采礦工程本科畢業(yè)論文
采礦工程本科畢業(yè)論文
伴隨著我國社會主義市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,采礦行業(yè)越來越受到人們的關(guān)注。由于采礦工程是十分復(fù)雜的,所以我們必須關(guān)注采礦工程中存在的各種問題,特別是技術(shù)方面和安全方面,因?yàn)榧夹g(shù)方面關(guān)系到采礦工程的生產(chǎn)質(zhì)量,安全問題則關(guān)系到人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的采礦工程本科畢業(yè)論文，供大家參考。
采礦工程本科畢業(yè)論文范文一：采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)研究
【摘要】畢業(yè)設(shè)計(jì)是采礦工程專業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對學(xué)生所學(xué)專業(yè)知識的融會貫通有著不可替代的作用。但由于存在課程學(xué)習(xí)周期長、實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱和學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)效果不佳等原因造成學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中存在一定的問題。將三維立體技術(shù)應(yīng)用于采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)中，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)學(xué)生對專業(yè)知識的融會貫通、開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，從而提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量。
【關(guān)鍵詞】三維立體技術(shù);采礦工程;畢業(yè)設(shè)計(jì);實(shí)踐教學(xué)
1.引言
采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)是采礦工程專業(yè)必修的集中實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，屬于專業(yè)教學(xué)模塊，其目的是在學(xué)生已完成專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課學(xué)習(xí)后，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的方式，綜合應(yīng)用和深化本專業(yè)所學(xué)理論知識和專業(yè)技能，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力。通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生達(dá)到如下要求：①能綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論知識與技能，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)過程中的學(xué)習(xí)、研究和實(shí)際訓(xùn)練能夠?qū)⒗碚撜J(rèn)識深化、擴(kuò)展知識領(lǐng)域、延伸專業(yè)技能;②學(xué)會依據(jù)課題任務(wù)進(jìn)行資料數(shù)據(jù)的調(diào)研、收集、加工與整理，訓(xùn)練學(xué)生正確使用各種設(shè)計(jì)資料、手冊、圖冊、國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的基本技能，培養(yǎng)學(xué)生掌握工程設(shè)計(jì)的程序、方法和基本原則，提高學(xué)生工程計(jì)算、圖紙繪制、編寫技術(shù)文件的能力;③樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)、正確的技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和工程全局意識;④接受現(xiàn)代采礦工程師的基本訓(xùn)練，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，為畢業(yè)后更好地適應(yīng)工程設(shè)計(jì)、科學(xué)研究及其它技術(shù)工作奠定必要的基礎(chǔ)。由以上采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和要求可知，該教學(xué)環(huán)節(jié)對于學(xué)生整體專業(yè)知識的整合與專業(yè)技能的提升將會有不可替代的作用。但是，在實(shí)際的教學(xué)中，由于專業(yè)課開課時間較長、學(xué)生缺乏大局觀、知識整合能力欠缺等造成采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)效果欠佳。因此，有必要采取先進(jìn)的教學(xué)方法與手段來提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)效果。近些年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、3S(GIS，GPS，RS)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字礦山近些年取得了長足的發(fā)展[1-2]，而作為數(shù)字礦山的重要組成部分，將三維立體技術(shù)運(yùn)用于采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)是一種有益的教學(xué)嘗試。
2.采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)存在的問題及原因
2.1存在的問題
