土力學教學改革漫談

郭建強

摘要：土力學是一本實踐性很強的學科，是土木工程的重要分支，有其固有的特點和規律。分析了土力學教學過程中基礎理論、試驗與測試、工程應用及仿真分析內容條塊分割，教學內容的更新滯后、實踐教學環節不受重視、課程內容偏于陳舊等問題；根據土力學的相關特點指出為了培養合格土木工程師，在今后土力學教學過程中，應充實試驗教學內容、擴寬理論知識及加強理論與實際聯系。

關鍵詞：土力學；教學改革；試驗研究；課堂教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）22-0116-02

一、土力學教學改革的意義

土力學是一門實踐性很強的學科，研究對象為工程建設活動密切相關的土體，被廣泛應用于基礎設計、擋土構筑物、土工建筑物、水工建筑物（土石壩）、邊坡、基坑及隧道等設計中，是土木工程的重要分枝，有其固有的特點和規律。

土力學發展可分為三個階段：18世紀中葉以前土力學發展以感性認識為主，在此階段涌現重要影響的建筑物。比如，中國的萬里長城、京杭大運河及大型宮殿等偉大建筑物；古埃及和巴比倫農田水利工程；古羅馬的橋梁工程和腓尼基的海港工程等。第二階段始于工業革命時期，在此期間，提出了至今仍在廣泛應用的土力學理論。比如，法國科學家庫侖提出的土的抗剪強度理論和土壓力理論；法國的Darcy提出的滲透定律；法國的布辛內斯克提出的半無限彈性體中應力分布的計算公式。通過工程實踐的積累，對土的強度、土的變形和土滲透性等課題做了初步的理論探討。第三階段始于20世紀初，通過巨大工程的興建、地基勘探、土工試驗、監測及計算機技術的發展，促使人們開展理論研究并系統地總結實驗成果，特別是太沙基提出的有效應力原理，使土力學成為一門獨立學科的重要標志。

由于越江跨海隧道、交通運輸工程、城市建設和人類向地下空間發展的需要，工程的規模越來越大，所涉及的土力學問題也越來越復雜。19世紀是橋的世紀，橋是現代人非常熟悉的建筑，他在人們的交通道路中是必不可少的一項建筑。從19世紀開始，中國開始有了橋，這也為中國的交通帶來了非常便利的交通條件。讓中國人民告別了船只運輸，更多地方便大家的出行。同時橋的建立也是中國土工力學應用的一個突破；20世紀是高層建筑的世紀，進入20世紀以來，由于建筑面積的大片減少，以及國家對于建筑面積的變革，那么高層建筑出現在了開發商的眼界，從此中國開啟了高層建筑的年代。高層建筑的出現，也促進了中國新興城市出現的腳步，使得中國的經濟和國民的生活得到了進一步的提高，為中國建設具有中國特色的新中國打下了堅實的基礎。21世紀為了節約能源、保護環境，人類必須大量利用地下空間，21世紀對人類來說是地下空間的世紀。城市地下空間開發用于最多的莫過于地鐵了。翻開巴黎、倫敦、紐約和日本東京、大阪等城市的地鐵線路圖，密如蛛網。這些城市的地鐵占城市交通總量的相當大份額，四通八達，方便快捷，不僅大大減少了地面交通流量，還在速度上占有絕對優勢。我國城市地下空間利用近年來有了較大發展，一些城市先后開建了地鐵，建設了地下商場、地下旅館、地發電廠、地下娛樂設施等，但與國際上發達國家相比，還有一定差距。

土體不僅為一般材料，更重要的是一種地質結構體，它具有非均質、非連續、非線性及復雜的加卸載條件和邊界條件，這使得土力學問題通常無法用解析方法簡單求解，而拓寬專業口徑成為教學改革的一大趨勢，學生在校期間不斷增加基礎課程的教學內容，以擴大知識面，這使得用于專業課程教學的學時越來越少。土力學課程具有涉及學科內容廣、經驗公式多、試驗內容多且操作復雜等特點，再加上近年來新技術、新理論、新工程問題不斷涌現，造成教學學時少與教學內容廣泛之間的矛盾。

