工程地质学

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工程地质学范文第1篇

【关键词】工程地质学；工程实践；教学改革

【Abstract】Practical teaching will be reinforced in higher school.And cultivating practical talents will be the key direction.“Engineering geology”is just the course which needs reinforcing the practical teaching.According to the engineering case，this paper has analysed the importance of practical teaching of“Engineering geology”in the modern engineering construction field.And the thinking of practical teaching has been summarized.

【Key words】Engineering geology；Engineering practice；Educational reform

根据我国2010-2020年中长期教育改革和发展规划纲要，全国高等学校结合专业和人才培养要求，加强实践教学环节，向应用型人才的培养方向转变。应用型本科人才培养的目标突出表现为培养具备继续学习能力的高素质应用型、技术技能型、复合型人才。而《工程地质学》正是在这一背景下的需要加强实践型教学的课程。在工程建设领域，无论是建筑工程、道路工程，还是水利水运工程和矿业工程，大量成功或失败工程案例都表明只有充分重视建（构）筑物所处的地质环境，协调人、工程与环境的关系，才可能得到自然的尊重，创造人类历史的文明。正是认识到这一点，各大院校中相关专业开设有《工程地质学》这门课程，也足以显示了该课程的专业基础性和重要性。

1 工程地质学在应用型本科教学中的定位

《工程地质学》是研究和解决与工程建设相关的地质问题，为工程建设服务的一门学科，是工程地质专业的一门重要专业课，也是岩土工程、矿业工程等其他非地质专业的专业基础课[3]，与工程建设活动紧密的结合在一起。各种大型工程活动都在一定的地质环境中才能进行，研究工程建设与地质环境之间的相互制约、相互影响就是工程地质学的主要内容。因此，《工程地质学》运用地质学理论和方法研究地质环境，查明地质灾害的规律和防治对策，以确保工程建设安全、经济和正常运行。工程地质学的主要内容包括多个方面，如岩土体的属性、地壳的动力地质作用、工程稳定性等等。工程地质学的研究方法也是多种多样的，有地质学方法、室内实验和现场测试方法、计算和模拟方法等等。按照以“建设工程中的工程地质问题”为目标，课程所构建的框架和内容如图1。

2 工程建设中的地质问题

《工程地质学》这门课程实践性较强[4-5]，涉及到的工程地质问题非常广泛，如与生产建设紧密相关的建筑工程、采矿工程、水利水电工程、交通运输工程等都与工程地质问题紧密联系（图2）。

发生的地质问题主要有区域稳定问题，如活断层、地震、水库诱发地震、砂土液化和地面沉降等等。搞清楚这些地质问题发育的规律性，对于工程建设选址具有重要意义。另外还有岩土体稳定性问题，如斜坡稳定、洞室稳定、地基岩土体稳定的成因、发展史和力学机制的分析等，这些用于具体场地稳定性评价具有重要意义。工程地质问题还包括与地下渗流有关的岩溶渗漏分析和渗透变形分析；与侵蚀堆积有关的河流侵蚀堆积和海湖边岸磨蚀堆积等等问题。工程建设过程中工程地质问题时刻都在发生，影响和改变着我们的生活。下面以实例说明工程地质问题在生活中的体现。

甘肃舟曲县于2010年8月突发特大泥石流灾害，人员损失惨重。据地质专家分析此次灾害的发生与该区的地理环境以及该区的气候特点相关。该区地势西北高、东南低，垂直高差大，气候垂直变化显著，而且灾害发生前突降暴雨，正是这些地质条件的变化促发泥石流的发生。因此工程地质问题中斜坡稳定性问题的专项研究对于减少或预防地质灾害具有指导意义。

日本于2011年3月发生9级地震，地震引发了大规模海啸，造成重大人员伤亡。据美国地质勘探局分析，此次地震由太平洋板块和北美板块的运动所致。太平洋板块每年相对于北美板块向西运动数厘米，太平洋板块在日本海沟俯冲入日本下方，并向西侵入欧亚板块，此次大地震正是运动过程中积累的能量突然释放导致的结果。因此工程地质问题中区域稳定性的活断层问题的研究对于近些年频发的地震问题具有一定的工程意义。

另外北京地区2012年7月份遭受雨之后，多处路面出现规模较大的天坑，严重影响到市民的出行，天坑的出现同样属于工程地质灾害问题是本课程研究的内容之一。所以工程地质问题存在于人类建设的方方面面，当今学好《工程地质学》这门课程是解决此类问题的首要前提。

3 工程地质的教学实践思路

3.1 工程地质教学中所存在的问题

1）重理论轻实践方面。

2）按传统教学和思路进行，过于强调单一的地质学，未能与工程地质相结合，（换句话就是现在的教学仍按地质学专业的要求去教学，未与工程结合，这会导致课时不够，同时学生学的无趣）。

