巖土工程原位測試教學初步研究

顏榮濤

（桂林理工大學，廣西 桂林541004）

對于巖土工程專業，土力學是基礎核心理論課程，幾乎所有的課程都是以土力學為理論基礎。土力學主要研究巖土體在各類環境和各種荷載作用下的變形、滲流和強度理論，并且還介紹了巖土體的基本的物理力學性質和相關物理力學參數的測試方法[1]。一般來講，測試巖土體的物理力學參數的方法主要包括室內試驗和原位測試兩種。對于室內試驗，土力學課程講解較為詳細，并且開設了相關的試驗課程進行練習，因此學生對于室內試驗無論在理論上還是動手操作上掌握的都較為熟練。而對于原位測試，很多地方高校并沒有足夠的重視，有的高校甚至沒有開設相關課程，這對于地方高校培養應用型技術人才的初衷是不相符的[2]。在此背景下，筆者結合所在高校從事原位測試的教學經驗對原位測試教學的相關問題進行了歸納分析，供相關同行參考。

1 原位測試的重要性

根據刑皓楓等人編著的《巖土工程原位測試》[3]，原位測試是以現場土體為測試對象，在不擾動或是少擾動的條件下對土體的物理力學參數進行測試或檢測，是一種重要的巖土工程勘察技術和地基評價手段。主要包括靜力荷載試驗、標準貫入試驗、原位剪切試驗、回彈試驗、靜力觸探試驗、扁鏟側脹試驗、動力測試試驗、旁壓試驗、原位滲透試驗、十字板剪切試驗、點荷載試驗等。室內試驗主要是通過鉆探等取樣手段從現場取回土樣后在實驗室內進行試驗，在取樣過程中的應力釋放或是運輸過程中對試樣的干擾都會改變了試樣的內部結構，從而影響室內試驗結果的可靠性；而原位測試試驗則是在現場對原位土體進行相關試驗，所得參數更能真實地反應現場的情況，為工程提供更為可靠有效的第一手資料。雖然原位測試中對試樣的應力條件不明確，但其模擬了工程的施工條件和受荷條件，其結果也并不影響工程的設計過程。可以說，原位測試能為設計過程提供最為可信的設計參數。因此，對于巖土工程專業學生，學習原位測試課程并且掌握原位測試的相關技術對于職業生涯的發展具有重要作用。

2 原位測試課程設置

原位測試課程設置一般包括兩部分，原位測試理論教學部分和原位測試實踐教學部分。在理論教學部分中，學生主要學習各類原位測試的測試原理、設備結構、試驗操作步驟以及相應的結果分析，理論教學課時為24個學時。原位測試實踐教學部分主要在現場進行試驗，通過現場演示、學生親自動手操作來進行訓練。

巖土原位測試屬于專業性很強的課程，需要學生在進行此類訓練之前具有相應的專業基礎，因此需要學生保證相應的先修課程。根據筆者的教學經驗和認識，巖土原位測試實踐環節應該設置以下先修課程：土力學、巖土工程勘察、土質學、工程地質學、基礎工程等專業基礎課程。在這些課程中間，土力學、土質學和巖土工程勘察尤為重要，必須在開展巖土原位測試課程之前應該完成。土質學課程可以讓學生了解土體的基本物理特性，掌握土體的形成過程，以及對各種土體的識別和鑒別，并且初步的了解如何通過土體的顏色、形態和手感等性質定性分析巖土體的工程力學性質。

巖土工程勘察可以使學生掌握一些工程勘察的基本理論和方法，以及理解原位測試實踐環節在巖土工程勘察活動中的位置；土力學課程是巖土工程中的基本理論課程，介紹土體的基本力學行為及描述土體行為的基本理論，先修土力學對于巖土原位測試課程的實施是非常必要的。

