金 光 日

(延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

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“GeoStudio”軟件在土邊坡穩(wěn)定性評價教學中的應(yīng)用★

金 光 日

(延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

介紹了邊坡穩(wěn)定性評價教學的內(nèi)容，闡述了利用GeoStudio軟件進行邊坡穩(wěn)定性評價教學的方法，指出該教學方法激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學生動手解決實際工程問題的能力。

邊坡，GeoStudio軟件，穩(wěn)定性，教學內(nèi)容

邊坡穩(wěn)定性評價不僅僅是“邊坡工程”課程的核心內(nèi)容，還涉及到“土力學”“巖石力學”“工程地質(zhì)”“流體力學”等課程的多方面專業(yè)知識，是土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課程的綜合應(yīng)用。“邊坡工程”課程和邊坡實際設(shè)計與施工緊密結(jié)合，本科生學習“邊坡工程”課程時，一般缺乏實際邊坡工程的認識，導致難以理解邊坡穩(wěn)定性評價方法和過程；因此教學過程需要讓學生全面參與邊坡設(shè)計環(huán)節(jié)，理論知識和專業(yè)分析軟件分析相結(jié)合，激發(fā)學生的興趣，激活學生的主動學習和思考的能力，達到鞏固和增強對“邊坡工程”課程的直觀認識，并培養(yǎng)學生處理實際邊坡問題的能力。

1 邊坡穩(wěn)定性評價教學內(nèi)容

邊坡分為天然邊坡和人工邊坡，人工邊坡和天然邊坡的滑動現(xiàn)象各有特征，但區(qū)分不明確。邊坡破壞形態(tài)對邊坡穩(wěn)定性評價方法的選擇起著很重要的作用，在巖土力學的觀點把邊坡的滑動形態(tài)分為崩塌、傾倒、滑動、平動、流滑等以上兩個同時發(fā)生時分為復合(complex)[1]。邊坡穩(wěn)定性分析是綜合性、復雜性、理論性較強的專業(yè)工程問題。影響邊坡穩(wěn)定性原因很多，Terzaghi[2]提出了邊坡失穩(wěn)原因，如表1所示。

表1 邊坡失穩(wěn)原因(Terzaghi，1950)

邊坡穩(wěn)定性分析方法主要分為定性分析方法與定量分析方法。定性分析方法有工程地質(zhì)類比法、圖解法、邊坡穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)庫、專家系統(tǒng)等；定量分析方法中有極限平衡分析法與數(shù)值分析法[3]。另外還有模糊綜合評價法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、灰色系統(tǒng)評價法、可靠度分析方法、遺傳算法等不確定分析方法[3]。除了上述的內(nèi)容以外，邊坡穩(wěn)定性還與工程勘察、工程治理措施、工程維護等許多內(nèi)容有關(guān)。邊坡工程的知識量較大，是屬于跟理論緊密相結(jié)合的應(yīng)用型課程，是土木工程專業(yè)本科所學的基礎(chǔ)課程的綜合應(yīng)用。邊坡工程研究的所有問題來自于實際現(xiàn)場，同時服務(wù)于實際業(yè)務(wù)當中。學習邊坡穩(wěn)定性分析的最終目的是解決實際工程問題為主要內(nèi)容。學生學習邊坡穩(wěn)定性評價課程時，大部分學生缺少對實際工程的過程和方法，還有計算量比較大，因此導致課程的難以理解和消化。因而教學過程需要將大量工程設(shè)計實例引入教學，通過典型的實際工程設(shè)計實例進行講述；掌握理解理論知識的基礎(chǔ)上動手操作土邊坡穩(wěn)定性分析相關(guān)專業(yè)軟件，來解決邊坡工程的穩(wěn)定性問題，讓學生全面參與到邊坡穩(wěn)定性分析和設(shè)計當中。加深學生對邊坡穩(wěn)定性分析的理解，引導學生培養(yǎng)和掌握處理邊坡設(shè)計問題的能力。

2 “GeoStudio”在邊坡穩(wěn)定性分析教學中的應(yīng)用

GeoStudio是巖土工程專業(yè)常用的比較優(yōu)秀的模擬計算軟件，是基于極限平衡法和數(shù)值分析法為一體的巖土工程，環(huán)境問題分析軟件。GeoStudio軟件中的SLOPE/W，SEEP/W模塊主要針對天然邊坡、人工邊坡、地震影響、路堤、地下水滲透等問題模擬分析，是分析邊坡穩(wěn)定分析的普遍常用軟件。

