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選修課程，內容涉及土力學、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、實踐和試驗環節薄弱等問題，建議優化教學內容設置、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合格的創新型專業人才。

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。邊坡失穩破壞會誘發滑坡、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損失。邊坡工程是一門以邊坡為研究對象的應用性課程，內容涉及土力學、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、工程地質等專業的重要專業課程就是邊坡工程，國內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；自然狀態下經過漫長地質年代作用的巖體一般處于穩定的自然狀態。開挖后的人工邊坡其平衡狀態會遭到破壞，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。邊坡工程具有系統的復雜性，主要從以下兩方面體現：①露采邊坡是采礦工程大系統中的一個子系統，具有系統性，它屬礦山生產的安全保障系統，礦山安全生產要求邊坡保持穩定；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的分析，才能使邊坡整體性能達到最佳狀態。而且各因素對邊坡穩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，又有變形問題和穩定問題，課程內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的室內外試驗方法等；研究邊坡的變形問題時，需掌握固結理論、分層總和法等內容；研究邊坡的穩定問題時，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場，同時服務于現場。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。邊坡穩定問題等是工程所關心的熱點問題，監測以及預警的手段和方法等直接服務應用于現場。

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性強、內容體系不統一等問題。

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基礎課的理工科大三學生。然而，筆者在授課過程中發現，部分專業的學生對土力學、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.實踐和試驗環節薄弱。大部分授課老師缺乏實踐經驗，從理論到理論，現場經驗嚴重缺乏，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.授課對象創新思維不足?，F今，創新思維能力強弱已成為影響學生就業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模式教育下，學生的自主創新能力明顯不足，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性強、內容體系不統一等問題。所以授課教師應在教學中總結經驗，發現問題，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.優化教學內容設置。針對不同的專業方向，邊坡工程的教學內容設置應有所不同，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定方面；公路和鐵路工程方向，教學內容應側重于邊坡靜力穩定、邊坡加固以及滑坡防治等方面；工程地質方向，教學內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，教學內容的設置應考慮授課對象的知識結構，避免課程內容與相關內容的交叉重復。

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，將課堂知識與現場實際緊密聯系起來針對具體問題進行討論，激發學生的學習興趣，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。以邊坡穩定性分析的講授為例，首先向學生介紹各種邊坡穩定性的計算方法，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，室內外試驗的基礎上進行邊坡穩定性的評價，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，培養學生應用能力和創新意識，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，很多通過商業軟件來計算分析邊坡工程的穩定性評價，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畢業生的危險因素。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系起來，激發學生的學習興趣，提高學生探索和解決問題的綜合能力。改善教學效果，滿足高校人才培養注重服務社會的需求。

7.啟發科研思路。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，目前的理論水平較低。仍以邊坡穩定性分析評價為例，邊坡穩定的標準究竟是什么？是安全系數，還是邊坡的變形量？大量的科學問題等待我們去挖掘。在教學過程中，建議授課教師將科研成果和最新研究動態與學生進行交流，以具體問題為例對學生進行科研思路的啟發，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，培養其創新能力。

8.促進成果互享，增強創新能力。由于當代社會越來越注重對知識產權的保護，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，共同拓展學生的創新能力。

五、結語

邊坡工程的教學改革與工程實踐的不斷發展密切相關，是一個長期持續的過程。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出合格的創新型專業人才。

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：中國建筑工業出版社，2008.

[5]陳祖煜，汪小剛，楊鍵，等.巖質邊坡穩定性分析——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].礦業研究和開發，2002.

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