發(fā)布時間：2022-04-18 08:42:34
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇巖石力學(xué)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1巖石力學(xué)的基本特點
隨著時代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對巖石的認識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。在對巖石力學(xué)的研究時，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)會靈活運用相關(guān)知識來研究。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，我們對巖石力學(xué)有了新的思考和認識，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，它們在反復(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)過不停地勞動進行開挖的過程，是動態(tài)的非靜態(tài)的。開挖過程中巖體的力學(xué)性質(zhì)也會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、強度性和變形性，它會隨著巖體內(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，可以通過對采礦地點的土層地質(zhì)分析來提前預(yù)測在采礦工程中會出現(xiàn)的災(zāi)害，然后可以在工程設(shè)計中規(guī)避這些災(zāi)害。
3．2測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用巖石力學(xué)對采礦工程所在地的地應(yīng)力進行測量，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
隨著深凹開采的普遍出現(xiàn)開采難度不斷增加，對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行。
4結(jié)語
總之，隨著巖石力學(xué)在采礦工程中應(yīng)用的不斷發(fā)展，如今我國的巖石力學(xué)已具備了世界先進水平。相關(guān)從業(yè)人員還應(yīng)不斷結(jié)合實際，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、實踐性強且教學(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)和巖石對各種物理環(huán)境的力場產(chǎn)生效應(yīng)的一門理論學(xué)科。對于具體的巖土工程，也涉及巖體在力場作用下的強度、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)采礦工程的優(yōu)秀專業(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實的理論知識基礎(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)生能夠運用巖石力學(xué)知識解決采礦工程中的常見巖石力學(xué)問題，為后續(xù)進一步學(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，如采動應(yīng)力場、淺埋深采動巖體力學(xué)、煤礦采場圍巖控制、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，未能充分運用先進的教育理論與手段。在講授知識時，采用“填鴨式”和“滿堂灌”方式，學(xué)生逐漸喪失學(xué)習(xí)的興趣與動力，學(xué)生上課睡覺和作業(yè)應(yīng)付的現(xiàn)象日趨嚴重，這必然影響學(xué)生對專業(yè)知識的系統(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)理論與礦山工程實踐緊密相結(jié)合的課程，知識體系復(fù)雜且相對零散。由于受教學(xué)場地、經(jīng)費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)實踐缺乏必要的結(jié)合，教師只能以課堂講授為主，與實際礦山工程的聯(lián)系較少，影響了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的實踐能力培養(yǎng)。
3.考核手段單一?？荚囀欠答亴W(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要途徑，也是檢測教育目標(biāo)達成度的重要工具。目前，巖石力學(xué)考核成績是由期末考試成績和平時成績簡單組成，考查內(nèi)容主要體現(xiàn)在書本知識的記憶掌握程度，較少反映學(xué)生獨立思考、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，僵化單一的考核模式也妨礙了教師的主觀能動性。
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。在一個較短學(xué)期，如何既能強化力學(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。
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)知識內(nèi)容，如露天礦邊坡的穩(wěn)定、采場與巷道圍巖控制等。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)值模擬計算和力學(xué)試驗等，然后結(jié)合分析礦山工程實例，把相近的礦山工程問題建模分析，最后提出解決方案。
2.知識案例化，豐富教學(xué)手段。巖石力學(xué)部分知識內(nèi)容抽象難理解，因此可以根據(jù)課程重難點部分，采用詳細講解的方式，通過一個或若干個設(shè)計實例或工程案例，引導(dǎo)學(xué)生對問題的思考和分析，有利于調(diào)動學(xué)生的主動性。課前，學(xué)生應(yīng)該研讀工程案例并認真分析案例材料，圍繞案例進行相關(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，進而產(chǎn)生新的設(shè)想。例如在講授高地應(yīng)力內(nèi)容時，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。
靈活運用現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)工具來增加課堂信息量，增強教學(xué)效果。對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；對于大量的實物圖形、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，可充分運用多媒體、互聯(lián)網(wǎng)等先進教學(xué)技術(shù)，通過圖片、視頻和動畫等多種表現(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，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：平時出勤、分階段性小測驗、專題講演和期末測試，其中平時出勤及作業(yè)完成情況占10%，分階段性小測驗成績占總成績的10%，自主選擇的專題講演成績占總成績的15%，期末考試及大論文作業(yè)成績占總成績的65%。采用這種考核方式能更加公平合理地評價學(xué)生學(xué)習(xí)成績，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，加深對本課程的理解，開闊視野。學(xué)生缺課嚴重的情況得到根本改善，考核效果更加真實地反映學(xué)生學(xué)習(xí)情況。
四、結(jié)語
巖石力學(xué)最早源于采礦實踐活動，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，加強理論與礦山工程實踐的聯(lián)系。需要結(jié)合自身教學(xué)實踐活動，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驗教學(xué)內(nèi)容存在的缺陷，指出了實驗教學(xué)內(nèi)容改革的方向，并提出了具體的實驗教學(xué)改革方案，設(shè)計了與實驗教學(xué)方案配套的實驗系統(tǒng)、實驗步驟與實驗原理，為該課程本科教學(xué)奠定了堅實的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：實驗教學(xué)；礦山壓力；瓦斯流動；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。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)實驗方法及原巖應(yīng)力確定方法；巖石本構(gòu)關(guān)系與強度理論、巖體強度特性；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；礦山采掘活動礦壓控制基本方法。具有解決礦山巖土工程實踐問題的基本技能，能夠為礦井瓦斯治理提供服務(wù)。
二、目前課程實驗教學(xué)內(nèi)容
目前該課程的實驗課為6個學(xué)時，設(shè)置情況如表1所示。
通過表1可知，目前該課程的實驗課主要側(cè)重在兩個方面：一是力學(xué)性能的測試，如實驗力學(xué)參數(shù)測試、巖石抗拉強度測試；二是采動過后礦山壓力的測試，如礦壓監(jiān)測相似模擬試驗。該課程實驗課未涉及采動過后由于礦山壓力的變化引起瓦斯運移的情況。
三、實驗教學(xué)改革必要性分析
眾所周知，煤層開采后，煤體周邊的應(yīng)力分布對瓦斯運移產(chǎn)生了巨大影響。工作面應(yīng)力重新分布，上覆巖層會產(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。從瓦斯流動的角度看，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)部流動的彎曲下沉帶。從橫向看，瓦斯的流動在不同應(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，具體可分為以下四個區(qū)域。
1.瓦斯自然涌出區(qū)：它與原始應(yīng)力區(qū)對應(yīng)，巖層的透氣性系數(shù)較低，為原始值，瓦斯涌出量按負指數(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，個別可達200m以上。
通過上述分析可知，煤層中的瓦斯流動與煤體受到的圍巖壓力密切相關(guān)，而瓦斯流動規(guī)律是礦井瓦斯防治的重要依據(jù)，因此采動引起的煤層瓦斯流動規(guī)律是安全工程專業(yè)《巖石力學(xué)與礦山壓力》課程的重要知識點。通過實驗的方式再現(xiàn)圍巖壓力與煤體瓦斯流動規(guī)律能夠加深學(xué)生對該知識點的掌握，而目前該課程沒有相關(guān)的實驗課。本文通過設(shè)計相關(guān)實驗方案，使學(xué)生更好地掌握了該知識點。
四、實驗教學(xué)改革方案
改革的實驗教學(xué)方案綜合考慮圍巖、軸壓以及煤層瓦斯壓力對煤層瓦斯流動的影響，從而分析不同采動條件，不同位置煤體瓦斯流動規(guī)律；瓦斯在煤體中的流動可以通過滲透率來表征，因此，實驗主要測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，因此在實驗過程中，通過二氧化碳氣體來代替甲烷。
1.實驗系統(tǒng)。實驗設(shè)備采用中國礦業(yè)大學(xué)（北京）自主研制的煤巖滲透率測試系統(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。整套實驗系統(tǒng)主要由如下五個子系統(tǒng)組成：①煤樣夾持系統(tǒng)。②應(yīng)力加載系統(tǒng)。③氣體運移系統(tǒng)。④溫度控制系統(tǒng)。⑤數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
2.實驗流程。滲透率實驗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導(dǎo)致的實驗誤差；③利用旋片式真空泵對系統(tǒng)和管路進行抽真空；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，提供實驗預(yù)設(shè)的氣體壓力，開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；⑤定時讀取壓力加載系統(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（兩小時內(nèi)流量變化值小于0.1 ml/min），認定本組實驗完成；⑥改變不同的實驗條件（孔隙壓力、軸壓和圍壓），進行下一組實驗。
4.實驗結(jié)果。以圍壓對含瓦斯煤滲透率的影響為例，為了考察圍壓對含瓦斯煤滲透率的影響，選取煤樣軸壓固定4MPa，分別對圍壓2MPa、4MPa和6MPa三種條件下的二氧化碳孔隙壓力對滲透率的影響情況進行測試。通過分析不同圍壓條件下的滲透率實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同圍壓條件下的滲透率變化趨勢是不同的：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的經(jīng)典認識不同，因為在以前研究中多認為有效應(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是相同的。
通過不同加載條件下的煤樣滲透率的實驗，學(xué)生可以更好的掌握加載條件在煤層瓦斯流動中的作用，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》課程實驗教學(xué)內(nèi)容存在的問題，提出了實驗教學(xué)內(nèi)容改革的必要性。
2.設(shè)計了加載條件對煤層瓦斯流動的實驗系統(tǒng)，闡明了實驗步驟以及實驗原理。
3.開展了不同圍巖壓力對煤體氣體滲透特性實驗，實驗結(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：實施外語授課是高等教育國際化進程中的一個重要環(huán)節(jié)，也是碩士留學(xué)生課程教學(xué)的必要手段。中國石油大學(xué)（北京）在石工專業(yè)碩士留學(xué)生班進行高等巖石力學(xué)全英文授課的教學(xué)改革和實踐，本文對全英文授課教學(xué)效果進行評價、比較和分析。實踐證明，該課程的全英文授課結(jié)合留學(xué)生專業(yè)和文化背景實際，探索了全英文授課的教學(xué)模式，并對進一步推廣經(jīng)驗有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：全英文授課;巖石力學(xué);碩士留學(xué)生
