工程动力地质学精选(九篇)

第1篇：工程动力地质学范文

关键词：土力学；工程地质；课程改革

土木工程专业开设工程地质专业课程，对学生打好专业基础，培养分析和解决问题的能力，特别是解决在建筑基础设计和施工中遇到的工程地质问题起着重要的作用。学好这门课程可以巩固之前学习的基础课程，为以后的专业课程和参加工程实践工作有着十分重要的意义。

1 《工程地质与土力学》教学现状

1.1 教学方式过于落后

传统的“满堂灌”和“填鸭式”的教学方式，显然不能适应现代高等教育的要求。课堂讲授主要以教材为主，讲得精，讲得细，但繁多的教学内容，高难度的计算，再加上缺乏理论联系实际，使得学生学习的积极性、主动性难以提高，教学效果大打折扣。灌输式和应试式上的课程教学最大的诟病是缺少互动性，缺少讨论，忽视了课外实践，其教学深度难以达到人才培养方案中的培养目标。

1.2 教学内容陈旧

与大多数课程一样， 课程内容偏于陈旧，教学内容的更新程度远落后于本学科的发展。土力学在教学内容改革时，应该注意夯实基础知识，兼顾学科前沿动态，重视知识运用能力和创新能力的培养。

1.3 师资力量过于薄弱

教学手段单一，主要是依靠课堂板书讲授，多媒体教学很少；课程教学仍停留在灌输式和应试式上，缺少师生互动以及理论联系实际。

1.4 实践性教学不足

因课时少，在课程教学中往往是首先减少实验实习这个环节，导致实践教学薄弱或缺失。我们知道土力学是理论性和实践性都很强的自然科学，大部分土力学的理论是建立在实验和现场测试基础上的。目前教学中普遍存在过分重视理论教学而轻视实践教学的现象，这种教学方式不能满足土木专业人才培养方案的要求。

1.5 教学设施不齐全

从教学设施来看， 非地质院校开设的土木工程专业，基本上都没有地质基础方面的实训室，如矿物岩石实训室、地质构造模型室以及野外地质实习基地。由于该课程缺少实验设备，目前还不能完全满足教学要求。此外，部分高校虽然有健全、完善的教学设施，但是在实际的教学活动中却没能充分地对其加以利用，造成了资源的浪费。

2 《工程地质与土力学》课程的具体可行性措施

2.1 革新《工程地质与土力学》的课程内容

土力学理论性较强，内容相对较枯燥，在教学中应尽可能的将一些岩土方面的工程案例，结合讲课内容介绍给学生，或者以讲座的形式介绍典型的工程实例、最新研究成果以及学科前沿动态，拓宽学生的视野，激发学生的学习兴趣。课程内容选择的原则除根据实际教学需要和工程地质课程特点之外，还要考虑教学学时数以及与工程地质学相关课程的衔接内容，以学生能正确使用勘察成果为主线，以掌握工程地质学基本理论为基础，精选教学内容。工程地质学课程共选择八章，内容包括绪论、岩石的成因类型及其工程地质特征、地质构造及其对工程的影响、土的工程性质及分类、地下水、不良地质现象的工程地质问题、工程地质原位测试、工程地质勘察，对于不同模块应采取不同教学方法和学时分配。

2.2 改变《工程地质与土力学》的教学方式

正确处理教师的主导作用和学生主体地位的关系，建立一种互动式课堂教学模式，多提问题，让学生进行广泛的讨论，由“一言堂”变为“多言堂”。在讲课中我一般都按照“提出问题――分析问题――解决问题”这条思想路线进行讲授，学生的思维可以从这种教学模式中一次次得到锻炼和加强。另外，由“填鸭式”教学变为“启发式”或“互动式”教学，会使课堂气氛更活跃，更具感染力。比方说，通过介绍国内外一些有重大影响失事工程的实例，讲授如果不进行工程地质勘察，不查清场地工程地质条件，或不重视场地地质环境因素，盲目进行设计和施工，可能会带来严重的后果，让学生从这些教训中能真正意识到工程地质在土木工程专业中的地位和重要性。

2.3 增加实践教学环节

本课程实验教学应侧重培养的学生动手能力和科学研究能力。目前，我们只设置教学大纲规定的常规实验科目，包括液塑限测定、击实试验、固结试验、直剪试验等。实践中我们可以根据不同的教学目的和要求，适当增设一些综合性和探索性的实验，除了在教学过程中组织学生到施工现场进行观摩，阅读实际工程勘察资料，聘请生产单位给学生进行实际操作以外，还可安排野外工程地质实习。其宗旨在于把实验项目与生产实际联系起来，培养学生的动手能力、综合运用能力及创新能力，有利于学生提前熟悉就业环境，增强工程意识，培养严谨的科学态度，让学生在走出校门，走上工作岗位之后，能够将在学校学到的知识合理、娴熟地运用到实际生产建设之中，为学生成为优秀的土木工程师打下扎实的基础。

3 结论

“质量工程”是高等教育领域改革的一项重要工程，是新时期的教学改革，是提高教学质量的重大举措。高素质的人才培养离不开高水平的课程建设，实践证明，将案例法、录像教学法、现场教学等教学方法运用到不同教学内容当中，可以激发学生的学习兴趣，完成人才培养方案的培养目标，有效地提高了教学课堂的效率，学生通过理论结合实际，利用所学的基本知识原理来解决实际工程中遇到的棘手问题，为将来从事工程设计和施工设计奠定了扎实的基础。

参考文献

第2篇：工程动力地质学范文

【关键词】岩石力学，金属矿山，采矿工程

中图分类号： TD1 文献标识码： A

前言

伴随着人类文明的前进，越来越多的新型学术不断出现。而岩石力学是一门就目前来说比较边缘的学科之一。而且其实践性非常强，适用的范围非常的广泛。例如建筑类、铁道通路类、石油、地下工程、海洋等等。岩石力学领域已经与我们的日常生活愈发的息息相关。

二、岩石力学与地质学的结合

1.岩石力学与地质学的学科关系

岩石力学将力学理论作为学科发展的研究目标，而岩石则是岩石力学研究的对象。岩石是一种地质产物，也可称地质体。广义上讲，岩石力学应是力学与地质学相结合的交叉学科，若更有针对性地来看，岩石力学侧重于固体力学与岩石地质学的结合。岩石力学属于应用基础学科，它的研究任务是以岩石工程建设为己任，也包括地质资源的开发工程。更广更深的力学、地质学，与工程学科的结合势在必行。因此，地质学必然成为岩石力学与岩石工程学科的支柱性基础学科之一。

那么，岩石力学与岩石工程学科从地质学中究竟能有何得益，地质学在哪些领域对岩石力学与岩石工程学科的研究和发展可能做出贡献，这就是本文所试图回答的主要问题。地质学是地球科学的一个分支学科。地球科学包括大气、海洋、地理和固体地球科学等固体地球科学则包含地质学、地球物理学和地球化学。

从广义和实用的角度看，地质学同其他地球科学的分支有着密切的交叉，因而也含有与它们相关的研究内容。地质学的研究对象是地球，尤其是地壳，重点在于研究它的物质组成和结构，以及其形成、演化的地质动力作用和过程。地质学的核心研究思路是地质历史的时空重建，在层序和构造分析的基础上，地质学家采用了许多现代数理化科学和技术方法，从而使传统的地质学科步入现代科学行列。

岩石力学与地质学结合的知识通道

岩石力学家大多认识到地质学是岩石力学的重要基础学科，在岩石力学的本构建模及岩石工程分析计算中试图尽可能地考虑岩石特性及地质条件，但是地质科学涵盖着大量分支学科，从何入手仍是很大的问题。

地质学家也很热心于为岩石工程建设做出自己的贡献，然而难于确定适当的切入点和深入的方向。显然，构建一条地质学和岩石力学间相互沟通的知识通道是必要的。事实上，岩石力学及土力学同地质学的结合从一开始就被认为是学科发展的要点之一。

Terzaghi和Muller教授皆为后人做出了楷模。进入2l世纪以来，国际岩石力学学会、土力学与岩土工程学会及工程地质与环境学会合作构建了国际地质岩土工程学会联合会(FederationofInternationalGeo—engineeringSocieties，FIGS)。联合会约定的分工如下：工程地质做出地质建模，岩土力学进行计算分析，岩土工程开展设计和施工。这一方案思路简洁可行，但要融合成为整体尚有很大空间，需做大量工作。

国内外深部工程现状

据不完全统计，国外开采超千米深的金属矿山有80多座，其中最多为南非。南非绝大多数金矿的开采深度大都在l000m以下。其中，Anglogold有限公司的西部深井金矿，采矿深度达3700m，WestDriefovten金矿矿体赋存于地下600m，并一直延伸至6000m以下。印度的Kolar金矿区，己有三座金矿采深超2400m，其中钱皮恩里夫金矿共开拓ll2个阶段，总深3260m。俄罗斯的克里沃罗格铁矿区，已有捷尔任斯基、基洛夫、共产国际等8座矿山采准深度达910m，开拓深度到1570m，预计将来达到2000-2500m。

另外，加拿大、美国、澳大利亚的一些有色金属矿山采深亦超过l000m。国外一些主要产煤国家从20世纪60年代就开始进入深井开采。1960年前，西德平均开采深度已经达650m，1987年己将近达900m；原苏联在20世纪8O年代末就有一半以上产量来自600m以下深部。根据目前资源开采状况，我国金属矿山开采深度以每年8～12m的速度增加，东部矿井正以100t250m／(1Oa)的速度发展。近年己有一批矿山进入深部开采。

其中，在金属开采方面，沈阳采屯矿开采深度为l197m、开滦赵各庄矿开采深度为l159m、徐州张小楼矿开采深度为l100m、北票冠山矿开采深度为l059m、新汶孙村矿开采深度为l055m、北京门头沟开采深度为l008m、长广矿开采深度为l000m。在金属矿开采方面，红透山铜矿目前开采己进入900到l100m深度，冬瓜山铜矿现已建成2条超l000m竖井来进行深部开采，弓长岭铁矿设计开拓水平750m，距地表达l000m，夹皮沟金矿二道沟坑口矿体延深至l050m，湘西金矿开拓38个中段，垂深超过850m。此外，还有寿王坟铜矿、凡口铅钵矿、金川镍矿、乳山金矿等许多矿山都将进行深部开采。可以预计在未来20年我国很多金属矿山将进入到l000～l500m的深度。

四、金属矿山开采工程今后的研究重点

虽然目前对于金属矿山开采工程研究己取得了一部分成果，总的来看，侧重技术、注重个案，深层次的基础研究重视不够，因此，根据我国金属矿山资源开采情况，要保证我国主体后备资源供给，深入开展100一1500m矿山开采基础理论研究迫在眉睫。

金属矿山开采工程中的岩石力学问题由于处于“三高一扰动”的复杂力学环境，使得金属矿山岩石力学行为以及深部灾害特征与浅部明显不同，基于浅部开采建立起来的传统理论己不再适合于深部开采，主要表现在：

1、强度确定在浅部开采条件下，由于所处的地应力水平比较低，其工程岩体强度一般采用岩块的强度即可，即在实验室对岩块进行加载直至破坏所确定的强度。而在金属矿山开采条件下，由于地应力水平比较高，工程开挖后，工程岩体在高围压作用下，一个或两个方向上应力状态的改变所表现出的强度变化，并不是简单的表现在受拉或受压，而是复杂的拉压复合状态，即径向产生卸载，而切向产生加载，因此，其工程岩体强度就不能简单的用岩块强度来确定，必须建立符合金属矿山开采特点的工程岩体拉压复合强度确定理论。

