岩土工程原位测试教学初步研究

颜荣涛

（桂林理工大学，广西 桂林541004）

对于岩土工程专业，土力学是基础核心理论课程，几乎所有的课程都是以土力学为理论基础。土力学主要研究岩土体在各类环境和各种荷载作用下的变形、渗流和强度理论，并且还介绍了岩土体的基本的物理力学性质和相关物理力学参数的测试方法[1]。一般来讲，测试岩土体的物理力学参数的方法主要包括室内试验和原位测试两种。对于室内试验，土力学课程讲解较为详细，并且开设了相关的试验课程进行练习，因此学生对于室内试验无论在理论上还是动手操作上掌握的都较为熟练。而对于原位测试，很多地方高校并没有足够的重视，有的高校甚至没有开设相关课程，这对于地方高校培养应用型技术人才的初衷是不相符的[2]。在此背景下，笔者结合所在高校从事原位测试的教学经验对原位测试教学的相关问题进行了归纳分析，供相关同行参考。

1 原位测试的重要性

根据刑皓枫等人编著的《岩土工程原位测试》[3]，原位测试是以现场土体为测试对象，在不扰动或是少扰动的条件下对土体的物理力学参数进行测试或检测，是一种重要的岩土工程勘察技术和地基评价手段。主要包括静力荷载试验、标准贯入试验、原位剪切试验、回弹试验、静力触探试验、扁铲侧胀试验、动力测试试验、旁压试验、原位渗透试验、十字板剪切试验、点荷载试验等。室内试验主要是通过钻探等取样手段从现场取回土样后在实验室内进行试验，在取样过程中的应力释放或是运输过程中对试样的干扰都会改变了试样的内部结构，从而影响室内试验结果的可靠性；而原位测试试验则是在现场对原位土体进行相关试验，所得参数更能真实地反应现场的情况，为工程提供更为可靠有效的第一手资料。虽然原位测试中对试样的应力条件不明确，但其模拟了工程的施工条件和受荷条件，其结果也并不影响工程的设计过程。可以说，原位测试能为设计过程提供最为可信的设计参数。因此，对于岩土工程专业学生，学习原位测试课程并且掌握原位测试的相关技术对于职业生涯的发展具有重要作用。

2 原位测试课程设置

原位测试课程设置一般包括两部分，原位测试理论教学部分和原位测试实践教学部分。在理论教学部分中，学生主要学习各类原位测试的测试原理、设备结构、试验操作步骤以及相应的结果分析，理论教学课时为24个学时。原位测试实践教学部分主要在现场进行试验，通过现场演示、学生亲自动手操作来进行训练。

岩土原位测试属于专业性很强的课程，需要学生在进行此类训练之前具有相应的专业基础，因此需要学生保证相应的先修课程。根据笔者的教学经验和认识，岩土原位测试实践环节应该设置以下先修课程：土力学、岩土工程勘察、土质学、工程地质学、基础工程等专业基础课程。在这些课程中间，土力学、土质学和岩土工程勘察尤为重要，必须在开展岩土原位测试课程之前应该完成。土质学课程可以让学生了解土体的基本物理特性，掌握土体的形成过程，以及对各种土体的识别和鉴别，并且初步的了解如何通过土体的颜色、形态和手感等性质定性分析岩土体的工程力学性质。

岩土工程勘察可以使学生掌握一些工程勘察的基本理论和方法，以及理解原位测试实践环节在岩土工程勘察活动中的位置；土力学课程是岩土工程中的基本理论课程，介绍土体的基本力学行为及描述土体行为的基本理论，先修土力学对于岩土原位测试课程的实施是非常必要的。

3 原位测试教学方法

原位测试理论教学主要以课堂讲授为主。与理论学习不同，实践教学除了需要知道试验的相关理论外，还需要培养学生实际操作仪器的能力，处理试验数据分析实验结果的能力。因此，原位测试实践环节教学方法以理论掌握为基础，从实践练习来开展。笔者建议的流程如下：首先，现场复习岩土原位测试原理，是学生掌握仪器的测试目的、测试原理以及仪器设备的基本构造；其次，引导学生进行现场试验，过程中讲解试验步骤及需要注意的问题；最后，得出试验数据后，要求按照相关规范进行相关岩土力学性质的处理计算。

为了进一步说明岩土原位测试实践环节教学方法，下面以岩土原位测试试验中的旁压试验来进行说明。旁压试验是一种用来测试土层模量以及地基承载力能土层性质的原位试验。笔者在进行旁压试验实践教学时，以5～7位同学为一小组开展现场实践教学。在试验之前，采用“为什么需要进行旁压试验”问题进行引导，向学生讲述进行旁压试验的目的，让学生知晓为了达到测试目的，必须要测试哪些土体参数。例如，旁压试验主要测试土体的侧向压力以及土体的侧向变形。围绕测试这两个参数，详细介绍旁压仪器的测试原理，并且基于原理，向学生讲解设备的内部构造。如果有条件，可以在现场对旁压仪器进行拆卸，使同学能够深刻的理解旁压仪器的内部构造和测试原理。在此之后，就应该基于测试原理讲解旁压仪器的测试步骤，值得说明的是，测试步骤的讲解应该结合旁压测试的规范要求进行，并且讲解规范规定的每一步骤的操作需要注意的问题。在旁压试验测试中，有两个重要的步骤，弹性膜约束力校正和仪器综合变形校正，笔者在介绍这两个步骤时就会结合测试原理进行讲解这两个步骤的目的是什么，原理是什么，而不是单单介绍过程怎么操作。对于旁压试验实践，一般一组同学进行一个点的测试试验。在获取试验数据后，指导学生根据规范进行最后的数据整理分析，计算出相应的参数结果。经历过这样一个流程的训练，学生对于旁压试验的试验原理、试验过程以及后期数据处理分析等方面将会有一个全面的理解。

4 原位测试考核方法

这里主要对岩土原位测试实践课程的考核进行说明。对于岩土原位测试实践训练这类课程，笔者建议结合平时成绩和期末成绩进行评定。其中，平时成绩的评定主要参考试验过程中的参与度表现，回答教师提问的积极程度和正确情况。在试验过程中，指导教师需要全程记录同学的各方面表现，对教师与学生的全程互动性要求较高。期末成绩则主要以基于试验测得的试验数据编写的实验报告来进行评定，从报告完整程度、试验数据的有效性、数据处理的系统程度及分析深度等几个方面给予评价。最后，笔者建议采用50%的平时成绩和50%的期末成绩来给予学生总评成绩。

5 计算机辅助技术在岩土原位测试实践教学的应用

在计算机信息化高速发展的今天，计算机辅助技术已在高等教育中广泛应用，如虚拟仿真计算机辅助技术在土木类教学中的各种应用[4-5]。在岩土原位测试实践教学环节中，可以引入各种虚拟仿真的计算机辅助技术，帮着学生理解各类原位测试试验的原理、仪器构造以及试验过程，从而进一步地加深岩土原位测试实践课程的教学效果。

6 结语

目前岩土原位测试实践课程的教学在大部分地方高校中没有得到应有的重视。然而，岩土原位测试在现场工程实践中具有非常重要的地位，因此应该保证岩土工程专业学生的原位测试的理论课程和实践教学。本文从原位测试的重要性、课程设置、教学方法、考核方法以及计算机辅助技术等方面进行了分析讨论，为岩土原位测试相关课程的开设提供了相关的建议和参考。此外，本文分析的问题对地方高校开设岩土原位测试教学活动具有一定的借鉴作用。