時(shí)間：2022-04-18 08:42:34
導(dǎo)語(yǔ)：在巖石力學(xué)論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了一篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
1巖石力學(xué)的基本特點(diǎn)
隨著時(shí)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)巖石的認(rèn)識(shí)具有更深層次的理解:第一，巖石并不是固體力學(xué)中的一種材料，世界上的所有巖石工程中的巖石是一種天然地質(zhì)體，具有復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和賦存條件，是一種天然的典型的不連續(xù)介質(zhì);第二，在巖體中存在地應(yīng)力，這種作用力是由于地質(zhì)構(gòu)造和重力作用等因素形成的一種內(nèi)應(yīng)力。在開采巖石的過程中，開挖巖石引起的地應(yīng)力的釋放，才會(huì)引起巖石工程變形和破壞。因此，巖石力學(xué)的研究思路、研究方法和材料力學(xué)的研究存在著本質(zhì)的區(qū)別。在對(duì)巖石力學(xué)的研究時(shí)，研究者的思想不要根深蒂固于用傳統(tǒng)的研究方法來得到答案，要站在科學(xué)的高度來思考問題，學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用相關(guān)知識(shí)來研究。通過不斷地分析，得知自然環(huán)境賦予了巖石，在人類活動(dòng)中，采礦工程是人類和大自然相結(jié)合的結(jié)果，因此，采礦工程的行為和功能與施工因素密切相關(guān)。根據(jù)以上的綜合分析，我們對(duì)巖石力學(xué)有了新的思考和認(rèn)識(shí)，巖石力學(xué)是研究和控制采礦工程的科學(xué)。
2采礦工程中的巖石力學(xué)的重要性
在采礦過程中，地下采礦工程和露天采礦工程無論哪一種，都是以具有地質(zhì)構(gòu)造的巖石為對(duì)象。因此，巖石力學(xué)問題始終貫穿在采礦工程中的每一方面。其一:在采礦工程中的巖體都是地質(zhì)體，它們?cè)诜磸?fù)的地質(zhì)作用下變形、破壞，形成具有一定巖石成分和結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體，并且賦存于特定的地質(zhì)環(huán)境中;其二:采礦工程是經(jīng)過不停地勞動(dòng)進(jìn)行開挖的過程，是動(dòng)態(tài)的非靜態(tài)的。開挖過程中巖體的力學(xué)性質(zhì)也會(huì)隨著工程的尺寸和開挖的延伸方向的不同而發(fā)生變化，并且環(huán)境因素(例如地應(yīng)力、水、溫度)也是影響巖體性質(zhì)的一個(gè)重要方面，沖擊礦壓和煤與瓦斯突出主要是由地應(yīng)力中的高地應(yīng)力引起。巖體的力學(xué)性質(zhì)特征包括了巖體的穩(wěn)定性、強(qiáng)度性和變形性，它會(huì)隨著巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面形狀的不同而變化。因此，這些特征決定了采礦工程中的巖石力學(xué)問題具有極其復(fù)雜性。
3采礦工程中的巖石力學(xué)的應(yīng)用
3．1預(yù)測(cè)采礦工程中的災(zāi)害
在采礦工程的開展過程中任何人為和自然因素都會(huì)造成極大的危害，其中自然因素有地震、巖爆等危害，巖石力學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用，可以通過對(duì)采礦地點(diǎn)的土層地質(zhì)分析來提前預(yù)測(cè)在采礦工程中會(huì)出現(xiàn)的災(zāi)害，然后可以在工程設(shè)計(jì)中規(guī)避這些災(zāi)害。
3．2測(cè)量采礦工程中的地應(yīng)力
所謂的地應(yīng)力就是指地底地質(zhì)底層中自然產(chǎn)生的力量，在采礦過程中，由于開挖導(dǎo)致的周邊土層地質(zhì)發(fā)生變化的根本原因就是地應(yīng)力。要想制定完整且安全的采礦工程開采方案就必須首先運(yùn)用巖石力學(xué)對(duì)采礦工程所在地的地應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，只有完全的了解采礦工程周邊的地應(yīng)力情況，才能設(shè)置最正確、最合理的采礦方案，確保采礦工程的安全有效開展。
3．3優(yōu)化深凹開采的邊坡設(shè)計(jì)
隨著深凹開采的普遍出現(xiàn)開采難度不斷增加，對(duì)于采礦工程的安全性和穩(wěn)定性的要求也越來越高，這就要求巖石力學(xué)在開采過程中起到積極作用。通過巖石力學(xué)的測(cè)量，精確定量，充分的把巖石力學(xué)應(yīng)用到采礦工作中來，在保證安全的基礎(chǔ)上，保證工程安全快速進(jìn)行。
4結(jié)語(yǔ)
總之，隨著巖石力學(xué)在采礦工程中應(yīng)用的不斷發(fā)展，如今我國(guó)的巖石力學(xué)已具備了世界先進(jìn)水平。相關(guān)從業(yè)人員還應(yīng)不斷結(jié)合實(shí)際，研究巖石力學(xué)在采礦工程中的新應(yīng)用。
作者：楊仕俊 單位：貴州浙商礦業(yè)集團(tuán)有限公司
摘要：巖石力學(xué)是采礦工程專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，理論性、實(shí)踐性強(qiáng)且教學(xué)內(nèi)容繁雜。通過分析巖石力學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀，指出課程教學(xué)中存在的問題，探討了巖石力學(xué)課程建設(shè)及教學(xué)改革的必要性，從教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容和考核方式方面提出教學(xué)改革思路與方案。研究成果對(duì)巖石力學(xué)課程的教學(xué)改革具有指導(dǎo)與借鑒意義。
關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；教學(xué)改革；教學(xué)方法
一、引言
巖石力學(xué)是主要研究巖石的力學(xué)性質(zhì)和巖石對(duì)各種物理環(huán)境的力場(chǎng)產(chǎn)生效應(yīng)的一門理論學(xué)科。對(duì)于具體的巖土工程，也涉及巖體在力場(chǎng)作用下的強(qiáng)度、變形與破壞以及巖體穩(wěn)定性問題[1]。巖石力學(xué)是礦業(yè)學(xué)科的理論基礎(chǔ)，是一門涉及地質(zhì)和力學(xué)兩學(xué)科的交叉學(xué)科。
巖石力學(xué)是內(nèi)蒙古科技大學(xué)采礦工程的核心專業(yè)基礎(chǔ)課，在《內(nèi)蒙古科技大學(xué)2012版采礦工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案》中占有重要地位，為我校培養(yǎng)采礦工程本科生和研究生奠定堅(jiān)實(shí)的理論知識(shí)基礎(chǔ)。巖石力學(xué)是反映采礦工程特色的標(biāo)志性課程，通過本課程學(xué)習(xí)，采礦工程專業(yè)學(xué)生能夠運(yùn)用巖石力學(xué)知識(shí)解決采礦工程中的常見巖石力學(xué)問題，為后續(xù)進(jìn)一步學(xué)習(xí)礦山地壓與巖層控制、露天礦邊坡、煤礦地下開采、金屬礦開采等專業(yè)課程打下理論基礎(chǔ)。部分礦業(yè)類高校將其列為考研專業(yè)課，重要性略見一斑。
二、課程存在的問題
采礦工程是內(nèi)蒙古科技大學(xué)的傳統(tǒng)特色專業(yè)，為內(nèi)蒙古等西部地區(qū)礦業(yè)領(lǐng)域培養(yǎng)了大量工程技術(shù)人才。由于地域因素和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的制約，教學(xué)基礎(chǔ)及師資力量薄弱，普遍存在一些問題。
1.課程教學(xué)內(nèi)容陳舊，礦業(yè)特色不明顯。當(dāng)前r石力學(xué)教材內(nèi)容單一陳舊，新巖石力學(xué)問題和實(shí)踐技術(shù)工藝在教材中很少涉及，部分教學(xué)內(nèi)容滯后于現(xiàn)場(chǎng)礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀。
采礦工程專業(yè)目前使用的教材主要是河海大學(xué)主編的《巖石力學(xué)》，該教材是依據(jù)教育部1998年頒布的大土木專業(yè)要求編寫，與采礦工程專業(yè)聯(lián)系較少、未能充分體現(xiàn)課程的礦業(yè)特色[2，3]，需要增加含礦山工程中常見或典型礦山巖石力學(xué)問題，如采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)、淺埋深采動(dòng)巖體力學(xué)、煤礦采場(chǎng)圍巖控制、沖擊地壓等。這些問題已引起自治區(qū)教學(xué)工作者和現(xiàn)場(chǎng)工程人員的注意。
2.課堂教學(xué)模式落后。課堂教學(xué)中以教師講授為中心、以傳授書本知識(shí)為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式根深蒂固，其教學(xué)方法和教學(xué)手段單一，未能充分運(yùn)用先進(jìn)的教育理論與手段。在講授知識(shí)時(shí)，采用“填鴨式”和“滿堂灌”方式，學(xué)生逐漸喪失學(xué)習(xí)的興趣與動(dòng)力，學(xué)生上課睡覺和作業(yè)應(yīng)付的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，這必然影響學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的系統(tǒng)掌握，背離了該課程的教學(xué)目標(biāo)。
巖石力學(xué)是一門力學(xué)理論與礦山工程實(shí)踐緊密相結(jié)合的課程，知識(shí)體系復(fù)雜且相對(duì)零散。由于受教學(xué)場(chǎng)地、經(jīng)費(fèi)和工程條件等因素制約，本校巖石力學(xué)教學(xué)體系與生產(chǎn)實(shí)踐缺乏必要的結(jié)合，教師只能以課堂講授為主，與實(shí)際礦山工程的聯(lián)系較少，影響了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的實(shí)踐能力培養(yǎng)。
3.考核手段單一。考試是反饋學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要途徑，也是檢測(cè)教育目標(biāo)達(dá)成度的重要工具。目前，巖石力學(xué)考核成績(jī)是由期末考試成績(jī)和平時(shí)成績(jī)簡(jiǎn)單組成，考查內(nèi)容主要體現(xiàn)在書本知識(shí)的記憶掌握程度，較少反映學(xué)生獨(dú)立思考、分析解決問題能力，也阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。同時(shí)，僵化單一的考核模式也妨礙了教師的主觀能動(dòng)性。
三、巖石力學(xué)教學(xué)改革思路
隨著礦山開采深度的增加，礦產(chǎn)資源賦存環(huán)境不斷惡化，如高地壓、高地溫、高瓦斯等問題，采礦工程領(lǐng)域?qū)⒂楷F(xiàn)許多新的復(fù)雜研究課題。在一個(gè)較短學(xué)期，如何既能強(qiáng)化力學(xué)基礎(chǔ)，又將這些課題之上的采礦巖體力學(xué)新知識(shí)加入教材，引入課堂，并且在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生在以后工作中解決類似復(fù)雜工程問題的能力，這是課程教學(xué)迫切需要解決的一道難題。因此，“巖石力學(xué)”課程教學(xué)改革勢(shì)在必行。
1.明確大綱，整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)自治區(qū)采礦工程專業(yè)綜合改革試點(diǎn)要求和新版人才培養(yǎng)方案，圍繞礦業(yè)精英教育教學(xué)體系建設(shè)目標(biāo)，認(rèn)真修訂巖石力學(xué)教學(xué)大綱，體現(xiàn)礦業(yè)學(xué)科特色。新版的教學(xué)大綱應(yīng)具有科學(xué)性、系統(tǒng)性和可操作性，更加適應(yīng)培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)計(jì)劃要求，并能反映學(xué)科最新前沿研究成果。在新版巖石力學(xué)教學(xué)大綱指導(dǎo)下，有利于學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的掌握和理解，重新編排教學(xué)內(nèi)容，突出教學(xué)重點(diǎn)。
先將巖石力學(xué)課程內(nèi)容分為基礎(chǔ)篇和特色篇兩部分。第一部分基礎(chǔ)篇包含巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、巖體力學(xué)性質(zhì)和地應(yīng)力三章基礎(chǔ)內(nèi)容，基礎(chǔ)篇重在強(qiáng)化力學(xué)基礎(chǔ)。第二部分特色篇體現(xiàn)礦業(yè)特色，調(diào)整增加礦山工程與巖石力學(xué)相關(guān)知識(shí)內(nèi)容，如露天礦邊坡的穩(wěn)定、采場(chǎng)與巷道圍巖控制等。在特色篇的編排中，首先給出巖石力學(xué)問題的常見解決方法，如力學(xué)理論分析、數(shù)值模擬計(jì)算和力學(xué)試驗(yàn)等，然后結(jié)合分析礦山工程實(shí)例，把相近的礦山工程問題建模分析，最后提出解決方案。
2.知識(shí)案例化，豐富教學(xué)手段。巖石力學(xué)部分知識(shí)內(nèi)容抽象難理解，因此可以根據(jù)課程重難點(diǎn)部分，采用詳細(xì)講解的方式，通過一個(gè)或若干個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例或工程案例，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題的思考和分析，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性。課前，學(xué)生應(yīng)該研讀工程案例并認(rèn)真分析案例材料，圍繞案例進(jìn)行相關(guān)力學(xué)方面思考，找出其中的關(guān)鍵性問題，弄清案例的關(guān)鍵問題和隱含問題，進(jìn)而產(chǎn)生新的設(shè)想。例如在講授高地應(yīng)力內(nèi)容時(shí)，可以引入當(dāng)前煤礦深井開采所涉及到的巷道圍巖控制等案例。
靈活運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)工具來增加課堂信息量，增強(qiáng)教學(xué)效果。對(duì)于必須掌握的基本力學(xué)理論和公式推導(dǎo)，仍采用傳統(tǒng)“板書”的教學(xué)手段，讓學(xué)生理清思路、掌握推導(dǎo)過程；對(duì)于大量的實(shí)物圖形、三維空間概念、操作規(guī)程等較難口述的信息，尤其是結(jié)合礦山工程的案例，可充分運(yùn)用多媒體、互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)教學(xué)技術(shù)，通過圖片、視頻和動(dòng)畫等多種表現(xiàn)手段，增加傳授信息量[4]。例如在講解非圓形巷道圍巖應(yīng)力分布規(guī)律時(shí)，利用FLAC數(shù)值模擬軟件建立非圓形巷道斷面模型，然后在課堂上演繹此數(shù)值計(jì)算模型。
3.改善考查方式，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力素質(zhì)。調(diào)整增加考試內(nèi)容，由過去的兩部分增加調(diào)整為4部分：平時(shí)出勤、分階段性小測(cè)驗(yàn)、專題講演和期末測(cè)試，其中平時(shí)出勤及作業(yè)完成情況占10%，分階段性小測(cè)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)的10%，自主選擇的專題講演成績(jī)占總成績(jī)的15%，期末考試及大論文作業(yè)成績(jī)占總成績(jī)的65%。采用這種考核方式能更加公平合理地評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，加深對(duì)本課程的理解，開闊視野。學(xué)生缺課嚴(yán)重的情況得到根本改善，考核效果更加真實(shí)地反映學(xué)生學(xué)習(xí)情況。
四、結(jié)語(yǔ)
巖石力學(xué)最早源于采礦實(shí)踐活動(dòng)，作為采礦工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其行業(yè)特色鮮明，必須改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，加強(qiáng)理論與礦山工程實(shí)踐的聯(lián)系。需要結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，通過開展課程教學(xué)改革研究，不斷提高采礦專業(yè)巖石力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。
摘要：《巖石力學(xué)與礦山壓力》是安全工程專業(yè)本科學(xué)生的一門專業(yè)選修課程，分析了目前該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容存在的缺陷，指出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革的方向，并提出了具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案，設(shè)計(jì)了與實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案配套的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)步驟與實(shí)驗(yàn)原理，為該課程本科教學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；礦山壓力；瓦斯流動(dòng)；瓦斯防治
一、引言
《巖石力學(xué)與礦山壓力》是安全工程專業(yè)本科學(xué)生的一門專業(yè)選修課程，它是應(yīng)用必要的力學(xué)知識(shí)研究巖體力學(xué)性態(tài)、變形和穩(wěn)定性問題，研究礦山采掘過程中壓力顯現(xiàn)規(guī)律及控制問題，是煤礦采掘及安全相關(guān)專業(yè)所必需的基礎(chǔ)理論知識(shí)。通過該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握：巖石與巖體的基本物理、力學(xué)性質(zhì)；巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法及原巖應(yīng)力確定方法；巖石本構(gòu)關(guān)系與強(qiáng)度理論、巖體強(qiáng)度特性；礦山開采圍巖巖體內(nèi)應(yīng)力的重新分布；回采工作面上覆巖層活動(dòng)規(guī)律及其分析；回采工作面礦山壓力顯現(xiàn)基本規(guī)律；采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律；礦山采掘活動(dòng)礦壓控制基本方法。具有解決礦山巖土工程實(shí)踐問題的基本技能，能夠?yàn)榈V井瓦斯治理提供服務(wù)。
二、目前課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容
目前該課程的實(shí)驗(yàn)課為6個(gè)學(xué)時(shí)，設(shè)置情況如表1所示。
通過表1可知，目前該課程的實(shí)驗(yàn)課主要側(cè)重在兩個(gè)方面：一是力學(xué)性能的測(cè)試，如實(shí)驗(yàn)力學(xué)參數(shù)測(cè)試、巖石抗拉強(qiáng)度測(cè)試；二是采動(dòng)過后礦山壓力的測(cè)試，如礦壓監(jiān)測(cè)相似模擬試驗(yàn)。該課程實(shí)驗(yàn)課未涉及采動(dòng)過后由于礦山壓力的變化引起瓦斯運(yùn)移的情況。
三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革必要性分析
眾所周知，煤層開采后，煤體周邊的應(yīng)力分布對(duì)瓦斯運(yùn)移產(chǎn)生了巨大影響。工作面應(yīng)力重新分布，上覆巖層會(huì)產(chǎn)生卸壓增透的效應(yīng)，滲透率往往增加了幾十或上百倍[1-3]；由于上覆巖層的位移變形，有些巖層之間發(fā)生了離層，出現(xiàn)了新的裂隙甚至斷裂；有些封閉的地質(zhì)構(gòu)造遭到破壞。這些效應(yīng)都造成瓦斯在上覆巖層中更容易流動(dòng)。從瓦斯流動(dòng)的角度看，工作面上覆巖層的“豎三 狽直鶚牽河剎沙】斬春脫銥櫸煜豆鉤傻耐咚沽鞫空間的垮落帶；由縱向裂隙和橫向離層裂隙構(gòu)成的瓦斯流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的裂隙帶；有離層裂隙和巖層內(nèi)部裂隙構(gòu)成瓦斯在巖層內(nèi)部流動(dòng)的彎曲下沉帶。從橫向看，瓦斯的流動(dòng)在不同應(yīng)力區(qū)中也展現(xiàn)出不同特性，可以分為“橫三 保即初始卸壓增透增流帶、卸壓充分高透高流帶和地壓恢復(fù)減透減流帶。卸壓瓦斯的涌出呈現(xiàn)分帶的特點(diǎn)，具體可分為以下四個(gè)區(qū)域。
1.瓦斯自然涌出區(qū)：它與原始應(yīng)力區(qū)對(duì)應(yīng)，巖層的透氣性系數(shù)較低，為原始值，瓦斯涌出量按負(fù)指數(shù)規(guī)律自然衰減。
2.瓦斯涌出變化區(qū)：它與應(yīng)力集中區(qū)對(duì)應(yīng)，巖層的透氣性系數(shù)低于其原始值，該區(qū)域瓦斯涌出量相比瓦斯自然涌出區(qū)較小。
3.瓦斯涌出活躍區(qū)：它與應(yīng)力降低區(qū)對(duì)應(yīng)，巖層的透氣性系數(shù)顯著增大，該區(qū)域瓦斯涌出量不斷增加并達(dá)到最大，是最適合打鉆孔抽采瓦斯的區(qū)域。
4.瓦斯涌出衰減區(qū)：它與應(yīng)力恢復(fù)區(qū)對(duì)應(yīng)。巖層的透氣性系數(shù)不斷減小，該區(qū)的瓦斯涌出隨時(shí)間的推延不斷變小直至零。該區(qū)域一般出現(xiàn)在工作面后方50m―150m，個(gè)別可達(dá)200m以上。
通過上述分析可知，煤層中的瓦斯流動(dòng)與煤體受到的圍巖壓力密切相關(guān)，而瓦斯流動(dòng)規(guī)律是礦井瓦斯防治的重要依據(jù)，因此采動(dòng)引起的煤層瓦斯流動(dòng)規(guī)律是安全工程專業(yè)《巖石力學(xué)與礦山壓力》課程的重要知識(shí)點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)的方式再現(xiàn)圍巖壓力與煤體瓦斯流動(dòng)規(guī)律能夠加深學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的掌握，而目前該課程沒有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課。本文通過設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)方案，使學(xué)生更好地掌握了該知識(shí)點(diǎn)。
四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案
改革的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案綜合考慮圍巖、軸壓以及煤層瓦斯壓力對(duì)煤層瓦斯流動(dòng)的影響，從而分析不同采動(dòng)條件，不同位置煤體瓦斯流動(dòng)規(guī)律；瓦斯在煤體中的流動(dòng)可以通過滲透率來表征，因此，實(shí)驗(yàn)主要測(cè)試不同加載條件下煤樣的氣體滲透特性。另外，由于甲烷氣體在一定條件下具有爆炸特性，因此在實(shí)驗(yàn)過程中，通過二氧化碳?xì)怏w來代替甲烷。
1.實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）自主研制的煤巖滲透率測(cè)試系統(tǒng)，該設(shè)備可以模擬不同孔隙壓力、不同圍壓和不同溫度條件下，煤樣的氣體滲透特性。裝置主要由應(yīng)力加載系統(tǒng)、試件夾持系統(tǒng)、孔隙壓力控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、真空抽取系統(tǒng)和恒溫水浴控制系統(tǒng)等組成。整套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由如下五個(gè)子系統(tǒng)組成：①煤樣夾持系統(tǒng)。②應(yīng)力加載系統(tǒng)。③氣體運(yùn)移系統(tǒng)。④溫度控制系統(tǒng)。⑤數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
2.實(shí)驗(yàn)流程。滲透率實(shí)驗(yàn)的具體流程如下所述：
①將煤樣裝入煤樣夾持器；②控制應(yīng)力加載系統(tǒng)，向煤樣周圍加載預(yù)設(shè)的圍向與軸向應(yīng)力，應(yīng)確保圍向應(yīng)力高于氣體壓力，以防止氣體在煤樣與外圍膠套中流動(dòng)導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)誤差；③利用旋片式真空泵對(duì)系統(tǒng)和管路進(jìn)行抽真空；④打開高壓氣瓶開關(guān)，通過讀取傳感器顯示壓力并調(diào)整減壓閥，提供實(shí)驗(yàn)預(yù)設(shè)的氣體壓力，開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；⑤定時(shí)讀取壓力加載系統(tǒng)與流量傳感器數(shù)據(jù)，確保所加載壓力保持初始預(yù)設(shè)值，待流量穩(wěn)定后（兩小時(shí)內(nèi)流量變化值小于0.1 ml/min），認(rèn)定本組實(shí)驗(yàn)完成；⑥改變不同的實(shí)驗(yàn)條件（孔隙壓力、軸壓和圍壓），進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn)。