3）于课程的重视不够，认为工程地质与专业关联不大。

3.2 工程地质教学实践思路

1）轻地质重工程地质，突出与工程的相关性。

2）实践教学的实施。

针对周边环境遭受破坏的影响，目前大多学校找到典型的地质剖面较难。除了常规的地质体和地质现象实习，还应结合当地建设的特点，有针对性地进行地质实习，如与建设单位相联系，在揭开地表的时候看一些相关的地质现象；另一方面，与勘察单位相联系，正确认识地质体和岩土体。

3.3 教、学相长

要成为合格的工程地质工作者，一方面要具备较强的专业知识，同时还要有创新的思想和灵活的头脑[6]，特别是在工程建设过程中，处理随机出现的各种地质问题，不仅需要有工程地质知识的灵活运用，还要有多学科理论的融合与提升的能力，因此，在《工程地质学》这门课程的教学过程中要重点培养学生做好这样几点：首先，做到基础地质知识要扎实；第二，是积累丰富的工程实践经验；第三，分析工程地质问题要思路周密，遇事沉稳且果断。因此要培养出优秀的工程地质人员应该从教与学两个方面入手：

1）教

（1）课堂

《工程地质学》是一门实践性很强的学科，所以不能脱离实际案例而单纯讲授抽象的理论知识。如讲授岩石的分类、结构和构造特征时，要结合实际现场讲解当其作为建筑材料、地基、边坡与洞室围岩时对工程性质的不同要求等。在讲授滑坡、崩塌、泥石流等现象对工程的影响时，更要结合实际案例进行具体的分析，让授课不再是抽象而空洞的理论。

（2）实验环节

学院为方便学生认识和鉴定常见造岩矿物及三大类岩石，投资购买全套的矿物和岩石标本，并全面开放实验室。让学生有较多机会接触、认识、鉴定标本，学生之间相互交流讨论实验体会，对常见造岩矿物及岩石的主要特征熟记于心。

（3）实践环节

工程地质实习地点选择地层出露比较完全，地质现象比较丰富、与课堂内容结合紧密的基础工程建设工地。通过实习使学生更加深入的理解课堂上讲授的抽象理论，并学会结合实际分析工程建设与地质条件的关系，熟悉工程建设中常见的地质条件并给以正确的评价和合理的处理方法。

2）学

学生既是教学的载体，更是学习的主人，只有调动起学生学习的主动性，才会培养出优秀的工程地质工作者。

（1）培养一名优秀工程地质工作者是一个长期的过程，所以在学习过程中要有耐心和信心。每一个人的成功都是从点点滴滴累积的。

（2）大脑中知识的增长是累进的过程，工程地质学是一门综合学科，因此与地质学科相关联的以及与工程建设相关的学科都应该打好基础，作为工程地质学课程的铺垫。

（3）不能忽略实践教学环节，让学生们在实践中加深对理论知识的理解。要意识到地质工作的复杂性和灵活多变性。

3）考核

本课程强调理论与实践的结合，教师结合实际的工程地质问题，强调互动性和问题实质的理解。每位同学的成绩由三部分综合构成，即：

（1）期末考试卷面成绩（50%）；

（2）课堂讨论及考勤（20%）；

（3）案例分析作业成绩（30%）。

成绩分为五个等级：优秀（90分以上）、良好（80-89分）、中等（70-79分）、及格（60-69分）、不及格（60分以下）。

4 结语

《工程地质学》是非地质专业的专业基础课程，本课程学时不多，但课程内容涵盖广、教学内容比较抽象，所以教学过程是一个不断完成挑战的过程。在教学过程中， 教师首先要培养学生具备工程地质的思维和创新的能力， 使学生学会工程地质思维方法， 让学生们的创新能力得到充分的发展。同时也要保证足够的工程地质实践课时，参观现场并搜集相关的工程地质案例，从而培养出具有综合素质的高级工程技术人才。

【参考文献】

[1]刘海燕，吕大炜，王东东，刘莹，王平丽，田红.多门课程融合的教学方法研究――以《煤地质学》课程为例[J].教育教学论坛，2016（4）16：171-173.

[2]吕大炜，王东东，李增学，等.“多学科一体化”地质教学模式及其应用――以“岩相古地理”教学为例[J].高等理科教育，2014（4）：112-117.

[3]徐文杰.工程地质教学改革、创新与MOOC建设――以清华大学《工程地质》课程为例[J].工程地质学报，2015，S1.123.

[4]李增升，田磊.工程地质课程实践性教学浅析[J].内江科技，2015（7）：145-146.

[5]师伟，徐一沣，鲍国.《工程地质》课程实践教学改革探讨[J].新课程（教育学术），2011（1）：39.

