“GeoStudio”軟件在土邊坡穩定性評價教學中的應用★

金 光 日

(延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

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“GeoStudio”軟件在土邊坡穩定性評價教學中的應用★

金 光 日

(延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

介紹了邊坡穩定性評價教學的內容，闡述了利用GeoStudio軟件進行邊坡穩定性評價教學的方法，指出該教學方法激發了學生的學習興趣，提高了學生動手解決實際工程問題的能力。

邊坡，GeoStudio軟件，穩定性，教學內容

邊坡穩定性評價不僅僅是“邊坡工程”課程的核心內容，還涉及到“土力學”“巖石力學”“工程地質”“流體力學”等課程的多方面專業知識，是土木工程專業基礎課程的綜合應用?！斑吰鹿こ獭闭n程和邊坡實際設計與施工緊密結合，本科生學習“邊坡工程”課程時，一般缺乏實際邊坡工程的認識，導致難以理解邊坡穩定性評價方法和過程；因此教學過程需要讓學生全面參與邊坡設計環節，理論知識和專業分析軟件分析相結合，激發學生的興趣，激活學生的主動學習和思考的能力，達到鞏固和增強對“邊坡工程”課程的直觀認識，并培養學生處理實際邊坡問題的能力。

1 邊坡穩定性評價教學內容

邊坡分為天然邊坡和人工邊坡，人工邊坡和天然邊坡的滑動現象各有特征，但區分不明確。邊坡破壞形態對邊坡穩定性評價方法的選擇起著很重要的作用，在巖土力學的觀點把邊坡的滑動形態分為崩塌、傾倒、滑動、平動、流滑等以上兩個同時發生時分為復合(complex)[1]。邊坡穩定性分析是綜合性、復雜性、理論性較強的專業工程問題。影響邊坡穩定性原因很多，Terzaghi[2]提出了邊坡失穩原因，如表1所示。

表1 邊坡失穩原因(Terzaghi，1950)

邊坡穩定性分析方法主要分為定性分析方法與定量分析方法。定性分析方法有工程地質類比法、圖解法、邊坡穩定性分析數據庫、專家系統等；定量分析方法中有極限平衡分析法與數值分析法[3]。另外還有模糊綜合評價法、人工神經網絡法、灰色系統評價法、可靠度分析方法、遺傳算法等不確定分析方法[3]。除了上述的內容以外，邊坡穩定性還與工程勘察、工程治理措施、工程維護等許多內容有關。邊坡工程的知識量較大，是屬于跟理論緊密相結合的應用型課程，是土木工程專業本科所學的基礎課程的綜合應用。邊坡工程研究的所有問題來自于實際現場，同時服務于實際業務當中。學習邊坡穩定性分析的最終目的是解決實際工程問題為主要內容。學生學習邊坡穩定性評價課程時，大部分學生缺少對實際工程的過程和方法，還有計算量比較大，因此導致課程的難以理解和消化。因而教學過程需要將大量工程設計實例引入教學，通過典型的實際工程設計實例進行講述；掌握理解理論知識的基礎上動手操作土邊坡穩定性分析相關專業軟件，來解決邊坡工程的穩定性問題，讓學生全面參與到邊坡穩定性分析和設計當中。加深學生對邊坡穩定性分析的理解，引導學生培養和掌握處理邊坡設計問題的能力。

2 “GeoStudio”在邊坡穩定性分析教學中的應用

GeoStudio是巖土工程專業常用的比較優秀的模擬計算軟件，是基于極限平衡法和數值分析法為一體的巖土工程，環境問題分析軟件。GeoStudio軟件中的SLOPE/W，SEEP/W模塊主要針對天然邊坡、人工邊坡、地震影響、路堤、地下水滲透等問題模擬分析，是分析邊坡穩定分析的普遍常用軟件。