在實際工程中，鑒于工程地質(zhì)條件、地下水分布和流動情況、巖土層飽和、降雨量等復雜條件，應(yīng)用本科生所掌握的巖土力學知識直接能求實際工程問題的情況極少。一般學生在學習相關(guān)邊坡穩(wěn)定性分析課程中，容易出現(xiàn)理論與實踐脫節(jié)，和實際工程結(jié)合不緊密，相關(guān)知識應(yīng)用困難等問題。而且難以讓學生了解相關(guān)理論知識在實際工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、解決實際邊坡工程問題的能力。隨著土木工程技術(shù)和相關(guān)計算軟件的發(fā)展，借助于這些計算工具，能給出在復雜條件下的工程問題的數(shù)據(jù)結(jié)果、應(yīng)力變化曲線、圖像或動畫，應(yīng)用相關(guān)專業(yè)軟件得出的計算結(jié)果比較直觀明了，生動形象。通過分析和結(jié)果判讀過程，能提高學生理論知識的掌握和理解能力并能培養(yǎng)解決實際工程問題的能力，最終能達到獨立解決邊坡工程問題的目的。

表2 壩體和土層物理力學性質(zhì)

材料密度/kN·m-3滲透系數(shù)/m·sec-1粘聚力/kPa內(nèi)摩擦角/deg壩體225．78e-0071530土層1196．50e-0072032土層2227．00e-0082035

以SLOPE/W，SEEP/W模塊堤壩邊坡穩(wěn)定性分析為例進行詳細探討，幫助學生理解實際工程中經(jīng)常應(yīng)用的各種邊坡穩(wěn)定評價方法，調(diào)動學生的興趣和積極性，激發(fā)學生的動手能力和創(chuàng)新能力。某堤壩邊坡穩(wěn)定性分析模型如圖1所示。壩體和土層物理力學性質(zhì)如表2所示。研究的主要內(nèi)容是，水庫水位不變的條件下壩體上流側(cè)的隔水板的深度對壩體的穩(wěn)定性的影響程度。本例不僅僅局限于邊坡穩(wěn)定分析的問題，還跟土的滲透和滲流有密切的關(guān)系，所以結(jié)合GeoStudio軟件中的SLOPE/W，SEEP/W模塊來分析壩體邊坡的穩(wěn)定性。首先利用SEEP/W模塊，分析一定深度的隔水板條件下的壩體滲流/滲透問題，得到壩體和壩基下的滲流流網(wǎng)，然后把上述的計算結(jié)果導入到SLOPE/W模塊，用極限平衡分析方法(Bishop法，Janbu法，Morgenstern-Price法)分析相對應(yīng)條件下的邊坡穩(wěn)定性。本例應(yīng)用的分析方法是Bishop法。最終得出了水位不變的條件下，上流側(cè)隔水板的深度對壩體穩(wěn)定性的影響程度，并導出了隔水板的最佳深度4 m。邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果見圖2。該實例比較簡單，但充分反映了實際工程中常遇到的情況，并能夠顯著提高學生對理論知識的理解力，能夠激發(fā)學生學習的興趣。通過教學使學生意識到專業(yè)軟件是一種有效的解決工程實際問題的好工具，同時提高了學生動手能力和解決實際問題的能力。

3 結(jié)語

本文對“GeoStudio”軟件在土邊坡穩(wěn)定性評價教學中的應(yīng)用進行了教學嘗試，通過這次教學嘗試，可以使學生較快地掌握和理解相關(guān)邊坡穩(wěn)定性分析的內(nèi)容，并把課堂上的知識與實際聯(lián)系起來，激發(fā)了學生的學習興趣。學生在理解相關(guān)理論基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學生專業(yè)知識的綜合應(yīng)用能力，提高了學生動手解決實際工程問題的能力。相信這次教學課程，對于學生理解和掌握其他專業(yè)課程以及參加工作以后在實際工作當中都有很大的幫助。

[1] Varnes D.J..Slope Movement Types and Processes,Landslides Analysis and Control[M].Special Report 176,Transportation Research Board,Washington.D.C..,1978.

[2] Terzaghi,K..Mechanism of Landslides,Geological Society of America,Berkeley Volume,1950：83-123.

[3] 張遠芳,張凌凱.土力學中邊坡穩(wěn)定性評價方法教學改革研究[J].中國西部科技,2014,13(2):99-101.

Application of “GeoStudio” software in soil slope stability evaluation★

Jin Guangri

(CollegeofEngineering，YanbianUniversity,Yanji133002,China)

The thesis introduces slope stability evaluation teaching contents, describes slope stability evaluation teaching methods of applying GeoStudio software, and finally points out that: the above-mentioned teaching method can not only stimulates students’ learning interest, but also improve students’ abilities of solving actual engineering problems.

slope, GeoStudio software, stability, teaching content

1009-6825(2016)26-0235-02

2016-07-03★:吉林省高等教育教學改革立項課題-重點項目(項目編號：吉教高字2014-46號)；延大土木工程建造技術(shù)教學資源庫建設(shè)基金(項目編號：802014010)

金光日(1980- )，男，博士，講師

G642.0

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