2、稳定性控制理论在浅部开采条件下，由于所处的地应力水平比较低，工程开挖后，围岩一般不会产生破坏，因此，采用一次支护即可实现工程的稳定性。而深部开采条件下，工程开挖后，在高于工程围岩强度的围压作用下，工程围岩就会产生破坏，此时采用简单的一次支护就不能满足工程稳定要求，必须采用二次支护或多次支护才能实现工程的稳定性。因此，由浅部建立起来的稳定性控制理论己不再适合，必须建立适合金属矿山开采工程的二次(支护)稳定性控制理论。

3、设计理论在浅部开采条件下，由于工程围岩所处的力学环境比较简单，因此，在进行稳定性控制设计时，采用传统的线性设计理论即可奏效。而金属矿山开采环境下，由于工程围岩所表现出的非线性力学特性，使得在进行稳定性控制设计时，就不能简单的采用一次线性设计，而必须考虑采用二次以至更复杂的多次非线性大变形力学稳定性控制设计理论。

今后研究重点针对金属矿山开采工程中存在的岩石力学问题，今后主要研究方向集中在深部岩石力学基本特性、深部开采工程稳定性控制、金属矿山开采地表环境损伤控制等方面。

深部岩石力学基本特性研究深部“三高一扰动”的复杂环境，使深部岩体的组织结构、基本行为特征和工程响应均发生根本性变化，也是导致深部开采中灾变事故出现多发性和突发性的根本原因所在。因此，金属矿山岩体长期处于“三高”环境下，由于采掘扰动所表现出的特殊力学行为是金属矿山资源开采所面临的核心科学问题。其中，金属矿山高应力场成因及多个应力场的藕合作用状态研究、深部复杂应力状态下岩体拉压复合强度确定方法及其灾变机理将是今后研究的重点。

金属矿山开采工程稳定性研究与一般地表工程不允许进入塑性破坏状态不同，金属矿山开采工程稳定性问题是研究开采围岩破坏后与支护系统相互作用达到二次稳定的复杂力学问题，包括金属矿山矿层采动引起顶板破断后，采场局部顶板结构与支架相互作用，达到二次稳定的作用机理以及与采场相配套的巷道围岩产生塑性大变形后与支护体系相互作用达到二次稳定的作用机理。同时，由于金属矿山采动条件下工作面回采所形成的采动应力场与巷道掘进形成的开挖应力场相互藕合叠加，形成了复杂的三维应力场，其采动应力分布及其与回采空间多维、动态的时空规律以及支承压力区范围及峰值应力等也将产生很大变化，因此，应在深入分析金属矿山采场及巷道围岩采动应力时空分布规律的基础上，结合金属矿山岩体非线性力学特性的研究，探讨金属矿山开采采场及巷道一体化稳定性非线性力学控制对策。

金属矿山开采与地表环境损伤控制对策研究金属矿山条件下，由于岩体的结构、力学特性及破碎断裂规律都将发生较大变化，因此，采动过程中岩体的变形、破断、移动规律也会产生明显的不同。如何建立描述金属矿山采动覆岩变形一破断一移动全过程的结构运动力学模型，分析其结构运动全过程对采场矿压、巷道矿压、岩层内部裂隙分布、岩层移动与地表沉陷的动态影响，是控制深部开采对地表环境影响最小化的关键。

五、结束语

如果岩石力学的研究者能够更加的考虑岩石的本身独特特征，那么必将会更加有益与未来的采矿发展。让岩石力学在采矿事业中更多的广泛利用起来。

参考文献：

[1]王思敬 作为现代学科的岩石力学研究与实践中国科学技术出版社-2010年

[2]蔡美峰 金属矿山采矿设计优化与地压控制一理论与实践科学出版社-2011年

第3篇：工程动力地质学范文

关键词 课程体系 工作过程系统化 地质灾害与防治技术 资源勘查类专业 

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.05.016 

Geological Disasters and Prevention Technology Curriculum System 

Building Based on  Work Process Systematization 

CHENG Xianfeng[1]， HE Ping[2] 

（[1]Yunnan Land and Resources Vocational College， Kunming， Yunnan 652501; 

[2]Kunming University， Kunming， Yunnan 650214） 

Abstract Unlike mainly students 'motor skills" based professional， vocational resource exploration is the main professional training class students' mental skills" in the process of building work on a systematic curriculum more difficult. Taking Geological Hazard and Control Technology， for example， on the basis of market demand for talent research， analysis by occupational status， typical tasks and work process analysis， building on the work of the professional curriculum systematic process， designed to high specialty grade resource exploration "based on work process systematization" curriculum system construction concept of reference. 

Key words curriculum; work process systematization; Geological Disasters and Prevention Technology; resource exploration majors 

基于工作过程的教育课程理念与设计方法由德国菲利克斯·劳耐尔教授在20世纪90年代提出，2003年我国教育部首次在全国范围内引入“工作过程系统化”的理念，目前，在加工制造类、建筑类甚至农业类、服务类专业中，已经较好地体现和运用“基于工作过程系统化”理念，并取得了显著的成果。 

不同于主要以培养学生“动作技能”为主的专业，高职资源勘查类专业主要培养的是学生的“心智技能”，在构建基于工作过程系统化的课程体系时困难较多。 

1 专业概况及课程体系构建背景 

我国地质条件复杂，是世界上地质灾害最严重、受威胁人口最多的国家之一。而我国正处于向工业化和城镇化转型发展时期，基础建设和资源开发占据着重要的地位。各类基础设施建设、国土资源调查、矿产勘探开发等项目开展初期和进行中都必须进行工程地质条件、水文地质条件、水资源、地质灾害条件的评价和调查工作。随着国民经济的快速发展，各种工程建设引起地质环境条件的强烈改变，对人类造成极大的危害，因此，在各类基础工程建设、资源及自然环境评价等工程的开展过程中，懂专业、会管理的高级应用型技术人才也有了更大的需求，特别是生产第一线的各类工程技术人员、施工管理人员普遍不足。 

但是我们也必须面对这样一个现实：一方面，勘察行业用人单位人才需求量较大;另一方面却是大量高职地质灾害与防治技术专业的毕业生就业面临着新的挑战，一定程度上存在着就业困难，主要原因是用人单位嫌应届毕业生动手能力差、上手慢、基本技能掌握不够。造成社会对人才的职业能力要求与高职院校人才培养的差距是多方面的，其中专业课程体系的不合理是最根本的原因，其具体表现有：（1）以往专业课程体系重理论，轻实践，不能有效培养高等技能，这就要求教师应当具备“既是教师，又是工程师”的“双师”能力;（2）以往重知识的系统性，忽视了知识与具体工作任务的联系，这就要求时应以“工作过程为导向”重新开发课程;（3）以往专业基础课、专业理论课、专业实践课的机械分段排列之间越来越缺乏内在的有机衔接与灵活配合，这就要求专业学习领域的课程应“理论实践一体化”。 

2 课题体系开发流程 

高职院校课程体系开发流程可以用图1表示： 

图1 地质灾害与防治技术专业课程体系开发流程图 

3 职业岗位分析 

地质灾害与防治技术职业（群）从事的是工程地质勘察、水文地质勘察、地质灾害调查与评价、地质灾害勘察与防治、地质环境评价、地质灾害监测与预报等方面工作。

地质灾害与防治技术入职岗位有工程地质技术员、水文地质技术员和灾害地质技术员。 

工程地质技术员岗位：从事工程地质编录、采样，岩土体参数统计分析、工程地质资料整理、工程地质图件编绘和岩土工程勘察报告的编写等业务。 

水文地质技术员岗位：从事水文地质测绘，水文地质观测与编录，水文地质资料整理，水文地质图编绘，水文地质勘察报告编制等业务。 

灾害地质技术员岗位：从事地质灾害调查与评价，地质灾害监测，地质灾害勘察及防治施工监理，地质灾害危险性评估等业务。 

通过上述岗位分析可知，该专业是以地质学与灾害学的理论和实践为基础，培养具有地质灾害调查、勘察与评价等专业领域实际工作的基本能力和基本技能，能适应21世纪工程建设发展需要，爱岗敬业，能在工程地质勘察、地质灾害防治、地质环境评价、基础设施勘查设计等单位从事地质灾害调查、勘察与评价、地质灾害监测与预报防等方面工作的高技能应用型人才。 

高职地质灾害与防治技术专业应以上述职业岗位作为课程开发的平台，其中，工程地质和水文地质技术员岗位业务是专业基础能力培养的主要载体，地质灾害技术员岗位业务是专业核心能力和综合能力培养的主要载体。 

4 典型工作任务和工作过程分析 

各职业（群）岗位所对应的典型工作任务及总结出的工作过程见表1。 

5 典型工作任务分析归纳为行动领域 

行动领域是工作过程导向的课程基础，是与职业紧密相关的职业能力的工作任务的总和。地质灾害与防治技术专业行动领域可归纳为岩土工程勘察报告编制、水文地质勘察报告编制、区域地质灾害调查与评价报告编制、建设用地地质灾害危险性评估报告编制、矿山地质环境保护与恢复治理方案报告编制、地质灾害专项勘察报告编制等六大行动领域。 

表1 典型工作任务及工作过程 

6 基于工作过程系统化课程体系构建 

与多家企业联合，根据人才培养目标和人才培养规格、专业知识和技能要求，结合岗位群特征和职业岗位能力要求，将地质灾害与防治技术专业基于工作过程系统化的学习领域课程体系由两类三块构成：两类即必修课和选修课两类;三块即专业学习领域、基础学习领域、拓展学习领域。 

以“岗位（群）—典型工作任务—行动领域—学习领域课程”的开发思路，构建地质灾害与防治技术（地质灾害勘察）专业基于工作过程系统化的课程体系。该体系能满足专业人才培养目标的实现，是符合该专业职业岗位要求具备的能力、知识、素质要求的课程体系。 

6.1 首先开发专业学习领域课程 

通过调研，与省内外多家企业共同论证，确定职业岗位，分析各职业岗位的典型工作任务，归纳总结完成相应典型工作任务必备的职业能力，将典型工作任务归纳提炼为行动领域，再将行动领域转化为学习领域，开发专业学习领域课程共计14门课程。 

专业学习领域包括理实一体课程、仿真实训、野外实习、校外顶岗实习。 

理实一体课程（7门）：（1）地质灾害调查与评价;（2）地质灾害勘察;（3）地质灾害治理;（4）地质灾害监测;（5）地质灾害灾情评估;（6）地基勘察与基础选型;（7）水文地质勘察与评价。 

仿真实训（4门）：（8）岩土工程勘察;（9）地质灾害勘察;（10）建设用地地质灾害危险性评估;（11）矿山地质环境保护与恢复治理。 

野外实习课程（2门）：（12）地质认识实习;（13）综合地质填图实习。 

校外顶岗实习（1门）：（14）校外顶岗实习。 

6.2 其次开发基础学习领域课程 

专业学习领域课程直接面向的是学生的职业能力，该领域课程的实施需要基础学习领域等课程的支撑。根据专业学习领域课程学习的需要，来开发基础学习领域课程，包括专业基础学习领域课程、文化基础学习领域课程和思想政治学习领域课程，共计19门。其中，专业基础学习领域课程是为学生学习专业基础知识、培养学生专业基础能力而开发的、学生完成学习性工作任务的课程，计9门;文化基础学习领域课程根据专业所需的文化基础和知识开发，培养的是学生的方法能力和社会能力，计5门;思想政治学习领域课程严格按国家教育部和云南省教育厅的精神和相关规定，结合学院实际情况设置，计5门。 

