土工模型試驗(yàn)在土力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐

【摘要】土力學(xué)是對(duì)土的物理性質(zhì)及在荷載作用下土體內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律進(jìn)行研究的一門(mén)學(xué)科，其研究對(duì)象是土與土體及與土體相關(guān)的構(gòu)筑物，研究手段主要包括工程力學(xué)理論和土工試驗(yàn)方法，而土工試驗(yàn)是提高土木工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。以擋土墻綜合性試驗(yàn)教學(xué)為例，闡述綜合性試驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，進(jìn)一步達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】土力學(xué) 土工試驗(yàn) 實(shí)踐與創(chuàng)新能力 擋土墻

【中圖分類(lèi)號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）50-0252-01

一、前言

土力學(xué)是研究土的物理性質(zhì)及其內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律的一門(mén)學(xué)科，其研究對(duì)象是土與土體及與土體相關(guān)的構(gòu)筑物。教學(xué)中可將傳統(tǒng)的理論課程與試驗(yàn)課程相結(jié)合，理論聯(lián)系實(shí)際，將抽象的土工試驗(yàn)具體化。本文基于此設(shè)想提出新型土工試驗(yàn)?zāi)Ｐ停⒁酝亮W(xué)的一個(gè)綜合試驗(yàn)——擋土墻綜合性試驗(yàn)教學(xué)為例。擋土墻是阻止土體向下滑移并保持土體穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)物[1，2]，土力學(xué)課程中僅涉及了土壓力基本理論，未涉及具體試驗(yàn)及應(yīng)用問(wèn)題，學(xué)生則感到土力學(xué)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容復(fù)雜，碰到實(shí)際情況難以下手。因此有必要對(duì)土木本科專(zhuān)業(yè)學(xué)生設(shè)置擋土墻試驗(yàn)及應(yīng)用環(huán)節(jié)，探究試驗(yàn)過(guò)程，并由此探討試驗(yàn)措施，調(diào)動(dòng)學(xué)生動(dòng)手參與試驗(yàn)的積極性，開(kāi)拓學(xué)生鉆研和探索的精神視野。

二、傳統(tǒng)土工試驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)

傳統(tǒng)的土工試驗(yàn)采用分散教學(xué)的方法，一般分散在理論教學(xué)的過(guò)程中內(nèi)容主要包括密度、含水率、液塑限、固結(jié)、直剪試驗(yàn)等，一般為8個(gè)學(xué)時(shí)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要不足有：

1.內(nèi)容零散缺乏連貫性?，F(xiàn)階段多數(shù)高校一般只開(kāi)設(shè)必選的試驗(yàn)課，而限選課的試驗(yàn)課卻基本不開(kāi)設(shè)。在對(duì)我校自身的情況及其他高校調(diào)研分析體會(huì)到土力學(xué)試驗(yàn)課時(shí)嚴(yán)重不足，理論知識(shí)由理論課堂老師教授，試驗(yàn)內(nèi)容則由試驗(yàn)室老師承擔(dān)無(wú)法保證內(nèi)容的連貫和完整性，傳統(tǒng)的教學(xué)方式無(wú)法滿(mǎn)足新一代的學(xué)生教育教學(xué)。

2.指導(dǎo)教師有限。傳統(tǒng)的試驗(yàn)教學(xué)多采取大班化的模式，一個(gè)指導(dǎo)老師同時(shí)指導(dǎo)幾十個(gè)學(xué)生一起做試驗(yàn)。這樣直接導(dǎo)致很多學(xué)生在試驗(yàn)過(guò)程中遇到問(wèn)題無(wú)法得到很好的解決。

3.學(xué)生參與試驗(yàn)的主觀能動(dòng)性低。多數(shù)學(xué)生只注重理論課程的考試而忽略試驗(yàn)課時(shí)的重要性，試驗(yàn)過(guò)程只是按照老師的操作而操作，試驗(yàn)過(guò)后沒(méi)有進(jìn)行總結(jié)和思考，試驗(yàn)報(bào)告也是機(jī)械的填寫(xiě)，甚至有些數(shù)據(jù)測(cè)得不準(zhǔn)確也應(yīng)付了事。試驗(yàn)過(guò)程有很大一部分同學(xué)沒(méi)有親自動(dòng)手操作，更不用說(shuō)創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

綜上所述，土力學(xué)是一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，傳統(tǒng)土力學(xué)教學(xué)方法中，學(xué)生沒(méi)有機(jī)會(huì)目睹課本中所涉及的工程現(xiàn)象（比如擋土墻失穩(wěn)破壞）而對(duì)土體基本概念缺乏感性認(rèn)知，學(xué)習(xí)效率低下，影響教學(xué)質(zhì)量。而土工試驗(yàn)教學(xué)是一種促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)及培養(yǎng)創(chuàng)造力的教學(xué)形式，需要學(xué)生主動(dòng)探索發(fā)現(xiàn)，構(gòu)建知識(shí)架構(gòu)，且需要將已學(xué)理論知識(shí)與試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行關(guān)聯(lián)并思考。所以土工模型試驗(yàn)具備土力學(xué)理論教學(xué)無(wú)法具備的先天性?xún)?yōu)勢(shì)，可促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)及培養(yǎng)創(chuàng)造力，這就決定了它在高等院校實(shí)施創(chuàng)新教育中的重要地位。

三、新型綜合擋土墻綜合試驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)