工程地质学范文第2篇

【关键词】：工程地质学；隧道围岩；稳定性；数值分析法

【 abstract 】 : the underground tunnel project the stability of surrounding rocks affects the normal operation of the project. The rock mass structure and the structure, the nature of the rock, rock stress state of natural, groundwater, geological structure of rock mass factors such as the stability of will produce certain effect. Combining with the practice of a tunnel with numerical analysis the stability of surrounding rock of the judge, think that in making these the stability of surrounding rocks when deciding, establish the typical elastoplastic numerical model, choose specific construction stage, should consider to different fault state of surrounding rocks under different control function.

【 key words 】 : engineering geology; The surrounding rock; Stability; Numerical analysis method

中图分类号：K826.16文献标识码：A文章编号：

地下隧道工程围岩的稳定性影响着隧道的正常运营。岩体的结构及构造、岩石的性质、岩体的天然应力状态、地下水、地质构造等因素都会对围岩的稳定性均会产生一定的影响，此外，开挖方式、支护形式等因素也会影响到岩体的稳定性。本文结合实际，结合影响隧道工程围岩稳定性的因素谈谈隧道围岩稳定性的判定。

1 影响围岩稳定性的因素

1.1 岩体结构及岩石性质

围岩的岩石性质及岩体结构对于围岩的稳定性产生重要的影响。按照岩体结构可将岩石分为整体块状结构、三体结构、碎裂结构和层状结构。稳定性最差的是破碎结构和松散结构，最好的是厚层状结构，薄层状结构岩体处于二者中间。脆性块状岩体和厚层状岩体的强度，主要受较弱夹层的物质成分和软弱结构面的分布特点控制。软弱夹层对围岩稳定性的影响主要取决于它的性状和分布。结构面对围岩的影响不仅取决于结构面的本身特征，还与结构面的组合关系及这种组合与临空面的交切关系密切相关；按照岩石的性质可将围岩分为脆性围岩和塑性围岩两种，脆性围岩主要指各类坚硬体，岩石本身的强度高于结构面的强度，所以脆性围岩的强度取决于岩体的结构；塑性围岩主要包括各类黏土质岩石、吸水易膨胀的岩石以及破碎松散岩石，一般风化的速度较快，遇水易软化、膨胀、崩解，力学强度较低，不利于围岩的稳定。

1.2 岩体的天然应力状态

存在于岩层中未受工程扰动的天然应力由岩体的构造应力和自重应力构成。这种天然应力是引起围岩破坏、变形的根本原因，影响着坑道开挖后围岩的应力分布、变形和破坏。岩体天然应力的大小和方向不同，对于隧道的作用力也不相同，对围岩的应力产生直接的影响。通常，隧道的轴向与水平主应力垂直，能够有效改善隧道周边的应力状态。岩石天然应力对隧道的影响取决于与隧道轴向应力垂直的水平应力的大小和天然应力的比值。

1.3 地下水

大量实践证明，地下水是隧道施工中造成塌方和造成围岩失稳的重要原因。围岩中的地下水可分为干燥、渗水和潮湿三种状态。只要围岩隧道处于干燥状态，施工时即使通过破碎或软弱的岩层，对围岩的稳定性影响也会比较小。当隧道的围岩透水性较强或属于含水层中时，围岩的稳定性受地下水的影响会较明显，静水和动水的压力作用、溶解作用和软化作用可造成可溶岩体的溶蚀以及促进滑动面的。

1.4 地质构造

岩层的完整性受到褶曲和断裂破坏，且岩体的力学强度降低，岩体经受越多的构造变动，岩层的节理裂隙越发育，岩体的稳定性越差。所以，应避免将隧道设置在软弱与坚硬岩层之间的岩层褶皱或断层带以及岩层破碎带。如果无法避免，应尽量将隧道设在坚硬岩层中，或以坚硬岩层为顶层岩层。围岩的稳定性随褶皱的形式、轴向与隧道轴线的交角、疏密程度等的不同而不同。另外，围岩的稳定性还受到断层破碎带物质的碎块性质和胶结情况影响。

2 运用工程地质学判定隧道围岩稳定性的方法

本文对某隧道的围岩稳定性用数值分析法进行判定。隧道设为左右两条路线，由缓和曲线和直线组成洞身平面，经工程地质钻孔表明，隧道所在地区有6曾断层通过，为凝灰质流纹岩和侏罗系流纹岩出露区，无其他影响围岩稳定的不良地质作用。根据分析，选取具有代表性的B1断层进行隧道仿真模拟。该工程在K18+600左右位置有明显断层，断层面产状225°＜75°，岩体呈强风化碎块状，隧道围岩破碎，稳定性比较差。

2.1 计算模型和计算参数

根据工程地质特点，采用基于有限元分析法（MIDAS/GTS）对隧道开挖过程进行分析，在施工阶段采用累加模型。GTS弹塑性模拟模型的应力应变曲线图如下（图一）。

图一 岩体弹性——完全塑性应力应变曲线

根据断层和隧道特点，采用Drucher-Prager进行三维有限元计算，采用的屈服函数为

式子中， 表示洛德角， 表示应力偏量的第一不变量， 表示应力偏量的第二不变量。模拟时通过工程类比选取法支护参数进行，结合工程后期施工的洞周收敛量测，取得一个以上断面的完整数据进行位移反分析得出与出示地应力侧压系数和工程实际综合弹性模量接近的数值，然后再利用反分析得出的数值进行二次修正，使其最终接近实际的分析结果。