中國石油大學(xué)（北京）石油天然氣工程專業(yè)是國家重點學(xué)科，并招收外國本科畢業(yè)生（來自中亞、非洲和南美等國）來華就讀碩士。隨著學(xué)校自身國際化建設(shè)及來華留學(xué)生的增加，對于研究生從事各種學(xué)術(shù)活動，英語是必須掌握的國際通用的科技語言。采用英語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行學(xué)科的講授，它已經(jīng)成為實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必修課程，需要進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)》為例進行詳細分析。
一、《高等巖石力學(xué)》全英文授課的實施概況
巖石力學(xué)作為理論性和應(yīng)用性很強的學(xué)科在國民生產(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作用下變形與破壞規(guī)律的理論及其實際應(yīng)用。本課程全英文授課對接近20人的一個來華留學(xué)生班進行授課。該課程共有32學(xué)時，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，我國很多高校也均開展了全英文授課的實踐。
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。進一步為了授課簡明清楚，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。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、儲層巖石力學(xué)等幾大專題開展。分別結(jié)合國內(nèi)的以及留學(xué)生來自國家的典型區(qū)塊典型問題，給予介紹和分析，提升課程的針對性和有效性。
3.教學(xué)方法的改進。針對外國留學(xué)生在各自國家接受本科教育的特點，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，積極主動推進對某概念和專題的研討交流。外國學(xué)生不會保留自己的觀點，會大膽提出自己的見解或者對不懂的問題主動示意。鼓勵中亞地區(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。針對一個問題，請中亞和非洲的同學(xué)相互討論、互相解惑，最終由主講教師給予指導(dǎo)和評價。外國學(xué)生愿意進行課堂討論和分組學(xué)習(xí)，結(jié)合好這一特點從多方面提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。
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，考察對課程內(nèi)容的掌握情況。筆試題目涉及出英文考核的幾個典型題目，以目標(biāo)知識點為基準，考察基本概念和基本理論的理解和運用。
5.貫穿中國文化與中文概念的介紹。結(jié)合外國留學(xué)生來華學(xué)習(xí)的目的，就一些關(guān)鍵的專業(yè)詞匯給予中文簡要介紹，并傳播中國文化。就同學(xué)們關(guān)注的一些中文專業(yè)詞匯和中國文化現(xiàn)象給予部分介紹。
6.參觀巖石力學(xué)實驗室。帶領(lǐng)學(xué)生參觀學(xué)校巖石力學(xué)實驗室，了解試驗設(shè)備和操作流程，請研究生現(xiàn)場操作簡單試驗，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，對全班20位留學(xué)生進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點的全覆蓋后的試題成績來看，成績分布如表2。從成績分布比例來看，主要成績分布在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)基本概念和運用。
表3展示課程教學(xué)內(nèi)容實踐的一個學(xué)時分布，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)時數(shù)。塑性力學(xué)理論主要是介紹典型的強度和屈服準則。此外，幾大石油工程巖石力學(xué)專題給予重點介紹。
表4展示課程教學(xué)內(nèi)容難以程度的一個反饋，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識。針對幾個專題的講解，留學(xué)生認為內(nèi)容有針對性并有較好的學(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)》進行全英文授課教學(xué)改革，是中國石油大學(xué)（北京）國際化研究生教學(xué)的必然要求?？傮w而言，通過多個方面的教學(xué)改革，以及對學(xué)生的問卷調(diào)查，課程達到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)并得到了留學(xué)生的認可。盡管和中文授課以及對中國學(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)模式值得進一步提升和推廣。
摘要：“卓越計劃”是促進中國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措。巖石力學(xué)作為典型的跨行業(yè)通用課程是一門應(yīng)用性和實踐性很強的應(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)準混亂陳舊、忽視工程能力培養(yǎng)的問題，難以達到“卓越計劃”的培養(yǎng)要求。從土木工程專業(yè)教學(xué)實踐出發(fā)，提出了教學(xué)內(nèi)容模塊化，合理選擇培養(yǎng)標(biāo)準；強化基本概念理解，培養(yǎng)創(chuàng)新能力；深入工程現(xiàn)場，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)計劃”（簡稱“卓越計劃”）是貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010―2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010―2020年）》的重大改革項目，也是促進中國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措，科學(xué)時報[1]將“卓越計劃”啟動列為2010年中國高等教育十件大事之一。該計劃旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量的各類型工程技術(shù)人才。“卓越計劃”具有三大培養(yǎng)特點：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)準和行業(yè)標(biāo)準培養(yǎng)工程人才；三是強化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。
針對“卓越計劃”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行了深入探討。林健[2]從課程體系的價值取向、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“卓越計劃”的四個主要問題：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)略角度對科學(xué)培養(yǎng)采礦人才進行了深入思考。
一、 巖石力學(xué)課程的特點
巖石力學(xué)是一門應(yīng)用性和實踐性很強的應(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。雖然中國推行了跨行業(yè)的統(tǒng)一標(biāo)準，如GB/T 50266―2013《工程巖體試驗方法標(biāo)準》、GB/T 50218―2014《工程巖體分級標(biāo)準》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)語巖石力學(xué)》、DL/T 5368―2007《水電水利工程巖石試驗規(guī)程》和JTG E 41―2005《公路工程巖石試驗規(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)特色角度對課程教學(xué)改革進行了有益的嘗試，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]等方面進行了巖石力學(xué)課程的教學(xué)改革實踐。遺憾的是，對巖石力學(xué)這門跨行業(yè)、特點鮮明的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，目前還未見針對“卓越計劃”培養(yǎng)特點的教學(xué)改革研究成果。
作為“卓越計劃”試點高校的中國礦業(yè)大學(xué)經(jīng)過長期發(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，對中國煤炭能源行業(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，地位尤其顯著。
在上述背景下，如何在有限的教學(xué)時間內(nèi)按通用標(biāo)準和煤礦行業(yè)標(biāo)準培養(yǎng)工程人才，強化學(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)實踐，初步探討面向“卓越計劃”的巖石力學(xué)教學(xué)改革思路，期望能夠拋磚引玉，對其他涉及巖石力學(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)雜深奧的力學(xué)內(nèi)容；巖石力學(xué)的研究對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，然而隨著通識教育課程的增加，各專業(yè)課程課時被大幅削減，巖石力學(xué)課時由80學(xué)時精簡為如今的32 學(xué)時， “滿堂灌”現(xiàn)象成為普遍，學(xué)生對該課程內(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。
（二） 基本概念模糊，難以培養(yǎng)創(chuàng)新性思維
基本知識的深刻理解，是創(chuàng)新思維形成的力量之源。一些教師在課堂教學(xué)中對基本概念強調(diào)不夠，分析不透，著重于公式推導(dǎo)、施工工藝或科研項目介紹等細枝末節(jié)的講解，本末倒置，背離了巖石力學(xué)課程設(shè)置的初衷。重點概念比如地應(yīng)力、流變、強度理論、應(yīng)變軟化現(xiàn)象、剪脹、尺度效應(yīng)、圍巖支護工作作用原理等內(nèi)容應(yīng)該重點分析。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（如強度理論、剪脹、三軸試驗、二次應(yīng)力和附加應(yīng)力等），如果不進行相關(guān)內(nèi)容的分析對比，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)準選擇混亂陳舊
如前所述，由于巖石力學(xué)是多個專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，每個工程領(lǐng)域都有各自的行業(yè)術(shù)語、標(biāo)準、規(guī)范和教材。但是如果教師在巖石力學(xué)基礎(chǔ)知識和工程應(yīng)用方面的講解都遵照本行業(yè)的規(guī)范和術(shù)語，將會造成學(xué)生知識面過窄，不利于國家通用標(biāo)準的推廣和學(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、理論脫離實際。如何達到“按通用標(biāo)準和行業(yè)標(biāo)準培養(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，國家相關(guān)部門也會適時推出新的標(biāo)準和規(guī)范，比如深部資源開采帶來的“三高一擾動”、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跟蹤行業(yè)發(fā)展動態(tài)，將會導(dǎo)致課程知識體系陳舊無用。
（四）忽視工程能力的培養(yǎng)
實踐是工程教育培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，巖石力學(xué)是一門應(yīng)用性很強的工程學(xué)科，然而受授課時間、資金、場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傳授為主，強調(diào)科學(xué)基礎(chǔ)，試圖傳授更多的理論知識，理論與工程實踐脫節(jié)嚴重，忽略了工程的系統(tǒng)性及其實踐特征。“重理論、輕實踐，重課堂、輕課外”的教學(xué)模式導(dǎo)致學(xué)生動手能力差、工程能力弱化，對于巖石力學(xué)課程中諸如地應(yīng)力測量方法、監(jiān)控量測、松動圈測試、超前地質(zhì)預(yù)報和地下工程支護技術(shù)等工程現(xiàn)場的常規(guī)問題無法直觀體驗，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，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性。
三、面向“卓越計劃”的教學(xué)改革思路及實施路線
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方向，所有方向都開設(shè)巖石力學(xué)課程。依據(jù)專業(yè)實際情況，以礦山建設(shè)工程方向為重點，具體就面向“卓越計劃”的巖石力學(xué)課程教學(xué)改革思路及實施路線進行深入探討。
（一）教學(xué)內(nèi)容模塊化，合理選擇培養(yǎng)標(biāo)準
為了達到“學(xué)校按通用標(biāo)準和行業(yè)標(biāo)準培養(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，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，根據(jù)各方向前置課程的授課內(nèi)容確定合理的知識點。比如，彈性力學(xué)課程不在工民建方向的培養(yǎng)計劃之內(nèi)，對該方向應(yīng)該加大彈性力學(xué)的權(quán)重。
（2）“巖石力學(xué)基礎(chǔ)知識”模塊20學(xué)時，包括“巖石組構(gòu)及其物理性質(zhì)”“巖塊變形與強度”“弱面變形和強度”“巖體變形和強度”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）、強度和變形試驗、巖體原位變形、強度和聲波速度試驗以及原巖應(yīng)力測試等內(nèi)容，應(yīng)嚴格按照通用的國家標(biāo)準GB/T 50266―2013《工程巖體試驗方法標(biāo)準》來講授。
