時間：2023-06-07 09:33:01
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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12篇水利工程地質論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
前言
水文地質是勘查水利工程地質的重要組成部分，它對建設場地地基巖土體的特性有很大影響，特別是對水利工程地基的穩定性及耐用性的作用，更為突出。在水利工程地質勘查中，主要是對工程建設相關的地質因素進行勘探，然而勘查人員一般都只注重對巖土類型、地質性質及結構的研究，很少會將注意力放在水文地質上，水文地質成了可有可無的勘查因素。然而在勘查工作中，工作人員常常將水文地質勘查放在一個無不起眼的位置，在勘查報告上只是做了一般性的評價，特別是在一些水文地質條件較復雜的地區，沒有進行深入研究，常因沒有意識到水文地質對整個工程的影響而導致由此引發的各種巖土工程危害問題，進而威脅到整個工程的質量安全。筆者基于此，分析了水利工程地質問題及水文地質危害，望能夠相關工作人員一些啟示。
一、水利工程地質情況
1、關于壩基巖體
不同的壩型具有自己的工作特點，也決定了其對地質條件要求的差異。由此可知，要做好壩基巖體的地質工作，在了解不同類型壩體的工作特點的同時，還應掌握每種壩型對地質條件的適應性及對工程地質條件的要求。另外，還應注意研究壩區巖體本身存在的地質缺陷，防止因缺陷而引起的壩基不穩和壩區滲漏情況。
2、關于邊坡
引起邊坡變形破壞的因素有多種，如地形地貌條件、巖土類型和性質、水等，此外還有風化因素、人工挖掘、振動、地震等。邊坡不穩的類型主要包括四種：松弛張裂、蠕動變形、崩塌、滑坡。
3、關于地下洞室圍巖穩定性
圍巖變形的類型有以下幾種：脆性破裂、塊體滑動和塌方、層狀彎折和拱曲、塑性變形和膨脹。一般對于工作人員來說，洞室地質較簡單、巖層厚、具有一定的間距，不存在影響洞室穩定性的斷裂帶，整體的巖體具有較強的硬度及完整性、整個地形沒有滑坡及塌方等的趨勢、地形完整、地下水其地基基礎影響小、環境好、無異常地熱等，具備這些條件的建洞山體是比較理想的。
4、關于水庫工程
水庫包括兩類：地面水庫和地下水庫。前者即人工湖泊，是通過筑壩在河流上攔水形成的；后者則是通過地下蓄水構造，然后進行人為的控制所形成的。水庫蓄水雖然能夠造福于人類，然而庫區及庫周的水文條件都會發生較大的變化，從而影響周圍的地質情況，如庫水升高浸潤庫岸，風浪作用沖蝕庫岸及地下水位上升浸沒洼地等，這些情況都會影響工程地質，從而影響工程的施工、質量。
5、關于軟土基坑
軟土基坑的地質問題主要涉及到土質邊坡穩定和基坑降排水兩個方面。為了保證邊坡穩定，在施工中常會采取坡度及邊坡護面的合理設置、基坑支護、降低地下水位等措施，確保施工安全。而基坑降排水的途徑主要有兩種：明排法和人工降水，后者常選用輕型井點或管井井點的降水方式。進行軟土基坑降排水有很多好處，不僅保證了邊坡的穩定，防止了流砂和管涌的發生，還在下臥承壓含水層的黏性土基坑中，避免了基坑底部的隆起。另外，軟土基坑降排水后，基坑土體相關干燥，方便了施工。
二、地下水引起的各種巖土工程危害
地下水主要是通過地下水位升降變化和地下水動水壓力作用來引起巖土工程危害的。一般來說，地下水位變化引起的危害可分為三種：
1、 關于潛水位上升
在附近修建水庫，導致河流、湖泊、水庫中的水位上升是引起潛水位升高的重要因素，另外灌溉工程（包括引水渠道和水澆地滲漏工程施工、工業廢水和各種地下給排水管道的滲漏等）也是影響潛水位上升的一個方面。潛水位上升對建筑物的安全穩定性構成了巨大的威脅：
（1）地下水滲入地基，導致粘性土含水率增高、整體強度下降、可壓縮性大大增加，長此以往，建筑物很容易發生沉降變形；
（2）地基無法保持穩定，出現隆起，或產生側向位移，地基不穩，引起上浮，最終導致建筑物不穩定，更甚者發生位移；
（3）砂土及粉土出現含水量飽和，引發砂土地震液化問題，或者引發流砂、管涌等現象；
（4）斜坡、河岸臨空面的巖土體力學性能降低，引發滑移、崩塌等危害，使得其失去原有的功能；
（5）沒有進行防護的地下室出現浸水而無法使用；
（6）土壤沼澤化、鹽漬化嚴重，對建筑物的腐蝕性大大增強。
2、關于地下水位下降
此種危害大多由人為因素引起。抽取地下水沒有節制、采礦活動中的礦床疏干以及上游筑壩、修建水庫截奪下游地下水的補給等人為操作都可引起地下水位下降。地下水位急劇下降對地質災害及自然環境都造成很大的影響，前者主要表現在地裂、地面沉降、地面塌陷等，后者主要是地下水源的缺乏、水質污染等，嚴重的地區還會出現沙漠化或海水倒灌現象。因此其嚴重影響了建筑物的穩定安全及人類的居住環境。
3、關于地下水位升降
氣候、季節的變化，地球與月球引力的變化，河流、湖泊水位的變化，潮汐的變化等都會影響地下水位波動。此類危害對工程建設的影響也很大：
（1）地下水位波動，引起土體卸載再加載，而加載后的土體密度比原來的大，因此導致土壓密；
（2）建筑基礎工程材料的使用期限受到影響，加劇了腐蝕性；
（3）干濕交替較頻繁，誘發木樁腐爛，因此跟埋于水下的地基相比，泥炭土地基的使用年限大大減少；
（4）石膏層和鈉鹽層等含鹽地層出現溶解現象，進而導致建筑物發生位移。
三、結語
綜上所述，水利工程的地質問題分析可以讓我們了解到在勘查過程中，應注意哪些問題，防止一些小的問題引起大的危害，而水文地質因其常被勘查人員所忽略，在工程中引發較多的危害，因此本文重點介紹其引起的各類巖石危害，望能給相關工作人員一些思考。
參考文獻：
[1]會議論文.水利工程中的工程地質環境分析.中國水利學會勘測專業委員會.2002年學術研討會，2002.
[2]水利工程中的水文地質問題[J].民營科技，2011（05）
【論文摘要】通過結合工程實踐表明，工程地質勘察人員不僅要了解地質也要了解設計，同時應當對工程地質的相關問題提出分析，并結合水利工程的實際情況而選取合適的壩址。
1.引言
水工建筑物不同于其他建筑物，有其自身的特點。因水工建筑物的建成，而使廣大范圍內的水文和水文地質條件發生變化。這種變化就可能引起水庫岸坡再造、水庫滲漏、水庫淤積和壩下游河床沖刷等作用。因此，必須重視勘察、設計、施工全過程，否則，后果極其嚴重。在壩址選擇時除了考慮主體建筑物攔水壩的地質條件外，還應研究包括溢洪、引水、電廠、航閘等建筑物的地質條件，為規劃、設計和施工提供可靠依據。
2.壩址選取的工程地質勘察
在自然界中，地質條件完美的壩址很少，尤其是大型的水利樞紐，對地質條件的要求很高，更不能完全滿足建筑物的要求。所謂“最優方案”是比較而言的，最優壩址在地質上也會存在缺陷。所以在壩址選擇時，應當考慮不同方案，并采取改善不良地質條件的處理措施。因此，地質條件較差，預計處理困難，投資高昂的方案，應首先被否定。壩址選擇時，工程地質論證的主要內容包括區域穩定性、地形地貌、巖土性質、地質構造、水文地質條件和物理地質作用以及建筑材料等，還要預計到可能產生的工程地質問題和處理這些問題的難易程度，工作量大小等，下面分別論述。
2.1 區域穩定性
區域穩定性問題的研究在水利水電建設中具有特別重要的意義。圍繞壩址或要開發的河段，對區域地殼穩定性和區域場地穩定性進行深入研究是一項戰略任務。特別是地震的影響直接關系著壩址和壩型的選擇，一般情況下，地震烈度由地震部門提供，但對于重大的水利樞紐工程要進行地震危險性分析和地震安全性評價。因此，對于大型水電工程，在可行性研究階段，應組織專門力量解決區域穩定性評價。
2.2 地形地貌
地形地貌條件是確定壩型的主要依據之一，同時，它對工程布置和施工條件有制約作用。狹窄、完整的基巖“v”型谷適合修建拱壩，寬高比大于2的“u”型基巖河谷區宜修建混凝土重力壩或砌石壩。寬敞河谷地區巖石風化較深或有較厚的松散沉積層，一般適于修建土壩。不同地貌單元，其巖性、結構有其自身的特點，如河谷開闊地段，其階地發育，二元結構和多元結構往往存在滲漏和滲透變形問題。古河道往往控制著滲漏途徑和滲漏量等。因此，在壩址比選時要充分考慮地形、地貌條件。
2.3 巖土性質
巖土性質對建筑物的穩定來說十分重要，對壩址的比選具有決定性意義。因此，在壩址比選時，首先要考慮巖土性質。修建高壩，特別是混凝土壩，應選擇堅硬、完整、新鮮均勻、透水性差而抗水性強的巖石作為壩址。我國已建和正在施工的70余座高壩中，有半數建于強度較高的巖漿巖地基上，其余的絕大多數建于片麻巖、石英巖和砂巖上，而建于可溶性碳酸鹽巖、強度低易變形的頁巖、千枚巖上的極少。通過結合工程實踐，根據不同成因類型巖土的建壩適宜性及其主要問題作簡要概述。
（1）侵入的塊狀結晶巖體，一般致密堅硬、均一、完整、強度大、抗水性強、滲透性弱，是修建高混凝土壩最理想的地基，其中尤以花崗巖類為最佳。這類巖石需注意它們與圍巖以及不同侵入期的邊緣接觸面，平緩的原生節理，風化殼和風化夾層的分布，選壩時避開這些不利因素。
（2）噴出巖類強度較高、抗水性強，也是較理想的壩基。我國東南沿海、華北和東北有不少大壩坐落在這類巖石上。噴出巖的噴發間斷面往往是弱面，存在風化夾層、夾泥層及松散的砂礫石層，還有凝灰巖的泥化和軟化等，對壩基抗滑穩定性的影響不可忽視。此外，玄武巖中的柱狀節理，透水性很強，在選壩時也須注意研究。例如：桑干河干流上的山西省冊田水庫大壩壩基為新生代的玄武巖，柱狀節理極發育，壩基及繞壩滲漏嚴重，影響著水庫效益。
（3）深變質的片麻巖、變粒巖、混合巖、石英巖等，強度高、抗水性強、滲透性差，也是較理想的壩基。但是在這類巖體中選壩址，必須注意片理面的各向異性及軟弱夾層的存在，選壩時，應避開軟弱礦物富集的片巖（如云母片巖、石墨片巖、綠泥石片巖、滑石片巖）。在淺變質巖的板巖、千枚巖區，應特別注意巖石的軟化和泥化問題。
（4）沉積巖中，以厚層的砂巖和碳酸鹽巖為較好的壩基。這類巖石壩基較巖漿巖、變質巖的條件復雜。這是因為在厚層硬巖層中常夾有軟弱巖層，這些夾層力學強度低，抗水能力差，易構成滑移控制面。碎屑巖類如礫巖、砂巖等，強度與膠結物類型有關，一些膠結物在水的作用下可能產生溶解、軟化、崩解、膨脹等。在構造變動下往往發生層間錯動，經過次生作用易于發生泥化。在壩址比選時必須十分注意這一問題。此外，碳酸鹽巖的巖溶洞穴和裂隙的發育，可能會產生嚴重的滲漏。
另外，在壩址比選中，河床松散覆蓋層具有重要意義。修建高混凝土壩，壩體必須座落在基巖之上，若河床覆蓋層過厚，就會增加壩基的開挖工程量，使施工條件復雜化。所以當其他條件大致相同時，應將壩址選擇在覆蓋層較薄的地段。有的河段因覆蓋層過厚，只得采用土石壩型。比選松散土體壩基的壩址時，須研究滲漏、滲透變形和振動液化等問題，而且應避開如淤泥類土等軟弱、易變形土層。
2.4 地質構造
地質構造在壩址選擇中同樣占有重要地位，對變形較為敏感的剛性壩來說更為重要。在地震強烈活動或活動性斷裂發育的地區，選壩時應盡量避開或遠離活斷層，而位于區域穩定條件相對較好的地塊上。在選壩前的可行性研究時，應進行區域地質研究，查明區域構造格局，尤其要查明目前仍持續活動或可能活動斷裂的分布、類型、規模和錯動速率，并預測發生水庫誘發地震的可能及震級。國外有些水壩就因橫跨活斷層而壩體被錯開或致垮壩。地質構造也經常控制壩基、壩肩巖體的穩定。在層狀巖體分布地區，傾向上游或下游的緩傾巖層中存在層間錯動帶時，在后期次生作用下往往演化為泥化夾層，若有其他構造結構面切割的話，對壩基抗滑穩定極為不利，在選壩時應特別注意。因為緩傾巖層的構造變動一般較輕微，容易被忽視。陡傾甚至倒轉巖層，由于構造形變強烈，巖石完整性受到強烈破壞，在選壩時更要特別注意查清壩基內緩傾角的壓性斷裂。總之，要盡可能選擇巖體完整性較好的構造部位作壩址，避開斷裂、裂隙強烈發育的地段。
2.5 水文地質條件
在以滲漏問題為主的巖溶區和深厚河床覆蓋層上選壩時，水文地質條件應作為主要考慮的因素。從防滲角度出發，巖溶區的壩址應盡量選在有隔水層的橫谷、且陡傾巖層傾向上游的河段上。同時還要考慮水庫有否嚴重的滲漏問題，庫區最好是強透水層底部有隔水巖層的縱谷，且兩岸的地下分水嶺較高。當巖溶區無隔水層可以利用的情況下，壩址應盡可能選在弱巖溶化地段。這就要求仔細分析研究巖層結構、地質構造和地貌條件。
2.6 物理地質作用
影響地址選擇的物理地質作用較多，諸如巖石風化、巖溶、滑坡、崩塌、泥石流等，但從一些水庫失事實例來看，滑坡對選擇壩址的影響較大。在河谷狹窄的河段上建壩可節省工程量和投資，所以選擇壩址時總希望找最窄的峽谷段。但是，峽谷地段往往存在岸坡穩定問題，一定要慎重研究。如法國羅曼什河上游一壩址，地形上系狹窄河段，河谷左岸由花崗巖和三疊紀砂巖及石灰巖構成。右岸是里亞斯頁巖，表面上看來巖體較完整，后經鉆探發現頁巖下面為古河床相的砂礫石層，表明了頁巖是古滑坡體物質，滑坡作用將河槽向左岸推移了70m。因而只得放棄該壩址而另選新址。
2.7 天然建筑材料
天然建筑材料也是壩址選擇的一個重要因素。壩體施工常常需要當地材料，壩址附近是否有質量合乎要求，儲量滿足建壩需要的建材，如砂石、黏土等，是壩址選擇應考慮的。天然建筑材料的種類、數量、質量及開采條件及運輸條件對工程的質量、投資影響很大，在選擇壩址時應進行勘察。
3.結語
從實踐表明，選擇壩址是水利水電建設中一項具有戰略意義的工作，它直接關系到水工建筑物的安全、經濟和正常使用。工程地質條件在選壩中占有極其重要的地位，選擇一個地質條件優良的壩址，并據此合理配置水利樞紐的各個建筑物，以便充分利用有利的地質因素、避開或改造不利的地質因素。
參考文獻
【關鍵詞】氣候變化；大型水利工程；南水北調工程
1 氣候變化和大型水利工程的聯系
1.1 氣候變化對于大型水利工程設計所造成的影響
在氣候變化的情況下，設計水利工程應考慮以下問題：