专业基础学习领域课程（9门）：（1）地质学基础;（2）测量与地图;（3）矿物岩石肉眼鉴定;（4）地质构造识别与分析;（5）地貌与第四系识别;（6）地质信息处理;（7）工程岩土鉴别与评价;（8）工程地质分析与应用;（9）水文地质分析与计算。 

文化基础学习领域课程（5门）：（10）交流与表达;（11）高职英语;（12）高等应用数学;（13）计算机文化基础;（14）大学生职业规划与就业指导。 

思想政治学习领域课程（5门）：（15）毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论;（16）思想道德修养与法律基础;（17）形势与政策;（18）入学教育;（19）国防教育和军事训练。 

6.3 最后开发拓展学习领域课程 

根据地质灾害与防治技术专业职业岗位能力要求，主要是职业拓展能力的培养要求和职业目标的实现需具备的能力。最后开发拓展学习领域课程共计4门，设为选修课。 

选修课（4门）：（1）工程建筑概论;（2）工程力学;（3）遥感地质解译;（4）气象与水文。 

另外，通过选修课、专题课、讲座及假期社会实践活动等形式，设置体育课、三生教育、地质安全规程等课程，以促进学生全面发展。 

地质灾害与防治技术专业基于工作过程系统化的课程体系见图2。 

7 结语 

本文以地质灾害与防治技术专业为例，尝试构建该专业基于工作过程系统化的课程体系，以期为高职资源勘查类专业“基于工作过程系统化”理念的课程体系建设提供参考。 

第4篇：工程动力地质学范文

[关键词]地质动力区划 动力环境 板块构造

[中图分类号] P542+.4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-3-335-1

地质动力灾害，如地震、海啸等，在世界各地都时有发生，给人类的生命和财产安全造成了很大的损害，专家学者对其发生机理进行了大量的研究，普遍认为地质动力灾害的主要原因是板块间的相互碰撞和挤压。矿山工程也处于构造块体中，但是板块研究的尺度标准和空间范围都过大，不能对矿山的开采工程形成有力的参考，这就需要在板块构造学说的基础上，依据矿山特点，建立其一套研究方法。

1现今构造应力场对冲击地压的影响

矿区动力现象产生的原因有自然因素和采矿因素两种，其产生应与两个因素有关，一是开采因素（外因），即由于采矿工程的工程行为引起的地壳的原始应力场的扰动，破坏了地壳一定范围内的应力场的平衡状态。二是自然因素（内因），即取决于该地区的地质条件，活动断裂的分布，应力状态和有待释放的能量的积蓄程度，或者说是现今构造应力场的活动情况。

2矿井动力灾害发生条件

矿井是否会发生动力灾害主要取决于区域地质动力背景。井田煤岩体和井下工程同时处于一个动力系统中，而这个系统的力学性能和动力属性则被更大的动力系统制约着。矿井发生动力灾害的必要条件就是矿井在生产过程中引发的动力过程与区域动力系统之间发生相互作用。开采活动只是动力灾害的诱发因素而已。

构造运动是地形地貌形成和发展的基础，构造运动的开展会引发地壳岩体的受力和变形。而由于岩体之间的力学性质并不相同，所受的外力也存在着差异。高应力区和应力梯度区是矿井动力灾害的高发区。地壳区域的岩体变形以及应力的变化使井田内的能量得到积累变化，满足了矿井动力灾害的能量条件，这时，如果进行开采活动，就会诱发地质动力灾害。对于矿井动力灾害，我们可以说，板块运动造成了构造活动，而构造应力场的产生是造成能量积聚的原因，井田内能量的集聚又为地质动力灾害提供了能量方面的保障，由此才发生了地质动力灾害。

3构造应力的环境评价和影响

3.1现今构造应力对矿井岩体力学环境的评价

矿井岩体力学环境的评价，又叫作采掘工程的工程予测，是个广泛的课题，构造应力对巷道底臌的影响巷道底臌发生的原因十分复杂，主要与区域地质构造应力的分布、煤层和顶底板的随着煤的变质程度的增加，孔隙率增加，吸附瓦斯量增加，也增大。生气量和微突出危险性根据剖面分析，可求出力学中和面的位。该面在皱褶过程中易产生顺层滑动、挤压和碾磨，同时又有瓦斯气体的作用，很容易发生流变形成软分层。

通常软分层主要发育在两种构造部位，一为压剪性断层带的上盘，二为褶皱过程中的层间滑动带，其发育程度取决于古应力场的状态。瓦斯的运移一般有二种方式：一种是受自重应力场的作用，瓦斯自地壳深处沿铅直方向或沿煤层上移。另一种是受构造应力场的作用瓦斯沿水平或煤层，从地应力较大的区域向较小的区域运移。在煤层顶底板透气性较差的情况下，古构造应力场形成的地质构造对瓦斯的赋存起决定性作用，在开放性构造部位（如通达地表的透气性张性断层发育部位）瓦斯容易逸散；封闭性构造部位（如向斜轴部又无透气性断层发育部位）瓦斯容易保存。

岩体的物理力学性质、采掘顺序和回采方法、巷道围岩的支护方法、采掘工作面距地表的深度、煤岩交界面处的应力和能量变化状态、异常地质构造带、巷道周围的应力集中程度及采空区的范围大小和分布有关。其中构造应力为其主要因素。在进行底臌研究时，以构造应力为主线就可较深入地研究上述各个因素，从而可望对底臌现象有进一步了解。从理论计算可知，低倾角层状岩石在水平构造应力作用下，造成底板岩石向上的位移远大于重力作用下所能产生的位移。在巷道底臌严重的地点多见侧压大，支架成桃状变形等现象也说明这点。了解到矿井的水平构造应力的分布，就可对巷道底臌采取针对性措施。

3.2构造应力对巷道支护的影响

掌握矿井构造应力分布，摸清采掘工程的真实力学环境，根据其与煤和顶底板围岩的不同组合进行分类，对优化支架设计无疑有重大意义。巷道断面几何形状和巷道变形关系较密切，在水平应力为主选用拱形巷道时，宽与高之比小于1，则稳定性较差，采用宽与高之比大于1，则稳定性就好一些；若采用近似椭园孔（轴比大于1）则稳定性较好。

3.3构造应力对开拓巷道布的影响

在影响巷道围岩稳定性的诸因素中，地应力场中水平主应力的影响最为显著。在有条件的情况下，应选择两个水平主应力中数值较大者作为巷道开挖方向。

3.4构造应力对开采顺序的影响

既然构造应力是客观存在，在安排开采顺序时就应考虑到构造应力场的因素。由于安排不当，使工作面始终处于由构造应力场引起的高应力区内，致使开采条件更加恶化。

3.5构造应力对井筒位选择的影响

选择井筒和井底车场的位应该不使它们落在活动断层的影响区内。由于断层发展的阶段性和以往地质勘探没有对活断层的工程评价内容，井筒和井底车场的位往往可能落在没有明显显现的活断层段的影响区内，也可说在正在形成中的活断层段的影响区内。可以把井筒和井底车场的位选在已发育完的，在现今构造应力场中处于力学薄弱位的断层区域内，但不要将其布在已发育完的断层和正在形成的断层的交会点处。

4基于地质动力区划的矿井动力环境展望

地质动力区划方法以板块构造学为基础，确定了区域地质构造的形式、构造背景、划分区域断裂，分析了应力环境，建立了板块构造研究与矿山工程实际应用之间的联系，这对于研究矿井动力灾害发生机理、预测具有较好的指导意义。同时，随着科学技术的不断发展，基于地质动力区划的矿井动力环境一定能够得到进一步的充实和发展，这对我国地质事业是有着长远的、积极的意义的。

5结语

地质动力区划为矿井动力现象和区域性地震灾害预测工作，及大型工程设施的稳定性评价提供了科学的依据和可行的办法，开辟了矿井动力现象预测、防治和工程稳定性评价研究的新方向。积极发展地质动力区划的方法对于保障矿山工程的安全有着巨大的意义！

参考文献

第5篇：工程动力地质学范文

化学反应工程是一门涉及物理化学、化工传递过程、化工热力学、化学动力学、以及生产工艺、环境保护、经济学等知识领域的课程，是一门综合性很强的工程学科。主要研究工业规缕化学反应器中化学反应过程与反应物系质量、热量、动量传递过程即“三传一反”同时进行的物理变化与化学变化的基本规律。在此基础上，探求反应器设计包括装置的型式结构设计、操作条件(参数)的选定及控制、技术经济效果的评价及优化等的基本原理和基本方法。其核心就是对反应装置中的操作过程进行定量的工程学解析。

对所研究的化学反应，以简化的或近似的数学表达式来表述反应速率和选择率与温度和浓度等的关系。这本来是物理化学的研究领域，但是化学反应工程工作者由于工业实践的需要，在这方面也进行了大量的工作。不同之处是，化学反应工程工作者着重于建立反应速率的定量关系式，而且更多地依赖于实验测定和数据关联。多年来，已发展了一整套动力学实验研究方法，其中包括各种实验用反应器的使用、实验数据的统计处理方法和实验规划方法等。

对各类常用的反应器内的流动、传热和传质等过程进行理论和实验研究，并力求以数学式予以表达。由于传递过程只是物理的,所以研究时可以避免化学反应,用廉价的模拟物系（如空气、水、砂子等）代替实际反应物系进行实验。这种实验常称为冷态模拟实验，简称冷模实验。传递过程的规律可能因设备尺寸而异，冷模实验所采用的设备应是一系列不同尺寸的装置；为可靠起见，所用设备甚至还包括与工业规模相仿的大型实验装置。各类反应器内的传递过程大都比较复杂，有待更深入地去研究。

对一个特定反应器内进行的特定的化学反应过程，在其反应动力学模型和反应器传递模型都已确定的条件下，将这些数学模型与物料衡算、热量衡算等方程联立求解，就可以预测反应结果和反应器操作性能。由于实际工业反应过程的复杂性，至今尚不能对所有工业反应过程都建立可供实用的反应动力学模型和反应器传递模型。因此，进行化学反应工程的理论研究时，概括性地提出若干个典型的传递过程。例如：伴随着流动发生的各种不同的混合，如返混、微观混合、滴际混合等；反应过程中的传质和传热，包括反应相外传质和传热（传质和反应相继发生）和反应相内传质和传热(反应和传质同时进行)。然后，对各个典型传递过程逐个地进行研究，忽略其他因素，单独地考察其对不同类型反应结果的影响。例如，对反应相外的传质，理论研究得出其判据为达姆科勒数Dα，并已导出当Dα取不同值时外部传质对反应结果的影响程度。同样，对反应相内的传质，也得出了相应的判据西勒模数。这些理论研究成果构成了本学科内容的重要组成部分。这些成果一般并不一定能够直接用于反应器的设计，但是对于分析判断却有重要的指导意义。

由于在已选定的工业反应器中进行的宏观化学反应过程，就是具有一定化学动力学特性的反应物系进入具有一定流动和传递特性的工业装置中进行演变、达到人们期预的状之后离开反应器的全过程，整个过程涉及到多种影响参数及各参数之问相互作用的复杂关系。使宏观过程控制到期预状态，达到工程技术目的，实现技术经济目标，必须搞清上述诸多因素或参数对宏观过程、状态及生产(设计)目标的影响规律、调控的可能性及程度、技术经济效果等。在研究或处理方法上，就是在实验(实践)的基础上，用数学模拟的方法即根据反应的动力学特性和该物系在该反应器中的传递特性及流动特性，抓住影响宏观过程的主要矛盾和矛盾的主要方面。恰当地简化处理那些影响不大的次要因素，建立物系的动态物理模型。再对物理模型进行数学描述—建立宏观过程的数学模型，进而根据特定的初始条件、边界条件对数学模型求解，确定有关设计参数以及模拟放大，实践检验，修正完善。显然，该模型就是化学动力学模型、流动模型、传递模型以及相关的参数计算模型的综合。所以建模及解析无疑是各类反应器设计的中心。

