巖體力學實踐教學試驗方法的改革創新

王勇　代樹林

摘 要：依托獨有的巖體力學實踐教學基地，在過去30多年的實踐教學經驗基礎上，提出了適應現階段巖體力學實踐教學試驗的新方法，面向隧道與地下工程及相關專業的學生，緊密結合教學大綱，以突出實踐教學為特色，形成了一套針對巖體力學原位試驗方法的教學體系，使得學生從最基礎的試驗內容到理論知識都能熟練掌握，取得了理想的教學效果。

關鍵詞：巖體力學 實踐教學 試驗

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（c）-0192-02

巖體力學是一門研究巖體在各種不同受力狀態下產生變形和破壞規律的學科，它包含了力學、地質學與工程學[1]。近些年，隨著巖體力學理論方法的不斷發展以及實際工程經驗的積累總結，導致新的巖體力學原位試驗方法及標準的產生。作為新時代的教育工作者，在實踐教學當中應該時刻關注這些理論和方法的發展，并且還要結合教學大綱將符合教學大綱內容、適用性及普及性強的新理論新方法推廣到在實踐教學中去。下面對這些年新形勢下的巖體力學實踐教學內容做了一些總結，希望能起到指導借鑒的作用。

1 基本試驗方法更新內容

巖體力學實踐教學是依托1982年建立的巖體力學教學實習基地，該教學實習基地是在山體內開挖的人工隧硐，具備巖體力學原位測試的天然條件。自建立起先后開設出巖體原位變形試驗、巖體剪切強度試驗以及巖石點荷載強度試驗和巖體聲波測試等多項實習內容，使巖體力學教學理論聯系實際，在培養學生實際工作能力方面起到了重要的作用[2-3]。根據教學大綱的內容，制定了巖體力學原位測試基本試驗內容，包括巖體變形試驗、巖體強度試驗、巖體聲波測試、地下硐室圍巖變形量測、點荷載強度試驗、地下硐室圍巖分級、地下硐室工程地質展示圖、回彈儀測定巖石強度試驗。隨著儀器設備的更新換代，促進了新測試方法的產生。

1.1 巖體變形及強度試驗

巖體變形試驗由于該項試驗需要用到油壓千斤頂、電動液壓油泵、剛性承壓板、墊板、傳力柱等設備，這些設備都比較笨重，經過重新計算試驗中的受力情況，將墊板和傳力柱進行了重新設計，減輕了儀器重量，在試驗安裝過程中容易了很多，減少了安全隱患；控制系統由于老化以及操作繁瑣，測量精度上不能滿足要求，于是升級了操作系統和相應的傳感器，操作步驟減小精度得到提高；改造了測表支架，使其更能很好的適應地面的起伏情況，更好的保證了支架的支點與承壓板邊緣之間有一定的距離間隔。

巖體強度試驗破壞分為拉張破壞和剪切破壞兩種，絕大多數破壞屬于剪切破壞。剪切破壞有3種情況：完整巖體自身的剪斷破壞；巖體與工程結構物混凝土體之間的剪切滑動破壞；沿各類軟弱結構面發生的剪切滑動破壞。鑒于巖體中軟弱結構面對巖體失穩破壞的控制作用，在工程實踐中開展軟弱結構面的抗剪試驗居多數，因此，試驗內容改為軟弱結構面的抗剪強度試驗，其余兩種情況的巖體強度試驗在方法上與之雷同。

巖體聲波測試包括硐室圍巖松動圈的聲波測試、聲波測井、圍巖分類的聲波測試。其中，松動圈測試增加了頂拱等部位的測試。

1.2 地下硐室圍巖類試驗

地下硐室圍巖變形量除了隧道內空變位量測、拱頂下沉量測之外，還增加了錨桿拉拔力量測、收斂變形、多點位移觀測。在實際測量時讓學生能找出內空收斂位移與其他量測項目之間的規律；地下硐室圍巖分級試驗依據現行的《工程巖體分級標準 GBT50218-2014》中的地下工程巖體級別的確定內容，對試驗進行了更新；地下硐室工程地質展示圖是在地下硐室工程中，為了全面了解和掌握硐體的工程地質狀況，往往需要在開挖施工過程中制作工程地質展示圖，在實際繪制過程中要求標注出硐體內的巖性變化位置、構造和地下水的出露等情況，其目的是檢驗校核前期地質勘測工作的成果，并為硐室穩定性分析提供科學的依據，這一部分內容非常重要也是具備地質背景的隧道與地下工程專業的優勢體現，所以要求每一位學生都要親手繪制。