4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果。以圍壓對(duì)含瓦斯煤滲透率的影響為例，為了考察圍壓對(duì)含瓦斯煤滲透率的影響，選取煤樣軸壓固定4MPa，分別對(duì)圍壓2MPa、4MPa和6MPa三種條件下的二氧化碳孔隙壓力對(duì)滲透率的影響情況進(jìn)行測(cè)試。通過分析不同圍壓條件下的滲透率實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同圍壓條件下的滲透率變化趨勢(shì)是不同的：圍壓越大，滲透率回彈的壓力也就越大。這與滲透率變化趨勢(shì)的經(jīng)典認(rèn)識(shí)不同，因?yàn)樵谝郧把芯恐卸嗾J(rèn)為有效應(yīng)力變化量一定的情況下，滲透率隨著孔隙壓力變化的趨勢(shì)是相同的。
通過不同加載條件下的煤樣滲透率的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以更好的掌握加載條件在煤層瓦斯流動(dòng)中的作用，理解礦山壓力與礦井瓦斯防治之間的關(guān)系。
五、結(jié)論
1.分析了目前《巖石力學(xué)與礦山壓力》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容存在的問題，提出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革的必要性。
2.設(shè)計(jì)了加載條件對(duì)煤層瓦斯流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，闡明了實(shí)驗(yàn)步驟以及實(shí)驗(yàn)原理。
3.開展了不同圍巖壓力對(duì)煤體氣體滲透特性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠形象闡釋加載條件、孔隙壓力與滲透特性之間的關(guān)系，學(xué)生可以更好的理解相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。
摘要：實(shí)施外語(yǔ)授課是高等教育國(guó)際化進(jìn)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是碩士留學(xué)生課程教學(xué)的必要手段。中國(guó)石油大學(xué)（北京）在石工專業(yè)碩士留學(xué)生班進(jìn)行高等巖石力學(xué)全英文授課的教學(xué)改革和實(shí)踐，本文對(duì)全英文授課教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)、比較和分析。實(shí)踐證明，該課程的全英文授課結(jié)合留學(xué)生專業(yè)和文化背景實(shí)際，探索了全英文授課的教學(xué)模式，并對(duì)進(jìn)一步推廣經(jīng)驗(yàn)有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：全英文授課;巖石力學(xué);碩士留學(xué)生
中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油天然氣工程專業(yè)是國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科，并招收外國(guó)本科畢業(yè)生（來自中亞、非洲和南美等國(guó)）來華就讀碩士。隨著學(xué)校自身國(guó)際化建設(shè)及來華留學(xué)生的增加，對(duì)于研究生從事各種學(xué)術(shù)活動(dòng)，英語(yǔ)是必須掌握的國(guó)際通用的科技語(yǔ)言。采用英語(yǔ)傳遞信息已成為全球文化與科學(xué)的主要形式。全英文教學(xué)，即在課堂上使用英文進(jìn)行學(xué)科的講授，它已經(jīng)成為實(shí)施全英文教育的重要手段之一。全英文教學(xué)也是高等教育國(guó)際化的重要指標(biāo)之一?！稁r石力學(xué)》是來華留學(xué)生碩士課程中的一個(gè)必修課程，需要進(jìn)行全英文授課的教學(xué)改革，即采用全英文的教材和全英文的課堂講授方式，下面就以《高等巖石力學(xué)》為例進(jìn)行詳細(xì)分析。
一、《高等巖石力學(xué)》全英文授課的實(shí)施概況
巖石力學(xué)作為理論性和應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科在國(guó)民生產(chǎn)和生活中具有十分廣泛的應(yīng)用。巖石力學(xué)既是基礎(chǔ)學(xué)科，又是技術(shù)學(xué)科，是巖土工程、采礦工程和石油工程等本科和研究生專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程?！陡叩葞r石力學(xué)》是我校石油與天然氣工程專業(yè)的專業(yè)課程。該課程運(yùn)用力學(xué)原理和方法來研究巖體的力學(xué)，也就是研究巖體在各種力場(chǎng)作用下變形與破壞規(guī)律的理論及其實(shí)際應(yīng)用。本課程全英文授課對(duì)接近20人的一個(gè)來華留學(xué)生班進(jìn)行授課。該課程共有32學(xué)時(shí)，采取教師主講與課堂討論相結(jié)合。課程采用全英文教材和全英文電子教案，并給予全英文授課。目前，我國(guó)很多高校也均開展了全英文授課的實(shí)踐。
二、《高等巖石力學(xué)》全英文授課模式的改革
1.教材的選取。全英文授課必須有配套的英文教材，本課程采用的主要是英文原版石油工程巖石力學(xué)第二版，由ELSEVIER出版社出版。進(jìn)一步為了授課簡(jiǎn)明清楚，制作圖文并茂的電子教案，突出基本概念和基本示意圖。
2.課程內(nèi)容的改進(jìn)。石油高校的巖石力學(xué)需要僅靠石油工程，而巖石力學(xué)問題在基于基礎(chǔ)理論之后，緊緊圍繞地應(yīng)力、井壁穩(wěn)定、水力壓裂、出砂防砂、儲(chǔ)層巖石力學(xué)等幾大專題開展。分別結(jié)合國(guó)內(nèi)的以及留學(xué)生來自國(guó)家的典型區(qū)塊典型問題，給予介紹和分析，提升課程的針對(duì)性和有效性。
3.教學(xué)方法的改進(jìn)。針對(duì)外國(guó)留學(xué)生在各自國(guó)家接受本科教育的特點(diǎn)，只通過單純講授式的方式是不能滿足研究型創(chuàng)新人才和外國(guó)研究生培養(yǎng)的需求.課程以學(xué)生為主體，參考“翻轉(zhuǎn)式”課堂教學(xué)方法，授課過程中發(fā)揮學(xué)生英文思維方式的優(yōu)勢(shì)，積極主動(dòng)推進(jìn)對(duì)某概念和專題的研討交流。外國(guó)學(xué)生不會(huì)保留自己的觀點(diǎn)，會(huì)大膽提出自己的見解或者對(duì)不懂的問題主動(dòng)示意。鼓勵(lì)中亞地區(qū)和非洲地區(qū)來的同學(xué)按自愿組成小組，相互幫助、共同提高。針對(duì)一個(gè)問題，請(qǐng)中亞和非洲的同學(xué)相互討論、互相解惑，最終由主講教師給予指導(dǎo)和評(píng)價(jià)。外國(guó)學(xué)生愿意進(jìn)行課堂討論和分組學(xué)習(xí)，結(jié)合好這一特點(diǎn)從多方面提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。
4.考核模式的創(chuàng)新。以考試筆試與大作業(yè)口試相結(jié)合的方式?？谠囆问桨O(shè)計(jì)不同專題，以小組為單位，采用學(xué)生講述、教師及其他學(xué)生提問的方式，考察對(duì)課程內(nèi)容的掌握情況。筆試題目涉及出英文考核的幾個(gè)典型題目，以目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)為基準(zhǔn)，考察基本概念和基本理論的理解和運(yùn)用。
5.貫穿中國(guó)文化與中文概念的介紹。結(jié)合外國(guó)留學(xué)生來華學(xué)習(xí)的目的，就一些關(guān)鍵的專業(yè)詞匯給予中文簡(jiǎn)要介紹，并傳播中國(guó)文化。就同學(xué)們關(guān)注的一些中文專業(yè)詞匯和中國(guó)文化現(xiàn)象給予部分介紹。
6.參觀巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室。帶領(lǐng)學(xué)生參觀學(xué)校巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，了解試驗(yàn)設(shè)備和操作流程，請(qǐng)研究生現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單試驗(yàn)，并給予結(jié)果分析等。
三、《巖石力學(xué)》全英文授課效果分析
經(jīng)過一輪的全英文授課，對(duì)全班20位留學(xué)生進(jìn)行了授課效果的問卷調(diào)查。問卷問題包括授課內(nèi)容、授課教師、課堂氛圍、教學(xué)效果、學(xué)生學(xué)習(xí)情況等方面，并分為優(yōu)、良、中、合格和差幾個(gè)檔次。問題包括：（1）授課內(nèi)容安排;（2）授課邏輯和清晰度;（3）教學(xué)活動(dòng)安排的合理性;（4）課堂氣氛;（5）教學(xué)效果及完成課堂任務(wù);（6）本課程學(xué)習(xí)收獲。
通過表1可以看出，總體上對(duì)于課程授課效果選擇“優(yōu)”的比例較高，而其中“課堂氣氛”和“本課程學(xué)習(xí)收獲”這一欄的效果最佳，體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)活躍的課堂氣氛的肯定。
經(jīng)過期末考試，按照課程要求的幾大知識(shí)點(diǎn)的全覆蓋后的試題成績(jī)來看，成績(jī)分布如表2。從成績(jī)分布比例來看，主要成績(jī)分布在80-90分之間，可見大部分留學(xué)生的學(xué)習(xí)成效良好，能夠掌握巖石力學(xué)基本概念和運(yùn)用。
表3展示課程教學(xué)內(nèi)容實(shí)踐的一個(gè)學(xué)時(shí)分布，由于彈性力學(xué)基礎(chǔ)很重要，其中包括應(yīng)力應(yīng)變、線性彈性理論、孔隙彈性理論和熱彈性理論等，因此占主要學(xué)時(shí)數(shù)。塑性力學(xué)理論主要是介紹典型的強(qiáng)度和屈服準(zhǔn)則。此外，幾大石油工程巖石力學(xué)專題給予重點(diǎn)介紹。
表4展示課程教學(xué)內(nèi)容難以程度的一個(gè)反饋，留學(xué)生普遍感覺最難理解的是塑性力學(xué)理論，這一塊由于內(nèi)容抽象要求較高，需要在今后的教學(xué)中更加具體舉例并給予加深認(rèn)識(shí)。針對(duì)幾個(gè)專題的講解，留學(xué)生認(rèn)為內(nèi)容有針對(duì)性并有較好的學(xué)習(xí)興趣。
綜上所述，選取留學(xué)生石油工程專業(yè)研究生《高等巖石力學(xué)》進(jìn)行全英文授課教學(xué)改革，是中國(guó)石油大學(xué)（北京）國(guó)際化研究生教學(xué)的必然要求。總體而言，通過多個(gè)方面的教學(xué)改革，以及對(duì)學(xué)生的問卷調(diào)查，課程達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)并得到了留學(xué)生的認(rèn)可。盡管和中文授課以及對(duì)中國(guó)學(xué)生授課相比，該課程有一些困難和挑戰(zhàn)，但處在高等教育國(guó)際化的今天，伴隨與留學(xué)生共同提高課程質(zhì)量，全英文授課的教學(xué)模式值得進(jìn)一步提升和推廣。
摘要：“卓越計(jì)劃”是促進(jìn)中國(guó)由工程教育大國(guó)邁向工程教育強(qiáng)國(guó)的重大舉措。巖石力學(xué)作為典型的跨行業(yè)通用課程是一門應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，在目前的教學(xué)過程中存在輕視基礎(chǔ)概念、標(biāo)準(zhǔn)混亂陳舊、忽視工程能力培養(yǎng)的問題，難以達(dá)到“卓越計(jì)劃”的培養(yǎng)要求。從土木工程專業(yè)教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，提出了教學(xué)內(nèi)容模塊化，合理選擇培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)；強(qiáng)化基本概念理解，培養(yǎng)創(chuàng)新能力；深入工程現(xiàn)場(chǎng)，提升工程能力的教學(xué)改革方案，收到了良好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：卓越計(jì)劃；巖石力學(xué)；教學(xué)改革；礦山建設(shè)
“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”）是貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010―2020年）》和《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010―2020年）》的重大改革項(xiàng)目，也是促進(jìn)中國(guó)由工程教育大國(guó)邁向工程教育強(qiáng)國(guó)的重大舉措，科學(xué)時(shí)報(bào)[1]將“卓越計(jì)劃”啟動(dòng)列為2010年中國(guó)高等教育十件大事之一。該計(jì)劃旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量的各類型工程技術(shù)人才?！白吭接?jì)劃”具有三大培養(yǎng)特點(diǎn)：一是行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程；二是學(xué)校按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才；三是強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。
針對(duì)“卓越計(jì)劃”的總體要求，面向卓越工程師的培養(yǎng)，許多從事工程教育的專家進(jìn)行了深入探討。林健[2]從課程體系的價(jià)值取向、課程體系的結(jié)構(gòu)形式、課程體系的整合與重組等方面為“卓越計(jì)劃”參與高校專業(yè)課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革提供了借鑒和參考。張文生等[3]圍繞“回歸工程”教育理念，論述了本科“卓越計(jì)劃”的四個(gè)主要問題：制定專門性培養(yǎng)方案、改革培養(yǎng)模式、培養(yǎng)青年教師工程教育能力、建立健全保障體系，以期培養(yǎng)更多優(yōu)秀的工程技術(shù)人才。王家臣等[4]根據(jù)卓越工程師的要求，從戰(zhàn)略角度對(duì)科學(xué)培養(yǎng)采礦人才進(jìn)行了深入思考。
一、 巖石力學(xué)課程的特點(diǎn)
巖石力學(xué)是一門應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，是采礦工程、水利水電工程、交通/鐵道工程、工民建工程和石油工程等眾多學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，屬于典型的跨學(xué)科、跨行業(yè)的通用課程。雖然中國(guó)推行了跨行業(yè)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T 50266―2013《工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50218―2014《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》等，但是由于借鑒前蘇聯(lián)的高等教育體制，目前還存在許多行業(yè)背景鮮明的規(guī)范在廣泛應(yīng)用，如GB/T 16414―2008《煤礦科技術(shù)語(yǔ)巖石力學(xué)》、DL/T 5368―2007《水電水利工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》和JTG E 41―2005《公路工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》 等。
為了提高教學(xué)質(zhì)量，不同行業(yè)內(nèi)的巖石力學(xué)課程教師從行業(yè)特色角度對(duì)課程教學(xué)改革進(jìn)行了有益的嘗試，比如采礦工程[5]、石油工程[6]、地下建筑工程[7]和海洋工程[8]等，都取得了很好的成效。此外，還有學(xué)者從模塊化教學(xué)[9]、案例教學(xué)[10]、研究型教學(xué)[11]以及數(shù)值方法輔助教學(xué)[12]等方面進(jìn)行了巖石力學(xué)課程的教學(xué)改革實(shí)踐。遺憾的是，對(duì)巖石力學(xué)這門跨行業(yè)、特點(diǎn)鮮明的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，目前還未見針對(duì)“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)特點(diǎn)的教學(xué)改革研究成果。
作為“卓越計(jì)劃”試點(diǎn)高校的中國(guó)礦業(yè)大學(xué)經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展和建設(shè)已形成了以工科為主、礦業(yè)為特色、多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的基本格局，對(duì)中國(guó)煤炭能源行業(yè)發(fā)展發(fā)揮著不可替代的引領(lǐng)和支撐作用。巖石力學(xué)是學(xué)校土木工程、采礦工程及地質(zhì)工程等專業(yè)本科生專業(yè)基礎(chǔ)課程，為后續(xù)如礦山建設(shè)工程、采礦學(xué)及礦山壓力與巖層控制等煤炭行業(yè)背景鮮明的專業(yè)課程提供巖石力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，地位尤其顯著。
在上述背景下，如何在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)按通用標(biāo)準(zhǔn)和煤礦行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才，強(qiáng)化學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力已成為擺在教育工作者面前的一道難題。筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，初步探討面向“卓越計(jì)劃”的巖石力學(xué)教學(xué)改革思路，期望能夠拋磚引玉，對(duì)其他涉及巖石力學(xué)的行業(yè)類院校起到啟迪作用。
二 、巖石力學(xué)課程教學(xué)中存在的問題
（一）課程安排順序及學(xué)時(shí)不合理
廣義上講，巖石力學(xué)應(yīng)是力學(xué)與地質(zhì)學(xué)相結(jié)合的交叉學(xué)科，更側(cè)重于固體力學(xué)與巖石地質(zhì)學(xué)的結(jié)合，具體地說，巖石力學(xué)是在彈塑性力學(xué)、土力學(xué)及工程地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。巖石力學(xué)的很多概念、理論和公式由土力學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)借鑒而來，但是目前高校經(jīng)常將土力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)與巖石力學(xué)同時(shí)開課，給教師講授課帶來諸多不便。
為了研究工程環(huán)境下巖體的力學(xué)性態(tài)，巖石力學(xué)需要涉及諸如材料力學(xué)、彈塑性力學(xué)、斷裂損傷力學(xué)、裂隙滲流力學(xué)及流變力學(xué)等復(fù)雜深?yuàn)W的力學(xué)內(nèi)容；巖石力學(xué)的研究對(duì)象是地球千百萬年來復(fù)雜地質(zhì)作用而形成的各類巖體，巖石學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等地學(xué)學(xué)科的內(nèi)容在教材中不斷出現(xiàn)；巖體工程涉及地基工程、邊坡工程和地下工程等具體工程形式，各種新施工技術(shù)和方法層出不窮。由此可見，巖石力學(xué)課程的內(nèi)容豐富而繁雜，然而隨著通識(shí)教育課程的增加，各專業(yè)課程課時(shí)被大幅削減，巖石力學(xué)課時(shí)由80學(xué)時(shí)精簡(jiǎn)為如今的32 學(xué)時(shí)， “滿堂灌”現(xiàn)象成為普遍，學(xué)生對(duì)該課程內(nèi)容的掌握和應(yīng)用難度較大，學(xué)習(xí)積極性難以調(diào)動(dòng)。
（二） 基本概念模糊，難以培養(yǎng)創(chuàng)新性思維
基本知識(shí)的深刻理解，是創(chuàng)新思維形成的力量之源。一些教師在課堂教學(xué)中對(duì)基本概念強(qiáng)調(diào)不夠，分析不透，著重于公式推導(dǎo)、施工工藝或科研項(xiàng)目介紹等細(xì)枝末節(jié)的講解，本末倒置，背離了巖石力學(xué)課程設(shè)置的初衷。重點(diǎn)概念比如地應(yīng)力、流變、強(qiáng)度理論、應(yīng)變軟化現(xiàn)象、剪脹、尺度效應(yīng)、圍巖支護(hù)工作作用原理等內(nèi)容應(yīng)該重點(diǎn)分析。此外，由于巖石力學(xué)部分內(nèi)容與材料力學(xué)、土力學(xué)內(nèi)容相近（如強(qiáng)度理論、剪脹、三軸試驗(yàn)、二次應(yīng)力和附加應(yīng)力等），如果不進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的分析對(duì)比，學(xué)生容易產(chǎn)生疲倦心理，導(dǎo)致思想上的不重視。
（三）標(biāo)準(zhǔn)選擇混亂陳舊
如前所述，由于巖石力學(xué)是多個(gè)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，每個(gè)工程領(lǐng)域都有各自的行業(yè)術(shù)語(yǔ)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和教材。但是如果教師在巖石力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和工程應(yīng)用方面的講解都遵照本行業(yè)的規(guī)范和術(shù)語(yǔ)，將會(huì)造成學(xué)生知識(shí)面過窄，不利于國(guó)家通用標(biāo)準(zhǔn)的推廣和學(xué)生就業(yè)；若完全脫離行業(yè)工程背景，則教學(xué)過程難免出現(xiàn)學(xué)非所用、理論脫離實(shí)際。如何達(dá)到“按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才”的目標(biāo)值得思考。隨著工程技術(shù)的發(fā)展，很多新理論、新技術(shù)和新方法蓬勃發(fā)展，國(guó)家相關(guān)部門也會(huì)適時(shí)推出新的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，比如深部資源開采帶來的“三高一擾動(dòng)”、軟巖大變形和沖擊地壓災(zāi)害頻發(fā)等問題。但是由于教材的更新速度較慢，如果授課教師不能及時(shí)跟蹤行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，將會(huì)導(dǎo)致課程知識(shí)體系陳舊無用。
（四）忽視工程能力的培養(yǎng)
實(shí)踐是工程教育培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，巖石力學(xué)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的工程學(xué)科，然而受授課時(shí)間、資金、場(chǎng)地和工程條件等因素制約，目前的教學(xué)方式主要以書本知識(shí)傳授為主，強(qiáng)調(diào)科學(xué)基礎(chǔ)，試圖傳授更多的理論知識(shí)，理論與工程實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重，忽略了工程的系統(tǒng)性及其實(shí)踐特征?！爸乩碚?、輕實(shí)踐，重課堂、輕課外”的教學(xué)模式導(dǎo)致學(xué)生動(dòng)手能力差、工程能力弱化，對(duì)于巖石力學(xué)課程中諸如地應(yīng)力測(cè)量方法、監(jiān)控量測(cè)、松動(dòng)圈測(cè)試、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和地下工程支護(hù)技術(shù)等工程現(xiàn)場(chǎng)的常規(guī)問題無法直觀體驗(yàn)，不適應(yīng)企業(yè)要求。這種現(xiàn)狀不符合巖石力學(xué)服務(wù)于工程的課程特點(diǎn)，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性。
三、面向“卓越計(jì)劃”的教學(xué)改革思路及實(shí)施路線
學(xué)校土木工程專業(yè)分為礦山建設(shè)工程、城市地下工程、工民建工程和交通土建工程四個(gè)方向，所有方向都開設(shè)巖石力學(xué)課程。依據(jù)專業(yè)實(shí)際情況，以礦山建設(shè)工程方向?yàn)橹攸c(diǎn)，具體就面向“卓越計(jì)劃”的巖石力學(xué)課程教學(xué)改革思路及實(shí)施路線進(jìn)行深入探討。