学习的过程要与实际工程联系起来

例如在返混这一概念的学习中，例如，针对丁二烯氯化制二氯丁烯的开发，根据化学反应工程理论指导认识反应特征，温度效应要求反应器内不出现低温区，否则造成反应选择性差，为使反应器内不出现低温区，最直接的方法是将两种物料各自预热，然后进入反应器。但是丁二烯容易在预热器中发生自聚，造成换热面的污染，使换热器不能长期运转。因此，从工程的角度，不宜采用用原料预热的方式，可利用返混使进入反应器的冷料与反应器中的热料迅速混合，使冷料可以立刻提高温度。正如全混流反应器中提到，充分的返混将使反应器内的各处温度和浓度均匀，并等于反应器的出口浓度好温度。

工程分析方法是将化学反应工程中诸如返混，传质，传热等物理因素对反应结果的影响，进行分解处理，而后进行工程分析。工业反应器中的化学反应可以分解为物理过程和化学过程。在化学反应过程中，影响反应结果的因素可分为二类：一是与设备大小无关的反应动力学因素，即化学因素，这是过程的个性。每个反应各不相同。二是与设备大小密切相关的传递过程因素，即工程因素，这是过程的共性，同类反应器的传递特性是相同的。不因进行的反应过程而变化。但与反应器大小密切相关。而从本质上看，工程因素对反应结果的影响，是通过流体流动，传质和传热等物理过程。改变了反应场所的浓度和温度分布，再通过反应动力学的特征间接地影响了反应结果。

反应工程思维方法揭示了上述决策变量对反应结果的影响。实质上是有关工程因素对反应场所温度和浓度的影响，而反应场所的温度和浓度是通过化学反应的温度效应与浓度效应对反应速率，反应选择性产生影响，进而改变了反应结果。因此，我们在教学过程中突出强调反应工程理论思维法运用，强调从分析工程因素的本质入手，针对反应动力学特征来判别工程因素对反应结果的影响，培养采用工程分析法来分析和解决工程问题的能力。只有把握了工程因素本质及反应特征，分析了工程因素对反应结果的影响程度，才能使从反应过程设计和操作上提出优化的工程措施，解决工程问题。

返混这一工程因素，已经知道返混造成了反应器内浓度的变化，使反应物的浓度降低了，那么对反应结果有何影响呢?对这个问题，我们不能简单地下结论，而要根据反应过程的特征，具体问题具体分析。例如，对串联反应而言，浓度降低总是造成反应选择性的下降，故这一工程因素的影响总是不利的：而对平行反应而言，根据反应选择性的动力学特征，主反应级数低于副反应级数时，浓度降低是有利的，故返混的影响是有利的，而反之则是不利的。又如，对于颗粒催化剂内部传递过程而言，由于传质阻力的存在，使催化剂内部的反应物浓度从外往里呈逐渐降低的态势，而产物浓度的变化则相反。尽管内部传递过程与返混是两个截然不同的工程因素，但只要深入分析，从本质上看，内扩散同样是改变了反应场所的浓度，使反应物浓度降低了，这恰好与返混的结果一样，可以预见，内部传递过程对反应结果的影响，也必然与返混的影响一样。工业反应过程中，影响反应结果的工程因素有返混、予混合、传质和传热等，取决于反应器型式、操作方式、操作条件等决策变量。反应工程思维方法揭示了上述决策变量对反应结果的影响，实质上是有关工程因素对反应场所温度和浓度的影响，而反应场所的温度和浓度是通过化学反应的温度效应与浓度效应对反应速率、反应选择性产生影响，进而改变了反应结果。

化学工业生产过程包括进行物理变化和化学反应的过程。化学反应过程是生产的关键。在工业规模的化学反应器中，化学反应过程与质量、热量及动量传递过程同时进行。这种化学反应与物理变化过程的综合，称为宏观反应过程。研究宏观反应过程的动力学称为宏观反应动力学。宏观动力学与本征动力学不同之处在于：除了研究化学反应本身以外，还要考虑到质量、热量、动量传递过程对化学反应的交联作用及相互影响。进行宏观反应动力学分析，应注意按相的类别、温度条件和操作方法来分类，多相反应，或称为非均相反应，涉及反应物及生成物在相际的质量传递。变温反应涉及反应物系的相际及与外界的热量传递；而流体的流动特征对质量传递和热量传递有着重大的影响。以宏现动力学为基础，还要进一步对工业反应装置的结构设计墁最佳操作条件的确定控制、放大、优化等进行研究，以期应用于生产实践时获得良好的技术经济效果

由于化学反应工程涉及多种影响参数及参数之问相互作用的复杂关系，例如化学反应与传质、传热过程的相互交织，连续流动反应器中流体流动状况影响到同一截面反应物的转化率和选择率的不均匀性，化学反应速率与温度的非线性关系等，传统的因次分析和相似方法已不能反映化学反应。工程的基本规律，而必须用数学方法来描述工业反应器中各参数之间的关系，这种数学表达式称为数学模型。有了数学模型，才可能用数学方法来模拟反应过程，这种模拟方法成为数学模拟方法。用数学模拟方法来研究化学反应工程，比传统的经验方法能更好地反映其本质。数学模拟方法的基础是数学模型，数学模型的基础是对多种影响过程特性的分析，又称为物理模型。数学模型处理问题的性质可分为化学动力学模型、流动模型、传递模型、宏观动力学模型。工业反应器中宏观动力学模型是化学动力学模型流动模型及传递模型的综台，是本书所要讨论的核心内容。气—固相催化反应和流—固相非催化反应着重讨论单颗粒固相粒内和相际的宏观反应动力学，气—波相反应则着重讨论液相内的化学反应，其宏观动力学模型是化学动力学模型与传递过程模型的综合，若讨论的是整个反应器。宏观动力学模型还包括l旎动模型在内数学模型的建立是通过实验研究得到的对于客观事物规律性的认识并且在一定条件下进行台理简化的工作。不同的条件下其简化内容是不相同的。各种简化模型是否失真，要通过同规模的科学实验和生产实践去检验和考核，并对原有的模型进行修正，使之更为合理。物理化学中的理想气体定律，化工单元操作中吸收过程的双膜论，都是在一定条件下建立的行之有效的合理的简化模型各种工业反应过程的实际情况是复杂的，尤其是流动反应器内流体和固体的运动状况和多孔固相催化剂及固相反应物内的宏观反应过程，一方面由于对过程还不能全部地观测和了解；另一方面由于数学知识和计算手段的限制，用数学模型来完整地、定量地反映事物全貌目前还不能实现。因此，将宏观反应过程的规律进行去粗取精的加工，根据主要的矛盾和矛盾的主要方面提出一定的模型，并在一定的条件下将过程合理简化，是十分必要的。简化是数学模拟方法的重要环节台理地简化模型要达到以下要求：(1)不失真；(2)能满足应用的要求：(3)能适应实验条件，以便进行模型鉴别和参数估值；(4)能适应现有计算机的能力。

第6篇：工程动力地质学范文

基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划项目（ncet-11- 0406）

作者简介：荣冠（ 1971- ），男，武汉大学水利水电学院副教授，博士，主要从事岩体稳定性研究及工程地质教学工作，（e-mail）rg_mail@163.com。

摘要：工程地质是水利类本科生的一门重要专业基础课，课程教学内容和环节丰富，难点较多，实践性强。如何在课堂教学和野外实践教学中有效提高教学质量是一个值得探讨的问题。文章详细分析了水利工程课程中的难点及教学中存在的问题，从课堂教学、实践教学、英文教学及课程考核等方面全面介绍了课程教学经验及改革探索。提出课堂教学应注重理论紧密联系工程实际，实践教学应注重培养学生动手技能和发现、分析、解决工程地质问题的能力，开展英文教学是培养国际人才的必然趋势，考核机制应全面反映学生的综合能力等观点。

关键词：工程地质； 水利专业； 教学研究； 理论教学； 实践教学

中图分类号：tv135；g642421文献标志码：a文章编号：10052909（2013）05011007工程地质是研究工程建设活动与自然地质环境相互作用和相互影响的一门地质科学，是以地学学科的理论为基础，应用数学与力学理论和工程技术及方法解决与工程规划、设计、施工和运营有关的地质问题[1]。工程地质课程是水利类本科专业的一门重要专业基础课程。水利水电工程建设是人类在认识自然的基础上改造自然并为经济建设服务的活动，进行水利水电工程建设首先必须了解自然环境和工程条件，而环境地质条件是与水利水电工程关系最密切、最重要的自然条件。

当前，中国工科高等教育人才培养主要目标是：培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才[2]。工程地质课程作为水利类专业中一门实践性强的课程在凸显人才培养目标方面，更加突出工程地质理论和实践教学的必要性与重要意义[3-4]。

工程地质课程的教学分为课堂理论教学部分与野外地质实习部分。课堂理论部分主要讲授矿物岩石、地质构造、地质作用、地下水、岩体工程特性，边坡、坝基、洞室围压稳定性评价，工程地质勘察等知识。野外地质实习部分主要进行岩石及地质构造认识，风化、卸荷及河流地质作用研究，地下水及其作用研究，水利枢纽工程地质条件与问题分析评价等。

由于工程地质课程涉及的相关课程较多（矿物学、岩石学、构造地质学、地史学、地貌学、水文地质学、材料力学、岩石力学、土力学等），且这些课程多为地质专业课程。同时，工程地质课程实践性很强，但学生又缺乏实践经验和实践机会。因此，在有限的理论教学和实践教学时间内，如何合理安排教学环节，使学生扎实掌握工程地质相关概念及基本原理，并使学生初步具备分析工程地质条件及解决工程地质问题的能力，是一个很值得探讨的问题。根据笔者多年从事工程地质教学的经验，针对水利类本科专业工程地质教学，首先介绍学校工程地质课程的设置，然后分析课程教学的重点及难点，再从课堂教学、实践教学、英文教学、考核方式4个部分探讨理论与实践教学的改革思路，以期在提高教学效果、培养学生分析工程地质条件和解决工程地质问题能力方面有所收获。

一、水利类工程地质课程介绍

（一）水利工程地质课程设置

武汉大学水利水电学院最早可追溯至1928年创建的国立武汉大学工学院土木系水利组，学院现已成为国内水利水电高级人才培养的摇篮和科学研究的重要基地。一直以来，工程地质课程为水利各专业（农田水利、水电工程、河流泥沙、水文水资源）的重要专业基础课程。工程地质课一般在第五学期或第六学期开设，包括48 学时课堂教学和1 周的野外实习。课堂教材主要使用天津大学主编的《水利工程地质》（第四版）[1]，实验及野外实习采用武汉大学编写出版的实习教材[5]。

（二）水利工程地质课程内容

水利工程地质主要是研究水利水电工程建设中的工程地质问题。主要内容包括岩石及其工程性质，地质构造及区域稳定性，地表水流的地质作用及河谷地貌，地下水、岩溶及库坝区渗漏地质条件分析，岩体工程特性，坝基、边坡及洞室围岩稳定性分析，水利水电工程地质勘察等。