（1）氣候變化可使的發生干旱的程度、范圍、頻率等加劇，從而影響其供水的保證率
（2）氣候變化導致流域降雨與徑流等發生改變，使得流域設計洪水與設計暴雨等受到影響，換而言之就是使得水利工程的防洪設計標準受到影響。
（3）暴雨強度與次數的加劇，均可致使地質災害的發生與加大泥沙沖淤所對于水利工程的安全與壽命的影響。
（4）氣候變化與變異都會使得發生極端水文氣候事件的強度與頻次大大增加，從而引發計劃外的洪水，導致設計與編制水利工程運行質量的計劃受到影響。
1.2 氣候變化對于大型水利工程的運行管理所造成的影響
對于大型水利工程運行管理過程中，應考慮一下問題：
（1）在“溫室效應”的背景下，因為發生極端災害氣象的頻率與強度有所增強，因此在運行管理的過程中，要注重監測、預報水情信息，加強編制、執行防洪抗旱的應急預案。
（2）因為受到氣候變暖與人類活動的影響，流域的來、用水條件和原本設計會有明顯的變動，所以已建工程運行的規模、規則要做出相應的調整，從而保障水利工程的安全性與洪水的資源化。
（3）氣候變化明顯影響水生態環境，在運行調度水利工程中，要充分考慮到生態環境用水，可治理與保護逐漸惡化的水生態環境，可持續利用水資源。
2 氣候變化對于南水北調工程所造成的影響
南水北調由三條調水線路和海河、淮河、黃河與長江四大江河聯系，構成了“四橫三縱”的布局，從而實現我國水資源的南北調配、東西互補的合理配置。
2.1 氣候變化對于華北地區水資源的影響
根據氣候模型顯示，華北地區2050～2100年的降水量會增加，但是氣溫升高的幅度大，蒸發量也隨之加大，讓徑流增加不明顯。徑流量的增加可否抵消經濟社會發展與人口增長對于水的需求，預測未來需水量起著決定性的作用。研究表明，生活水平、人口增長的提高與生態、工業用水量的加大，使得需水量不斷增加，未來的徑流量遠遠不能滿足需水量，因此北方缺水的局面還不能有根本性的解決。按照水利部水利信息中心所模擬的結果：在2061至2090年中，北方地區山西、陜西、甘肅與寧夏等省區的徑流量會有減少的趨勢，減幅為2%、3%、6%與10%。結合生態需水量的加大、科技發展對于節水的影響與人類活動對于徑流的削減等，氣候變化不能有效緩解我國華北地區的缺水情況。
2.2 氣候變化對于調水區所造成的影響
氣候變化致使在空間、時間上河流徑流的變化，所以會直接影響到華北地區能調水量的多少，與此同時，也影響到調入去需水量的大小。
（1）對于東線能調出水量的影響。據研究顯示，氣候變化會加大汛期長江下游的徑流量，不過其年內的分配也會隨之發生改變，當南水北調與三峽水庫蓄水一同進行時，要預防枯水年對于下游航運、入海徑流的銳減和生態環境的約束都會加劇風暴潮災、海水入侵。除此之外，氣溫變化對于調水水質也有所影響，特別是在枯水年，是不容忽略的。
（2）影響中線的可調水量。陳劍池等相關學者用月水量的平衡模型和7種GCMs模型所給出溫室氣體加倍情況下氣候情景的輸出值，并綜合漢江流域未來需水的預測，模擬算出丹江口的徑流量對于不同氣候情景的情況和丹江口能調水量的影響。模擬得出初期能調水量會減少了3.5%，后期的能調水量減少了2.2%，平均年調水量減少了4.8～5.0億立方米。氣候變化對于能調水量的影響不大，基本能忽略。
陳德亮等采取了兩參數分布式的水文模型，使用HadCM2與ECHAM4這兩個GCMs模型，探討了漢江徑流受氣候變化的影響程度，從研究中可見，在HadCM2的情境下，2051至2080增量15%，比2021至2050年增多10%；在ECHAM4的情境下，則相反，2021至2050年平均年徑流量增加10%，比2051至2080年增量2%。
現在所得的結果均為在特定的氣候背景中所假設的可能性，但氣候變化是不可預測的，因此也會產生異于結果的氣候響應，結果也因此而具有局限性。所以，有必要深入地認識氣候變化對于南水北調工程調水區域受水區的可能性影響。
3 結語
氣候變化導致了全球水文循環的改變，從而引起了在時空上水資源的再分配，汛期洪澇、暴雨與干旱等水文極端事件發生的頻率呈上升的趨勢，從而使得大型水利工程設計、運行等受到不同程度的影響。
參考文獻：
[1]常軍，顧萬龍，竹磊磊，李素萍.河南5座大型水庫上游流域氣候變化及對水庫運行影響分析[A]；第26屆中國氣象學會年會氣候變化分會場論文集[C]，2009.
[2]秦天玲，嚴登華，宋新山，張誠，翁白莎.我國水資源管理及其關鍵問題初探[J].中國水利，2011（03）.
關鍵詞：環江；水資源；地下水；開發利用
引言
環江毛南族自治縣（下簡稱“環江”）地理坐標為東經107°51'-108°43'，北緯24°44'- 25°33'，位于廣西西北部，隸屬于廣西河池市，是桂西北喀斯特區域的重要組成部分，面積4572km2，占全區總面積的1.93%，該縣森林覆蓋率59.2%，耕地面積24.7千公頃，山地占土地總面積的51.9%，地處于黔中高原南部邊緣的斜坡地帶，總地勢為北高南低，中部為丘陵，略成盆地，西部和南部以巖溶山地為主，間有土山、半土半石山，縣境內的地貌受巖性、地質構造的控制，碳酸鹽巖分布廣泛，以巖溶地貌為主，占全縣總面積的39.9%。該區屬亞熱帶季風氣候區，森林群落主要以常綠闊葉為主，土壤有紅壤、黃紅壤、黃壤、棕色石灰土、黑色石灰土5個亞類，境內降雨豐盛，南北部山區平均年降雨量為1569.6mm。環江巖溶地區水總量雖大，但卻在具體得開發利用中遇到很多問題，下面文章就來談談廣西環江巖溶水資源的來源及特點，并結合開發利用中的問題給出幾點建議，以供讀者參考。
1 巖溶地下水的來源
廣西環江巖溶地區水資源豐富，其巖溶水主要來源于以下幾個途徑：
1.1 地表降雨補給
巖溶水的主要補給是來源于大氣降雨[1]。該縣北部年平均降雨量為1750.1mm，南部為1389.3mm，集中于4-9月份，占全年降雨量的71%，歷年最小降雨量922.8mm，降雨通過地表溶洞以及溶縫隙補給巖溶水，尤其是大環江河流的中、上游以及小環江，巖溶水主要通過管道儲存，降水則通過廣布在山谷的峰叢洼地、地下河天窗等垂直形態，常見為集中補給，在巖溶零散地區，以入滲式補給為主，兼集中補給。
1.2 毗連的非巖溶地區的地表徑流、地下水出露補給
毗連的非巖溶區的地表徑流、地下水出露也是巖溶水的重要來源。當非巖溶區的溪流進入巖溶區后，常通過進水洞、落水洞下漏形成地下潛水，進而通過隔水層下滲形成承壓水[2]；在巖溶區周邊，基巖裂隙水以及孔隙水對巖溶水的側向潛流補給也很常見[3]。環江龍巖鄉的龍巖洞以及大安鄉的頂新溶洞就是源于非巖溶區的地下水對碳酸鹽具有很高的溶蝕性，從而在接觸帶形成洞穴，對側面的巖溶水形成潛流補給。
1.3 引水、蓄水工程滲漏及灌溉水回滲補給
引水、蓄水工程滲漏及灌溉水回流滲透（回滲），也是巖溶水的一種重要補給源。環江有較大的下甫、下廟水庫，均屬小（二）型水庫（10萬立方米≤庫容（W）
2 廣西環江巖溶地區地下水資源的特點
2.1 巖溶水總量大，分布面積廣
環江巖溶地區水資源總量大，水資源擁有量35.966億立方米，地下水總量為2.863億立方米，但已查處環江有地下河16條，地下水點403點，地表水流有大環江、小環江、中洲河、打狗河4條河流，總流域面積達3644.26平方公里，占環江地域面積的79.7%，分布面積廣。
2.2 主要賦存于溶洞（含管道）和溶隙中，但富集程度不均勻
徑流特征有集中管道流和分散裂隙流，其中山谷地區相對富水，集中管道流和分散裂隙流并重[4]，在環江上南鄉，山谷較多，谷低儲水量大，但面積大，積水不均勻。
2.3 巖溶地區，多為潛水，補給資源豐富
潛水是淺埋于地表之下第一個穩定隔水層上的地下水，通常地下水潛水流出地面時形成有自由水面的泉水[5]。潛水是重要的供水水源，通常埋藏較淺，分布較廣，開采方便[6]。如環江明倫鎮集中挖掘連片山脈地下深處巖層天然潛水，再經處理，為環江飲水提供了很大的便利。
2.4 巖溶水隨降雨呈周期性變化
巖溶水資源的補給主要來自大氣降水，局部地區為地表水補給，即通過溶蝕裂隙等面狀入滲補給或者直接通過落水洞等以滲漏、集中注入的方式補給[7]，最終以巖溶泉或地下河形式排泄，巖溶水時空變化性大，表層巖溶泉與降雨近乎同步變化，呈現出季節性和周期性[8]變化的特征。
3 廣西環江巖溶地區水資源開發利用中面臨的問題
3.1 巖溶地質環境脆弱，開發利用難度大，利用率低
廣西環江石灰鹽巖分布廣泛，以巖溶地貌居多，占全縣的39.9%，土層較薄且貧乏，灌溉水源不足，巖溶石山區原始森林大多早已被毀，固土保水能力嚴重退化，石漠化現象較嚴重，加上地質脆弱以及地貌構造復雜，使得巖溶水的開采難度加大，從而在部分地區出現了工程性缺水，即便已開采，也僅為地下水總量的21.92%。由此可見，地下水的開采利用潛力遠尚未發揮。
3.2 巖溶地區水質量差
由于保護水資源觀念破舊、意識不強，保護措施欠缺，水源受到污染的現象日益突出，加上城鎮化發展，治理生活污水滯后，許多鄉鎮枯水期的取水安全受到嚴重威脅[9]，此外，最近幾年政府鼓勵種植桉樹[10]，其耗水量較大，加之其成分液為堿性，滲入地底后土壤對種植其他作物了有很大的影響，嚴重污染水資源，導致飲用水變質，再是，由于化肥和農藥的大量使用，每年由陸地被暴雨徑流帶入河流的水體的沉積物中攜帶大量的N、P、K元素的化合物，使水體遭到嚴重污染，特別是對于湖泊、水庫等容易造成高營養化，影響水產，污染環境，并危及人體健康。2011年環江水利局設立農業飲用水樣監測點40個[11]，年檢測共160份，總合格84份，合格率才52.5%，由此說明水資源質量有待改善。
3.3 水資源浪費嚴重
在環江，農業用水量約占全縣總用水量的96.6%，耗水量大，但農業灌溉用水系數低于0.5，加上環江工業基礎薄弱，工業增長方式基本上仍處于粗放型擴大再生產狀態，使得生活用水大多數是單水單用，重復利用系數低于0.3，浪費現象非常嚴重。
3.4 地下河蓄水少，渠道輸水遠，滲漏量大
由于河堤較低，水庫庫容小，調蓄性能差，造成汛期棄水、枯期無水現象，此外，渠道輸水路程較遠，渠道設施破舊老化，滲漏損失大，導致開發成本太高，對老百姓來說有些負擔不起。
3.5 巖溶地區水資源不斷減少，生態環境脆弱，巖溶內澇災害
環江下南鄉、木論鄉、洛陽鎮以及水源鎮等地區石漠化嚴重，導致植物退化，水土流失，水資源總量不斷縮減，生態環境脆弱，水土漏失，甚至造成嚴重的巖溶內澇災害現象[12，13，14]。
4巖溶地區水資源合理開發利用的對策
4.1 開展新認識，轉變舊觀念，健全法制，加強管理
深化對環江巖溶地區水資源地質環境的脆弱性和開發難度大的認識，開發利用應貫徹“三先三后”精神[15]，即先節水、后調水，先治污、后通水，先環保、后用水，變傳統的“無節制用水”觀念，轉變為“有理有節，循環利用”可持續發展觀念；同時進一步健全完善有關水資源的保護、開發利用方面的法律，制定詳細的技術規程和保護措施，并督促實施。
4.2 合理規劃取水工程，加大巖溶地下水開發力度
因地制宜，合理規劃取水工程[16]。在峰林平原地區，采用鉆井取水；河谷地段，選擇抽水為主，鉆井為輔；在分界線地區，應重點開發地下河，結合有壓抽水。加大地下水開發力度，以彌補地表水資源分布不均的缺點，應積極開發環江已查明的16條地下河，403個地下水測點，以增加地下庫容及調蓄能力。
4.3 聯合地表水與地下水，增加水庫興利庫容
在巖溶地區，地表水與地下水通過巖溶縫隙、渠管道等相互補給[17]。環江的洪水期（3～9月），通過管道輸送，地表水補給地下水層，使得地下水位升高，這有利于降低鉆井的深度，進而取得好的經濟效益。在環江下南、水源以及中部木論、川山、大安、明倫一帶，枯水期（10～次年2月）期間，地下水層回灌給地表水庫及河流，從而增加水庫的興利庫容，更好的解決灌溉水源不足、干旱缺水的現象。
4.4 整修水利工程，改善水利基礎設施
據2004年底不完全統計[18]，環江已建成各類水利工程1680余處，其中蓄水工程239座，總庫容1918.4萬立方米，引水工程1216處，但這些小型水利工程，幾乎都是20世紀50年代修建，當時建設標準低，輸水路程遠，經幾十年的運行，工程早已老化失修。此外，維修養護資金落實較慢，管理欠缺，致使工程輸水管道受損嚴重，效益衰減，阻滯了當地農村經濟的發展，改善水利基礎設施刻不容緩。
4.5 改善生態環境和水環境，防治巖溶地區土壤石漠化
注重土地整理，加強生態環境與水環境的治理，加快水土保持工作，重視封山育林，植樹造林，發展巖溶生態林、江河護岸林、旱區農田防護林等防止巖溶地區的水土流失，提高巖溶山區的旱澇災害抵抗能力，從而改善巖溶地區的土壤環境，防治石漠化，更有利于巖溶地下水的開采。環江下南鄉地區就設立多個石漠化綜合治理示范點，對小地方試驗，在巖溶石山區中、下部土層，種植玉米、桑葉、黃瓜等植被，實現截雨固土，增強植被水土保持和水源涵養功能，防治土壤石漠化。
5 結論與建議
（1）廣西環江巖溶地區水資源豐富，但由于降雨時空分布不均，工程建設設施差，開采利用率低，部分江河水質受到污染，嚴重影響了局部地區人民的生產與生活，制約了當地的可持續經濟發展，所以解決環江巖溶地區水資源開發利用問題，刻不容緩。
（2）鑒于環江巖溶地區地下水分布廣和水文地質條件的脆弱性，地下水的開發必須強調科學性、合理性、有效性，在水文地質科學理論的指導下， 走勘查-試驗-評價-開發-評估地下水的道路。
（3）應盡快建立節水農業體系，提高工業、鄉鎮企業用水的循環利用率，杜絕用水浪費。加大節水力度宣傳工作，轉變舊觀念，狠抓水環境的保護與管理，只有這樣，才能促進環江經濟的可持續和健康的發展。
（4）為了更好的開采利用地下水，建議摸清環江已查明的16條地下河的來龍去脈，以及有關河道的水文特性、形狀、規模、流量變化情況，確定引水堵水建筑物穩定性等的詳細數據，從而滿足開發利用地下河工程設計的需要。
參考文獻
[1]袁道先，蔡桂鴻.巖溶環境學[M].重慶：重慶出版社，1988.