（一）教學(xué)內(nèi)容模塊化，合理選擇培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)
為了達(dá)到“學(xué)校按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才”的要求，在教學(xué)內(nèi)容安排上不能 “一刀切”。首先將教學(xué)內(nèi)容模塊化，根據(jù)不同培養(yǎng)方向調(diào)整培養(yǎng)方案。
（1）“前置基礎(chǔ)”模塊4學(xué)時(shí)，包括巖石力學(xué)課程中涉及的材料力學(xué)、彈性力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)和土力學(xué)等前置學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，根據(jù)各方向前置課程的授課內(nèi)容確定合理的知識(shí)點(diǎn)。比如，彈性力學(xué)課程不在工民建方向的培養(yǎng)計(jì)劃之內(nèi)，對(duì)該方向應(yīng)該加大彈性力學(xué)的權(quán)重。
（2）“巖石力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)”模塊20學(xué)時(shí)，包括“巖石組構(gòu)及其物理性質(zhì)”“巖塊變形與強(qiáng)度”“弱面變形和強(qiáng)度”“巖體變形和強(qiáng)度”以及“原巖應(yīng)力”等5部分，是各專業(yè)方向按共同標(biāo)準(zhǔn)和要求學(xué)習(xí)的內(nèi)容。模塊內(nèi)容中巖塊室內(nèi)物理性質(zhì)（如含水率、耐崩解性等）、強(qiáng)度和變形試驗(yàn)、巖體原位變形、強(qiáng)度和聲波速度試驗(yàn)以及原巖應(yīng)力測(cè)試等內(nèi)容，應(yīng)嚴(yán)格按照通用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50266―2013《工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》來講授。
（3）“工程應(yīng)用”模塊8學(xué)時(shí)，根據(jù)專業(yè)方向的不同，選擇各方向重要的工程應(yīng)用及案例進(jìn)行講解。巖體分級(jí)是各方向都應(yīng)該著重講授的內(nèi)容，應(yīng)該以通用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50218―2014《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》為主，并輔以各方向的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。如礦山建設(shè)工程方向的普氏分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、交通土建工程方向的 JTG D70-2004《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》和Q分類等。對(duì)于具體工程形式而言，礦山建設(shè)工程方向和城市地下工程方向以巖體地下工程為主，工民建工程方向以巖石基礎(chǔ)工程為主，而交通土建工程方向則以邊坡工程和地下工程并重。各方向還應(yīng)對(duì)工程實(shí)踐中常見的災(zāi)害機(jī)理作介紹，比如深部礦山工程中的軟巖大變形、煤與瓦斯突出、沖擊地壓和底板透水等。
（二）強(qiáng)化基本概念理解，培養(yǎng)創(chuàng)新能力
概念和原理是創(chuàng)新的基礎(chǔ)，只有掌握概念、清晰原理，才能舉一反三而后應(yīng)用自如。因此，在授課過程中，教師應(yīng)多措并舉，把基本概念講清楚，講透徹，讓學(xué)生深入理解。
（1）剛性試驗(yàn)機(jī)是20世紀(jì)70年代巖石力學(xué)的重要進(jìn)展，對(duì)其機(jī)理進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撏茖?dǎo)，對(duì)于初次接觸的學(xué)生難以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。為了解釋柔性結(jié)構(gòu)比剛性結(jié)構(gòu)易于儲(chǔ)存變形能的特點(diǎn)，筆者以彈簧和圓鋼柱的壓縮為例，讓學(xué)生很快就明白柔性試驗(yàn)機(jī)壓縮蓄能的快速釋放是使脆性巖樣產(chǎn)生爆裂的根本原因。
（2）室內(nèi)巖樣力學(xué)試驗(yàn)是課程的重要內(nèi)容，書面講解試驗(yàn)步驟較為枯燥，效率低下，但若先上試驗(yàn)課，一缺乏必要的準(zhǔn)備知識(shí)，二受試驗(yàn)條件所限，難以讓每個(gè)學(xué)生都參與其中，必然導(dǎo)致教學(xué)效果較差。由于視覺化的知識(shí)能夠在短時(shí)間內(nèi)留下深刻的印象，因此，可采用拍攝試驗(yàn)全過程的方法，包括聲波速度測(cè)試、單軸壓縮試驗(yàn)、單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、直接剪切試驗(yàn)、角模壓剪試驗(yàn)、巴西劈裂試驗(yàn)和點(diǎn)荷載試驗(yàn)等，在每個(gè)試驗(yàn)講解前播放視頻，然后書面講解試驗(yàn)機(jī)理和數(shù)據(jù)處理程序，最后通過試驗(yàn)課直觀體驗(yàn)，鞏固教學(xué)效果。
（3）原巖應(yīng)力是地下工程圍巖變形、破壞的根本源動(dòng)力，在巖體工程具有舉足輕重的地位，并由此帶來“先加載，后開挖”、次生應(yīng)力、開挖擾動(dòng)和圍巖等一系列巖體工程特有的概念。對(duì)于從理論力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)一路學(xué)過來的學(xué)生而言，理解這些概念并非易事。筆者選擇理想試驗(yàn)的方式來形象化該概念，具體來講，就是將地層簡(jiǎn)化為彈簧-質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在重力作用下平衡后，彈簧發(fā)生壓縮變形，系統(tǒng)內(nèi)存在“原巖應(yīng)力”，此時(shí)“開挖”去除一部分質(zhì)點(diǎn)，必然帶來“應(yīng)力重分布”和“開挖擾動(dòng)”。
（三）深入工程現(xiàn)場(chǎng)，提升工程能力
為達(dá)到“行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程，強(qiáng)化培養(yǎng)工程能力”的培養(yǎng)目標(biāo)，學(xué)校土木工程專業(yè)礦山建設(shè)工程方向?qū)嵭小白吭接?jì)劃”培養(yǎng)方案，學(xué)生企業(yè)實(shí)訓(xùn)學(xué)時(shí)達(dá)到36周，有充足的時(shí)間在煤礦現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)。在學(xué)院層面與永煤集團(tuán)車集煤礦、城郊煤礦簽訂了本科生合作培養(yǎng)協(xié)議，建立了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐教學(xué)基地。
在這種良好的前提下，可在課堂教學(xué)（32學(xué)時(shí)）之外，將部分課堂教學(xué)內(nèi)容與學(xué)院在煤礦現(xiàn)場(chǎng)的科研項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合，相互配合，是一種高效集約的授課模式，既可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，又能提高學(xué)生的動(dòng)手能力。如課堂內(nèi)的“巖體聲波速度測(cè)試”與現(xiàn)場(chǎng)巷道松動(dòng)圈測(cè)試，“原巖應(yīng)力測(cè)試”與現(xiàn)場(chǎng)常用的空心包體法測(cè)試，“古典地壓理論”與支護(hù)結(jié)構(gòu)地壓實(shí)測(cè)方法等。在教學(xué)過程中應(yīng)該在確保安全的前提下，采用小班精細(xì)化教學(xué)模式以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣條件。
聘請(qǐng)富有工程經(jīng)驗(yàn)的工程師與授課教師進(jìn)行交流合作。選擇科學(xué)的授課方法、制定合理的授課內(nèi)容是一種有效的培養(yǎng)方式，既可以使學(xué)生盡快適應(yīng)企業(yè)要求，又能對(duì)青年教師起到幫助作用。比如：參觀軟巖大變形實(shí)例，加深學(xué)生對(duì)巖石流變的認(rèn)識(shí)；觀摩支護(hù)施工流程，掌握新奧法施工的原則；通過“沿空留/掘巷”“應(yīng)力轉(zhuǎn)移維護(hù)巷道”等工程措施的學(xué)習(xí)，深刻理解開挖引起原巖應(yīng)力重分布機(jī)理在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。
四、結(jié)語(yǔ)
工程教育必須“回歸工程”， 在“卓越計(jì)劃”下的巖石力學(xué)課程教學(xué)改革，要以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，注重行業(yè)背景，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)手段，重視基礎(chǔ)概念與機(jī)理，深入工程現(xiàn)場(chǎng)，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生興趣，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)行業(yè)需要的優(yōu)秀工程人才。
摘要：巖石力學(xué)既是基礎(chǔ)學(xué)科，又是技術(shù)學(xué)科，是巖土工程、采礦工程和石油工程等本科和研究生專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程。本文著重以石油工程研究生專業(yè)為背景，從課程特點(diǎn)出發(fā)，探究建設(shè)全英文巖石力學(xué)課程的必要性及可行性，促進(jìn)全英文教學(xué)在高校教育改革中的推進(jìn)，發(fā)揮全英文教學(xué)在提升研究生素質(zhì)中的作用，為培養(yǎng)巖石力學(xué)研究人才提供有效思路。
關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；全英文教學(xué)；課程建設(shè)；必要性
巖石力學(xué)作為理論性和應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，在國(guó)民生產(chǎn)和生活中具有十分廣泛的應(yīng)用。巖石力學(xué)是運(yùn)用力學(xué)原理和方法來研究巖體的力學(xué)以及力學(xué)相關(guān)現(xiàn)象的一門新興科學(xué)，也就是研究巖體在各種力場(chǎng)作用下變形與破壞規(guī)律的理論及其實(shí)際應(yīng)用的科學(xué)[1]。目前，我國(guó)絕大多數(shù)高校的研究生基礎(chǔ)課程以普通話作為教學(xué)語(yǔ)言，港澳臺(tái)地區(qū)主要使用英語(yǔ)教學(xué)或加大英語(yǔ)授課范圍。隨著高校自身國(guó)際化建設(shè)及來華留學(xué)生的增加，研究生在從事各種學(xué)術(shù)活動(dòng)中，英語(yǔ)是必須掌握的國(guó)際通用的科技語(yǔ)言。采用英語(yǔ)傳遞信息已成為全球文化與科學(xué)的主要形式[2，3]。全英文教學(xué)，即在課堂上使用英文進(jìn)行學(xué)科的講授，它已經(jīng)成為實(shí)施全英文教育的重要手段之一。全英文教學(xué)也是高等教育國(guó)際化的重要指標(biāo)之一[4]。通過調(diào)研分析國(guó)內(nèi)外高校特別是石油類高校研究生教學(xué)過程存在的問題，我們對(duì)巖石力學(xué)建設(shè)全英文課程的必要性進(jìn)行了探討。
一、目前研究生巖石力學(xué)課程的問題
（一）教學(xué)模式相對(duì)單一
由于巖石力學(xué)的理論性比較強(qiáng)，學(xué)生理解和應(yīng)用知識(shí)的難度大，影響了學(xué)習(xí)的自覺和主動(dòng)性，只通過單純講授式的方式已不能滿足研究型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求[5-8]。同時(shí)巖石力學(xué)的理論推導(dǎo)的要求比較高，并和實(shí)際工程結(jié)合比較緊密，因此僅靠傳統(tǒng)的教學(xué)講授方式，不能提高研究生獨(dú)立自主學(xué)習(xí)的能力。傳統(tǒng)的教學(xué)模式過于強(qiáng)調(diào)書本知識(shí)，不能很好地進(jìn)行理論與實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)生的實(shí)際運(yùn)用能力相對(duì)較差，學(xué)習(xí)的興趣和積極性不高，對(duì)教師教授的知識(shí)不敢表達(dá)自己的看法和意見，批判性能力不高。
（二）教材內(nèi)容相對(duì)落后
隨著國(guó)內(nèi)外科技發(fā)展和工程投入，包括高鐵建設(shè)、非常規(guī)油氣開發(fā)、核廢料深部處置、可再生能源開采利用等領(lǐng)域，使得巖石力學(xué)的理論研究、室內(nèi)外試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和經(jīng)驗(yàn)積累方面取得了突出的成就[9]。但是，目前巖石力學(xué)的研究生教材內(nèi)容存在落后實(shí)際發(fā)展的現(xiàn)象，存在理論和現(xiàn)實(shí)脫節(jié)的情況，教材內(nèi)容不能很好地反映當(dāng)今世界先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生們不能接觸到先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和理念，引用歐美全英文教材或譯著類教材已迫在眉睫。
（三）教學(xué)對(duì)象更加多元
隨著高校國(guó)際化建設(shè)和留學(xué)人員數(shù)量不斷上升，以中國(guó)石油大學(xué)（北京）為例，一般研究生教學(xué)班由本土學(xué)生和來自亞、非、歐及拉美洲的留學(xué)生混合組成。由于學(xué)生的教育背景特別是語(yǔ)言基礎(chǔ)會(huì)影響到接受能力，以普通話或雙語(yǔ)方式的課程教學(xué)，已不能滿足現(xiàn)有情況的需求[10，11]。
（四）教學(xué)語(yǔ)言需求更多
隨著國(guó)內(nèi)科技的迅速發(fā)展以及本土研究生英文基礎(chǔ)的逐步提升，研究生有較好的英文寫作和閱讀能力，而亟需提升口語(yǔ)和聽力的能力。不少研究生在就讀期間還要進(jìn)行國(guó)外訪問交流等活動(dòng)，更加需要直接運(yùn)用英文進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流。
（五）教師隊(duì)伍缺乏多元
面對(duì)高校生源國(guó)際化程度的提高的狀況，教師隊(duì)伍的國(guó)際化程度還有待提高，國(guó)際學(xué)生的文化背景及思維習(xí)慣等與本土教師有較大異同。邀請(qǐng)國(guó)外巖石力學(xué)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜仪皝碇v學(xué)或講座，也成為提升本土研究生及來華留學(xué)生專業(yè)水平的迫切需求。
二、采用全英文進(jìn)行巖石力學(xué)課程教學(xué)的必要性
（一）采用翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)手段，提升研究生課題研討能力
在巖石力學(xué)研究生課程教學(xué)改革方案中，要以學(xué)術(shù)型人才為目標(biāo)，對(duì)于小班教學(xué)規(guī)模并且具有本科巖石力學(xué)基礎(chǔ)的研究生，通過涉及巖石力學(xué)的外文資料包括課件、原版書籍或文獻(xiàn)等，提出巖石力學(xué)的關(guān)鍵概念和問題，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合自身專業(yè)側(cè)重方向及工程課題給予自學(xué)并研討，并在課堂上用全英文給予探討和講述。
（二）采用全英文教學(xué)語(yǔ)言，提升研究生國(guó)際化學(xué)術(shù)能力
在巖石力學(xué)課程教學(xué)改革方案中，要以國(guó)際化學(xué)術(shù)人才培養(yǎng)為目標(biāo)，在教授專業(yè)知識(shí)同時(shí)，普及巖石力學(xué)專業(yè)英語(yǔ)詞匯。選取教材可以采用外文原版教材或添加外文輔助教材，以及譯著教材作為參考，以此跟進(jìn)國(guó)內(nèi)外巖石力學(xué)的發(fā)展。在教學(xué)過程中，突出專業(yè)詞匯的解釋并提供給學(xué)生外文資料包括文獻(xiàn)進(jìn)行自學(xué)參考。
（三）采用全英文教學(xué)材料，提升研究生英文閱讀和表達(dá)能力
首先，全英文教學(xué)的實(shí)施可以為研究生打下巖石力學(xué)專業(yè)英語(yǔ)詞匯的基礎(chǔ)，打下科技英語(yǔ)寫作的基礎(chǔ)。國(guó)際化學(xué)術(shù)交流是研究生學(xué)術(shù)活動(dòng)的重要組成部分，包括查閱國(guó)際期刊、出席國(guó)際會(huì)議、主講國(guó)際會(huì)議口頭報(bào)告或海報(bào)、留學(xué)交流訪問以及接待外國(guó)專家等。通過課程講授發(fā)現(xiàn)，大學(xué)英語(yǔ)及研究生英語(yǔ)課程，主要不涉及專業(yè)英文及科技類專業(yè)英文寫作，因此對(duì)于研究生的專業(yè)培養(yǎng)而進(jìn)行的全英文專業(yè)課程教學(xué)是充滿必要性的。其次，全英文教學(xué)中也可實(shí)施中英文專業(yè)詞匯對(duì)照，幫助研究生對(duì)專業(yè)內(nèi)容的理解認(rèn)知。專業(yè)詞匯的定義和表述習(xí)慣按照英文更加準(zhǔn)確，可以使學(xué)生避免直譯成中文后誤解問題的出現(xiàn)，而對(duì)英文詞匯構(gòu)成方式的理解可以使學(xué)生對(duì)英文類似生詞加強(qiáng)理解。
（四）采用全英文教學(xué)手段，提升來華留學(xué)生的學(xué)習(xí)效率
隨著國(guó)內(nèi)研究生教育國(guó)際化影響的提升，來華留學(xué)生從事專業(yè)學(xué)習(xí)的數(shù)量逐年增加。以我校石油工程專業(yè)為例，來華留學(xué)生具有較好的英文基礎(chǔ)，但中文基礎(chǔ)薄弱，通過全英文教學(xué)手段使得來華留學(xué)的研究生，迅速進(jìn)入巖石力學(xué)課程學(xué)習(xí)狀態(tài)，并展開專業(yè)學(xué)習(xí)和研究。
（五）采用全英文教學(xué)方式，方便外國(guó)專家直接受邀講課
隨著國(guó)內(nèi)高校國(guó)際化水平的迅速提升，直接邀請(qǐng)國(guó)外專家講學(xué)的做法日臻成熟。以我校石油工程專業(yè)為例，邀請(qǐng)美國(guó)和歐洲相關(guān)石油工程領(lǐng)域的外國(guó)專家定期來訪，給研究生國(guó)際班學(xué)生授課，并開展相關(guān)研究。
三、采用全英文進(jìn)行巖石力學(xué)教學(xué)的可行性
（一）高校教師的英文水平可以勝任全英文教學(xué)要求
目前高校教師尤其是青年教師中，具有海外學(xué)習(xí)經(jīng)歷者占很大的比例，其需要通過英文發(fā)表學(xué)術(shù)成果。因此，這些教師的專業(yè)英語(yǔ)能力是全英文教學(xué)的重要保證。
（二）巖石力學(xué)的教學(xué)資源
例如石油工程巖石力學(xué)方向有很多國(guó)外經(jīng)典的原版教材或?qū)Ｖ?，這些教材不僅包含了理論、概念或原理講述的基礎(chǔ)教材，也有反映國(guó)際前沿的專著或文獻(xiàn)。
（三）高校的國(guó)際交流可以為全英文教學(xué)提供支持
目前，高校開展邀請(qǐng)國(guó)際知名學(xué)者前來訪問講學(xué)的質(zhì)量和數(shù)量逐年提升，邀請(qǐng)國(guó)際巖石力學(xué)方向的知名學(xué)者為研究生開展學(xué)術(shù)報(bào)告是全英文課程教學(xué)改革內(nèi)容的亮點(diǎn)和點(diǎn)睛之筆。
（四）高校的本土研究生具有較強(qiáng)的英文閱讀和寫作能力
目前，高校本土研究生一般都具有六級(jí)英語(yǔ)水平，其中相當(dāng)一部分通過雅思、托?；蛘逩RE等國(guó)外高級(jí)別英文語(yǔ)言水平考試，完全具有直接接受全英文專業(yè)教學(xué)的能力。
（五）高校的來華留學(xué)生具有較強(qiáng)的英文表達(dá)和閱讀能力
目前，高校來華學(xué)習(xí)專業(yè)的留學(xué)生逐年遞增，以中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程專業(yè)為例，來自中亞、南美和非洲的研究生具有較好的專業(yè)基礎(chǔ)，英文表達(dá)和閱讀能力強(qiáng)，為開展全英文教學(xué)創(chuàng)造了有利條件。
總之，以強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)際結(jié)合、國(guó)際化學(xué)術(shù)能力和全英文學(xué)習(xí)及研討能力為課程建設(shè)的主要目標(biāo)，需要進(jìn)一步提升教師全英文教學(xué)水平，加強(qiáng)全英文教材建設(shè)，完善課程內(nèi)容和教學(xué)方法，最終讓研究生在自主學(xué)習(xí)的理念下掌握課程內(nèi)容并提高英文水平。通過課程學(xué)習(xí)，為進(jìn)一步擴(kuò)大專業(yè)領(lǐng)域國(guó)際合作交流，跟蹤國(guó)外專業(yè)領(lǐng)域研究動(dòng)態(tài)和成果奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
摘要：為提高巖石力學(xué)課程教學(xué)效果和工程碩士培養(yǎng)質(zhì)量，文章對(duì)該課程教學(xué)進(jìn)行了改革探索。主要內(nèi)容包括：教學(xué)方法的改革（重視啟發(fā)式教學(xué)、嘗試討論式教學(xué)）、開設(shè)自主性實(shí)驗(yàn)和布置綜合性作業(yè)等。通過改革，該課程教學(xué)質(zhì)量明顯提高，學(xué)生滿意度大幅提升。
關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；教學(xué)改革；啟發(fā)式教學(xué)；討論式教學(xué)；自主性實(shí)驗(yàn)；綜合性作業(yè)
巖石力學(xué)是石油與天然氣工程領(lǐng)域工程碩士的一門專業(yè)學(xué)位課。課程的任務(wù)是：講授巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、巖石的強(qiáng)度理論、巖石的流變理論、地應(yīng)力及其測(cè)量、巖石中流體壓力和流動(dòng)，通過學(xué)習(xí)使學(xué)生能夠運(yùn)用上述理論知識(shí)，解決石油工程中遇到的巖力學(xué)問題。如測(cè)井解釋與巖石力學(xué)、井壁穩(wěn)定、水力壓裂、油氣井生產(chǎn)出砂等[1-2]。
與學(xué)術(shù)碩士生相比，工程碩士生入學(xué)時(shí)理論知識(shí)水平較低，基礎(chǔ)知識(shí)較薄弱，力學(xué)功底較差。根據(jù)國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)制定的工程碩士專業(yè)學(xué)位設(shè)置方案，工程碩士應(yīng)側(cè)重于工程應(yīng)用能力和解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。
針對(duì)工程碩士生的特點(diǎn)，結(jié)合巖石力學(xué)課程任務(wù)，重慶科技學(xué)院巖石力學(xué)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持不懈地開展課程教學(xué)改革，以提高教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量。
一、 教學(xué)方法的改革
教學(xué)方法主要是指在課堂教學(xué)過程中，教師向?qū)W生傳授知識(shí)的技巧和手段。科學(xué)的教學(xué)方法可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，同時(shí)還能強(qiáng)化知識(shí)記憶，提高學(xué)習(xí)效率，起到事半功倍的效果。課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)在課堂教學(xué)活動(dòng)中一直重視講課的技巧，不斷嘗試新的教學(xué)手段。
（一）重視啟發(fā)式教學(xué)
啟發(fā)式教學(xué)通常根據(jù)教學(xué)目的、內(nèi)容、學(xué)生的知識(shí)水平和知識(shí)規(guī)律，采用啟發(fā)誘導(dǎo)傳授知識(shí)，使學(xué)生積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，它對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)和智力水平的提高很有幫助[3-4]。工程碩士生力學(xué)功底較差，理解能力不強(qiáng)，為更好地完成課程教學(xué)，需在講課中善于運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)。
啟發(fā)式教學(xué)通過提問，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，通過合理的安排教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)和思考，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)[5]。以下結(jié)合教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，通過展現(xiàn)五個(gè)知識(shí)點(diǎn)的講解思路，闡述啟發(fā)式教學(xué)在巖石力學(xué)課程教學(xué)中的運(yùn)用。
Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)度是巖石力學(xué)課程的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)。在開始講解時(shí)，先提問學(xué)生：一個(gè)截面的抗剪強(qiáng)度與作用于該面上的正應(yīng)力是否有關(guān)系？有的學(xué)生說沒有，有的說有；接著教師指出，不同材料抗剪特性不同，有的抗剪強(qiáng)度與正應(yīng)力沒有關(guān)系，如鋼材；有的則有關(guān)系，如巖石。那具體存在什么樣的關(guān)系呢？隨著正應(yīng)力的增大（受壓為正），抗剪強(qiáng)度也增大，準(zhǔn)確說兩者是一個(gè)曲線關(guān)系，即滿足Mohr準(zhǔn)則，但工程中為簡(jiǎn)單起見，假定兩者為線性關(guān)系，即Coulomb準(zhǔn)則。
在講解Griffith準(zhǔn)則時(shí)，先聯(lián)系前面提到的巖石抗拉抗壓強(qiáng)度比值，抗拉強(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的1/10，這是為什么呢？原因在于巖石非均質(zhì)體，教材第一章節(jié)提到過巖石內(nèi)分布有無數(shù)微小裂隙，當(dāng)巖石受壓時(shí)，裂隙閉合，當(dāng)巖石受拉時(shí)，裂隙端點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)力集中，縫端破裂，裂縫擴(kuò)展。Griffith根據(jù)縫端擴(kuò)展思路，得到Griffith強(qiáng)度準(zhǔn)則，最終得到巖石的抗拉強(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的1/8，這與巖石實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較接近。
在講解巖石蠕變時(shí)，先提問學(xué)生，一個(gè)油氣生產(chǎn)井鉆到設(shè)計(jì)深度后是否需要及時(shí)固井？結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生們都能回答是；這是為什么呢？如果不及時(shí)固井會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？有些學(xué)生回答井孔會(huì)發(fā)生變形，甚至破壞，這樣就引出了巖石蠕變的概念：荷載恒定作用下，變形隨時(shí)間增大的性質(zhì)。鉆井剛開始發(fā)生的是彈性變形，變形較小，但如果不及時(shí)固井，井壁巖石會(huì)發(fā)生蠕變，隨時(shí)間增大，蠕變?cè)酱?，最終可能會(huì)導(dǎo)致井壁坍塌。
在講解聲發(fā)射法測(cè)巖石地應(yīng)力時(shí)，先提問學(xué)生：在巖石受壓實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)巖石宏觀破壞時(shí)是不是聽到了一聲脆響？學(xué)生們都能回答聽到了，那在宏觀破壞之前巖石內(nèi)部會(huì)不會(huì)發(fā)出聲音？答案是肯定的。教師可告訴學(xué)生在宏觀破壞之前，巖石內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)微觀破裂，會(huì)向外發(fā)射聲波，只是由于人耳接收聲音的頻率和強(qiáng)度有限，無法聽到，但可以借助儀器收集到。根據(jù)Kaiser的研究，當(dāng)施加荷載大于巖石先前受到的最大荷載時(shí)，發(fā)射聲波陡然劇烈，因此可以據(jù)此確定出巖石在地底受到的地應(yīng)力大小。
在講解巖石中的固結(jié)問題和有效應(yīng)力概念時(shí)，給出一張圖片，圖片中是一個(gè)裝滿水的圓筒，筒頂面被一個(gè)帶小孔的活塞封住，用一根彈簧將活塞下表面支撐在圓筒底面，當(dāng)活塞上表面突然施加一個(gè)豎向力時(shí)，提問學(xué)生：在施加力的一瞬間，彈簧有沒有受力？有的學(xué)生沒有反應(yīng)過來，說有受力。這時(shí)告訴學(xué)生，在施加力的一瞬間，圓筒內(nèi)的水根本來不及排走，筒內(nèi)水的體積不變，彈簧變形為零，因此沒有受力，豎向力全部由筒內(nèi)水承擔(dān)。圖片中的彈簧相當(dāng)于巖石骨架，而筒內(nèi)水相當(dāng)于巖石中的孔隙水。參照?qǐng)D片，在巖石受到外界壓力的初始階段，孔隙水來不及排出，孔隙水壓等于外界壓力，隨著孔隙水的逐漸排出，孔隙水壓下降，外界壓力才部分轉(zhuǎn)由巖石骨架承擔(dān)，這部分壓力才是引起巖石骨架受力變形的真正有效力，稱為巖石的有效應(yīng)力，而隨著有效應(yīng)力的增大，巖石骨架發(fā)生沉降變形，即為巖石的固結(jié)問題。如此把一個(gè)非常專業(yè)的問題通過一個(gè)形象的圖片向?qū)W生講解清楚。
（二）嘗試討論式教學(xué)
討論式教學(xué)法是現(xiàn)代教學(xué)改革中比較受推崇的一種教學(xué)方法，是指教師在分析教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，精心設(shè)計(jì)某一問題，并指導(dǎo)學(xué)生在討論中各自發(fā)表意見，以尋求問題的答案，從而使學(xué)生的能力得到鍛煉的一種教學(xué)方法。討論式教學(xué)把課堂上單純的教師講、學(xué)生聽調(diào)整為學(xué)生講、學(xué)生聽、教師點(diǎn)評(píng)，對(duì)學(xué)生來說是一種更積極的學(xué)習(xí)方式[6]。
從學(xué)生的角度看：討論式教學(xué)法一是可以培養(yǎng)學(xué)的表達(dá)能力、批判能力、自學(xué)能力、合作能力和自我認(rèn)知能力；二是可以使學(xué)生改變保守的學(xué)習(xí)心態(tài)， 體會(huì)到分享的快樂；三是可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)體意識(shí)和合作精神，并促進(jìn)學(xué)生之間的友誼；四是可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，并能很好地應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)。從教師的角度看：討論式教學(xué)法一是有利于改善師生之間的關(guān)系，使師生關(guān)系更融洽，讓教師真正成為學(xué)生的良師益友；二是有利于教師角色的轉(zhuǎn)變；三是有利于改善課堂氣氛，使學(xué)生的思維充分活躍起來，從而更好地實(shí)現(xiàn)
教學(xué)目標(biāo)[7]。
討論式教學(xué)在國(guó)外被普遍采用，國(guó)內(nèi)由于高校擴(kuò)招，本科生課堂教學(xué)人數(shù)太多，無法組織每位學(xué)生開展討論，但對(duì)研究生教學(xué)來說，由于人數(shù)少，可以積極嘗試討論式教學(xué)法。
在巖石力學(xué)課程教學(xué)過程中，任課教師在上一節(jié)課結(jié)束時(shí)向?qū)W生公布下節(jié)課的討論議題，要求學(xué)生預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)內(nèi)容，寫好發(fā)言提綱，做好討論準(zhǔn)備；課堂討論由教師組織，但以學(xué)生討論為中心，教師僅作適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)；討論完后教師再作點(diǎn)評(píng)。
針對(duì)工程碩士生的特點(diǎn)，討論議題難度要適當(dāng)，要保證學(xué)生都有參與討論的機(jī)會(huì)。在巖石力學(xué)課程教學(xué)過程中，可選取作為課堂討論的議題有：巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、巖石的蠕變機(jī)理和模型、水壓致裂法測(cè)地應(yīng)力、油田地應(yīng)力的預(yù)測(cè)模型、利用測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)等。教師根據(jù)課程教學(xué)進(jìn)展情況，選取3-4個(gè)議題，每個(gè)議題的討論時(shí)間控制在30分鐘以內(nèi)，學(xué)生討論的積極性和討論水平作為課程評(píng)分考核的指標(biāo)之一（占10%）。
在兩個(gè)年級(jí)的教學(xué)活動(dòng)中，通過開展討論式教學(xué)，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握更加深入，同時(shí)也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和語(yǔ)言表達(dá)能力。
二、 開設(shè)自主性實(shí)驗(yàn)
自主性實(shí)驗(yàn)是在學(xué)生掌握了一定的實(shí)驗(yàn)技能后，讓其獨(dú)立設(shè)計(jì)并完成一個(gè)只給出題目的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)?zāi)馨褎?dòng)腦和動(dòng)手有機(jī)地結(jié)合起來，充分培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力[8-9]。
自主性實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法有很大的不同。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過程中，教師為學(xué)生提供了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)講義，學(xué)生只要按照教師的要求正確操作即可，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生只是一個(gè)被動(dòng)的接受者，這種方法培養(yǎng)出的學(xué)生只是在實(shí)驗(yàn)的基本技能上得到了訓(xùn)練，很難談得上具有創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維，這也使得學(xué)生的學(xué)習(xí)勁頭不高，參與實(shí)驗(yàn)的興趣不大。而自主性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，彌補(bǔ)了這種教學(xué)方式的不足，它將主動(dòng)權(quán)交給了學(xué)生，讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的主體，自主性實(shí)驗(yàn)沒有詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)講義，學(xué)生要從查閱有關(guān)的資料開始，到確定實(shí)驗(yàn)步驟―制定實(shí)驗(yàn)方案―完成實(shí)驗(yàn)―對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理分析―得出結(jié)論―提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這種創(chuàng)造性的工作，為學(xué)生提供了一個(gè)自由想象和大膽創(chuàng)造的空間，能極大地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望。
目前重慶科技學(xué)院工程碩士巖石力學(xué)課程包含5個(gè)共10學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，全部是自主性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有巖石單軸抗壓實(shí)驗(yàn)、巖石抗拉實(shí)驗(yàn)、巖石三軸抗壓實(shí)驗(yàn)、巖石蠕變實(shí)驗(yàn)、聲發(fā)射測(cè)試地應(yīng)力實(shí)驗(yàn)等。每次實(shí)驗(yàn)都提前一個(gè)星期布置給學(xué)生，要求他們自己查閱資料，制定并提交實(shí)驗(yàn)方案，交實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)教師審查。實(shí)驗(yàn)過程也完全是學(xué)生自己主導(dǎo)，指導(dǎo)教師只負(fù)責(zé)儀器安全操作的監(jiān)督。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，由實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)教師批閱。實(shí)驗(yàn)成績(jī)占課程評(píng)分考核的20%。
通過開設(shè)自主性實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和獨(dú)立分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。
三、布置綜合性作業(yè)
綜合性作業(yè)是指需要綜合運(yùn)用到不同課程的知識(shí)或同一課程的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的作業(yè)。布置綜合性作業(yè)可以促使學(xué)生將多個(gè)知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。
在巖石力學(xué)課程教學(xué)過程中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)目前設(shè)計(jì)了兩道綜合性作業(yè)。作業(yè)1：根據(jù)某蠕變實(shí)驗(yàn)曲線確定巖石的蠕變模型參數(shù)。該作業(yè)既要用到數(shù)據(jù)擬合的知識(shí)，又要用到巖石蠕變模型的知識(shí)。數(shù)據(jù)擬合時(shí)要求采用兩種以上的方法，一種是手算，一種是借助于Excel 或其它數(shù)據(jù)擬合程序。作業(yè)2：Matlab編程采用滑動(dòng)加權(quán)最小二乘法擬合地應(yīng)力。該作業(yè)要用到Matlab編程知識(shí)、滑動(dòng)加權(quán)最小二乘法知識(shí)和地應(yīng)力場(chǎng)的知識(shí)。兩次綜合性作業(yè)成績(jī)共占課程評(píng)分考核的10%。更多的綜合性作業(yè)題目將在后期教學(xué)中設(shè)計(jì)。
四、結(jié)語(yǔ)
通過教學(xué)方法的改革、開設(shè)自主性實(shí)驗(yàn)和布置綜合性作業(yè)，巖石力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量得到明顯提高，教學(xué)滿意度調(diào)查顯示，學(xué)生對(duì)該課程的教學(xué)滿意度由改革前的76%提升到92%以上。教學(xué)改革沒有終點(diǎn)，教學(xué)質(zhì)量的提高只有進(jìn)行時(shí)，巖石力學(xué)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)將堅(jiān)持改革進(jìn)取，秉承全心全意為學(xué)生的教學(xué)宗旨，不斷提高應(yīng)用型高層次人才的培養(yǎng)質(zhì)量。
摘 要：針對(duì)巖石力學(xué)課程概念理論多，計(jì)算量大，習(xí)題偏難，學(xué)生學(xué)習(xí)的參考書有限的情況，本文提出了作業(yè)題講解訓(xùn)練和對(duì)考試題命題方式進(jìn)行改革的研究。加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)訓(xùn)練，不搞偏難題目，幫助學(xué)生樹立學(xué)習(xí)信心，促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建專業(yè)學(xué)科知識(shí)體系;將題目涉及的公式和基本概念的來龍去脈，借助圖解法都一一展現(xiàn)，多數(shù)學(xué)生能夠較快地理解公式和基本原理，教學(xué)效果良好。日常訓(xùn)練和命題考試時(shí)引入考研試題，既降低了考試壓力，又激發(fā)了學(xué)生斗志，多數(shù)學(xué)生接受了挑戰(zhàn)，提高做題的興奮點(diǎn)，答題的正確率明顯提升。通過習(xí)題和考試題訓(xùn)練，巖石力學(xué)教學(xué)效果和學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解有了普遍提高。
關(guān)鍵詞：作業(yè)題;考試題;考研真題;命題
巖石力學(xué)課程包涵的內(nèi)容多，公式多，并且計(jì)算量偏大，知識(shí)瑣碎，如何學(xué)好這門課是許多學(xué)生要面對(duì)的一大難題。特別是在大一大二階段學(xué)習(xí)過理論力學(xué)、材料力學(xué)的課程后，許多學(xué)生對(duì)力學(xué)有關(guān)的課程感到害怕，在心理上已經(jīng)默認(rèn)巖石力學(xué)又是一門難以跨越的課程，學(xué)習(xí)的信心隨即垮掉。面對(duì)這一情況，通過近幾年的教學(xué)實(shí)踐，我校著手進(jìn)行了一系列的嘗試和改革，總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)。
眾所周知，巖石力學(xué)包涵眾多知識(shí)點(diǎn)，有基礎(chǔ)概念、基本理論，還有較為抽象難以理解的知識(shí)點(diǎn)，如巖石的蠕變理論、巖石的強(qiáng)度理論、地下空間圍巖應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算等內(nèi)容，著實(shí)難倒了一批學(xué)生。教學(xué)過程中遇到以上知識(shí)點(diǎn)，教學(xué)速度、學(xué)生聽課效率明顯下降。為改變這一狀況，我們采用習(xí)題訓(xùn)練和考試命題方式改革方法，來增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，收到了良好的效果。
一、改變講題思路，重在落實(shí)基本概念和理論
講解完教程上的習(xí)題后，教師應(yīng)再給學(xué)生布置部分類似習(xí)題進(jìn)行訓(xùn)練。多數(shù)學(xué)生能夠通過模仿把題目做出來，但是其中部分學(xué)生因?yàn)闆]有理解基本概念和公式，思維靈活性較差，照辦照抄例題的思路去解題，結(jié)果可想而知。遇到這一情況，教師應(yīng)改變過去的講題方式，比如在講解有關(guān)庫(kù)倫-莫爾強(qiáng)度理論的習(xí)題時(shí)，許多學(xué)生可以靠死記硬背記住此公式，但無法說出具體的道理，也就是沒有深入理解，面對(duì)這種情況，教師采用深入淺出的辦法將涉及此公式的概念和公式一一列舉，又進(jìn)行公式的推導(dǎo)和巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的講解。
借助圖形記憶法，將微元體力學(xué)平衡模型和應(yīng)力莫爾圓圖形進(jìn)行再次展現(xiàn)，然后逐步推導(dǎo)，通過梳理整個(gè)過程，多數(shù)學(xué)生掌握推導(dǎo)過程，因此許多學(xué)生就很快能夠理解公式（2），并且能夠靈活多樣地運(yùn)用到此類題目的求解中。通過分析學(xué)生期末考試的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這類題目答題效果非常不錯(cuò)。
二、在習(xí)題中，摻雜部分重點(diǎn)大學(xué)的考研真題，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)信心
許多重點(diǎn)大學(xué)每年巖石力學(xué)的考研真題是一個(gè)豐富的寶藏，通過挖掘和分析發(fā)現(xiàn)，許多題目可以用于日常教學(xué)，讓學(xué)生練習(xí)，通過訓(xùn)練，許多學(xué)生因?yàn)樽龀霾糠诸}目或一個(gè)題目的大部分內(nèi)容，逐漸增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的信心。女同學(xué)表現(xiàn)得尤為突出，工科的許多女生普遍感覺力學(xué)難學(xué)，但她們?cè)诒痴b基本概念上較占優(yōu)勢(shì)，我們?cè)诰幣蓬}目時(shí)，盡量多安排一些概念題和問答題，這樣多數(shù)女生都能夠回答正確，逐漸對(duì)巖石力學(xué)有了信心，同時(shí)也提醒學(xué)生，課程知識(shí)點(diǎn)是非常深?yuàn)W的，但只要抓住了多數(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，完全能夠?qū)W會(huì)這門課程。
三、在考試中，注重考察基礎(chǔ)知識(shí)，不追求難題偏題怪題;利用心理暗示作用，激發(fā)學(xué)生挑戰(zhàn)考研真題激情，樹立信心
基礎(chǔ)知識(shí)，特別是基本概念、公式和原理是構(gòu)成一個(gè)學(xué)科的基本元素。注重對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的考察，可以促進(jìn)學(xué)生理解概念，幫助學(xué)生構(gòu)建自己的專業(yè)知識(shí)體系，所以一般考試中的基礎(chǔ)知識(shí)分值占總分的60%-70%左右。
對(duì)于重難點(diǎn)，許多學(xué)生反映聽不懂，我們采用卸壓方式，就是把往年重點(diǎn)大學(xué)的部分考研真題展現(xiàn)給學(xué)生，暗示學(xué)生這是考研真題，難度并不大，你們看后也可以做出來，從而讓多數(shù)學(xué)生逐漸樹立起信心。在此基礎(chǔ)上，逐漸讓學(xué)生認(rèn)識(shí)，學(xué)習(xí)內(nèi)容雖難，但是考試題目還都是基礎(chǔ)知識(shí)，但難度大的題目占的分值較少，許多學(xué)生認(rèn)為自己能夠做出來最難的考研題目，對(duì)于一般的題目會(huì)更有信心。其次，暗示學(xué)生，考試的題目有可能超過考研的難度，不僅是題量上，還有難度上，暗示的目的是給學(xué)生適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)壓力，另外的主要目的讓學(xué)生通過考試，明白考研題目的難度比期末考試的小，對(duì)于一些學(xué)生來說考研更不在話下，這樣更加激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)巖石力學(xué)的信心。通過實(shí)踐教學(xué)發(fā)現(xiàn)，有許多學(xué)生在研究生考試中的巖石力學(xué)考試中分?jǐn)?shù)考得非常高。這無疑推動(dòng)了在習(xí)題和考試命題上的教學(xué)改革進(jìn)一步深入。
三、結(jié)論
通過作業(yè)題訓(xùn)練和考試題命題改革，有效促進(jìn)了巖石力學(xué)課程教學(xué)效果，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
通過有針對(duì)性的課后習(xí)題和課堂習(xí)題的訓(xùn)練，學(xué)生的學(xué)習(xí)目的性增強(qiáng)。通過訓(xùn)練，許多學(xué)生克服了在聽講理論時(shí)開小差、做題時(shí)不精力集中的毛病。
在課堂上訓(xùn)練習(xí)題時(shí)，教師可直接引用一些歷年重點(diǎn)高校的考研真題，暗示學(xué)生這是某某高?？佳姓骖}，這樣極大地調(diào)動(dòng)了多數(shù)學(xué)生的積極性，使他們能夠快速進(jìn)入狀態(tài)，有的學(xué)生認(rèn)為做出這些考研真題，就能夠考上研究生，或者達(dá)到研究生的水平，因此格外認(rèn)真。在部分考試題下面插入題目來源說明，告訴學(xué)生這是某高校哪一年的考研題，考后多數(shù)學(xué)生反映這些題目做得好。
沿襲“題海戰(zhàn)術(shù)”的傳統(tǒng)教學(xué)方式，針對(duì)難點(diǎn)，將題目涉及的公式的來龍去脈和推導(dǎo)過程都一一展現(xiàn)，借助圖解法幫助學(xué)生理解和記憶，多數(shù)學(xué)生聽講之后都能夠很好的地理解公式，摒棄了過去靠死記硬背的學(xué)習(xí)方法，收到了良好的教學(xué)效果。
摘 要：巖石力學(xué)是采礦工程專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課，存在實(shí)踐性強(qiáng)和理解難度大等特點(diǎn)。將數(shù)值模擬技術(shù)與多媒體及其他先進(jìn)的手段結(jié)合，應(yīng)用在巖石力學(xué)的課堂教學(xué)中，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、加深學(xué)生對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的理解、擴(kuò)大學(xué)生的專業(yè)知識(shí)面、促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。從而提高了巖石力學(xué)課堂的教學(xué)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬技術(shù) 巖石力學(xué) 課堂教學(xué)
一、引言
巖石力學(xué)作為采礦工程專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課，橫跨工程力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科，是一門應(yīng)用性較強(qiáng)的學(xué)科。課程設(shè)置的主要目的是解決在礦山開采過程中所遇到的種種巖石力學(xué)問題。在巖石力學(xué)教學(xué)中，巖石在各種載荷（單軸壓縮、單軸拉伸、三軸壓縮以及剪切等）作用下的力學(xué)性質(zhì)是一個(gè)復(fù)雜而重要的基本教學(xué)內(nèi)容，通過對(duì)該內(nèi)容的學(xué)習(xí)，既要求學(xué)生掌握巖石力學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，又要求培養(yǎng)學(xué)生良好的分析解決問題的能力。由于該課程的課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)不可能同步開展，因而學(xué)生對(duì)巖石的各種力學(xué)性質(zhì)缺乏直觀認(rèn)識(shí)，造成了理解上的難度，影響了教學(xué)效果。因此，有必要采取先進(jìn)的教學(xué)方法與手段來提高課堂教學(xué)效果。作為已在工程實(shí)踐中得到廣泛認(rèn)可的技術(shù)手段，數(shù)值模擬技術(shù)可作為一種有效的教學(xué)輔助工具。
