《巖土力學》課程教學大綱

《巖土力學》課程教學大綱課程名稱：巖土力學RockandSoilMechanics課程編號：020030530課程性質：eq\o\ac(□,√)必修□選修課程類別：□通識課程eq\o\ac(□,√)專業(yè)課程實踐教學適用專業(yè)：交通工程課程學時：（說明總學時及理論、實驗學時分配或實踐周數(shù)等）總學時80；理論教學68；實驗教學12課程學分：5應開課學期：4先修課程：《工程地質》和《工程力學》任課學院、系部：能源學院交通工程教研室一、課程簡介（需說明課程的性質類別及其在專業(yè)人才培養(yǎng)中的地位和作用。）本課程是交通工程專業(yè)的主要專業(yè)基礎課，是關于巖石和土體的力學性質、試驗方法及其相關工程應用的一門課程，為路基工程、邊坡工程、隧道工程等課程提供預備知識。屬于考試課程。二、課程教學的目標及與畢業(yè)要求的關系（確定課程總目標和具體目標，并將課程思政設計融入到具體目標之中，同時需明確課程目標與畢業(yè)要求（指標點）的對應關系。）（一）課程目標課程總目標：了解巖石和土的強度、變形特性，掌握室內試驗方法，使同學具備學習巖土工程相關學科如隧道工程、邊坡工程、路基工程等所需要的基礎知識，能夠閱讀理解各種巖土工程設計施工的規(guī)范和手冊，在短期培訓之后即可參與實際的巖土工程建設工作。課程目標1：了解彈性力學的基本內容及有限元方法；課程目標2：了解各種巖石強度和變形指標的含義及應用場合；能夠實際運用我國巖石分級標準；課程目標3：掌握土的工程分類；知道土體強度指標的含義；理解黏土力學性質與含水量的關系；課程目標4：了解巖土工程防災、減災的相關知識。（二）課程目標與畢業(yè)要求的對應關系本課程目標支持的主要畢業(yè)要求如下表（各專業(yè)根據(jù)實際情況使用此表，非工程認證專業(yè)可刪除“指標點”列）：課程目標畢業(yè)要求指標點課程目標1：了解彈性力學的基本內容及有限元方法畢業(yè)要求2：工程知識：能夠將數(shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決交通系統(tǒng)復雜工程技術問題。指標點1.1：彈性力學的基本內容和基礎知識指標點1.2.有限元方法2．課程目標2：了解各種巖石強度和變形指標的含義及應用場合；能夠實際運用我國巖石分級標準；畢業(yè)要求2：工程知識：能夠將數(shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決交通系統(tǒng)復雜工程技術問題。指標點2.1：巖石的強度和變形特性指標點2.2.巖體的力學性質3．課程目標3：掌握土的工程分類；知道土體強度指標的含義；理解黏土力學性質與含水量的關系；畢業(yè)要求2：工程知識：能夠將數(shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決交通系統(tǒng)復雜工程技術問題。指標點3.1：土的物理性質及工程分類4．課程目標4：了解巖土工程防災、減災的相關知識。畢業(yè)要求2：工程知識：能夠將數(shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決交通系統(tǒng)復雜工程技術問題。指標點4.1：巖土工程簡介三、課程教學的基本內容及教學安排（課程內容需細化到章、節(jié)和知識點，并說明授課學時、實驗項目及類型或實踐教學具體安排）（一）課程教學的內容及學時安排知識單元知識點學時數(shù)68+12課程目標線下授課線上授課實驗/實踐1.彈性力學的基本概念及有限元方法知識點1.1：了解彈性力學的內容，理解彈性力學中的基本假定，掌握彈性力學的應力、應變等概念；知識點1.2：介紹廣義胡克定律及相關材料參數(shù)；推導平衡微分方程，理解圣維南原理及其應用；知識點1.3：介紹按位移和按應力求解平面問題；常體力情況下的簡化問題和應力函數(shù)；知識點1.4：介紹若干平面問題的直角坐標和極坐標的求解結果；了解圓孔的孔口應力集中；知識點1.5：基于最小勢能原理介紹有限元方法的基本概念16課程目標12.