岩石力学课程实践性教学改革探讨年.docx

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1、岩石力学课程实践性教学改革探讨年 摘要：为适应我国土木工程专业人才培育和教学改革的须要，针对土木工程专业基础课岩石力学课程的教学特点，拟拓展试验与实践教学环节，增加岩石力学特性试验与数值试验及现场教学两个部分，构建集理论教学、物理试验与数值试验、现场教学于一体的岩石力学综合教学模式，以期推动岩石力学课程实践性教学迈上一个新台阶。 关键词：岩石力学；试验教学；物理试验；数值试验 中图分类号：G642.0 文献标记码：A 文章编号：1674-932410-0175-02 随着我国西部大开发战略的实施和西南地区高坝建设的兴起，传统的岩石力学课程理论教学及授课内容已经无法满意工程界对岩石力学学问的热切

2、需求，亟待开展岩石力学课程的教学改革。笔者基于近几年讲授土木工程专业本科生岩石力学课程的教学阅历与体会，并结合国内其他高校岩石力学教学探讨所取得的一些成果1-5，提出我校高校生岩石力学课程实践性教学改革的总体构想，即集成物理试验与数值试验、现场教学于一体的岩石力学课程实践教学，以期推动岩石力学课程实践性教学迈上一个新台阶。 一、岩石力学课程实践性教学改革的必要性 岩石力学是运用力学方法与地质学原理来探讨岩石与岩体的力学行为的一门新兴科学，也包括探讨岩体在各种力场作用下的变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学1。它涉及到岩石的物理性质、拉压剪等强度特性、与时间有关的流变特性、岩石的单轴和三轴变形

3、特性、岩石的动力学特性、岩石的各向异性本构关系、岩体结构面的力学性质、由结构面与岩石块体包围的岩体的力学特性、岩体不连续面的渗流性质、地应力环境、岩体力学中的各类数值方法、岩石力学涉及的各类工程问题，包括地下空间与地下工程开发、地基、岩质高边坡等的整体稳定性与变形破坏问题等1-3。明显，岩石力学的探讨对象不同于一般的材料，它是非均质各向异性、含有多组结构面组合的非连续介质，其力学行为困难多变，导致依托在这一地质体上的各类岩石工程更加困难。正是由于岩石或岩体的困难性及特别性，岩石力学服务的各类工程目前还是以工程阅历、现场试验与监测为主，理论指导为辅，这给岩石力学课程的实践性教学改革创建了条件、供

4、应了难得的机遇。在理论教学基础上强化试验与实践教学，通过参加室内试验和野外实践，采纳工程好用化或经工程检验后的理论方法开展大规模计算分析和工程实例探讨，构建集理论、试验与实践于一体的综合教学改革，使学生既储备较好的理论基础，又具有较强的试验与工程实践实力，从而培育出具备解决困难岩石力学问题的高端技术人才。从这个意义上说，开展岩石力学课程的实践性教学改革是非常必要的。 二、岩石力学课程实践性教学改革的主要内容 增加室内试验教学与计算机数值仿真试验环节，并结合现场工程实例教学，探究适合现代岩石力学发展的新型实践性教学方法。 1.增加试验教学模块环节。目前我校高校生岩石力学课程教学主要是理论教学为主

5、，强化书本理论学问的学习，尚未支配试验与实践教学环节。通过本课程的多年课堂理论教学，结合本课程阅历性、应用性较强的突出特点，拟改革现有教学方式，增设岩石力学试验教学环节，包括4个室内试验模块，即岩石吸水性试验、饱和单轴抗压试验、点载荷抗拉试验3个验证性试验项目和1个岩石剪切试验演示项目。这4个室内试验项目为岩石力学特性参数试验，拟规划6学时教学内容，其中验证性试验占4个学时，综合试验和演示项目占2个学时，由学生先熟识试验方法、试验步骤，再由老师指导，完成试验；同时试验室对学生也实行开放，激励学有余力的学生课后自己设计并开展相关试验。 2.增加数值试验教学环节。实践教学把培育学生试验技能放在首位

