邊坡工程教學改革探討

孫書偉

摘要：邊坡工程是一門以邊坡為研究對象的專業(yè)選修課程，內(nèi)容涉及土力學、巖石力學、工程地質學、彈塑性力學等多方面知識，具有綜合性和實踐性強的特點。目前課程教學中存在教材選擇困難、授課對象理論基礎較弱、實踐和試驗環(huán)節(jié)薄弱等問題，建議優(yōu)化教學內(nèi)容設置、開放式互動教學、理論性與方法性并重以及在教學過程中啟發(fā)學生科研思路等，使學生及時掌握有關邊坡工程的新理論和新技術，為我國工程領域培養(yǎng)合格的創(chuàng)新型專業(yè)人才。

關鍵詞：邊坡工程；課程教學；巖石力學；采礦工程；滑坡

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）49-0133-02

一、引言

邊坡是指自然或人工形成的斜坡，通常由力學性質不同的巖土材料構成，在漫長的地質構造作用下，逐漸形成了復雜的坡體結構和巖體結構。邊坡失穩(wěn)破壞會誘發(fā)滑坡、崩塌和泥石流等地質災害，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產(chǎn)損失。邊坡工程是一門以邊坡為研究對象的應用性課程，內(nèi)容涉及土力學、巖石力學、工程地質學、彈塑性力學等多方面知識，具有綜合性和實踐性強的特點。巖土工程、采礦工程、工程地質等專業(yè)的重要專業(yè)課程就是邊坡工程，國內(nèi)大專院校開展課程時間并不長，同時由于教學過程中普遍存在理論與實踐脫節(jié)的問題，往往存在學生學習興趣差以及分析解決問題能力較差等問題。如何適應當前社會需要，培養(yǎng)理解基礎好、動手能力強以及富有實踐精神的復合型人才，是值得我們深入研究和探討的科學問題。

二、邊坡工程的課程特點

1.綜合性強。邊坡根據(jù)物質組成往往可以分為巖質邊坡和土質邊坡，由于巖土二者的物理力學性質差異較大，所以導致工程所關心的科學問題完全不同，對于土質邊坡，其穩(wěn)定性取決于土的變形和強度問題，這其中涉及了土力學方面的知識；對于巖質邊坡，其穩(wěn)定性取決于巖石的強度和結構面的空間分布等，這其中涉及工程地質和巖石力學方面的知識。邊坡根據(jù)成因又可分為自然邊坡和人工邊坡，自然邊坡是在復雜的地質作用下歷經(jīng)幾百萬年甚至幾千萬年演變而來，這就涉及到地質學等；自然狀態(tài)下經(jīng)過漫長地質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)會遭到破壞，原因是巖體的開挖、地應力的釋放等，這就涉及到材料力學、巖石力學等。此外，我們在分析計算時，往往需要用到彈塑性理論來分析邊坡的應力和變形等?？傊婚T邊坡工程涉及土力學、巖石力學、工程地質學、彈塑性力學等多方面知識，課程綜合性強。

2.復雜性強。邊坡工程具有系統(tǒng)的復雜性，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既定的工程地質條件和水文地質條件、地形地貌和新構造運動、人類的工程活動等因素都會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，所以會受各相關因素之間的相互影響。因此，只有對這些因素進行全面的系統(tǒng)的分析，才能使邊坡整體性能達到最佳狀態(tài)。而且各因素對邊坡穩(wěn)定性的影響作用是不同的。所以邊坡工程的課程教學也要求教師從系統(tǒng)上進行全面、多方位的教學，從而使課程復雜性增強。

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

4.應用性強。邊坡工程所研究的問題來自于現(xiàn)場，同時服務于現(xiàn)場。學習的目的是能將實際工程問題進行簡化，從而可以用所學的理論知識進行分析，最后達到解決實際工程問題的目的。邊坡穩(wěn)定問題等是工程所關心的熱點問題，監(jiān)測以及預警的手段和方法等直接服務應用于現(xiàn)場。

三、課程教學中存在的問題

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、內(nèi)容體系不統(tǒng)一等問題。

2.授課對象理論基礎偏弱。邊坡工程課程主要面向已學過專業(yè)基礎課的理工科大三學生。然而，筆者在授課過程中發(fā)現(xiàn)，部分專業(yè)的學生對土力學、巖石力學、工程地質學以及彈塑性力學的基本理論理解差，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有關，另一方面反映出教學對象理論基礎薄弱等問題，這無疑會影響教學質量和教學效果。

3.實踐和試驗環(huán)節(jié)薄弱。大部分授課老師缺乏實踐經(jīng)驗，從理論到理論，現(xiàn)場經(jīng)驗嚴重缺乏，很難向學生傳授具體的邊坡工程實踐常識，而學生通常很反感概念性的東西，空洞無物的講解只會讓學生興致缺失，甚至產(chǎn)生厭學、抵觸心理，不但達不到理想的教學效果，還會適得其反。

4.授課對象創(chuàng)新思維不足?，F(xiàn)今，創(chuàng)新思維能力強弱已成為影響學生就業(yè)競爭力和科研能力的重要因素。但是，我們的學生長期處于中國傳統(tǒng)模式教育下，學生的自主創(chuàng)新能力明顯不足，這在社會生活和工作實踐中已明顯地表現(xiàn)了出來。