巖石的強度和變形特性知識點2.1：巖石的物理性質：比重、孔隙率、比熱、熱傳導、導電性等；知識點2.2：巖石的強度特性：單軸和三軸壓縮強度、抗拉強度及巴西劈裂試驗、剪切強度；知識點2.3：庫侖強度準則及黏結力、內摩擦角的概念，非線性強度準則，真三軸強度；知識點2.4：巖石的變形特性，變形模量、平均模量以及切線模量等參數(shù)的定義及應用，脆巖性轉化；知識點2.5：巖石的流變特性，蠕變試驗，長期強度，流變模型及工程應用；知識點2.6：介紹應力波傳播的一般規(guī)律，了解影響巖體彈性波速度的因素。16課程目標23.巖體的力學性質知識點3.1：巖體結構面的各種分類及描述結構面的8類參數(shù)；知識點3.2：掌握巖體的變形、強度和特征，介紹巖體原位試驗；知識點3.3：理解巖體質量評價指標及其分類和工程應用。8課程目標24.土的物理性質及工程分類知識點4.1：土的成因、結構與特性，土的三相組成，土的物理性質指標；知識點4.2：碎石土、砂土及粘土的特征及其物理狀態(tài)指標，土的工程分類及野外鑒別方法；知識點4.3：地基土的自重應力，有效應力原理（飽和土）；知識點4.4：土的固結試驗及壓縮性指標計算，土的滲透性與滲透定律；知識點4.5：基礎底面的接觸壓力，地基土中的附加應力；知識點4.6：土的抗剪強度及天然地基承載力，地基的臨塑、臨界和極限荷載以及地基承載力等概念。20課程目標35.巖土工程簡介知識點5.1：巖體的初始應力狀態(tài)，地應力實測的途徑，重點介紹水壓致裂法和空心包體法；知識點5.2：洞室圍巖的應力，巖爆，隧道的開挖和支護，錨桿支護原理和應用；知識點5.3：巖土體邊坡的分類及穩(wěn)定性分析，土壓力及擋土墻設計，邊坡加固方法；知識點5.4：巖土基礎的承載力和穩(wěn)定性評價，各類基礎的承載特性；知識點5.5：巖土工程的監(jiān)測和災害防治等。8課程目標46.巖土體試驗知識點6.1：參觀實驗室，巖石力學試驗方法介紹；試樣加工及質量檢測；知識點6.2：單軸壓縮試驗，巴西劈裂試驗，點載荷試驗知識點6.3：三軸壓縮試驗；知識點6.4：土的密度、含水率測試、黏土的液限和塑限；知識點6.5：土的直剪試驗；知識點6.6：土的壓縮試驗。12………………合計6812（二）課堂實驗/實踐教學內容及要求（無課堂實驗/實踐，可刪除此表）序號項目名稱內容、要求學時實驗/實踐類別實驗/實踐類型每組人數(shù)必做/選做課程目標1巖石力學實驗參觀實驗室，巖石力學試驗方法介紹；試樣加工及質量檢測；2專業(yè)綜合型30必做課程目標22巖石力學實驗單軸壓縮試驗，巴西劈裂試驗，點載荷試驗；2專業(yè)綜合型30必做課程目標23巖石力學實驗三軸壓縮試驗；2專業(yè)綜合型30必做課程目標24土力學實驗土的密度、含水率測試、黏土的液限和塑限；2專業(yè)綜合型30必做課程目標35土力學實驗土的直剪試驗；2專業(yè)綜合型30必做課程目標36土力學實驗土的壓縮試驗。2專業(yè)綜合型30必做課程目標3合計…………12…………基本要求1．準守實驗室規(guī)章制度，注意人身和試驗設備安全；2．預習實驗原理、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理；注：實驗/實踐類別：專業(yè)、上機等實驗/實踐類型：操作型、驗證型、演示型、綜合型等。四、本課程與其他課程的聯(lián)系（先修后續(xù)關系）先修課程為《工程地質》《工程力學》，后續(xù)課程有《路基路面工程》、《道路邊坡與養(yǎng)護工程》和《隧道工程》。并為課程設計、畢業(yè)設計等實踐環(huán)節(jié)提供基礎知識。