二、數(shù)值模擬技術(shù)的特點(diǎn)
數(shù)值模擬主要是指通過數(shù)值計(jì)算方法再現(xiàn)已知的力學(xué)現(xiàn)象，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用數(shù)值模擬的結(jié)果對(duì)實(shí)際試驗(yàn)中觀測(cè)到現(xiàn)象的解釋。巖石力學(xué)課堂教學(xué)中所教授的巖石力學(xué)性質(zhì)正是對(duì)已有研究結(jié)論的陳述與表達(dá)，學(xué)生恰恰缺乏對(duì)已知力學(xué)現(xiàn)象的直觀認(rèn)識(shí)，而數(shù)值模擬技術(shù)能夠彌補(bǔ)這方面的不足，數(shù)值模擬方法有很多，為此開發(fā)出的軟件同樣很多，本論文采用國(guó)際通用的采礦工程專業(yè)分析軟件―FLAC3D，其具有如下特點(diǎn)：
（一）建模的豐富性
網(wǎng)格建模是數(shù)值分析軟件計(jì)算的前提，類似于工程實(shí)際中選定研究對(duì)象或?qū)嶒?yàn)室實(shí)驗(yàn)前的試件加工。FLAC3D內(nèi)置功能強(qiáng)大的網(wǎng)格生成器，有13種基本形狀網(wǎng)格，可以快速生成各種復(fù)雜的三維網(wǎng)格，這為特定的采礦工程問題的建模提供了便利。
（二）計(jì)算的專一性
FLAC3D專為工程力學(xué)分析而開發(fā)，其內(nèi)置有12種力學(xué)本構(gòu)模型，能夠適應(yīng)各種力學(xué)分析。并且FLAC3D有靜力、動(dòng)力、蠕變、滲流和溫度5種計(jì)算模式，各模式間可以相互耦合，可以模擬各種復(fù)雜的工程力學(xué)行為。
（三）表達(dá)形式的多樣性
FLAC3D具有強(qiáng)大的繪圖功能，能夠?qū)崿F(xiàn)各種圖形和表格的繪制。通過在瞬態(tài)計(jì)算或動(dòng)態(tài)計(jì)算進(jìn)行量化監(jiān)控，從而獲得計(jì)算過程中的節(jié)點(diǎn)、單元的參數(shù)，并借助函數(shù)關(guān)系曲線直觀地分析系統(tǒng)的平衡與破壞狀態(tài)。
（四）操作的互動(dòng)開放性
FLAC3D幾乎是一個(gè)全開放的系統(tǒng)，通過其獨(dú)特的人機(jī)交互模式，使用者幾乎參與了從建模、參數(shù)調(diào)試到計(jì)算結(jié)果輸出等的全部過程，因而深刻理解分析的實(shí)現(xiàn)過程。如使用者可以在數(shù)值實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行伺服控制，可以指定邊界條件，等等。這與巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程是相同的，并且可以獲得更加豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
三、教學(xué)案例分析
在進(jìn)行數(shù)值模擬技術(shù)輔助教學(xué)前，應(yīng)該做好如下準(zhǔn)備工作：①明確本次教學(xué)目的。教學(xué)前需要預(yù)先將相關(guān)內(nèi)容先講授給學(xué)生，包括試件的準(zhǔn)備、加載條件、數(shù)據(jù)的獲得手段以及數(shù)據(jù)的分析方法等等。在講授的過程中給學(xué)生留一些問題，讓學(xué)生帶著問題來聽課，這樣會(huì)比學(xué)生茫然地聽課效果要好；②簡(jiǎn)要介紹數(shù)值模擬技術(shù)。這里不是教學(xué)重點(diǎn)，可以一帶而過；③教學(xué)過程中觀察的重點(diǎn)。這里需要留一個(gè)小作業(yè)，要求學(xué)生描述數(shù)值模擬過程中的各種變化，實(shí)際上這可看作是對(duì)數(shù)值模擬技術(shù)輔助教學(xué)的后評(píng)估，檢驗(yàn)教學(xué)效果。
巖石力學(xué)教學(xué)中，巖石在單軸壓縮時(shí)的變形特征是課程中關(guān)于巖石力學(xué)性質(zhì)的第一個(gè)內(nèi)容。這對(duì)于學(xué)生來說理解較困難，在教學(xué)中也是一個(gè)難點(diǎn)。下面以巖石在單軸壓縮的數(shù)值實(shí)驗(yàn)為例來說明數(shù)值模擬技術(shù)在巖石力學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用。
首先，建立試件模型。圖1為在FLAC3D中所建立的試件模型，模型按照教科書的要求標(biāo)準(zhǔn)建模（長(zhǎng)度與直徑比為2），該模型已被網(wǎng)格化；其次，設(shè)定試件的應(yīng)力邊界條件。這里結(jié)合講解巖石在不同荷載條件下的力學(xué)特征，加深學(xué)生對(duì)巖石的力學(xué)性質(zhì)影響因素的認(rèn)識(shí)。具體到本次教學(xué)，在試件的垂直方向分級(jí)施加載荷，采用國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)建議的加載速率0.5MPa/s；最后，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。在數(shù)值實(shí)驗(yàn)過程中采取軸向應(yīng)力與應(yīng)變，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后獲得的應(yīng)力―應(yīng)變曲線見圖2。經(jīng)比較分析，可以發(fā)現(xiàn)，該曲線與巖石在實(shí)驗(yàn)室加載所獲得的曲線相比，兩者無論是曲線的發(fā)展過程還是曲線的形態(tài)特征都極其地相似，并且這一發(fā)展過程能夠以動(dòng)態(tài)的形式呈現(xiàn)在學(xué)生面前。
四、教學(xué)效果
通過在我校采礦工程2012屆、2013屆這兩屆學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐，教學(xué)效果如下：①激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生課余時(shí)間提問題的積極性明顯上升，改變了學(xué)生對(duì)力學(xué)類課程除了計(jì)算還是計(jì)算的消極印象；②加深了學(xué)生對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的理解；③擴(kuò)大了學(xué)生的專業(yè)知識(shí)面。數(shù)值模擬技術(shù)在課堂的應(yīng)用拓寬了學(xué)生的思路，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)值模擬技術(shù)的興趣，為學(xué)生打開了一扇知識(shí)大門；④促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。學(xué)生通過這一教學(xué)形式，認(rèn)識(shí)到問題解決方式的多樣性，提高了解決問題的能力，能夠引導(dǎo)和推動(dòng)學(xué)生積極地投身到應(yīng)用研究型的巖石力學(xué)學(xué)習(xí)。
五、結(jié)語(yǔ)
數(shù)值模擬技術(shù)結(jié)合多媒體及其他先進(jìn)的手段應(yīng)用在巖石力學(xué)課堂教學(xué)中，可以在學(xué)生缺乏直觀認(rèn)識(shí)的情況下，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，對(duì)于加深學(xué)生對(duì)巖石力學(xué)課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解、推動(dòng)巖石力學(xué)課程的教學(xué)將起到重要的作用。但是，數(shù)值模擬技術(shù)只能是起到輔助教學(xué)的作用，它僅僅是展示已知力學(xué)現(xiàn)象的作用，并不能完全替代實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因此，學(xué)生動(dòng)手做力學(xué)實(shí)驗(yàn)還是必須的，只有這樣相互對(duì)照、驗(yàn)證，才能夠加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，提高教學(xué)效果。
【摘 要】針對(duì)工科院校巖石力學(xué)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)行困難的問題，本文提出了結(jié)合工程實(shí)踐的數(shù)值實(shí)驗(yàn)方法。通過分析數(shù)值實(shí)驗(yàn)方法以及工程實(shí)例案例教學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)，得到了將數(shù)值實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)踐相結(jié)合的必要性。通過實(shí)例分析，充分說明了與工程實(shí)踐相結(jié)合的數(shù)值實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)越性，對(duì)工科院校巖石力學(xué)的教學(xué)具有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】巖石力學(xué)；數(shù)值實(shí)驗(yàn)；工程實(shí)踐
《巖石力學(xué)》或《巖土力學(xué)》一門基礎(chǔ)課，其目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)及解決現(xiàn)實(shí)生活中的工程問題，具有實(shí)踐意義鮮明的特點(diǎn)。因此歷來巖石力學(xué)課堂都十分重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。但由于工程實(shí)踐的復(fù)雜性，室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)很難滿足實(shí)際教學(xué)的需要。對(duì)此很多學(xué)者進(jìn)行了深入研究[1-3]。唐海[4]等提出：巖體力學(xué)教學(xué)中需要重視研究型教學(xué)。王亮清[5]探討了如何在教學(xué)中引入案例；實(shí)踐教學(xué)方面，巖石力學(xué)是一門應(yīng)用學(xué)科，因此實(shí)踐及實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)非常重要。然而，由于巖石力學(xué)應(yīng)用所涉及的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)一般都是高溫高壓狀態(tài)，學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)程度高，因此，巖石力學(xué)實(shí)體實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中應(yīng)用受到很大限制。進(jìn)入21世紀(jì)后，計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速，數(shù)值仿真技術(shù)也應(yīng)聲而起，這給巖石力學(xué)的教學(xué)帶來很大方便。利用計(jì)算機(jī)模擬，根據(jù)理論進(jìn)行工程實(shí)例數(shù)值分析[6]，甚至對(duì)巖體進(jìn)行數(shù)字模擬仿真[8]。利用數(shù)值模擬結(jié)果，結(jié)合多媒體技術(shù)動(dòng)畫演示實(shí)踐分析結(jié)果，豐富課堂色彩及效果[7-10]。
本文以石油工程中的壓裂模擬為例，詳細(xì)闡述數(shù)值實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐結(jié)合在巖石力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用效果及特點(diǎn)。
1 案例教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)
巖石力學(xué)作為高校的一門必修課，常與土木，水利、采礦、石油等專業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有緊密聯(lián)系。在本科階段，本質(zhì)上講是要學(xué)生理解巖石力學(xué)基礎(chǔ)理論，但更重要的，是要求學(xué)生能夠聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)踐，能夠?qū)⒗碚搼?yīng)用于實(shí)踐，解決實(shí)踐問題。要達(dá)到這一目標(biāo)，一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是工程案例教學(xué)。通過對(duì)工程案例的分析，提高學(xué)生動(dòng)手及設(shè)計(jì)能力。但若進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，其實(shí)習(xí)場(chǎng)所、課時(shí)分配以及硬件條件等問題都會(huì)產(chǎn)生制約。而且對(duì)于一些稍微復(fù)雜一點(diǎn)的工程案例，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行物理模型實(shí)驗(yàn)很難達(dá)到要求，且存在高溫高壓因素，風(fēng)險(xiǎn)程度高，因此需要尋找先進(jìn)的教學(xué)方法與手段來提高工程案例教學(xué)的效果。
2 數(shù)值模擬方法的優(yōu)點(diǎn)
（1）成本低。適當(dāng)?shù)臄?shù)值模擬試驗(yàn)，不必準(zhǔn)備硬性模擬器材和材料，大大節(jié)約成本。（2）教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)講解更透徹?？梢詫⒛M分析過程中的理論單獨(dú)提煉，達(dá)到理論和分析效果交相呼應(yīng)的目的。通過形象的圖形演示，使學(xué)生理解透徹，并且認(rèn)識(shí)深刻，不易忘記。（3）擴(kuò)大學(xué)生專業(yè)知識(shí)面，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情與創(chuàng)造力。通過數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)方法，如有限元方法、數(shù)值分析方法等會(huì)產(chǎn)生一定興趣，從而促進(jìn)了其他學(xué)科的教學(xué)。（4）安全性好。數(shù)值實(shí)驗(yàn)不必讓學(xué)生親身接觸高溫高壓條件，保障了學(xué)生的生命財(cái)產(chǎn)安全。（5）可重復(fù)性高。巖石力學(xué)作為一門實(shí)踐性學(xué)科，由于其處理目標(biāo)-巖石的本身結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，在實(shí)驗(yàn)過程中常出現(xiàn)一些不可預(yù)知的情況，也不能保證兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全一致，這是巖石本身?xiàng)l件使然，不是理論和儀器的影響結(jié)果。數(shù)值實(shí)驗(yàn)就不存在這個(gè)問題了，大大方便了教學(xué)。
3 水力壓裂模擬與工程案例分析
在石油工程領(lǐng)域，由于疏松砂巖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的影響，其對(duì)外載應(yīng)力變化十分敏感；當(dāng)疏松砂巖儲(chǔ)層骨架所承受的地應(yīng)力發(fā)生變化時(shí)，其儲(chǔ)層物性參數(shù)將會(huì)隨之發(fā)生變化。脫砂壓裂過程中，諸多因素影響壓裂井壓后產(chǎn)能。但室內(nèi)物理模擬很難對(duì)這一狀態(tài)進(jìn)行模擬，且無法進(jìn)行單因素規(guī)律分析。為此，本文介紹利用數(shù)值模擬方法對(duì)壓裂動(dòng)態(tài)造縫進(jìn)行模擬，定量研究動(dòng)態(tài)造縫影響下的壓后儲(chǔ)層物性參數(shù)分布規(guī)律及壓后滲流速度分布規(guī)律。
數(shù)值實(shí)驗(yàn)中，有限元建模過程中采用了以下兩點(diǎn)假設(shè)：（1）采用平面應(yīng)變模型；（2）裂縫為對(duì)稱雙翼縫。因此，模型具有對(duì)稱性，可采用1/4結(jié)構(gòu)建模。其中儲(chǔ)層部分物性參數(shù)取自勝利油田孤島某疏松砂巖油藏。
數(shù)值實(shí)驗(yàn)的一大優(yōu)點(diǎn)是可以充分進(jìn)行壓后儲(chǔ)層物性參數(shù)分布規(guī)律研究。影響壓后儲(chǔ)層物性參數(shù)分布規(guī)律的因素較多，其中既有動(dòng)態(tài)造縫本身的因素，如壓裂造縫幾何形態(tài)、造縫長(zhǎng)度、造縫寬度等，也有儲(chǔ)層本身的因素，如儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性等，壓后儲(chǔ)層物性參數(shù)分布受以上各因素綜合影響。關(guān)于裂縫形態(tài)的影響，如圖1，降低井底壓力生產(chǎn)也同樣會(huì)使疏松砂巖外載增加，即生產(chǎn)過程本身的流固耦合作用也會(huì)引起儲(chǔ)層滲透率降低，在降壓生產(chǎn)單獨(dú)作用下，裂縫周邊滲透率最低降到了0.83μm2，相對(duì)于原場(chǎng)滲透率降低了16.8%。越靠近裂縫壁面及裂縫尖端處，滲透率受到的影響越劇烈。
壓后孔隙度分布規(guī)律研究如圖2。模擬過程中孔隙度及滲透率等參數(shù)均取為有效應(yīng)力函數(shù)，故模擬壓后儲(chǔ)層孔隙度分布規(guī)律與滲透率分布規(guī)律類似，不再詳述。另外，由于滲透率應(yīng)力敏感程度明顯強(qiáng)于孔隙度應(yīng)力敏感程度，這也使得造縫影響下的孔隙度變化率明顯低于滲透率變化率。壓后彈性模量分布規(guī)律研究如圖3。當(dāng)僅考慮降壓生產(chǎn)時(shí)，儲(chǔ)層彈性模量最大為3.21GPa，相對(duì)于原場(chǎng)彈性模量增加了7%。當(dāng)考慮動(dòng)態(tài)造縫效應(yīng)時(shí)，近井眼及部分裂縫周邊區(qū)域彈性模量明顯大于3.21GPa，說明上述區(qū)域內(nèi)動(dòng)態(tài)造縫對(duì)彈性模量改變發(fā)揮了重要影響。
4 結(jié)論與建議
分析可知：室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)方法相比，數(shù)值實(shí)驗(yàn)有其突出的優(yōu)點(diǎn)：成本低、重復(fù)性高、安全性好，后續(xù)分析能力強(qiáng)，尤其是工程實(shí)踐結(jié)合緊密。實(shí)踐證明，巖石力學(xué)教學(xué)中，尤其在工科院校的巖石力學(xué)教學(xué)中，充分利用數(shù)值模擬技術(shù)，可大大提高教學(xué)效果。對(duì)于那些室內(nèi)實(shí)驗(yàn)不能模擬的復(fù)雜工程案例，通過數(shù)值模擬方法便可以得到很好的解決，結(jié)合多媒體技術(shù)，極大提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，掌握更多知識(shí)點(diǎn)，取得較好的教學(xué)效果。
摘 要：巖石力學(xué)參數(shù)是分析解決油層出砂、套管損壞、井壁穩(wěn)定建立本構(gòu)方程的重要參數(shù)，也是地震解釋、鉆速預(yù)測(cè)、壓裂造縫、滲透率評(píng)價(jià)和產(chǎn)能預(yù)測(cè)、油層壓實(shí)與地表下沉等方面的重要基礎(chǔ)依據(jù)。隨著巖石力學(xué)測(cè)試參數(shù)在油田勘探開發(fā)中的應(yīng)用越來越廣泛，以及地震勘探技術(shù)在油田開發(fā)中的應(yīng)用與發(fā)展，巖石力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)作為一種新的研究手段，在科研生產(chǎn)中的作用就顯得更為重要。隨著高負(fù)荷的使用，設(shè)備不可避免的出現(xiàn)了老化現(xiàn)象，部分元器件性能不穩(wěn)定，試驗(yàn)成功率大大下降。
關(guān)鍵詞：巖石力學(xué) 成功率 設(shè)備改造
引言
巖石力學(xué)性質(zhì)分析技術(shù)，是利用三軸向巖石力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)強(qiáng)大的測(cè)試功能，進(jìn)行巖石的力學(xué)、聲學(xué)、滲透性、壓縮性、蠕變等方面的測(cè)試研究技術(shù)。在實(shí)驗(yàn)室中模擬地下條件，對(duì)有代表性的巖石分別研究各種因素對(duì)其彈性特征的影響，將大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)歸納，得到經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，即可外推到實(shí)際地球物理問題中去，為井間地震解釋尋找剩余油分布，提供強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)。
1 因素分析
1.1現(xiàn)存狀況
通過參考國(guó)內(nèi)外巖石力學(xué)測(cè)試的文獻(xiàn)、同國(guó)內(nèi)外巖石力學(xué)測(cè)試機(jī)構(gòu)的溝通和常年來的工作經(jīng)驗(yàn)，我們總結(jié)了正常的巖石力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具備的兩條基本標(biāo)準(zhǔn)：
（1）試驗(yàn)過程穩(wěn)定。要求設(shè)備具有較高的穩(wěn)定性，不能因?yàn)樵O(shè)備的原因?qū)е略囼?yàn)終止。
（2）試驗(yàn)精度高，數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定。
目前的三軸向巖石力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)在使用過程中試驗(yàn)成功率下降主要體現(xiàn)在三方面：
（1）設(shè)備偶有失控狀況發(fā)生，失控時(shí)所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示為“9.999”的錯(cuò)誤信息，設(shè)備進(jìn)入“限位狀態(tài)”。
（2）試驗(yàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)較大。試驗(yàn)過程中會(huì)突然性的出現(xiàn)數(shù)據(jù)大幅度波動(dòng)，使得應(yīng)力-應(yīng)變曲線的某段急劇上升或者下降，導(dǎo)致圖像斜率異常。
（3）試驗(yàn)精度等級(jí)不足：試驗(yàn)過程中靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的百分位數(shù)字不停跳動(dòng)，造成誤差范圍較大。
1.2要因分析
通過對(duì)控制硬件部分、測(cè)試硬件部分、及測(cè)試校正部分等三個(gè)模塊的診斷，將影響測(cè)試成功率的主要因素排查出來。
1.2.1控制硬件部分：控制器總成穩(wěn)壓電源工作不穩(wěn)定為要因。
在日常的試驗(yàn)工作中，設(shè)備故障具體表現(xiàn)在軸向控制器、圍壓控制器和孔壓控制器所有數(shù)據(jù)溢出，顯示為滿量程數(shù)據(jù)。根據(jù)判斷，故障的出現(xiàn)是因?yàn)榭刂破骺偝煞€(wěn)壓控制電源工作不穩(wěn)定造成。每個(gè)控制器都有一個(gè)限位開關(guān)，當(dāng)電源出現(xiàn)波動(dòng)，電壓超過限位值時(shí)，設(shè)備就會(huì)進(jìn)入“限位狀態(tài)”，即試驗(yàn)立即中斷。
1.2.2測(cè)試硬件部分：徑向應(yīng)變傳感器線路嚴(yán)重老化為要因。
測(cè)試硬件部分是設(shè)備的核心部件之一，也是試驗(yàn)采集電子信號(hào)的最上游設(shè)備。傳感器外部信號(hào)傳輸線長(zhǎng)期浸泡在圍壓油中，并時(shí)常耐受高溫，因此老化嚴(yán)重，個(gè)別地方存在接觸不良的現(xiàn)象。調(diào)查發(fā)現(xiàn)：徑向應(yīng)變傳感器的信號(hào)傳輸線個(gè)別地方解除不穩(wěn)定，影響了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集。其他傳感器及適配器并不存在嚴(yán)重隱患。
1.2.3測(cè)試校正部分：測(cè)試校正部分為要因。
測(cè)試校正工作完成的好壞直接決定了試驗(yàn)誤差的大小。由于設(shè)備已經(jīng)工作了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，各組件存在一定的磨損，原本設(shè)定的一些校正值在此時(shí)未必適應(yīng)目前設(shè)備狀況。但是，在未對(duì)設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模的改造前，設(shè)備的校正不會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)生原則性錯(cuò)誤，理論上只會(huì)影響試驗(yàn)精度。
2 檢修措施
2.1對(duì)穩(wěn)壓電源進(jìn)行改進(jìn)