[2]裴建國，梁茂珍，陳陣.西南巖溶石山地區巖溶地下水系統劃分及其主要特征值統計[J].中國巖溶，2008，1：6-10.
[3]梁杏，韓冬梅，靳孟貴，等.忻州盆地邊山巖溶水系統與盆地孔隙水補給分析[J].水文地質工程地質，2007，6：28-32.
[4]袁道先.對南方巖溶石山地區地下水資源及生態環境地質調查的一些意見[J].中國巖溶，2000，19（2）：103-108.
[5]曹紅霞，康紹忠，何華.灌溉對土壤水分分布和潛水蒸發的影響[J].西北農林科技大學學報（自然科學版），2003，5：69-72.
[6]王德潛.洛川塬黃土潛水開采資源的初步探討[J].水文地質工程地質，1986，5：16-19.
[7]魏曉鷗.柳林泉域巖溶地下水水文地球化學形成演化規律[D].太原理工大學，2013.
[8]Chen Weihai ， et al... Characteristics and storage function of karstic aquifers in Fenglin Plain areas[M]. Karst in China，1999，18 （1）.
[9]王延勇.我國生活飲用水安全的現狀與對策[J].中國初級衛生保健，2007，21（1）：34-36.
[10]項東云，陳健波，葉露，等.廣西桉樹人工林發展現狀、問題與對策[J].廣西林業科學，2006，4：195-201.
[11]韋鳳棲，韋永光，吳正銅，等.2011年環江縣農村飲水安全工程水質監測結果分析[J].當代醫學，2012，11：160-161.
[12]陳洪松，王克林.巖溶干旱特征及其治理對策[A].湖南省農業系統工程學會.湖南省農業系統工程學會常務理事會暨青年學術委員會會議論文集[C].湖南省農業系統工程學會，2004：4.
[13]彭晚霞，王克林，宋同清，等.喀斯特脆弱生態系統復合退化控制與重建模式[J].生態學報，2008，2：811-820.
[14]Guang Yaohua. A preliminary discussion on inundating waterloggings in karst areas of Guangxi[J].Journal of Geologic Hazards and Control in China，1996，7（4）.
[15]羅佳翠，謝志國.“三先三后”調水原則在滇池補水工程中的體現[J].人民長江，2013，12：8-10+20.
[16]葉成明，李小杰，劉迎娟. 淺層地下水取水工程綜述[J]. 探礦工程（巖土鉆掘工程），2011，6：29-32.
[17]王中根，朱新軍，李尉，等.海河流域地表水與地下水耦合模擬[J].地理科學進展，2011，11：1345-1353.
關鍵詞：最大涌浪高度陡巖體滑坡大型土質滑坡大型巖質滑坡
中圖分類號：P642.22 文獻標識碼： A
1 引言
我國是山多的國家，常用“依山傍水”來形容環境優雅，風景秀麗。水利水電工程中，水庫庫岸滑坡時有發生，滑坡在水庫中激起的涌浪有可能給水利工程及附近地區造成較大的危害，大型滑坡可以產生巨大的涌浪，這些涌浪不僅隨時對其波及水域的一切造成即時性危害，更重要的是隨著涌浪的傳播和迭加，有可能造成潰壩等水庫失事事故。隨著科技的發展，人們對資源的開發利用，很多山地遭到破壞，在暴雨等外力地作用下極易形成滑坡。近年來大量的水利工程的修建，水庫庫岸滑坡時有發生。典型的如1961年3月6日發生于湖南拓溪水庫，再者就是人所熟知的湖北新灘滑坡，涌浪造成60只船只被毀，9人死亡的災難事故。更為著名的是1961年10月發生于意大利瓦依昂水庫左岸2.4×108m3的巨大滑坡，飛速滑入庫區后，激起250m巨浪，涌浪傳至1.4km的壩址時，立波仍高達70m，造成震驚世界的瓦依昂水庫失事事件，這一事件除使經濟上蒙受重大損失外，還殘酷地奪走了3000多人的生命。大型滑坡體大量涌入水中，由于體積大會產生巨大的涌浪，陡巖體滑坡雖體積不大但由于滑入速度大，也產生較大的涌浪。這些涌浪對水電站建筑物和在航行中的船舶都會產生較大的及時性的危害，甚至危害人們的生命安全。水庫滑坡中常見的有陡巖體滑坡和大型滑坡兩大類，大型滑坡一般分為土質滑坡和巖質滑坡。
本文通過對陡巖體滑坡、大型土質滑坡、大型巖質滑坡三大類滑坡涌浪的物理模型研究，分別得出最大涌浪高度的主要影響因素和相關計算公式，對以后可能產生的滑坡形成的最大涌浪有一定的預防借鑒意義。
2 試驗模型設計
試驗河道模型依托萬州江南沱口碼頭工程，按1:70的比例進行正態模型設計，采用重慶西南水運工程科學研究所自主研發的超聲波浪采集分析儀進行波浪的采集。土質滑坡體的設計主要是原料土樣的制備，其關鍵就是確定土樣的土石比、含水量、碎塊石粒徑及壓實度等物理指標。巖質和陡巖滑坡體采用水泥、砂、石子配置砂漿，根據模型塊體的幾何尺寸，制作模具，再將砂漿倒入模具制作塊體。根據實際情況全面考慮滑坡入水深度，滑體的寬度和厚度，滑入時的坡度等情況，制定多組方案進行試驗研究。
模型斷面全景圖
3 最大涌浪高度分析
試驗主要觀測各種方案下產生的原始波與合成波的波高H和周期T，數據采集儀器應用的是多點波浪采測系統，該系統硬件方面由傳感器、放大器和記錄器組成，軟件方面主要由三個自行編制的程序控制，即調試程序、標定程序和采樣程序，調試程序主要是檢測各傳感器信號接通與否以及各傳感器處水面是否靜止；標定程序主要是標定出電信號與波信號的一個轉換系數；采樣程序就是獲取試驗所需的數據。系統靈敏度為1mm。對數據進行分析，得到在每個方案下的最大涌浪高度值。用無量綱方法探討相關物理量之間的關系，分別采用冪函數、線性函數、指數函數進行多元線性回歸分析，分別得到三個最大涌浪高度值的經驗公式：
(式中： H為初始波高，m；b為滑體寬度，m； W為滑體厚度，m；h為水深，m；β為滑坡坡度，弧度制)
3.1陡巖滑坡最大涌浪高度分析
（3.1-1）
（3.1-2）
（3.1-3）
表3.1 三公式平均相對誤差和離差平方和
公式1 公式2 公式3
平均相對誤差% 11.74 22.52 13.58
離差平方和 0.00467 0.01353 0.00473
運用上述三個公式計算所有工況下相對首浪高度的計算值與試驗值進行對比。并將結果繪制成圖，各點均勻分布在兩側，計算值與試驗值較吻合。綜合考慮，本文建議采用公式3.1-1計算首浪高度。試驗結果分析得到水深、坡度、滑體厚度對最大涌浪高度的影響顯著。
3.2大型巖質滑坡最大涌浪高度分析
（3.2-1）
（3.2-2）
（3.2-3）
表3.2三公式平均相對誤差和離差
公式3.2-1 公式3.2-2 公式3.2-3
平均相對誤差% 26.72 26.78 22.33
離差平方和 0.01153 0.01089 0.00630
綜合考慮，本文建議采用公式（3.2-3）計算首浪高度。試驗結果分析得到滑體寬度、水深、坡度、滑體厚度對最大涌浪高度的有顯著影響。
3.3大型土質滑坡最大涌浪高度分析
（3.3-1）
（3.3-2）
（3.3-3）
表3.3三公式平均相對誤差和離差平方和
公式3.3-1 公式3.3-2 公式3.3-3
平均相對誤差% -19.39 -10.47 -21.13
離差平方和 0.00143 0.00136 0.00150
綜合考慮，本文建議采用公式（3.3-2）計算首浪高度。試驗結果分析得到水深、坡度、滑體厚度對最大涌浪高度的有顯著影響。
4 結論與建議
（1）通過物理模型試驗得到的最大涌浪高度數據進行量綱分析，擬合得到常見的陡巖體滑坡、大型土質滑坡和巖質滑坡的不同的公式在實際可能發生的滑坡形成的最大涌浪有一定的預防借鑒意義，具有防震減災作用。
（2）通過擬合的公式比較分析得到，陡巖滑坡最大涌浪計算適合冪函數擬合表示，大型巖質滑坡適合指數函數擬合的公式表示，大型土質滑坡適合線性的擬合表示。
（3）滑坡滑入水中產生巨大的涌浪，這些涌浪不僅隨時對其波及水域的一切造成即時性危害，更重要的是隨著涌浪的傳播和迭加，有可能造成潰壩等水庫失事事故，需要對涌浪的傳播和迭加進行進一步深入地研究。
參考文獻：
[1] 陳學德.水庫滑坡涌浪研究的綜合評述[J].水電科研與實踐，1984, 1（1） :78-96
[2] 鐘立勛.意大利瓦依昂水庫滑坡事件的啟示[J].中國地質災害與防治學報，1993, 5 （2）:77-84
[3] 胡杰，王道熊，胡斌.庫岸滑坡災害及其涌浪分析[J].華東交通大學學報，2003, 20 （5）:26-29
[4]長江水利委員會. 三峽工程地質研究[M]. 武漢：湖北科學技術出版社,1997.