作為采礦工程專業(yè)培養(yǎng)體系的最后一個環(huán)節(jié)，采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)對學(xué)生整體能力的提升作用毋庸置疑。內(nèi)蒙古科技大學(xué)采礦工程專業(yè)的培養(yǎng)特色是露天與井工開采并重，因此在過去相當(dāng)一段時間內(nèi)，學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要完成兩部分內(nèi)容，即露天開采方案設(shè)計(jì)與井工開采方案設(shè)計(jì)。近些年，考慮到要與學(xué)生就業(yè)相結(jié)合，同時也是為了提高畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量、減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)，因此按照學(xué)生的就業(yè)安排相應(yīng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容。這也就意味著，就業(yè)去向是露天礦山的學(xué)生安排露天畢業(yè)設(shè)計(jì)，就業(yè)去向是井工礦山則安排做井工畢業(yè)設(shè)計(jì)。通過調(diào)整畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量得到了保證，但是在實(shí)際教學(xué)中仍然存在教學(xué)內(nèi)容生疏、整合知識能力差、對礦山感性認(rèn)識有限、動手能力弱等問題。
2.2產(chǎn)生問題的原因
①課程學(xué)習(xí)周期長，教學(xué)內(nèi)容生疏由于采礦工程專業(yè)自學(xué)生在大二下半學(xué)期就開設(shè)專業(yè)基礎(chǔ)課，再經(jīng)過大三一整學(xué)期、大四上半學(xué)期的專業(yè)課學(xué)習(xí)，等到學(xué)生進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，前后經(jīng)歷了2年時間，因此學(xué)生對部分課程的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)生疏，影響了學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)時對知識的綜合應(yīng)用。②實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱，感性認(rèn)識有限對于工程類專業(yè)，實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)是提高學(xué)生感性認(rèn)識的重要手段。采礦工程專業(yè)的主要的實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)包括生產(chǎn)認(rèn)識實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)，然而受限于礦山企業(yè)這類高危生產(chǎn)單位的安全限制，在學(xué)生進(jìn)行礦山實(shí)習(xí)時常常是被技術(shù)人員帶領(lǐng)走馬觀花式的看一下企業(yè)生產(chǎn)流程，這樣就造成學(xué)生實(shí)習(xí)效果差，缺乏對礦山的感性認(rèn)識。③就業(yè)壓力大，學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)效果不佳對于采礦工程專業(yè)來說，大四的上半學(xué)期是專業(yè)課的集中學(xué)習(xí)時間。在這一時間內(nèi)，需要學(xué)習(xí)的專業(yè)課包括《露天采礦工藝》、《露天礦設(shè)計(jì)原理》、《煤礦地下開采》、《金屬礦地下開采》、《礦山環(huán)境保護(hù)》、《礦山安全》、《露天礦運(yùn)輸及道路設(shè)計(jì)》、《采礦學(xué)課程設(shè)計(jì)》等，這些都是畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要組成內(nèi)容。但是由于近些年學(xué)生就業(yè)形勢不好，就業(yè)壓力逼迫學(xué)生不得不花費(fèi)大量的時間與精力或找工作、或復(fù)習(xí)考研、或復(fù)習(xí)考公務(wù)員等等，因此學(xué)生對本該掌握的專業(yè)課沒有掌握。以上造成畢業(yè)設(shè)計(jì)困難的原因中，對于因?qū)W習(xí)周期長以及學(xué)習(xí)時間不夠而造成的知識內(nèi)容欠缺可以在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間由指導(dǎo)教師補(bǔ)充講解，而對礦山感性認(rèn)識缺乏就目前來說解決較困難?；诮y(tǒng)一的空間和時間四維坐標(biāo)，將礦山中的所有信息(包地形、建筑、地層、構(gòu)造、礦床礦體、危險源、井巷工程、開采單元、采場、工作面、設(shè)備、人員、監(jiān)控系統(tǒng)等)可視化后，能夠建立真三維礦山地理信息模型[2]，而借助三維立體技術(shù)可讓學(xué)生立體地觀察到礦山的組成，由此可提高學(xué)生對礦山的感性認(rèn)識。
3.教學(xué)案例分析
這里以井工開采畢業(yè)設(shè)計(jì)為例，講解三維立體技術(shù)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。對于井工開采畢業(yè)設(shè)計(jì)來說，第一步需要設(shè)計(jì)礦床的開拓系統(tǒng)。在開拓系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，才能完成采礦方法、通風(fēng)系統(tǒng)、運(yùn)輸與提升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這類似于建筑中的框架結(jié)構(gòu)，由此可見其重要性。由于前述種種原因，學(xué)生對于該部分缺乏直觀認(rèn)識，無法在思想中想象開拓系統(tǒng)是什么樣子，因此設(shè)計(jì)開拓系統(tǒng)時困難重重。而教材中關(guān)于開拓系統(tǒng)的圖例缺乏立體感，無法引導(dǎo)學(xué)生。結(jié)合教材中關(guān)于圖1中的圖示1-5的備注，雖然能夠明白開拓系統(tǒng)的組成，但是無法將該圖與礦山其他系統(tǒng)結(jié)合起來，對于學(xué)生的指導(dǎo)作用不大。
4.教學(xué)效果
