邊坡工程教學(xué)改革探討

孫書偉

摘要：邊坡工程是一門以邊坡為研究對(duì)象的專業(yè)選修課程，內(nèi)容涉及土力學(xué)、巖石力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、彈塑性力學(xué)等多方面知識(shí)，具有綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。目前課程教學(xué)中存在教材選擇困難、授課對(duì)象理論基礎(chǔ)較弱、實(shí)踐和試驗(yàn)環(huán)節(jié)薄弱等問(wèn)題，建議優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、開放式互動(dòng)教學(xué)、理論性與方法性并重以及在教學(xué)過(guò)程中啟發(fā)學(xué)生科研思路等，使學(xué)生及時(shí)掌握有關(guān)邊坡工程的新理論和新技術(shù)，為我國(guó)工程領(lǐng)域培養(yǎng)合格的創(chuàng)新型專業(yè)人才。

關(guān)鍵詞：邊坡工程；課程教學(xué)；巖石力學(xué)；采礦工程；滑坡

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）49-0133-02

一、引言

邊坡是指自然或人工形成的斜坡，通常由力學(xué)性質(zhì)不同的巖土材料構(gòu)成，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)構(gòu)造作用下，逐漸形成了復(fù)雜的坡體結(jié)構(gòu)和巖體結(jié)構(gòu)。邊坡失穩(wěn)破壞會(huì)誘發(fā)滑坡、崩塌和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，造成鐵路公路阻塞、掩埋河道以及礦山停工等，帶了較大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。邊坡工程是一門以邊坡為研究對(duì)象的應(yīng)用性課程，內(nèi)容涉及土力學(xué)、巖石力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、彈塑性力學(xué)等多方面知識(shí)，具有綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。巖土工程、采礦工程、工程地質(zhì)等專業(yè)的重要專業(yè)課程就是邊坡工程，國(guó)內(nèi)大專院校開展課程時(shí)間并不長(zhǎng)，同時(shí)由于教學(xué)過(guò)程中普遍存在理論與實(shí)踐脫節(jié)的問(wèn)題，往往存在學(xué)生學(xué)習(xí)興趣差以及分析解決問(wèn)題能力較差等問(wèn)題。如何適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)需要，培養(yǎng)理解基礎(chǔ)好、動(dòng)手能力強(qiáng)以及富有實(shí)踐精神的復(fù)合型人才，是值得我們深入研究和探討的科學(xué)問(wèn)題。

二、邊坡工程的課程特點(diǎn)

1.綜合性強(qiáng)。邊坡根據(jù)物質(zhì)組成往往可以分為巖質(zhì)邊坡和土質(zhì)邊坡，由于巖土二者的物理力學(xué)性質(zhì)差異較大，所以導(dǎo)致工程所關(guān)心的科學(xué)問(wèn)題完全不同，對(duì)于土質(zhì)邊坡，其穩(wěn)定性取決于土的變形和強(qiáng)度問(wèn)題，這其中涉及了土力學(xué)方面的知識(shí)；對(duì)于巖質(zhì)邊坡，其穩(wěn)定性取決于巖石的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)面的空間分布等，這其中涉及工程地質(zhì)和巖石力學(xué)方面的知識(shí)。邊坡根據(jù)成因又可分為自然邊坡和人工邊坡，自然邊坡是在復(fù)雜的地質(zhì)作用下歷經(jīng)幾百萬(wàn)年甚至幾千萬(wàn)年演變而來(lái)，這就涉及到地質(zhì)學(xué)等；自然狀態(tài)下經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)地質(zhì)年代作用的巖體一般處于穩(wěn)定的自然狀態(tài)。開挖后的人工邊坡其平衡狀態(tài)會(huì)遭到破壞，原因是巖體的開挖、地應(yīng)力的釋放等，這就涉及到材料力學(xué)、巖石力學(xué)等。此外，我們?cè)诜治鲇?jì)算時(shí)，往往需要用到彈塑性理論來(lái)分析邊坡的應(yīng)力和變形等?？傊婚T邊坡工程涉及土力學(xué)、巖石力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、彈塑性力學(xué)等多方面知識(shí)，課程綜合性強(qiáng)。

2.復(fù)雜性強(qiáng)。邊坡工程具有系統(tǒng)的復(fù)雜性，主要從以下兩方面體現(xiàn)：①露采邊坡是采礦工程大系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，具有系統(tǒng)性，它屬礦山生產(chǎn)的安全保障系統(tǒng)，礦山安全生產(chǎn)要求邊坡保持穩(wěn)定；②既定的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件、地形地貌和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、人類的工程活動(dòng)等因素都會(huì)影響或控制邊坡自身的穩(wěn)定性，而這些影響因素本身就具有復(fù)雜性跟不確定性，邊坡的穩(wěn)定性與這些因素綜合作用有關(guān)，所以會(huì)受各相關(guān)因素之間的相互影響。因此，只有對(duì)這些因素進(jìn)行全面的系統(tǒng)的分析，才能使邊坡整體性能達(dá)到最佳狀態(tài)。而且各因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響作用是不同的。所以邊坡工程的課程教學(xué)也要求教師從系統(tǒng)上進(jìn)行全面、多方位的教學(xué)，從而使課程復(fù)雜性增強(qiáng)。