3 原位測試教學方法

原位測試理論教學主要以課堂講授為主。與理論學習不同，實踐教學除了需要知道試驗的相關理論外，還需要培養學生實際操作儀器的能力，處理試驗數據分析實驗結果的能力。因此，原位測試實踐環節教學方法以理論掌握為基礎，從實踐練習來開展。筆者建議的流程如下：首先，現場復習巖土原位測試原理，是學生掌握儀器的測試目的、測試原理以及儀器設備的基本構造；其次，引導學生進行現場試驗，過程中講解試驗步驟及需要注意的問題；最后，得出試驗數據后，要求按照相關規范進行相關巖土力學性質的處理計算。

為了進一步說明巖土原位測試實踐環節教學方法，下面以巖土原位測試試驗中的旁壓試驗來進行說明。旁壓試驗是一種用來測試土層模量以及地基承載力能土層性質的原位試驗。筆者在進行旁壓試驗實踐教學時，以5～7位同學為一小組開展現場實踐教學。在試驗之前，采用“為什么需要進行旁壓試驗”問題進行引導，向學生講述進行旁壓試驗的目的，讓學生知曉為了達到測試目的，必須要測試哪些土體參數。例如，旁壓試驗主要測試土體的側向壓力以及土體的側向變形。圍繞測試這兩個參數，詳細介紹旁壓儀器的測試原理，并且基于原理，向學生講解設備的內部構造。如果有條件，可以在現場對旁壓儀器進行拆卸，使同學能夠深刻的理解旁壓儀器的內部構造和測試原理。在此之后，就應該基于測試原理講解旁壓儀器的測試步驟，值得說明的是，測試步驟的講解應該結合旁壓測試的規范要求進行，并且講解規范規定的每一步驟的操作需要注意的問題。在旁壓試驗測試中，有兩個重要的步驟，彈性膜約束力校正和儀器綜合變形校正，筆者在介紹這兩個步驟時就會結合測試原理進行講解這兩個步驟的目的是什么，原理是什么，而不是單單介紹過程怎么操作。對于旁壓試驗實踐，一般一組同學進行一個點的測試試驗。在獲取試驗數據后，指導學生根據規范進行最后的數據整理分析，計算出相應的參數結果。經歷過這樣一個流程的訓練，學生對于旁壓試驗的試驗原理、試驗過程以及后期數據處理分析等方面將會有一個全面的理解。

4 原位測試考核方法

這里主要對巖土原位測試實踐課程的考核進行說明。對于巖土原位測試實踐訓練這類課程，筆者建議結合平時成績和期末成績進行評定。其中，平時成績的評定主要參考試驗過程中的參與度表現，回答教師提問的積極程度和正確情況。在試驗過程中，指導教師需要全程記錄同學的各方面表現，對教師與學生的全程互動性要求較高。期末成績則主要以基于試驗測得的試驗數據編寫的實驗報告來進行評定，從報告完整程度、試驗數據的有效性、數據處理的系統程度及分析深度等幾個方面給予評價。最后，筆者建議采用50%的平時成績和50%的期末成績來給予學生總評成績。

5 計算機輔助技術在巖土原位測試實踐教學的應用

在計算機信息化高速發展的今天，計算機輔助技術已在高等教育中廣泛應用，如虛擬仿真計算機輔助技術在土木類教學中的各種應用[4-5]。在巖土原位測試實踐教學環節中，可以引入各種虛擬仿真的計算機輔助技術，幫著學生理解各類原位測試試驗的原理、儀器構造以及試驗過程，從而進一步地加深巖土原位測試實踐課程的教學效果。

6 結語

目前巖土原位測試實踐課程的教學在大部分地方高校中沒有得到應有的重視。然而，巖土原位測試在現場工程實踐中具有非常重要的地位，因此應該保證巖土工程專業學生的原位測試的理論課程和實踐教學。本文從原位測試的重要性、課程設置、教學方法、考核方法以及計算機輔助技術等方面進行了分析討論，為巖土原位測試相關課程的開設提供了相關的建議和參考。此外，本文分析的問題對地方高校開設巖土原位測試教學活動具有一定的借鑒作用。