一、巖體水力學課程教學存在的主要問題

(一)研究生對課程的學習興趣不濃厚

“一天一門課，一周一學期”，體現了當今中國大學研究生期末的一個典型場景。每學期的最后兩周各門考試密集展開。一部分平時混沌度日的研究生，不得不突擊學習以便應付考試，或者大段摘抄專業書籍和文獻以應付課程論文，巖體水力學課程教學也不例外。因此，研究生畢業后被指缺乏專業技能，缺乏競爭力，就不足為怪了。拋開學習態度不端正、學習目標不明確等主觀因素，造成此現象的一個關鍵原因，是教師沒能充分調動研究生對巖體水力學的學習興趣和熱情。研究生的學習環境自由寬松，這樣安排的初衷，是便于研究生將時間用在自己感興趣的領域，增長自身知識，激發研究潛能。如果研究生教育階段仍無法讓學生感受到學習興趣和樂趣，而是選擇了用強制力逼迫或者聽之任之的極端方式，這樣做的效果是很不理想的。

(二)研究生地質學基礎知識薄弱

受不同院校、不同行業的影響，研究生在本科階段的專業水平參差不齊，綜合運用已有知識學習新知識以及解決實際問題的能力相差很大。水利、采礦、地質、石油類院校的本科教學環節，對水文地質學、工程地質學和巖石力學等地質類課程普遍比較重視，這也成為了這類高校在巖體工程專業研究生培養上的有利條件。然而，目前國內具備巖土工程專業研究生招生資格的高校，是以土木工程類院校為主。土木類院校以建筑工程為行業背景，以工業和民用建筑為主體研究對象，對水文地質、工程地質和巖體力學等課程重視不夠是普遍存在的問題，甚至許多土木類高校本科階段不開設巖體力學課程或作為選修課，巖土工程專業研究生也沒有開設工程地質學課程。這導致大量的巖土工程專業研究生的地質學概念不清，嚴重影響他們對巖體水力學課程的學習質量，教師的教學效果和品質也受到很大的限制。

(三)學校實驗條件有限，課程的實踐教學環節嚴重不足

巖體水力學教學除了對理論講述環節要求高，對實踐性教學環節的要求也很高。室內實驗揭示巖石最基本和最普遍的水力學特性，在巖石水力學實踐性教學中至關重要。諸如軟化系數測定，孔隙率和滲透率測試，三軸應力條件下的滲透率變化測試等都是巖石水力學性質的基礎實驗。然而，大部分高校的現狀是實驗設備和實驗場地嚴重不足。如最基本的帶水滲或氣滲功能的電液伺服巖石三軸試驗機，國產的試驗機在國內高校裝備數量很有限，功能齊全的高精度進口試驗機更是鳳毛麟角。基本設備都不齊全，大尺寸設備和實驗場地就更為缺乏了。這會使研究生對巖石水力學實驗的認識停留在字面理解上，很難真正掌握實驗原理及數據處理技術。

(四)教師專業素養和學術水平有限

具有較高的專業素養、學術水平、創新意識和能力的實踐教師隊伍是研究生創新人才培養的關鍵。由于巖體水力學課程較新，可選教材比傳統課程少。除了專門從事巖石水力學研究的專業人士之外，大部分承擔巖體水力學課程教學的任課教師都會遇到備課困難，知識點講解不清等問題，在課程內容廣度和深度的把握上也是拙襟見肘，很難達到研究生課程的教學效果和教學品質。