[5]王冬重慶市高觀塘滑坡穩定性研究[碩士論文]長安大學2008
[6]蔡耀軍，郭麒麟，余永志．水庫誘發岸坡失穩的機制及其預測[J]．湖北地礦，2002
隨著中國科技水平及國際地位的提升，由我國企業負責或參與的國際工程項目也越來越多，特別是在土木和水利工程領域[1]。在該背景下，為了使高等工程教育主動服務國家發展戰略，教育部2010年提出了“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）。西南交通大學積極響應，前后成立茅以升學院和詹天佑學院，并以此為依托實施面向高速鐵路的卓越工程教育培養計劃。現已初步構建起“3+X”和“4+X”兩個體系、六種類型的工程人才培養模式，旨在培養出面向國際化高速鐵路的優秀工程師。為了響應學校國際化發展戰略，服從學校“志于工，視野寬，基礎堅，上手快，后勁足，善創造”的工程人才培養目標，“鐵路工程地質學”作為“高速鐵路卓越工程師培養計劃”的重要專業基礎課成為教學改革創新的示范點，正在不斷調整和改革教學模式來適應新的挑戰和機遇。
二、“鐵路工程地質學”發展歷史及教學模式
西南交通大學地質工程專業于1958年成立，是我國非地質院校第一個專門為鐵道部門培養高級工程地質技術人才開設的專業。培養出的工程師遍布鐵道部、交通部各大設計院、工程局、管理局，承擔著重要的行政和技術職務。參與了寶成、成昆、襄渝、貴昆、南昆、京九、西康、京滬、京津、青藏、廈深等鐵路的建設[2]。“鐵路工程地質學”作為專業的重點課程，其全部教學內容和暑期實習都與鐵路建設實踐相結合，是一門研究與解決鐵路工程建設有關地質問題與地質災害的應用性科學。例如，1959年和1960年本專業師生對寶成鐵路的寶雞至廣元段和鷹廈鐵路的路基病害進行工程地質普查。既解決了生產實踐中迫切需要解決的路基病害問題，又鍛煉了教師和學生[2]。目前該課程主要涉及滑坡、崩塌、泥石流等地質災害預測分析和評價，特種巖土的物理力學性狀和加固處理，地下洞室和地基基礎等內容，并形成了具有鮮明鐵路特色的教學模式[3]。面向鐵路建設，教學與生產實踐結合，協同發展，即從理論出發解決工程中的重大地質問題，又從生產中吸納工程經驗彌補理論的缺陷。
三、“鐵路工程地質學”的教改必要性分析
雖然以往教學模式培養了一大批優秀的鐵路工程師，為我國鐵路建設作出了重要貢獻，但隨著學科建設的不斷發展和教學質量要求的提高，傳統教學模式以理論知識的灌輸和短期的地質實習為主要傳授方式，效果不夠明顯[4]，往往出現畢業的本科生需要再經過單位入職培訓才能勝任工作。所以“鐵路工程地質學”課程教改已經迫在眉睫。原因大致可以分為兩個方面。1.教材內容陳舊目前使用的《鐵路工程地質學》教材為1990年6月編著，至今已有20多年的歷史。雖然其為我國鐵路建設產生了良好的社會和經濟效益，但隨著國內外高鐵建設的迅猛發展，更復雜的工程地質問題的出現，工程地質研究已不僅僅局限于查明工程地質條件和問題，更重要的是解決這些問題。隨著更嚴格的技術規范標準的出臺，最新的研究成果的公布都對教材的內容提出了更高的要求。此外，學生培養已由原來單一的面向鐵路系統而逐漸轉為公路、水電、機場、碼頭港口、市政工程等領域，也促使《鐵路工程地質學》的內容進行更新和補充，如水電工程地質、水庫區工程地質等方面內容，以使學生得到更多的關于不同類型工程地質所涉及的工作方法、工作內容及成果要求等知識。所以在教材內容的更新上必須大大深化復雜地質條件下重大工程地質問題的研究水平，不僅使該教材成為本科生和碩士生的教科書，而且還盡量成為一本工作手冊型的成果書籍。目前作者和其他教師們正在修編該教材，吸納了大量應用于工程地質領域的新方法和新技術（如3S技術、三維激光掃描技術和數值模擬計算等）。2.教學模式落后傳統“講授—記憶—實習—考試”的教學模式與當前教學體制的不斷改革格格不入，無法滿足新時期下地質人才培養的需求。傳統教學模式以教師為核心，注重學生地質基本知識的獲得。雖然這種灌輸式的教學模式大大提高了教師對學生知識輸出的效率，卻忽視了學生接收并消化知識的程度。在知識尚未鞏固之時進行實習，多數學生都是心有余而力不足，難以完成對知識的有效遷移與運用。考試更是臨時抱佛腳，對知識進行簡單拼湊，應付了事。這種缺乏教學質量的教學模式將學生的主體地位置之不顧，最后的成效也就可想而知。“鐵路工程地質學”是一門綜合性的工程類課程，教師在教學過程中對學生知識與技能兩方面都必須予以高度重視，不可偏廢。這就要求教師根據本學科特色靈活運用教學模式。按照當代國內外的教學模式，教師可以依據課程章節的不同，采用適合的教學模式。比如，發現教學模式，教師可以提出問題，創設問題情境，提出假設，評價驗證，對培養學生獨立探索發現，形成自我獎勵、自主學習的傾向具有重大意義。
四、教學模式改革探索
教學模式改革最終落腳點是學生，必須堅持以學生為本，改革人才評價方式，建立能力培養為核心的教學體系。具體包括培養學生工程思維方式，激發學生潛能，訓練和提升學生的洞察力、應變思維、創造性意識等。而這些又依托感染學生情緒、培養學生興趣、提高教學質量和豐富教學手段來實現。并注重根據學生畢業后發展質量的反饋信息來改善教學模式。
1.工程思維方式培養學生經過大一、大二兩年的專業基礎學習，掌握了一些基礎地質技能，但對專業的認識還不夠深刻，對地質知識的領悟還不夠全面，如何用學到的知識服務于工程，會遇到哪些問題，如何解決這些問題，在這些方面學生幾乎沒有直觀的映像，更談不上理論指導實踐了。因此，在課程緒論部分就應當清楚闡述工程是什么，地質工程是什么，地質條件與工程如何相互作用、涉及哪些內容、會遇到哪些問題、可以用什么手段解決、目前的發展趨勢等等。例如，筆者在課程中采用了《建筑時空》節目關于英吉利海峽隧道建設的視頻資料，既直觀地說明地質與工程的關系，也讓學生明白了工程地質問題出現與解決整個工程處置的演化過程，為今后的教學順利開展奠定了良好的基礎。
2.課程設置工程地質學以地質學理論為基礎，通過勘察、測繪與實驗等技術手段來調查、研究、解決各類工程活動，為合理選址、設計、施工與運營服務的應用地質學[5]。為了突出課程重點，讓學生掌握最有效的工程手段和分析方法，培養出具有創新性的工程師。需要堅持以下幾點原則：（1）在課程內容上，踐行因材施教，關注學生的個性特長，鼓勵學生個性發展，挖掘學生的優勢潛能，要實現學科知識與個人知識的內在整合；（2）在課程實施上，要超越忠實取向，走向相互適應取向和課程創新取向；（3）在課程評價上，要超越目標取向的評價，走向過程取向和主體取向的評價；（4）從教學組織形式入手，改進班級授課制，實現多種教學組織形式的綜合運用。
3.科技創新實踐為了學以致用，提高學生解決工程地質問題的能力，學校廣泛開展了各類創新創業活動，引導鼓勵學生參加各級各類學科競賽、大學生創業競賽、大學生科研訓練計劃（SRTP）、大學生創新性實驗計劃等方式，為學生提供廣泛的實戰平臺，從實踐上鍛煉和提升創新能力。將課程知識與科技訓練項目結合，由指導教師指導學生查閱相關資料，不斷鞏固和提升學科理論知識，同時培養學生團隊合作分析和解決工程實踐問題的能力，訓練學生工程思維方式，建立工程實踐觀念。同時地質專業根據自身實際和發展需要，構建與其學生培養、學科建設、科學研究相適應的高水平實驗室體系（陸地交通抗震及災害防治技術國家工程實驗室），并把實驗教學課程植入，促進實驗教學、個性化實驗與學院的學科建設、科學研究的融合。該項舉措對于培養合格的工程師具有重要的意義。
4.教學實習與生產實習相結合學生工程經驗的積累等必須依靠實習教學。所以，工程地質實習作用不可替代，而且是培養“卓越工程師”創新人才的重要載體和途徑[6]。然而眾多高校的實踐環節，學校承擔全部任務，教師扮演了太多角色，很多時候實習就是室內教學搬到了室外，雖然學生通過實習鞏固了知識，鍛煉了能力，但是仍達不到工程師培養要求。因此，除了暑期實習以外，還應當適當增加寒假實習。可以校企聯合，學生直接去工程所在地實習，身臨生產第一線，培養多方位的感官認識，突出實踐能力鍛煉和技術應用能力的培養。
5.教學組織設計（1）發揮教師主導作用的同時，堅持“以學生為本”，踐行學思結合，采用啟發式、案例式、探究式、設疑式、討論式、考問式與發現式的新型教學方法[5]。重視批判性與創造思維的訓練，激發學生的興趣，培養學生的創新思維。踐行知行統一，將知識實驗、科技創新、技能實訓、科研實戰貫穿于整個實踐教育培養過程，培養學生的工程實踐能力、科研能力、創新能力、團隊組織能力和“獻身、求實、創新、協作”的科學精神。例如，講到我國四川山區鐵路建設的主要工程地質問題時，先放一些地質災害的圖片和視頻，然后設定一些問題，讓學生們結合學到的力學和地質知識，思考與討論如何應對和解決這些災害，從而培養學生地質問題綜合分析提煉的能力。最后通過討論各個方案的優缺點和可能出現的新問題，來選擇最優方案實施。（2）通過布置具有挑戰性和創新性的課后習題或者開放性的課題，讓學生分組查找資料、研究、討論和實踐，使學生牢固掌握地質知識和技能，培養學生動手能力、分析能力、思辨能力、合作交流能力、設計開發能力和創新能力，最終找到解決問題的合理方式。
6.外部激勵邀請國內外經驗豐富的工程師和專家到學校給學生上課。如請著名滑坡專家許強以及有實踐經驗的總工程師來校上課，既提高了教師的學術水平，也使學生學到了與生產實踐密切相關的知識與解決生產實際問題的能力。
7.考核方式及評分標準（1）考核依據。地質工程專業現場教學大綱，實踐指導書等是考核的重要依據，同時還要聯系學生的出勤、工作表現、鑒定材料、學生提交的實習日志及其他材料和成果。（2）考核方式。應視具體情況采取多種方式進行考核，不搞“一刀切”。學生可以提交實習體會、調研報告、工程分析報告、技術革新建議、科研報告或論文，可以提出產品（廣義的）設計、工程規劃設計、工程項目實施方案，也可以提供其他物化成果等等。（3）評分等級和標準。采取等級分制和綜合評分辦法。由雙導師或導師小組按優、良、合格、不合格4個等級進行綜合評分。學生成績被評定為“不合格”的，應當“補課”。學生成績優秀的，應當給予精神鼓勵和物質獎勵。成績特別優秀的，研究生可以推免攻博，或者可以根據本人意愿推薦就業。
五、教學實例展示
當課程結束地下洞室這章內容時，以中國高鐵國際化為背景，引入跨洲際高鐵建設的藍圖。密切聯系隧道工程特點，將整個課堂交給學生，讓學生構思修建隧道的整個過程和可能遇到的地質問題。例如：白令海峽隧道是一條連接西伯利亞和阿拉斯加的擬建海底隧道，整條隧道長104km，預計這條貫通歐亞美三洲的鐵路將在2030年竣工。隧道完成后可以消除在白令海峽航行的危險，同時大大提高人財物運輸的效率。首先，教師拋出問題：在修建海底隧道需要考慮哪些內容？接著，學生自行組隊，通過5分鐘的自由討論，紛紛闡述己方觀點，教師通過在黑板上概括并羅列的形式展示給所有學生。學生在輕松的氛圍下思維非常活躍，共總結出如經濟效應、設備測量、應急救援等38條考慮的方面。然后，教師通過學生的發言，將其重新分組，具體分組按投資方、設計方、施工方、管理運營方、地方政府以及人民群眾進行劃分（表1）。教師進一步要求各組學生從黑板上的38條篩選出與自己立場最為密切的內容。完成之后，由每組代表輪流發言，闡述本方應盡的職責及相關措施。在此基礎之上，教師將各方聯系起來，依據現實情況，分析各方的合作關系、利益關系和法律關系，由點及面，將原本復雜的關系有條不紊地梳理出來。從本次課堂教學，可以總結出課程教改的幾點優勢。第一，在課本的基礎之上，教學內容結合當下最新隧道工程，激發學生的興趣，引發學生的思考。第二，運用案例教學，形象生動，在學生所學理論知識的基礎上，帶著具體問題具體分析的科學方法，開拓學生思維，訓練學生全面嚴謹的能力。第三，運用角色扮演法，能夠清晰定位，一方面加深了解自己角色的性質和職責，也可以明確認識到其他角色，包括角色之間的緊密關系網。這與培養學生分析、解決工程地質問題的能力和工程實踐能力，成為從事軌道交通工程的勘察、設計、管理和技術支持的應用型、復合型工程技術人才的目的是不謀而合的。第四，將復雜的工程先細化，再系統化。工程涉及財務、安全、進度、質量、管理、法律、技術、環境等多方面內容。通過此次課程，在學生與教師之間的討論之下，對大量的信息進行了完整的歸納與分類，使得學生的記憶更加深刻，也為之后參加工作和參與工程打下扎實的基礎。
六、結束語
關鍵詞：后壓漿；承載力；水泥漿
Abstract: the post grouting technology is our country the majority of builders after years of exploration and practice, summed up a set of the bored pile with high-pressure grouting pump, through the embedded grouting pipe into the cement slurry, the slurry splitting, filling, compaction, consolidation effect, so as to improve the bearing capacity of pile side friction resistance and end technology. Process, the author introduces the post-grouting technology used in pile foundation engineering Minghe Aqueduct in the construction process and measures of abnormal situation, a comprehensive exposition of the post grouting technology of pile foundation reinforcement mechanism, construction technology and matters of attention, is of great significance for the application and popularization of post grouting technology in other in hydraulic engineering.