目前對(duì)擋土墻位移模式影響土壓力分布規(guī)律尚少，測(cè)量土壓力多數(shù)是把土壓力盒埋置于土體之中，利用應(yīng)變采集儀進(jìn)行讀書(shū)，但這種測(cè)量方式未考慮土壓力盒表面的拱效應(yīng)，將會(huì)影響土壓力的準(zhǔn)確值。所以本文可設(shè)計(jì)一種柔性薄膜裝置埋設(shè)于土體之中[3]，土體位移通過(guò)導(dǎo)向支架進(jìn)行控制，這樣就避免了土體的架拱現(xiàn)象，因此土壓力的測(cè)試值較為精確。這樣一種擋土墻新型土工試驗(yàn)可激發(fā)學(xué)生對(duì)土體應(yīng)力規(guī)律的思考，又可啟發(fā)學(xué)生對(duì)試驗(yàn)儀器的創(chuàng)新思維，進(jìn)而對(duì)靜止土壓力、主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力等抽象理論概念有了感性的認(rèn)知，培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐、創(chuàng)新能力，起到事半功倍的效果。

1.將土工試驗(yàn)作為一門(mén)獨(dú)立的必修課旨在引起學(xué)生的重視程度，土工試驗(yàn)是工科試驗(yàn)的基礎(chǔ)，改變它為土力學(xué)課程的組成部分，改變學(xué)生先前固有的思想。土工試驗(yàn)即常規(guī)指標(biāo)測(cè)試和綜合性試驗(yàn)（如擋土墻模型試驗(yàn)）。采用視頻演示和試驗(yàn)室操作等相結(jié)合的方式，讓學(xué)生熟悉各常規(guī)指標(biāo)的測(cè)試方法。對(duì)于指導(dǎo)老師不足的問(wèn)題，則可以讓研究生也參與試驗(yàn)的指導(dǎo)，分組試驗(yàn)，但是人數(shù)應(yīng)控制在3～5人之間，每組都應(yīng)有指導(dǎo)老師。

2.集中開(kāi)展土工試驗(yàn)，每個(gè)班級(jí)開(kāi)展試驗(yàn)時(shí)間為3～4周，如果試驗(yàn)較多的話可以適當(dāng)延長(zhǎng)周期，各個(gè)班級(jí)開(kāi)展試驗(yàn)時(shí)應(yīng)錯(cuò)開(kāi)。以擋土墻試驗(yàn)為例，可按以下步驟開(kāi)展：①試驗(yàn)前期應(yīng)進(jìn)行相關(guān)擋土墻理論知識(shí)、土體土拱效應(yīng)機(jī)理、試驗(yàn)資料和試驗(yàn)規(guī)程的閱讀，設(shè)計(jì)試驗(yàn)（柔性薄膜土壓力測(cè)試裝置），確定試驗(yàn)方案，并對(duì)試驗(yàn)儀器的操作進(jìn)行集中熟悉；②開(kāi)展試驗(yàn)，包括試驗(yàn)試樣的準(zhǔn)備，試驗(yàn)過(guò)程的實(shí)施，應(yīng)變數(shù)據(jù)采集，位移讀數(shù)；③試驗(yàn)后期，土壓力及擋土墻位移數(shù)據(jù)的處理，參照土工試驗(yàn)規(guī)程和擋土墻基本理論進(jìn)行分析整理，最終提交合格的土壓力及擋土墻位移關(guān)系的試驗(yàn)報(bào)告。

3.利用“校企合作”關(guān)系讓學(xué)生參與到工程實(shí)踐中，體會(huì)試驗(yàn)室完成試驗(yàn)和工程實(shí)際試驗(yàn)的異同，加深學(xué)生對(duì)試驗(yàn)的理解，也有利于提高學(xué)生的動(dòng)手能力。另外鼓勵(lì)學(xué)生參與到老師的科研項(xiàng)目中學(xué)習(xí)，以揚(yáng)州大學(xué)為例，我校每年都開(kāi)展大學(xué)生科創(chuàng)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目可以有3～5人，項(xiàng)目主持人必須為大二學(xué)生，意在從大二學(xué)年就開(kāi)始培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)。通過(guò)綜合性試驗(yàn)的開(kāi)展，帶動(dòng)學(xué)生的積極性，提升學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力為學(xué)生今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至走向社會(huì)工作奠定基礎(chǔ)。

四、結(jié)語(yǔ)

在教學(xué)改革研究大背景下，鑒于我院土木工程本科土力學(xué)教學(xué)中所反映出的問(wèn)題，結(jié)合教師的教學(xué)實(shí)踐及教學(xué)效果評(píng)價(jià)，根據(jù)本專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況，進(jìn)一步完善教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)方案并構(gòu)建科學(xué)可行的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，對(duì)于實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新教學(xué)方法、確定專(zhuān)業(yè)特色、造就高素質(zhì)復(fù)合型人才具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李廣信，杜修力.土力學(xué)教學(xué)與實(shí)踐[M].北京： 人民交通出版社， 2006：27-32.

[2]趙明華.土力學(xué)及基礎(chǔ)工程[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，第三版.2009：134-138.

[3]賀煒.具有柔性測(cè)試表面的土壓力測(cè)試儀.中國(guó)，CN200910043418.X[P].2009-10-21.

作者簡(jiǎn)介：

朱小軍（1987- ），男，江蘇東臺(tái)人，博士，講師，研究方向：土力學(xué)研究。endprint