（3）“工程應(yīng)用”模塊8學(xué)時，根據(jù)專業(yè)方向的不同，選擇各方向重要的工程應(yīng)用及案例進行講解。巖體分級是各方向都應(yīng)該著重講授的內(nèi)容，應(yīng)該以通用標(biāo)準GB/T 50218―2014《工程巖體分級標(biāo)準》為主，并輔以各方向的分級標(biāo)準。如礦山建設(shè)工程方向的普氏分級標(biāo)準、交通土建工程方向的 JTG D70-2004《公路隧道設(shè)計規(guī)范》和Q分類等。對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)對工程實踐中常見的災(zāi)害機理作介紹，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）剛性試驗機是20世紀70年代巖石力學(xué)的重要進展，對其機理進行嚴謹?shù)睦碚撏茖?dǎo)，對于初次接觸的學(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)易于儲存變形能的特點，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機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)試驗是課程的重要內(nèi)容，書面講解試驗步驟較為枯燥，效率低下，但若先上試驗課，一缺乏必要的準備知識，二受試驗條件所限，難以讓每個學(xué)生都參與其中，必然導(dǎo)致教學(xué)效果較差。由于視覺化的知識能夠在短時間內(nèi)留下深刻的印象，因此，可采用拍攝試驗全過程的方法，包括聲波速度測試、單軸壓縮試驗、單軸抗壓強度試驗、直接剪切試驗、角模壓剪試驗、巴西劈裂試驗和點荷載試驗等，在每個試驗講解前播放視頻，然后書面講解試驗機理和數(shù)據(jù)處理程序，最后通過試驗課直觀體驗，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、開挖擾動和圍巖等一系列巖體工程特有的概念。對于從理論力學(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。筆者選擇理想試驗的方式來形象化該概念，具體來講，就是將地層簡化為彈簧-質(zhì)點系統(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“開挖”去除一部分質(zhì)點，必然帶來“應(yīng)力重分布”和“開挖擾動”。
（三）深入工程現(xiàn)場，提升工程能力
為達到“行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程，強化培養(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)嵭小白吭接媱潯迸囵B(yǎng)方案，學(xué)生企業(yè)實訓(xùn)學(xué)時達到36周，有充足的時間在煤礦現(xiàn)場進行實踐學(xué)習(xí)。在學(xué)院層面與永煤集團車集煤礦、城郊煤礦簽訂了本科生合作培養(yǎng)協(xié)議，建立了現(xiàn)場實踐教學(xué)基地。
在這種良好的前提下，可在課堂教學(xué)（32學(xué)時）之外，將部分課堂教學(xué)內(nèi)容與學(xué)院在煤礦現(xiàn)場的科研項目有機結(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)生對理論知識的認識，又能提高學(xué)生的動手能力。如課堂內(nèi)的“巖體聲波速度測試”與現(xiàn)場巷道松動圈測試，“原巖應(yīng)力測試”與現(xiàn)場常用的空心包體法測試，“古典地壓理論”與支護結(jié)構(gòu)地壓實測方法等。在教學(xué)過程中應(yīng)該在確保安全的前提下，采用小班精細化教學(xué)模式以適應(yīng)現(xiàn)場的惡劣條件。
聘請富有工程經(jīng)驗的工程師與授課教師進行交流合作。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，又能對青年教師起到幫助作用。比如：參觀軟巖大變形實例，加深學(xué)生對巖石流變的認識；觀摩支護施工流程，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)力重分布機理在現(xiàn)場的應(yīng)用。
四、結(jié)語
工程教育必須“回歸工程”， 在“卓越計劃”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)概念與機理，深入工程現(xiàn)場，加強實踐環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生興趣，切實提高教學(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，促進全英文教學(xué)在高校教育改革中的推進，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)用性很強的學(xué)科，在國民生產(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作用下變形與破壞規(guī)律的理論及其實際應(yīng)用的科學(xué)[1]。目前，我國絕大多數(shù)高校的研究生基礎(chǔ)課程以普通話作為教學(xué)語言，港澳臺地區(qū)主要使用英語教學(xué)或加大英語授課范圍。隨著高校自身國際化建設(shè)及來華留學(xué)生的增加，研究生在從事各種學(xué)術(shù)活動中，英語是必須掌握的國際通用的科技語言。采用英語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行學(xué)科的講授，它已經(jīng)成為實施全英文教育的重要手段之一。全英文教學(xué)也是高等教育國際化的重要指標(biāo)之一[4]。通過調(diào)研分析國內(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，我們對巖石力學(xué)建設(shè)全英文課程的必要性進行了探討。
一、目前研究生巖石力學(xué)課程的問題
（一）教學(xué)模式相對單一
由于巖石力學(xué)的理論性比較強，學(xué)生理解和應(yīng)用知識的難度大，影響了學(xué)習(xí)的自覺和主動性，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]。同時巖石力學(xué)的理論推導(dǎo)的要求比較高，并和實際工程結(jié)合比較緊密，因此僅靠傳統(tǒng)的教學(xué)講授方式，不能提高研究生獨立自主學(xué)習(xí)的能力。傳統(tǒng)的教學(xué)模式過于強調(diào)書本知識，不能很好地進行理論與實踐相結(jié)合，學(xué)生的實際運用能力相對較差，學(xué)習(xí)的興趣和積極性不高，對教師教授的知識不敢表達自己的看法和意見，批判性能力不高。
（二）教材內(nèi)容相對落后
隨著國內(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、現(xiàn)場檢測和經(jīng)驗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)容存在落后實際發(fā)展的現(xiàn)象，存在理論和現(xiàn)實脫節(jié)的情況，教材內(nèi)容不能很好地反映當(dāng)今世界先進的技術(shù)和經(jīng)驗，使學(xué)生們不能接觸到先進的科學(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)對象更加多元
隨著高校國際化建設(shè)和留學(xué)人員數(shù)量不斷上升，以中國石油大學(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言基礎(chǔ)會影響到接受能力，以普通話或雙語方式的課程教學(xué)，已不能滿足現(xiàn)有情況的需求[10，11]。
（四）教學(xué)語言需求更多
隨著國內(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，而亟需提升口語和聽力的能力。不少研究生在就讀期間還要進行國外訪問交流等活動，更加需要直接運用英文進行學(xué)習(xí)和交流。
（五）教師隊伍缺乏多元
面對高校生源國際化程度的提高的狀況，教師隊伍的國際化程度還有待提高，國際學(xué)生的文化背景及思維習(xí)慣等與本土教師有較大異同。邀請國外巖石力學(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、原版書籍或文獻等，提出巖石力學(xué)的關(guān)鍵概念和問題，鼓勵學(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)語言，提升研究生國際化學(xué)術(shù)能力
在巖石力學(xué)課程教學(xué)改革方案中，要以國際化學(xué)術(shù)人才培養(yǎng)為目標(biāo)，在教授專業(yè)知識同時，普及巖石力學(xué)專業(yè)英語詞匯。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，以此跟進國內(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進行自學(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能力
首先，全英文教學(xué)的實施可以為研究生打下巖石力學(xué)專業(yè)英語詞匯的基礎(chǔ)，打下科技英語寫作的基礎(chǔ)。國際化學(xué)術(shù)交流是研究生學(xué)術(shù)活動的重要組成部分，包括查閱國際期刊、出席國際會議、主講國際會議口頭報告或海報、留學(xué)交流訪問以及接待外國專家等。通過課程講授發(fā)現(xiàn)，大學(xué)英語及研究生英語課程，主要不涉及專業(yè)英文及科技類專業(yè)英文寫作，因此對于研究生的專業(yè)培養(yǎng)而進行的全英文專業(yè)課程教學(xué)是充滿必要性的。其次，全英文教學(xué)中也可實施中英文專業(yè)詞匯對照，幫助研究生對專業(yè)內(nèi)容的理解認知。專業(yè)詞匯的定義和表述習(xí)慣按照英文更加準確，可以使學(xué)生避免直譯成中文后誤解問題的出現(xiàn)，而對英文詞匯構(gòu)成方式的理解可以使學(xué)生對英文類似生詞加強理解。
（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
隨著國內(nèi)研究生教育國際化影響的提升，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，方便外國專家直接受邀講課
隨著國內(nèi)高校國際化水平的迅速提升，直接邀請國外專家講學(xué)的做法日臻成熟。以我校石油工程專業(yè)為例，邀請美國和歐洲相關(guān)石油工程領(lǐng)域的外國專家定期來訪，給研究生國際班學(xué)生授課，并開展相關(guān)研究。
三、采用全英文進行巖石力學(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，也有反映國際前沿的專著或文獻。
（三）高校的國際交流可以為全英文教學(xué)提供支持
目前，高校開展邀請國際知名學(xué)者前來訪問講學(xué)的質(zhì)量和數(shù)量逐年提升，邀請國際巖石力學(xué)方向的知名學(xué)者為研究生開展學(xué)術(shù)報告是全英文課程教學(xué)改革內(nèi)容的亮點和點睛之筆。
（四）高校的本土研究生具有較強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英語水平，其中相當(dāng)一部分通過雅思、托?；蛘逩RE等國外高級別英文語言水平考試，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)生具有較強的英文表達和閱讀能力
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)，英文表達和閱讀能力強，為開展全英文教學(xué)創(chuàng)造了有利條件。
總之，以強調(diào)理論與實際結(jié)合、國際化學(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)，需要進一步提升教師全英文教學(xué)水平，加強全英文教材建設(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)，為進一步擴大專業(yè)領(lǐng)域國際合作交流，跟蹤國外專業(yè)領(lǐng)域研究動態(tài)和成果奠定堅實的基礎(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，文章對該課程教學(xué)進行了改革探索。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)自主性實驗和布置綜合性作業(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)；自主性實驗；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)、巖石的強度理論、巖石的流變理論、地應(yīng)力及其測量、巖石中流體壓力和流動，通過學(xué)習(xí)使學(xué)生能夠運用上述理論知識，解決石油工程中遇到的巖力學(xué)問題。如測井解釋與巖石力學(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)時理論知識水平較低，基礎(chǔ)知識較薄弱，力學(xué)功底較差。根據(jù)國務(wù)院學(xué)位委員會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)用能力和解決實際問題能力的培養(yǎng)。
針對工程碩士生的特點，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)團隊堅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生傳授知識的技巧和手段?？茖W(xué)的教學(xué)方法可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，同時還能強化知識記憶，提高學(xué)習(xí)效率，起到事半功倍的效果。課程教學(xué)團隊在課堂教學(xué)活動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)生的知識水平和知識規(guī)律，采用啟發(fā)誘導(dǎo)傳授知識，使學(xué)生積極主動地學(xué)習(xí)，它對學(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，為更好地完成課程教學(xué)，需在講課中善于運用啟發(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，增強學(xué)習(xí)興趣，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)[5]。以下結(jié)合教學(xué)團隊的教學(xué)經(jīng)驗，通過展現(xiàn)五個知識點的講解思路，闡述啟發(fā)式教學(xué)在巖石力學(xué)課程教學(xué)中的運用。
Mohr-Coulomb強度準度是巖石力學(xué)課程的一個重要知識點。在開始講解時，先提問學(xué)生：一個截面的抗剪強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），抗剪強度也增大，準確說兩者是一個曲線關(guān)系，即滿足Mohr準則，但工程中為簡單起見，假定兩者為線性關(guān)系，即Coulomb準則。
在講解Griffith準則時，先聯(lián)系前面提到的巖石抗拉抗壓強度比值，抗拉強度約為抗壓強度的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，裂隙閉合，當(dāng)巖石受拉時，裂隙端點產(chǎn)生應(yīng)力集中，縫端破裂，裂縫擴展。Griffith根據(jù)縫端擴展思路，得到Griffith強度準則，最終得到巖石的抗拉強度約為抗壓強度的1/8，這與巖石實驗結(jié)果比較接近。
