本科專業(yè)邊坡工程教學(xué)內(nèi)容研究

王軍　陳金陵　梁橋　劉林

摘 要 巖土工程是土木工程專業(yè)主要方向之一，涵蓋工程廣泛，其中邊坡工程是最典型的巖土工程，從課程歷史出發(fā)，建立了邊坡工程的知識(shí)體系與層次構(gòu)架，總結(jié)了邊坡工程主要知識(shí)點(diǎn)。通過(guò)舉例闡述了邊坡工程的知識(shí)點(diǎn)具有內(nèi)聯(lián)系外結(jié)合的特征。最后對(duì)課時(shí)分配和教學(xué)手段進(jìn)行了建議，研究成果能對(duì)邊坡工程教學(xué)提供借鑒。

關(guān)鍵詞 邊坡工程 知識(shí)體系 教學(xué)手段 課時(shí)分配

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.09.027

Study on Teaching Contents of Slope Engineering

for Undergraduates

WANG Jun， CHEN Jinling， LIANG Qiao， LIU Lin

（Hunan Institute of Engineering， Xiangtan， Hunan 411101）

Abstract Geotechnical engineering is one of the main direction of civil engineering specialty， which covers extensive engineering， slope engineering geotechnical engineering is the most typical， starting from the course of history， the establishment of a knowledge system and framework of slope engineering， summarizes the main points of slope engineering. By means of examples， the knowledge points of the slope engineering are expounded. Finally， some suggestions are given for the allocation of class hours and teaching methods， and the research results can provide reference for slope engineering teaching.

Keywords slope engineering； knowledge system； teaching devices； time allocation

1 巖土方向邊坡工程學(xué)的重要性

巖土工程起源于上世紀(jì)60年代的歐美國(guó)家，在露天礦山邊坡工程中得到大量應(yīng)用，現(xiàn)在成為土木工程專業(yè)主要分方向之一（土木工程專業(yè)學(xué)科代碼為081001，巖土工程學(xué)科代碼為081401）。[1]巖土工程主要研究巖土材料的物理力學(xué)性能及巖土構(gòu)筑物的穩(wěn)定性與綜合加固治理研究，涉及工程之多，涵蓋了建筑、交通、礦山、水利等領(lǐng)域，典型的工程項(xiàng)目有：邊坡工程、基坑工程、地基處理、基礎(chǔ)工程、地下建筑結(jié)構(gòu)、路基工程等。其中，邊坡工程具有點(diǎn)多面廣、賦存條件復(fù)雜、安全隱患多、加固成本高、管理難度大，既有天然的也有人工的構(gòu)筑物，因此成為了巖土方向研究的最熱點(diǎn)議題。隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，一帶一路戰(zhàn)略實(shí)施、且邊坡建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，高填深挖的巖土邊坡工程處處皆是，一旦邊坡產(chǎn)生失穩(wěn)，將造成災(zāi)難性的后果，因此加強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性分析與綜合治理的研究勢(shì)在必行。[2]

巖土工程的本科教育，在我國(guó)起步較晚，20世紀(jì)80年代還只有同濟(jì)大學(xué)、河海大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等少數(shù)重點(diǎn)高校開設(shè)，二本院校很少有巖土工程專業(yè)，且大部分高校都是在地質(zhì)工程專業(yè)中進(jìn)行巖土課程的教學(xué)，而目前已發(fā)展到82所本科院校開設(shè)巖土工程本科教育，并形成了各自的特色，如河海大學(xué)和武漢大學(xué)的水利巖土、中南大學(xué)和西南交通大學(xué)的鐵道巖土、浙江大學(xué)的環(huán)境巖土等、同時(shí)巖土專業(yè)教學(xué)改革與平臺(tái)建設(shè)也融入了我國(guó)高等教育特色建設(shè)項(xiàng)目，如卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃、服務(wù)國(guó)家特殊需求碩士專業(yè)學(xué)位研究生教育、“2011計(jì)劃”協(xié)同創(chuàng)新中心等，巖土專業(yè)建設(shè)與發(fā)展已得到了空前發(fā)展。[3]我國(guó)是一個(gè)多地質(zhì)災(zāi)害的國(guó)家，在工程建設(shè)中滑坡已成為危害人民生命和財(cái)產(chǎn)安全的六大災(zāi)害之一，因此，筆者結(jié)合巖土工程服務(wù)對(duì)象的特點(diǎn)，從邊坡工程的防護(hù)與加固工程出發(fā)，探討本科專業(yè)邊坡工程教學(xué)內(nèi)容的研究，以供相關(guān)院校提供借鑒。

