面向工程實際需要的巖體力學實踐教學改革

王銀梅 孫建生 李兵

摘要：巖體力學是理論性和實踐性都很強的一門工程學科。我校水利學院巖體力學課程存在重理論學習，輕實踐教學的問題，該課程的教學中，室內試驗少，不進行野外教學實習，實踐教學環節非常缺乏。針對現狀，開展巖體力學實踐教學改革，創新試驗教學和管理新體系。采取增加室內試驗并優化試驗內容、進行巖體力學數值試驗，創造巖體力學現場試驗和開展創新型研究試驗等，以激發學生的學習興趣，培養學生的動手和實際工作能力，提高巖體力學教學水平。

關鍵詞：巖體力學；實踐教學；教學改革；能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）12-0135-02

巖體力學是研究巖石和巖體力學性能的理論和應用的科學。[1]巖體力學研究問題的方法包括科學實驗、理論分析和實踐驗證等環節，其中科學實驗是巖體力學研究的基礎工作，幾乎所有巖體力學問題的研究都是從實驗開始的，以試驗為依據，巖體力學的試驗教學使學生更好地了解巖石（體）的強度和變形特性，激發學生的學習興趣，培養學生的動手能力和創新思維，進而理論聯系實際，解決巖體工程中的實際問題。鑒于巖體力學鮮明的應用學科特征和試驗環節的重要性，巖體力學教學中必須重視實踐教學環節[2-4]。

一、我校的巖體力學實踐教學現狀

長期以來我校師資力量不足，比較缺乏承擔巖體力學課程的教師，巖體力學教學中存在重理論講授，輕實踐教學的問題。教學模式大多是“填鴨式”，教學體系以理論教學為主，課程偏重老師口頭講解，滿堂灌輸知識概念、原理、結論等。該課程的教學中實踐教學部分僅僅是簡單介紹試驗原理和演示試驗過程，因試驗設備短缺，課程室內試驗很少，沒有安排學生單獨進行試驗，不進行野外教學實習。由于缺乏試驗及教學實習等實踐教學環節，沒有理論與實踐的結合，出現教師很難生動透徹地講解理論知識，教師感覺課程不好教；學生理解巖體的特性及領悟巖體力學理論起不到很好的幫助作用，學生普遍反映教學比較枯燥、不好學、不好用甚至不會用。同時學生不能參與試驗其中，試驗能力匱乏，試驗的創新意識和能力無從談起，無法滿足工程實際對巖體力學人才的需要。因此，我們必須加強巖體力學的實踐教學，在教學中找到當前存在的主要問題，并提出有效的解決辦法，以適應實際需求，不斷突破和創新，達到教好、學好、用好巖體力學的目的。

二、巖體力學實踐教學的探索

針對上述實踐教學中存在的問題，我校出臺了一系列政策措施，如購置相關的試驗設備、引進專業教師和實驗管理人員、倡導改革創新，這為巖體力學實踐教學改革帶來了難得的機遇。為此我們開展了巖體力學實踐教學改革的探索。

（一）增加室內試驗教學環節

實踐環節的重點是培養學生實驗技能，虛擬與現實相結合，動手與動腦相結合。故創新試驗教學和管理體系，限于目前實驗室的條件，先增加室內試驗環節，初步開設基礎室內試驗如表1所示，并編制相應的試驗指導書，使學生進一步掌握和理解課堂所學的巖體力學理論知識，掌握試驗基本技能，以后再逐步增加研究性和綜合性試驗的開設比例。

表1中的試驗內容，試驗時長，在有限的課時內完成也比較困難。由于高校擴招，開課班級多，學生人數大幅增加已成事實，實驗室在場地和時間的安排上確實有很大難度，所以必須全面開放實驗室，實行實驗室開放式管理，即實驗室要最大程度地滿足學生實驗之用，讓學生有充裕的時間能夠進入實驗室做試驗，實驗管理人員要毫不保留地指導并讓學生熟練掌握試驗操作。我們通過與實驗室相關人員協調，在不影響實驗室正常運行的前提下，開放實驗室，將學生劃分多批次，利用學生課余時間，盡可能多地鍛煉學生的實際動手能力。

（二）進行巖體力學的數值模擬演示（4學時）[5]

在本科教學過程中一般只能有選擇地讓學生動手做幾種最基本的基礎室內試驗。因為學校不可能將最新的巖體力學試驗設備技術大量引進實驗室，所以學生根本無法接觸最前沿的試驗技術，難以很好地培養學生的動手能力，要想與時俱進，應增加新的試驗教學環節。