2.2 数值模拟及分析

根据规范规定，参阅类似工程经验，对各级围岩物理力学参数和隧道支护参数进行确定。根据开挖掌子面的距离断层位置的不同，选取CS15段进行分析。数值分析结果表明支护的施加直接影响隧道整体的发展趋势，有效控制并约束了掌子面产生的塑性影响区域。改善了断层给围岩稳定性带来的影响，改善了围岩的性质，并提高了施工的安全性，提高了前方未施挖的围岩自稳能力。

3、小结

地下隧道工程围岩的稳定性比较复杂，在施工中受到很多因素影响。围岩稳定性的检测手段和方法很多，但大多以经验为主，将围岩稳定情况和监测数据联系起来进行定量分析是比较好的办法。本文简单分析了影响隧道围岩稳定性的因素，并对某隧道的围岩稳定性用数值分析法进行了判定，认为在判定这类围岩的稳定性判定时建立典型的弹塑性数值模型，选取特定施工阶段，应考虑到不同断层不同状态下对围岩的控制作用。

【参考文献】：

[1]孙狂飙.邓文龙隧道现场围岩级别判定方法探讨[J].安徽地质,2009,19(1):66-69.

[2]王卓,方锦.高速公路隧道围岩稳定性控制因素探讨[J].科技信息2011,15：689/692

[3]郑应亨,任宏.施工顺序对隧道围岩稳定性的影响分析[J].土木建筑与环境工程,2011,12（33）:85-89.

工程地质学范文第3篇

【关键词】：研究生教育 精英教育 小班授课 教学改革。

0 引言

中国矿业大学（北京）作为教育部直属全国重点高校，是首批具有博士和硕士学位授予权的高校之一，具有百年办学历史，行业特色鲜明，在人才培养和课程设置上积累了丰富的经验[1]。但随着研究生招生规模日益增加，中国矿业大学（北京）倡导的研究生精英教育模式也受到冲击，研究生教学方式发生了显著变革：小班变大班、交互式变传授式、闭卷变开卷。这些变革从广义上讲适应了大规模研究生培养的需求，但在一定程度上影响了研究生精英教育的培养宗旨。

为此，学校选择了一批重点专业，针对课程选择人数少于10人的课程专门开设了小班授课试点，目的是通过1个学期的教学实践，评价小班授课的优劣，并总结出小班授课方式和经验，为研究生小班授课教学模式推广奠定基础。本文针对矿业类高校的学科特点，结合工程实践，重点探讨《水文地质与工程地质学》教学改革的方向和内容，培养学生的地质学思维和实践灵活运用技能[2-3]，为更好的培养相关方面的专业人才提供基础。

1 小班授课人数优化

重点强调将小班授课试点作为一个尝试，不能够影响到正常的教学安排或计划。要根据研一学生提交的选课统计表，选择报名人数较少，专业课在本行业较重要的课程作为试点选择课程，集中起来开展小班授课。一般小班授课要求学生上限为10人，下限为3人。

2上课地点灵活安排

小班授课不参加研究生院的教室统筹安排，可以根据情况灵活选择教学楼、实验室、工作室、标本室或报告厅等场所进行授课，方便同学们更好地把课堂知识与实验相结合，用理论指导实验，用实验验证理论。

3教学方法改革

为了适应小班授课的特点，一些传统教学方法需要进行改革。工程地质学是一门强调实践性的自然科学，因此在讲授工程地质灾害现象过程中，借助电子教学并结合作者所从事的岩质边坡工程灾害控制研究方面的最新成果，介绍典型山体滑坡灾害，分析产生山体滑坡变形现象的工程地质原因，介绍对滑坡牛顿力监测的必要性。由于小班教学人数较少，便于管理，可以通过考察“深部岩土力学与地下工程国家重点实验”，了解滑坡灾害的研究前沿，进行启发式教学，激发学生的科研活动的创新性思维，为学生今后从事相关工作打下坚实的基础。

3.1 优化教学大纲，深化教学内容

为了有效把握课程主要重点内容、提高效率，一些不主要的内容以学生自学为主，不再进行讲解，但是与所学专业相关的重点讲解，且要比课本知识更加深化，例如：当讲到地质灾害监测和控制方面，常规监测如降雨量、地下水水位等内容不再重点讲解，而是引入国际前沿，将滑坡牛顿力监测重点引入。