在講解巖石蠕變時，先提問學(xué)生，一個油氣生產(chǎn)井鉆到設(shè)計深度后是否需要及時固井？結(jié)合實際的生產(chǎn)經(jīng)驗，學(xué)生們都能回答是；這是為什么呢？如果不及時固井會出現(xiàn)什么情況呢？有些學(xué)生回答井孔會發(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，但如果不及時固井，井壁巖石會發(fā)生蠕變，隨時間增大，蠕變越大，最終可能會導(dǎo)致井壁坍塌。
在講解聲發(fā)射法測巖石地應(yīng)力時，先提問學(xué)生：在巖石受壓實驗中，當(dāng)巖石宏觀破壞時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)部會不會發(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)部會出現(xiàn)微觀破裂，會向外發(fā)射聲波，只是由于人耳接收聲音的頻率和強度有限，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，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，給出一張圖片，圖片中是一個裝滿水的圓筒，筒頂面被一個帶小孔的活塞封住，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豎向力時，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。參照圖片，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。如此把一個非常專業(yè)的問題通過一個形象的圖片向?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、教師點評，對學(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)的表達能力、批判能力、自學(xué)能力、合作能力和自我認知能力；二是可以使學(xué)生改變保守的學(xué)習(xí)心態(tài)， 體會到分享的快樂；三是可以培養(yǎng)學(xué)生的團體意識和合作精神，并促進學(xué)生之間的友誼；四是可以加深學(xué)生對知識的理解，并能很好地應(yīng)用所學(xué)的知識。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，從而更好地實現(xiàn)
教學(xué)目標(biāo)[7]。
討論式教學(xué)在國外被普遍采用，國內(nèi)由于高校擴招，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)知識內(nèi)容，寫好發(fā)言提綱，做好討論準備；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評。
針對工程碩士生的特點，討論議題難度要適當(dāng)，要保證學(xué)生都有參與討論的機會。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)、巖石的蠕變機理和模型、水壓致裂法測地應(yīng)力、油田地應(yīng)力的預(yù)測模型、利用測井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)等。教師根據(jù)課程教學(xué)進展情況，選取3-4個議題，每個議題的討論時間控制在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分考核的指標(biāo)之一（占10%）。
在兩個年級的教學(xué)活動中，通過開展討論式教學(xué)，學(xué)生對知識點的掌握更加深入，同時也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和語言表達能力。
二、 開設(shè)自主性實驗
自主性實驗是在學(xué)生掌握了一定的實驗技能后，讓其獨立設(shè)計并完成一個只給出題目的實驗。該實驗?zāi)馨褎幽X和動手有機地結(jié)合起來，充分培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力[8-9]。
自主性實驗與傳統(tǒng)的實驗方法有很大的不同。在傳統(tǒng)的實驗過程中，教師為學(xué)生提供了詳細的實驗講義，學(xué)生只要按照教師的要求正確操作即可，整個實驗過程中學(xué)生只是一個被動的接受者，這種方法培養(yǎng)出的學(xué)生只是在實驗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，參與實驗的興趣不大。而自主性實驗的開設(shè)，彌補了這種教學(xué)方式的不足，它將主動權(quán)交給了學(xué)生，讓學(xué)生成為實驗的主體，自主性實驗沒有詳細的實驗講義，學(xué)生要從查閱有關(guān)的資料開始，到確定實驗步驟―制定實驗方案―完成實驗―對實驗數(shù)據(jù)整理分析―得出結(jié)論―提交實驗報告，這種創(chuàng)造性的工作，為學(xué)生提供了一個自由想象和大膽創(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個共10學(xué)時的實驗，全部是自主性實驗，實驗項目有巖石單軸抗壓實驗、巖石抗拉實驗、巖石三軸抗壓實驗、巖石蠕變實驗、聲發(fā)射測試地應(yīng)力實驗等。每次實驗都提前一個星期布置給學(xué)生，要求他們自己查閱資料，制定并提交實驗方案，交實驗室指導(dǎo)教師審查。實驗過程也完全是學(xué)生自己主導(dǎo)，指導(dǎo)教師只負責(zé)儀器安全操作的監(jiān)督。學(xué)生完成實驗后，提交實驗報告，由實驗室指導(dǎo)教師批閱。實驗成績占課程評分考核的20%。
通過開設(shè)自主性實驗，提高了學(xué)生的動手能力和獨立分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。
三、布置綜合性作業(yè)
綜合性作業(yè)是指需要綜合運用到不同課程的知識或同一課程的多個知識點的作業(yè)。布置綜合性作業(yè)可以促使學(xué)生將多個知識點融會貫通，訓(xùn)練學(xué)生綜合運用知識解決實際問題的能力。
在巖石力學(xué)課程教學(xué)過程中，教學(xué)團隊目前設(shè)計了兩道綜合性作業(yè)。作業(yè)1：根據(jù)某蠕變實驗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，又要用到巖石蠕變模型的知識。數(shù)據(jù)擬合時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、滑動加權(quán)最小二乘法知識和地應(yīng)力場的知識。兩次綜合性作業(yè)成績共占課程評分考核的10%。更多的綜合性作業(yè)題目將在后期教學(xué)中設(shè)計。
四、結(jié)語
通過教學(xué)方法的改革、開設(shè)自主性實驗和布置綜合性作業(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，教學(xué)質(zhì)量的提高只有進行時，巖石力學(xué)課程教學(xué)團隊將堅持改革進取，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：針對巖石力學(xué)課程概念理論多，計算量大，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)練和對考試題命題方式進行改革的研究。加強基礎(chǔ)知識訓(xùn)練，不搞偏難題目，幫助學(xué)生樹立學(xué)習(xí)信心，促進學(xué)生構(gòu)建專業(yè)學(xué)科知識體系;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，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)生對知識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，并且計算量偏大，知識瑣碎，如何學(xué)好這門課是許多學(xué)生要面對的一大難題。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)生對力學(xué)有關(guān)的課程感到害怕，在心理上已經(jīng)默認巖石力學(xué)又是一門難以跨越的課程，學(xué)習(xí)的信心隨即垮掉。面對這一情況，通過近幾年的教學(xué)實踐，我校著手進行了一系列的嘗試和改革，總結(jié)了一些經(jīng)驗。
眾所周知，巖石力學(xué)包涵眾多知識點，有基礎(chǔ)概念、基本理論，還有較為抽象難以理解的知識點，如巖石的蠕變理論、巖石的強度理論、地下空間圍巖應(yīng)力場計算等內(nèi)容，著實難倒了一批學(xué)生。教學(xué)過程中遇到以上知識點，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)生因為沒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)庫倫-莫爾強度理論的習(xí)題時，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，又進行公式的推導(dǎo)和巖石力學(xué)實驗現(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)力莫爾圓圖形進行再次展現(xiàn)，然后逐步推導(dǎo)，通過梳理整個過程，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。
二、在習(xí)題中，摻雜部分重點大學(xué)的考研真題，增強學(xué)生學(xué)習(xí)信心
許多重點大學(xué)每年巖石力學(xué)的考研真題是一個豐富的寶藏，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)生因為做出部分題目或一個題目的大部分內(nèi)容，逐漸增強了學(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)，但她們在背誦基本概念上較占優(yōu)勢，我們在編排題目時，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，逐漸對巖石力學(xué)有了信心，同時也提醒學(xué)生，課程知識點是非常深奧的，但只要抓住了多數(shù)基礎(chǔ)知識，完全能夠?qū)W會這門課程。
三、在考試中，注重考察基礎(chǔ)知識，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，特別是基本概念、公式和原理是構(gòu)成一個學(xué)科的基本元素。注重對基礎(chǔ)知識的考察，可以促進學(xué)生理解概念，幫助學(xué)生構(gòu)建自己的專業(yè)知識體系，所以一般考試中的基礎(chǔ)知識分值占總分的60%-70%左右。
對于重難點，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)生認識，學(xué)習(xí)內(nèi)容雖難，但是考試題目還都是基礎(chǔ)知識，但難度大的題目占的分值較少，許多學(xué)生認為自己能夠做出來最難的考研題目，對于一般的題目會更有信心。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)考試中分數(shù)考得非常高。這無疑推動了在習(xí)題和考試命題上的教學(xué)改革進一步深入。
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。通過訓(xùn)練，許多學(xué)生克服了在聽講理論時開小差、做題時不精力集中的毛病。
在課堂上訓(xùn)練習(xí)題時，教師可直接引用一些歷年重點高校的考研真題，暗示學(xué)生這是某某高?？佳姓骖}，這樣極大地調(diào)動了多數(shù)學(xué)生的積極性，使他們能夠快速進入狀態(tài)，有的學(xué)生認為做出這些考研真題，就能夠考上研究生，或者達到研究生的水平，因此格外認真。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，針對難點，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，存在實踐性強和理解難度大等特點。將數(shù)值模擬技術(shù)與多媒體及其他先進的手段結(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)生對課程教學(xué)內(nèi)容的理解、擴大學(xué)生的專業(yè)知識面、促進學(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)是一個復(fù)雜而重要的基本教學(xué)內(nèi)容，通過對該內(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，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)與實驗教學(xué)不可能同步開展，因而學(xué)生對巖石的各種力學(xué)性質(zhì)缺乏直觀認識，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。作為已在工程實踐中得到廣泛認可的技術(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
數(shù)值模擬主要是指通過數(shù)值計算方法再現(xiàn)已知的力學(xué)現(xiàn)象，強調(diào)運用數(shù)值模擬的結(jié)果對實際試驗中觀測到現(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)正是對已有研究結(jié)論的陳述與表達，學(xué)生恰恰缺乏對已知力學(xué)現(xiàn)象的直觀認識，而數(shù)值模擬技術(shù)能夠彌補這方面的不足，數(shù)值模擬方法有很多，為此開發(fā)出的軟件同樣很多，本論文采用國際通用的采礦工程專業(yè)分析軟件―FLAC3D，其具有如下特點：
（一）建模的豐富性
網(wǎng)格建模是數(shù)值分析軟件計算的前提，類似于工程實際中選定研究對象或?qū)嶒炇覍嶒炃暗脑嚰庸?。FLAC3D內(nèi)置功能強大的網(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、動力、蠕變、滲流和溫度5種計算模式，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）表達形式的多樣性
FLAC3D具有強大的繪圖功能，能夠?qū)崿F(xiàn)各種圖形和表格的繪制。通過在瞬態(tài)計算或動態(tài)計算進行量化監(jiān)控，從而獲得計算過程中的節(jié)點、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）操作的互動開放性
FLAC3D幾乎是一個全開放的系統(tǒng)，通過其獨特的人機交互模式，使用者幾乎參與了從建模、參數(shù)調(diào)試到計算結(jié)果輸出等的全部過程，因而深刻理解分析的實現(xiàn)過程。如使用者可以在數(shù)值實驗中進行伺服控制，可以指定邊界條件，等等。這與巖石力學(xué)實驗的過程是相同的，并且可以獲得更加豐富的實驗數(shù)據(jù)。
三、教學(xué)案例分析