四、關于邊坡工程教學的建議

1.豐富教材種類。由于在邊坡工程教學中，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、內(nèi)容體系不統(tǒng)一等問題。所以授課教師應在教學中總結經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)問題，以致能夠探索、豐富并編輯出更多適合邊坡工程課程教學類的教材。從而解決教材選擇困難的問題。

2.優(yōu)化教學內(nèi)容設置。針對不同的專業(yè)方向，邊坡工程的教學內(nèi)容設置應有所不同，其側重點應有所差異。比如水利工程方向，教學內(nèi)容應側重于高陡巖石邊坡的地震響應、滲流變形以及壩坡穩(wěn)定方面；公路和鐵路工程方向，教學內(nèi)容應側重于邊坡靜力穩(wěn)定、邊坡加固以及滑坡防治等方面；工程地質方向，教學內(nèi)容應側重于邊坡成因分析、坡體裂隙構造分析等的方面；而采礦工程方向，則應以邊坡爆破、深部巖體力學、三維地質建模以及災害預警方法為重點。同時，教學內(nèi)容的設置應考慮授課對象的知識結構，避免課程內(nèi)容與相關內(nèi)容的交叉重復。

3.加強基礎課程教學。針對學生對土力學、巖石力學、工程地質學以及彈塑性力學的基本理論理解差，甚至不了解一些基本概念的問題，課程教學中應加強基礎理論的授予，增強學生的理論基礎。

4.開放式互動教學。對于邊坡工程課程的講解，應以工程實例、工程實物、工程照片為主，采用開放式互動的教學方式，結合工程實例，將施工現(xiàn)場搬到教室，使抽象的理論概念具體化，讓教學更加生動形象，將課堂知識與現(xiàn)場實際緊密聯(lián)系起來針對具體問題進行討論，激發(fā)學生的學習興趣，改善教學效果。

5.理論性與方法性并重。邊坡工程具有應用性強的特點，在講授理論的同時，應重視對方法性的講解。以邊坡穩(wěn)定性分析的講授為例，首先向學生介紹各種邊坡穩(wěn)定性的計算方法，特別是講解某些復雜方法的計算分析步驟，能讓學生充分地理解理論的原理。同時，應強調邊坡穩(wěn)定性分析的方法是“定性分析，定量計算”，使學生懂得在邊坡工程的詳細勘察，室內(nèi)外試驗的基礎上進行邊坡穩(wěn)定性的評價，深入認識邊坡的變形機制和破壞模式才是邊坡穩(wěn)定性評價的根本。

6.課程教學與實踐教學結合。邊坡工程是應用型課程，培養(yǎng)學生應用能力和創(chuàng)新意識，開展素質教育的重要途徑就是實踐教學，通過實際工程的邊坡勘察及試驗資料，讓學生應用所學的知識，對實際邊坡進行穩(wěn)定性評價并提出治理設計建議，使他們能深入理解和掌握邊坡工程理論。在一些實際工程中，很多通過商業(yè)軟件來計算分析邊坡工程的穩(wěn)定性評價，這樣學生容易忽視各種分析方法的基礎理論應用，只是單純地成為軟件操作員，對自己的計算結果盲目不能確定，這就成了從事巖土工程專業(yè)畢業(yè)生的危險因素。在這里我們要強調基本理論的重要性，同時要使課堂知識與實際工程緊密聯(lián)系起來，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生探索和解決問題的綜合能力。改善教學效果，滿足高校人才培養(yǎng)注重服務社會的需求。

7.啟發(fā)科研思路。邊坡工程是工程建設中一個古老而常新的問題，邊坡工程實踐結果表明，邊坡是一個復雜的物理系統(tǒng)，目前的理論水平較低。仍以邊坡穩(wěn)定性分析評價為例，邊坡穩(wěn)定的標準究竟是什么？是安全系數(shù)，還是邊坡的變形量？大量的科學問題等待我們?nèi)ネ诰?。在教學過程中，建議授課教師將科研成果和最新研究動態(tài)與學生進行交流，以具體問題為例對學生進行科研思路的啟發(fā)，使他們不僅掌握基礎知識，還能了解學科的方向，形成獨立的科研思路，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。

8.促進成果互享，增強創(chuàng)新能力。由于當代社會越來越注重對知識產(chǎn)權的保護，這給我們帶來了知識利益保護，但也使學生不能像過去一樣實現(xiàn)知識的共享。所以，我們應在課程教學注重研究成果的互享，共同拓展學生的創(chuàng)新能力。

五、結語

邊坡工程的教學改革與工程實踐的不斷發(fā)展密切相關，是一個長期持續(xù)的過程。通過邊坡工程教學工作者的不斷努力，學生能夠及時掌握有關邊坡工程的理論和新方法。我們相信一定能夠為工程領域培養(yǎng)出合格的創(chuàng)新型專業(yè)人才。

參考文獻：

[1]趙明階，何光春，王多垠.邊坡工程處治技術[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]佴磊，徐燕，代樹林.邊坡工程[M].北京：科學出版社，2010.

[3]黃求順，張四平，胡岱山.邊坡工程[M].重慶大學出版社，2003.

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

[5]陳祖煜，汪小剛，楊鍵，等.巖質邊坡穩(wěn)定性分析——原理·方法·程序[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

[6]李愛兵.露天邊坡工程特點與有關問題探討[J].礦業(yè)研究和開發(fā)，2002.

[7]E.Hoek.巖石邊坡工程[M].盧世宗，等，譯.北京：冶金工業(yè)出版社，1983.