3.2 结合现场实例，引入各章知识点

《水文地质与工程地质学》具有较强的实践应用特点，有的学校为了突出水文地质与工程地质学的应用行业，还专门开设了“煤矿水文地质与工程地质”课程[4]。鉴于此，本课程将现场工程实例作为切入点，如在讲述“边坡暮Α辈糠帜谌菔保以平庄西露天煤矿边坡所发生的一次滑坡灾害为例（图1），来分析滑坡类的特点和后果。这样既提高了学生继续学习的兴趣，又便于引入各章知识点，做到了带着问题学习、学以致用的良好目的。

3.3 理论联系实际，培养学生创新能力

只有将理论和实际相结合，才能更有利于学生创新能力的培养。以南芬露天铁矿滑坡灾害为例（图2），分析了滑坡发生的成因，提出了滑坡治理的对策（图3），并在工程现场得以验证对策的正确性。

3.4 加强学生学习自主性，安排学生轮流上台授课

传统的灌输式授课方式不足以调动学生课堂参与积极性，缺乏自主学习的内在动力。为了促进学生自主学习方式的转变，课堂上抽出一定时间来安排学生轮流上讲台授课，这样，学生会对知识理解更加深刻。

3.5 取消点名机制，加强随堂测试

课堂点名，一定程度上可以起到督促学生学习的效果，但这属于依靠外在力量约束，而且还浪费课堂宝贵的时间。而随堂测试的方法调动了学生的参与热情，学生置身其中进行思考解决问题的方法，由于授课学生人数较少，也方便了教师对每一位学生的重点指导，及时得发现不足，引导和培养学生创新性思维。

4小班授课优缺点评价

通过1个学期的教学实践，分别在大班授课和小班授课中随机选取5人，采用笔试和面试方式，对10个人所掌握的知识点及其灵活运用技能进行考核，最终发现，小班授课5人平均成绩96分（百分制），大班授课5人平均成绩84分。通过对大班授课和小班授课学生考核成绩的对比，发现小班授课平均成绩高于大班授课平均成绩，表明新型小班授课方式明显优于传统大班授课方式。

5、结论

本文以水文地质与工程地质学课程为例，通过对研究生进行大班和小班两种不同授课模式的教学探索，着重在以下五个方面进行了尝试：①优化教学大纲、深化教学内容；②结合现场实例、引入各章知识点；③理论联系实际、培养学生创新能力；④加强学生学习自主性、学生上台授课；⑤取消点名制度、加强课堂测试，对比发现小班授课效果明显优于大班授课，是研究生精英教育模式的一次有益探索。

参考文献：

[1]郭志飚， 王炯. 矿业类高校土木工程专业工程地质学教学改革探讨[J]. 课程教育研究， 2015：247-248

[2]曹丽文. 工程地质学思维方法培养的教学研究[J]. 中国地质教育， 2002，（4）：54-57.

[3]朱崇辉，刘俊民，严宝文. 工程地质与水文地质课程教学改革研究[J]. 水利与建筑工程学报，2010，8（4）：38-40.

工程地质学范文第4篇

通过互联网以及信函咨询的方式，对国内同济大学、清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、中南大学和湖南大学6所高校的土木工程地质教学课程内容设置进行了调查，通过调查发现，以上学校主要存在以下几个共同点：

1、强调对工程地质基本概念的学习。在课堂学习过程中，主要课时都集中于学习在工程实践中经常用到的专业术语，强调概念的厘清。课堂学习的主要内容主要包括以下几个方面：(a)地质作用与地质构造的基本知识，包括地质年代的识别、地质图的识图、常见地质结构的概念（褶皱、节理、断层等）；(b)三大岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）的成因、归类和鉴别；(c)第四纪地质的基本知识，包括残积土、沉积土、冲积土、坡积土等概念、成因及对工程的影响；(d)地下水的基本知识，包括地下水的分类、运动基本规律、补给与排泄方式、对工程的影响等；(e)工程地质勘察与分析在具体工程的应用，包括在隧道工程、边坡工程等方面的应用。

2、强调室内实验是课堂书本学习的延伸。室内实验主要目的是为野外地质实习做准备，学习地质罗盘等地质考察工具的使用，同时亦学习通过岩石标本来鉴别各类岩石，还要学习地质图的填图和阅读等。

