【摘要】土力學(xué)在課程內(nèi)容和教學(xué)體系等方面均有其自身的特點(diǎn)。該課程比較適合采用啟發(fā)式的教學(xué)方法，文章以滲流問(wèn)題的教學(xué)為例，介紹了啟發(fā)式教學(xué)在土力學(xué)中的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】教學(xué)方法 土力學(xué) 教學(xué)改革
《土力學(xué)》是土木工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，主要表現(xiàn)為土力學(xué)教材各章節(jié)之間具有相對(duì)獨(dú)立性，聯(lián)系不緊密，課程內(nèi)容多而雜，許多重要理論和公式來(lái)源于實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)，缺乏嚴(yán)格的理論推導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)實(shí)用性和技術(shù)性，這使得土力學(xué)成為一門較難掌握的課程。
1.概述
土力學(xué)研究?jī)?nèi)容可概括為：土的三個(gè)特性、土的三個(gè)工程問(wèn)題、土力學(xué)三大主要理論。其中，土的特性導(dǎo)致了土的三大工程問(wèn)題，即強(qiáng)度問(wèn)題、變形問(wèn)題和滲流問(wèn)題。
根據(jù)課程脈絡(luò)主線可見(jiàn)，滲流問(wèn)題是土力學(xué)中必須解決的三大問(wèn)題之一，滲流問(wèn)題有其相對(duì)獨(dú)立性，又與變形、強(qiáng)度問(wèn)題相互交叉，掌握好土的滲流特性對(duì)于掌握好土的變形、強(qiáng)度特性有促進(jìn)作用。依筆者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)于“土的滲透性及滲流”內(nèi)容普遍反應(yīng)較難掌握。
2.教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法改革探索與實(shí)踐
2.1抓課程內(nèi)容主線
針對(duì)滲流問(wèn)題的教學(xué)內(nèi)容多而雜的特點(diǎn)，課堂教學(xué)中應(yīng)注重把握知識(shí)體系，形成清晰的教學(xué)脈絡(luò)，用教學(xué)主線將課程內(nèi)容緊密串連。
2.2注重水力學(xué)基礎(chǔ)
土的滲透性與滲流主要涉及到水靜力學(xué)與水動(dòng)力學(xué)兩部分水力學(xué)基礎(chǔ)理論，對(duì)于理解土的滲透性與滲流有一定的促進(jìn)作用。
在水靜力學(xué)方面，掌握靜止流體中任意一點(diǎn)各個(gè)方向受到的壓強(qiáng)值的大小是相等的這一靜止流體的應(yīng)力特征；理解流體靜止的微分方程；掌握重力作用下靜止液體的壓強(qiáng)分布特征。在水動(dòng)力學(xué)方面，掌握流線、過(guò)流斷面、流量、斷面平均流速等概念與流體的運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性條件；伯努利方程，是解決土中滲透問(wèn)題的基礎(chǔ)。
2.3啟發(fā)式教學(xué)
2.3.1案例啟發(fā)式教學(xué)
土的滲流問(wèn)題這部分內(nèi)容講授時(shí)可采用啟發(fā)式教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣和思維。列舉工程事例，如水井滲流、渠道滲流等；滲透變形或破壞，工程的目的是要解決這些變形或破壞；滲透力才能產(chǎn)生滲透變形或破壞，接著推導(dǎo)滲透力及臨界水力梯度的計(jì)算公式；介紹實(shí)際工程中常用的“止水帷幕”。止水帷幕的設(shè)置加大了地下水滲流的距徑。
2.3.2例題啟發(fā)式教學(xué)
流網(wǎng)的繪制與應(yīng)用可以采用例題啟發(fā)式的教學(xué)方法：等勢(shì)線與流線正交，等間隔流線與等間隔等勢(shì)線形成的流網(wǎng)中，各個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)寬比c應(yīng)為常數(shù)。提出問(wèn)題，如何通過(guò)流網(wǎng)可以得到流場(chǎng)中任一點(diǎn)的水頭、水力梯度、孔隙水壓力、流速、流量等指標(biāo)值，然后逐步介紹各個(gè)指標(biāo)的計(jì)算過(guò)程以及流網(wǎng)繪制的初步過(guò)程，講授過(guò)程中再次強(qiáng)調(diào)掌握流網(wǎng)特點(diǎn)的重要性。使學(xué)生更深入的理解了流網(wǎng)的應(yīng)用，并初步體會(huì)了其繪制過(guò)程。
3.注意的幾個(gè)概念
3.1水力梯度
水和梯度的定義較為簡(jiǎn)單，水力梯度i=△h/L，其中△h為兩點(diǎn)處的總水頭差，L為兩點(diǎn)間的滲流長(zhǎng)度，特別強(qiáng)調(diào)的是L叫作滲流·徑或滲流長(zhǎng)度，不是兩點(diǎn)的直線距離，求ND間的水力梯度，△hND=8.0m，L=NB+BC+CD=26.0m不是L=NB=8.0m，因此水力梯度i=△h/L=0.31。
3.2孔隙水壓力
水力學(xué)課程中與孔隙水壓力相關(guān)的只有靜水壓力，û有專門提出孔隙水壓力概念，在土力學(xué)中這樣定義孔隙水壓力，滲流場(chǎng)中各點(diǎn)的孔隙水壓力，等于該點(diǎn)以上測(cè)壓管中的水柱高度hu乘以水的重度γw，故a點(diǎn)的孔隙水壓力為：
ua=hua×γw
應(yīng)當(dāng)注意，圖中所示a、b兩點(diǎn)λ于同一等勢(shì)線上，其測(cè)管水頭雖然相同，即ha=hb，但其孔隙水壓力卻不同，ua≠ub。眾多土力學(xué)教材中定義，“由土體孔隙內(nèi)的水承擔(dān)的那部分應(yīng)力為孔隙水壓力”。一般地，孔隙水壓力應(yīng)包括靜水壓力和超靜孔隙水壓力兩部分，但大多數(shù)教材中，在土體的滲透固結(jié)部分中突然出現(xiàn)超靜孔隙水壓力，并δ對(duì)其進(jìn)行特別說(shuō)明。
《巖土工程基本術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50279-98）規(guī)定靜水壓力是“給定點(diǎn)與自由水λ差引起的壓力”；超靜孔隙水壓力是“飽和土體內(nèi)一點(diǎn)的孔隙水中超過(guò)靜水壓力的那部分”。借用以上兩個(gè)概念，兩者在物理本質(zhì)上是一致的，分開(kāi)定義在本科教學(xué)過(guò)程的滲透固結(jié)部分，測(cè)壓管水頭壓力為靜水壓力和超靜孔隙水壓力之和。
4.結(jié)語(yǔ)
教學(xué)實(shí)踐表明，針對(duì)土力學(xué)課程的特點(diǎn)，在教學(xué)中根據(jù)不同知識(shí)內(nèi)容的講解需求，遵照科學(xué)的認(rèn)知規(guī)律以實(shí)際教學(xué)效果為目標(biāo)，靈活應(yīng)用多種方法進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，可促進(jìn)學(xué)生對(duì)土力學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的融會(huì)貫通。
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