通過在內(nèi)蒙古科技大學(xué)采礦工程2013屆、2014屆這兩屆學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐，教學(xué)效果如下：①提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過觀摩三維立體模型，學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計(jì)的態(tài)度發(fā)生明顯改變，由以前的被逼著做轉(zhuǎn)為主動追著做，設(shè)計(jì)進(jìn)度明顯加快，學(xué)生畢業(yè)成績的優(yōu)良率明顯增加;②促進(jìn)了學(xué)生對專業(yè)知識的融會貫通。經(jīng)過三維立體技術(shù)，有效地將《金屬礦地下開采》、《礦井通風(fēng)》、《礦山安全》、《井巷工程》以及《采礦學(xué)課程設(shè)計(jì)》中所學(xué)到的知識融合成了一個整體，提高了學(xué)生對所學(xué)知識的綜合認(rèn)識，達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和要求;③開發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)生在了解到三維立體建模技術(shù)后，對數(shù)字礦山產(chǎn)生了濃厚的興趣，更有同學(xué)利用課外時間自學(xué)建模技術(shù)，并取得了較好的實(shí)踐成果。
5.結(jié)語
將三維建模技術(shù)應(yīng)用在采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)中，可以在學(xué)生對礦山感性認(rèn)識不足的情況下，擴(kuò)充學(xué)生對于礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的立體認(rèn)識，加深學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的理解，進(jìn)而提高畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量。但掌握三維建模技術(shù)需要許多專業(yè)以外的知識，這對于采礦工程專業(yè)的學(xué)生來說難度較大。利用該技術(shù)建立的礦山生產(chǎn)系統(tǒng)只是起到輔助教學(xué)展示的作用，并不能完全取代礦山生產(chǎn)實(shí)習(xí)所起到的作用。因此，最好的教學(xué)計(jì)劃安排應(yīng)該是先了解某礦山的三維立體模型，再安排去該礦山實(shí)習(xí)，最后結(jié)合該礦山做畢業(yè)設(shè)計(jì)，只有反復(fù)地對照學(xué)習(xí)，才能夠加深學(xué)生對所學(xué)知識的掌握，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)效果。
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采礦工程本科畢業(yè)論文范文二：采礦工程巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)改革研究
摘要:傳統(tǒng)巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)存在諸多弊端，如全是單一的驗(yàn)證性試驗(yàn)，沒有引入計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，沒有考慮學(xué)生的差異性等等。通過對巖石力學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化組合，引入差異性教學(xué)法，實(shí)現(xiàn)面向采礦工程專業(yè)的巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)改革。將巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)分為三個模塊:模塊1為巖石力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)，包括單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、巴西劈裂試驗(yàn)、剪切強(qiáng)度試驗(yàn)、點(diǎn)載荷試驗(yàn)4個試驗(yàn);模塊2為創(chuàng)新試驗(yàn)，包括單軸壓縮條件下多裂隙試件的變形破壞試驗(yàn)和鋸齒狀粗糙結(jié)構(gòu)面的剪切試驗(yàn);模塊3為巖石力學(xué)的數(shù)值模擬演示，主要演示圓盤形試件的巴西劈裂法。積極引導(dǎo)學(xué)生完成基本試驗(yàn)(模塊1)，支持學(xué)有余力的學(xué)生開展創(chuàng)新性試驗(yàn)(模塊2)，通過模塊3來提高學(xué)生的巖石力學(xué)分析能力。
關(guān)鍵詞:采礦工程;巖石力學(xué);試驗(yàn)教學(xué);創(chuàng)新試驗(yàn)
巖石力學(xué)是研究巖石力學(xué)性能的理論和應(yīng)用的科學(xué)，是為采礦工程、地質(zhì)工程以及水文工程等專業(yè)開設(shè)的專業(yè)課。通過本課程的學(xué)習(xí)使采礦工程本科生掌握有關(guān)巖石、巖體的基本力學(xué)性質(zhì)，能應(yīng)用巖石、結(jié)構(gòu)面等強(qiáng)度理論對巖體穩(wěn)定性進(jìn)行評價。了解巖體的力學(xué)特性，巖體的初始應(yīng)力狀態(tài)及其規(guī)律，在此基礎(chǔ)上熟練掌握巖體力學(xué)在采礦工程、地下硐室工程中的應(yīng)用，培養(yǎng)專業(yè)技能扎實(shí)與綜合素質(zhì)過硬的創(chuàng)新型人才。隨著現(xiàn)代采礦工程規(guī)模和開采強(qiáng)度的不斷增大，在巷道建設(shè)、資源開采過程中面臨的巖石力學(xué)問題是相當(dāng)復(fù)雜的，如何利用巖石力學(xué)的知識分析采礦工程面臨的技術(shù)難點(diǎn)，從力學(xué)層面獲取合理的開采方案、巷道布置方位是目前礦山巖石力學(xué)服務(wù)于采礦工程的重要途徑?，F(xiàn)代巖石力學(xué)的新理論、新方法、新技術(shù)層出不窮，如何在有限的學(xué)時里，既重視學(xué)生的智能培養(yǎng)，又開拓學(xué)生的知識面，使學(xué)生在未來的工作中發(fā)揮更大的潛力，這就需要對采礦工程專業(yè)的巖石力學(xué)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行整體優(yōu)化。