2 邊坡課程的知識(shí)構(gòu)架

邊坡工程是工程地質(zhì)、土木工程概論、巖土力學(xué)等課程的后續(xù)課程，早期主要以講義或手稿的形式體現(xiàn)，很少見到專業(yè)而系統(tǒng)的統(tǒng)編教材，而當(dāng)前邊坡工程的系列教材如雨后春筍般出現(xiàn)在各大出版社，從高職到本科，碩士，甚至博士等覆蓋整個(gè)高等教育學(xué)歷階段，并逐漸得到了推廣。

邊坡工程的主要知識(shí)體系是：邊坡的構(gòu)成及內(nèi)外影響因素分析、穩(wěn)定性分析方法、邊坡防護(hù)與加固、監(jiān)測(cè)與檢測(cè)及地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)。[4]其中，普通本科教育主要是在邊坡的構(gòu)成及內(nèi)外影響因素分析、穩(wěn)定性分析方法、邊坡防護(hù)與加固等前三個(gè)方面，而邊坡防護(hù)與加固、監(jiān)測(cè)與檢測(cè)及地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)兩大體系主要是對(duì)知識(shí)的擴(kuò)展，具體知識(shí)體系的構(gòu)架及層次見圖1。

邊坡工程的知識(shí)點(diǎn)具有內(nèi)聯(lián)系外結(jié)合的特征，譬如邊坡穩(wěn)定性分析方法涵蓋了工程類比、極限平衡、極限分析、數(shù)值分析等，工程上常采用工程類比和極限平衡法求解邊坡安全系數(shù)，科學(xué)界卻常常采用極限分析、數(shù)值分析及智能算法，前者是追求方法的簡(jiǎn)單求解，而后者對(duì)精度要求更高，但是隨著技術(shù)人員認(rèn)識(shí)水平的提高和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，極限數(shù)值分析、極限智能算法也得到了大量的應(yīng)用與發(fā)展，在穩(wěn)定性分析中首先通過(guò)數(shù)值分析方法得到貫通的剪切塑性區(qū)，進(jìn)而得到潛在滑動(dòng)面，再根據(jù)該滑動(dòng)面運(yùn)用極限平衡理論進(jìn)行安全系數(shù)的求解，這樣得到的結(jié)果比傳統(tǒng)的圖解得到的滑動(dòng)面和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)更精確，因此形成了很好的內(nèi)部聯(lián)系，而在邊坡加固中，由于加固類型多種多樣，如重力式擋土墻、抗滑樁、錨索樁、框架梁、托梁等加固類型，這樣經(jīng)加固后的邊坡穩(wěn)定性究竟采用哪種方法進(jìn)行穩(wěn)定性分析就顯得尤為重要，于是外結(jié)合就顯得非常重要。由此就出現(xiàn)了邊坡工程課程知識(shí)群的概念。該知識(shí)群的母體就是邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，其它的知識(shí)都是圍繞穩(wěn)定性進(jìn)行，根據(jù)穩(wěn)定性分析事先事后關(guān)系可以得到：endprint

（1）首先根據(jù)滑坡模式，譬如是牽引式滑動(dòng)還是推移式滑動(dòng)，就可判斷邊坡失穩(wěn)的原因，針對(duì)牽引式滑動(dòng)就可考慮到是由坡腳土體剪切強(qiáng)度不足或剪應(yīng)力集中、坡腳的施工開挖、而推移式滑動(dòng)，可以很清楚地在坡頂位置找到滑動(dòng)裂縫，考慮到降雨、坡頂超載等因素；