在進行數(shù)值模擬技術(shù)輔助教學(xué)前，應(yīng)該做好如下準備工作：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，這樣會比學(xué)生茫然地聽課效果要好；②簡要介紹數(shù)值模擬技術(shù)。這里不是教學(xué)重點，可以一帶而過；③教學(xué)過程中觀察的重點。這里需要留一個小作業(yè)，要求學(xué)生描述數(shù)值模擬過程中的各種變化，實際上這可看作是對數(shù)值模擬技術(shù)輔助教學(xué)的后評估，檢驗教學(xué)效果。
巖石力學(xué)教學(xué)中，巖石在單軸壓縮時的變形特征是課程中關(guān)于巖石力學(xué)性質(zhì)的第一個內(nèi)容。這對于學(xué)生來說理解較困難，在教學(xué)中也是一個難點。下面以巖石在單軸壓縮的數(shù)值實驗為例來說明數(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)準建模（長度與直徑比為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)生對巖石的力學(xué)性質(zhì)影響因素的認識。具體到本次教學(xué)，在試件的垂直方向分級施加載荷，采用國際巖石力學(xué)學(xué)會建議的加載速率0.5MPa/s；最后，進行數(shù)據(jù)分析。在數(shù)值實驗過程中采取軸向應(yīng)力與應(yīng)變，實驗結(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)，該曲線與巖石在實驗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)生課余時間提問題的積極性明顯上升，改變了學(xué)生對力學(xué)類課程除了計算還是計算的消極印象；②加深了學(xué)生對課程教學(xué)內(nèi)容的理解；③擴大了學(xué)生的專業(yè)知識面。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)生打開了一扇知識大門；④促進了學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。學(xué)生通過這一教學(xué)形式，認識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
數(shù)值模擬技術(shù)結(jié)合多媒體及其他先進的手段應(yīng)用在巖石力學(xué)課堂教學(xué)中，可以在學(xué)生缺乏直觀認識的情況下，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，對于加深學(xué)生對巖石力學(xué)課程相關(guān)知識點的理解、推動巖石力學(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，并不能完全替代實驗教學(xué)。因此，學(xué)生動手做力學(xué)實驗還是必須的，只有這樣相互對照、驗證，才能夠加深學(xué)生對所學(xué)知識的認識，提高教學(xué)效果。
【摘 要】針對工科院校巖石力學(xué)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)實行困難的問題，本文提出了結(jié)合工程實踐的數(shù)值實驗方法。通過分析數(shù)值實驗方法以及工程實例案例教學(xué)方法的優(yōu)點，得到了將數(shù)值實驗與工程實踐相結(jié)合的必要性。通過實例分析，充分說明了與工程實踐相結(jié)合的數(shù)值實驗方法的優(yōu)越性，對工科院校巖石力學(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)值實驗；工程實踐
《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)生認識及解決現(xiàn)實生活中的工程問題，具有實踐意義鮮明的特點。因此歷來巖石力學(xué)課堂都十分重視實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。但由于工程實踐的復(fù)雜性，室內(nèi)物理模擬實驗很難滿足實際教學(xué)的需要。對此很多學(xué)者進行了深入研究[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；實踐教學(xué)方面，巖石力學(xué)是一門應(yīng)用學(xué)科，因此實踐及實驗教學(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)實驗一般都是高溫高壓狀態(tài)，學(xué)生動手實驗危險程度高，因此，巖石力學(xué)實體實驗在教學(xué)中應(yīng)用受到很大限制。進入21世紀后，計算機發(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。利用計算機模擬，根據(jù)理論進行工程實例數(shù)值分析[6]，甚至對巖體進行數(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)動畫演示實踐分析結(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，詳細闡述數(shù)值實驗與實踐結(jié)合在巖石力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用效果及特點。
1 案例教學(xué)的優(yōu)點
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)實踐，能夠?qū)⒗碚搼?yīng)用于實踐，解決實踐問題。要達到這一目標(biāo)，一個重要環(huán)節(jié)就是工程案例教學(xué)。通過對工程案例的分析，提高學(xué)生動手及設(shè)計能力。但若進行現(xiàn)場實驗教學(xué)，其實習(xí)場所、課時分配以及硬件條件等問題都會產(chǎn)生制約。而且對于一些稍微復(fù)雜一點的工程案例，實驗室內(nèi)進行物理模型實驗很難達到要求，且存在高溫高壓因素，風(fēng)險程度高，因此需要尋找先進的教學(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
（1）成本低。適當(dāng)?shù)臄?shù)值模擬試驗，不必準備硬性模擬器材和材料，大大節(jié)約成本。（2）教學(xué)重點、難點講解更透徹?？梢詫⒛M分析過程中的理論單獨提煉，達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，并且認識深刻，不易忘記。（3）擴大學(xué)生專業(yè)知識面，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情與創(chuàng)造力。通過數(shù)值模擬實驗的實施，學(xué)生對數(shù)學(xué)方法，如有限元方法、數(shù)值分析方法等會產(chǎn)生一定興趣，從而促進了其他學(xué)科的教學(xué)。（4）安全性好。數(shù)值實驗不必讓學(xué)生親身接觸高溫高壓條件，保障了學(xué)生的生命財產(chǎn)安全。（5）可重復(fù)性高。巖石力學(xué)作為一門實踐性學(xué)科，由于其處理目標(biāo)-巖石的本身結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，在實驗過程中常出現(xiàn)一些不可預(yù)知的情況，也不能保證兩次實驗結(jié)果完全一致，這是巖石本身條件使然，不是理論和儀器的影響結(jié)果。數(shù)值實驗就不存在這個問題了，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)特點的影響，其對外載應(yīng)力變化十分敏感；當(dāng)疏松砂巖儲層骨架所承受的地應(yīng)力發(fā)生變化時，其儲層物性參數(shù)將會隨之發(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)物理模擬很難對這一狀態(tài)進行模擬，且無法進行單因素規(guī)律分析。為此，本文介紹利用數(shù)值模擬方法對壓裂動態(tài)造縫進行模擬，定量研究動態(tài)造縫影響下的壓后儲層物性參數(shù)分布規(guī)律及壓后滲流速度分布規(guī)律。
數(shù)值實驗中，有限元建模過程中采用了以下兩點假設(shè)：（1）采用平面應(yīng)變模型；（2）裂縫為對稱雙翼縫。因此，模型具有對稱性，可采用1/4結(jié)構(gòu)建模。其中儲層部分物性參數(shù)取自勝利油田孤島某疏松砂巖油藏。
數(shù)值實驗的一大優(yōu)點是可以充分進行壓后儲層物性參數(shù)分布規(guī)律研究。影響壓后儲層物性參數(shù)分布規(guī)律的因素較多，其中既有動態(tài)造縫本身的因素，如壓裂造縫幾何形態(tài)、造縫長度、造縫寬度等，也有儲層本身的因素，如儲層應(yīng)力敏感性等，壓后儲層物性參數(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引起儲層滲透率降低，在降壓生產(chǎn)單獨作用下，裂縫周邊滲透率最低降到了0.83μm2，相對于原場滲透率降低了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，儲層彈性模量最大為3.21GPa，相對于原場彈性模量增加了7%。當(dāng)考慮動態(tài)造縫效應(yīng)時，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)動態(tài)造縫對彈性模量改變發(fā)揮了重要影響。
4 結(jié)論與建議
分析可知：室內(nèi)物理模擬實驗方法相比，數(shù)值實驗有其突出的優(yōu)點：成本低、重復(fù)性高、安全性好，后續(xù)分析能力強，尤其是工程實踐結(jié)合緊密。實踐證明，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。對于那些室內(nèi)實驗不能模擬的復(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，掌握更多知識點，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、壓裂造縫、滲透率評價和產(chǎn)能預(yù)測、油層壓實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)測試系統(tǒng)強大的測試功能，進行巖石的力學(xué)、聲學(xué)、滲透性、壓縮性、蠕變等方面的測試研究技術(shù)。在實驗室中模擬地下條件，對有代表性的巖石分別研究各種因素對其彈性特征的影響，將大量的實驗結(jié)果統(tǒng)計歸納，得到經(jīng)驗關(guān)系式，即可外推到實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
通過參考國內(nèi)外巖石力學(xué)測試的文獻、同國內(nèi)外巖石力學(xué)測試機構(gòu)的溝通和常年來的工作經(jīng)驗，我們總結(jié)了正常的巖石力學(xué)測試系統(tǒng)應(yīng)具備的兩條基本標(biāo)準：
（1）試驗過程穩(wěn)定。要求設(shè)備具有較高的穩(wěn)定性，不能因為設(shè)備的原因?qū)е略囼灲K止。
（2）試驗精度高，數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定。
目前的三軸向巖石力學(xué)測試系統(tǒng)在使用過程中試驗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，失控時所有試驗數(shù)據(jù)顯示為“9.999”的錯誤信息，設(shè)備進入“限位狀態(tài)”。
（2）試驗數(shù)據(jù)波動較大。試驗過程中會突然性的出現(xiàn)數(shù)據(jù)大幅度波動，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）試驗精度等級不足：試驗過程中靜止?fàn)顟B(tài)時試驗數(shù)據(jù)的百分位數(shù)字不停跳動，造成誤差范圍較大。
1.2要因分析
通過對控制硬件部分、測試硬件部分、及測試校正部分等三個模塊的診斷，將影響測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)是因為控制器總成穩(wěn)壓控制電源工作不穩(wěn)定造成。每個控制器都有一個限位開關(guān)，當(dāng)電源出現(xiàn)波動，電壓超過限位值時，設(shè)備就會進入“限位狀態(tài)”，即試驗立即中斷。
1.2.2測試硬件部分：徑向應(yīng)變傳感器線路嚴重老化為要因。
測試硬件部分是設(shè)備的優(yōu)秀部件之一，也是試驗采集電子信號的最上游設(shè)備。傳感器外部信號傳輸線長期浸泡在圍壓油中，并時常耐受高溫，因此老化嚴重，個別地方存在接觸不良的現(xiàn)象。調(diào)查發(fā)現(xiàn)：徑向應(yīng)變傳感器的信號傳輸線個別地方解除不穩(wěn)定，影響了試驗數(shù)據(jù)的采集。其他傳感器及適配器并不存在嚴重隱患。
1.2.3測試校正部分：測試校正部分為要因。
測試校正工作完成的好壞直接決定了試驗誤差的大小。由于設(shè)備已經(jīng)工作了相當(dāng)長的時間，各組件存在一定的磨損，原本設(shè)定的一些校正值在此時未必適應(yīng)目前設(shè)備狀況。但是，在未對設(shè)備進行大規(guī)模的改造前，設(shè)備的校正不會導(dǎo)致試驗數(shù)據(jù)發(fā)生原則性錯誤，理論上只會影響試驗精度。
2 檢修措施
2.1對穩(wěn)壓電源進行改進
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)測試系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的最主要原因。我們通過反復(fù)對比驗證確定了控制總成穩(wěn)壓電源的故障，并采取了相應(yīng)改進措施。
當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，軸向控制器、圍壓控制器和孔壓控制器三部分同時出現(xiàn)錯誤數(shù)字“9.999”，而三個部件同時出現(xiàn)故障有兩種可能性：1.三個控制器每個都單獨而且同時出現(xiàn)故障；2.控制器總成出現(xiàn)故障，導(dǎo)致三個控制器同時出現(xiàn)“9.999”的錯誤數(shù)字。我們分析認為，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控制器的部件――控制器總成。
經(jīng)過長期的觀察，我們發(fā)現(xiàn)盡管絕大多數(shù)時間內(nèi)，穩(wěn)壓電源能夠輸出相對穩(wěn)定的直流電源，但是偶爾出現(xiàn)的電壓波動是導(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。在后面的日常工作中，也未見故障再次發(fā)生，實驗的成功率得到了極大的保證。
2.2對傳感器進行線路更新
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)變傳感器信號線之所以出現(xiàn)接觸不穩(wěn)定的情況，是因為在安裝樣品時，信號線反復(fù)被彎折，再經(jīng)過長時間的腐蝕和高溫，導(dǎo)致個別地方老化。為了提高設(shè)備的穩(wěn)定性，需要對徑向應(yīng)變傳感器進行線路更新。
