地下結構抗震課程教學實踐與探索

溫衛平 籍多發 翟長海

摘要：《地下結構抗震》課程是城市地下空間工程專業一門重要的專業課，是理論與工程實踐密切聯系的一門課程，要求學生通過學習，能夠掌握地下結構抗震研究發展現狀及趨勢、地下結構的典型震害機理、地震工程的基本知識、地下結構抗震的設計理論和方法。本文通過對比分析“地下結構”和“地面建筑結構”的異同以及本科生先修專業基礎課方面的不足，提出針對《地下結構抗震》課程的講授方法，從形象化展示地下結構與地面建筑結構的區別；教學重點和教學方法調整；培養學生解決實際工程能力；堅持教學與科研一體化，相互促進、協調發展等四個方面詳細展開，旨在改革傳統的教學方法，有效提高教學質量。

關鍵詞：地下結構抗震；教學探索；城市地下空間工程

中圖分類號：TU375 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）24-0115-02

自1906年美國舊金山大地震以來，對地面建筑結構的抗震研究已有100多年的歷史。在很長一段時間中，科學家和工程師們均認為地下結構由于其被周圍土體所包圍而不存在地震破壞的情況。然而，在1995年日本阪神地震中，大量地下結構出現破壞甚至坍塌，地下結構的抗震安全問題才真正引起科學家和工程師的重視，相應的研究也逐漸增多。我國是全世界地震災害最為嚴重的國家之一，同時我國正進行著大規模地下結構建設，因此地下結構的抗震問題對于我國城市地震安全至關重要。

《地下結構抗震》課程是城市地下空間工程專業一門重要的專業課，是理論與工程實踐密切聯系的一門課程，使學生能夠掌握地下結構抗震研究發展現狀及趨勢、地下結構的典型震害機理、地震工程的基本知識、地下結構抗震的設計理論和方法。

一、形象化展示地下結構與地面結構的區別

城市地下結構包括地鐵隧道、地鐵車站、地下室、地下商場、地下停車場等，其與地面建筑最大的區別在于所處的位置不同，進而導致地下結構在地震作用下的破壞機理與地面建筑有很大的不同，最終導致地下結構的抗震設計理論方法與地面建筑截然不同，因此讓學生首先理解并掌握地下結構與地面結構的區別，并在此基礎上掌握地下結構的典型震害機理至關重要。地下結構與地面結構的區別若只在緒論中簡要介紹，并不能為學生建立起一個對地下結構典型震害機理的認識。應在授課中以PPT圖片形式形象地展示出地下結構與地面結構的異同。首先，在緒論的講授中，對比給出地鐵隧道、地鐵車站、地下商場等城市地下結構的截面、位置與地面房屋建筑結構基本構件截面的區別。

二、依據培養方案，調整教學重點和教學方法

城市地下空間工程專業的培養方案對畢業生的培養目標為：能夠從事城市地下空間工程的設計、施工、研究開發等工作的復合型高級工程技術人才。地下結構抗震作為城市防震減災的重要組成部分，學生畢業后應具有地下結構抗震的基本設計知識，能夠對地下結構抗震安全問題做出判斷，掌握地下結構抗震設計方法和構造措施。

因此，在授課過程中，教學重點為學生對地下結構在地震作用下各類構件可能出現的問題及破壞規律的掌握，理解橫斷面、縱斷面抗震設計方法的基本理論與步驟，并不要求學生機械地記憶計算公式，了解地下結構抗震構造措施的目的，而不是機械地記憶構造措施的內容。在教學方法中避免灌輸式教學方法，對不同類型地下結構在抗震設計中存在的共性問題給予概念性講解，培養學生對工程抗震問題的認識、分析、解決能力。同時，在授課過程中強調，地下街結構抗震設計的答案不是唯一的，任何一項設計都有多種方案可以選擇。在課堂中，多設置開放性問題，鼓勵學生踴躍參與，啟迪智慧，激發思考，鼓勵學生與老師之間發生學術觀點碰撞。

三、充分考慮學生先修課程的特點，在課堂上培養學生解決實際工程問題的能力

城市地下空間工程專業本科生的先修課程中只有材料力學、結構力學、土力學等，并沒有系統學習過結構工程的動力學問題，而地下結構抗震本質上是動力問題，因此需要在課堂上采取合適的方式補充動力學問題方面的知識。同時，由于地下結構抗震設計不僅涉及結構本身，還涉及地震作用、周圍土體介質的非線性問題等，因此地下結構的抗震設計還需要用到有限元知識和軟件，本科生所學的有限元知識也不足以支撐地下結構抗震設計所需。

四、堅持教學與科研一體化，相互促進、協調發展

《地下結構抗震》課程組承擔了大量的國家和省部級的科研任務，取得了大量研究成果。多年來，教師努力做到科研成果和科研平臺反哺教學，堅持教學、科研一元化，實現教學與科研相互促進、協調發展。近年來，主余震序列對結構所致累積損傷逐漸引起了工程師的關注，多次地震對結構的累積損傷效應不僅體現在地面建筑結構，很多時候也體現在地下結構。結合教師的最新研究成果，在課堂上通過簡單有趣的方式讓學生了解科研中的最新研究成果，培養學生發現問題的能力，提高學生的創新能力。

五、結語

由于地下結構抗震的重要性，《地下結構抗震》課程是一門重要的理論密切聯系實踐的工程類課程。地下結構抗震問題的復雜性為該課程的講授帶來了較大的困難，通過對比分析“地下結構”和“地面建筑結構”的異同以及本科生先修專業基礎課方面的不足，形象化展示地下結構與地面建筑結構的區別。在本課程的教學過程中，根據畢業要求，調整教學重點和方法。充分考慮學生先修課程的特點，在課堂上培養學生解決實際工程的能力。堅持教學與科研一體化，相互促進、協調發展，努力做到科研成果和科研平臺反哺教學。

參考文獻：

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[3]張克緒，謝君斐.土動力學[M].北京：地震出版社，1989.