地质工程专业课教学思索

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随着我国西部大开发战略的实施，各类巨型基础设施正以前所未有的速度在西部地区建设，我国西部地区处于高山峡谷和恶劣的气候环境，内外动力作用强烈、水岩相互作用突出、活动断裂发育，具有全球最独特、最脆弱、最复杂的地质环境。地质灾害呈现大型、频发、群发和突发的特点。显然，大型工程建设极易扰乱脆弱的地质环境，而地质灾害则严重威胁重大工程的安全施工和安全运营。为了培养能尽快适应我国西部大开发需求的合格的工程建设者和地质工程师，地质工程专业课教学改革势在必行。

一、注重“形势教育”。让事业燃起激情

对于年青的大学生们，他们思想活跃、好奇心强、渴望机遇、勇于挑战，显然，处于复杂地质环境的西部开发重大工程建设提供了难得的专业思想教育素材。诚如国际工程地质和岩石力学界专家们所言，21世纪全球的重大地质工程与相关科学技术的发展在中国，这给我国的工程科技人员提供了极好的机遇和挑战。对于已从开发型转为消费型的西方发达国家的科技工作者，国际著名岩石力学专家石根华博士感慨地喊出了他们共同的心声：如今，密西西比河畔的工程地质圣地(注：原文为“计算圣地，笔者改)已经人去楼空，而踞守东方的中国(注：原文为长江的武汉，笔者改)将会成为国际工程地质界(注：原文为“工程计算界”，笔者改)的新希望。身为美籍华人，但在祖国做短暂客座研究的老一辈岩石力学专家石根华博士由衷写出“当今中国的工程在世界上是空前的，有的工程甚至可能是绝后的。作为一个工程计算专业人员，我为能够生活在这个伟大的时代而荣幸，为能够参与这个伟大的实践而倍感自豪”。这句话笔者深受鼓舞，也相信西部大开发能极大地焕发大家学好专业，献身事业的激情。为此在教学中我们充分利用多媒体手段的优势，适当地融人西部大开发的素材：西部占国土面积的比例和西部大开发的意义、什么是西部开发和重大工程建设在西部大开发中的作用，西部的地质环境特点和西部重大工程建设中的难点以及个例分析等。为了让学生更深刻地认识西部的地质环境，更深人地体会西部重大工程建设的特点和难点，上述素材均取自著名的国家重点建设项目和重大基础研究项目，尤其是由笔者承担或参加的项目，如“灾害环境下重大工程安全性的基础研究”(973项目)的立项答辩系列电子文件、小湾水利枢纽工程初步设计文件(含评审会汇报电子文件，小湾工程坝高292m，属在建的世界第一高拱坝，坝址区基本烈度高达8度)、龙滩施工图设计文件(具有世界最大的地下洞群)、南水北调西线工程(具有世界上最长的深埋隧洞)的前期勘察成果，苏通大桥(世界第一大斜拉桥)地基基础(世界第一大深水桩基础)稳定与安全监控项目的立项汇报电子文件以及黄河小浪底和长江三峡等巨型水利枢纽工程的施工地质研究成果等。实践证明，寓教于重大工程建设，必将充分地焕发起学生的学习激情和自豪感。

二、加重地质环境章节，突出复杂地质环境对

工程建设的影响第四纪以来，由于印度板块向欧亚板块俯冲与挤压，由此衍生出最强烈的现代地壳活动和高地应力场，造成青藏地区快速隆升，从而构架西部的高原和高山峡谷地貌以及恶劣气候环境。相对于以往重大工程、尤其是东部地区的重大工程而言，西部大开发必然面临更恶劣的建设条件、更复杂的地质环境，突出表现在：

1．活动断裂发育、区域稳定问题突出，许多重大工程不可避免地处于强震、近震环境，有些工程甚至需要穿越活动断裂带，如南水北调西线工程和青藏铁路工程等。

2．普遍存在高地应力和高地温问题，而由于西部地区的山高谷深，所以在重大工程建设中存在大量的深埋地下洞室。显然，对于高地应力和高地温环境中的深埋洞室，其应力重分布、岩爆、多场耦合和施工安全等问题均十分突出。

3．内外动力耦合作用十分强烈。对高山、高寒的西部地区，冻融、风化作用(尤其是物理风化)以及冲刷侵蚀和坡积作用的强度高、速度块，往往形成巨厚的坡积物和不稳定岩堆。当处于高地应力环境时，谷坡卸荷回弹和应力重分布问题极为突出。

三、结合工程难点，引进新思维、新方法和新技术

在高山、雪山，地形险峻，高寒、高地应力、高地温、强活动性，地质环境极其复杂和脆弱的西部地区进行大规模的基础设施建设，其特点可概括为：工程规模特别巨大，地质环境极为恶劣，地质活动非常强烈，地质灾害十分严重，它必将面临若干前所未有的深层次的科学问题和技术难题。为此，科技部于2002年批准了面向西部开发和灾害环境下重大工程安全性的重点基础研究立项。借此机会和研究平台，我们在教学改革中及时地吸收了最新的研究理念和研究成果，如：

1．将地质灾害融入地质环境和自然演化的大系统中进行全方位的综合研究，克服独立的、局部的、就事论事的研究思路。

2．树立地学、力学和工程科学在深层次交叉结合的研究理念，引出一些需要深入关注的问题，如数据不完备的复杂地质系统与理论严密的力学模型之间以及地学描述的大尺度定性方法与力学分析的精细定量方法之间的相互脱节，从而培养学生的创新思维。

3．在结构和岩土体稳定性评价时，既要考虑工程体与地质体的共同作用，更应关注工程活动与地质环境的相互作用。对于地质环境脆弱的西部地区，强度很高的大范围工程活动与地质环境的相互作用将更加复杂而多样。虽然由于课时限制而只能以个例(如水库蓄水和库水位骤降与高陡库岸的相互作用、开挖和锚固与高地应力边坡的相互作用等)做定性的剖析，但却能很好地拓宽视野和启发思维。

4．结合研究项目，尽可能地展示高新技术在西部重大工程建设中的应用。如前所述，我国西部地区的山高谷深、地形险峻，而许多重大工程涉及的范围却十分广阔(如南水北调西线)。所以，常规的勘察手段往往难于奏效，尤其在安全监控方面，高新技术的应用迫在眉睫。为此，我们在973项目中开展了多尺度监控理论以及“3S”技术的应用研究。

通过深入浅出地展示这些研究的技术路线和成果，对激发学习兴趣和培养启发思维十分有益。如在展示“3S”技术在库水与库岸相互作用以及库岸安全性监测的应用时，通过介绍如何获取欧洲资源卫星的国际信息以及如何进行图象处理和信息合成剖析水库蓄水和库水骤降与库岸稳定的关系；如何根据水库蓄水过程中库岸形变场和温度场(利用红外图象解译)的变化来识别危险库段等，既让学生了解了高新技术在地质工程中的广阔应用前景，也拓宽了知识面，感受到多学科交叉研究的重要性。针对学生的学习热情。我们还通过勤工俭学、组成野外兴趣小组等形式，让学生参与在建重大工程的科研项目，取得令人满意的效果。西部大开发是促进我国西部地区经济繁荣发展、提升我国整体国力，实现社会发展分三步走战略的重要保证之一。显然，大批的、合格的、充满活力的建设者是实现西部大开发的必要条件。鉴于西部特殊的地质环境和复杂的地质条件，有针对的专业课和专业基础课教学改革十分必要。