.92~3390 m,河床高程約25.0 m,河面寬約200 m。地表均被第四系地層覆蓋,沉積物成因類型較簡(jiǎn)單,以河流的沖積物為主體。地裂縫兩側(cè)地層以收集的地?zé)徙@孔資料為基礎(chǔ),進(jìn)行了簡(jiǎn)化,見(jiàn)表1。表中的物理力學(xué)指標(biāo)為各地層巖組的平均估計(jì)值。
3數(shù)值模擬方案
根據(jù)研究區(qū)的水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件,以及地裂縫的影響因素。計(jì)算模型以黃莊高麗營(yíng)斷裂(地裂縫)為縱軸,長(zhǎng)度取3 500 m,在橫向以縱軸為基準(zhǔn)軸線,下盤(pán)側(cè)取1 000 m,上盤(pán)側(cè)取1 800 m,即模型寬2 800 m,地面標(biāo)高北部為35 m,南部為29 m,上盤(pán)(東南側(cè))基巖面標(biāo)高取-1 084 m,下盤(pán)(西北側(cè))基巖面標(biāo)高取-429 m。斷裂帶(地裂縫)寬度暫取10 m。數(shù)值模擬的斷裂帶傾角取76°(圖2)。
4數(shù)值模擬結(jié)果分析
4.1構(gòu)造應(yīng)力作用下地裂縫的發(fā)展及其影響
篇幅所限,只選擇基巖斷塊垂直錯(cuò)動(dòng)0.2 m和5 m時(shí)的模擬結(jié)果進(jìn)行分析。
當(dāng)基巖斷塊垂直錯(cuò)動(dòng)0.2 m時(shí),垂直沉降分布見(jiàn)圖3,水平位移分布見(jiàn)圖4,最大主應(yīng)力分布見(jiàn)圖5,最小主應(yīng)力分布見(jiàn)圖6。
當(dāng)基巖斷塊垂直錯(cuò)動(dòng)5 m時(shí),垂直沉降分布見(jiàn)圖7,水平位移分布見(jiàn)圖8。
在研究區(qū)域垂直于地裂縫軸線,選擇河流北側(cè)600 m測(cè)線,得到測(cè)線上的地表沉降、水平位移分布對(duì)比曲線(見(jiàn)圖9、圖10)。可以看出,地裂縫兩側(cè)存在明顯的差異沉降,在剖面上呈現(xiàn)“牽引撓曲”現(xiàn)象;研究區(qū)地表沉降和水平位移隨著基巖斷塊的垂直錯(cuò)動(dòng)距離增大而增大。
根據(jù)地表相近兩點(diǎn)的差異沉降與距離,計(jì)算測(cè)線斷面的各部位的地表(地基)平均傾斜值,見(jiàn)表2。計(jì)算表明,當(dāng)基巖斷塊垂直錯(cuò)動(dòng)0.2 m時(shí),地表(地基)平均傾斜值大于2‰的區(qū)域幾乎不存在;當(dāng)基巖斷塊垂直錯(cuò)動(dòng)0.5 m時(shí),地表(地基)平均傾斜值大于2‰的區(qū)域長(zhǎng)度為距離地裂縫約52 m;當(dāng)基巖斷塊垂直錯(cuò)動(dòng)1 m時(shí),地表(地基)平均傾斜值大于2‰的區(qū)域長(zhǎng)度為74 m距離,當(dāng)基巖斷塊垂直錯(cuò)動(dòng)2 m時(shí),地表(地基)平均傾斜值大于2‰的區(qū)域長(zhǎng)度約86 m距離,當(dāng)基巖斷塊垂直錯(cuò)動(dòng)5 m時(shí),地表(地基)平均傾斜值大于2‰的區(qū)域長(zhǎng)度約130 m距離。
當(dāng)承壓水位降低15 m時(shí),垂直沉降分布見(jiàn)圖13、水平位移分布見(jiàn)圖14。
在研究區(qū)域垂直于地裂縫軸線,選擇一條測(cè)線(河流北側(cè)500 m),拾取測(cè)線上的地表沉降、水平位移,可以得到測(cè)線上的地表沉降、水平位移分布對(duì)比曲線(圖15、圖16)。
根據(jù)地表相近兩點(diǎn)的差異沉降與距離,計(jì)算該測(cè)線斷面的各部位的地表(地基)平均傾斜值,見(jiàn)表3。
從地表沉降、水平位移、應(yīng)力變化分布對(duì)比曲線可知,由于承壓水頭的降低,地裂縫兩側(cè)產(chǎn)生明顯的差異沉降,但影響范圍較小約10~20 m。研究區(qū)地表沉降和水平位移隨著承壓水頭的降低而增大。地裂縫附近的傾斜值較大,隨著距離地裂縫越遠(yuǎn),傾斜值減小。綜合分析認(rèn)為,地下水作用下,地裂縫附近產(chǎn)生明顯的差異沉降,其它部位以均勻沉降為主。
4.3地裂縫區(qū)域的安全避讓距離
地裂縫區(qū)域的安全避讓距離應(yīng)是以地裂縫延展方向?yàn)檩S線,垂直軸線向兩側(cè)(上盤(pán)、下盤(pán))確定的保護(hù)建(構(gòu))筑物的有效距離。模擬結(jié)果表明,構(gòu)造應(yīng)力和地下水位變化影響下,地裂縫兩側(cè)均產(chǎn)生沉降和變形,其中遠(yuǎn)離地裂縫均產(chǎn)生均勻沉降,對(duì)建筑物的影響不大;但在地裂縫附近則產(chǎn)生明顯的差異沉降,對(duì)建構(gòu)筑物影響巨大。因此根據(jù)各類建筑物地基變形允許值的最嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn),采用傾斜值0.002(即2‰)控制安全避讓帶。根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果,地裂縫安全避讓距離確定為上盤(pán)(包括地裂縫帶寬)80 m,下盤(pán)10 m,總避讓帶寬度為90 m。這與多種手段調(diào)查、試驗(yàn)、測(cè)試和監(jiān)測(cè)結(jié)果確定的地裂縫兩側(cè)避讓距離100.41 m(上盤(pán)74.27 m,下盤(pán)26.14 m)相近[4]。
5結(jié)論
(1)地下水的作用在地裂縫附近(10~20 m)產(chǎn)生明顯的差異沉降,其它部位以均勻沉降為主。
(2)根據(jù)數(shù)值模擬高麗營(yíng)地裂縫的安全避讓距離確定為上盤(pán)80 m,下盤(pán)10 m,總避讓帶寬度為90 m。
(3)本次數(shù)值模擬假設(shè)斷裂兩側(cè)地層為均質(zhì),但實(shí)際上斷裂兩側(cè)地層參數(shù)非均一,地裂縫成因比較復(fù)雜,所以本次提出的地裂縫避讓帶寬度只是作為一種參考。
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