Keywords: post pressure grouting; bearing capacity; cement slurry
中圖分類號：TU473.1+1文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013）
1、工程概況
1.1基本情況
河渡槽是南水北調中線工程總干渠上的一座大型河渠交叉建筑物，位于河北省永年縣城西鄧底村與臺口村之間的河上，全長930m，其中槽身長829m，渡槽槽身縱向為16跨簡支梁結構，單跨長40m。槽身為三槽一聯矩形預應力鋼筋混凝土結構，共布置17個槽墩，槽墩坐落在承臺上，承臺下設兩排灌注樁，每排7根，樁徑1.7m，樁長13.5～54m，單樁設計承載力為1400KN，設計流量為230m3s，加大流量為為260m3s，工程等級為一等，主要建筑物級別為1級。
1.2地質情況
河渡槽地質情況整體為上部覆蓋不同厚度的卵石層，卵石層級配不連續，部分卵石含量較大，下部為泥巖、砂巖交錯沉積，巖相變化較大，特別是位于渡槽南岸的2~5號槽墩下伏基巖以二疊系砂巖為主，受次級構造和地質條件的影響，部分巖體破碎，強風化底界高程自6.35~51.1米，風化程度差異較大，每個槽墩下伏基巖風化程度的差異也非常明顯。
1.3設計情況
鑒于河渡槽工程等級和級別高，工程地質復雜的情況，同時由于樁基穿過卵石、砂巖、泥巖等不同地層，成孔采用了沖擊鉆鉆孔，為確保樁基承載力，采用了后壓漿技術。
影響混凝土灌注樁樁基承載力的因素
2.1樁基在鉆孔過程中，特別是沖擊鉆鉆孔過程中護壁泥漿或膨潤土漿液顆粒吸附于孔壁形成泥皮，阻礙樁身砼與樁周土的粘聚力的發揮，相當于在樁側涂入一層劑，大大降低了樁側摩阻力的發揮降低單樁承載力
2.2對于水敏性地層，因長期浸泡而松軟，也會降低樁周土體的摩阻力，降低單樁承載力
2.3樁身砼固結后也會發生體積收縮，使樁身砼與孔壁之間產生間隙，減小側摩阻力，降低單樁承載力。
2.4樁基本身的巖石可能存在軟弱夾層、裂隙、破損等不良條件，大大降低樁基承載力。
2.5在成孔過程中，特別是沖擊鉆沖擊成孔過程中，難免會對孔底巖石造成一定的破壞，嚴重時會在孔底形成碎石層，對樁基的承載力造成不利影響。
2.6無論采用何種成孔工藝或二次清孔工藝，在灌注砼與二次清孔之間肯定有時間間隔，或多或少存在孔底沉渣，孔底沉渣是影響灌注樁尤其端承載力的重要因素之一
2.7在初灌時，混凝土從細長的導管落下，因落差太大造成樁底部位的混凝土離析形成“虛尖”或“干碴石”，影響樁基的承載力。
后壓漿技術提高樁基承載力的機理
3.1將水泥漿液壓入樁端，可以使得原松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙膠結成一個高強度的結合體；
3.2水泥漿液在壓力作用下由樁端在碎石層的孔隙里向四周擴散，對于單樁區域，向四周擴散相當于增加了端部的直徑，向下擴散相當于增加了樁長；群樁區域所有的漿液連成一片，使得碎石層成為一個整體，從而大大提高樁端承載力
3.3在壓漿過程中，漿液沿著樁身和結合層上返，消除了泥皮，提高了樁側摩阻力，同時漿液橫向滲透到樁側土層中也起到了加大樁徑的作用。
4、后壓漿施工工藝流程
灌注樁成孔鋼筋籠制作壓漿管制作灌注樁清孔壓漿管綁扎下鋼筋籠灌注樁混凝土后壓漿準備疏通灌漿管樁基檢測樁基壓水試驗壓漿施工封孔
5、后壓漿施工過程
5.1河渡槽灌注樁成孔
采用CZF1500沖擊鉆鉆孔，穿越上層卵石層時采用粘土泥漿護壁，之后其他地層為減少泥皮厚度采用膨潤土泥漿護壁，粘度20~25S、相對密度1.2~1.3、PH值8~10，清孔采用氣舉反循環。
5.2壓漿管的制安
考慮樁基在壓漿前需做聲波檢測，故壓漿管兼做聲測管，在制作鋼筋籠的同時制作壓漿管，每根樁預埋3根壓漿管，采用DN60圓鋼管，連接方式采用DN70、內徑DN60鋼管，長度大于20CM，連接管端頭與壓漿管外壁滿焊，壓漿管每隔2M設置一道定位鋼筋與鋼筋籠主筋連接并焊接牢固，灌漿管預埋端頭設置單向灌漿逆止閥，防止在混凝土關注過程中堵塞灌漿管。
5.3壓漿管的疏通
在鋼筋籠和灌漿管吊裝就位后，進行二次清孔，然后灌注樁基混凝土，在混凝土灌注后24―28h內采用高壓水將灌漿管沖開，以滿足灌漿要求，需要注意的是一定要控制好時間，時間過長混凝土達到一定強度后，灌漿管端頭逆止閥將無法打開。
5.4樁基檢測
在后壓漿前采用超聲波對樁基逐根進行檢測，以確定樁身的完整性和灌注質量，壓漿后采用鉆芯進行檢測，以檢測后壓漿的效果。
5.5壓漿
5.5.1灌漿設備準備采用一臺灌漿泵引出一根主灌漿管，在主灌漿管上設置三通，分別與樁基預埋三根灌漿管相連，采用閥門控制回漿，這樣可以保證三根灌漿管同時均勻壓漿。
5.5.2壓水試驗壓漿前先通過壓漿管進行壓水試驗，已確認樁底的可灌性和壓漿管道的暢通情況，壓水逐級加壓，最大壓力控制在8Mpa，壓水時間控制在30min,壓水量控制在0.6m3左右。
5.5.3漿液的配制
漿液采用42.5水泥配制凈水泥漿，在壓漿過程中需要時也可加入適當水玻璃等速凝材料，水灰比分三級，根據灌漿要求濃度有稀變稠，逐級調整，拌制設備為高速攪拌機（轉數不小于1000轉／min）,攪拌時間不低于2min。
5.5.4壓漿
每根樁灌漿分三序進行，每序停頓時間為20-30min,依次灌漿量為總灌漿量的40%、40%、20%循環壓入，水灰比依次為1、0.7、0.5，第三序灌漿完成后，關閉閥門40min后，方可拆除閥門。
5.5.5灌漿過程控制
灌漿時要慢速、低壓（2-3Mpa）、低流量（30L／min）進行，在灌漿的同時要隨時觀測樁頂位移和樁周土層變化變化情況，樁基終止灌漿應采取灌漿量和灌漿壓力雙控，以壓漿量控制為主，以壓力控制為輔，終止標準一是壓漿量達到設計要求量，持荷5min，注入率小于1L／min；二是壓漿壓力達到設計控制壓力，持荷5min，注入率小于1L／min。
6、壓漿過程中出現異常和應對措施
6.1灌漿管端部逆止閥打不開
在疏通灌漿管時，如果水壓達到設計要求不能打開逆止閥，可與設計溝通適當提高壓力，仍不能打開說明逆止閥已經損壞、於堵或者是混凝土強度已經太高，不要強行增加壓力，可采取在其他灌漿管中補足壓漿數量，如果三根都出現不能打開的情況，只能待混凝土達到齡期后，用地質鉆在樁基上打孔，孔底要深入樁底以下50cm。
6.2在灌注過程中出現冒漿
壓漿過程中時常會出現水泥漿沿著樁側或在其他部位冒漿的現象，若水泥漿液是在其他樁或者地面上冒出，說明樁底已經飽和，可以停止壓漿；若從本樁側壁冒漿，壓漿量也滿足或接近了設計要求，可以停止壓漿；若從本樁側壁冒漿且壓漿量較少，可將該壓漿管用清水或用壓力水沖洗干凈，等到第2 天原來壓入的水泥漿液終凝固化、堵塞冒漿的毛細孔道時再重新壓漿。
6.3在壓漿過程中出現單樁壓漿量過大
在壓漿過程中有時也會出現但單根樁吃漿量很大，但壓力上不來的情況，這說明樁底可能存在裂隙、暗河、加沙層等不良地質情況，壓入水泥漿沿樁底裂隙等流走，在河壓漿時就有一根樁壓漿量達到了20t,壓力表卻顯示無壓力的情況，出現這種情況可采取將水泥漿調稠、加速凝劑、進行間歇灌漿并適當加大間歇時間、與周邊其他灌注樁同時灌注等措施。
7、結語
后壓漿技術在公路、鐵路等行業應用較早，在水利行業采用的比較少，同時后壓漿技術在河渡槽樁基工程中的應用，也是南水北調工程河北段樁基工程的首次使用，采用此技術后樁基經過鉆孔檢測和靜載實驗都達到了設計承載力的要求，起到了提高單樁承載力和節約資金的作用，為這一技術在其他水利工程中推廣應用有著重要意義和借鑒作用。
參考文獻：
【1】.《灌注樁后壓漿技術規程》Q/JY14-1999
關鍵詞:水庫 導流洞 封堵 設計
中圖分類號:TB21 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(a)-0061-01
1 工程概況
某水庫工程任務以防洪、灌溉為主,結合供水、發電。壩址位于陶寺村上游約50m處,距金華城區35km,距湯溪鎮8km,廠址位于壩址下游約500m處。九峰水庫由攔河壩、溢洪道、發電引水建筑物、發電廠、升壓站等組成。攔河壩型式為混凝土面板堆石壩,最大壩高66.5m,壩頂長380m。溢洪道由進水渠、閘室段、泄槽段組成,布置于右岸,溢流堰頂高程139m,設3孔6m泄洪閘。發電引水建筑物由進水口、引水隧洞、調壓井、岔支管等組成,布置在右岸,進水口距右壩頭約120m。進水口為豎井式,底高程為100.5m,引水隧洞為圓形有壓隧洞,開挖洞徑3.7m,混凝土襯后洞徑為3.0m。發電廠裝機容量為2×3200kW。導流隧洞為6m×7m城門洞型,導流洞進口距壩軸線120m,底高程91m,出口距壩軸線約180m,底高程86.5m,直線穿越右岸山體,洞身長338m,進口段明渠長34m,出口段明渠長76m。
2 導流洞地質條件
洞身圍巖為侏羅系上統西山頭組第四段(J3x4)流紋質晶屑熔結凝灰巖,淺灰紫～黃綠色,風化后呈灰黃～灰白色,塊狀構造,新鮮巖石致密、堅硬。山坡覆蓋第四系坡積(el—dlQ4)粉質粘土夾碎塊石層,厚1m～4m,主要分布于出口的山坡。出口地段河谷分布第四系全新統沖洪積(al-plQ4)砂礫卵石層,厚2.0m～7.0m,礫石呈次滾圓狀,粒徑以2cm～15cm為主,表部見薄層中細砂,主要分布于進出口高程以下的漫灘。隧洞沿線無區域性斷裂通過,主要節理發育有3組:N25°W,SW＜80°;N55°E,NW＜15°和N45°E,SE＜24°。節理以閉合為主,表部局部張開,延伸長。
3 下閘封堵設計流量
水庫P=20％、10％時的月平均流量如下(見表1)。
封堵設計流量按8月份P=20％時的月平均流量5.4m3/s考慮。九峰水庫導流洞從2003年底開工,于2004年5月份完工驗收通過,按設計要求導流洞上、下游均已清理疏通,具備過流條件。水庫樞紐土建工程于2003年10月份招標,后由于移民政策處理難度較大,一直到2004年底大壩才進行基坑開挖。施工期間由于壩區移民工作難度大,攔河壩在2005年至2006年6月期間施工進度受到影響。2006年6月復工,并在2006年10月中旬河床截流,在2007年、2008年、2009年施工期間通過導流洞實現了安全度汛,在2010年8月下旬下閘封堵。
4 封堵設計
根據施工總進度計劃,本工程下閘蓄水選擇在2010年8月底進行,下閘封堵設計流量為5.4m3/s(8月份P=20％時的月平均流量)。封堵分為臨時封堵和永久封堵。其中臨時封堵段采用“導流洞埋設鋼管拍門”(以下簡稱拍門)方式封堵。臨時封堵段位于導流隧洞的進口段(樁號導0-013～0-007m),其長度為6m。臨時封堵段導流采用在導流洞中心埋設鋼管(圓管,直徑為2·0m)導流,對導流洞進口段(樁號導0-013～0-007m)進行突擊封堵,在完成進口段臨時封堵混凝土后,再采用“拍門”對臨時導流鋼管進行截流及混凝土回填,然后在導流洞進口段頂拱上部120°范圍內進行回填灌漿。
根據所在市地區水文分析,8月份月平均流量約5.4m3/s,在非汛期4月份初,根據天氣情況統計分析,一般情況下導流洞過流水深約30cm～50cm,過流面積約1.8m2～3.0m2。在臨時導流期間,控制涌高水位不超過鋼管管頂(經水力計算分析,其過流能力約為7.5m3/s),鋼管過流面積不小于現有過水斷面積;擬采用的鋼管直徑為2.0m(斷面積為3.14m2),長度為8.5m。導流鋼管由專業生產廠家生產安裝,運至施工現場,節間通過手工電弧焊焊接。臨時封堵段設計按121m水位考慮(按8月份P=20％時的月平均流量5.4m3/s,考慮30d的蓄水量),設計水頭為30m。在臨時封堵段施工期間,加強關注天氣預報,選連續晴天突擊施工。
永久封堵段布置在導流隧洞樁號導0+073.5～0+083.5m段。永久封堵段設計按校核洪水位147.78m水位考慮,設計水頭為56.8m。在完成進口段混凝土封堵后,再對永久封堵段(樁號導0+073.5～0+083.5m)進行封堵施工。永久封堵段(樁號導0+073.5～0+083.5m)全斷面回填C20混凝土,在頂拱上部120°范圍內進行回填灌漿(如圖1)。
(1)封堵體設計。
導流洞封堵分為臨時封堵和永久封堵。臨時封堵段位于導流隧洞的進口段(樁號導0-013～0-007m);永久封堵段布置在導流隧洞樁號導0+073.5～0+083.5m段。經計算,臨時封堵段Lmin=1.45m,臨時封堵段長度采用6m,布置在導流隧洞進口段(樁號導0-013～0-007m)。經計算,永久封堵段Lmin=2.9m,永久封堵段長度采用10m,布置在導流隧洞樁號導0+073.5～0+083.5m段。臨時封堵段和永久封堵段均在頂拱上部120°范圍內進行回填灌漿,回填灌漿采用預埋回填灌漿管。回填灌漿待混凝土強度達70％后進行,灌漿壓力0.3MPa,灌漿采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。
(2)放水管設計。
由于導流洞封堵蓄水后,在封堵初期將使下游河道產生斷流,嚴重影響下游河道兩岸的生活用水及下游河道的生態用水。經綜合分析,采取在導流洞封堵體內埋設1根放水鋼管(圓管,直徑50cm)來進行放水,不使河道斷流;并分別在導流洞樁號導0-006m、導0+084.5m安裝蝶閥來進行控制。
參考文獻
目錄 Ⅲ
1 緒論 1
1.1課題的背景以及研究意義 1
1.1.1課題的背景 1
1.1.2 研究意義 2
1.2研究現狀綜述 3
1.2.1相似材料模型試驗發展現狀 3
1.2.2 盾構空洞的研究狀 3
1.3本文的研究內容和方法 4
1.3.1 本文的研究內容 4
1.3.2 本文的研究方法 4
2 模型試驗的基本理論及相似比的確定 5
2.1 引言 5
2.2 模型試驗的相似理論 5
2.3 模型試驗相似比的確定 6
2.3.1 幾何相似比的確定 6
2.3.2 重度相似比的確定 6