高等建筑教育2013年第22卷第5期

荣冠，等水利类专业工程地质课程教学研究与改革探索

课程的教学分为课堂教学与实践教

两部分。课堂教学主要讲授地质学基础知识和水利三大类岩体（边坡、坝基及洞室围岩）稳定性分析基本理论。通过课堂教学力求使学生掌握工程地质学基本概念、工程地质分析基本原理和岩体稳定性评价基本方法。实践教学通过野外现场典型岩体、地质构造、地质作用等的直接观察和分析来增强感性认识、理解并深化工程地质理论知识，使学生初步具备分析工程地质条件和解决工程地质问题的能力。水利类工程地质课程教学基本内容可总结为地质学基础知识和岩体稳定性分析两方面，核心主线则是工程地质条件及工程地质问题的分析研究。课程室内外教学均是围绕该主线开展的。

二、水利工程地质课程中的难点及问题

（一）工程地质相关概念不易理解和掌握

对于水利专业的学生来说，工程地质课是他们第一次接触地质学知识。多数学生，尤其是来自平原地区的学生，缺少对地质现象的感性认识，这使他们更不易理解相关地质现象和地质作用。水利工程地质课程的开始部分主要讲述地质学基本概念，包括矿物和岩石的成因、成分及分类，内外力地质作用概念，产状、节理、断层、褶皱等地质构造，地层地史，地质图分析，区域稳定等。这些内容涉及矿物学、岩石学、地层古生物学、构造地质学等知识。这些概念和相关课程知识对于初学者来说完全是陌生的。例如：在分析沉积岩的石英砂岩与变质岩的石英岩区别时，一般学生很难从沉积作用和变质作用的成因角度深刻理解其矿物结晶程度、颗粒大小、矿物纯度、孔隙率等方面的差异。在现场分析褶皱构造时，不少学生容易把现代地形与褶皱形态混为一谈。实际上起伏的山脊为背斜，剥蚀的山谷为向斜往往是不对的，反过来，背斜核部易形成河谷低地，向斜核部则可能形成山脊。准确定位褶皱应根据现场垂直岩层走向观察结果，若有岩层按新老次序有规律地对称出现时，则可肯定有褶皱。然后根据岩层新老组合关系的分析确定褶皱的基本类型（背斜或向斜），进一步依据两翼岩层产状、轴面产状以及地层层序判断褶皱的剖面类型和平面类型。但现场地层及其年代的划分，对于水利专业初学者而言是难以掌握的，况且岩层的产状及地层的划分往往又具有隐蔽性，因此，地质学基础概念往往是水利工程地质课程开始阶段学习的难点。（二）工程地质条件难以全面和深刻理解

工程地质条件指的是与工程建设有关的地质因素的综合，是自然历史发展演变的产物。对大型水利工程而言主要包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、物理地质现象（滑坡、崩塌、泥石流、风化、卸荷、侵蚀、岩溶、地震等）及天然建筑材料等6个方面。工程地质条件直接影响工程建筑物的安全、经济和运营管理。兴建大型水利水电工程，首先都要查明枢纽及库区的工程地质条件。不同地区的地质环境差异及水工建筑物类型的不同，对水利工程的影响也不同。教学中发现，学生对工程地质条件的复杂性认识不足，难以全面理解工程地质条件的内涵，这样自然导致对工程地质问题的把握不准。例如：西南水电工程主要集中在川、藏、滇、青等省区河流的深切河谷地区。该区域的自然地质环境十分复杂，相应地在此建高坝大库的工程地质条件也十分复杂。深切河谷往往首选高拱坝方案，此时地形地貌就是关键的地质条件，将直接影响工程高边坡的稳定与安全，同时影响并制约水工建筑物的布置、施工安排等。在西南深切河谷且为深覆盖层坝区，从坝基防渗及挡水建筑物安全的角度考虑多采用当地材料坝型，坝体防渗多为混凝土面板而非粘土心墙方案，这主要就是从天然建筑材料经济合理的角度考虑。

（三）对工程地质问题缺乏认识和实践经验

工程地质问题指的是工程地质条件与工程建筑物之间存在的矛盾或问题。对大型水利工程而言主要包括坝基和坝肩抗滑稳定问题，坝基渗漏和渗透稳定问题，边坡稳定性问题，地下洞室围岩稳定性问题，水库渗漏、水库淤积、库周浸没、库岸再造，水库诱发地震等问题。工程地质学简单说就是分析工程地质条件，解决工程地质问题。因此，工程地质问题是课程的最终落脚点。不同水工建筑物由于对场地条件要求存在差别，其相应的工程地质问题也存在差异。实际工程中，全面揭示工程地质问题是有难度的，尤其是深层隐伏的地质问题，更是从浅表很难观察确认。目前对水利专业，工程地质课程一般在水工建筑物等专业课之前开设，许多学生对水工建筑物知之甚少，对水工建筑及枢

纽区可能会出现哪些地质问题更是难知一二。

例如：对水利工程三大坝型工程地质问题的分析。土石坝主要由粘土、碎石、块石等散体堆积而成，坝体允许产生较大的变形，它对坝基工程地质的要求较低，可以在软基和工程地质条件复杂的坝基上兴建。由于坝基河床地质条件多变，易出现过大沉降引起坝体裂缝、坝基渗漏和渗透变形问题，以及粉细沙层震动液化等问题。重力坝主要依靠坝身自重与地基间摩阻力来保持稳定。重力坝对坝基要求高，一般要求修在弱风化下部的岩基上。该类坝型最主要的问题就是过大变形或不均匀变形导致坝体裂开，软弱结构面组合形成深层滑移块体。拱坝主要通过拱作用传递荷载到坝肩，所以拱坝对两岸岩体的要求较高，而对河床坝基岩体要求相对要低。两岸拱座岩体应新鲜完整、无大断层，狭窄对称的“v”字形河谷是首选地形条件。此时应特别关注顺河向软弱结构面切割形成的滑移块体。由于学生在这一阶段对水工建筑物不熟悉，同时缺乏对三大坝型的现场感性认识，导致他们较难在合理评价相应工程地质条件的基础上深入分析潜在的工程地质问题。

（四）工程地质分析方法不易理解和熟练运用

由于工程岩体结构特征及力学特性的复杂性和不确定性，针对岩体变形与稳定性的工程地质分析方法主要是定性与定量结合，总体上是半经验半理论性的。针对实际工程，在较大程度上是以现场经验为前提，然后通过工程地质定性分析结合定量计算综合确定。工程地质的分析方法主要有工程地质类比法、图表法、室内外实验方法、力学模型定量计算法等。各方法都有一定条件和适用范围，即存在各自的优缺点。实际应用中宜将几种方法结合，互相补充。针对不同的工程地质问题，刚学习课程的学生对怎样合理选择分析方法缺乏经验，熟练掌握困难更大。

现以岩质高边坡稳定性评价为例，简要讨论工程边坡稳定性评价的基本思路。总体上边坡稳定性的影响因素包括地形地貌、岩体结构、地质构造、风化卸荷、水的作用、地震及构造运动和人类工程活动等。首先从经验上判断其稳定性主要从坡形坡高、岩体强度、坡体结构等直观判断，此时工程地质定性方法（如赤平投影）就是较好的方法。对于边坡浅表的变形及破坏情况，则主要考虑岩体的风化和卸荷程度，及其卸荷裂隙等的组合情况。对于边坡的整体及长期稳定性，则需通过详细的地质勘探，确定潜在的破坏模式和滑移边界，采用如三维极限平衡方法、有限元应力应变方法等计算其变形和稳定性。边坡变形模式及边界、结构面和岩体力学参数的确定是关键，同时还应合理考虑地下水及地震等因素的影响。所以对岩石边坡采用工程地质方法合理评价其稳定性是一项较复杂的工作，对于初学者来说是不易全面和熟练掌握的。

（五）工程地质实习和工程实践时间不足

工程地质教学来源于实践并回归于实践，其最鲜明的特点就是实践性强。教学实习和工程实践是巩固和加深地质理论知识的有效途径，是理论联系实际培养学生掌握科学方法和独立能力的重要渠道。地质实践教学的任务主要是让学生亲自接触各种真实的地质现象及工程问题，用已学到的理论知识观察分析现象，提出解决问题的方法与措施。例如：断层是工程地质学中的基本概念，但学生要理解断层的规模与工程特性、现场鉴别方法及其对工程的影响是较困难的。通过现场露头可以较直观地了解断层的三种形态类型及其基本特征，对较大规模的断层可引导学生从地形地貌不协调、地层的重复或缺失、伴生构造及构造岩、地表地下水的异常分布等方面来认识。在此基础上分析断层的级别、特征及其对工程的影响学生就容易理解和熟悉，然而由于教学时间及经费的限制，学生在实习和实践方面的机会相对较少。在有限的实习和实践时间内，如何合理安排教学实习路线及教学内容，让学生能够较好地掌握基本概念和原理，并初步具备分析和解决问题的能力，是目前水利工程地质实践教学中的一大难题。

三、水利工程地质课程改革探索

（一）课堂教学改革 1.突出重点分解难点

由于水利工程地质课程涉及较多概念和方法，同时关联较多课程，是一门综合性很强的课程。由于教学课时有限，要将所有内容都面面俱到地深入讲解，显然是不可取的。这就要求在讲授时有的放矢，合理安排教学内容，做到突出重点、解剖难点，始终把握地质学基本概念和岩体稳定评价两个主要内容，抓住工程地质条

和工程地质问题两条主线。这样可以使学生从较多的概念和方法中理清思路，把握课程主体框架。例如：在地质构造部分，阅读和分析平面地质图是重点，同时也是难点。平面地质图的阅读要求熟悉地层年代、产状、褶皱、断裂、地史等理论知识，同时需要结合具体工程分析不利条件及可能存在的问题。为此需要结合教学图件，详细分析褶皱、断裂等存在的依据，并讨论作为坝基或洞室的地质条件可能存在的不良地质问题。这样学生才能较快掌握地质图的分析方法及工程应用。

2. 理论联系实际

工程地质学的理论性较强，各种概念及分析方法较多。这些内容均源于地质作用和工程实践，在讲授课程时如只照本宣科，学生很难对一些抽象的概念及方法感兴趣，这样教与学的效果均较差。在教学过程中注重理论联系实际将是提高教学效果、提高学生学习兴趣的最好手段。例如：在讲授岩石和地质构造内容之后，学生对三大类岩石的特性及现场鉴别、具体的断层和褶皱构造的理解和分析仍是模糊的。笔者则以珞珈山为例，该地质体即为学生大学生活的环境，引导学生探寻珞珈山的岩石类型，以及是否存在断裂和褶皱。几乎所有学生都对此感兴趣，并乐于了解校园的地质情况。由此对珞珈山地层岩性进行介绍，在此基础上分析褶皱、逆断层及平移断层分布等。学生惊叹常在身边出露的岩石就是典型的石英砂岩，而校园内的樱花大道竟是一条逆断层。通过这个实例很好地将基本地质概念与周边的实际环境联系起来。