二、土力學學科特點

“從實踐中來，到實踐中去”，是實用性很強的土力學的發展的必由之路。

1.隨著對土物理力學特性認識的深入及工程經驗積累，許多問題已不能借助于經典土力學理論或彈塑性本構理論來解決，人們開始從細觀結構上對土的工程特性進行研究。

2.基于土的三相性、非均勻性及各向異性，嘗試利用隨機理論對土的同城特性進行研究。

3.隨著計算理論與信息技術的發展，復雜大型工程可通過數值仿真計算方法，預測將來發展趨勢。

4.隨著觀測數據的積累，工程與科研界開始注意到室內土樣試驗的結果往往與實際情況相差較大，因此，現場試驗/原位試驗正成為土力學的一個重要組成部分；另外，離心模型試驗正在逐步成長為土力學的一個重要分支。

5.“邊設計——邊觀測”是Terzaghi和Peck提出的一種研究方法，當今可將其稱之為信息化施工，隨著觀測手段與計算設備進步，信息化施工必將成為土力學的一個重要授課內容。

6.基礎理論、試驗與測試、工程應用及仿真分析實際上互為補充，而現在很多教材將這些內容條塊分割，沒有將理論和實踐應用把這三部分內容串聯起來，僅僅是為編書而編書，造成任課教師授課難，學生學習枯燥，學習效果差。

7.教學內容更新滯后、實踐教學環節不受重視、課程內容偏于陳舊。近年來，新科技、新理論、測試技術與數值模擬計算等發展迅速，而這些新變化并未在教學中出現，教學內容更新程度遠落后于本學科發展。

三、土力學教學改革方向漫談

針對新形勢，土力學教學改革過程中，可重點在以下三個方面加強研究：

1.充實試驗教學內容。土力學是實踐性很強的學科，要求學生對能夠通過觀察、測試、分析等方法對巖石工程問題有一個感性認識，通過積累最后形成土力學存在工程問題的基本概念。在基本概念掌握的基礎上，介紹土力學新的測試技術與監測技術，比如微震技術、離心模型試驗等。這促使使學生能夠從微觀角度理解巖土工程問題發生的本質。

2.拓寬理論知識。比如，21世紀初期，CAD輔助制圖在我國大學生當中還未普及，能夠熟練掌握這一方法學生可為鳳毛麟角，但是，今天甚至剛剛進入大學求學的大學生都可以熟練運用CAD進行各種建筑設計，由此可見，技術進步對課堂教學影響。當前，數值計算已廣為應用于巖土工程穩定及變形分析中，不僅是大工程項目，甚至“小”項目開始引入數值計算。因此，土力學的教學內容對這一新形勢應有所體現，從而使大學本科畢業生，在將來工作、研究過程中具有較強的競爭力。

3.加強理論與實際聯系。土力學主要是面向工程建設的，隨著我國基礎設施建設規模不斷增大，各類工程中遇到了許多亟待解決的新問題，特別是隨著人們對于環境、生態和資源的認識及重視，各種土力學新知識、新技術、新工藝在工程建設中得到了大量應用。例如：濕陷性黃土地區工程建設、南水北調、地鐵施工過程中土力學問題等。這要求大學應加強與企事業單位或社會團體的合作，增強學生對土力學知識在解決實際工程問題中作用的認識。

可見，土力學的教學改革是我們必須要做的項目。由于目前各個學校的教學條件參差不齊，所以個人認為在學校能力范圍的基礎上，對于教學進行改革。我們能力范圍內的，拓寬學生的理論知識，讓學生能夠更多方面地去了解本專業的內容，以便將來在就業時能夠更從容地解決一些偏難問題，其二，增加學生學習的機會，與各建筑工地相聯系，讓學生工學結合，在實踐中掌握知識，理解知識內涵，為國家的進一步建設培養出更能適合目前國家需要的實用性人才。

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Soil mechanics teaching reform to ramble

Guo Jian qiang

（guizhou university institute of civil engineering，guizhou guiyang 550025）

Pick to：soil mechanics is a practical subject，is an important branch of civil engineering，has its inherent characteristics and laws. Analyzes the basic theory in the process of soil mechanics teaching，experiment and test，engineering application and content of the simulation analysis regional segmentation，update teaching content lag，practice teaching link is not respected，curriculum content should be old，etc.；According to the characteristic of the soil mechanics in order to cultivate qualified civil engineers，in the process of soil mechanics teaching in future，should enrich the contents of experiment teaching，widen the theoretical knowledge and strengthen the link theory with practice.

Key words：soil mechanics；The teaching reform；Experimental study；Classroom