2.3.3 試驗方案 6
3 模擬試驗 13
3.1第一次試驗 13
3.2第二次試驗 14
3.3第三次試驗 16
4 結論與展望 18
4.1 結論 18
4.2 展望 18
致謝 19
參考文獻 20
1 緒論
1.1課題的背景以及研究意義
1.1.1 課題的背景
隨著中國經濟的高速發展和城市化水平的快速提高,正在形成的城市人口超飽和、建筑空間擁擠、城市綠化減少、交通嚴重阻塞的“城市綜合癥”已成為我國城市發展的突出矛盾，嚴重制約著城市的可持續發展。為解決這一社會矛盾，地鐵軌道交通是城市綠色交通工具，具有安全、正點、舒適、快捷、大容量、低成本的特點，各城市紛紛發展地鐵工程建設，緩解城市交通壓力。目前北京、香港、臺北、天津、上海、廣州等城市的地鐵已投入運行，杭州、深圳、沈陽、南京、重慶、武漢和青島等城市正在積極興建或計劃興建地鐵。
然而，經國內外實踐表明，盾構法施工多少都會擾動地層而引起地表的沉降。即使采用目前先進的(包括同步壁后注漿在內)密閉盾構技術，要完全消除地面沉降也是不太可能的。根據國內外相關研究成果，盾構法施工造成地表沉降的主要原因是施工中產生的地層損失引起的地層移動。盾構法施丁中引起地層移動的因素有[1-3]：(1)開挖面土體的移動。盾構掘進時，開挖面處刀盤切削土體，開挖面土體的松動和坍塌，破壞了原來地層應力平衡狀態，導致地層沉降或隆起。(2)盾構法施工中盾構后退，使開挖面塌落和松動引起地層損失而產生地表沉降。采用降水疏干措施時，土體有效應力增加，再次引起土體固結變形。(3)土體擠入盾尾空隙。主要原因是因壓漿不當，使盾尾后部隧道周邊土體向盾尾坍塌產生地層損失，引起地層沉降。(4)盾尾注漿。注漿壓力一般大于隧道上覆土壓力，使注漿區域周圍土體向遠離隧道的方向移動，從而抵消上部土體的部分沉降，當注漿壓力較大時也可能引起盾構上方土層的隆起。(5)盾構推進方向的改變、糾偏、仰頭推進、曲線推進都會使實際開挖面形狀大于設計開挖面而引起地層損失。(6)盾構與土體間摩擦引起的土體擠壓“剪切”效應，引起地層損失。(7)土體受施工擾動的固結作用。次固結沉降往往要持續幾年，在軟土中它所占沉降量的比重高達35％以上。(8)隨盾構推進而移動的正面障礙物，使地層在盾構通過后產生空隙而又未能及時注漿。(9)在水、土壓力的作用下隧道襯砌產生變形，會引起小量的地層損失。(l0)盾構殼半徑小于刀盤半徑，使得盾構機向前推進過程中，盾構殼周圍有間隙，周闈土體向空隙處移動，導致地面沉降。(11)作用于盾構的外力(千斤頂荷載)變化。(12)因盾構操作引起的過量取土。(13)因地下水位變化引起孔隙水壓力變化，而導致的長期固結沉降。
由此帶來的環境災害問題主要包括:(1)引起地表建(構)筑物的變形、開裂，甚至倒塌、破壞，造成人員傷亡和財產的巨大損失。(2)地下開挖導致地表的變形不僅僅是沉降，還同時作用有水平拉壓應變。對于以受壓為主的基礎，有時會因拉應變作用產生破壞。(3)引起路面開裂、沉陷，造成道路平整度不夠，影響行車安全和舒適，甚至對路面造成損壞，誘發交通事故。(4)引起地下構筑物的變形、開裂及破壞，影響其正常運營和使用。(5)引起地下各種管線的變形、開裂或斷裂，造成煤氣泄漏、水管爆裂、電纜斷裂而停電、光纜斷裂而中斷通信等等。(6)地下施工通過既有橋梁、房屋等設施時，導致其樁基礎沉降，或者產生對樁的負摩擦力，使之承載能力降低，甚至喪失承載能力。(7)特定的建筑地基具有特定的承載能力，地下施工對周邊地基土的擾動，會減少地基承載能力。(8)影響精密儀器設備的正常使用。
相對而言，國內外對引起地層沉降的襯砌背后空洞研究得較少[4]。但由于多方面原因,隧道襯砌背后空洞是一個比較嚴重的問題,容易被忽視。根據我國廣東梅汕鐵路公司對103座隧道的無損檢測，測線長34.4km。其中襯砌背后存在空洞長度占測線總長的7. 8 %[5] 。通過地質雷達檢測發現，隧道襯砌拱頂、拱腰、邊墻等區域10 %～50 %存在不同程度的空洞。而且,空洞的出現往往使裂縫產生甚至失穩[6]，這對在役的隧道的正常運營有極大的影響和威脅。
1.1.2 研究意義
本課題主要是對盾構空洞引起地層移動研究的模型實驗，直觀地反映了盾構空洞對地層移動的影響。通過空洞的變形過程、地層的沉降情況以及對地表建筑物的破壞，其中主要對建筑物的傾角、地層的沉降寬度以及空洞的大小與地層的沉降量進行了具體的對比和分析，從而發現一些新的現象和規律，為建立新的計算分析模型和預防措施的制定提供重要的依據。這對于浙江省以及我國隧道工程建設和可持續發展都具有重要意義。
1.2研究現狀綜述
1.2.1 相似材料模型試驗發展現狀
地質力學模型試驗是根據一定的相似原理對特定工程地質問題進行縮尺研究的一種方法，主要用來研究各種建筑物及其地基、高邊坡及地下洞室等結構在外荷載作用下的變形形態、穩定安全度和破壞機理等。根據它們的特點可分為：（1）按模擬范圍大小，分為地殼構造機理模型和工程地質力學模型；（2）按維數，分為二維和三維模型，二維模型中又可分為平面應力和平面應變問題；（3）按制模方式，分為大塊體和小塊體，或現筑式和預制式模型；（4）按試驗性質，分為應力模型、強度破壞模型和穩定模型這些模型可定性或定量地反映天然巖體受力特性和與之相聯系建筑物的相互影響，可與數學模型相互驗證。尤其重要的是它可以比較全面真實地模擬復雜的地質構造，發現一些新的力學現象和規律，為建立新的理論和數學模型提供依據與數值方法相比，它們比較直觀，可以在一個模型中模擬較多地質構造和較復雜的建筑物，而避開了數學和力學上的困難，將模型加載到完全破壞。從上世紀初，西歐一些國家就開始進行結構模型試驗，并逐漸建立了相似理論。上世紀60年代，以E.Fumagalli為首的專家在意大利結構模型 試驗所開創了工程地質力學模型試驗技術，試驗研究范圍從彈性到塑性直至最終破壞階段[7]。隨后，葡萄牙、前蘇聯、法國、德國、英國和日本等國也開展了這方面的研究。在國內，從上世紀70年代開始，長江科學院、中科院武漢巖土力學所、清華大學、河海大學、中國水利水電科學研究院、華北水利水電學院、武漢水利電力大學等單位，結合大型水利工程中壩基或壩肩穩定問題，隧道圍巖穩定性問題先后開始試驗，如葛洲壩、龍羊峽、三峽、銅街子等工程出現的抗滑穩定問題進行了大量的試驗工作，取得了一大批研究成果[8]。
1.2.2 盾構空洞的研究現狀
目前處理盾構空洞的方法主要是盾構同步注漿。它是通過同步注漿系統及盾尾的注漿管，在盾構向前推進、尾盾脫離、空隙形成的同時進行的注漿工作。注漿在盾尾空隙形成的瞬時及時填充，以保證圍巖同支護管片結合的緊密性，從而使周同巖體及時得到支撐，可以防止土體的坍塌，控制地表的沉降[12]。從國內外公開發表的文獻來看，目前尚沒有切實可靠的檢測手段。就如像當前的上海地鐵隧道施工中，僅僅依靠施工中的控制手段但是在注漿過程中難免存有大量空洞，人們對于它的認識也僅限于定性分析,缺乏對病害形成過程及機理進行深入分析和量化研究。
隧道工程中空洞病害幾何形狀一般不規則,病害分類與量化方法利用空洞的長、寬、深三維幾何尺度表征三維模型空洞的幾何特征;對于二維模型,可忽略空洞沿洞向長度的影響,僅用空洞的寬度和深度表征病害的幾何特征,利用平面應變的方法模擬襯砌背后空洞對襯砌和圍巖相互作用的影響[13]。
在通常的隧道結構中, 空洞的大小是非常不規則的, 而且其中的應力分布也是非常復雜的問題, 其不僅與隧道的結構設計尺寸、開挖方法、支護施作時間、輔助施工措施等因素有關, 而且還與隧道的工程地質條件、隧道埋深等因素密切相關。
1.3本文的研究內容和方法
1.3.1 本文的研究內容
在相似材料配比研究方面,相似材料骨料由細沙（黃沙、黑沙、紅沙）、水組成，隔水材料主要是機油，裝水的袋子是封口袋（具有良好的密封性）。采用在襯砌（管片）頂部放置不同裝水量和不同角度的水袋，來模擬同一位置不同狀態的盾構空洞對地層移動的影響。
通過模型試驗研究在空洞逐漸縮小的條件下，地層的沉降情況和規律，了解沉降槽的形成過程、地表建筑物的破壞情況。
1.3.2 本文的研究方法
本文將按照模型試驗的相似原理選用合理的模型材料，使其基本與自然狀態下相似，以滿足試驗的要求和客觀性。
根據以往的經驗擬采用的相似骨料為細沙、水，隔水材料為機油，裝水用封口袋。
模型試驗方面根據所提供的現場場地條件，并加快試驗的速度，擬采用現制的方法制作整體模型。
2.模型試驗的基本理論及相似比的確定
2.1 引言
自然界一切物質體系中，有各種不同的變化過程。幾個物理現象相似，是指幾個物理體系的形態和某種變化過程的相似。通過對一種現象的研究去了解與其變化的數學規律相同而物理性質不同的另一種現象，稱為“模擬”。通過試驗與理論研究，人們已經發現某些物理現象中各物理量之間的函數關系，即物理定律。但對另外一些物理現象，目前無法找到各物理量之間的函數關系。對于后一種現象的模擬要用量綱分析方法。對已找出物理定律的物理現象，則應在模型上重現這個物理定律[9]。
模型試驗的主要步驟為:相似條件的確定、模型材料的選擇、模型制作、量測及成果分析。
2.2 模型試驗的相似理論
本次試驗按彈性階段相似的原則進行，具體的相似關系按相似理論進行推導。
相似理論由三個相似定理構成核心內容。
相似第一定理（又稱相似正定理）是由別爾特朗確定的，表述為“彼此相似的現象，單值條件相同，其相似判據的數值也相同”。由此，可以用相似判據把相似現象中對應的物理量互相聯系起來，便于將試驗結果正確轉換到與其相似的原型上。
相似第二定理（又稱π定理）是俄國人費吉爾曼和美國人布海金提出來的內容為“當一現象有n個物理量的函數關系來表示，且這些物理量中含m種基本量綱時，則能得到（n-m）個相似判據”。可以用下述函數關系描述：
一般物理方程f(x1，x2，x3，…，xn)=0
按照相似第二定理，可改寫成：
這樣把物理方程轉化為判據方程，而不必利用相似指標導出相似判據，使問題得以簡化。
相似第三定理（又稱相似逆定理）是原蘇聯人基爾皮契夫[10]提出的，其內容是“凡具有同一特性的現象，當單值條件（系統的幾何性質、介質的物理性質、起始條件和邊界條件等）彼此相似，且由單值條件的物理量所組成的相似判據在數值上相等，則這些現象必定相似” [11]。
相似第一定理和相似第二定理是判別相似現象的一個很重要的法則，這兩個定理確定了相似現象的基本性質。但它們都是在假定現象相似的基礎上導出的，未給出相似現象的充分條件，所以還不是判別全部相似性的法則。而相似第三定理則確定了現象成為相似的必要的和充分的條件。
如何獲取相似判據，可以采用兩種方法。當能夠得到正確的描述物理現象的方程式時，不論該方程式本身是否有解，對其進行相似常數的轉換，可以推導出相似判據，并且該判據常常比較明顯地表示一定的物理意義。這種方法稱之為用分析方程法求相似判據。
有時當問題過于復雜、且無法用分析的方法建立方程式時，就無法用分析方程法求相似判據，這時量綱分析法成為相似判據的唯一方法。該方法是根據方程式量綱原理進行的，并不要求建立所描述物理現象的物理方程式，只要求確定哪些物理量參加所研究的現象，以及明確量測這些量的單位系統的量綱。但是，量綱分析不能控制無量綱兩，不能考慮單值條件，不能區別量綱相同、但在關系方程式中有著不同物理意義的量。
2.3 模型試驗相似比的確定
2.3.1 幾何相似比的確定
工程原型是盾構機挖掘的地鐵隧道，隧道埋深約為6m，管片直徑為6m。采用試驗室現有模型箱完成實驗，圓筒筒頂離模擬試驗的地表層距離約為30cm，管片模擬桶尺寸為30cm，因此幾何相似比為20。
2.3.2 重度相似比的確定
本次模型試驗的重度相似比為1。
2.3.3 試驗方案
(1)模型箱結構與尺寸
圖1 模型箱正面
圖2 模型箱側面
本次模型試驗的模型箱結構見圖1和圖2。模型箱的長為1m，寬為0.5m，高為1.4m，試驗 圓筒筒徑的凈空尺寸為30cm。在使用前，需要在模型箱的各個接邊處用玻璃膠進行再次密封，以防止在試驗過程中漏水。在模型箱的四周用槽鋼進行加固，以防止在試驗中由于土壓力過大，使模型破裂，保證整體模型的穩定性。在圓筒的適當位置用轉孔機打上恰當數量和恰當位置的孔（見圖3），便于在試驗過程中放水。
圖3 孔洞
(2)試驗的相關材料
圖4為本次模擬試驗使用的填埋材料黃沙，一共使用了18袋。 圖5為本次模擬試驗使用的彩沙，目的是能夠更清楚地觀察地層的移動。圖6為本次模擬試驗的搗棒，一般來說每填埋3袋黃沙需搗50下。圖7為本次模擬試驗使用的封口袋，長為32cm，寬為22cm，密封性良好。除了上述外，還有彩色筆、機油、油漆刷、細線、剪刀、燒杯、三角尺、紙板、鉆孔機、碧麗珠等。
圖4 黃沙
圖5 黑沙、紅沙
圖6 搗棒
圖7 封口袋
(3)模型結構
該次模擬試驗共3次，除了水袋的擺放角度和用量方面有所不同外，其余各類條件均相同。
第一次試驗：使用了兩只密封袋，每只密封袋裝水量均為2500ml，共5000ml。水袋布置的角度約為60度，先前測量的水袋約高5.4cm，即圖8。只在地表層上方鋪設了一層黑沙和一層紅沙，見圖9。
圖8 第一次試驗
圖9 第一次試驗的彩沙鋪設
第二次試驗：第二次使用了三只水袋，每只水袋的盛水量為1667ml，加起來約為5000ml和第一次試驗相同。但是水袋的布置角度不同，第一次試驗是短邊靠于壁處，布置的角度約為60度；第二次試驗是長邊靠于壁處，布置的角度約為80度，先前測量的水袋約高3.5cm，即圖10。在水袋上方每隔4cm，分別鋪設了一層紅沙和黑沙，同時在地層表面鋪設了一層黑沙，見圖11。
圖10 第二次試驗
圖11 第二次試驗彩沙的鋪設
第三次試驗：：第三次使用了兩只水袋，每只裝水量為1250ml，一共是2500ml，是第一次和第二次試驗的裝水量的一半。但水袋的布置角度為60度，和第一次試驗的角度相同，先前測量的水袋約高2.6cm，即圖12。在水袋上方每隔4.5cm，分別鋪設了一層紅沙和黑沙，同時在地層表面鋪設了一層紅沙，見圖13.
