“GeoStudio”软件在土边坡稳定性评价教学中的应用★

金 光 日

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)



“GeoStudio”软件在土边坡稳定性评价教学中的应用★

金 光 日

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)

介绍了边坡稳定性评价教学的内容，阐述了利用GeoStudio软件进行边坡稳定性评价教学的方法，指出该教学方法激发了学生的学习兴趣，提高了学生动手解决实际工程问题的能力。

边坡，GeoStudio软件，稳定性，教学内容

边坡稳定性评价不仅仅是“边坡工程”课程的核心内容，还涉及到“土力学”“岩石力学”“工程地质”“流体力学”等课程的多方面专业知识，是土木工程专业基础课程的综合应用。“边坡工程”课程和边坡实际设计与施工紧密结合，本科生学习“边坡工程”课程时，一般缺乏实际边坡工程的认识，导致难以理解边坡稳定性评价方法和过程；因此教学过程需要让学生全面参与边坡设计环节，理论知识和专业分析软件分析相结合，激发学生的兴趣，激活学生的主动学习和思考的能力，达到巩固和增强对“边坡工程”课程的直观认识，并培养学生处理实际边坡问题的能力。

1 边坡稳定性评价教学内容

边坡分为天然边坡和人工边坡，人工边坡和天然边坡的滑动现象各有特征，但区分不明确。边坡破坏形态对边坡稳定性评价方法的选择起着很重要的作用，在岩土力学的观点把边坡的滑动形态分为崩塌、倾倒、滑动、平动、流滑等以上两个同时发生时分为复合(complex)[1]。边坡稳定性分析是综合性、复杂性、理论性较强的专业工程问题。影响边坡稳定性原因很多，Terzaghi[2]提出了边坡失稳原因，如表1所示。

表1 边坡失稳原因(Terzaghi，1950)

边坡稳定性分析方法主要分为定性分析方法与定量分析方法。定性分析方法有工程地质类比法、图解法、边坡稳定性分析数据库、专家系统等；定量分析方法中有极限平衡分析法与数值分析法[3]。另外还有模糊综合评价法、人工神经网络法、灰色系统评价法、可靠度分析方法、遗传算法等不确定分析方法[3]。除了上述的内容以外，边坡稳定性还与工程勘察、工程治理措施、工程维护等许多内容有关。边坡工程的知识量较大，是属于跟理论紧密相结合的应用型课程，是土木工程专业本科所学的基础课程的综合应用。边坡工程研究的所有问题来自于实际现场，同时服务于实际业务当中。学习边坡稳定性分析的最终目的是解决实际工程问题为主要内容。学生学习边坡稳定性评价课程时，大部分学生缺少对实际工程的过程和方法，还有计算量比较大，因此导致课程的难以理解和消化。因而教学过程需要将大量工程设计实例引入教学，通过典型的实际工程设计实例进行讲述；掌握理解理论知识的基础上动手操作土边坡稳定性分析相关专业软件，来解决边坡工程的稳定性问题，让学生全面参与到边坡稳定性分析和设计当中。加深学生对边坡稳定性分析的理解，引导学生培养和掌握处理边坡设计问题的能力。

2 “GeoStudio”在边坡稳定性分析教学中的应用

GeoStudio是岩土工程专业常用的比较优秀的模拟计算软件，是基于极限平衡法和数值分析法为一体的岩土工程，环境问题分析软件。GeoStudio软件中的SLOPE/W，SEEP/W模块主要针对天然边坡、人工边坡、地震影响、路堤、地下水渗透等问题模拟分析，是分析边坡稳定分析的普遍常用软件。