3、强调课堂学习与室外地质调查相结合的学习方式。从书本上学习到的知识仅仅停留在理论阶段，书本上对地质相关概念的描述仍比较抽象，因此，各所高校皆强调野外地质实习对学习该门课程的重要性，把课堂上学习到的基本概念与现实工程中的真实地质条件一一对应起来，加深对基本知识的理解和掌握。一般而言，野外地质实习内容常包括野外岩石的识别、地质构造和地质年代的识别、岩层、节理等产状的测定和描述等。各所大学对以上工程地质基本知识的学同小异，其目的是对工程地质这门课程有一个基础的认识和感知，但是，同时，各所高校之间在这门课程内容设置方面有各有所侧重。清华大学、同济大学增加了现代先进的地质勘查技术的学习内容，介绍了地质超前预报的相关方法、原理及应用，比如介绍了地质雷达、红外线探水、TSP等先进手段在隧道工程建设的应用。中南大学、湖南大学对野外地质实习极为注重，实习内容包括地质认识实习和工程实践实习两个阶段，实习实践时间长达20~30天，考察湖南西部地区在建或已建项目所处较为复杂的地质条件，以一个工程建设者的角度参与到实际项目的建设中去认识地质现象。石家庄铁道大学地质教研室现有8名教师，教授2名，副教授3名，讲师3名，其中具有博士学位的4人，硕士学位的4名。获得的奖项包括校级讲课比赛特等奖1名，二等奖1名，校级优秀教师1人，今年主持或参研的省部级及以上科研项目10余项，并承担省级精品课程1项。虽然教研室在老师们的努力下取得了不错的教学和研究成果，但是，和兄弟院校的工程地质教研相比，我们仍然存在诸多不足之处。首先就是教师队伍建设的不足，工程地质是一门经验型极强的专业，需要足够丰富的现场工程经验，因此需要老中青传帮带，让青年老师尽快熟悉和掌握工程地质教学的技巧和方法。其次，对工程地质教学的重视程度不够，课时设置偏少。最后，教学内容更新不够及时，工程地质中先进的技术方法在教学中介绍的内容不够多。因此，为了跟上国内兄弟院校土木工程地质教学的步伐，教学改革刻不容缓。

二、当前土木工程地质教学存在的问题

通过以上详细的调查和对比分析，目前土木工程地质教学仍存在以下问题：

1、土木工程地质教材的使用各自为政。目前各个高校使用的教材基本上是各自高校的老师根据自己的讲义编排而成，缺乏一个统一的标准，因而导致经典精品教材较少。单从教材的题目上足可看出目前教材缺乏统一性和协调性。例如中南大学所用的教材为《土木工程地质概论》，浙江大学的教材题名为《土力学与工程地质》，石家庄铁道大学所用教材题名为《工程地质学基础》等。

2、在教学内容上与其它课程交叉重复，无法突出本门课程的特色。工程地质是一门基础课程，是岩土工程、隧道工程等课程学习的基础，因此，由于与其它学科老师交流不够充分，往往存在重复讲授的情况。比如，以有效应力这个概念为例，在工程地质、土力学、基础工程等课程都涉及到，由于这个概念的重要性，各科老师为了追求各门学科的系统性和完整性，都会着重讲解这个概念，虽然在一定程度可以加深学生对这个知识点的理解，但是从侧面也可说明知识的重复交叉导致学业内容的累赘。

3、课时安排过少。目前各所高校对土木工程地质这门课的重视程度，课堂课设课时大多是32~48个学时，因此，老师在安排教学进度时显得极为紧张而紧凑。从实际教学安排来看，基本上讲解完三大岩石、地下水、地质构造基本概念后，没有足够的时间深入来探讨地质条件对工程的影响，往往后面工程应用的章节皆为学生自学。

4、知识学习与工程案例结合程度不够。由于部分老师本身参与的工程项目不多，同时又由于课时的不够，这两部分原因导致学习的主要内容集中在枯燥的理论知识部分，学生容易产生枯燥情绪。

三、土木工程地质教学改革措施

为了很好地解决当前土木工程地质教学中存在的问题，让学生从这门课程中更多地学习到有助于工程实践的知识，必须有针对性对当前教学实践中存在的问题进行改革，具体改革措施如下所述：

1、建立和完善土木工地质程精品课程精品课程建设既是压力，又是动力。通过精品课程建设，可以找出当前教学中存在的薄弱环节，精简重复的教学内容，突出本门课程的特色，使土木工程地质这门课的教学目标和任务更加明确。精品课程建设首先就是教材建设，因此，有必要根据新时期土木工程培养目标，并结合当前土木工程建设中出现的新问题、新方法、新技术，编写一本深入浅出的教材，教材中不仅包含传统的知识要点和概念，还应包含当前新的地质知识观点、新的地质勘查手段等，同时还应包含工程实例，让学生尽可能地更深入地建立起工程地质与工程项目的联系。精品课程建设中重要的一条就是教师队伍的建设，因此，有必要加大对教师队伍的培养力度，引进和培养一批有新视野、新知识的老师，以此给课堂注入新的气象。

2、注重教学手段和教学方法的革新注意授课的科学性与艺术性，在教学过程中，善于发挥学生的主导地位，采用“讨论试”、“启发式”教学模式。同时，要注重课前的准备，精心备好每一节课，善于总结归纳每节课的重点，以“主线法”讲授课程知识。