圖12 第三次試驗
圖13 第三次試驗的彩沙鋪設
(1)試驗過程
先將整體模型制作完畢，后在圓筒正上方同一位置放置水袋，再在水袋的上方的適當位置和表層鋪上紅沙和黑沙。當沙填滿到指定的高度，試驗的準備工作基本完成。用牙簽扎破水袋進行放水，在此過程中，由于放水過程比較緩慢，能夠清晰地觀察到地層隨著水袋的縮小而移動，直到水袋里的水放完為止。分次進行三組不同水袋的試驗，分別觀察和記錄現象及相關的數據，并將三次試驗進行對比，得出結論。
3.模擬試驗
3.1第一次試驗
如圖14是第一次試驗開始前的情況。
圖14
如圖15和16是第一次試驗結束后的情況。
圖15
圖16
試驗表明：地表出現明顯的沉降槽，模擬建筑物的紙板已經的傾斜角達30度。地表沉降槽最深沉降為4cm，波及到的地表沉降槽寬度約為17cm。
發現的問題：(1)在試驗過程中，由于搗得太實，沙和整體模型的壁的摩擦太大，使試驗在進行過程中的變化不是很均勻，很明顯。(2)在鋪設彩沙之后，沒有用三角尺為其整平，這就無法很好的反映空洞對地層地表的影響。
3.2第二次試驗
對第一次試驗的優化：(1)用碧麗珠對整體模型的壁進行打磨，并且減少搗沙的次數，以減小沙和壁的摩擦力。（2）第一次試驗只在地表鋪設彩沙，第二次試驗還在水袋上方鋪設了兩層，并且對每一層都進行了整平。
如圖17是第二次試驗開始前的情況。
圖17
如圖18和19是第二次試驗結束后的情況。
圖18
圖19
試驗表明：地表出現明顯的沉降槽，模擬建筑物的紙板的傾斜角達20度。地表沉降槽最深沉降為3.3cm，波及到的地表沉降槽寬度約為31cm。通過測量得出上方的黑層的沉降量為3.2cm,波及到該層的寬度為24cm；下方的紅層的沉降量為3.2cm，波及到該層的寬度為22cm。縱觀兩彩沙層可以得出地層的最大沉降量在各層基本相同，但波及地層的寬度是從空洞到地表逐漸擴大，呈中間寬兩邊小的臺階形向上延伸。
發現的問題：水袋由于封口袋自身的原因導致最兩側的邊緣部分向上翹起，這就使少部分水無法排出去，且由于向上翹起對沉降波及各地層的規律性產生一定影響。
3.3第三次試驗
對第二次試驗的優化：埋土時將封口袋的最兩側向上翹起部分盡量緊貼圓筒。
如圖20是第三次試驗開始前的情況。
圖20
如圖21是第三次試驗結束后的情況。
圖21
試驗表明：地表出現明顯的沉降槽，但相對第一次和第二次試驗要小很多。模擬建筑物的紙板的傾斜角達10度。地表沉降槽最深沉降為2.5cm，波及到的地表沉降槽寬度約為22cm。通過測量得出上方的黑層的沉降量為2.5cm,波及到該層的寬度為17.5cm；下方的紅層的沉降量為2.5cm，波及到該層的寬度為17cm。縱觀兩彩沙層可以得出地層的最大沉降量在各層仍基本相同，波及地層的寬度是仍從空洞到地表逐漸擴大。由于對最兩側向上翹起邊的處理，較第二次的臺階式延伸，第三次試驗更接近曲線進行延伸。
4.結論與展望
4.1結論
(1)本次試驗的整體模型長1米，高1.4米，寬0.5米，是理想的試驗模型。
(2)試驗使用了黃沙作為圍巖材料，水和封口袋的組合作為盾構空洞，機油作為隔水材料。恰當的相似材料配制，使得試驗更接近于現實工程中的隧道。
(3)通過三次試驗對比可以得出：當水袋水量相同布置角度不同時，布置角度越大，地表沉降槽的最大沉降越小，波及到地表的沉降槽的寬度范圍越大，對地表建筑物的影響則越小；當水袋水量不同布置角度相同時，水袋水量越大，地表沉降槽的最大沉降越大，波及到地表的沉降槽的寬度范圍越小，對地表建筑物的影響則越大。并且地層的各層間的沉降量基本保持相同，波及地層的寬度是從空洞到地表逐漸擴大，且接近于曲線進行延伸。
4.2展望
(1)在隧道空洞檢測方面，由于條件原因，檢測內容也比較單一，不能更全面的掌握各方面的規律，在以后的試驗中有待加強檢測空洞的能力。
(2)此次模型試驗對空洞的研究只是在筒的正上方，可以在不同的位置設置不同狀態的空洞，來研究它們對地層移動的不同影響。
(3)在裝水袋的過程中難免會有不同體積的空氣進入水袋，這對試驗的準確性造成一定的誤差，在以后的試驗中，應盡量將水袋中的空氣排盡。
致 謝
本文是在導師楊建輝教授的悉心指導下完成的，從論文的選題、開題和脫稿都離不開老師的心血。雖然僅短短的幾個月，但老師在學業上給予我巨大的幫助。衷心感謝老師在這幾個月與我一起在實驗室同甘共苦。
感謝與我一起做試驗的低年級同學們的幫助與支持。
最后，感謝所有關心、支持和幫助過我的人。
參考文獻
[1]于寧，朱合華．盾構隧道施工地表變形分析與 維有限元模擬[J]．巖土力學，2004，25(8)：1330—1334．
[2]趙華松，周文波，劉濤，馮偉．雙線平行盾構施工引起的土移分析及其軟件開發[J]．上海大學學報：自然科學板，2005，11(4)：416—422．
[3]謝自韜，江玉牛，劉品．盾構隧道壁后注漿樂力對地表沉降及圍巖變形的數值模擬研究[J]．隧道建設，2007，27(4)：12一15
[4]關寶樹. 隧道工程施工要點集[M] . 北京:人民交通出版社,2003.
[5] 宋瑞剛,張頂立.“接觸問題”引起的隧道病害分析[J ] . 中國地質災害與防治學報,2004 ,15 (4) :69 - 72.
[6] 吳啟勇. 連拱隧道襯砌裂縫病害特征與處治技術研究[D] . 2005 :30 - 37.
[7] E.FUMAGALLI.靜力學與地力學模型[M].北京:水利電力出版社,1979
[8] 李勇.新型巖土相似材料的研制及在分岔隧道模型試驗中的應用[D].山東大學碩士學位論文,2006
[9] 袁文忠.相似理論與靜力學模型試驗[M].西安:西安交通大學出版社,1998
[10] 基爾皮契夫MB.相似理論.沈自求譯.北京:科學出版社.1955
[11] 張強勇,李術才,焦玉勇.巖體數值分析方法與地質力學模型試驗原理及工程應用[M].北京:中國水利水電出版社,2005
一、進行中德應用型大學課程設置比較分析的背景
目前，中國大學在課程設置方面確實存在一些不容忽視的問題，其中較為突出的表現是：各大學人才培養方案雷同，無論是“985”大學或“211”大學，還是應用型大學的同一本科專業，其課程設置的種類及其結構大同小異，僅有“量”的不同，少有“質”差異，客觀上導致了高等工程教育的“同質化”傾向。社會上普遍存在重點企事業單位和高薪崗位的人才招聘優先選擇重點高校畢業生這一不爭的事實，也從一個側面反映出包括應用型大學在內的絕大多數中國地方高校的人才培養特色并沒有真正形成，應用型本科教育尚沒有很好地回應中國工業化進程對高級工程技術人才多規格、多類型和多層次的需求，中國應用型本科教育尚未具備不可替代性的特征，其教育改革與創新任重而道遠。
中國應用型本科教育要進行實質性的改革與創新，必須在遵循高等工程教育規律的前提下，首先從改革專業人才培養方案與優化課程設置入手，搞好應用型本科教育的頂層設計。因為教育教學設計與實施的質量最終決定人才培養質量與特色，正如產品功能與質量的差異首先是產品設計的差異，同樣的設計即使在不同的廠家也不會生產出功能迥異的產品。
德國應用科學大學在課程設置與教學計劃制訂方面具有重視基礎理論教學、突出專業教育、拓寬專業口徑、強化實踐能力培養、注重校企合作教育等鮮明特色，完全不同于傳統大學。它所培養的應用型人才得到社會，特別是中小企業的高度認可，成為推動德國現代工業發展不可缺少的重要力量。深入研究德國應用科學大學教學計劃案例，進行中德課程設置比較分析，可為我們優化人才培養方案，深化教育教學改革提供有益的思路和經驗。
二、近期德國應用科學大學教育教學改革的主要進展
德國自1999年啟動“博洛尼亞進程”以來，其應用型高等教育發生了一系列重要變革，其核心是原先德國應用科學大學獨有的“碩士”（Diploma FH）制度向全歐洲統一的、可比較的學士/碩士兩級學位制度轉變①，由此引發了學制、學分規定，課程設置思路、形式與“標準”等方面的改變。了解并把握這些變化，對客觀進行中德應用型大學課程設置比較，準確理解兩者課程設置的差異是十分必要的。
1.學士學位教育學制縮短
20世紀90年代末之前，德國應用科學大學實施自身獨有的“文憑工程師”教育，其學制與中國本科教育的學制相同，均為4年。近年來，在推進“博洛尼亞進程”中，德國應用科學大學的學位制度向歐洲統一的學士/碩士體制轉變。在新學位體制中，德國各州對學士、碩士的學習時間做出了統一的框架性規定，其中，學士學位課程學習時間為6-8個學期，多數德國應用科學大學為保持原有教育質量與特色，同時增強對生源的吸引力，將學士學位教育學制調整為6-7個學期（3-3.5學年）。學制縮短后，絕大多數學校并沒有降低基礎理論和專業理論教學要求，理論教學安排變動不大，但集中實踐教學時間有相應的縮減。
2.普遍實行歐洲“學分制”
德國應用科學大學目前實行的是“歐洲學分積累與轉算制度（European Credit and Accumulation System，簡稱歐洲學分制）”。歐洲學分制對“學分”有明確的定義，1個歐洲學分相當于學生25－30小時的學習時間，通常將60學分作為學生一學年正常的學習負擔量，也就是說學生1學年的學習負擔量為1500-1800小時。學習負擔量包括學生為完成教學計劃規定的教學活動（包括上課、自學、作業、實踐和考試等）所投入的精力和時間。
歐洲學分制規定：學生要取得學士學位需要完成180——240個學分。
歐洲學分是建立在學生為了獲得預期的學習結果需要的學習負荷量基礎上的，是對學生學習強度的量化，更貼近學分制的本質。
德國應用科學大學是以教學計劃中的教學課時來計算學分的，但對教學課時與學分的對應關系沒有量化規定。通常課程學分與一個學期每周安排的教學課時相對應，例如某課程安排在一個學期中完成，每周計劃2學時，學生修完此課程可獲得2學分。德國應用科學大學一個學期一般設置有15——18個左右教學周，因此，1個德國學分通常與15——18計劃課時相對應，這與我國多數大學用計劃課時折算學分的慣例（16左右計劃課時折算1學分）差別不大。多數德國應用科學大學每周安排30小時上課時間，學生每學期可獲得30學分，符合歐洲學分制相關規定。然而，也有例外，部分學校考慮到學生在實踐課程學習中需要投入更多的精力，往往賦予實驗課程更高的學分②。
我國沒有統一的學分制度，對學分的概念也沒有權威性界定，對學分制的理解和規定因校而異，實際上實行完全學分制的應用型大學并不多。
3.課程設置“模塊化”
近年來，德國應用科學大學的專業培養計劃普遍采用了“模塊化”的課程設置形式。課程“模塊化”設置是指在制定專業培養計劃時將與同一主題相關聯的若干門課程組成一個相對獨立的教學單元。一個課程模塊可以由講授、討論、練習、實驗等不同教學形式的課程組成，如漢諾威應用科學大學機械制造專業的“電工技術”課程模塊包含電工技術講座、電工技術練習和電工技術實驗三門課程，時間跨度為兩學期（注：德國應用科學大學同一課程模塊中的課程安排的最大時間跨度一般不超過兩學期），學分分別為4、2、2，總計8個學分③。在培養計劃中，首先要列出課程模塊，然后列出每個模塊包含的具體課程。各專業培養計劃對每個課程模塊的學習范圍和內容都有詳盡說明。 按照德國學分制度的有關規定，學生只有在達到一個模塊中所有課程及格以上要求時，才能獲得該課程模塊的相應學分。
“模塊化”課程設置是當今德國應用型高等教育改革與發展的重要動向之一，對提高教學質量和效率有明顯的促進作用。一方面，“模塊化”課程設置使專業人才培養目標與規格在專業培養計劃中得到切實落實—德國應用科學大學設置的每一課程模塊都有明確的教學目標和要求，其教學內容必須保證與專業總體培養目標有緊密的聯系，與學生將來從事的實際工作內容緊密結合，否則不能開設，有效增強了課程開設的針對性，避免了盲目性和隨意性；另一方面，“模塊化”課程設置改變了以單門課程為單元的教學內容組織形式，有效地整合了課程，實現了相關課程的有機銜接，實現了教學過程的模塊化，保證了學生知識學習、技能與能力培養的系統性與連貫性，專業培養計劃變得更清晰。甚至有德國學者認為，“模塊化”課程設置實現了專業培養計劃的現代化④。
4.專業認證與德國新課程結構
德國各州文教部長聯席會議（KMK）是德國全國性機構，所提出的建議和意見對德國應用科學大學具有指導性，甚至具有規范性。德國各州文教部長聯席會議規定，各大學新設立的學位課程必須通過專業認證機構的認證。德國工科專業的權威認證機構是“德國工程教育認證協會（ASIIN）”。該協會制定的“專業課程指南”，具體規范了新學位課程的專業要求，細化了各類課程（自然科學基礎、工程科學基礎、專業課程、通識課程、專業實習、學士論文等）的組成、學分和所占總學分的比例，是德國應用科學大學專業確定課程結構、設置課程和通過專業認證的依據。本文在進行中德應用型大學機械制造專業本科課程結構對比時，就選用了“德國工程教育認證協會機械制造專業委員會”制定的側重應用型學士學位課程設置指南。相對德國而言，我國大學專業認證工作處于試點階段，涉及學校和專業很少。雖然教育部建立的各“學科教學指導委員會”普遍制定了指導性專業培養方案，甚至制定了專業規范，對大學課程設置起到了一定的指導和規范作用，但由于缺少教育管理部門的明確授權，導致“教指委”制定的“方案”和“規范”并沒有真正成為各大學設置課程、制定培養方案的依據，在一些大學確實存在課程設置依據不足和論證不充分的問題。