3.理論性強(qiáng)。邊坡工程中既涉及巖土的強(qiáng)度問(wèn)題，又有變形問(wèn)題和穩(wěn)定問(wèn)題，課程內(nèi)容較多并且理論性強(qiáng)。研究邊坡的強(qiáng)度問(wèn)題時(shí)，需理解有效應(yīng)力原理、達(dá)西定律、巖土的強(qiáng)度準(zhǔn)則、巖土的本構(gòu)模型、結(jié)構(gòu)面的力學(xué)模型以及常規(guī)的室內(nèi)外試驗(yàn)方法等；研究邊坡的變形問(wèn)題時(shí)，需掌握固結(jié)理論、分層總和法等內(nèi)容；研究邊坡的穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)，需掌握強(qiáng)度折減法、赤平極射投影以及結(jié)構(gòu)面配套分析方法等。此外，邊坡問(wèn)題不僅涉及靜力問(wèn)題，還包括動(dòng)力問(wèn)題，故邊坡工程是一門理論性很強(qiáng)的課程。

4.應(yīng)用性強(qiáng)。邊坡工程所研究的問(wèn)題來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)。學(xué)習(xí)的目的是能將實(shí)際工程問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化，從而可以用所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行分析，最后達(dá)到解決實(shí)際工程問(wèn)題的目的。邊坡穩(wěn)定問(wèn)題等是工程所關(guān)心的熱點(diǎn)問(wèn)題，監(jiān)測(cè)以及預(yù)警的手段和方法等直接服務(wù)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。

三、課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.教材選擇困難。作為一門專業(yè)選修課，邊坡工程方面的科研著作較多，教材偏少。邊坡工程的教材普遍存在行業(yè)性強(qiáng)、內(nèi)容體系不統(tǒng)一等問(wèn)題。

2.授課對(duì)象理論基礎(chǔ)偏弱。邊坡工程課程主要面向已學(xué)過(guò)專業(yè)基礎(chǔ)課的理工科大三學(xué)生。然而，筆者在授課過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，部分專業(yè)的學(xué)生對(duì)土力學(xué)、巖石力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)以及彈塑性力學(xué)的基本理論理解差，甚至不了解一些基本概念。這一方面與邊坡工程自身綜合性較強(qiáng)有關(guān)，另一方面反映出教學(xué)對(duì)象理論基礎(chǔ)薄弱等問(wèn)題，這無(wú)疑會(huì)影響教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

3.實(shí)踐和試驗(yàn)環(huán)節(jié)薄弱。大部分授課老師缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從理論到理論，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重缺乏，很難向?qū)W生傳授具體的邊坡工程實(shí)踐常識(shí)，而學(xué)生通常很反感概念性的東西，空洞無(wú)物的講解只會(huì)讓學(xué)生興致缺失，甚至產(chǎn)生厭學(xué)、抵觸心理，不但達(dá)不到理想的教學(xué)效果，還會(huì)適得其反。

4.授課對(duì)象創(chuàng)新思維不足?，F(xiàn)今，創(chuàng)新思維能力強(qiáng)弱已成為影響學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和科研能力的重要因素。但是，我們的學(xué)生長(zhǎng)期處于中國(guó)傳統(tǒng)模式教育下，學(xué)生的自主創(chuàng)新能力明顯不足，這在社會(huì)生活和工作實(shí)踐中已明顯地表現(xiàn)了出來(lái)。

四、關(guān)于邊坡工程教學(xué)的建議

1.豐富教材種類。由于在邊坡工程教學(xué)中，邊坡工程方面的科研著作較多，教材偏少，且教材普遍存在行業(yè)性強(qiáng)、內(nèi)容體系不統(tǒng)一等問(wèn)題。所以授課教師應(yīng)在教學(xué)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，以致能夠探索、豐富并編輯出更多適合邊坡工程課程教學(xué)類的教材。從而解決教材選擇困難的問(wèn)題。

2.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容設(shè)置。針對(duì)不同的專業(yè)方向，邊坡工程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置應(yīng)有所不同，其側(cè)重點(diǎn)應(yīng)有所差異。比如水利工程方向，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)側(cè)重于高陡巖石邊坡的地震響應(yīng)、滲流變形以及壩坡穩(wěn)定方面；公路和鐵路工程方向，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)側(cè)重于邊坡靜力穩(wěn)定、邊坡加固以及滑坡防治等方面；工程地質(zhì)方向，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)側(cè)重于邊坡成因分析、坡體裂隙構(gòu)造分析等的方面；而采礦工程方向，則應(yīng)以邊坡爆破、深部巖體力學(xué)、三維地質(zhì)建模以及災(zāi)害預(yù)警方法為重點(diǎn)。同時(shí)，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置應(yīng)考慮授課對(duì)象的知識(shí)結(jié)構(gòu)，避免課程內(nèi)容與相關(guān)內(nèi)容的交叉重復(fù)。