首先在原先已斷開的斷口兩端之間接一段高質(zhì)量的新信號線。未避免試驗中的彎折導(dǎo)致二次斷裂，我們接了一段較長的信號線，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。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)試驗過程中，設(shè)備運行穩(wěn)定，沒有再次出現(xiàn)因為信號線接觸不良導(dǎo)致的設(shè)備運行故障。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)測試系統(tǒng)有著寬泛的測試范圍，它能夠模擬7000多米地層深度的應(yīng)力狀態(tài)，對各種類型的巖石進行力學(xué)測試。但在實際測試過程中，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校正參數(shù)對于小范圍的測量顯然是不夠精確的。為此，我們經(jīng)過認真的分析研究后認為：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系統(tǒng)的各項校正參數(shù)重新進行校正，可以大幅度的提高測試精度，滿足科研生產(chǎn)的需要。因此，我們開展了以下四個方面的校正工作：
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，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)上對其進行校正，使得樣品發(fā)生0.5mm變形量的時候，電壓值變化20V，因此其測試精度提高了10倍。同時，為了滿足不同應(yīng)變量的測試需要，還分別進行了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)。在實際的樣品測試過程中，可根據(jù)其變形程度選用最接近其范圍的校正系數(shù)來進行測試，從而提高了測試精度。
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，我們對不同徑向應(yīng)變范圍進行了校正，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)力傳感器等測試部件也同樣受到了液壓油的力。在此力的作用下，這些測試部件的測試參數(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)準塊進行校正的壓力效應(yīng)試驗，用以消除由于壓力效應(yīng)引起的系統(tǒng)誤差。該系統(tǒng)的圍壓可達到138MPa，但在實際的測試過程中往往只需要達到10MPa左右或者更小。在長期的實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)實驗是將某一壓力范圍下測得的數(shù)據(jù)進行線性回歸后與標(biāo)準塊進行比較，從而計算出壓力效應(yīng)系數(shù)。對于不同的壓力，其線性回歸的值是不同的，越接近測試壓力所做的壓力效應(yīng)試驗所測得的壓力效應(yīng)系數(shù)越接近于真實值。因此我們制定了每測一批樣品前都要根據(jù)實際加載的圍壓進行一次壓力效應(yīng)試驗的措施。用該壓力效應(yīng)系數(shù)來完成該批次樣品的測試。通過對比發(fā)現(xiàn)測試精度可提高2～8倍。
2.3.4校正端帽效應(yīng)系數(shù)
三軸向巖石力學(xué)測試系統(tǒng)的軸向力可達142噸，它是通過液壓缸來實現(xiàn)加載的。對于向樣品傳遞軸向力的端帽來說，它也存在一個變形的問題，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。在實際生產(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，我們也制定了每測一批樣品前，先預(yù)測所需加載的最大軸向力，進行一次端帽效應(yīng)試驗，用該端帽效應(yīng)系數(shù)進行樣品的測試，從而提高了測試精度。
3 總結(jié)
針對三軸向巖石力學(xué)測試系統(tǒng)高精度、高使用率的特點，需要制定極具針對性的保養(yǎng)及維修制度。出現(xiàn)故障后，針對故障的特點，采取有針對性的排除法則，迅速找到問題所在。這樣不但能保障設(shè)備運行精度，同時能夠延長設(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)的優(yōu)秀課程，學(xué)習(xí)該課程對學(xué)生今后的發(fā)展具有重要意義。針對當(dāng)前“巖石力學(xué)”課程存在考核機制不健全和與工程實踐脫節(jié)嚴重的突出問題，提出了“巖石力學(xué)”試題庫和工程案例庫的建設(shè)思路，并詳細介紹了實現(xiàn)的相關(guān)措施。通過試題庫建設(shè)，可以改變傳統(tǒng)的教學(xué)和考試方式，實現(xiàn)教考分離；基于典型工程案例庫，可以真正實現(xiàn)“巖石力學(xué)”課程的理論與實踐相結(jié)合。提出的建設(shè)思路對于后續(xù)基于試題庫和案例庫的“巖石力學(xué)”教學(xué)改革具有重要參考價值。
關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；試題庫；工程案例庫；教學(xué)質(zhì)量；教學(xué)改革
“巖石力學(xué)”在中國礦業(yè)大學(xué)（以下簡稱“我?！保?012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)及其實驗方法、巖體的物理力學(xué)性質(zhì)及巖體強度理論、原巖應(yīng)力及其測量理論和方法，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)的基本實驗內(nèi)容與方法，學(xué)會運用巖石力學(xué)的基本原理分析巖石工程問題，增強其解決實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，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，國內(nèi)許多學(xué)者對“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和工程案例庫，這方面的研究在國內(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)”課程的試題庫和工程案例庫是亟待解決的問題。
一、“巖石力學(xué)”課程的重要性及意義
我國是世界上最大的發(fā)展中國家，改革開放以來，國民經(jīng)濟大約以每年8%～10%的速度遞增。隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，我國的大規(guī)?；A(chǔ)建設(shè)越來越為世人所矚目。目前，我國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際同行驚羨不已，這為我國巖石力學(xué)的發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的良好條件，“巖石力學(xué)”與工程在我國已經(jīng)成為名符其實的朝陽產(chǎn)業(yè)。另外，我國巖石工程規(guī)模從跨度、長度、高度、深度等方面都有大幅度增加，同時工程地質(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，隨著我國能源、交通、環(huán)保、國防等事業(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遇與挑戰(zhàn)。在工程建設(shè)過程中，如果對巖石力學(xué)缺乏足夠的研究與認識，將造成巨大工程事故，甚至造成災(zāi)難性的后果。如最為著名的法國馬爾帕塞（Malpasset）拱壩垮壩（導(dǎo)致 421人死亡，財產(chǎn)損失達 300 億法郎）及意大利瓦依昂（Vajont）工程的大滑坡（摧毀一個小鎮(zhèn)與鄰近幾個村莊，造成約 2500 人死亡）。
中國礦業(yè)大學(xué)屬于國內(nèi)外知名煤炭高校，面向的對象為深部地下工程。目前我國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，嚴重影響了工程的正常建設(shè)。實踐證明，能否安全經(jīng)濟地進行工程建設(shè)，很大程度上取決于人們是否能夠運用近代巖石力學(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)知識去解決實際工程問題，對預(yù)防工程災(zāi)害，減少經(jīng)濟損失和人員傷亡，保障巖石工程的安全建設(shè)具有重要現(xiàn)實意義?！皫r石力學(xué)”課程對于土木工程專業(yè)的本科生以后走上工作崗位進行工程設(shè)計與施工，具有重要現(xiàn)實意義。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、理論性強的特點，對于力學(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)象嚴重。根據(jù)筆者自己在這門課程授課中的感受和對這門課的理解，并結(jié)合學(xué)生對這門課的反應(yīng)，認為目前該課程教學(xué)中存在的突出問題主要有以下兩點：
1.考核機制不健全
目前“巖石力學(xué)”課程采用期末閉卷考試的方式進行考核，但歷年考題重復(fù)現(xiàn)象嚴重，缺乏合理的試題庫。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點的分布和比例往往有缺陷，而且所用的時間比較多。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。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，不能有效評價學(xué)生掌握知識的能力，無法體現(xiàn)公平性。
2.與工程實踐脫節(jié)嚴重
“巖石力學(xué)”是一門工程實踐性很強的課程，然而受場地、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傳授為主，缺乏與工程實踐的有機結(jié)合。學(xué)習(xí)巖石力學(xué)的最終目的是為工程服務(wù)，而對于與工程應(yīng)用緊密結(jié)合的章節(jié)，如地應(yīng)力及其測量方法、地下工程維護原則與支護技術(shù)等內(nèi)容，學(xué)生在課堂上只能靠課本想象，與工程實踐嚴重脫節(jié)，這不符合“巖石力學(xué)”理論與實踐兼?zhèn)涞恼n程特點，因此難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，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，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)題庫和典型的工程案例庫，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)生主動學(xué)習(xí)的積極性；另一方面，可以規(guī)范課程管理，促進教學(xué)改革，實現(xiàn)考教分離，理論與實踐緊密結(jié)合。
三、“巖石力學(xué)”試題庫與工程案例庫的建設(shè)思路
通過建設(shè)“巖石力學(xué)”課程的精要試題庫和典型工程案例庫，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)的主動性和自覺性。
1.“巖石力學(xué)”試題庫的建設(shè)思路
（1）搜集和整理“巖石力學(xué)”習(xí)題和試題：對目前國內(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，特別是對具有代表性、典型性的試題進行收集、整理，并制訂標(biāo)準答案。然后，根據(jù)不同的知識點進行分類，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，結(jié)合課程重點，加強相應(yīng)習(xí)題內(nèi)容的建設(shè)。針對每一章的重點難點，構(gòu)建相應(yīng)題型，通過課題提問形式進行課堂講授，并有針對性地布置習(xí)題進行課后復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)，實現(xiàn)學(xué)生對重點難點的及時掌握和有效鞏固。
（3）編題與征題：題目來源初步定為以幾個下方面：1）網(wǎng)絡(luò)收集，查閱一些知名網(wǎng)站進行下載。2）搜集有“巖石力學(xué)”豐富教學(xué)經(jīng)驗老師的歷年考試命題。3）從注冊巖土工程師習(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)自身授課體會和學(xué)生反映的重難點自己編制試題。
（4）命題題型：根據(jù)“巖石力學(xué)”課程的特點，“巖石力學(xué)”試題庫的題型主要有以下幾種：選擇題、判斷題、填空題、簡答題、計算題、論述題；試題難易程度要適中。
（5）采用相關(guān)計算機軟件，開發(fā)“巖石力學(xué)”習(xí)題庫系統(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)，進行有效的課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。同時建立“巖石力學(xué)”試題庫系統(tǒng)，確保以后出題的過程中能夠基本覆蓋所有知識點。
2.“巖石力學(xué)”工程案例庫的建設(shè)思路
（1）通過文獻、書籍閱讀及網(wǎng)絡(luò)瀏覽，搜集國內(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、長大隧道工程、深部煤礦工程的現(xiàn)場圖片及相關(guān)資料，并運用巖石力學(xué)原理對具體工程及災(zāi)害進行深入剖析，形成工程案例庫。結(jié)合構(gòu)建的案例庫，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)和獨立思考的能力。
（2）進入工程現(xiàn)場，從現(xiàn)場搜集大量第一手資料，進行歸類整理和深入剖析。一方面，通過在平時帶領(lǐng)學(xué)生實習(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，增強學(xué)生的感官認識；另一方面，結(jié)合當(dāng)前的煤礦工程熱點問題，如巷道失穩(wěn)、沖擊地壓、突水等問題進行專題討論和案例講解分析，實現(xiàn)案例教學(xué)和啟發(fā)式教學(xué)，提高學(xué)生運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力。
（3）結(jié)合構(gòu)建的“巖石力學(xué)”課程習(xí)題庫和工程案例庫，對目前的“巖石力學(xué)”課件進行改進完善。對各章節(jié)進行相應(yīng)習(xí)題和案例補充，并對當(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）進行詳細閱讀，科學(xué)編輯，根據(jù)學(xué)科發(fā)展對課程內(nèi)容進行部分更新和調(diào)整，優(yōu)化課程內(nèi)容，并充分發(fā)揮多媒體的優(yōu)勢，形成一套圖文并茂的課件，從而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)“巖石力學(xué)”課程的積極性與主動性，提升課堂教學(xué)效果。
四、結(jié)語