在实际工程中，鉴于工程地质条件、地下水分布和流动情况、岩土层饱和、降雨量等复杂条件，应用本科生所掌握的岩土力学知识直接能求实际工程问题的情况极少。一般学生在学习相关边坡稳定性分析课程中，容易出现理论与实践脱节，和实际工程结合不紧密，相关知识应用困难等问题。而且难以让学生了解相关理论知识在实际工程中的应用现状，不利于培养学生的创新能力、解决实际边坡工程问题的能力。随着土木工程技术和相关计算软件的发展，借助于这些计算工具，能给出在复杂条件下的工程问题的数据结果、应力变化曲线、图像或动画，应用相关专业软件得出的计算结果比较直观明了，生动形象。通过分析和结果判读过程，能提高学生理论知识的掌握和理解能力并能培养解决实际工程问题的能力，最终能达到独立解决边坡工程问题的目的。

表2 坝体和土层物理力学性质

材料密度/kN·m-3渗透系数/m·sec-1粘聚力/kPa内摩擦角/deg坝体225．78e-0071530土层1196．50e-0072032土层2227．00e-0082035

以SLOPE/W，SEEP/W模块堤坝边坡稳定性分析为例进行详细探讨，帮助学生理解实际工程中经常应用的各种边坡稳定评价方法，调动学生的兴趣和积极性，激发学生的动手能力和创新能力。某堤坝边坡稳定性分析模型如图1所示。坝体和土层物理力学性质如表2所示。研究的主要内容是，水库水位不变的条件下坝体上流侧的隔水板的深度对坝体的稳定性的影响程度。本例不仅仅局限于边坡稳定分析的问题，还跟土的渗透和渗流有密切的关系，所以结合GeoStudio软件中的SLOPE/W，SEEP/W模块来分析坝体边坡的稳定性。首先利用SEEP/W模块，分析一定深度的隔水板条件下的坝体渗流/渗透问题，得到坝体和坝基下的渗流流网，然后把上述的计算结果导入到SLOPE/W模块，用极限平衡分析方法(Bishop法，Janbu法，Morgenstern-Price法)分析相对应条件下的边坡稳定性。本例应用的分析方法是Bishop法。最终得出了水位不变的条件下，上流侧隔水板的深度对坝体稳定性的影响程度，并导出了隔水板的最佳深度4 m。边坡稳定性分析结果见图2。该实例比较简单，但充分反映了实际工程中常遇到的情况，并能够显著提高学生对理论知识的理解力，能够激发学生学习的兴趣。通过教学使学生意识到专业软件是一种有效的解决工程实际问题的好工具，同时提高了学生动手能力和解决实际问题的能力。

3 结语

本文对“GeoStudio”软件在土边坡稳定性评价教学中的应用进行了教学尝试，通过这次教学尝试，可以使学生较快地掌握和理解相关边坡稳定性分析的内容，并把课堂上的知识与实际联系起来，激发了学生的学习兴趣。学生在理解相关理论基础上，培养学生专业知识的综合应用能力，提高了学生动手解决实际工程问题的能力。相信这次教学课程，对于学生理解和掌握其他专业课程以及参加工作以后在实际工作当中都有很大的帮助。

[1] Varnes D.J..Slope Movement Types and Processes,Landslides Analysis and Control[M].Special Report 176,Transportation Research Board,Washington.D.C..,1978.

[2] Terzaghi,K..Mechanism of Landslides,Geological Society of America,Berkeley Volume,1950：83-123.

[3] 张远芳,张凌凯.土力学中边坡稳定性评价方法教学改革研究[J].中国西部科技,2014,13(2):99-101.

Application of “GeoStudio” software in soil slope stability evaluation★

Jin Guangri

(CollegeofEngineering，YanbianUniversity,Yanji133002,China)

The thesis introduces slope stability evaluation teaching contents, describes slope stability evaluation teaching methods of applying GeoStudio software, and finally points out that: the above-mentioned teaching method can not only stimulates students’ learning interest, but also improve students’ abilities of solving actual engineering problems.

slope, GeoStudio software, stability, teaching content

1009-6825(2016)26-0235-02

2016-07-03★:吉林省高等教育教学改革立项课题-重点项目(项目编号：吉教高字2014-46号)；延大土木工程建造技术教学资源库建设基金(项目编号：802014010)

金光日(1980- )，男，博士，讲师

G642.0

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