巖石力學(xué)是一門理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科，常以試驗(yàn)為依據(jù)，巖石力學(xué)的試驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生更好地了解巖石(體)的強(qiáng)度和變形特性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本文旨在探討面向采礦工程專業(yè)的巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)改革，對巖石力學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化組合，引入差異性教學(xué)法，構(gòu)建面向采礦工程專業(yè)的巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)的三個模塊。
1傳統(tǒng)的巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)
在教學(xué)內(nèi)容上，目前采礦工程專業(yè)的巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)包括5個試驗(yàn):單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、巴西劈裂試驗(yàn)、剪切強(qiáng)度試驗(yàn)、點(diǎn)載荷和剛性試驗(yàn)機(jī)演示。前4個試驗(yàn)是巖石力學(xué)經(jīng)典試驗(yàn)，旨在獲得巖石的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度，屬于驗(yàn)證性試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)論都是大家所熟知的;剛性試驗(yàn)機(jī)演示試驗(yàn)是教師在巖石剛性試驗(yàn)機(jī)上操作演示，以獲得巖石的全應(yīng)力—應(yīng)變曲線。這5個巖石力學(xué)試驗(yàn)不但進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生理解巖石的破壞方式、強(qiáng)度特性和巖石的拉壓比等重要的知識點(diǎn)，而且使學(xué)生學(xué)會了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸擬合方法。如不少學(xué)生對如何獲取巖石抗剪強(qiáng)度兩個參數(shù)的問題百思不得其解，因?yàn)榻滩臎]有集中討論如何通過巖石力學(xué)試驗(yàn)獲取巖石抗剪強(qiáng)度參數(shù)[1-2]。在巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、巴西劈裂試驗(yàn)，可得到兩個Mohr應(yīng)力圓，用數(shù)學(xué)方法做出兩個Mohr應(yīng)力圓的公切線，即為巖石的強(qiáng)度線，其強(qiáng)度線與縱坐標(biāo)的截距為巖石內(nèi)聚力c，強(qiáng)度線與σ軸的夾角為巖石內(nèi)摩擦角φ。通過試驗(yàn)教學(xué)，大學(xué)生直觀地掌握了巖石力學(xué)中最重要的兩個參數(shù)。通過剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，獲得不同法向應(yīng)力下的巖石的剪切強(qiáng)度，對其試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合從而得到巖石抗剪強(qiáng)度參數(shù)。這些試驗(yàn)都是經(jīng)典的基礎(chǔ)巖石力學(xué)試驗(yàn)，但是試驗(yàn)內(nèi)容比較單調(diào)，試驗(yàn)方法過于簡單，教科書詳細(xì)介紹了其試驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論，是驗(yàn)證性試驗(yàn)，很難發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在教學(xué)方法上，傳統(tǒng)的巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)大多采用先集中講授巖石力學(xué)試驗(yàn)程序、數(shù)據(jù)處理和模型回歸方法，在巖石力學(xué)試驗(yàn)室，教師首先演示試驗(yàn)操作過程，然后學(xué)生分小組進(jìn)行巖石力學(xué)試驗(yàn)。這種教學(xué)方法目的明確，而且條理清楚，學(xué)生便于接受。但這種方法往往導(dǎo)致教師講得多、學(xué)生做得少，進(jìn)行巖石力學(xué)試驗(yàn)時，學(xué)生按教師講授的試驗(yàn)步驟亦步亦趨地進(jìn)行，觀察到的巖石破裂過程、強(qiáng)度特性與教材表達(dá)具有一致性，學(xué)生無法直觀地理解巖石和巖體力學(xué)特性的復(fù)雜性，也很難培養(yǎng)他們的試驗(yàn)創(chuàng)新能力。另外，目前大部分礦業(yè)高校先進(jìn)的巖石力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備只對研究生開放，如巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)MTS815和巖石剪切流變儀RYL-600，本科生的巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)使用的設(shè)備陳舊，其精確度和可操作性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于先進(jìn)的巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)。這一方面是保護(hù)先進(jìn)的巖石力學(xué)設(shè)備不受損害，但另一方面無法讓本科生領(lǐng)會到巖石力學(xué)試驗(yàn)的博大與精深，從而無法更大程度上激發(fā)大學(xué)生學(xué)習(xí)巖石力學(xué)的熱情。
2巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)的改革