三、中德應用型大學課程設置比較
1.土木工程專業培養計劃課程設置比較
案例：比較案例來自德國奧登堡/東弗里斯蘭/威廉港應用科學大學土木工程專業2003年教學計劃⑤（以下簡稱德國“計劃”）和中國C學院土木工程專業2006版人才培養方案（以下簡稱中國“方案”）。兩者課程設置及教學安排詳見表1。
學制、理論教學與實踐教學總體安排：兩專業均為4年制8學期。德國“計劃”將理論教學相對集中安排在1—4學期、6—7學期中，每學期均設置有18個教學周，每周安排30課時左右上課時間，總計理論教學時間為2988學時；實踐教學集中安排在第5學期和第8學期。中國“方案”的理論教學分布在1—7學期中，總計理論教學時間為2909學時；設置有40周集中實踐教學環節，分散安排在各學期中。從總體安排上看，中德理論和實踐教學時間安排相當，沒有明顯差異。
課程結構：理論教學課程分自然科學基礎、學科專業基礎、專業課程、英語與社科及其他課程、選修課程等五類課程進行對比。
——自然科學基礎課程包括數學、物理、化學與建筑材料、計算機基礎等課程。德國“計劃”中，該類課程合計為648學時，占總課時22％；中國“方案”中，該類課程合計為712學時，占總課時24％。兩者自然科學基礎教育分量相當，只是德國化學課程安排的學時多，而中國物理課程學時較多。
——學科專業基礎課程包括畫法幾何及制圖、建筑結構與構造、大地測量與勘測、力學、土力學與基礎、流體力學、工程地質等課程。德國“計劃”中，該類課程合計為900學時，占總課時30％；中國“方案”中，該類課程合計為820學時，占總課時28％。兩者無明顯差別。
——專業技術課程包括鋼筋混凝土、鋼結構、道路工程、水利工程、橋梁工程、工程結構檢測和項目管理與預算等課程。德國“計劃”中，該類課程合計為1296學時，占總課時43％；中國“方案”中，該類課程合計為443學時，占總課時15％。從中可看出，中國專業教育明顯少于德國。
另外，從表1中可明顯看出，中國的英語、社科及其他課程和選修課程設置遠多于德國。
課程專業口徑：中國專業課教學內容主要集中在房屋建筑領域，而德國專業課程內容除房屋建筑外，還設置大量道路工程、軌道工程、橋梁工程和水利工程等課程，專業口徑明顯比中國要寬。
另外，在德國“計劃”中，項目管理與預算課程為180學時，而中國僅有60學時，顯而易見，德國更重視學生經濟及管理方面的教育培養。
2.中德應用型大學機械制造專業本科課程結構對比
案例：比較案例來自“德國工程教育認證協會機械制造專業委員會”制定的側重應用型機械制造專業學士學位課程設置指南（以下簡稱德國“指南”）⑥ 和中國C學院機械制造專業本科專業2006版人才培養方案（以下簡稱中國“方案”）。兩者課程設置見表2。
總學分及學制：德國“指南”規定，側重應用型的機械制造專業的總學分為180學分，按德國學分制規定，學生一年正常學習負擔量為60學分，以此推算德國“指南”為3年制學士學位課程設置框架；中國“方案”規定總學分為210學分，學制為4年。由于兩者學制有明顯差異，因此，兩者在具體課程設置和教學時間安排方面不具可比性，但進行課程結構對比仍然具有重要參考價值。
課程設置結構比較：為對比方便，本文以德國“指南”的課程分類為基礎，將課程分為自然科學基礎、通識教育、專業學科基礎、專業課程、學位論文（畢業設計）、專業實習和其他實踐教學環節等七類課程進行對比。
——自然科學基礎課程包括數學、物理、信息科學、化學等課程。德國 “指南”規定該類課程設置應大于25學分，占總學分比例大于14％；中國“方案”中，該類課程30學分，占總學分比例14％。表明中德對自然科學基礎教育同樣重視。
——通識課程包括經濟類課程、非技術類選修課程和語言課程等。德國“指南”規定該類課程設置應大于18學分，占總學分比例大于10％；中國“方案”中，該類課程48.5學分，占總學分比例23％。中國通識課程設置分量遠重于德國，表明中國教學設計更傾向于“通識”教育。
——學科專業基礎課程包括工程力學、機械動力學、震動學、流體力學、工程熱力學、電子電工、材料學和測量與控制技術等課程。德國“指南”規定該類課程設置應大于47學分，占總學分比例大于26％；中國“方案”中，該類課程55學分，占總學分比例26％。兩者無明顯差異。
——專業技術課程包括專長深化課程和應用工程課程（包括機器學、設計學產品開發和產品制造技術）等課程。德國“指南”規定該類課程設置大于36學分，占總學分比例大于20％；中國“方案”中，該類課程24.5學分，占總學分比例12％。德國專業課程設置遠高于中國，表明德國應用型大學教育重視和強調專業教育。
另外，從表2中可以看出，中國“方案”中，專業實習、畢業設計和其他集中實踐教學環節設置有38學分，占總學分比例18％；德國“指南”中，僅設置有不少于24學分的專業實習環節（含畢業設計），遠遠少于中國。這恰好說明，德國應用科學大學在實行新的學位和學分制度以后，集中實踐教學有明顯的縮減。
四、中德應用型大學課程設置差異分析及其啟示
盡管上述兩個具體比較案例選自不同專業，案例的時間也不同，但通過案例比較得出的結論具有一致性。中德應用型大學在自然科學基礎課程、學科專業基礎課程設置方面無明顯差異，在課程種類、課時安排和所占總課時比例極為相近相似；在專業課程和“通識”課程（主要包括外語、體育及其他社會科學類課程）設置方面表現出顯著差異，德國應用科學大學設置的專業課程種類和課時遠遠多于中國，其專業口徑更寬，而中國應用型大學設置的“通識”課程分量遠重于德國；在集中實踐教學環節的安排上，德國新學制專業（3－3.5學年）的集中實踐教學周較中國應用型本科專業少10周以上。
顯而易見，中德應用型大學課程設置的差異是客觀存在的。但對差異的理解不能簡單化，一方面，“差異”意味事物的“多樣化”，“多樣化”可能源自不同的國情和文化，也可能來自于對事物不同視角的認識與把握，不存在孰優孰劣的區別，對源自于“多樣化”差異的分析探討，有助于和人們對事物更豐富、更深刻的解讀與把握；另一方面，“差異”確實意味著差距與不足，正視差距，彌補不足，有利于改進工作，引導事物向更好的方向發展。從中德應用型大學課程比較分析中，我們可以得到以下幾方面的啟示。
1.應正視并認真研究中國應用型大學專業課程設置問題
一般而言，專業教育是大學教育的根本，這是由高等教育的本質特性——培養高級專門人才所決定的⑦。大學教育的專業屬性決定了技術教育內容（包括自然科學基礎、學科專業基礎和專業教育）應在高等工程教育中占主要比重，其中專業課程教學必須保證適當的比例。
德國應用科學大學課程專業性很強，非專業技術課程較少，課程設置體現了厚實的專業學科基礎和較寬的專業口徑。相對而言，現今中國大學專業課程設置普遍偏少，專業課程學分僅占總學分的10—15％，一般少于通識課程（不包括自然科學基礎課程）學分10個以上百分點，明顯反映出中國大學專業教育不足和專業口徑狹窄的現實。這種情況不僅反映在與德國應用型大學比較分析中，而且同樣反映在與提倡通識教育的美國大學的比較中。江蘇大學陳國祥教授比較了中美兩國大學同類專業的課程設置，同樣得出“美國高校更重視專業教育……中國的大學教育絕不是太過專業化，而是專業教育遠遠不夠”⑧ 的結論，真可謂殊途同歸，不謀而合。天津大學校長龔克教授明確指出，“我國的高等工程教育不應脫離中國工業化的現實，現時不宜盲目追隨泛‘通識教育’和‘一般教育’的潮流，而需保持工程專業教育的基本特點”⑨。因此，我們需要認真借鑒德國應用科學大學的經驗，重新審視課程設置，適度增加專業課程，拓展專業口徑，使課程設置充分體現應用型本科教育特征。
2.借鑒德國“模塊化”課程設置方式，深化系列課程改革
德國“模塊化”課程設置方式為中國應用型本科大學進一步開展系列課程改革，優化課程結構提供了有益思路與成型經驗。我們應在認真學習與汲取德國經驗的基礎上，積極探索符合中國國情的“模塊化”課程設置方式，通過“模塊化”課程設置，突破學科界限，加強各相關學科專業知識滲透與融合，加強理論與實踐教學結合；通過“模塊化”課程設置，進行教學內容重組，整合課程設置，科學界定課程間的主次關系、層次關系和銜接關系，避免課程分割過細，內容重復或脫節，實現課程體系和教學內容的整體優化；通過“模塊化”課程設置，加強教學內容與專業總體培養目標的聯系，與畢業生從事的實際工作內容緊密結合，突出實踐能力培養，切實落實應用型本科人才培養要求，構建適應時代要求的知識結構和課程體系。
3.加速探索中國應用型本科教育質量外部評價認證方式
我國應用型大學的專業人才培養方案主要是由學校內部專家、教授制定的，學校的教學質量評價更多地依賴學校自身組織實施的教育考試和教學評估。由于不同學校對學生知識、技能與能力、素質結構把握不同，對教育教學質量衡量的尺度不一，尤其是一些學校的教學設計和質量評價與社會發展、科技進步和產業結構變化的需求不適應，從而造成了我國應用型本科教育質量和水平相差很大，學生在校期間的學習成績不能客觀反映學生的知識和能力水平，使社會難以鑒別、挑選和聘用合格適用的高級專門人才，客觀上已影響到應用型大學的辦學聲譽。因此，建立一個被社會或 相關行業普遍認可的課程標準，并采用內部與外部相結合的教學質量評價認證方式，是中國應用型本科教育亟待解決的問題。
德國各州文教部長聯席會議（KMK）與高校校長聯席會議（HRK）聯合設立的“培養計劃與考試大綱協調委員會”制定的全德統一的培養計劃框架和考試大綱范本⑩，“德國工程教育認證協會（ASIIN）”制定的“專業課程指南”，都對德國應用科學大學的專業培養計劃制定具有指導和規范作用，德國各州應用科學大學必須依據并參照這些“計劃框架”、“大綱范本”和“課程指南”制定符合自身特點的專業培養計劃和考綱，有效地保障了德國應用型高等教育的質量和一致性。另外， “德國工程教育認證協會（ASIIN）”組織的專業認證工作，也使德國應用科學大學的教育質量得到了學校外部的檢驗和認證。這樣的質量認證具有權威性、科學性、一致性和有效性，它確保了最低的質量標準，有利于學校與社會對教育質量的內涵達成共識，有利于學校樹立正確的人才觀和教育質量觀，進而根據學生成長成才和社會需求，不斷加強和提高教學質量。
4.歐洲學分制的有關規定可以作為制定人才培養方案的課時量化參考
學生從一個普通的學習者成長轉化為對社會有價值的應用型高級專門人才，必須親身經歷一段有目的、有計劃、有一定強度的專心致志的學習實踐過程。因此，合理設定學生本科教育階段的學習負擔量是制定人才培養方案的基本前提。目前，國內應用型大學各自規定的取得學士學位的最低學分要求及其與此相關計劃課時總量相差很大，缺乏統一且科學合理的參考或依據，特別是一些學校對學生取得學士學位的最低要求學分規定過低，導致學生課業負擔過輕，降低了培養標準。鑒于目前國內尚無普遍認可的學分制度和相關規范要求，參考歐洲學分制的有關規定確定學生本科教育階段的學習負擔總量，不失為一種謹慎而合理的選擇。
中國現階段本科教育學制為四年，多數應用型本科院校在專業人才培養方案中設置了40周左右的集中實踐教學環節，理論教學（含課內實驗）時間約為3學年。參照歐洲學分制規定，學生1學年正常的學習負擔量為60學分，而1個學分相當于學生25—30小時學習時間，同時考慮到1個計劃課時需要學生額外投入1小時自學時間，中國應用型本科教育專業人才培養方案中設定的理論教學總課時應控制在2250－2700學時之間。
本文旨在通過中德應用型大學課程比較，為國內同行借鑒德國應用科學大學課程設置經驗提供相關基礎數據，拓展課程設置思路，進一步深化中國應用型大學教育教學改革。
注釋：
① 洛茲·葉尼希．新型高等學校：德國高校的發展與展望[A].浙江省教育廳．應用型人才培養理論與實踐[C].北京：高等教育出版社，2008: 133－138.
②③⑥ 蔣培紅，威爾福雷特·斯第勒．德國應用科學大學（FH）教育改革綜述[A].浙江省教育廳．應用型人才培養理論與實踐[C].北京：高等教育出版社，2008: 349－357.
④ 法爾克·赫恩.德國應用科學大學的幾個特點[A].浙江省教育廳．應用型人才培養理論與實踐[C].北京：高等教育出版社，2008: 302－307.
⑤ Werner Heckler. Fachhochschule Odenberg/Ostfriesland/Wilhelmshaven Changchun.
Institute of Technology Report of Cooperation[R].German: University Applied of Science Odenberg/Ostfriesland/Wilhelmshaven, 2004: 128.