3.加強(qiáng)基礎(chǔ)課程教學(xué)。針對(duì)學(xué)生對(duì)土力學(xué)、巖石力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)以及彈塑性力學(xué)的基本理論理解差，甚至不了解一些基本概念的問(wèn)題，課程教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)理論的授予，增強(qiáng)學(xué)生的理論基礎(chǔ)。

4.開放式互動(dòng)教學(xué)。對(duì)于邊坡工程課程的講解，應(yīng)以工程實(shí)例、工程實(shí)物、工程照片為主，采用開放式互動(dòng)的教學(xué)方式，結(jié)合工程實(shí)例，將施工現(xiàn)場(chǎng)搬到教室，使抽象的理論概念具體化，讓教學(xué)更加生動(dòng)形象，將課堂知識(shí)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際緊密聯(lián)系起來(lái)針對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行討論，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)效果。

5.理論性與方法性并重。邊坡工程具有應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，在講授理論的同時(shí)，應(yīng)重視對(duì)方法性的講解。以邊坡穩(wěn)定性分析的講授為例，首先向?qū)W生介紹各種邊坡穩(wěn)定性的計(jì)算方法，特別是講解某些復(fù)雜方法的計(jì)算分析步驟，能讓學(xué)生充分地理解理論的原理。同時(shí)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)邊坡穩(wěn)定性分析的方法是“定性分析，定量計(jì)算”，使學(xué)生懂得在邊坡工程的詳細(xì)勘察，室內(nèi)外試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)，深入認(rèn)識(shí)邊坡的變形機(jī)制和破壞模式才是邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的根本。

6.課程教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合。邊坡工程是應(yīng)用型課程，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)，開展素質(zhì)教育的重要途徑就是實(shí)踐教學(xué)，通過(guò)實(shí)際工程的邊坡勘察及試驗(yàn)資料，讓學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)，對(duì)實(shí)際邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)并提出治理設(shè)計(jì)建議，使他們能深入理解和掌握邊坡工程理論。在一些實(shí)際工程中，很多通過(guò)商業(yè)軟件來(lái)計(jì)算分析邊坡工程的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，這樣學(xué)生容易忽視各種分析方法的基礎(chǔ)理論應(yīng)用，只是單純地成為軟件操作員，對(duì)自己的計(jì)算結(jié)果盲目不能確定，這就成了從事巖土工程專業(yè)畢業(yè)生的危險(xiǎn)因素。在這里我們要強(qiáng)調(diào)基本理論的重要性，同時(shí)要使課堂知識(shí)與實(shí)際工程緊密聯(lián)系起來(lái)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生探索和解決問(wèn)題的綜合能力。改善教學(xué)效果，滿足高校人才培養(yǎng)注重服務(wù)社會(huì)的需求。

7.啟發(fā)科研思路。邊坡工程是工程建設(shè)中一個(gè)古老而常新的問(wèn)題，邊坡工程實(shí)踐結(jié)果表明，邊坡是一個(gè)復(fù)雜的物理系統(tǒng)，目前的理論水平較低。仍以邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)為例，邊坡穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)究竟是什么？是安全系數(shù)，還是邊坡的變形量？大量的科學(xué)問(wèn)題等待我們?nèi)ネ诰?。在教學(xué)過(guò)程中，建議授課教師將科研成果和最新研究動(dòng)態(tài)與學(xué)生進(jìn)行交流，以具體問(wèn)題為例對(duì)學(xué)生進(jìn)行科研思路的啟發(fā)，使他們不僅掌握基礎(chǔ)知識(shí)，還能了解學(xué)科的方向，形成獨(dú)立的科研思路，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。

8.促進(jìn)成果互享，增強(qiáng)創(chuàng)新能力。由于當(dāng)代社會(huì)越來(lái)越注重對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，這給我們帶來(lái)了知識(shí)利益保護(hù)，但也使學(xué)生不能像過(guò)去一樣實(shí)現(xiàn)知識(shí)的共享。所以，我們應(yīng)在課程教學(xué)注重研究成果的互享，共同拓展學(xué)生的創(chuàng)新能力。

五、結(jié)語(yǔ)

邊坡工程的教學(xué)改革與工程實(shí)踐的不斷發(fā)展密切相關(guān)，是一個(gè)長(zhǎng)期持續(xù)的過(guò)程。通過(guò)邊坡工程教學(xué)工作者的不斷努力，學(xué)生能夠及時(shí)掌握有關(guān)邊坡工程的理論和新方法。我們相信一定能夠?yàn)楣こ填I(lǐng)域培養(yǎng)出合格的創(chuàng)新型專業(yè)人才。

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