對于土木類專業(yè)的本科生來說，“巖石力學(xué)”課程無論對他們的考試、畢業(yè)設(shè)計和其他專業(yè)課學(xué)習(xí)，還是以后走上工作崗位，進行工程設(shè)計與施工，都具有重要意義。進行“巖石力學(xué)”課程的試題庫和工程案例庫建設(shè)，對課程考核、教學(xué)模式改革和提高課堂授課質(zhì)量以及實施素質(zhì)教育等都具有十分重要的現(xiàn)實意義和參考價值。但需要指出的是，對“巖石力學(xué)”試題庫和工程案例庫的建設(shè)與維護是一項長期而艱巨的任務(wù)，試題庫的建設(shè)決非是一個簡單的試題堆積過程，而是一個艱苦的近乎枯燥的過程；工程案例庫也絕不是簡單將工程資料拼湊的過程，而需要結(jié)合課程教學(xué)大綱，進行深入的案例剖析。因此，試題庫和案例庫的建設(shè)需要一個長期的過程，應(yīng)遵循循序漸進、逐步完善的原則。相信隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，教學(xué)改革的不斷深入，將會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，隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們在生產(chǎn)生活之中對于礦物的需求量也在逐漸的增加，現(xiàn)今，物產(chǎn)豐富的中國已經(jīng)成了世界的采礦業(yè)的重頭。而采礦工程在社會建設(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。本文就將對我國巖石力學(xué)在非金屬礦山采礦工程中的應(yīng)用進行分析探討。
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)造的巖石為對象，這也就決定了巖石力學(xué)的問題將貫穿于整個采礦工程的實際。在采礦工程中的巖石力學(xué)，主要包括巖石的穩(wěn)定性以及強度等，它是會隨著礦山中巖石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)發(fā)生不同的變化。與此同時，因為采礦工程是一個動態(tài)的過程，所以在這其中巖石的力學(xué)性質(zhì)會隨著礦山工程的進展發(fā)生變化，還有就是自然環(huán)境也對其有一定的影響。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)、巖石組成及其強度和應(yīng)力的資料給以解釋，按巖石力學(xué)的要求對礦、巖體進行分類，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計劃和編制采礦設(shè)計提出推薦意見。
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)和相對運動；不同類型巖石及其夾層的抗壓、抗張、抗剪強度；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；在一段時間內(nèi)巖石的應(yīng)力集中及其移動的性態(tài)，坑內(nèi)井巷工程不同支護方法的效果；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)，它具有一定的時代特色。現(xiàn)如今，采礦工程已經(jīng)打破了以往的規(guī)劃設(shè)計理念和方法。主要表現(xiàn)在：對相關(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)無法解決的實際問題，現(xiàn)如今我國對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，在智能化時代中處理這些規(guī)模巨大的巖石問題時必須要采用巖體力學(xué)的知識來加以幫助，我國的地質(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，雖然說與國際先進水平相比還是有一定差距，但也不可否認我國在這方面所做出的進步，不足之處主要是在于我國在綜合實際應(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的分支，固體力學(xué)主要是對可變形固體在外界因素作用下對于它內(nèi)部的質(zhì)點所產(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)主要是對于流體本身的靜止以及運動狀態(tài)，以及其在運動時的相互作用規(guī)律的研究。在這其中對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，并且做出對爆炸力學(xué)效應(yīng)的合理利用和有效的防護。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，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、計算力學(xué)
計算力學(xué)是綜合力學(xué)、計算數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)的知識，以計算機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。常見的計算力學(xué)方法并已廣泛用到數(shù)值模擬計算中的有: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，對于鉆井的選型，要進行前期的細致檢查以及過程中的保養(yǎng)。對于在工程中發(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)生滲漏的時候等等，就必須應(yīng)用到力學(xué)問題分析對地層致裂和滲流的工作問題。
4.2、礦場環(huán)境監(jiān)測
在具體的采礦工程中，要對采場的地壓進行監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)異常情況的時候，及時預(yù)警，同時要考查礦石滾動的規(guī)律，一次預(yù)防意外事故的發(fā)生。對采礦區(qū)的外圍路段也要進行嚴密監(jiān)測，對露天陡坡進行監(jiān)測，確保其穩(wěn)定性。
4.3、爆破工作
對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)力對工程進行控制，達到實現(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，運用力學(xué)充分掌握巖體的斷層特點，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、對深部開采所帶來的災(zāi)害預(yù)測
要知道對于礦山的深部開采是一件具有一定危險系數(shù)的工作，可能會遇見礦震、巖石爆炸等危險，并且這類事故是常有發(fā)生的，目前已經(jīng)有很多國家有過類似的經(jīng)歷，但是目前對于巖爆的預(yù)防以及防止工作卻沒有引起相應(yīng)的重視，施工隊伍對礦山的開采已經(jīng)越來越深入，所面臨的危險也自然越來越大，因此對于這方面必須加以重視，應(yīng)用巖石力學(xué)的相關(guān)知識對工程地質(zhì)進行調(diào)查，應(yīng)力測量以及一些巖石力學(xué)實驗，通過對能量的聚集和變化的研究去探討巖爆的發(fā)生原理，從而對巖爆進行一定的防治工作。
5.2、礦山地應(yīng)力場測量
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，對其進行研究是對于開采方案進行研究的首要前提，對于采礦工程來說，實現(xiàn)必須要了解掌握具體工程中的地應(yīng)力狀況，這樣才能對礦山進行合理的總體布置并且選取適當(dāng)?shù)牟傻V方法，長期以來，我們所生存的地球已經(jīng)經(jīng)歷了無數(shù)次的構(gòu)造運動，逐步演變出地球地應(yīng)力復(fù)雜性，要想安全的進行采礦工程，就必須對其進行實地應(yīng)力測量。
5.3、大型露天礦邊坡設(shè)計優(yōu)化
現(xiàn)在我國已經(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，對于安全性以及穩(wěn)定性的維護就越來越難，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
巖石力學(xué)在采礦工程的發(fā)展趨勢之一就是多學(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)試驗以及物理、化學(xué)分析等學(xué)科知識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、化多場并存的狀況。所以對于多相運動的研究還有待深入，在以后的工作中將會更加的關(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。而運用力學(xué)知識完善采礦工程是現(xiàn)如今采礦業(yè)的一大要務(wù)，但是力學(xué)在促進采礦業(yè)發(fā)展的同時，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)合采礦工程實踐與采礦工程力學(xué)關(guān)系理論研究，通過完善我國的采礦技術(shù)，提高我國的采礦率，以此來有效地降低采礦成本。
摘要：隨著經(jīng)濟和科技的不斷發(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)，它并不是一項單獨的學(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)用等幾方面進行了深入的探討，特別是對深部開采造成的危害性、礦山地應(yīng)力場的測量以及礦場邊坡設(shè)計的優(yōu)化等幾項重點內(nèi)容進行了重點的分析，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。對巖體力學(xué)的研究，一方面要依據(jù)和參照經(jīng)過自然長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)濟的發(fā)展，對巖石力學(xué)的研究也需要不斷的深化和拓展。
一、解析巖體力學(xué)的時代背景和發(fā)展歷程
相對來說，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，我國對巖石開采的數(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。信息化與科技化時代的到來，也使得巖體力學(xué)在這些開采項目中應(yīng)用的越來越廣泛。日前，經(jīng)過不斷的研究和發(fā)展，國內(nèi)地質(zhì)人員對這方面積累的經(jīng)驗還是比較豐富的，盡管和發(fā)達國家的國際先進發(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)展的同時也不能完全遮掩住不足和欠缺之處，目前國內(nèi)在這方面的主要缺點之一就是在實際的工程施工之中，沒有很好的將研究取得的成果靈活多變的應(yīng)用到實際的過程實踐中。
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年新中國成立之初，是沒有任何研究成果可以展示的，但是，新中國建立以后，國內(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)，與此同時也組織了一批相關(guān)人員和科技隊伍對其加以分析和探討，經(jīng)過長久的刻苦鉆研，也是逐漸的小有成績的，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地質(zhì)力學(xué)的研究基礎(chǔ)上的，雖然國內(nèi)在這方面的研究工作與西方發(fā)達國家之間存在著一定的差距，但這并不能否認其在我國實際采礦工程之中的作用和成果，這些成績的取得，也使得我國在國際中占有著自己的重要地位。
二、探討巖體力學(xué)在實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，對礦山的深度開采和挖掘是一項風(fēng)險系數(shù)很高的工程，在實際的施工中，很難保證不遇到礦山震動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)的國家都出現(xiàn)過這樣的災(zāi)難。例如，南非國家就曾經(jīng)歷過大型的巖爆，其中心震級已經(jīng)達到了M5.1級。這樣的巖石爆炸，不僅破壞力極強，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，對這方面的重視程度還不是很大。隨著近年來，施工隊伍對礦山的深入挖掘和開采，其帶來的危險系數(shù)也是逐漸加大的，因此，加強對安全防范方面的認識是很有必要的。巖石力學(xué)中的相關(guān)知識應(yīng)用在開采工程中的調(diào)查、測量以及一些必要的巖石力學(xué)實驗之中，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)力場的測量分析
所謂的地應(yīng)力，其實質(zhì)就是存儲在地質(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，在進行開采或者挖掘工作之前，對其進行充分的研究和分析是十分有必要的，在實際的采礦工程之中，只有深入的了解和掌握實際施工中的地應(yīng)力的具體情況，才能對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。隨著歷史進程的不斷推進，人類生存的地球已經(jīng)經(jīng)歷了多次的構(gòu)造運動，逐漸衍生和發(fā)展出來的地球地應(yīng)力是復(fù)雜多變的，要想實現(xiàn)采礦工程的安全施工，加強對其的實地應(yīng)用力測量是很有必要的。
（三）對礦場邊坡設(shè)計的優(yōu)化分析
現(xiàn)如今，我國絕大多數(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)，在實際的施工中，我們就不應(yīng)該再繼續(xù)實行定性計算的方式而是要注重精準的定量，與此同時，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。
就目前國內(nèi)巖石力學(xué)的發(fā)展形勢，我們不難看出，其自身的不斷發(fā)展和完善已經(jīng)在實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，我國仍然在其理論學(xué)術(shù)的研究中投入了大量的時間和精力，尤其是對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)對措施，也需要我們注重細節(jié)之間存在的安全隱患。在未來的發(fā)展進程中，巖石力學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用必將會朝著各種學(xué)科不斷交叉以及多方面的知識結(jié)構(gòu)不斷綜合的方向邁進，因此，充分的做好應(yīng)對災(zāi)害的措施以及對非線性動力過程進行必要的預(yù)測和發(fā)展是我國今后礦業(yè)開采工作的主要目標(biāo)。
三、結(jié)語
總而言之，隨著市場經(jīng)濟和社會科技的不斷發(fā)展，開創(chuàng)有中國特色的工業(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)驗豐富的專家學(xué)者，都在積極的致力于對這方面的研究和探討，但是，我們在看到巖石力學(xué)應(yīng)用于礦業(yè)開采中的優(yōu)勢的同時，也應(yīng)該看到其自身的不足和缺點，因而在實際的工作中，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，我國的采礦事業(yè)才能得到更好的發(fā)展，國家的工業(yè)進程才能取得顯著的進步。