控制柜中控制總成穩(wěn)壓電源工作不穩(wěn)定是影響巖石力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的最主要原因。我們通過反復(fù)對(duì)比驗(yàn)證確定了控制總成穩(wěn)壓電源的故障，并采取了相應(yīng)改進(jìn)措施。
當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，軸向控制器、圍壓控制器和孔壓控制器三部分同時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤數(shù)字“9.999”，而三個(gè)部件同時(shí)出現(xiàn)故障有兩種可能性：1.三個(gè)控制器每個(gè)都單獨(dú)而且同時(shí)出現(xiàn)故障；2.控制器總成出現(xiàn)故障，導(dǎo)致三個(gè)控制器同時(shí)出現(xiàn)“9.999”的錯(cuò)誤數(shù)字。我們分析認(rèn)為，第一種情況出現(xiàn)的概率可以說是微乎其微，最有可能出現(xiàn)故障的是共同連接這三個(gè)控制器的部件――控制器總成。
經(jīng)過長(zhǎng)期的觀察，我們發(fā)現(xiàn)盡管絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)，穩(wěn)壓電源能夠輸出相對(duì)穩(wěn)定的直流電源，但是偶爾出現(xiàn)的電壓波動(dòng)是導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障的原因。更換了穩(wěn)壓電源以后，我們又繼續(xù)跟蹤觀察了3天，發(fā)現(xiàn)圖像中再未發(fā)現(xiàn)非正常波動(dòng)。在后面的日常工作中，也未見故障再次發(fā)生，實(shí)驗(yàn)的成功率得到了極大的保證。
2.2對(duì)傳感器進(jìn)行線路更新
經(jīng)過觀察，除徑向應(yīng)變傳感器外，其他所有的傳感器及適配器均沒有發(fā)生斷裂或老舊的現(xiàn)象。徑向應(yīng)變傳感器信號(hào)線之所以出現(xiàn)接觸不穩(wěn)定的情況，是因?yàn)樵诎惭b樣品時(shí)，信號(hào)線反復(fù)被彎折，再經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的腐蝕和高溫，導(dǎo)致個(gè)別地方老化。為了提高設(shè)備的穩(wěn)定性，需要對(duì)徑向應(yīng)變傳感器進(jìn)行線路更新。
首先在原先已斷開的斷口兩端之間接一段高質(zhì)量的新信號(hào)線。未避免試驗(yàn)中的彎折導(dǎo)致二次斷裂，我們接了一段較長(zhǎng)的信號(hào)線，并將其固定使其不易被外力扯斷。由于線路涉及到防腐蝕耐高溫的問題，所以密封材料的選擇顯得尤其重要。經(jīng)過反復(fù)篩選，我們找到了合適的密封膠套，通過熱風(fēng)機(jī)加熱后用困扎帶將其固定包裹在線路外部，起到絕緣防腐蝕的作用。
以下為此次選擇的外部密封材料產(chǎn)品型號(hào)及名稱：H-200E型200℃耐高溫氟橡膠熱縮套管。
性能和用途：用改性氟橡膠制造，具有超強(qiáng)的抗壓、耐高溫、和抗化學(xué)品腐蝕等特性。高溫狀態(tài)下，仍可提供可靠的抗酸性物質(zhì)，抗化學(xué)性腐蝕保護(hù)。最小完全收縮溫度：175℃。特性：在高溫、低溫狀態(tài)下均柔軟、不裂。
改造后，經(jīng)過為期3周的觀察及使用，發(fā)現(xiàn)改造后的線路固定的比較牢固，未發(fā)生彎折現(xiàn)象。在日常的生產(chǎn)試驗(yàn)過程中，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，沒有再次出現(xiàn)因?yàn)樾盘?hào)線接觸不良導(dǎo)致的設(shè)備運(yùn)行故障。傳感器線路改造順利完成，設(shè)備穩(wěn)定性得到提高。
2.3提高校正系數(shù)的精確性
三軸向巖石力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)有著寬泛的測(cè)試范圍，它能夠模擬7000多米地層深度的應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)各種類型的巖石進(jìn)行力學(xué)測(cè)試。但在實(shí)際測(cè)試過程中，我們經(jīng)常遇到的是1000～2000米甚至是幾百米井深的樣品。因此大范圍量程的各項(xiàng)校正參數(shù)對(duì)于小范圍的測(cè)量顯然是不夠精確的。為此，我們經(jīng)過認(rèn)真的分析研究后認(rèn)為：在系統(tǒng)的硬件精度保持不變的情況下，通過減小量程范圍對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)校正參數(shù)重新進(jìn)行校正，可以大幅度的提高測(cè)試精度，滿足科研生產(chǎn)的需要。因此，我們開展了以下四個(gè)方面的校正工作：
2.3.1校正軸向應(yīng)變傳感器
軸向應(yīng)變傳感出廠時(shí)設(shè)定的應(yīng)變范圍為0～10%，電壓范圍為-10V～+10V。也就是當(dāng)樣品發(fā)生5mm的變形量時(shí)，電壓值變化20V。我們首先通過改變控制系統(tǒng)適配器中的放大倍數(shù)，將應(yīng)變范圍調(diào)整為0～1%，在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行校正，使得樣品發(fā)生0.5mm變形量的時(shí)候，電壓值變化20V，因此其測(cè)試精度提高了10倍。同時(shí)，為了滿足不同應(yīng)變量的測(cè)試需要，還分別進(jìn)行了2%、3%、4%、5%等一系列應(yīng)變范圍的系數(shù)校正，得出了不同應(yīng)變范圍下的校正系數(shù)。在實(shí)際的樣品測(cè)試過程中，可根據(jù)其變形程度選用最接近其范圍的校正系數(shù)來進(jìn)行測(cè)試，從而提高了測(cè)試精度。
2.3.2校正徑向應(yīng)變傳感器
與軸向應(yīng)變傳感器的校正原理相同，我們對(duì)不同徑向應(yīng)變范圍進(jìn)行了校正，得出了不同徑向應(yīng)變范圍下的校正系數(shù)，與軸向校正系數(shù)配套使用。
2.3.3校正壓力效應(yīng)系數(shù)
三軸向巖石力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)的圍壓（即巖層的水平應(yīng)力）是通過液壓油來加載的，在加載過程中不僅測(cè)試樣品受到了力，樣品周圍的應(yīng)變傳感器、應(yīng)力傳感器等測(cè)試部件也同樣受到了液壓油的力。在此力的作用下，這些測(cè)試部件的測(cè)試參數(shù)（主要是應(yīng)力和應(yīng)變）也將發(fā)生變化，從而影響了測(cè)試數(shù)據(jù)的采集。為解決該問題，系統(tǒng)專門設(shè)置了用標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行校正的壓力效應(yīng)試驗(yàn)，用以消除由于壓力效應(yīng)引起的系統(tǒng)誤差。該系統(tǒng)的圍壓可達(dá)到138MPa，但在實(shí)際的測(cè)試過程中往往只需要達(dá)到10MPa左右或者更小。在長(zhǎng)期的實(shí)踐中我們得知壓力效應(yīng)并非是線性的，系統(tǒng)的壓力效應(yīng)實(shí)驗(yàn)是將某一壓力范圍下測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸后與標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行比較，從而計(jì)算出壓力效應(yīng)系數(shù)。對(duì)于不同的壓力，其線性回歸的值是不同的，越接近測(cè)試壓力所做的壓力效應(yīng)試驗(yàn)所測(cè)得的壓力效應(yīng)系數(shù)越接近于真實(shí)值。因此我們制定了每測(cè)一批樣品前都要根據(jù)實(shí)際加載的圍壓進(jìn)行一次壓力效應(yīng)試驗(yàn)的措施。用該壓力效應(yīng)系數(shù)來完成該批次樣品的測(cè)試。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)測(cè)試精度可提高2～8倍。
2.3.4校正端帽效應(yīng)系數(shù)
三軸向巖石力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)的軸向力可達(dá)142噸，它是通過液壓缸來實(shí)現(xiàn)加載的。對(duì)于向樣品傳遞軸向力的端帽來說，它也存在一個(gè)變形的問題，同樣也需要校正。為了解決此問題，系統(tǒng)也設(shè)置了端帽效應(yīng)試驗(yàn)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中經(jīng)常使用的軸向力是十幾噸或者更低，基于壓力效應(yīng)相同的原理，我們也制定了每測(cè)一批樣品前，先預(yù)測(cè)所需加載的最大軸向力，進(jìn)行一次端帽效應(yīng)試驗(yàn)，用該端帽效應(yīng)系數(shù)進(jìn)行樣品的測(cè)試，從而提高了測(cè)試精度。
3 總結(jié)
針對(duì)三軸向巖石力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)高精度、高使用率的特點(diǎn)，需要制定極具針對(duì)性的保養(yǎng)及維修制度。出現(xiàn)故障后，針對(duì)故障的特點(diǎn)，采取有針對(duì)性的排除法則，迅速找到問題所在。這樣不但能保障設(shè)備運(yùn)行精度，同時(shí)能夠延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。
摘要：“巖石力學(xué)”課程是高校本科生土木工程專業(yè)的核心課程，學(xué)習(xí)該課程對(duì)學(xué)生今后的發(fā)展具有重要意義。針對(duì)當(dāng)前“巖石力學(xué)”課程存在考核機(jī)制不健全和與工程實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重的突出問題，提出了“巖石力學(xué)”試題庫(kù)和工程案例庫(kù)的建設(shè)思路，并詳細(xì)介紹了實(shí)現(xiàn)的相關(guān)措施。通過試題庫(kù)建設(shè)，可以改變傳統(tǒng)的教學(xué)和考試方式，實(shí)現(xiàn)教考分離；基于典型工程案例庫(kù)，可以真正實(shí)現(xiàn)“巖石力學(xué)”課程的理論與實(shí)踐相結(jié)合。提出的建設(shè)思路對(duì)于后續(xù)基于試題庫(kù)和案例庫(kù)的“巖石力學(xué)”教學(xué)改革具有重要參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；試題庫(kù)；工程案例庫(kù)；教學(xué)質(zhì)量；教學(xué)改革
“巖石力學(xué)”在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我校”）2012版本科培養(yǎng)方案中被列為土木工程專業(yè)的專業(yè)主干課程，其研究對(duì)象是各類工程巖體，涉及領(lǐng)域廣泛，如邊坡工程、地基工程、道路與橋梁工程、隧道工程、港口工程、水利工程、深部礦山工程等，貫穿于工程建設(shè)全過程。該課程內(nèi)容設(shè)置豐富，包括巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)及其實(shí)驗(yàn)方法、巖體的物理力學(xué)性質(zhì)及巖體強(qiáng)度理論、原巖應(yīng)力及其測(cè)量理論和方法，巖石地下工程、邊坡工程和巖石地基工程的設(shè)計(jì)方法和穩(wěn)定性分析方法等相關(guān)內(nèi)容。其教學(xué)目的在于使學(xué)生掌握巖石力學(xué)的基本概念、基本原理和基本方法，熟悉巖石力學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法，學(xué)會(huì)運(yùn)用巖石力學(xué)的基本原理分析巖石工程問題，增強(qiáng)其解決實(shí)際巖石工程問題的能力。它的任務(wù)是為后續(xù)課程如隧道工程、軟巖支護(hù)技術(shù)、巖土加固技術(shù)等專業(yè)課程提供巖石力學(xué)基本知識(shí)，也為從事巖土科學(xué)技術(shù)的專門研究奠定必要的理論基礎(chǔ)。
為了提高“巖石力學(xué)”課程的教學(xué)質(zhì)量，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)“巖石力學(xué)”課程的教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)模式進(jìn)行了深入研究，取得了可喜的研究成果。將許多新的教學(xué)方法引入“巖石力學(xué)”課程教學(xué)改革中，如案例教學(xué)法、[1]研究型教學(xué)法、[2]數(shù)值仿真試驗(yàn)教學(xué)法，[3]提出了許多新的教學(xué)模式，如模塊式教學(xué)模式、[4]創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐模式。[5]但遺憾的是，目前“巖石力學(xué)”課程還沒有完備的試題庫(kù)和工程案例庫(kù)，這方面的研究在國(guó)內(nèi)還處于空白，這不利于授課質(zhì)量的提高和教學(xué)效果的有效考核，因此，科學(xué)、客觀、正確地建立“巖石力學(xué)”課程的試題庫(kù)和工程案例庫(kù)是亟待解決的問題。
一、“巖石力學(xué)”課程的重要性及意義
我國(guó)是世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，改革開放以來，國(guó)民經(jīng)濟(jì)大約以每年8%～10%的速度遞增。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，我國(guó)的大規(guī)?；A(chǔ)建設(shè)越來越為世人所矚目。目前，我國(guó)已建或在建的三峽水利樞紐、西氣東輸、南水北調(diào)、西電東送、青藏鐵路、越江跨海隧道、深部采礦等工程無不令國(guó)際同行驚羨不已，這為我國(guó)巖石力學(xué)的發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的良好條件，“巖石力學(xué)”與工程在我國(guó)已經(jīng)成為名符其實(shí)的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。另外，我國(guó)巖石工程規(guī)模從跨度、長(zhǎng)度、高度、深度等方面都有大幅度增加，同時(shí)工程地質(zhì)條件也越趨復(fù)雜（高地應(yīng)力、高地溫、高孔隙水壓或氣壓），技術(shù)難度空前，新理論、新方法、新技術(shù)層出不窮。
從上面的分析可以看出，隨著我國(guó)能源、交通、環(huán)保、國(guó)防等事業(yè)的發(fā)展，復(fù)雜而巨大的巖石工程日益增多，這為巖石力學(xué)服務(wù)的相關(guān)學(xué)科人才的培養(yǎng)提供了前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在工程建設(shè)過程中，如果對(duì)巖石力學(xué)缺乏足夠的研究與認(rèn)識(shí)，將造成巨大工程事故，甚至造成災(zāi)難性的后果。如最為著名的法國(guó)馬爾帕塞（Malpasset）拱壩垮壩（導(dǎo)致 421人死亡，財(cái)產(chǎn)損失達(dá) 300 億法郎）及意大利瓦依昂（Vajont）工程的大滑坡（摧毀一個(gè)小鎮(zhèn)與鄰近幾個(gè)村莊，造成約 2500 人死亡）。
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)屬于國(guó)內(nèi)外知名煤炭高校，面向的對(duì)象為深部地下工程。目前我國(guó)煤炭開采深度已突破1300m，隨著開采深度的加大，工程地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，各種工程災(zāi)害不斷涌現(xiàn)，如巖爆、突水突泥、塌方、大變形等，嚴(yán)重影響了工程的正常建設(shè)。實(shí)踐證明，能否安全經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行工程建設(shè)，很大程度上取決于人們是否能夠運(yùn)用近代巖石力學(xué)的原理和方法去解決工程問題。由此可見，通過“巖石力學(xué)”課程的學(xué)習(xí)，掌握巖石力學(xué)基本理論和原理，并利用所學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際工程問題，對(duì)預(yù)防工程災(zāi)害，減少經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，保障巖石工程的安全建設(shè)具有重要現(xiàn)實(shí)意義?！皫r石力學(xué)”課程對(duì)于土木工程專業(yè)的本科生以后走上工作崗位進(jìn)行工程設(shè)計(jì)與施工，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。因此，必須找到當(dāng)前課程教學(xué)中存在的主要問題，并提出有效的解決思路，才能達(dá)到“教好、學(xué)好、用好”的目的。
二、“巖石力學(xué)”教學(xué)中存在的主要問題
“巖石力學(xué)”課程具有內(nèi)容繁雜、理論性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)于力學(xué)功底不是很好的學(xué)生較難掌握，容易使學(xué)生產(chǎn)生畏難和厭學(xué)情緒，致使學(xué)生上課睡覺、作業(yè)應(yīng)付的現(xiàn)象嚴(yán)重。根據(jù)筆者自己在這門課程授課中的感受和對(duì)這門課的理解，并結(jié)合學(xué)生對(duì)這門課的反應(yīng)，認(rèn)為目前該課程教學(xué)中存在的突出問題主要有以下兩點(diǎn)：
1.考核機(jī)制不健全
目前“巖石力學(xué)”課程采用期末閉卷考試的方式進(jìn)行考核，但歷年考題重復(fù)現(xiàn)象嚴(yán)重，缺乏合理的試題庫(kù)。教師出題主要是通過網(wǎng)絡(luò)下載很多相同內(nèi)容的試題，或是局限于幾本教學(xué)參考書或資料，這樣組成的試卷所包含的知識(shí)點(diǎn)的分布和比例往往有缺陷，而且所用的時(shí)間比較多。有些學(xué)得不好的學(xué)生甚至能通過網(wǎng)絡(luò)和搜集歷年考試題最終取得較高的考試成績(jī)。另外每年考題變化不大，靈活性差。因此，當(dāng)前由于缺乏科學(xué)合理的試題庫(kù)，不能有效評(píng)價(jià)學(xué)生掌握知識(shí)的能力，無法體現(xiàn)公平性。
2.與工程實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重
“巖石力學(xué)”是一門工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，然而受場(chǎng)地、資金和工程條件等因素制約，現(xiàn)在的教學(xué)模式主要以書本知識(shí)傳授為主，缺乏與工程實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。學(xué)習(xí)巖石力學(xué)的最終目的是為工程服務(wù)，而對(duì)于與工程應(yīng)用緊密結(jié)合的章節(jié)，如地應(yīng)力及其測(cè)量方法、地下工程維護(hù)原則與支護(hù)技術(shù)等內(nèi)容，學(xué)生在課堂上只能靠課本想象，與工程實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)，這不符合“巖石力學(xué)”理論與實(shí)踐兼?zhèn)涞恼n程特點(diǎn)，因此難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，更不用提培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性。因此，迫切需要建設(shè)科學(xué)合理的工程案例庫(kù)，在課堂教學(xué)中引入工程案例教學(xué)模塊，通過最新的工程案例講解和討論，提高學(xué)生的興趣，激發(fā)其自主學(xué)習(xí)的熱情。
通過建立完備的習(xí)題庫(kù)和典型的工程案例庫(kù)，一方面，在原有教學(xué)基礎(chǔ)上，可以增加習(xí)題教學(xué)和案例教學(xué)環(huán)節(jié)，豐富課堂教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)啟發(fā)式教學(xué)，從而改變目前教學(xué)模式單一的現(xiàn)狀，激發(fā)學(xué)生的興趣，提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性；另一方面，可以規(guī)范課程管理，促進(jìn)教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)考教分離，理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。
三、“巖石力學(xué)”試題庫(kù)與工程案例庫(kù)的建設(shè)思路
通過建設(shè)“巖石力學(xué)”課程的精要試題庫(kù)和典型工程案例庫(kù)，可以改善當(dāng)前的教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，有利于不斷提升教師的教學(xué)水平，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和自覺性。
1.“巖石力學(xué)”試題庫(kù)的建設(shè)思路
（1）搜集和整理“巖石力學(xué)”習(xí)題和試題：對(duì)目前國(guó)內(nèi)所使用的“巖石力學(xué)”教材，完成課后思考題的解答。搜索、查閱其他院校（如山東科技大學(xué)、西南交通大學(xué)等）的“巖石力學(xué)”試題，特別是對(duì)具有代表性、典型性的試題進(jìn)行收集、整理，并制訂標(biāo)準(zhǔn)答案。然后，根據(jù)不同的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分類，形成精要習(xí)題集。
（2）根據(jù)“巖石力學(xué)”教學(xué)大綱，明確課程定位，根據(jù)教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)，結(jié)合課程重點(diǎn)，加強(qiáng)相應(yīng)習(xí)題內(nèi)容的建設(shè)。針對(duì)每一章的重點(diǎn)難點(diǎn)，構(gòu)建相應(yīng)題型，通過課題提問形式進(jìn)行課堂講授，并有針對(duì)性地布置習(xí)題進(jìn)行課后復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)重點(diǎn)難點(diǎn)的及時(shí)掌握和有效鞏固。
（3）編題與征題：題目來源初步定為以幾個(gè)下方面：1）網(wǎng)絡(luò)收集，查閱一些知名網(wǎng)站進(jìn)行下載。2）搜集有“巖石力學(xué)”豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)老師的歷年考試命題。3）從注冊(cè)巖土工程師習(xí)題集和歷年真題中選取。4）從各種教材、習(xí)題集中精選試題。5）根據(jù)自身授課體會(huì)和學(xué)生反映的重難點(diǎn)自己編制試題。
（4）命題題型：根據(jù)“巖石力學(xué)”課程的特點(diǎn)，“巖石力學(xué)”試題庫(kù)的題型主要有以下幾種：選擇題、判斷題、填空題、簡(jiǎn)答題、計(jì)算題、論述題；試題難易程度要適中。
（5）采用相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件，開發(fā)“巖石力學(xué)”習(xí)題庫(kù)系統(tǒng)，便于學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)和答題，以引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，進(jìn)行有效的課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。同時(shí)建立“巖石力學(xué)”試題庫(kù)系統(tǒng)，確保以后出題的過程中能夠基本覆蓋所有知識(shí)點(diǎn)。
2.“巖石力學(xué)”工程案例庫(kù)的建設(shè)思路
（1）通過文獻(xiàn)、書籍閱讀及網(wǎng)絡(luò)瀏覽，搜集國(guó)內(nèi)外大型巖石工程案例和典型工程災(zāi)害資料，如大型水利工程、長(zhǎng)大隧道工程、深部煤礦工程的現(xiàn)場(chǎng)圖片及相關(guān)資料，并運(yùn)用巖石力學(xué)原理對(duì)具體工程及災(zāi)害進(jìn)行深入剖析，形成工程案例庫(kù)。結(jié)合構(gòu)建的案例庫(kù)，增設(shè)課程案例教學(xué)模塊，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考的能力。
（2）進(jìn)入工程現(xiàn)場(chǎng)，從現(xiàn)場(chǎng)搜集大量第一手資料，進(jìn)行歸類整理和深入剖析。一方面，通過在平時(shí)帶領(lǐng)學(xué)生實(shí)習(xí)的過程中或者利用互聯(lián)網(wǎng)的豐富資源來搜集各種工程圖片，增強(qiáng)學(xué)生的感官認(rèn)識(shí)；另一方面，結(jié)合當(dāng)前的煤礦工程熱點(diǎn)問題，如巷道失穩(wěn)、沖擊地壓、突水等問題進(jìn)行專題討論和案例講解分析，實(shí)現(xiàn)案例教學(xué)和啟發(fā)式教學(xué)，提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題的能力。