在實際工程中，鑒于工程地質條件、地下水分布和流動情況、巖土層飽和、降雨量等復雜條件，應用本科生所掌握的巖土力學知識直接能求實際工程問題的情況極少。一般學生在學習相關邊坡穩定性分析課程中，容易出現理論與實踐脫節，和實際工程結合不緊密，相關知識應用困難等問題。而且難以讓學生了解相關理論知識在實際工程中的應用現狀，不利于培養學生的創新能力、解決實際邊坡工程問題的能力。隨著土木工程技術和相關計算軟件的發展，借助于這些計算工具，能給出在復雜條件下的工程問題的數據結果、應力變化曲線、圖像或動畫，應用相關專業軟件得出的計算結果比較直觀明了，生動形象。通過分析和結果判讀過程，能提高學生理論知識的掌握和理解能力并能培養解決實際工程問題的能力，最終能達到獨立解決邊坡工程問題的目的。

表2 壩體和土層物理力學性質

材料密度/kN·m-3滲透系數/m·sec-1粘聚力/kPa內摩擦角/deg壩體225．78e-0071530土層1196．50e-0072032土層2227．00e-0082035

以SLOPE/W，SEEP/W模塊堤壩邊坡穩定性分析為例進行詳細探討，幫助學生理解實際工程中經常應用的各種邊坡穩定評價方法，調動學生的興趣和積極性，激發學生的動手能力和創新能力。某堤壩邊坡穩定性分析模型如圖1所示。壩體和土層物理力學性質如表2所示。研究的主要內容是，水庫水位不變的條件下壩體上流側的隔水板的深度對壩體的穩定性的影響程度。本例不僅僅局限于邊坡穩定分析的問題，還跟土的滲透和滲流有密切的關系，所以結合GeoStudio軟件中的SLOPE/W，SEEP/W模塊來分析壩體邊坡的穩定性。首先利用SEEP/W模塊，分析一定深度的隔水板條件下的壩體滲流/滲透問題，得到壩體和壩基下的滲流流網，然后把上述的計算結果導入到SLOPE/W模塊，用極限平衡分析方法(Bishop法，Janbu法，Morgenstern-Price法)分析相對應條件下的邊坡穩定性。本例應用的分析方法是Bishop法。最終得出了水位不變的條件下，上流側隔水板的深度對壩體穩定性的影響程度，并導出了隔水板的最佳深度4 m。邊坡穩定性分析結果見圖2。該實例比較簡單，但充分反映了實際工程中常遇到的情況，并能夠顯著提高學生對理論知識的理解力，能夠激發學生學習的興趣。通過教學使學生意識到專業軟件是一種有效的解決工程實際問題的好工具，同時提高了學生動手能力和解決實際問題的能力。

3 結語

本文對“GeoStudio”軟件在土邊坡穩定性評價教學中的應用進行了教學嘗試，通過這次教學嘗試，可以使學生較快地掌握和理解相關邊坡穩定性分析的內容，并把課堂上的知識與實際聯系起來，激發了學生的學習興趣。學生在理解相關理論基礎上，培養學生專業知識的綜合應用能力，提高了學生動手解決實際工程問題的能力。相信這次教學課程，對于學生理解和掌握其他專業課程以及參加工作以后在實際工作當中都有很大的幫助。

[1] Varnes D.J..Slope Movement Types and Processes,Landslides Analysis and Control[M].Special Report 176,Transportation Research Board,Washington.D.C..,1978.

[2] Terzaghi,K..Mechanism of Landslides,Geological Society of America,Berkeley Volume,1950：83-123.

[3] 張遠芳,張凌凱.土力學中邊坡穩定性評價方法教學改革研究[J].中國西部科技,2014,13(2):99-101.

Application of “GeoStudio” software in soil slope stability evaluation★

Jin Guangri

(CollegeofEngineering，YanbianUniversity,Yanji133002,China)

The thesis introduces slope stability evaluation teaching contents, describes slope stability evaluation teaching methods of applying GeoStudio software, and finally points out that: the above-mentioned teaching method can not only stimulates students’ learning interest, but also improve students’ abilities of solving actual engineering problems.

slope, GeoStudio software, stability, teaching content

1009-6825(2016)26-0235-02

2016-07-03★:吉林省高等教育教學改革立項課題-重點項目(項目編號：吉教高字2014-46號)；延大土木工程建造技術教學資源庫建設基金(項目編號：802014010)

金光日(1980- )，男，博士，講師

G642.0

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