（2）再次進(jìn)行滑坡推力計(jì)算，選定加固方案，滑坡推力偏大的話考慮抗滑樁、錨索樁加固、錨桿擋土墻加固類型，滑坡推力偏低的話就進(jìn)行刷坡、重力式擋土墻加固；

（3）再對(duì)已加固的邊坡進(jìn)行地表水和地下水的排水設(shè)計(jì)，邊坡綠化防護(hù)等；

（4）最后對(duì)加固效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

3 課時(shí)分配與教學(xué)手段

課時(shí)分配與教學(xué)手段是保證課程教學(xué)秩序井然有序的必要條件，在人才培養(yǎng)計(jì)劃制定中根據(jù)課程性質(zhì)來(lái)進(jìn)行課時(shí)分配和采取相應(yīng)的教學(xué)手段。[5]工科課程中，一般對(duì)理論性較強(qiáng)的課程采用板書授課，對(duì)工程應(yīng)用型要求高的課程采取多媒體、現(xiàn)場(chǎng)情景、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。邊坡工程作為巖土工程的主要專業(yè)課之一，它既具有較強(qiáng)的理論計(jì)算也有很強(qiáng)的工程應(yīng)用型，一般定在40～56課時(shí)，其中還包括課程實(shí)驗(yàn)和野外實(shí)習(xí)等實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課時(shí)在內(nèi)，加上土木工程專業(yè)巖土方向?qū)吰鹿こ痰囊笥指饔刑厣绻仿坊吰隆⑹姓吰?、礦山邊坡、庫(kù)壩壩坡、隧道仰坡等，因此各高校針對(duì)邊坡工程項(xiàng)目在課時(shí)分配和教學(xué)手段上各有所異。筆者通過(guò)問卷調(diào)查，結(jié)合多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與邊坡工程知識(shí)體系與層次構(gòu)架，確定邊坡工程知識(shí)點(diǎn)的權(quán)重來(lái)進(jìn)行課時(shí)分配，表1所示。

從表1可知，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算和邊坡加固治理是該門課程的重難點(diǎn)，課時(shí)占70%，必須要求學(xué)生熟練掌握，因此課時(shí)分配多。針對(duì)普通高校的本科生在穩(wěn)定性分析和邊坡加固中應(yīng)重點(diǎn)講解極限平衡法的瑞典條分法、畢肖普法、簡(jiǎn)布法和重力式擋土墻、錨索樁加固方式以及各方法與加固的適用條件。而邊坡的基本概念及構(gòu)成與影響穩(wěn)定性的內(nèi)外因素分別只占了5%，只要求學(xué)生了解。

4 結(jié)論

邊坡工程是一門理論性與工程應(yīng)用型很強(qiáng)的專業(yè)課程，在目前高等教育大眾化及大土木專業(yè)背景下，該課程納入了特色課程之列。通過(guò)問卷調(diào)查，并依據(jù)大量實(shí)例，建立了邊坡工程知識(shí)體系與層次構(gòu)架體系，闡述了邊坡工程的知識(shí)點(diǎn)具有內(nèi)聯(lián)系外結(jié)合的特征，并對(duì)邊坡工程知識(shí)點(diǎn)的權(quán)重及課時(shí)進(jìn)行了有效分配，研究結(jié)果對(duì)巖土工程教學(xué)提供參考。

湖南省普通高校教學(xué)改革研究項(xiàng)目（湘教通[2015]291號(hào)）

參考文獻(xiàn)

[1] 肖瑜.對(duì)中國(guó)大學(xué)科學(xué)教育課程設(shè)置的思考[J].浙江教育科學(xué)，2016（5）：15-17.

[2] 孫書偉.邊坡工程教學(xué)改革探討[J].教育教學(xué)論壇，2014（49）：133-134.

[3] 謝幼如，尹睿，謝虎.精品課程群支持的專業(yè)綜合改革與實(shí)踐[J].中國(guó)電化教育，2013（8）：1-7.

[4] 張永興.邊坡工程學(xué)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[5] 臧秀平，董濤，劉升寬.“大土木”概念下的巖土工程課程群建設(shè)研究[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2004.4（4）：106-108.endprint