（3）結(jié)合構(gòu)建的“巖石力學(xué)”課程習(xí)題庫(kù)和工程案例庫(kù)，對(duì)目前的“巖石力學(xué)”課件進(jìn)行改進(jìn)完善。對(duì)各章節(jié)進(jìn)行相應(yīng)習(xí)題和案例補(bǔ)充，并對(duì)當(dāng)前幾種典型“巖石力學(xué)”教材（如賀永年編著、張永興主編、沈明榮編著等）進(jìn)行詳細(xì)閱讀，科學(xué)編輯，根據(jù)學(xué)科發(fā)展對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行部分更新和調(diào)整，優(yōu)化課程內(nèi)容，并充分發(fā)揮多媒體的優(yōu)勢(shì)，形成一套圖文并茂的課件，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)“巖石力學(xué)”課程的積極性與主動(dòng)性，提升課堂教學(xué)效果。
四、結(jié)語(yǔ)
對(duì)于土木類專業(yè)的本科生來說，“巖石力學(xué)”課程無論對(duì)他們的考試、畢業(yè)設(shè)計(jì)和其他專業(yè)課學(xué)習(xí)，還是以后走上工作崗位，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)與施工，都具有重要意義。進(jìn)行“巖石力學(xué)”課程的試題庫(kù)和工程案例庫(kù)建設(shè)，對(duì)課程考核、教學(xué)模式改革和提高課堂授課質(zhì)量以及實(shí)施素質(zhì)教育等都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和參考價(jià)值。但需要指出的是，對(duì)“巖石力學(xué)”試題庫(kù)和工程案例庫(kù)的建設(shè)與維護(hù)是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)，試題庫(kù)的建設(shè)決非是一個(gè)簡(jiǎn)單的試題堆積過程，而是一個(gè)艱苦的近乎枯燥的過程；工程案例庫(kù)也絕不是簡(jiǎn)單將工程資料拼湊的過程，而需要結(jié)合課程教學(xué)大綱，進(jìn)行深入的案例剖析。因此，試題庫(kù)和案例庫(kù)的建設(shè)需要一個(gè)長(zhǎng)期的過程，應(yīng)遵循循序漸進(jìn)、逐步完善的原則。相信隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，教學(xué)改革的不斷深入，將會(huì)探索出許多新的更適用的教學(xué)模式與教學(xué)方法。
摘要：現(xiàn)如今，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們?cè)谏a(chǎn)生活之中對(duì)于礦物的需求量也在逐漸的增加，現(xiàn)今，物產(chǎn)豐富的中國(guó)已經(jīng)成了世界的采礦業(yè)的重頭。而采礦工程在社會(huì)建設(shè)發(fā)展中的地位也越來越凸顯，成為人們十分熱衷的話題。而在具體的采礦工程中離不開對(duì)巖石力學(xué)的應(yīng)用，其作為地質(zhì)學(xué)和力學(xué)之間的一門邊緣學(xué)科，其應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛。本文就將對(duì)我國(guó)巖石力學(xué)在非金屬礦山采礦工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討。
關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；采礦；問題；措施
在礦山的開采中對(duì)于巖石力學(xué)的應(yīng)用是非常普遍的，其主要來源于大規(guī)模的工程實(shí)踐。由于采礦工程一般規(guī)模比較大、施工條件復(fù)雜，不管是地下還是露天的采礦工程，都是以具有地質(zhì)構(gòu)造的巖石為對(duì)象，這也就決定了巖石力學(xué)的問題將貫穿于整個(gè)采礦工程的實(shí)際。在采礦工程中的巖石力學(xué)，主要包括巖石的穩(wěn)定性以及強(qiáng)度等，它是會(huì)隨著礦山中巖石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)發(fā)生不同的變化。與此同時(shí)，因?yàn)椴傻V工程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，所以在這其中巖石的力學(xué)性質(zhì)會(huì)隨著礦山工程的進(jìn)展發(fā)生變化，還有就是自然環(huán)境也對(duì)其有一定的影響。這就決定了在礦山工程中的巖石力學(xué)應(yīng)用手段必須多樣化。
1、巖石力學(xué)研究的目的和內(nèi)容
巖石力學(xué)研究的目的是對(duì)礦區(qū)內(nèi)不同類型巖體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石組成及其強(qiáng)度和應(yīng)力的資料給以解釋，按巖石力學(xué)的要求對(duì)礦、巖體進(jìn)行分類，以便根據(jù)其自然崩落性選擇合適的開拓方式和采礦方法，從而為制定采礦試驗(yàn)計(jì)劃和編制采礦設(shè)計(jì)提出推薦意見。
巖石力學(xué)研究的主要內(nèi)容有：斷層和破碎帶的位置、形態(tài)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)；不同類型巖石及其夾層的抗壓、抗張、抗剪強(qiáng)度；微裂隙的類型及系統(tǒng)；區(qū)域殘余應(yīng)力的大小、方向和變化；應(yīng)力釋放的方法；在一段時(shí)間內(nèi)巖石的應(yīng)力集中及其移動(dòng)的性態(tài)，坑內(nèi)井巷工程不同支護(hù)方法的效果；使應(yīng)力影響減少到最小的井巷工程的位置及方向等等。
2、背景研究
2.1、采礦工程的力學(xué)背景
采礦工程的力學(xué)背景，主要指的是在推翻原有平衡關(guān)系的基礎(chǔ)之上建立起新的平衡結(jié)構(gòu)，它具有一定的時(shí)代特色?，F(xiàn)如今，采礦工程已經(jīng)打破了以往的規(guī)劃設(shè)計(jì)理念和方法。主要表現(xiàn)在：對(duì)相關(guān)地表下經(jīng)歷數(shù)億年形成的平衡結(jié)構(gòu)的推翻，建立起來一個(gè)新的穩(wěn)定空間，更加的具有平衡性，很好的減少了巖石碎裂現(xiàn)象的發(fā)生。也就是說在具體的采礦工程的工作中一定要注意其開采的背景，注重工程的安全性問題，以此來極大地維持好新建的平衡空間的穩(wěn)定性。
2.2、巖體力學(xué)的時(shí)代背景
巖體力學(xué)不是一門系統(tǒng)的學(xué)科，它屬于地質(zhì)學(xué)與力學(xué)之間的一門邊緣學(xué)科，但是它卻可以幫助施工人員解決一些地質(zhì)學(xué)和力學(xué)無法解決的實(shí)際問題，現(xiàn)如今我國(guó)對(duì)于巖石開采量逐年增大，所涉及的規(guī)模和復(fù)雜程度也不是同日而語(yǔ)，在智能化時(shí)代中處理這些規(guī)模巨大的巖石問題時(shí)必須要采用巖體力學(xué)的知識(shí)來加以幫助，我國(guó)的地質(zhì)人員經(jīng)過努力已經(jīng)在這方面積累下了豐富的經(jīng)驗(yàn)，雖然說與國(guó)際先進(jìn)水平相比還是有一定差距，但也不可否認(rèn)我國(guó)在這方面所做出的進(jìn)步，不足之處主要是在于我國(guó)在綜合實(shí)際應(yīng)用過程中未能將已有的研究成果靈活成功應(yīng)用到過程實(shí)踐中去。
3、巖石力學(xué)和其他學(xué)科在采礦中的結(jié)合應(yīng)用
在采礦工程中對(duì)于巖石力學(xué)的應(yīng)用并不是單一化的，而是同其他的一些應(yīng)用性的基礎(chǔ)學(xué)科相結(jié)合應(yīng)用的。巖石力學(xué)的理論基礎(chǔ)是相當(dāng)廣泛的，也就涉及到很多的其他的基礎(chǔ)性應(yīng)用學(xué)科。主要有：
3.1、固體力學(xué)
固體力學(xué)是一門在力學(xué)當(dāng)中形成的比較早且其理論性比較強(qiáng)的分支，固體力學(xué)主要是對(duì)可變形固體在外界因素作用下對(duì)于它內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)所產(chǎn)生的各種規(guī)律的研究。而在具體的采礦工程中，固體力學(xué)的應(yīng)用主要有材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)以及斷裂、損傷力學(xué)等等。
3.2、流體力學(xué)
流體力學(xué)主要是對(duì)于流體本身的靜止以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以及其在運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互作用規(guī)律的研究。在這其中對(duì)于流體研究最多的就是水和空氣。比如說在采礦工程中的地下采礦工程中，主要研究的對(duì)象就是地下的水以及瓦斯等礦井氣體。而在露天的采礦工程中，主要研究的對(duì)象就是當(dāng)?shù)亻_采的地質(zhì)以及相應(yīng)的自然條件。
3.3、爆炸力學(xué)
爆炸力學(xué)是研究工作中爆炸的發(fā)生情況以及其自身規(guī)律，并且做出對(duì)爆炸力學(xué)效應(yīng)的合理利用和有效的防護(hù)。它主要是從力學(xué)的角度來研究爆炸的能量以及急劇轉(zhuǎn)化的過程中產(chǎn)生的各種效應(yīng)。與此同時(shí)，爆炸力學(xué)還是流體力學(xué)、固體力學(xué)以及物理、化學(xué)之間的一門交叉學(xué)科。
3.4、計(jì)算力學(xué)
計(jì)算力學(xué)是綜合力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)，以計(jì)算機(jī)為工具研究解決力學(xué)問題的理論、方法，以及編制軟件的學(xué)科。從20世紀(jì)50年代以來，它在力學(xué)的各分支學(xué)科和邊緣學(xué)科中得到了很大的發(fā)展，無論是在科學(xué)研究還是工程技術(shù)中均得到了廣泛應(yīng)用。常見的計(jì)算力學(xué)方法并已廣泛用到數(shù)值模擬計(jì)算中的有:幾何非線性有限元法、熱傳導(dǎo)和熱應(yīng)力有限元法、材料非線性有限元法、離散元法、無網(wǎng)格法、有限差分法、非連續(xù)變形分析等。以計(jì)算力學(xué)為基礎(chǔ)的數(shù)值模擬方法在采礦工程中的研究應(yīng)用也正廣泛地開展起來。
4、力學(xué)問題與采礦工程的關(guān)系
4.1、鉆井工作
在具體的采礦工程中，對(duì)于鉆井的選型，要進(jìn)行前期的細(xì)致檢查以及過程中的保養(yǎng)。對(duì)于在工程中發(fā)生的特殊事故，比如在工程中當(dāng)采油出現(xiàn)意外、瓦斯發(fā)生滲漏的時(shí)候等等，就必須應(yīng)用到力學(xué)問題分析對(duì)地層致裂和滲流的工作問題。
4.2、礦場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)
在具體的采礦工程中，要對(duì)采場(chǎng)的地壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況的時(shí)候，及時(shí)預(yù)警，同時(shí)要考查礦石滾動(dòng)的規(guī)律，一次預(yù)防意外事故的發(fā)生。對(duì)采礦區(qū)的外圍路段也要進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，對(duì)露天陡坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保其穩(wěn)定性。
4.3、爆破工作
對(duì)于采礦工程中的爆炸問題要特別的關(guān)注，努力做好巖爆機(jī)制的預(yù)防，關(guān)注硬巖的非爆炸破碎方法，研究礦巖的粉碎力學(xué)和巖石的爆破力學(xué)問題。以此保證爆破工作的順利、安全開展。
4.4、崩落采礦工作
對(duì)于崩落采礦工作，要做到：了解巖石的力學(xué)性質(zhì)、巖性、地質(zhì)因素等工程以及開挖、回采地壓等生產(chǎn)因素，注重它們的關(guān)聯(lián)性。巖石力學(xué)對(duì)崩落采礦具有關(guān)鍵的指導(dǎo)性作用，其主要的應(yīng)用范圍有：應(yīng)用巖體自身特征，結(jié)合地應(yīng)力對(duì)工程進(jìn)行控制，達(dá)到實(shí)現(xiàn)崩落采礦的目的。在采礦工程中使用崩落采礦法的決策時(shí)，運(yùn)用力學(xué)充分掌握巖體的斷層特點(diǎn)，深入研究巖體的可崩性，才能夠?qū)⒈容^適合的崩落采礦方案制定出來。
5、巖石力學(xué)在采礦工程中應(yīng)用現(xiàn)狀
5.1、對(duì)深部開采所帶來的災(zāi)害預(yù)測(cè)
要知道對(duì)于礦山的深部開采是一件具有一定危險(xiǎn)系數(shù)的工作，可能會(huì)遇見礦震、巖石爆炸等危險(xiǎn)，并且這類事故是常有發(fā)生的，目前已經(jīng)有很多國(guó)家有過類似的經(jīng)歷，但是目前對(duì)于巖爆的預(yù)防以及防止工作卻沒有引起相應(yīng)的重視，施工隊(duì)伍對(duì)礦山的開采已經(jīng)越來越深入，所面臨的危險(xiǎn)也自然越來越大，因此對(duì)于這方面必須加以重視，應(yīng)用巖石力學(xué)的相關(guān)知識(shí)對(duì)工程地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查，應(yīng)力測(cè)量以及一些巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)能量的聚集和變化的研究去探討巖爆的發(fā)生原理，從而對(duì)巖爆進(jìn)行一定的防治工作。
5.2、礦山地應(yīng)力場(chǎng)測(cè)量
地應(yīng)力是存在于地質(zhì)底層中的天然力量，它是引起在巖石開挖過程中原巖應(yīng)力發(fā)生變化的力量，對(duì)其進(jìn)行研究是對(duì)于開采方案進(jìn)行研究的首要前提，對(duì)于采礦工程來說，實(shí)現(xiàn)必須要了解掌握具體工程中的地應(yīng)力狀況，這樣才能對(duì)礦山進(jìn)行合理的總體布置并且選取適當(dāng)?shù)牟傻V方法，長(zhǎng)期以來，我們所生存的地球已經(jīng)經(jīng)歷了無數(shù)次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，逐步演變出地球地應(yīng)力復(fù)雜性，要想安全的進(jìn)行采礦工程，就必須對(duì)其進(jìn)行實(shí)地應(yīng)力測(cè)量。
5.3、大型露天礦邊坡設(shè)計(jì)優(yōu)化
現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)有很多露天礦山開采轉(zhuǎn)為了深凹開采，隨著開采難度的越來越大，對(duì)于安全性以及穩(wěn)定性的維護(hù)就越來越難，邊坡滑移的破壞事故發(fā)生日益頻繁，這些都嚴(yán)重的威脅到了礦山開采工作的安全性，但是，減少邊坡角滑坡事故與增加成本之間卻出現(xiàn)了矛盾，對(duì)于這種情況，我們就需要經(jīng)過精確的定量而不只是定性計(jì)算并充分考慮巖體條件和地應(yīng)力的作用，在能夠保證安全的前提條件下，盡量的節(jié)省成本，保證工程效益。
6、巖石力學(xué)在采礦工程中的發(fā)展趨勢(shì)
巖石力學(xué)在采礦工程的發(fā)展趨勢(shì)之一就是多學(xué)科的相互交叉綜合集成。在采礦工程中，很多不確定的因素都會(huì)導(dǎo)致工程的安全性下降。所以在以后的工作中綜合地質(zhì)、力學(xué)試驗(yàn)以及物理、化學(xué)分析等學(xué)科知識(shí)將是解決該問題的最好途徑。其二是多尺度的綜合集成，現(xiàn)階段，隨著礦井開采深度的日益加大，采礦工程中的巖石力學(xué)問題出現(xiàn)了熱、流、固、化多場(chǎng)并存的狀況。所以對(duì)于多相運(yùn)動(dòng)的研究還有待深入，在以后的工作中將會(huì)更加的關(guān)注多尺度的綜合集成問題。
總而言之，采礦工程是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及許多不同的專業(yè)領(lǐng)域。而運(yùn)用力學(xué)知識(shí)完善采礦工程是現(xiàn)如今采礦業(yè)的一大要?jiǎng)?wù)，但是力學(xué)在促進(jìn)采礦業(yè)發(fā)展的同時(shí)，依舊存在許多不足。這就要求相關(guān)的采礦工作人員應(yīng)該緊密結(jié)合采礦工程實(shí)踐與采礦工程力學(xué)關(guān)系理論研究，通過完善我國(guó)的采礦技術(shù)，提高我國(guó)的采礦率，以此來有效地降低采礦成本。
摘要：隨著經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，采礦工程的發(fā)展也逐漸引起了人們的高度重視，這其中對(duì)巖體力學(xué)的探究是頗受人們關(guān)注的主要內(nèi)容之一。通常情況下，所謂的巖體力學(xué)，它并不是一項(xiàng)單獨(dú)的學(xué)科，最為正規(guī)的劃分應(yīng)該是介于地質(zhì)學(xué)和力學(xué)之間，其實(shí)質(zhì)是一門邊緣學(xué)科。盡管如此，在采礦工程中，巖體力學(xué)還是得到了重點(diǎn)的利用和發(fā)展。本文從巖體力學(xué)的背景及其在采礦工程中的應(yīng)用等幾方面進(jìn)行了深入的探討，特別是對(duì)深部開采造成的危害性、礦山地應(yīng)力場(chǎng)的測(cè)量以及礦場(chǎng)邊坡設(shè)計(jì)的優(yōu)化等幾項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行了重點(diǎn)的分析，以此希望可以為以后巖體力學(xué)的發(fā)展起到一定的積極意義和重要作用。
關(guān)鍵詞：巖體力學(xué)；采礦工程；背景；應(yīng)用
眾所周知，巖體力學(xué)是發(fā)展速度很快且應(yīng)用范圍比較廣泛的一門學(xué)科，諸多的水利工程建設(shè)以及鐵路工程的建設(shè)之中，都會(huì)涉及到采礦力學(xué)。一般情況下，采礦工程與巖體力學(xué)的應(yīng)用是有著十分密切的關(guān)系的，甚至可以說巖體力學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)拓展到采礦工程的方方面面。對(duì)巖體力學(xué)的研究，一方面要依據(jù)和參照經(jīng)過自然長(zhǎng)期演練之后的不同地質(zhì)類型的巖體，另一方面還要基于在實(shí)際的巖石挖掘過程中，根據(jù)巖石的體制來制定各種各樣的挖掘方案。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)巖石力學(xué)的研究也需要不斷的深化和拓展。
一、解析巖體力學(xué)的時(shí)代背景和發(fā)展歷程
相對(duì)來說，巖體力學(xué)不能歸類于一門具體的學(xué)科，而是介于地質(zhì)學(xué)與力學(xué)之間的一門邊緣學(xué)科，盡管如此，在實(shí)際的采礦工程中，巖體力學(xué)還是有著其他學(xué)科無法替代的重要地位和作用的，也能在很大程度上幫助施工人員解決一些用力學(xué)或者地質(zhì)學(xué)都無法解釋的相關(guān)疑難問題。就目前而言，我國(guó)對(duì)巖石開采的數(shù)量與日俱增，涉及到的工程規(guī)模以及復(fù)雜程度都是前所未有的。信息化與科技化時(shí)代的到來，也使得巖體力學(xué)在這些開采項(xiàng)目中應(yīng)用的越來越廣泛。日前，經(jīng)過不斷的研究和發(fā)展，國(guó)內(nèi)地質(zhì)人員對(duì)這方面積累的經(jīng)驗(yàn)還是比較豐富的，盡管和發(fā)達(dá)國(guó)家的國(guó)際先進(jìn)發(fā)展水平還是具有一定的差距和界限，但這并不能說明我國(guó)在這方面的努力和學(xué)習(xí)是停滯不前的。然而，發(fā)展的同時(shí)也不能完全遮掩住不足和欠缺之處，目前國(guó)內(nèi)在這方面的主要缺點(diǎn)之一就是在實(shí)際的工程施工之中，沒有很好的將研究取得的成果靈活多變的應(yīng)用到實(shí)際的過程實(shí)踐中。
追溯其巖石力學(xué)的起源，其作為一門新興的學(xué)科，盡管在1949年新中國(guó)成立之初，是沒有任何研究成果可以展示的，但是，新中國(guó)建立以后，國(guó)內(nèi)有關(guān)部門已經(jīng)開始將研究的目光投向了巖石力學(xué)，與此同時(shí)也組織了一批相關(guān)人員和科技隊(duì)伍對(duì)其加以分析和探討，經(jīng)過長(zhǎng)久的刻苦鉆研，也是逐漸的小有成績(jī)的，例如，備受矚目的金山鎳礦的采礦工程和成昆線的鐵路工程，很大程度上都是建立在對(duì)地質(zhì)力學(xué)的研究基礎(chǔ)上的，雖然國(guó)內(nèi)在這方面的研究工作與西方發(fā)達(dá)國(guó)家之間存在著一定的差距，但這并不能否認(rèn)其在我國(guó)實(shí)際采礦工程之中的作用和成果，這些成績(jī)的取得，也使得我國(guó)在國(guó)際中占有著自己的重要地位。
二、探討巖體力學(xué)在實(shí)際采礦工程中的具體應(yīng)用
（一）深部開采造成的危害性分析
眾所周知，對(duì)礦山的深度開采和挖掘是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)很高的工程，在實(shí)際的施工中，很難保證不遇到礦山震動(dòng)或者巖石爆炸的情況，正是由于這類事故的發(fā)生概率很高，所以絕大多數(shù)的國(guó)家都出現(xiàn)過這樣的災(zāi)難。例如，南非國(guó)家就曾經(jīng)歷過大型的巖爆，其中心震級(jí)已經(jīng)達(dá)到了M5.1級(jí)。這樣的巖石爆炸，不僅破壞力極強(qiáng)，殺傷力也是極大的，然而，就目前的采礦工程建設(shè)安全防范措施來看，對(duì)這方面的重視程度還不是很大。隨著近年來，施工隊(duì)伍對(duì)礦山的深入挖掘和開采，其帶來的危險(xiǎn)系數(shù)也是逐漸加大的，因此，加強(qiáng)對(duì)安全防范方面的認(rèn)識(shí)是很有必要的。巖石力學(xué)中的相關(guān)知識(shí)應(yīng)用在開采工程中的調(diào)查、測(cè)量以及一些必要的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)之中，它不僅可以依據(jù)能量的聚集或者變化而研究出巖爆災(zāi)害發(fā)生的根本原因及原理所在，還能對(duì)這樣的災(zāi)害起到一定的預(yù)防作用。
（二）就礦山地應(yīng)力場(chǎng)的測(cè)量分析
所謂的地應(yīng)力，其實(shí)質(zhì)就是存儲(chǔ)在地質(zhì)地層中的天然力量，這種力量，也是巖石在挖掘開采過程中促使地質(zhì)發(fā)生變化的主要力量，在進(jìn)行開采或者挖掘工作之前，對(duì)其進(jìn)行充分的研究和分析是十分有必要的，在實(shí)際的采礦工程之中，只有深入的了解和掌握實(shí)際施工中的地應(yīng)力的具體情況，才能對(duì)礦山的開采工作做出科學(xué)合理的總體布置以及恰當(dāng)?shù)倪x取采礦的方法或者挖掘的方案。隨著歷史進(jìn)程的不斷推進(jìn)，人類生存的地球已經(jīng)經(jīng)歷了多次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，逐漸衍生和發(fā)展出來的地球地應(yīng)力是復(fù)雜多變的，要想實(shí)現(xiàn)采礦工程的安全施工，加強(qiáng)對(duì)其的實(shí)地應(yīng)用力測(cè)量是很有必要的。
（三）對(duì)礦場(chǎng)邊坡設(shè)計(jì)的優(yōu)化分析
現(xiàn)如今，我國(guó)絕大多數(shù)的露天礦山的開采方式都已經(jīng)朝著深凹開采的方向逐漸轉(zhuǎn)變，隨著開采難度的不斷加大，如何做好施工建設(shè)的安全和穩(wěn)定工作就顯得尤為重要了，由于近年來邊坡滑移事故的不斷出現(xiàn)，礦山開采工作的安全受到了嚴(yán)重的威脅和挑戰(zhàn)，然而，在如何協(xié)調(diào)好邊坡角滑坡事故與工程投入成本之間卻出現(xiàn)了一系列的矛盾和問題，鑒于這種情況的出現(xiàn)，在實(shí)際的施工中，我們就不應(yīng)該再繼續(xù)實(shí)行定性計(jì)算的方式而是要注重精準(zhǔn)的定量，與此同時(shí)，還要充分考慮到巖體自身的限制條件以及地應(yīng)力的作用，并保證在安全施工的條件下，減少不必要的成本投入，更多的增加工程效益。
就目前國(guó)內(nèi)巖石力學(xué)的發(fā)展形勢(shì)，我們不難看出，其自身的不斷發(fā)展和完善已經(jīng)在實(shí)際的采礦工程或者鐵路施工中得到了廣泛的應(yīng)用和拓展。但是，我國(guó)仍然在其理論學(xué)術(shù)的研究中投入了大量的時(shí)間和精力，尤其是對(duì)那些工程條件比較復(fù)雜，要求也比較多的大型工程，更需要施工之前提出更加科學(xué)合理的解決方案和應(yīng)對(duì)措施，也需要我們注重細(xì)節(jié)之間存在的安全隱患。在未來的發(fā)展進(jìn)程中，巖石力學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用必將會(huì)朝著各種學(xué)科不斷交叉以及多方面的知識(shí)結(jié)構(gòu)不斷綜合的方向邁進(jìn)，因此，充分的做好應(yīng)對(duì)災(zāi)害的措施以及對(duì)非線性動(dòng)力過程進(jìn)行必要的預(yù)測(cè)和發(fā)展是我國(guó)今后礦業(yè)開采工作的主要目標(biāo)。
三、結(jié)語(yǔ)
總而言之，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)科技的不斷發(fā)展，開創(chuàng)有中國(guó)特色的工業(yè)化道路是很有必要的，無論是資歷尚淺的年輕學(xué)者還是經(jīng)驗(yàn)豐富的專家學(xué)者，都在積極的致力于對(duì)這方面的研究和探討，但是，我們?cè)诳吹綆r石力學(xué)應(yīng)用于礦業(yè)開采中的優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也應(yīng)該看到其自身的不足和缺點(diǎn)，因而在實(shí)際的工作中，我們應(yīng)該不斷的克服出現(xiàn)在采礦工程中的地應(yīng)力或者邊坡滑移等相關(guān)問題，并積極的研究適應(yīng)地質(zhì)力學(xué)發(fā)展的相關(guān)手段和技術(shù)，只有這樣，我國(guó)的采礦事業(yè)才能得到更好的發(fā)展，國(guó)家的工業(yè)進(jìn)程才能取得顯著的進(jìn)步。