3、增强对工程地质教学的重视对工程地质教学的重视首先就体现在教学和学习的时间上。尽量安排更多的课时，让老师有足够充分的时间去讲解基础概念和工程实例。同时，老师也可以通过其它方式来增加学生们的学习时间，比如规定某个主题，要求学生自主独立进行文献调研，完成该主题相关文献的归纳总结，并加大平时学习报告在总成绩中的比例。另外，强化考试试题库建设，完善考试规范和制度，强化对学生进行专业知识训练。最后，要重视工程地质实习在教学中的作用，因为该门课程的实践性很强，需要从大自然中去认识和掌握工程地质现象，使学生巩固在书本上学到的知识，有感性认识上升到理性认识，同时在野外地质实习过程中，亦可锻炼学生们的体魄和吃苦耐劳的能力。

4、紧密联系工程实践学习的目的最终是为解决实际工程的问题，在教学的过程中融入工程实例有助于学生在正式进入工作岗位之前对其有初步的认识和了解，因此，工程实例教学是一个非常重要的手段。比如，老师可以把自身主持或参与的工程项目作为案例，结合书本知识讲解如何解决工程问题，分享在解决工程问题过程中的心得体会，这样寓教于乐的方式既能激发学生的学习兴趣，又能让他们积累相应的工程经验知识。

工程地质学范文第5篇

关键词：实例 提纲挈领 由浅入深 温故知新 联系实际

引言

近十多年来，随着计算机的广泛应用，工程地质问题的数值模拟理论和方法迅速发展，有限单元法、有限差分法、边界单元法、离散单元法及非连续变形分析法等工程地质常用的数值模拟方法不断成熟和完善，被广泛应用于工程地质学科的各个领域，如工程地质的结构计算、边坡（滑坡）稳定性及加固、隧道的开挖及加固、地基基础的变形分析、大坝稳定性分析、路基沉降及变形及基坑支护工程等等。这也对从事工程地质专业的技术人员提出了更高的要求。因此，掌握常用工程地质数值方法的基本原理、应用条件与使用方法是非常重要的。

一、课程的特点

《工程地质数值模拟的理论与方法》是我校工程地质专业高年级本科生的一门专业选修课，该课程把专业理论、力学计算和计算机应用结合起来，以解决冗繁的数值运算问题，以弹塑性力学、结构力学、线性代数及数值分析等课程的基本内容为基础，以计算机程序设计语言为手段，以计算机为解题工具，来求解处于一定地质环境条件下的地质体的应力、应变及位移的分布规律。就有限单元方法来讲，其主要内容包括形函数矩阵的建立、应变函数矩阵和应力函数矩阵的建立、单元刚度矩阵的建立、总体刚度矩阵的形成与修正、等效节点荷载移置、矩阵的计算机存储、大型线性代数方程组的解法、高斯求积公式等。

本课程有三个特点。一是公式及矩阵计算冗长，特别是单元刚度矩阵、总体刚度矩阵的形成以及大型线性代数方程组的求解需要大量的推导过程；二是涉及到的内容不容易理解，如单元刚度矩阵形成过程中的虚功原理及高斯求积公式；三是选修课学时少，内容较多，每节课都在讲新内容，学生则经常处于被动学习的地位，学习的积极性、创造性、主动性及灵活性得不到充分发挥，容易产生思维上的疲劳。

二、教学方法与技巧探讨

为了提高教学效果，在教学过程中，从教学方法、技巧与形式等方面作了一系列的改进，取得了较好的效果。

1. 丰富实例，提高兴趣

在本科教学及实践阶段，学生很少接触工程地质数值模拟的理论与方法，根本不知道数值模拟的作用及其在工程地质中的应用情况，大部分同学仅仅是因为课程名称比较新颖才选这门课。但是实际情况是这门课对于本科生而言是比较难学的，要面临很多复杂公式的推导。为了避免“乘兴而来，败兴而归”的局面，更好地培养学生学习的兴趣，在绪论的讲解中就运用大量的实例进行教学，如在讲解数值模拟常用方法时，以离散单元法模拟地下洞室垮塌的过程为实例，以快速拉格朗日分析法模拟隧道加固效果为实例，以非连续变形分析法模拟滑坡失稳及运动的全过程为实例，尤其是讲解有限单元法时，分别列举了该方法在滑坡稳定性分析、基坑位移分析、地基的沉降分析、大坝稳定性分析及隧道开挖过程中应力应变分析的实例，使学生首次清楚地了解数值模拟在工程地质领域中所起的重大作用，首次从数值模拟结果中分析出对工程实践有用的信息，首次认识到今后所从事的科研生产工作与数值模拟方法的密切联系。这些实例以其多样化的信息作用于学生的头脑，在吸引学生注意，激发学习动机，提高学习积极性方面起到了至关重要的作用。

2. 提纲挈领，把握全局

本门课程讲解的重点是有限单元方法，有限单元法的公式推导复杂，虚功原理及高斯求积公式等理论较为抽象，为了使学生学习思路明确，在讲课的过程中，应注重通过框图和提纲的形式展示本门课程的学习内容及其相互之间的内在联系，注重分析局部内容和整体内容的关系。

