“GeoStudio”軟件在土邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)教學(xué)中的應(yīng)用★

金 光 日

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

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“GeoStudio”軟件在土邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)教學(xué)中的應(yīng)用★

金 光 日

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

介紹了邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)教學(xué)的內(nèi)容，闡述了利用GeoStudio軟件進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)教學(xué)的方法，指出該教學(xué)方法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生動(dòng)手解決實(shí)際工程問題的能力。

邊坡，GeoStudio軟件，穩(wěn)定性，教學(xué)內(nèi)容

邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)不僅僅是“邊坡工程”課程的核心內(nèi)容，還涉及到“土力學(xué)”“巖石力學(xué)”“工程地質(zhì)”“流體力學(xué)”等課程的多方面專業(yè)知識(shí)，是土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課程的綜合應(yīng)用?！斑吰鹿こ獭闭n程和邊坡實(shí)際設(shè)計(jì)與施工緊密結(jié)合，本科生學(xué)習(xí)“邊坡工程”課程時(shí)，一般缺乏實(shí)際邊坡工程的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致難以理解邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法和過程；因此教學(xué)過程需要讓學(xué)生全面參與邊坡設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，理論知識(shí)和專業(yè)分析軟件分析相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的興趣，激活學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和思考的能力，達(dá)到鞏固和增強(qiáng)對(duì)“邊坡工程”課程的直觀認(rèn)識(shí)，并培養(yǎng)學(xué)生處理實(shí)際邊坡問題的能力。

1 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)教學(xué)內(nèi)容

邊坡分為天然邊坡和人工邊坡，人工邊坡和天然邊坡的滑動(dòng)現(xiàn)象各有特征，但區(qū)分不明確。邊坡破壞形態(tài)對(duì)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法的選擇起著很重要的作用，在巖土力學(xué)的觀點(diǎn)把邊坡的滑動(dòng)形態(tài)分為崩塌、傾倒、滑動(dòng)、平動(dòng)、流滑等以上兩個(gè)同時(shí)發(fā)生時(shí)分為復(fù)合(complex)[1]。邊坡穩(wěn)定性分析是綜合性、復(fù)雜性、理論性較強(qiáng)的專業(yè)工程問題。影響邊坡穩(wěn)定性原因很多，Terzaghi[2]提出了邊坡失穩(wěn)原因，如表1所示。

表1 邊坡失穩(wěn)原因(Terzaghi，1950)

邊坡穩(wěn)定性分析方法主要分為定性分析方法與定量分析方法。定性分析方法有工程地質(zhì)類比法、圖解法、邊坡穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)庫(kù)、專家系統(tǒng)等；定量分析方法中有極限平衡分析法與數(shù)值分析法[3]。另外還有模糊綜合評(píng)價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)法、可靠度分析方法、遺傳算法等不確定分析方法[3]。除了上述的內(nèi)容以外，邊坡穩(wěn)定性還與工程勘察、工程治理措施、工程維護(hù)等許多內(nèi)容有關(guān)。邊坡工程的知識(shí)量較大，是屬于跟理論緊密相結(jié)合的應(yīng)用型課程，是土木工程專業(yè)本科所學(xué)的基礎(chǔ)課程的綜合應(yīng)用。邊坡工程研究的所有問題來自于實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)服務(wù)于實(shí)際業(yè)務(wù)當(dāng)中。學(xué)習(xí)邊坡穩(wěn)定性分析的最終目的是解決實(shí)際工程問題為主要內(nèi)容。學(xué)生學(xué)習(xí)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)課程時(shí)，大部分學(xué)生缺少對(duì)實(shí)際工程的過程和方法，還有計(jì)算量比較大，因此導(dǎo)致課程的難以理解和消化。因而教學(xué)過程需要將大量工程設(shè)計(jì)實(shí)例引入教學(xué)，通過典型的實(shí)際工程設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行講述；掌握理解理論知識(shí)的基礎(chǔ)上動(dòng)手操作土邊坡穩(wěn)定性分析相關(guān)專業(yè)軟件，來解決邊坡工程的穩(wěn)定性問題，讓學(xué)生全面參與到邊坡穩(wěn)定性分析和設(shè)計(jì)當(dāng)中。加深學(xué)生對(duì)邊坡穩(wěn)定性分析的理解，引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)和掌握處理邊坡設(shè)計(jì)問題的能力。

2 “GeoStudio”在邊坡穩(wěn)定性分析教學(xué)中的應(yīng)用

GeoStudio是巖土工程專業(yè)常用的比較優(yōu)秀的模擬計(jì)算軟件，是基于極限平衡法和數(shù)值分析法為一體的巖土工程，環(huán)境問題分析軟件。GeoStudio軟件中的SLOPE/W，SEEP/W模塊主要針對(duì)天然邊坡、人工邊坡、地震影響、路堤、地下水滲透等問題模擬分析，是分析邊坡穩(wěn)定分析的普遍常用軟件。