6、，虚拟与现实相结合，动手与动脑相结合。考虑学生人数的增加，试验场地、仪器设备、岩块样品不足等冲突，将试验教学与计算机数值仿真相结合，开展模块教学，即增加数值模拟演示试验2学时。应用大型数值分析软件ABAQUS进行岩石力学数值模拟试验教学。由于岩石裂开过程现象的困难性和岩石介质的困难性，在模块的岩石力学教学试验过程中，学生很难通过大量重复性试验看到岩石破坏的各种类型的困难现象。利用引进并二次开发的ABAQUS程序，增加模块的试验教学环节，对岩石力学试验进行协助教学，使学生参加教学活动的主动性、创建性大为增加。随着现代计算机技术的发展，利用计算机对岩石的变形与裂开过程进行数值试验，不仅具有通用性强

7、、便利敏捷、具有可重复性等特点，而且可以通过数值试验得到很多在常规试验室试验中难以观测的重要信息，作为岩石力学试验教学的重要补充，达到岩石力学试验协助教学的目的。但模块数值试验的应用并不能完全取代模块的试验室试验。这是因为数值试验时仍旧须要供应岩石的细观力学参数等信息，而且只有在证明数值试验方法正确的基础上才能运用它进行岩石力学的数值试验。此外，岩石力学数值试验也可完成困难岩石块体的变形破坏过程的数值仿真。 3.预设工程问题教学模式。考虑到岩石力学数值试验方法在解决岩石力学问题时具有通用性强、可重复性等特点，感爱好的学生可以在任课老师的指导下，在课程开设初期就拟定一个自己感爱好、与岩石力学与工

8、程紧密相关的数值计算课题，带着问题进行课程学习。课程的每个环节都使学生对问题的相识更深化一步，当专业学问和数值计算学问储备到达肯定程度后，即可开展数值试验方面的探讨。在此过程中遇到的突出问题，可以由任课老师利用课间时间给学生答疑解惑，或一些共性问题可在课堂适当讲解，从而协助学生完成预设的各类工程问题，达到事半功倍的教学效果。 4.结合工程案例的现场实践性教学。实践性教学的核心应是开呈现场教学，将课堂教学与实际工程紧密结合，从而升华理论学问、室内试验和数值仿真成果。针对本课程的好用化特点及课堂教学进展状况，选择有代表性的岩石工程作为典型教学案例进行现场教学，适时邀请现场的项目负责人就工程案例进行

9、具体讲解，包括可能遇到的各类岩质边坡工程、岩石地基工程、地下空间与地铁工程等，从而增加课程学习的针对性、提高学生分析和解决实际工程问题的实力。 三、结束语 通过上述建设，将丰富我校高校生岩石力学课程的实践性教学内容，使其充分兼顾理论、试验与数值仿真、现场实践三个方面。在此基础上，凝练岩石力学课程实践性教学改革的创新手段与特色教学方法，推动本科岩石力学课程实践性教学改革的深化发展。 参考文献： 1张永兴.岩石力学M.北京：中国建筑工业出版社，2022. 2黄醒春.岩石力学M.北京：高等教化出版社，2022. 3勾攀峰，宋常胜.岩石力学课程的教学改革与实践J.高教论坛，2022，：83-84. 4

10、黄明奎.岩石力学课程教学改革与思索J.高等建筑教化，2022，17：82-85. 5刘开云.探析高校土木工程专业“岩石力学”课程教学改革新途径J.中国科技创新导刊，2022，：173-173. 基金项目：大连理工高校教化教学改革实践教学专项和探讨生教学改革与探讨基金资助。基金编号ZX202213。 作者简介：年廷凯，男，大连理工高校土木工程学院副教授、博士生导师，主要从事岩土工程的教学和探讨。 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页