课程教学的讲解包括两部分内容，第一部分是理论教学，主要讲解有限单元方法解题过程中所用到的相关理论，第二部分是实践教学，主要讲解有限单元方法前处理和后处理数据的输入及输出、前处理中网格图件的可视化及后处理中位移、应力及单元状态的可视化。这些内容的联系是非常紧密的，前处理程序生成的网格信息（包括节点位置和单元与节点之间的对应关系）是主分析程序计算的基础数据源，后处理程序必须基于主分析程序生成结果文件（位移应力信息）进行图形处理。这些内容通过框图的形式把课程教学的提纲全部展示出来（图1），使学生能够一目了然地掌握本门课程的学习要点、了解有限单元方法解题思路及解题程序之间的数据的传递关系。

主分析程序的结构和计算理论是课堂教学的主要部分，主要包括两部分内容，一部分是单元分析，主要讲解节点位移与单元位移、节点位移与单元应力、节点位移与单元应变及节点位移与节点力之间的相互关系，其间涉及到形态矩阵、应变矩阵、应力矩阵和单元刚度矩阵的表达形式和物理意义；另一部分是整体分析，主要讲解单元刚度矩阵升阶叠加成总体刚度矩阵。这些内容很多，也很复杂，需要用到弹性力学、材料力学、结构力学及线性代数等相关知识。在讲解时，把这些内容的相关关系和求解过程用框图的形式表示（图2），使学生能够理清思路，清楚地掌握理论学习上的关键点，提高学生学习的兴趣。

3. 由浅入深，各个突破

对于从没有接触到数值模拟方法的本科生来说，有限单元法的基本原理和步骤以及虚功原理是很复杂，也是最难懂的。直接讲解平面问题的有限单元方法时，绝大部分学生听不明白，如果连续几次课都不明白，学生就会完全丧失继续学下去的兴趣。面对这一困难，在讲解平面问题的有限单元方法之前，先从一维杆件有限单元方法入手，选取线性位移模式，详细推导形态矩阵、应变矩阵、应力矩阵、单元刚度矩阵及总体刚度矩阵的计算过程。通过最简单最浅显的一维杆件的例子，让学生对有限单元法解题过程有了深刻的认识，为以后进行复杂问题的讲解奠定了良好的基础。对于虚功原理，涉及到实际状态和虚拟状态两种情况，直接讲解变形体的虚功原理，上课效果是非常差的，通过简单的平衡杠杆这一刚体模式（杠杆中间有支点、杠杆两端受力保持平衡），从力的平衡和力的作用点位移的关系两种绝然不同的状态来阐述实际状态和虚拟状态，从平衡杠杆力矩的平衡和力的作用点位移的关系来阐述虚功原理，这种采用由浅入深方式的教学效果是非常明显的。

4. 温故知新，深化理解

高年级本科生已经学过弹性力学、线性代数及高级程序语言等基础课程，有限单元法的原理和求解也是基于这些理论，温习这些已经学过的知识对于理解有限单元方法是至关重要的。如在讲解单元分析前回顾弹性力学的应力张量理论、变形的几何理论、本构关系理论等理论，在讲解形态矩阵、应变矩阵及应力矩阵前温习线性代数矩阵的运算，在求解节点位移之前温习高级程序语言中大型线性方程组的数值编程解法及矩阵的存储方式等。通过温故的方式学生不断巩固了已有知识结构和知识体系，而且还能够综合运用已经学过的知识去解决新的问题，对于学生综合的素质的培养有一定的作用。

5. 联系实际，注重应用

理论的学习固然重要，但将理论用于解决实际工程问题能力的培养也同样重要，在理论教学完成后，就进入实践教学阶段。实践教学阶段分演示和上机实习两个步骤进行。演示阶段的主要任务是针对具体工程实例，从单元的离散化、数据的输入、程序的运行、结果的显示等方面展示有限单元的基本操作；上机实习阶段的主要任务是学生熟练掌握有限单元方法数据输入和基本操作的基础上，求解二维的岩石力学及工程中的岩体稳定分析，得出研究区应力和位移的分布规律，绘制主应力等值线图，并针对研究区的破坏状态对其稳定性作出评价。经过实践教学阶段的训练，不断使学生巩固有限单元方法的基本理论，而且引导学生将理论知识和实践应用结合起来、为其以后独立从事科研工作奠定初步的基础。

结语

教学过程是一个在求索中不断进步和完善的过程，教学需要根据课程的特点采用一定的教学方法和手段。在《工程地质数值模拟的理论与方法》课程的教学中，选取了大量的实例分析以提高学习的兴趣，在提纲挈领的指引下把握内容的全局，采用由浅入深的讲解形式解决复杂的知识点，通过温故知新的方式轻松地学习基本理论，并把理论教学和实践教学结合起来，使学生学有所成，使教师教有所获。

参考文献：