五、教材與其他教學資源（含教學參考書或在線資源）（一）建議教材（建議選用新出版的國家級規(guī)劃教材）[1]徐芝綸，彈性力學簡明教程.北京：高等教育出版社，2010.[2]沈明榮，陳建峰.巖體力學.上海：同濟大學出版社,2015ISBN：9787560859033，國家級規(guī)劃教材[3]張克恭，劉松玉.土力學.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2013ISBN：9787112123322，國家級規(guī)劃教材[4]東南大學，浙江大學，湖南大學，蘇州科技學院.土力學（第三版）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013（二）其他教學資源無六、教學方法與學習建議（授課方式、重點、難點及后續(xù)自主學習建議）授課方式：課堂講授和室內實驗為主，通過多媒體介紹試驗結果以及巖土工程；重點和難點：巖石強度和土體變形特征；水對砂土和粘土的影響；后續(xù)自主學習建議：課外瀏覽相關工程建設的視頻。七、課程考核及成績評定方式（要求平時考核、過程考核與終結性評價有機結合，并有具體細則和記錄。同時要求課程目標與知識單元和考試內容對應）（一）課程考核（說明考核方式及占總成績的比例）課程考核總成績包含：平時考核、過程考核和結課考核。其中，①平時考核占總成績10%（到課率、缺勤）；②過程考核占總成績30%（隨堂問答、課堂測驗、筆試、課后作業(yè)、實驗報告等）；③結課考核占總成績60%（期末閉卷考試，滿分100分）。（二）課程目標與考核內容的關系課程具體目標與知識單元和考試內容的關系如下：課程目標知識單元考試內容1．課程目標1：彈性力學基礎知識1.彈性力學的基本概念及有限元方法力學簡介：力學的研究內容、方法；理論力學中的幾個問題，流體力學中的幾個問題彈性力學：基本假設，一點的應力，主應力，Mohr圓位移和變形，應變的概念，正應變，剪應變；虎克定律，廣義虎克定律，剪切模量、體積模量的推導平衡方程，邊界條件，圣維南原理；平面問題，平面問題；相容方程；應力函數(shù)求解；極坐標的平衡微分方程，幾何方程和物理方程；圓環(huán)和圓筒受均布壓力，圓孔的孔邊應力集中,總結同學已學課程中的最小作用原理；有限元法簡介2．課程目標2：了解各種巖石強度和變形指標的含義及應用場合；能夠實際運用我國巖石分級標準；1.巖石的強度和變形特性2.巖體的力學性質巖土力學緒論：定義和任務；巖體工程；發(fā)展簡史巖石的基本構成和分類巖石的電學、熱學性質，滲透性水對巖石性狀的影響巖體結構，結構面及充填物特征巖石的強度及試驗方法，試驗規(guī)程的制定抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度巖石強度的尺寸效應影響巖石強度的其他因素：加載速率，溫度巖石的強度準則，庫侖強度準則的含義及應用巖石的變形特征，楊氏模量和泊松比的確定巖石的脆性和延性破壞結構面的力學性質：強度，變形，剪脹巖體的強度特性巖體的水力學性質，巖體的質量評價及其分類討論和習題課深部開采面臨的巖石力學問題巖石流變力學，蠕變三階段流變模型及模型參數(shù)確定；長期強度的概念超聲波測試，動態(tài)參數(shù)，超聲波對巖體完整性的評價地應力的特征及與巖體工程的關系巖爆和沖擊地壓地應力測量方法簡介直接法和間接法3．課程目標3：掌握土的工程分類；知道土體強度指標的含義；理解黏土力學性質與含水量的關系；1.土的物理性質及工程分類土的成因、結構與特性土的三相組成；土的物理性質指標粘性土的特征及其物理狀態(tài)指標土的工程分類及野外鑒別方法地基土中的應力分布及計算自重應力；基礎底面的接觸壓力；地基土中的附加應力水頭的概念；有效應力原理土的壓縮性分層總和法計算地基最終沉降量土的滲透性與固結；土的滲透性與滲透定律滲流力與滲流穩(wěn)定問題飽和土體一維滲流固結理論