【摘要】本文主要從巖石力學(xué)概述、采礦工程中巖體力學(xué)的特點(diǎn)、探討巖體力學(xué)在實(shí)際采礦工程中的具體應(yīng)用、力學(xué)問題與采礦工程的關(guān)系等方面進(jìn)行了探討。
【關(guān)鍵詞】巖石力學(xué)；采礦工程；應(yīng)用
一、前言
我國(guó)巖石力學(xué)的研究越來越受到重視，巖石力學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用也越來越廣泛，本文就該部分內(nèi)容進(jìn)行了研究。
二、巖石力學(xué)概述
1.巖體力學(xué)的時(shí)代背景
巖體力學(xué)是介于地學(xué)與力學(xué)兩門學(xué)科之間的邊緣學(xué)科，雖然說不是一門系統(tǒng)的學(xué)科，但其能解決傳統(tǒng)的土力學(xué)不能解決的巖石問題，因此它在各種工程的領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。隨著現(xiàn)階段的礦山開采的智能化和集成化，處理巖體的問題越來越需要應(yīng)用巖體力學(xué)的問題來完成設(shè)計(jì)和施工。近幾十年來，盡管國(guó)內(nèi)的工程規(guī)模和復(fù)雜程度的不斷加大，我國(guó)優(yōu)秀巖石工作者經(jīng)過不懈努力，已經(jīng)累積了在復(fù)雜地質(zhì)條件下修建多種巖石工程的豐富經(jīng)驗(yàn)。使得巖體力學(xué)的研究工作有了飛速的發(fā)展。這為筆者對(duì)本文的編寫提供了豐富的資料。但是從總體上看，與國(guó)際先進(jìn)水平相比，尚有一定的差距。尤其在綜合運(yùn)用研究成果，并將成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力產(chǎn)生效益這一方面，尚嫌不足。并且不少巖體力學(xué)出來的新科研成果，未能充分應(yīng)用于工程實(shí)踐中去，發(fā)揮出更大的效益。
2.我國(guó)巖體力學(xué)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀
在新中國(guó)成立前，巖體力學(xué)研究基本上屬于空白的。盡管我們的祖先們?cè)鴦?chuàng)造過世界矚目的工程建設(shè)，如長(zhǎng)城和岷江都江堰。但是巖體力學(xué)作為一門單獨(dú)的學(xué)科進(jìn)行研究還是相對(duì)起步較晚的。在中華人民共和國(guó)成立之后，我國(guó)充分發(fā)揮社會(huì)主義制度的優(yōu)越性，對(duì)巖體力學(xué)中的一些前沿課題，在全國(guó)范圍內(nèi)組織力量進(jìn)行了一系列的科技攻關(guān)。即便是在期間，巖體力學(xué)業(yè)的研究工作遭受到極大的干擾，我國(guó)的科技人員仍然發(fā)揮自強(qiáng)不息的愛國(guó)主義精神，在很多的重點(diǎn)水電工程(如葛洲壩，劉家峽)、礦山(工程如金川鎳礦)、鐵路工程(如成昆線)，做出了突出的貢獻(xiàn)。并且在總結(jié)了一系列的成功的經(jīng)驗(yàn)與失敗的教訓(xùn)后，我國(guó)的優(yōu)秀科研工作者解決了像葛洲壩和三峽壩區(qū)以及秦山核電站等重大的巖石施工的建設(shè)項(xiàng)目。這些成就都使得巖體力學(xué)的研究工作取得了重大成果。 在取得重大的實(shí)踐成功的基礎(chǔ)上，我國(guó)在巖體力學(xué)的理論的研究進(jìn)行了系統(tǒng)的的集成。
三、采礦工程中巖體力學(xué)的特點(diǎn)
采礦工程多處于地下較深處，而其它地下工程多在距地表較近（幾十米）的范圍內(nèi)；對(duì)礦山工程，只要求在開采期間不破壞，在采后能維持平衡狀態(tài)不影響地表安全即可，故其計(jì)算精度、安全系數(shù)及加固等方面均低于國(guó)防、水利工程的標(biāo)準(zhǔn)；礦山地質(zhì)條件復(fù)雜，又受礦床賦存條件限制，故采礦工程的位置選擇性不大，同時(shí)采掘工作面不斷變化，因而采礦工程巖石力學(xué)具有復(fù)雜性的特點(diǎn)。
在巖體表面或其內(nèi)部進(jìn)行任何工程活動(dòng)，都必須符合安全、經(jīng)濟(jì)和正常運(yùn)營(yíng)的原則。以露天采礦邊坡坡角選擇為例，坡角選擇過陡，會(huì)使邊坡不穩(wěn)定，無法正常采礦作業(yè)，坡角選擇過緩，又會(huì)加大其剝采量，增加其采礦成本。然而，要使巖體工程既安全穩(wěn)定又經(jīng)濟(jì)合理，必須通過準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)工程巖體的變形與穩(wěn)定性、正確的工程設(shè)計(jì)和良好的施工質(zhì)量等來保證。其中，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)巖體在各種應(yīng)力場(chǎng)作用下的變形與穩(wěn)定性，進(jìn)而從巖體力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，選擇相對(duì)優(yōu)良的工程場(chǎng)址，防止重大事故，為合理的工程設(shè)計(jì)提供巖體力學(xué)依據(jù)，是工程巖體力學(xué)研究的根本目的和任務(wù)。巖體力學(xué)的發(fā)展是和人類工程實(shí)踐分不開的。起初，由于巖體工程數(shù)量少，規(guī)模也小，人們多憑經(jīng)驗(yàn)來解決工程中遇到的巖體力學(xué)問題。因此，巖體力學(xué)的形成和發(fā)展要比土力學(xué)晚得多。隨著生產(chǎn)力水平及工程建筑事業(yè)的迅速發(fā)展，提出了大量的巖體力學(xué)問題。由于巖體中具有天然應(yīng)力、地下水等，并發(fā)育有各種結(jié)構(gòu)面，所以它不僅具有彈性、脆性、塑性和流變性，而且還具有非線彈性、非連續(xù)性，以及非均質(zhì)和各向異性等特征。對(duì)于這樣一種復(fù)雜的介質(zhì)，不僅研究?jī)?nèi)容非常復(fù)雜，而且其研究方法和手段也應(yīng)與連續(xù)介質(zhì)力學(xué)有所不同。
國(guó)內(nèi)外邊坡穩(wěn)定性分析和設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法是極限平衡法，這是一種靜態(tài)的確定性分析方法，而實(shí)際的邊坡狀況是歲開采過程不斷變化的，是動(dòng)態(tài)的不確定性的；該方法是基于土力學(xué)理論提出來的，不能考慮實(shí)際的巖體條件，如斷層、節(jié)理的存在，同時(shí)也不考慮地應(yīng)力。而實(shí)際上這些對(duì)邊坡的穩(wěn)定性和破壞起控制作用。因而該方法度山坡露天礦設(shè)計(jì)可能是適用的，但對(duì)深凹露天礦設(shè)計(jì)并不適用。
為了克服傳統(tǒng)的極限平衡分析方法的不足，必須采用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)，充分考慮地應(yīng)力的作用和實(shí)際的工程巖體條件，通過定量的計(jì)算分析，實(shí)現(xiàn)邊坡設(shè)計(jì)的優(yōu)化。具體的試試路線為：采用數(shù)值模擬和極限平衡分析相結(jié)合的方法，對(duì)不同邊坡角和邊坡設(shè)計(jì)方案進(jìn)行定量的計(jì)算和分析，在保證安全的前提下，盡可能低提高邊坡角，減少剝離量，盡可能地減少生產(chǎn)成本，增加礦石產(chǎn)量和礦山效益。
四、探討巖體力學(xué)在實(shí)際采礦工程中的具體應(yīng)用
1.深部開采造成的危害性分析
眾所周知，對(duì)礦山的深度開采和挖掘是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)很高的工程，在實(shí)際的施工中，很難保證不遇到礦山震動(dòng)或者巖石爆炸的情況，正是由于這類事故的發(fā)生概率很高，所以絕大多數(shù)的國(guó)家都出現(xiàn)過這樣的災(zāi)難。例如，南非國(guó)家就曾經(jīng)歷過大型的巖爆，其中心震級(jí)已經(jīng)達(dá)到了M5.1級(jí)。這樣的巖石爆炸，不僅破壞力極強(qiáng)，殺傷力也是極大的，然而，就目前的采礦工程建設(shè)安全防范措施來看，對(duì)這方面的重視程度還不是很大。
2.就礦山地應(yīng)力場(chǎng)的測(cè)量分析
所謂的地應(yīng)力，其實(shí)質(zhì)就是存儲(chǔ)在地質(zhì)地層中的天然力量，這種力量，也是巖石在挖掘開采過程中促使地質(zhì)發(fā)生變化的主要力量，在進(jìn)行開采或者挖掘工作之前，對(duì)其進(jìn)行充分的研究和分析是十分有必要的，在實(shí)際的采礦工程之中，只有深入的了解和掌握實(shí)際施工中的地應(yīng)力的具體情況，才能對(duì)礦山的開采工作做出科學(xué)合理的總體布置以及恰當(dāng)?shù)倪x取采礦的方法或者挖掘的方案。隨著歷史進(jìn)程的不斷推進(jìn)，人類生存的地球已經(jīng)經(jīng)歷了多次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，逐漸衍生和發(fā)展出來的地球地應(yīng)力是復(fù)雜多變的，要想實(shí)現(xiàn)采礦工程的安全施工，加強(qiáng)對(duì)其的實(shí)地應(yīng)用力測(cè)量是很有必要的。
3.礦場(chǎng)邊坡設(shè)計(jì)
現(xiàn)如今，我國(guó)絕大多數(shù)的露天礦山的開采方式都已經(jīng)朝著深凹開采的方向逐漸轉(zhuǎn)變，隨著開采難度的不斷加大，如何做好施工建設(shè)的安全和穩(wěn)定工作就顯得尤為重要了，由于近年來邊坡滑移事故的不斷出現(xiàn)，礦山開采工作的安全受到了嚴(yán)重的威脅和挑戰(zhàn)，然而，在如何協(xié)調(diào)好邊坡角滑坡事故與工程投入成本之間卻出現(xiàn)了一系列的矛盾和問題，鑒于這種情況的出現(xiàn)，在實(shí)際的施工中，我們就不應(yīng)該再繼續(xù)實(shí)行定性計(jì)算的方式而是要注重精準(zhǔn)的定量，與此同時(shí)，還要充分考慮到巖體自身的限制條件以及地應(yīng)力的作用，并保證在安全施工的條件下，減少不必要的成本投入，更多的增加工程效益。
五、力學(xué)問題與采礦工程的關(guān)系
1.鉆井工作
在具體的采礦工程中，對(duì)于鉆井的選型，要進(jìn)行前期的細(xì)致檢查以及過程中的保養(yǎng)。對(duì)于在工程中發(fā)生的特殊事故，比如在工程中當(dāng)采油出現(xiàn)意外、瓦斯發(fā)生滲漏的時(shí)候等等，就必須應(yīng)用到力學(xué)問題分析對(duì)地層致裂和滲流的工作問題。
2.礦場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)
在具體的采礦工程中，要對(duì)采場(chǎng)的地壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況的時(shí)候，及時(shí)預(yù)警，同時(shí)要考查礦石滾動(dòng)的規(guī)律，一次預(yù)防意外事故的發(fā)生。對(duì)采礦區(qū)的外圍路段也要進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，對(duì)露天陡坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保其穩(wěn)定性。
3.爆破工作
對(duì)于采礦工程中的爆炸問題要特別的關(guān)注，努力做好巖爆機(jī)制的預(yù)防，關(guān)注硬巖的非爆炸破碎方法，研究礦巖的粉碎力學(xué)和巖石的爆破力學(xué)問題。以此保證爆破工作的順利、安全開展。
4.崩落采礦工作
對(duì)于崩落采礦工作，要做到：了解巖石的力學(xué)性質(zhì)、巖性、地質(zhì)因素等工程以及開挖、回采地壓等生產(chǎn)因素，注重它們的關(guān)聯(lián)性。巖石力學(xué)對(duì)崩落采礦具有關(guān)鍵的指導(dǎo)性作用，其主要的應(yīng)用范圍有：應(yīng)用巖體自身特征，結(jié)合地應(yīng)力對(duì)工程進(jìn)行控制，達(dá)到實(shí)現(xiàn)崩落采礦的目的。在采礦工程中使用崩落采礦法的決策時(shí)，運(yùn)用力學(xué)充分掌握巖體的斷層特點(diǎn)，深入研究巖體的可崩性，才能夠?qū)⒈容^適合的崩落采礦方案制定出來。
5.巖石力學(xué)在采礦工程中應(yīng)用現(xiàn)狀
要知道對(duì)于礦山的深部開采是一件具有一定危險(xiǎn)系數(shù)的工作，可能會(huì)遇見礦震、巖石爆炸等危險(xiǎn)，并且這類事故是常有發(fā)生的，目前已經(jīng)有很多國(guó)家有過類似的經(jīng)歷，但是目前對(duì)于巖爆的預(yù)防以及防止工作卻沒有引起相應(yīng)的重視，施工隊(duì)伍對(duì)礦山的開采已經(jīng)越來越深入，所面臨的危險(xiǎn)也自然越來越大，因此對(duì)于這方面必須加以重視，應(yīng)用巖石力學(xué)的相關(guān)知識(shí)對(duì)工程地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查，應(yīng)力測(cè)量以及一些巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)能量的聚集和變化的研究去探討巖爆的發(fā)生原理，從而對(duì)巖爆進(jìn)行一定的防治工作。
六、結(jié)束語(yǔ)
隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)巖石力學(xué)技術(shù)的研究，可以更好的使其指導(dǎo)采礦工程的施工，是非常有現(xiàn)實(shí)意義的研究。
摘要：近年來，在大型水利工程建設(shè)中，大量實(shí)踐的成功經(jīng)驗(yàn)與失敗教訓(xùn)，使得人們逐步認(rèn)識(shí)到巖石力學(xué)與工程學(xué)科的重要性，巖石力學(xué)的重要性凸顯出來。在具體的工程項(xiàng)目中，應(yīng)用巖石流變力學(xué)特征、巖石蠕變與工程穩(wěn)定分析、巖石組分與力學(xué)特性等理論研究成果指導(dǎo)工程實(shí)踐具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。
關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；高邊坡；地震；線性理論
近年來，巖石力學(xué)這門學(xué)科有了長(zhǎng)足的進(jìn)步和巨大的發(fā)展。人類生活的環(huán)境是地球上層的巖石圈，很多活動(dòng)都離不開以巖石工程為對(duì)象的經(jīng)濟(jì)建設(shè)。水電站的大壩、廠房引水隧洞、礦山巷道等的高速發(fā)展都給巖石力學(xué)提出了新的要求和課題。因此，巖石力學(xué)這門學(xué)科在我們水利建設(shè)中有著十分廣泛的應(yīng)用。本文介紹巖土本構(gòu)模型，并將這些模型應(yīng)用到地震、高邊坡等水利工程建設(shè)的常見問題中去，來具體闡述巖石力學(xué)在水利水電工程中的應(yīng)用。
一、巖土本構(gòu)模型及其研究現(xiàn)狀
主要的巖土本構(gòu)模型有線彈性模型、塑性模型、微觀結(jié)構(gòu)性模型、內(nèi)時(shí)模型等。主要介紹傳統(tǒng)的有線彈性模型和塑性模型。
1、塑性模型
塑性模型是指在應(yīng)力作用下，不只有彈性應(yīng)變，還有塑性應(yīng)變。屈服條件為當(dāng)材料的某一截面上的剪應(yīng)力達(dá)到一個(gè)數(shù)值。可以寫作
(1)其中，指的材料的內(nèi)摩擦角，C指的是材料的凝聚力，指的是材料的正應(yīng)力，方程中的數(shù)值都要通過實(shí)驗(yàn)來確定。限制條件為
(2)屈服面在為六邊形。
2、線性模型
線性模型有各向同性、各向異性彈性模型。舉各向同性線性彈性模型為例，由廣義胡克定律可得：
（3）其中設(shè)彈性模量為E，泊松比v，這兩個(gè)參數(shù)都是變量，隨條件的變化而變化。
關(guān)于巖土本構(gòu)模型的研究一直十分活躍，從傳統(tǒng)的一廣義胡克定律、塑性勢(shì)理論為基礎(chǔ)的線彈性模型、塑性模型，又形成了不符合塑性勢(shì)理論的模型，如雙屈服面模型。隨著技術(shù)的進(jìn)步，近期發(fā)展的新的巖土本構(gòu)模型主要分為三類：
非線性理論引申至巖土本構(gòu)模型的研究中。主要由分形幾何；突變論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論[1]。
傳統(tǒng)的巖土本構(gòu)模型是基于宏觀的肉眼可查的現(xiàn)象，而如果從土體的損傷這些微觀的角度出發(fā)，可以把損傷力學(xué)理論與結(jié)構(gòu)研究成果相聯(lián)系，這就是微觀結(jié)構(gòu)性模型[2]。
由于近年來大型工程多建造在環(huán)境復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中，工程地質(zhì)中的巖土明顯具有各向異性，施工難度加大。所以各向異性本構(gòu)模型的研究更加深入，特別是迫切需要完善構(gòu)造在滲流作用影響下的各向異性的本構(gòu)模型[3]。
二、用巖石力學(xué)觀點(diǎn)分析地震原因
現(xiàn)在我們所談?wù)摰牡卣鹬饕菢?gòu)造地震。構(gòu)造地震又稱斷層地震，是地震的一種，由地殼在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中發(fā)生形變，當(dāng)變形超出巖石的承受能力時(shí)，巖石就發(fā)生了斷裂，在構(gòu)造地震中長(zhǎng)期積累的能量得到釋放。波及范圍大，破壞性很大。世界上百分之90以上的地震、幾乎所有破壞性地震于構(gòu)造地震[3]。
構(gòu)造地震和巖石力學(xué)具有不可分割的聯(lián)系。構(gòu)造地震的成因是地殼運(yùn)動(dòng)造成的巖石破壞。研究地震歸根結(jié)底是研究巖石的構(gòu)造。從地震學(xué)研究角度，巖石強(qiáng)度理論主要是采用庫(kù)倫理論及摩爾庫(kù)倫理論。
庫(kù)倫理論：在組合應(yīng)力狀態(tài)下，庫(kù)倫理論表達(dá)式為：
（1）為剪應(yīng)力，為正應(yīng)力，c為粘聚力，為摩擦系數(shù) 。對(duì)于不同的巖石，由于不同，不同，所以也不盡相同，因此不同的巖石的性質(zhì)是地震關(guān)鍵。
地震研究中最感興趣的是巖石的脆性和延性。地震中具有延性的巖石，因其具有較好的延展性，所以變形緩慢，不易發(fā)生地震。而脆性巖石則不同，脆性巖石延展度不好，抗剪度低，極易發(fā)生破壞。由（1）得，當(dāng)小時(shí)，巖石屬脆性且強(qiáng)度低，隨著的增加，巖石脆性降低，延展性增強(qiáng)，抗剪強(qiáng)度增強(qiáng)。
由此可見，巖石的發(fā)育是發(fā)生地震的重要因素。當(dāng)巖石的發(fā)育均勻，且延展性良好時(shí)，巖體較穩(wěn)定，不易發(fā)生強(qiáng)震。當(dāng)巖石的發(fā)育不均勻，且多為脆性巖石時(shí)，地殼運(yùn)動(dòng)很容易破壞巖體，從而引發(fā)地震。當(dāng)然，在實(shí)際的地質(zhì)分布中，巖石的發(fā)育錯(cuò)綜復(fù)雜，所以這也為預(yù)測(cè)地震增添了極大的難度[4] ，鑒于地殼上的巖性分布遠(yuǎn)非均勻，可從周圍的地質(zhì)構(gòu)造和是否存在斷層來判斷是否發(fā)生地震。
總結(jié)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，中、細(xì)和粉砂是最易發(fā)生地震液化的土，因?yàn)榇祟愅链嘈詮?qiáng)，缺乏粘聚力且排水不暢，應(yīng)盡量避免在這種地質(zhì)構(gòu)造中建設(shè)大型工程。
巖石力學(xué)這門學(xué)科與研究地震的誘因及準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地震息息相關(guān)。隨著巖石力學(xué)的進(jìn)步，在未來我們有望更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)地震，從而減少地震帶來的危害。
三、水電地下工程的研究方法及進(jìn)展
水電地下工程包括水電站地下廠房、城市排水工程、海底隧道工程等。因?yàn)槲覈?guó)的水能資源主要集中于西南地區(qū)，地形地質(zhì)條件比較復(fù)雜，所以一定要在設(shè)計(jì)施工之前對(duì)工程地質(zhì)環(huán)境、巖土發(fā)育進(jìn)行充足的考察。
水電地下工程的研究方法
水電站地下工程由于洞深長(zhǎng)，斷面大，邊墻高，洞室多，導(dǎo)致施工復(fù)雜。要研究設(shè)計(jì)水電站地下工程的開挖，應(yīng)從以下三個(gè)方面進(jìn)行：
1.巖土環(huán)境對(duì)施工方案的制約
由于水電站的地下工程多建在山高谷深，勢(shì)差很大的山區(qū)，這決定其必然穿越不同的巖土環(huán)境，巖土環(huán)境軟弱破碎、高地應(yīng)力突出、大流量滲水都會(huì)使施工的安全問題突出。如錦屏二級(jí)水電站引水隧洞埋深大、高壓大流量涌突水，上流調(diào)壓井群含H2S氣體[5] 。所以應(yīng)該盡量詳細(xì)的掌握地質(zhì)巖土環(huán)境資料，謹(jǐn)慎選擇施工的方法，避免出現(xiàn)安全隱患，達(dá)到最優(yōu)的施工效果和最安全的施工目標(biāo)。
2.水電地下工程的施工對(duì)環(huán)境的影響
水電站地下工程施工量浩大，在施工時(shí)應(yīng)該盡量將對(duì)自然、人文環(huán)境的影響降到最小。主要要避免開挖對(duì)地表建筑的擾動(dòng)，如使地表地基凹陷、坍塌。同時(shí)還要避免對(duì)水環(huán)境的改變?cè)斐傻纳鷳B(tài)失衡，影響當(dāng)?shù)丨h(huán)境的穩(wěn)態(tài)。為了避免地下工程對(duì)環(huán)境的不良影響，應(yīng)該進(jìn)行全面的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，對(duì)構(gòu)造帶的位置、基巖面的高層、基巖和覆蓋層的水力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)[6]。
3.施工過程中控制土體穩(wěn)定性
在施工過程中，有很多控制擾動(dòng)土體穩(wěn)定性的方法，如改良加固土體，圍護(hù)與支護(hù)，合理選擇施工順序等。
水電地下工程的進(jìn)展
我國(guó)水電地下建筑物的發(fā)展趨勢(shì)為工程規(guī)模巨大、地質(zhì)條件比較復(fù)雜、施工進(jìn)度快。我國(guó)水電地下工程的施工技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。我們有先進(jìn)的管理理念和組織模式；大型高效施工機(jī)械為地下工程施工提供了條件保障；打破行業(yè)局限，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的格局初步形成；取得了較為豐富的不良地質(zhì)條件下施工經(jīng)驗(yàn)。今年來在規(guī)模方面取得了一系列的新突破如相繼完建的二灘、三峽右岸、龍灘等開挖斷面大于500m2的水電站尾水洞工程。
四、水電高邊坡的研究方法及進(jìn)展
高邊坡的定義是對(duì)于土質(zhì)邊坡高度大于20m、小于100m或巖質(zhì)邊坡高度大于30、小于100m的邊坡，其邊坡高度將對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響，其邊坡穩(wěn)定性作用分析和防護(hù)加固設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行個(gè)別或特別設(shè)計(jì)計(jì)算，這些邊坡稱為高邊坡[7]。由于我國(guó)水利資源豐富的地區(qū)多位于一二級(jí)階梯，這樣的地區(qū)水流落差大，但同時(shí)高山峽谷的高差也很大，所形成的地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，在水電工程施工過程中高邊坡問題廣泛存在。高邊坡具有很大的安全隱患，如果不謹(jǐn)慎處理，極有可能帶來極大的危害。如意大利的瓦伊昂大壩，就是由于拱壩左壩肩緊靠滑坡極不穩(wěn)定，又緩慢蠕動(dòng)變成瞬間高速移動(dòng)[8]。
1.研究水電高邊坡應(yīng)分一下幾點(diǎn)進(jìn)行
判斷基本地質(zhì)條件
高邊坡的地質(zhì)構(gòu)造往往比較復(fù)雜，影響邊坡的因素也很多。只是由于這種地質(zhì)的復(fù)雜性，我們才要在選址筑壩時(shí)詳細(xì)研究地質(zhì)的成因、物質(zhì)組成、工程特性的覆蓋層邊坡或滑坡體，還各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，甚至涉及高地應(yīng)力、高地下水位等復(fù)雜作用。
根據(jù)地質(zhì)條件評(píng)價(jià)穩(wěn)定狀態(tài)
根據(jù)第一步對(duì)于基本地質(zhì)條件信息的搜集，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。要綜合考慮邊坡施工期、運(yùn)行期各種作用和邊坡巖體、滑坡體物理力學(xué)特性的可能變化、邊坡失穩(wěn)的可能影響，提出合理的施工措施。
一旦發(fā)生高邊坡及時(shí)治理
按照“治坡先治水”的治理原則，如控制開挖、預(yù)加固、錨噴支護(hù)、抗滑樁、混凝土回填等措施靈活且針對(duì)性強(qiáng)。
2、我國(guó)高邊坡的進(jìn)展
巖石高邊坡在我國(guó)的分布極為廣泛，以西南和西北地區(qū)為主[9]。邊坡穩(wěn)定性已成為大型水電站建設(shè)中的重點(diǎn)問題，而邊坡巖體變形的研究分析是評(píng)價(jià)高邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵性問題。我國(guó)廣大水電建設(shè)者在與滑坡災(zāi)害作斗爭(zhēng)的過程中不斷吸取教訓(xùn)，開展科技攻關(guān)，是的邊坡加固技術(shù)不斷提高。