2 新增試驗方法內容

目前巖體力學實踐教學只面對隧道與地下工程專業的學生，將原來工程地質專業、巖土工程專業分配到其他適合他們的專業實踐教學方向上，使得本來有限的實踐教學時間可以更加有效的分配到每個學生身上，讓他們更好地掌握本專業的實習內容，為以后的科研工作奠定了基礎。針對這些年的實踐教學的改革經驗，明確了隧道與地下工程專業的學生應該掌握的巖體力學原位試驗方法，為了緊跟新形勢工程應用方向的發展需要，讓學生盡可能掌握新技術新方法，結合實踐教學大綱內容及基地的實際情況，增加了隧道紅外探水超前預報、隧道超欠挖檢測、隧道混凝土襯砌無損質量檢測的內容。

2.1 隧道紅外探水超前預報

隧道紅外探水超前預報是將地質體作為背景場源，因為地下水形成的紅外場的強度大小與場源本身的場強不一致，將會影響地質體的紅外場，因此，在有地下水滲漏的地方紅外場有著不一樣的特征表現，根據圍巖紅外場強的變化特征來預報掌子面前方或硐壁四周隱伏的地下水。這就要求學生掌握儀器的原理操作以及后續的數據處理。

2.2 隧道超欠挖檢測

隧道超欠挖檢測主要目的是在對隧道鉆爆法開挖時，超欠挖的現象是不可避免的，這樣會影響隧道的施工成本和安全穩定性，因此對隧道開挖后的超欠挖檢測成為必不可少的手段。通過分析隧道超欠挖的情況，制定相應的治理方案，不僅可以保證隧道穩定，也可對隧道施工管理起著指導意見。因此讓學生掌握該項內容，不僅可以了解隧道施工的步驟，也可以熟練掌握處理超欠挖的方法步驟。

2.3 隧道混凝土襯砌無損質量檢測

隧道混凝土襯砌無損質量檢測常用的是地質雷達，原理是混凝土介質以及內部構造與缺陷對電磁波均有發射的特征，用來判定混凝土的質量。讓學生了解掌握該方法可以使他們對隧道施工后的質量檢測有一個較為清晰的認識，以點概面了解整個隧道監測檢測的內容。

3 結語

在過去的37年里，經過巖體力學教研組全體教師的不懈努力與改革創新，使得巖體力學原位測試的方法不斷更新與發展，教學水平也穩步提高，培養了一屆屆優秀的畢業生。至今為止，我們的巖體力學實踐教學基地因其得天獨厚的自然條件和鮮明的巖體原位試驗教學特色，在國內依然是獨一無二的。為了適應高校教育改革的步伐，突出各專業的優勢，有針對性的實施不同專業方向的實踐教學內容，這樣不僅增加了相應專業的學習課時數，使得學生對本專業的實踐教學內容能夠熟練掌握，也避免了因學生人數過多加上課時數又有限導致的學習效果不佳的現象。

通過對巖體力學實踐教學試驗內容的改革創新，使得學生了解與掌握了許多新技術、新方法，鞏固了專業基礎知識，并且很好地結合了計算機編程等內容，使他們學會了能借助高效率的工具進行處理相關內容，增加了學生的實習興趣和熱情，培養獨立處理問題的能力。讓他們懂得教科書上的內容不是一成不變的，而是隨著時代的發展不斷完善進步的，還應教會他們具備與時俱進的思想，緊跟學科前沿發展的方向，使他們在社會工作的任何崗位上都應該學會善于運用新方法新理論，用以指導實際工作，這也是實踐教學的最主要目的。

參考文獻

[1] 沈明榮，陳建峰.巖體力學[M].2版.上海：同濟大學出版社，2015.

[2] 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，2005，14（2）：57-59.

[3] 齊偉，代樹林.關于巖體力學學科屬性的探討[J].中國地質教育，2013，22（1）：42-45.