二、教學改革思路與措施

(一)激發研究生的專業興趣

巖體水力學牽涉的知識點眾多且繁雜，在教學過程中，教師因為想把各知識點的概念盡量羅列齊全，不發生遺漏，從而講授得過于理論化，使學生覺得聽課十分乏味。人天生有好奇心，學習新知識、探尋未知世界本是奇妙而富有樂趣的。可以通過國家重點和大型巖石工程實例、國內外著名的工程災害事件的現場照片、統計數據等資料，最大程度地調動研究生對巖體水力學課程的好奇心和探索欲望，從而提高學習興趣。結合巖石遭地下水滲流破壞造成的重大工程失事實例，如意大利Vajont水庫左岸大滑坡、法國Mal-passet雙曲拱壩全壩潰壩、美國Teton土壩巖基段潰決［5］，以及英國Woodhead和Bilbery壩、美國Francis重力拱壩、意大利Gleno連拱壩、阿爾及利亞Gabra壩、西班牙EwgadeTera支墩壩、法國Bouzey壩等失穩破壞事故，借助統計分析資料(如國際大壩委員會)，從實例中強有力地體現巖體水力學性質對巖體強度和變形特性的巨大影響，突出研究的重要性。同時，讓研究生充分了解這些事故，改變了工程界對巖體結構穩定性的傳統認識，開辟了巖體水力學中眾多新興研究領域和方向，激發研究生的研究欲望，甚至可以培養研究生的科研責任感。

(二)完善研究生地質學基礎知識

為了彌補大部分研究生地質學基礎知識薄弱的問題，在充分調動學生的求知欲之后，強調巖體水力學是一門以工程地質學、水文地質學為地質學主線，以流體力學、地下水動力學為水力學主線，以材料力學、結構力學、彈塑性力學、巖體力學為力學主線的綜合學科。讓研究生深刻體會巖體水力學的多學科交叉融合特點。在課程講述過程中，若遇到與地質學有關的知識，要注重基礎，詳細講述，盡可能幫助研究生建立正確的水文地質學、工程地質學和巖體力學概念。如水文地質學中，溶穴、巖溶率、裂隙水和巖溶水、含水層和隔水層、隔水頂底板、貯水系數、滲流、層流和紊流、水流折射定律、溶濾作用;工程地質學中的巖漿巖、沉積巖、變質巖、斷層構造、水化作用、侵蝕作用、膨脹系數;巖體力學中的地下硐室、錨固與注漿、節理、充填與膠結、損傷與斷裂、水力劈裂等基本專業術語，均需要詳細講解。注意強調巖體的各種地質構造、天然缺陷、高度非線性、各向異性、多尺度特點及不確定性特征，以及裂隙巖體中非達西流現象、巖石結構的宏、細觀層次認識等難點問題，并且告知學生巖體水力學理論存在的問題。例如:對巖體中滲流描述，幾乎完全照搬土體滲流學，即孔隙介質滲流學的方法及經驗來解決，而裂隙巖體滲流還處在發展階段，對單裂隙滲流的研究和認識較為成熟，但對裂隙網絡情況以及非穩定滲流還有待深入探索。

(三)教學模式和方法改革，注重實驗和現場調

研等實踐內容和本科卓越工程師培養計劃的要求不同，研究生教學的核心并不僅僅是讓學生去掌握某一專業知識或某一種實驗方法，而是要讓學生學會發現問題和解決問題的思路、方法，培養研究生獲取知識和創新的能力。一方面，圍繞巖體水力學的基本概念、巖體滲流規律的地質分析、基礎力學理論和力學參數、巖體水力學的工程應用展開，結合巖體水力學的地質分析方法、室內外試驗方法、物理和數學模擬方法、系統綜合分析方法，以教師的專題介紹和研究生的學習匯報結合形式，加強和學生的互動，增加學術思想的碰撞，啟發和引導研究生深入理解科學問題。另一方面，除了為學生選擇合適的教材之外，還要給出相關參考書目，如《巖石水力學與工程》(張有天著)，《裂隙巖體水力學基礎》(朱珍德、郭海慶著)，《巖體水力學導論》(仵彥卿、張倬元著)，《高等巖石力學》(周維垣著)等，并且鼓勵學生廣泛閱讀學術期刊文章。開展理論和實踐的同步性教學改革。在巖體水力學課程的實踐環節中，帶領學生走進實驗室，針對具體的實驗儀器，講解設備構成，讓研究生親自動手全程完成實驗。貴重設備可能不宜人人使用，但可以請研究生全程觀摩實驗，并同專職實驗員或博士生深入討論和交流，鼓勵學生撰寫實驗心得。