3. 传统与现代教学结合

水利工程地质课程内容较多、实践性强，而且课时有限，因此要求将传统教学与现代教学相结合，这样可以很好地发挥各自的优势。重要的概念及分析方法以黑板演绎并详细讲解，使学生的注意力集中，有利于学生对重点难点内容的深入理解和掌握。例如：在介绍层状岩层产状时，宜采用教学图件分步讲解，使学生切实理解走向、倾向、倾角的真实含义及实际意义。在讲解赤平投影原理时，则需按投影方法介绍点、线、面等的投影过程，使学生理解空间点、线、面与赤道平面投影的关系，这样结构面的空间产状与赤平投影图间的关系也就清楚了，后续运用其分析边坡稳定性也就简单易懂。水利工程地质课程涉及许多地质作用、地质现象及工程实例。此时多媒体演示则显示其优势，多媒体课件可提供大量信息，形象生动地展现自然现象及复杂事物，其效果是口头表达难以达到的，同时也可提高学生学习兴趣，节省讲解时间。课余时间鼓励学生通过国内外各种网络资源（特别是高校工程地质课教学资源）了解和学习相关工程地质知识，也可以用即时通讯方式解答学生的不同问题，利用现代网络资源最大限度地开展教学互动，让学生扎扎实实学好工程地质课程。

（二）实践教学改革

实践教学环节是保证和检验水利工程地质课程教学效果和质量的关键。要真正熟悉和掌握水利工程地质的知识及方法，各种不同类型的实习实践教学是必不可少的。以下从室内实验、校内现场教学及水利枢纽地质实习3个环节来介绍实践教学。

1.强化室内实验教学

武汉大学水利水电学院较早建成工程地质实验室。实验室主要有各种矿物、三大类岩石、古生物化石、构造模型、典型水利枢纽岩石、各种地质图件及影像资料。同时还配有偏光显微镜、gps 、电子罗盘、gis等设备和工具软件。目前实验室可以满足水利类专业本科教学要求。室内实验教学主要安排造岩矿物、岩浆岩、沉积岩及变质岩的认识。同时还讲授地质图阅读、罗盘及gps使用等教学内容。

以三大岩石的认识为例，这对于学生来说是难点，仅通过课堂讲解学生很难掌握岩石的特征和鉴别方法。在课堂讲授造岩矿物及三大岩类后，需要进行三大岩类认识的室内实验教学：学生按5人一组进行分组，每组学生提供三大类岩石标本各一盒。教师先复习岩石的成因、矿物组成、结构构造及分类等，然后以3种典型岩石为例分析矿物及结构特征，再分析其成因和类别。在此基础上让学生仔细观察各种岩石标本，由各组学生相互讨论以寻找鉴定矿物和岩石的规律和技巧。对学生的具体问题教师现场答疑，对相似矿物的鉴别、结构的理解等共性问题由教师总结分析。通过室内实验课教学环节基本可以使学生掌握常见岩石特征和鉴别方法，对后续现场实习具有重要意义。

2. 重视校内现场教学

武汉大学地处东湖之滨，校园内有珞珈山和狮子山，存在不少良

好的地质露头、各类地质构造较丰富。为配合基本地质理论知识讲授，笔者充分利用武汉大学校园内的珞珈山地区进行现场教学。该地区发育有志留系、泥盆系、石炭系、二叠系及第四系等沉积岩，地层呈有规律的东西向条带状分布，呈现节理、断层、褶皱等地质构造。武汉大学水利水电学院从20世纪50年代开始，在珞珈山地区安排校内地质现场教学，实习路线从北向南横跨珞珈山，要求学生现场观察珞珈山地区岩石岩性、产状、风化、卸荷、隐伏岩溶、地下水露头、节理、断层、褶皱等现象。通过现场地质调查，学生可以理解地层划分及年代概念，熟悉产状的概念及测量方法，节理、断层及褶皱的鉴别和分析方法，最后独立完成简要的珞珈山地质调查报告。通过该单元的校内现场地质教学，可以进一步深化学生对基础地质概念和理论理解，培养学生独立分析和解决问题的能力。

3. 完善野外地质实习

（1） 水利枢纽地质实习目的与安排。工程地质野外教学实习是课程教学实践的最重要环节，目的在于巩固课堂所学的理论知识，使理论与实践紧密结合。通过对水利枢纽区地层、岩性、地质构造、地下水及外动力地质作用等的调查研究，使学生初步掌握野外地质工作的一般方法，了解水利枢纽工程地质条件及主要工程地质问题，熟悉地质报告编写及地质图件绘制的方法。实习教学包括路线教学、专题调研、现场讨论、内业整理等环节。通过现场调查、专题问题讨论、面试考查、实习报告编写等过程，培养学生野外地质工作能力和分析解决工程地质问题的能力。 （2） 野外实习区域及路线的选择。良好的实习区域与路线是满足工程地质野外实践教学要求的基础。实习区域应选择岩石类型及地层较丰富，河流地貌及水文地质现象发育良好，具备地质构造发育和风化、卸荷及边坡变形等外动力地质作用发育的地带。同时应具备典型的水利枢纽工程以便进行水利水电专业工程问题的分析讨论。在此基础上根据地层岩性及地质构造、河流地貌与地下水、边坡变形及稳定性分析、水利枢纽地质条件及工程问题等选择4～5条典型路线作为教学单元。路线选择注意地质现象的典型性及易识别性等特点，同时注意地质现象与工程实践的密切联系。

以武汉大学为例，从20世纪50年代开始，陆续建立了陆水实习基地、丹江口实习基地、韶山灌区实习基地等。2010年三峡工程建成后，又建立了湖北秭归三峡库区实习基地，选择茅坪至链子崖（郭家坝）、高家溪、泗溪、副坝大坝及永船等线路进行教学。三峡库区具有大量典型意义的地质露头，同时能够结合具体的水利工程建筑物（如大坝、副坝、高边坡等）进行工程地质条件与问题的分析。主要路线地层出露及地质构造较为齐全，风化、卸荷等动力地质作用和河流地质作用，以及地下水、岩溶等地质现象均有出露，能够满足水利类专业野外工程地质实习的要求。

（3） 野外实习环节及质量控制。整个实习期间每个教学单元要求有明确的教学内容。总体上要求完成：①典型剖面地层野外观察和描述，包括岩性、接触关系、产状及测量、岩浆岩和沉积岩及变质岩小构造观察、风化作用、地形图的使用等。②河流地貌及水文地质调查，包括河流侵蚀、堆积，河床、河漫滩及阶地观察，河谷边坡卸荷及变形，潜水露头，岩溶水，岩溶地貌等。③边坡变形及稳定性分析，包括典型卸荷拉裂体、崩塌体、滑坡体的现场调查，变形及破坏特征，边界条件，稳定性影响因素及评价，变形破坏成因，工程防护及治理方案等。④水利枢纽教学单元，主要侧重水利枢纽主要建筑物的组成及功能，大坝、副坝、高边坡、水工隧洞等主要工程地质问题分析。⑤资料整理及报告编写，主要是对现场观察的内容进行分析整理，按要求编写实习报告。

野外地质实习以小组为单位进行，实习过程要求分工明确、团结合作，现场特别强调纪律和安全。实习成绩评定综合考虑思想表现、组织纪律、操作技能、野外纪录、面试讨论及实习报告等。

（三） 英文教学探索

1. 工程地质英文教学意义

英语教学或中英文双语教学是目前本科教学改革的重要内容。基于高等学校培养具有国际视野和国际竞争力、面向未来的新型高素质人才的要求，高校对主要课程实行英文教学十分必要[6]。随着中国基础建设及能源等领域大规模工程的开展，在相应学科进行学术和业务交流已是基本要求。水利行业早已走出国门，承接或合作国际科研和工程项目。这就

求学生不仅有较高专业造诣，而且需要具备较好的英文文献阅读能力、语言表达和交流能力。

2. 工程地质课程英文教学实施

（1） 选定英文教材。工程地质英语教学，首先应选择合适的英文原版教材。国外出版的工程地质书籍较多，但适合国内水利专业使用的工程地质英文教材较少。这主要是国外很少有专门针对水利类的工程地质教材，多数教材是针对工程地质专业编写的。考虑到初学及课时情况，笔者建议采用tony waltham编著的《foundations of engineering geology》 （third edition）[7]，这本教材包括岩石、地质构造、物理地质作用、地下水、岩土力学特性、边坡、隧洞及采空区等，内容简洁，通俗易懂。其次，推荐f. g. bell编著的《engineering geology》（second edition）[8]作为主要参考书。这本教材内容较全面，包括岩石、地质构造、物理地质作用、地下水、岩土工程特性、地质勘查及洞室、边坡、坝基等内容。在工程地质英文教学过程，建议学生使用网络资源，国外知名大学有不少工程地质课程资料[9]可供参考，同时从《engineering geology》和《rock mechanics and rock engineering》等国际学术刊物学习有关论文及知识。由于专业需要，学生还需使用中文版的水利工程地质教材作为对照读物。

（2） 英文课件及教学。英语课堂教学主要采用多媒体方式，可提高讲授速度和效率。在制作英文教学ppt时，应尽量简洁明了、图文结合，英文一定要规范。对一些专业性强的知识（如专业术语）可适当加中文注释。授课语言主要为英语，对不易理解的内容可用中文解释。为了保证教学效率，要求学生课前进行适当预习。课堂上采取师生互动形式，提高学生英语表达能力。平时作业、小测验及期末考核均要求采用英文进行。授课教师自身英文必须熟练，首先是专业概念及术语的准确表达，其次是发音的准确。

（四） 课程考核方式

为更好开展工程地质教学工作，其中一个重要环节是课程考核。课程考核目的是考察学生掌握知识的情况及分析问题的能力，科学有效的考核方式可以充分发挥学生的主动性和能动性，从而提高教学效果和质量。目前水利工程地质课程包括室内教学和野外实习两个部分，一般是独立考核。其中室内教学部分主要考察地质基本知识及水利工程相关岩体稳定性评价方法的掌握情况，成绩主要由平时作业、课堂小测验、专题讨论及期末闭卷考试组成，要求学生以掌握地质知识和工程问题分析方法为主，鼓励平时交流讨论，避免考试突击的学习方式。野外实习考核主要考察学生基本技能的掌握情况，侧重考核问题的分析理解能力，从现场主动性、操作技能、综合分析、面试讨论、实习报告及组织纪律等方面综合评定。

文章总结笔者多年教学实践经验及课程改革探索供高校同行参考，以期在提高水利工程地质教学质量，提高学生学习积极性和培养学生创新能力方面发挥积极作用。

参考文献：

[1]崔冠英， 朱济祥. 水利工程地质[m]. 4版. 北京： 中国水利水电出版社， 2008[2]中华人民共和国教育部. 关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见（教高[2011]1号） [eb/ol].（2011-01-08）.

[3]王哲， 陈东瑞， 张勇. 土木工程专业工程地质课程实践教学方法探讨[j]. 高等建筑教育， 2010，19（4）： 125-127.

[4]程建军， 王海娟. 水利类本科专业工程地质课程教学探索[j]. 高等建筑教育， 2012， 21（3）： 98-100.

[5]杨连生， 王涛， 李宏明. 水利水电工程地质实习指导书[m]. 北京： 中国水利水电出版社， 2008.

[6]黄雨， 卞国强， 叶为民. 土木工程专业工程地质学双语教学改革探讨[j]. 高等建筑教育， 2009， 18（2）： 97-101.

[7]tony waltham. foundations of engineering geology[m]. third edition， spon press， 2009.

[8]f g bell. engineering geology[m]. second edition， butterworth-heinemann press， 2007.