【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、探討巖體力學(xué)在實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)容進行了研究。
二、巖石力學(xué)概述
1.巖體力學(xué)的時代背景
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)計和施工。近幾十年來，盡管國內(nèi)的工程規(guī)模和復(fù)雜程度的不斷加大，我國優(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。使得巖體力學(xué)的研究工作有了飛速的發(fā)展。這為筆者對本文的編寫提供了豐富的資料。但是從總體上看，與國際先進水平相比，尚有一定的差距。尤其在綜合運用研究成果，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)用于工程實踐中去，發(fā)揮出更大的效益。
2.我國巖體力學(xué)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀
在新中國成立前，巖體力學(xué)研究基本上屬于空白的。盡管我們的祖先們曾創(chuàng)造過世界矚目的工程建設(shè)，如長城和岷江都江堰。但是巖體力學(xué)作為一門單獨的學(xué)科進行研究還是相對起步較晚的。在中華人民共和國成立之后，我國充分發(fā)揮社會主義制度的優(yōu)越性，對巖體力學(xué)中的一些前沿課題，在全國范圍內(nèi)組織力量進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，我國的科技人員仍然發(fā)揮自強不息的愛國主義精神，在很多的重點水電工程(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。并且在總結(jié)了一系列的成功的經(jīng)驗與失敗的教訓(xùn)后，我國的優(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。 在取得重大的實踐成功的基礎(chǔ)上，我國在巖體力學(xué)的理論的研究進行了系統(tǒng)的的集成。
三、采礦工程中巖體力學(xué)的特點
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，故其計算精度、安全系數(shù)及加固等方面均低于國防、水利工程的標(biāo)準；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。
在巖體表面或其內(nèi)部進行任何工程活動，都必須符合安全、經(jīng)濟和正常運營的原則。以露天采礦邊坡坡角選擇為例，坡角選擇過陡，會使邊坡不穩(wěn)定，無法正常采礦作業(yè)，坡角選擇過緩，又會加大其剝采量，增加其采礦成本。然而，要使巖體工程既安全穩(wěn)定又經(jīng)濟合理，必須通過準確地預(yù)測工程巖體的變形與穩(wěn)定性、正確的工程設(shè)計和良好的施工質(zhì)量等來保證。其中，準確地預(yù)測巖體在各種應(yīng)力場作用下的變形與穩(wěn)定性，進而從巖體力學(xué)觀點出發(fā)，選擇相對優(yōu)良的工程場址，防止重大事故，為合理的工程設(shè)計提供巖體力學(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。對于這樣一種復(fù)雜的介質(zhì)，不僅研究內(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。
國內(nèi)外邊坡穩(wěn)定性分析和設(shè)計的傳統(tǒng)方法是極限平衡法，這是一種靜態(tài)的確定性分析方法，而實際的邊坡狀況是歲開采過程不斷變化的，是動態(tài)的不確定性的；該方法是基于土力學(xué)理論提出來的，不能考慮實際的巖體條件，如斷層、節(jié)理的存在，同時也不考慮地應(yīng)力。而實際上這些對邊坡的穩(wěn)定性和破壞起控制作用。因而該方法度山坡露天礦設(shè)計可能是適用的，但對深凹露天礦設(shè)計并不適用。
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)力的作用和實際的工程巖體條件，通過定量的計算分析，實現(xiàn)邊坡設(shè)計的優(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，對不同邊坡角和邊坡設(shè)計方案進行定量的計算和分析，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，對礦山的深度開采和挖掘是一項風(fēng)險系數(shù)很高的工程，在實際的施工中，很難保證不遇到礦山震動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)的國家都出現(xiàn)過這樣的災(zāi)難。例如，南非國家就曾經(jīng)歷過大型的巖爆，其中心震級已經(jīng)達到了M5.1級。這樣的巖石爆炸，不僅破壞力極強，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，對這方面的重視程度還不是很大。
2.就礦山地應(yīng)力場的測量分析
所謂的地應(yīng)力，其實質(zhì)就是存儲在地質(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，在進行開采或者挖掘工作之前，對其進行充分的研究和分析是十分有必要的，在實際的采礦工程之中，只有深入的了解和掌握實際施工中的地應(yīng)力的具體情況，才能對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。隨著歷史進程的不斷推進，人類生存的地球已經(jīng)經(jīng)歷了多次的構(gòu)造運動，逐漸衍生和發(fā)展出來的地球地應(yīng)力是復(fù)雜多變的，要想實現(xiàn)采礦工程的安全施工，加強對其的實地應(yīng)用力測量是很有必要的。
3.礦場邊坡設(shè)計
現(xiàn)如今，我國絕大多數(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)，在實際的施工中，我們就不應(yīng)該再繼續(xù)實行定性計算的方式而是要注重精準的定量，與此同時，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，對于鉆井的選型，要進行前期的細致檢查以及過程中的保養(yǎng)。對于在工程中發(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)生滲漏的時候等等，就必須應(yīng)用到力學(xué)問題分析對地層致裂和滲流的工作問題。
2.礦場環(huán)境監(jiān)測
在具體的采礦工程中，要對采場的地壓進行監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)異常情況的時候，及時預(yù)警，同時要考查礦石滾動的規(guī)律，一次預(yù)防意外事故的發(fā)生。對采礦區(qū)的外圍路段也要進行嚴密監(jiān)測，對露天陡坡進行監(jiān)測，確保其穩(wěn)定性。
3.爆破工作
對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)力對工程進行控制，達到實現(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，運用力學(xué)充分掌握巖體的斷層特點，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
要知道對于礦山的深部開采是一件具有一定危險系數(shù)的工作，可能會遇見礦震、巖石爆炸等危險，并且這類事故是常有發(fā)生的，目前已經(jīng)有很多國家有過類似的經(jīng)歷，但是目前對于巖爆的預(yù)防以及防止工作卻沒有引起相應(yīng)的重視，施工隊伍對礦山的開采已經(jīng)越來越深入，所面臨的危險也自然越來越大，因此對于這方面必須加以重視，應(yīng)用巖石力學(xué)的相關(guān)知識對工程地質(zhì)進行調(diào)查，應(yīng)力測量以及一些巖石力學(xué)實驗，通過對能量的聚集和變化的研究去探討巖爆的發(fā)生原理，從而對巖爆進行一定的防治工作。
六、結(jié)束語
隨著科技的不斷進步與發(fā)展，加強對巖石力學(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)實意義的研究。
摘要：近年來，在大型水利工程建設(shè)中，大量實踐的成功經(jīng)驗與失敗教訓(xùn)，使得人們逐步認識到巖石力學(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)工程實踐具有很強的現(xiàn)實意義。
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)科有了長足的進步和巨大的發(fā)展。人類生活的環(huán)境是地球上層的巖石圈，很多活動都離不開以巖石工程為對象的經(jīng)濟建設(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)力達到一個數(shù)值?？梢詫懽?
(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)值都要通過實驗來確定。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理論的模型，如雙屈服面模型。隨著技術(shù)的進步，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)造運動中發(fā)生形變，當(dāng)變形超出巖石的承受能力時，巖石就發(fā)生了斷裂，在構(gòu)造地震中長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動造成的巖石破壞。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，巖石強度理論主要是采用庫倫理論及摩爾庫倫理論。
庫倫理論：在組合應(yīng)力狀態(tài)下，庫倫理論表達式為：
（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，巖石屬脆性且強度低，隨著的增加，巖石脆性降低，延展性增強，抗剪強度增強。
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，巖體較穩(wěn)定，不易發(fā)生強震。當(dāng)巖石的發(fā)育不均勻，且多為脆性巖石時，地殼運動很容易破壞巖體，從而引發(fā)地震。當(dāng)然，在實際的地質(zhì)分布中，巖石的發(fā)育錯綜復(fù)雜，所以這也為預(yù)測地震增添了極大的難度[4] ，鑒于地殼上的巖性分布遠非均勻，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)國內(nèi)外現(xiàn)場調(diào)查和實驗研究結(jié)果表明，中、細和粉砂是最易發(fā)生地震液化的土，因為此類土脆性強，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確預(yù)測地震息息相關(guān)。隨著巖石力學(xué)的進步，在未來我們有望更準確的預(yù)測地震，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。因為我國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)計施工之前對工程地質(zhì)環(huán)境、巖土發(fā)育進行充足的考察。
水電地下工程的研究方法
水電站地下工程由于洞深長，斷面大，邊墻高，洞室多，導(dǎo)致施工復(fù)雜。要研究設(shè)計水電站地下工程的開挖，應(yīng)從以下三個方面進行：
1.巖土環(huán)境對施工方案的制約
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、大流量滲水都會使施工的安全問題突出。如錦屏二級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)該盡量詳細的掌握地質(zhì)巖土環(huán)境資料，謹慎選擇施工的方法，避免出現(xiàn)安全隱患，達到最優(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環(huán)境的影響
水電站地下工程施工量浩大，在施工時應(yīng)該盡量將對自然、人文環(huán)境的影響降到最小。主要要避免開挖對地表建筑的擾動，如使地表地基凹陷、坍塌。同時還要避免對水環(huán)境的改變造成的生態(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環(huán)境的不良影響，應(yīng)該進行全面的現(xiàn)場調(diào)查，對構(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)進行評價[6]。
3.施工過程中控制土體穩(wěn)定性
在施工過程中，有很多控制擾動土體穩(wěn)定性的方法，如改良加固土體，圍護與支護，合理選擇施工順序等。
水電地下工程的進展
我國水電地下建筑物的發(fā)展趨勢為工程規(guī)模巨大、地質(zhì)條件比較復(fù)雜、施工進度快。我國水電地下工程的施工技術(shù)也取得了長足的進步。我們有先進的管理理念和組織模式；大型高效施工機械為地下工程施工提供了條件保障；打破行業(yè)局限，優(yōu)勢互補的格局初步形成；取得了較為豐富的不良地質(zhì)條件下施工經(jīng)驗。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展
高邊坡的定義是對于土質(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加固設(shè)計應(yīng)進行個別或特別設(shè)計計算，這些邊坡稱為高邊坡[7]。由于我國水利資源豐富的地區(qū)多位于一二級階梯，這樣的地區(qū)水流落差大，但同時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，又緩慢蠕動變成瞬間高速移動[8]。
1.研究水電高邊坡應(yīng)分一下幾點進行
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詳細研究地質(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)條件評價穩(wěn)定狀態(tài)
根據(jù)第一步對于基本地質(zhì)條件信息的搜集，對邊坡的穩(wěn)定性進行評價。要綜合考慮邊坡施工期、運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、抗滑樁、混凝土回填等措施靈活且針對性強。
2、我國高邊坡的進展
巖石高邊坡在我國的分布極為廣泛，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)中的重點問題，而邊坡巖體變形的研究分析是評價高邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵性問題。我國廣大水電建設(shè)者在與滑坡災(zāi)害作斗爭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。
