本科專業邊坡工程教學內容研究

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，建立了邊坡工程的知識體系與層次構架，總結了邊坡工程主要知識點。通過舉例闡述了邊坡工程的知識點具有內聯系外結合的特征。最后對課時分配和教學手段進行了建議，研究成果能對邊坡工程教學提供借鑒。

關鍵詞 邊坡工程 知識體系 教學手段 課時分配

中圖分類號：G642 文獻標識碼：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的重要性

巖土工程起源于上世紀60年代的歐美國家，在露天礦山邊坡工程中得到大量應用，現在成為土木工程專業主要分方向之一（土木工程專業學科代碼為081001，巖土工程學科代碼為081401）。[1]巖土工程主要研究巖土材料的物理力學性能及巖土構筑物的穩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、水利等領域，典型的工程項目有：邊坡工程、基坑工程、地基處理、基礎工程、地下建筑結構、路基工程等。其中，邊坡工程具有點多面廣、賦存條件復雜、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筑物，因此成為了巖土方向研究的最熱點議題。隨著我國基礎建設的蓬勃發展，一帶一路戰略實施、且邊坡建設規模越來越大，高填深挖的巖土邊坡工程處處皆是，一旦邊坡產生失穩，將造成災難性的后果，因此加強邊坡的穩定性分析與綜合治理的研究勢在必行。[2]

巖土工程的本科教育，在我國起步較晚，20世紀80年代還只有同濟大學、河海大學、哈爾濱工業大學等少數重點高校開設，二本院校很少有巖土工程專業，且大部分高校都是在地質工程專業中進行巖土課程的教學，而目前已發展到82所本科院校開設巖土工程本科教育，并形成了各自的特色，如河海大學和武漢大學的水利巖土、中南大學和西南交通大學的鐵道巖土、浙江大學的環境巖土等、同時巖土專業教學改革與平臺建設也融入了我國高等教育特色建設項目，如卓越工程師培養計劃、服務國家特殊需求碩士專業學位研究生教育、“2011計劃”協同創新中心等，巖土專業建設與發展已得到了空前發展。[3]我國是一個多地質災害的國家，在工程建設中滑坡已成為危害人民生命和財產安全的六大災害之一，因此，筆者結合巖土工程服務對象的特點，從邊坡工程的防護與加固工程出發，探討本科專業邊坡工程教學內容的研究，以供相關院校提供借鑒。

2 邊坡課程的知識構架

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

邊坡工程的主要知識體系是：邊坡的構成及內外影響因素分析、穩定性分析方法、邊坡防護與加固、監測與檢測及地質預報技術。[4]其中，普通本科教育主要是在邊坡的構成及內外影響因素分析、穩定性分析方法、邊坡防護與加固等前三個方面，而邊坡防護與加固、監測與檢測及地質預報技術兩大體系主要是對知識的擴展，具體知識體系的構架及層次見圖1。

邊坡工程的知識點具有內聯系外結合的特征，譬如邊坡穩定性分析方法涵蓋了工程類比、極限平衡、極限分析、數值分析等，工程上常采用工程類比和極限平衡法求解邊坡安全系數，科學界卻常常采用極限分析、數值分析及智能算法，前者是追求方法的簡單求解，而后者對精度要求更高，但是隨著技術人員認識水平的提高和計算機技術的發展，極限數值分析、極限智能算法也得到了大量的應用與發展，在穩定性分析中首先通過數值分析方法得到貫通的剪切塑性區，進而得到潛在滑動面，再根據該滑動面運用極限平衡理論進行安全系數的求解，這樣得到的結果比傳統的圖解得到的滑動面和穩定性評價更精確，因此形成了很好的內部聯系，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，這樣經加固后的邊坡穩定性究竟采用哪種方法進行穩定性分析就顯得尤為重要，于是外結合就顯得非常重要。由此就出現了邊坡工程課程知識群的概念。該知識群的母體就是邊坡穩定性評價，其它的知識都是圍繞穩定性進行，根據穩定性分析事先事后關系可以得到：endprint

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

（2）再次進行滑坡推力計算，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行刷坡、重力式擋土墻加固；

（3）再對已加固的邊坡進行地表水和地下水的排水設計，邊坡綠化防護等；

（4）最后對加固效果進行監測，及時反饋監測數據。

3 課時分配與教學手段

課時分配與教學手段是保證課程教學秩序井然有序的必要條件，在人才培養計劃制定中根據課程性質來進行課時分配和采取相應的教學手段。[5]工科課程中，一般對理論性較強的課程采用板書授課，對工程應用型要求高的課程采取多媒體、現場情景、實驗教學方式。邊坡工程作為巖土工程的主要專業課之一，它既具有較強的理論計算也有很強的工程應用型，一般定在40～56課時，其中還包括課程實驗和野外實習等實驗實踐課時在內，加上土木工程專業巖土方向對邊坡工程的要求又各有特色，如公路路基邊坡、市政邊坡、礦山邊坡、庫壩壩坡、隧道仰坡等，因此各高校針對邊坡工程項目在課時分配和教學手段上各有所異。筆者通過問卷調查，結合多年的工程實踐經驗與邊坡工程知識體系與層次構架，確定邊坡工程知識點的權重來進行課時分配，表1所示。

從表1可知，邊坡穩定性計算和邊坡加固治理是該門課程的重難點，課時占70%，必須要求學生熟練掌握，因此課時分配多。針對普通高校的本科生在穩定性分析和邊坡加固中應重點講解極限平衡法的瑞典條分法、畢肖普法、簡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成與影響穩定性的內外因素分別只占了5%，只要求學生了解。

4 結論

邊坡工程是一門理論性與工程應用型很強的專業課程，在目前高等教育大眾化及大土木專業背景下，該課程納入了特色課程之列。通過問卷調查，并依據大量實例，建立了邊坡工程知識體系與層次構架體系，闡述了邊坡工程的知識點具有內聯系外結合的特征，并對邊坡工程知識點的權重及課時進行了有效分配，研究結果對巖土工程教學提供參考。

湖南省普通高校教學改革研究項目（湘教通[2015]291號）

參考文獻

[1] 肖瑜.對中國大學科學教育課程設置的思考[J].浙江教育科學，2016（5）：15-17.

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

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

[4] 張永興.邊坡工程學[M].北京：中國建筑工業出版社，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研究[J].江蘇科技大學學報（社會科學版），2004.4（4）：106-108.endprint