采取物理實驗與數值實驗結合的教學模式，把基于計算機仿真技術的軟、硬件平臺應用于巖石水力學教學中，拓寬傳統實驗教學中的實驗對象，通過鼓勵、指導學生自發設計模型進行數值仿真分析，開拓學生視野，激發學生的思維能力和創造性，有利于學生理解和掌握教學內容，同時也可以促進教學人員科研能力的提高，還能在一定程度上彌補部分實驗設備缺乏的不足。此外，還可以采用現場實地調研的實踐性教學方式。廈門市地質和地理環境復雜多樣，雨季頻繁，構成了滑坡災害易發的基本條件。根據廈門的工程地質條件，選擇華僑大學附近的集美區后溪鎮(2007年被確定為廈門市14處重要地質災害地點之一)為調研場所，在由暴雨導致該地區邊坡滑坡的災害現場，講解水力耦合作用下巖土體的變形和破壞規律，幫助學生更形象地理解巖體水力學的水力耦合基本理論。當然，每一所高校，每一位教師的特點不同，必須根據本單位實際的軟硬件條件，確立課程教學改革的具體方式，而不是盲目借鑒其他重點院校的教學模式。巖體水力學課程專業性較強，建議在研究生第一學年的下學期開設。

(四)結合教師科研項目，提升教學品質

近幾年，華僑大學積極鼓勵教師進行科學研究。巖土工程專業教師組建巖土力學與地下工程科研創新團隊，承擔了國家自然科學基金“深部裂隙巖體HM耦合作用下的聲學特性及參數研究(批準號51109084)”、“卸荷作用下巖石滲透性與損傷協同演化規律及主被動式聲學表征(批準號51374112)”，以及多項省部級、地廳級科研項目。教師在科學研究過程中，查閱大量文獻資料，緊密跟蹤國際和國內的研究前沿，時刻關注巖石水力學發展和最新的學術成果。通過不斷努力，比較準確地把握到學術研究的發展方向，掌握了巖體水力學研究的一些新的實驗和理論分析技術，對水力耦合作用下巖石的強度、變形、損傷破裂和滲透性演化特性，以及卸荷條件下巖石滲透性與損傷協同演化的宏細觀表征等方面有了一定突破性認識，獲得了巖體水力學的新知識，教師自身的綜合素質也得到了一定提高。將科研體會和成果融入教學中，進一步提高教學的理論起點，深化教學內容，能夠讓課程教學跟上巖體水力學學科最新進展。例如:結合筆者所在科研創新團隊近期開展的滲透壓–應力耦合作用下的巖石滲透率與變形關聯性三軸試驗研究，以物理實驗為基礎，讓研究生借助高性能計算機，利用PFC2D顆粒流分析軟件，建立符合室內砂巖滲透壓–應力作用三軸試驗的數值模型，定義流體域和流固耦合的控制方程，模擬巖石在不同圍壓和滲透壓組合條件下三軸壓縮試驗。圖1為不同時步試樣孔隙壓力分布情況，圖2為微裂紋分布模擬和試驗破壞結構照片，圖3為不同滲透壓下巖石滲透率云圖。結合物理實驗和數值仿真結果，和研究生一起討論荷載和孔隙水壓力共同作用下，巖石的宏觀變形發展、細觀裂紋發育、剪切帶內外應力狀態、孔隙率特征、滲透率演化特性等。

三、結語

巖體水力學是近年來各大高校逐漸開設的巖土工程專業碩士研究生專業課。此課程涉及多學科交叉內容，跨行業特色鮮明，因此，教學難度大，極富挑戰性。通過激發研究生的專業興趣，完善研究生地質學基礎知識的學習，在課程講授時注重實驗和現場調研等實踐內容，結合教師科研項目開展教學工作，提高巖土工程專業研究生巖體水力學課程的教學品質，為培養具備解決復雜巖石力學問題的高層次合格人才和具有創新意識、創新能力的高技能人才奠定良好基礎。

作者：俞縉 蔡燕燕 劉士雨 涂兵雄 單位：華僑大學巖土工程研究所