[9]missouri university of science and technology courses[eb/ol]. http：//web.mst.edu/～rogersda/

research and reform exploration on teaching methods of engineering

geology for water conservancy specialty

rong guan， zhou chuangbing， chen yifeng

（school of water resources and hydropower， wuhan uni

iversity， wuhan 430072， p. r. china）

abstract： engineering geology， with rich teaching content and strong practicality， is one of the fundamental courses for students majoring in water conservancy. it is worthy to be deeply discussed on how to effectively improve the quality of teaching in the classroom and the field geological practice. difficulties of the course and practical problems in teaching were analyzed in detail. meanwhile， teaching experience and reform exploration were comprehensively introduced from the point view of classroom teaching， practical teaching， bilingual teaching and course assessment， respectively. it is proposed that in classroom teaching， theory should be closely tied to the engineering practice. in practical teaching， the ability of students on how to discover， analyze and solve engineering geological problems should be emphasized. carrying out bilingual teaching is an inevitable trend to train international talent and students’ comprehensive ability should be fully disclosed in assessment system.

第7篇：工程动力地质学范文

关键词：岩体工程地质力学岩体结构地质模型

Abstract: The advent of engineering geomechanics of rock mass, not only promote the development of engineering geology, but also improve the ability to solve practical engineering problems. In the process of its development, new research topics have been brought forward. Along with the solutions to these problems, some important theories, methods and techniques will be formed and perfected gradually.

Keywords: rock mechanics; engineering geology; geological model of rock mass structure;

中图分类号：P55文献标识码：A文章编号：

世界上, 最早的工程地质学的精典著作, 一是太沙基教授著的《工程地质学》( 1929) ; 二是萨瓦连斯基教授著的《工程地质学》( 1937) 。这两部书问世之后, 对推动各国的工程地质学的发展起了很大的作用。在此之后, 各国也相继发表了很多版本的《工程地质学》, 虽然在内容方面有新发展, 但其学术思想还是属于太沙基教授和萨瓦连斯基教授的学术思想范畴, 他们多注重地壳表层的地质作用及其所产生的各种工程地质现象, 并对土质方面的工程地质问题, 进行了比较深入地研究。由于当时的铁路工程、隧道工程、水坝工程的规模较小, 基本上满足了工程建设的需要。

我国著名的工程地质学家谷德振教授著的《岩体工程地质力学基础》( 1979) 具有新的学术思想, 是从地质历史的发展过程—建造与构造, 并运用地质力学的观点, 研究了岩体的工程地质特性及力学的成因问题, 具有工程地质学方面的新的理论特色, 对解决大型岩体工程建设问题起了很大的作用。对完善各国的工程地质学的理论体系, 具有重大的意义。

岩石力学做为一门新兴学科是在50 年代逐步形成的。第一本《岩石力学》( J. 塔洛布尔著) 直到1957 年才出版。当时的岩石力学的占有支配地位的理论是材料力学、即把材料力学中的连续介质力学理论引用到岩石力学之中, 这是岩石力学初期发展的特点。到了70 年代, 人们对岩体有了新的认识, 开始建立了“岩体”与“岩块”的两个不同的概念。岩体是具有裂隙的, 岩体力学性质是与裂隙性质密切相关。所以, 裂隙岩体力学特性成为岩体力学研究的中心课题, 从而使岩体力学有了新的发展。其代表作是1974 年米勒教授( L.Muller) 主编的《岩石力学》文集。

岩体力学的发展具有十分重要的意义, 为岩体力学的新突破提出了理论基础。对于岩体中看起来杂乱无章的裂隙, 称之为结构面的分布与组合, 是有规律可循的。这就为岩体力学规律性的研究奠定了基础。

孙广忠教授著《岩体力学基础》( 1983)和《岩体结构力学》( 1988 年) 的书中明确提出了“岩体结构控制论”做为岩体力学的基础理论, 书中比较全面地的论述了: ①岩体的地质特征—岩体力学的地质基础;②岩体结构的力学效应—岩体力学的基本规律;③岩体力学分析原理及方法。《岩体结构力学》可称为当今阶段的岩体力学发展的代表作。从生产实践观点来看, “岩体工程地质力学”与“岩体结构力学”的研究对象是相同的, 即边坡、地基、地下隧道与硐室等工程岩体稳定问题; 它们的服务目标也是一致的, 即为工程设计与施工服务。这两门学科既有不可分割的紧密联系, 又各有侧重, 分别进行深入细致的研究工作。两者的关系见图

根据图1 可见: 以工程设计为服务目标来讲, 岩体工程地质力学研究与岩体结构力学研究是一个整体。

岩体工程地质力学研究主要有三个内容:

( 1) 岩体结构形成的物质基础

岩体结构特性的好与坏与地质建造的形成环境、形成时代、成岩作用和演变过程有着内在的有机联系, 所以弄清组成各种建造的岩石组合特征和岩石的工程地质性质, 并依此进行岩层的工程地质分组。每类岩组均有自身的岩体结构的规律性。

( 2) 岩体结构的地质力学分析

在认识岩体结构特性的过程中, 既要重视地质建造, 也更要重视建造的改造和再改造。岩体结构特性与褶皱断裂有着密切的关系, 为了弄清岩体结构类型与及其规律性, 必须应用地质力学理论与方法, 研究构造变形场形成的时间性, 空间性和力学性, 并探索褶皱断裂形成的力学机制和构造型式及其构造应力场的特征等等。

( 3) 地质模型

根据工程地质岩组的特性和岩体结构的类型, 并结合岩体工程的性质、形状、尺寸及所处的地质背景位置, 以岩体结构控制论的观点对上述各种要素进行综合分析, 最后抽象为地质模型, 依此来判断工程岩体变形破坏形式。

岩体结构力学研究,主要有两大内容:

( 1) 将地质模型转化为力学模型地质模型

不仅是岩体工程地质力学的主要研究内容, 同时又是岩体结构力学的主要研究内容。前者侧重于研究地质模型的成因和类型, 而后者是侧重于研究地质模型的力学效应。即依赖于岩体结构及其力学效应, 将地质模型转化为力学模型。

( 2) 将力学模型转化为数学语言

岩体工程地质力学研究, 以目前的研究水平来讲, 多属于定性研究, 虽然也可以作为工程设计的依据, 但尚不够充分。所以, 必须经过地质模型, 转化为力学模型, 再将力学模型中与岩体变形破坏机制有关的各种要素, 从定性的转化为定量的, 并用数学语言表达出来, 才能进行岩体稳定性的力学分析。

岩体稳定性的力学分析成果, 从某种意义上讲, 是岩体工程地质力学与岩体结构力学的共同的最终成果, 是工程设计最充分的依据。但一项最佳的工程设计, 除应用最终成果之外, 还应对其他的研究内容: 工程地质岩组, 岩体结构, 地质模型和力学模型等的含义有充分了解、消化、吸收, 才能使工程设计达到最佳的目标。

孙广忠教授著《岩体结构力学》一书, 不仅是发展了岩体工程地质力学, 也发展了岩体力学, 它具有我国岩体力学的理论特点。作者将这一理论特点概括为以下五条:

( 1) 岩体力学是研究环境应力改变时的岩体再变形和再破坏的科学。

( 2) 岩体结构控制岩体变形、破坏及其力学性质。岩体结构控制作用远远大于岩石材料的作用。

( 3) “岩体结构控制论”是岩体力学基础理论, “岩体结构力学效应”是岩体力学的力学基础, 岩体结构分析方法是岩体力学研究的基本方法。

( 4) 岩体赋存于一定的地质环境中, 岩体赋存环境条件可改变岩体结构力学效应和岩石力学性能。

( 5) 在岩体结构, 岩石及环境应力条件控制下, 岩体具有多种力学介质和力学模型, 岩体力学是由多种力学介质和多种力学模型构成的力学体系。

第8篇：工程动力地质学范文

关键词：峡谷山区；地质灾害；危害性；防灾减灾

中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：

1、峡谷山区地质灾害的类型分析

峡谷山区地质灾害可说是灾难性的，如何减少峡谷山区地质灾害对社会与经济的冲击，是各国政府所关心的重要课题。要有效地减少灾害的损失，需了解灾害发生的机理并进行分类，国内外峡谷山区地质灾害的分类法相当多，我国则是将峡谷山区灾害分为崩塌、滑坡与泥石流三大类，而各国也有不同的分类方法，其中最常用的分类法是Vames在1978年提出的，Vames将峡谷山区灾害利用其运动型式与边坡材料不同加以区分，其中运动型式分为坠落(fall)、倾翻(topple)、滑动(slide)、流动(flow)、侧向扩展(1ateral spread)与复合型(complex)；而材料则分为岩石(rock)、岩屑(debris)与土质(soil)。一般来说坠落和倾翻属于崩塌的范畴，而滑坡与泥石流的运动型式分别为滑动与流动，下面简要说明峡谷山区灾害常见运动型式的特性。

坠落：岩块或土体受重力、风化与水渗入等因素影响，由悬崖或陡坡骤然坠落、跳动及滚动至下方斜坡，坠落主要发生在多裂隙、节理的高陡斜坡或河岸侵蚀侧，若落石发生在道路旁则会造成交通中断甚至伤及人车，典型的落石如图l所示。

倾翻：通常发生在不连续面(裂隙、节理、层面)的倾向与坡面的倾向相反的逆向岩坡，此不连续面受重力或裂隙中的水压力作用而张裂，受到扰动而向下、向外翻倒，边坡倾翻的照片如图2所示。

滑动：主要可分为旋转滑动(rotational slide)与平面滑动(translational slide)两种，这是斜坡最常见的破坏模式。旋转滑动多发生在较均质的土坡或破碎的岩坡，滑动面类似圆弧状；平面滑动的滑动面则近似平面，此平面一般为不连续面(如层面、节理面、断层与土岩界面等)，岩坡的楔型破坏(wedge failure)也是平面滑动的一种，上述这些边坡的滑动主要是岩土的剪切破坏造成。图3为岩土界面间产生平面滑动的照片。

流动；斜坡的土体或岩体破坏情形如流体一般，流动速度可以是很缓慢的蠕变(creep)或是快速的泥石流。蠕变是因坡体的剪应力足够产生永久变形但未达到抗剪强度所造成，由于速度缓慢，尽管时间久后会造成工程设施损坏，通常不致影响人类生命安全，但有时蠕变可能会由于风化作用等因素从缓变转换成突变，这种蠕变破坏可能会引发较严重的灾害，因此斜坡的蠕变要注意是否有突变的可能，以避免蠕变从缓慢的流动转换为快速的滑动或流动而造成灾害。与蠕变相比，泥石流则非常危险，它是土、石和水的混合体受重力作用而流动，这种流动依其发生机理主要可分为水力型与土力型两种，水力型泥石流与水流运动有关，水流带动溪流的推移质与悬移质进而形成泥石流；土力型泥石流与岩土体内超静孔隙水压的增长有关，当超静孔隙水压增大到某一值时，使土体产生流滑(或广义液化)并进而引发泥石流。流动的泥石流有如流动的混凝土，由于其爆发突然且夹带巨石，因此破坏力惊人，泥石流依据组成材料不同可分为泥流、黏性泥石流、稀性泥石流与水石流，不同类型的泥石流的特性也不相同，这意味着所采用的防灾减灾策略需根据不同的条件采用合适的减灾策略。由图4可以看出泥石流的破坏力。

侧向扩展：与其他斜坡破坏型式不同，侧向扩展多发生在较平缓的土坡或河道边的平地(若发生在河边的侧向扩展常称为崩岸)。其主要发生原因一是下层土产生液化(地震或人工振动)或塑性流动，使上层岩土体开裂并依次倒下或滑下，一是高灵敏土(quick clay)或分散性土的流滑现象，因此侧向扩展常是一种复合式的边坡破坏。侧向扩展的研究相当少，特别是崩岸的启动与停止，它不仅与土力学中的水土作用下崩塌与滑动问题有关，也涉及到河流含沙量、水流特性等泥沙运动学和水力学问题，因此仍有待进一步进行多学科交叉的研究，以减少崩岸所造成的损失。图5为发生在长江的崩岸。