在實(shí)際工程中，鑒于工程地質(zhì)條件、地下水分布和流動(dòng)情況、巖土層飽和、降雨量等復(fù)雜條件，應(yīng)用本科生所掌握的巖土力學(xué)知識(shí)直接能求實(shí)際工程問題的情況極少。一般學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)邊坡穩(wěn)定性分析課程中，容易出現(xiàn)理論與實(shí)踐脫節(jié)，和實(shí)際工程結(jié)合不緊密，相關(guān)知識(shí)應(yīng)用困難等問題。而且難以讓學(xué)生了解相關(guān)理論知識(shí)在實(shí)際工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、解決實(shí)際邊坡工程問題的能力。隨著土木工程技術(shù)和相關(guān)計(jì)算軟件的發(fā)展，借助于這些計(jì)算工具，能給出在復(fù)雜條件下的工程問題的數(shù)據(jù)結(jié)果、應(yīng)力變化曲線、圖像或動(dòng)畫，應(yīng)用相關(guān)專業(yè)軟件得出的計(jì)算結(jié)果比較直觀明了，生動(dòng)形象。通過分析和結(jié)果判讀過程，能提高學(xué)生理論知識(shí)的掌握和理解能力并能培養(yǎng)解決實(shí)際工程問題的能力，最終能達(dá)到獨(dú)立解決邊坡工程問題的目的。

表2 壩體和土層物理力學(xué)性質(zhì)

材料密度/kN·m-3滲透系數(shù)/m·sec-1粘聚力/kPa內(nèi)摩擦角/deg壩體225．78e-0071530土層1196．50e-0072032土層2227．00e-0082035

以SLOPE/W，SEEP/W模塊堤壩邊坡穩(wěn)定性分析為例進(jìn)行詳細(xì)探討，幫助學(xué)生理解實(shí)際工程中經(jīng)常應(yīng)用的各種邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣和積極性，激發(fā)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。某堤壩邊坡穩(wěn)定性分析模型如圖1所示。壩體和土層物理力學(xué)性質(zhì)如表2所示。研究的主要內(nèi)容是，水庫(kù)水位不變的條件下壩體上流側(cè)的隔水板的深度對(duì)壩體的穩(wěn)定性的影響程度。本例不僅僅局限于邊坡穩(wěn)定分析的問題，還跟土的滲透和滲流有密切的關(guān)系，所以結(jié)合GeoStudio軟件中的SLOPE/W，SEEP/W模塊來分析壩體邊坡的穩(wěn)定性。首先利用SEEP/W模塊，分析一定深度的隔水板條件下的壩體滲流/滲透問題，得到壩體和壩基下的滲流流網(wǎng)，然后把上述的計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入到SLOPE/W模塊，用極限平衡分析方法(Bishop法，Janbu法，Morgenstern-Price法)分析相對(duì)應(yīng)條件下的邊坡穩(wěn)定性。本例應(yīng)用的分析方法是Bishop法。最終得出了水位不變的條件下，上流側(cè)隔水板的深度對(duì)壩體穩(wěn)定性的影響程度，并導(dǎo)出了隔水板的最佳深度4 m。邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果見圖2。該實(shí)例比較簡(jiǎn)單，但充分反映了實(shí)際工程中常遇到的情況，并能夠顯著提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解力，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。通過教學(xué)使學(xué)生意識(shí)到專業(yè)軟件是一種有效的解決工程實(shí)際問題的好工具，同時(shí)提高了學(xué)生動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力。

3 結(jié)語

本文對(duì)“GeoStudio”軟件在土邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了教學(xué)嘗試，通過這次教學(xué)嘗試，可以使學(xué)生較快地掌握和理解相關(guān)邊坡穩(wěn)定性分析的內(nèi)容，并把課堂上的知識(shí)與實(shí)際聯(lián)系起來，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生在理解相關(guān)理論基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，提高了學(xué)生動(dòng)手解決實(shí)際工程問題的能力。相信這次教學(xué)課程，對(duì)于學(xué)生理解和掌握其他專業(yè)課程以及參加工作以后在實(shí)際工作當(dāng)中都有很大的幫助。

[1] Varnes D.J..Slope Movement Types and Processes,Landslides Analysis and Control[M].Special Report 176,Transportation Research Board,Washington.D.C..,1978.

[2] Terzaghi,K..Mechanism of Landslides,Geological Society of America,Berkeley Volume,1950：83-123.

[3] 張遠(yuǎn)芳,張凌凱.土力學(xué)中邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法教學(xué)改革研究[J].中國(guó)西部科技,2014,13(2):99-101.

Application of “GeoStudio” software in soil slope stability evaluation★

Jin Guangri

(CollegeofEngineering，YanbianUniversity,Yanji133002,China)

The thesis introduces slope stability evaluation teaching contents, describes slope stability evaluation teaching methods of applying GeoStudio software, and finally points out that: the above-mentioned teaching method can not only stimulates students’ learning interest, but also improve students’ abilities of solving actual engineering problems.

slope, GeoStudio software, stability, teaching content

1009-6825(2016)26-0235-02

2016-07-03★:吉林省高等教育教學(xué)改革立項(xiàng)課題-重點(diǎn)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：吉教高字2014-46號(hào))；延大土木工程建造技術(shù)教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)基金(項(xiàng)目編號(hào)：802014010)

金光日(1980- )，男，博士，講師

G642.0

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