隨著現代計算機技術的不斷發展，在巖體力學實驗指導中，我們引進了數值計算軟件ANSYS，利用有限元ANSYS軟件制作的單軸和三軸受壓數值試驗，拓寬了學生的思路和創造性。而在學習邊坡巖體應力和非圓形巷道圍巖應力分布時則采用Flac3D專業軟件，將數值方法的優勢，通過數值仿真模型，穿插于實驗課中，動態而直觀地顯現全過程變化特征和規律。

用計算機仿真試驗來優化試驗教學環節，可以替代部分的實驗室物理試驗，還能觀察物理試驗所不能觀察到的力學及微觀現象。直觀闡述單軸壓縮，單軸拉伸、直接剪切、三軸壓縮等試驗原理；試驗方法和步驟的講解，再配合采用專題錄像片，巖石的變形與破壞過程有更加清晰的認識。巖體力學數值試驗環節，把引導學生學會科學的思維方法放在首位，試驗教學安排上注意保持了試驗的科學性、先進性和基礎性，同時也注意培養學生的創新精神。

我們的教學實踐證明，通過實現室內試驗與增加數值仿真試驗教學環節，使本科生在實踐中體會所學知識，找到自己的不足，增強對巖體力學的理解與掌握，鍛煉動手能力，提高分析問題、解決問題的能力與創新能力，在降低實驗教學成本的同時，確實提高了實驗教學質量。

（三）創造巖體力學現場試驗[6]

巖體是由巖石組成的，具有一定結構，賦存于一定地質環境中的地質體。巖體區別于巖石，學生僅憑室內試驗掌握巖石的性質是不夠的。巖體性質能不能滿足各類工程的要求，現場巖體的原位試驗和測試是重要內容。故有必要開展巖體原位變形試驗，巖體剪切強度試驗，巖石點荷載強度，巖體回彈及巖體聲波測試等現場試驗，這樣在巖體力學教學理論聯系實際，培養學生實際工作能力方面起到重要作用。我們將巖石點荷載強度，巖體回彈及巖體聲波測試等便攜式測試結合老師們的部分科研項目和生產實習予以實施，收到了效果，但因儀器少，時間較短，仍顯不足。近年來，我校加大了實習基地建設和校企合作辦學力度，期望通過學校實驗室建設、實習基地建設等項目的資助有所突破，努力創造巖體力學教學實習機會，進一步提高巖體力學教學質量和水平。

三、結語

在研究巖體力學實踐自身特點與認知規律的基礎上[6-8]，增加并重組實驗教學內容，開展數值試驗，創造現場巖體力學試驗條件和開展創新型研究試驗，構建適用我校、體現特色、具有專業特點的巖體力學實踐教學體系。通過上述實踐環節，理論聯系實際，鍛煉學生的實際操作能力，培養學生分析能力和解決實際問題的能力，更好地為工程建設服務。

參考文獻：

[1]劉高，張帆宇，劉小偉，等.綜合性大學巖體力學教學綜合改革[J].中國地質教育，2015，24（4）：103-107.

[2]李擎，郝長勝，鄭文翔，等.采礦專業巖石力學課程教學改革研究[J].教育教學論壇，2016，（51）：91-92.

[3]吳姜.巖石力學實驗教學改革探討[J].長春教育學院學報，2012，28（8）：102-103.

[4]王渭明.《巖石力學》教學改革與回顧[J].教育教學論壇，2011，（14）：221+215.

[5]王述紅，唐春安，朱萬成，等.數值試驗在巖石力學試驗中的應用[J].實驗技術與管理，2003，20（6）：140-143.

[6]齊偉，代樹林.巖體力學教學實習的改革與實踐[J].中國地質教育，2005，（2）：57-59.

[7]田紅，高金川.巖體力學本科教學改革探討[J].教育教學論壇，2015，（47）：88-89.

[8]王銀梅，張永波，李兵.水利類學科土力學課程綜合教學改革研究[J].高等建筑教育，2016，（6）：77-80.

Practical Teaching Reform of Rock Mass Mechanics for Engineering Needs

WANG Yin-mei，SUN Jian-sheng，LI Bing

（ College of Hydraulic Science and Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

Abstract：Rock mass mechanics is a subject with strong theory and practice. Our course has the problems of heavy theory study and light practice teaching. The practice teaching reform is carried out. By increasing the indoor tests，numerical and field tests，etc，the teaching level of rock mass mechanics has been improved.

Key words：Rock mass mechanics；practice teaching；teaching reform；ability