事实上，自然界的斜坡破坏型式很少是单一型式，多属于两种破坏型式以上的组合(复合型)。以泥石流为例，通常在泥石流溪流上游发生处及两岸有许多崩塌与滑坡，这些崩塌与滑坡所携带的岩、土提供泥石流的土石材料，存在合适的溪流坡度与足够的降雨时，便会爆发泥石流。

因此斜谷山区灾害的机理相当复杂，需累积相当的经验才能判断出致灾的主因，进而做出合适地减灾措施的决策。

图l堕落的落石 图2岩石倾翻

图3平面滑动破坏 图4泥石流图 5长江崩岸

2 地质灾害防治工作的思考

如上所示，峡谷山区地质灾害可说是灾难性的且类型很多成因复杂，因此要经济有效地进行地质灾害防治工作需多方面(诸如学界、工程界、公众与政府等)的相互协调与整合，以下就地质灾害防治相关学科的整合研究、地质灾害防治工程生命周期设计理念、信息共享平台的建立与地质灾害防治专责机构的重要性等方面进行讨论，通过这些讨论来说明峡谷山区地质灾害防灾减灾工作的未来发展方向。

(1) 地质灾害防治相关学科的整合研究

地质灾害防治工作可说是社会学科、自然学科与工程学科的整合应用，因此可说是庞大的系统工程，即使仅从工程角度来看，地质灾害防治工作也涉及到很多的学科。以岩土工程中的管涌破坏来说，岩土工程学可以利用达西定律描述土中水的渗流，利用水力坡降来决定土体是否发生渗透破坏，但一旦产生管涌，则必须考虑数管据道内的水力学与泥沙运动学特性来决定管涌是否继续扩展或稳定，因此要较好的描述管涌等渗透破坏的过程则需进行土力学、水力学与泥沙运动学的学科交叉研究。

同样地，由于强降雨是造成峡谷山区灾害的重要原因之一，因此通过雨量来进行峡谷山区灾害预警基准的研究也是减少灾害损失的重要途径，但要较好的应用雨量预警基准则需进行岩土工程学与气象学的整合研究。然而在进行整合研究不可避免的受到各学科发展不足的限制，因此需了解这些限制才能有效地将其应用在实际的地质灾害防治工作上。

(2)地质灾害治理工程生命周期设计理念

第9篇：工程动力地质学范文

产业结构调整背景下，如何培养地质工程专业人才以适应当前社会不断变化的需求是地质工程专业面临的主要问题。文章从产业结构调整入手，分析了产业结构调整对地质工程人才的需求变化，探讨了目前影响地质工程人才需求的主要因素，并阐述了在地质工程人才培养过程中应对的策略。

关键词：

产业结构调整；地质工程；人才需求

20世纪90年代，我国地质行业严重不景气，致使地质工程类人才需求锐减，高校地质工程专业招生规模萎缩。进入21世纪以来，随着我国经济社会快速发展和资源环境问题的日益突出，市场对地质工程人才的需求迅速增加，一度出现了供不应求的局面。随后，伴随着高等教育扩招和教育部专业目录调整，不少高校新增设了地质工程专业，老牌地质类院校也不断扩大招生规模，致使当前地质工程就业市场不断萎缩。此外，随着我国经济社会发展到一个新的时期，我国经济发展形式和产业机构不断发生变化。2016年，两会通过了《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》（以下简称“纲要”）[1]。“纲要”强调“十三五期间”要牢固树立和贯彻落实创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，并提出了一系列重大政策和重大工程项目。同时，“纲要”也描绘了我国未来五年能源发展的基本远景，明确了未来五年能源发展的方向、主线和框架。当前，我国能源发展面临内外并行的“大转型期”，传统能源发展趋势受到世界能源转型和我国经济新常态发展的影响，诸如传统能源产能过剩严重、可再生能源发展面临瓶颈等系列问题给我国地勘行业发展带来了新的机遇和挑战。因此，随着我国产业结构不断调整及经济社会发展形势的转变，再加上21世纪初地质工程招生规模不断扩张引起的人才过剩。地质工程专业面临新的机遇和挑战，如何应对复杂形势下地质工程专业人才需求改变，完善专业人才培养形式和培养方法，值得思考。

一、产业结构调整趋势

“纲要”明确指出，今后五年经济社会发展的主要目标是保持经济中高速增长的前提下，创新驱动发展成效、增强发展协调性、普遍提高人民生活水平、提高国民素质和社会文明程度、总体改善生态环境质量。其中，在“资源环境”具体指标中，争取非化石能源占一次能源消耗比重从12%上升到15%；地表水体质量达到或好于Ⅲ类水体比例从66%增加到>70%，劣Ⅴ类水体比例降低到<5%。“纲要”还指出，在交通建设重点工程中，加快完善高速铁路网，高速铁路营业里程达到3万公里，覆盖80%以上的大城市，新建改建高速公路通车里程约3万公里、新增民用运输机场50个。在能源发展重大工程领域、纲要指出要高效智能电力系统、清洁煤炭高效利用、可再生能源、核电及非常规油气等方面下功夫，完善能源输送通道和能源储备设施。总之，“纲要”所涉及的专栏18-山水林田湖生态工程、专栏17-环境治理保护重点工程、专栏16-资源节约集约循环利用重大工程、专栏15-海洋重大工程、专栏14-特殊类型地区发展重大工程、专栏13-新型城镇化建设重大工程、专栏12-水安全保障工程、专栏11-能源发展重大工程、专栏10-交通建设重点工程等领域均与地质工程专业人才具有一定的联系。也就是说，在传统能源不断受到挑战的情况下，地质工程专业在水利水电、生态环境、遥感地质、城镇化建设、道路桥梁、工程勘察等方面面临新的机遇。

二、地质工程人才需求的控制因素

地质工程专业主要研究人类工程活动与地质环境之间相互制约的关系，涉及到资源和环境两大主题[2]。因此，地质工程人才需求会随着人口、资源、环境等不断发生变化。研究表明，世界主要国家地质调查机构队伍规模和国土面积、总人口、人口密度、社会发展和国际化等具有一定的相关性[3，4]。人口规模影响矿产资源消费的规模和潜力，而国土面积及其地质条件决定了国家资源和矿产发展潜力，这两个因素都从宏观上控制了地质工程人才的需求。但在十三五发展来临之际，我国人口基本保持稳定，因此这两个因素对产业结构调整下地质工程人才需求的影响较为微弱。经济发展对地质人才需求的影响主要表现在GDP总量及增长率、工业化和城市化，研究表明，我国整体已进入工业化中期的后半段[5]，因此，由于汽车、住宅、基础建设等引起钢铁、煤炭资源大幅度增长，进而推进地质行业发展的现象也基本结束，尤其在当前煤炭、钢铁市场持续低迷的情况下，这种现象已经显而易见。而城镇化过程的加快，则会带动基础设施建设进而推动矿业和地质行业的发展。随着社会发展，我国对于生态环境、水土资源保护、地质灾害防治、农业地质、数字地球等要求越来越高，伴随而来的是对政府公益性地质调查的增加，由此引起多样化地质人才规模的扩大。地质科技发展是提升地质工作质量和效率，强化地质科技创新的重要支撑，因此地质科技发展对地质人才需求也有一定的影响，但这种影响主要表现在对复合型、创新型、高素质地质人才，对较低层次地质人才的需求影响较小。全球化发展对我国来说既是挑战，更是机遇，随着国际矿产资源合作不断增加，全球化和国际地勘行业的发展对国际化高素质地质人才的需求也会持续增加。由此可见，在产业结构不断调整的今天，我国人口数量和国土面积对于地质类人才的需求影响微弱，而城市化进程、社会转型发展及全球化发展才是影响地质工程人才需求的主要因素，而地质科技发展仅仅对高层次地质人才有影响。

三、人才能力培养对策

（一）重视实践教学

地质学是一门实践性非常强的学科，而地质工程则是属于地质学与土木工程学的交叉学科[6]。因此，在教育理念和实践教学观念上，应始终坚持重视地质基础知识、重视学生工程素养和设计能力、重视实践动手能力和创新能力。尤其在产业结构调整下的今天，地质工程毕业生面临的是新形势下产生的新的地质问题和工程难题，这就更需要地质类人才具有扎实的实践动手能力和开创新的思维能力。

（二）加大交叉学科培养

如前所述，在城市化进程中，基础设施工程（建筑工程、道路工程、矿业工程、水利工程、边坡工程和桥梁、隧道工程）规模不断增加，地下空间（地铁、地下商业街、地下车库、地下厂房）得到了前所未有的发展，这些工程活动也势必带来一系列环境地质问题。因此，伴随改变而来的是优秀的地质工程人才不仅需要地球科学知识（如地质学、构造地质学、沉积学等），还需要掌握一定的土木工程师的基本知识（如工程力学、结构力学等）。此外，在社会转型发展的今天，环境地质问题（水质问题、湖泊问题、大气环境、土壤问题）对人类发展影响日趋明显，当前地质类人才对环境科学、环境地球化学等也需要一定的知识储备。此外，随着社会转型发展对数字地球的要求越来越高，而传统的测量手段也难以应对当前地质灾害影响范围的扩大，因此GIS、RS和GPS三大技术建立的空间数据库将对于评估、预警地质灾害发挥巨大的优势，因此，在产业结构调整的今天，地质工程学面临的问题越来越复杂，而人才培养也需要相应得到调整。

（三）提升创新能力

创新是国家不断发展的动力，我国已明确把培养创新型人才摆在了极为突出的位置。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》提出“加快创建世界一流大学和高水平大学的步伐，培养一批拔尖创新人才，形成一批世界一流学科，产生一批国际领先的原创型成果，为提升我国综合国力贡献力量”[7]。此外，地质科技发展和新形势下多元地质工程问题的出现也需要创新型地质人才的培养，因此，改革课程教学和实践教学体系，培养基础知识、实践能力强的创新型地质工程人才才能应对当前地质工程需求的不断变化。

四、结束语

通过十三五发展规划纲要可以发现，传统能源形式在不断受到挑战，而地质工程专业人才在水利水电、生态环境、遥感地质、城镇化建设、道路桥梁、工程勘察等方面面临新的机遇。我国人口数量和国土面积对于地质类人才的需求影响微弱，而城市化进程、社会转型发展及全球化发展才是影响地质工程人才需求的主要因素，而地质科技发展仅仅对高层次地质人才有影响。在人才培养过程中要加大地质工程人才实践动手能力培养，拓展交叉学科和相关课程学习，切实培养学生创新能力，才能应对当前地质工程人才需求的变化。

参考文献：

[1]中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要（2016-03-18）.

[2]黄雨，包扬娟，赵宪忠，等.本硕博一体化地质工程专业人才培养必要性研究[J].高等建筑教育，2015，24（5）：28-31.

[3]唐金荣，施俊法，朱丽丽.影响国家地质调查机构队伍规模的主要因素及其意义[C].中国地质矿产经济学会青年分会，2008.

[4]曹希绅，李华姣.我国地质人才需求量变化机理研究[J].中国人口•资源与环境，2013，23（11）：474-477.

[5]吕江洪.科技人才城镇化与自助的现状调查[J].科技管理研究，2009（10）：427-429.

[6]黄润秋，许强，陈礼仪，等.重视实践教学培养地质工程创新人才[J].中国地质教育，2008，4：17-21.