傳統(tǒng)巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)存在諸多弊端，如全是單一的驗(yàn)證性試驗(yàn)，沒有引入計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，沒有考慮學(xué)生的差異性等等。筆者對采礦工程專業(yè)的巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了精細(xì)調(diào)整，并在近幾屆本科生中實(shí)施，調(diào)整后的巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)很受歡迎。面向采礦工程專業(yè)的巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)改革方案如下:巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)分為3個模塊。模塊1為巖石力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)(驗(yàn)證性試驗(yàn))，教學(xué)課時為4學(xué)時，包括單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、巴西劈裂試驗(yàn)、剪切強(qiáng)度試驗(yàn)、點(diǎn)載荷試驗(yàn);模塊2為創(chuàng)新試驗(yàn)，教學(xué)課時為2學(xué)時，創(chuàng)新試驗(yàn)期間，巖石試驗(yàn)室對學(xué)生實(shí)行開放，鼓勵有余力的同學(xué)分組設(shè)計(jì)試驗(yàn);模塊3為巖石力學(xué)的數(shù)值模擬演示，教學(xué)課時為2學(xué)時。改革后的巖石力學(xué)試驗(yàn)環(huán)節(jié)，把引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會科學(xué)的思維方法放在首位，試驗(yàn)教學(xué)安排上注意保持了試驗(yàn)的科學(xué)性、先進(jìn)性和基礎(chǔ)性，同時也注意培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。
2.1創(chuàng)新試驗(yàn)?zāi)K
根據(jù)本科生的差異性進(jìn)行分類教學(xué)，所有本科生都應(yīng)進(jìn)行巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)模塊1;對于學(xué)有余力的本科生，引入創(chuàng)新性試驗(yàn)?zāi)K2，引導(dǎo)學(xué)生探索一些非驗(yàn)證性試驗(yàn)，包括試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、試件的制備、先進(jìn)巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的操作、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和模型回歸等方面的教學(xué)。近幾年筆者結(jié)合湖南科技大學(xué)現(xiàn)有的巖石力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備，主要增設(shè)了兩個創(chuàng)新性試驗(yàn)，并且取得了良好的教學(xué)效果[3-4]。
2.1.1單軸壓縮條件下多裂隙試件的變形破壞試驗(yàn)
巖石與巖體是巖石力學(xué)教學(xué)過程中極為重要的兩個基本概念，《巖石力學(xué)》教材對巖石與巖體的變形和破壞特性進(jìn)行了一些定性的描述，如巖體強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于巖石強(qiáng)度，巖體變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巖石本身，巖體的滲透性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巖石的滲透性。為了使本科生直觀、生動地掌握巖石與巖體的變形和破壞特性的不同，在創(chuàng)新試驗(yàn)?zāi)K2中首先引入了單軸壓縮條件下多裂隙試件的變形破壞試驗(yàn)。在試驗(yàn)前一個月內(nèi)，引導(dǎo)學(xué)生將水泥、沙和水按照一定的配比混合，將其配料倒入鋼模內(nèi)，并通過預(yù)埋薄鐵片，待試樣初凝后取出預(yù)埋鐵片的方法獲得多裂隙巖石類試件。在巖石剪切流變儀RYL-600上進(jìn)行單軸壓縮條件下多裂隙試件和完整試件的力學(xué)試驗(yàn)。通過這個創(chuàng)新試驗(yàn)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)多裂隙試件和完整試件變形、破壞特性完全不同。多裂隙試件可視為巖體，完整試件可視為巖石，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)前者的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于后者，前者的變形大于后者。學(xué)生通過創(chuàng)新試驗(yàn)獲得了一系列定量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和模型回歸方法，可以得到諸多定量的結(jié)論，而這些結(jié)論從教科書上無法獲取。圖1為創(chuàng)新試驗(yàn)1—單軸壓縮條件下多裂隙試件的變形破壞試驗(yàn)圖，這個創(chuàng)新試驗(yàn)揭示了巖石與巖體的變形破壞的差異性。學(xué)生從這個試驗(yàn)中不僅深刻領(lǐng)會了巖石與巖體的力學(xué)特性的不同，更重要的是學(xué)會了如何通過設(shè)計(jì)試驗(yàn)來探索一些深奧的巖石力學(xué)問題。
2.1.2鋸齒狀粗糙結(jié)構(gòu)面的剪切試驗(yàn)
結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度與很多因素有關(guān)，如法向應(yīng)力、結(jié)構(gòu)面粗糙程度等，為了使學(xué)生更好地了解結(jié)構(gòu)面粗糙程度對抗剪強(qiáng)度的影響，引入了鋸齒狀粗糙結(jié)構(gòu)面的剪切試驗(yàn)。通過該試驗(yàn)，學(xué)生將發(fā)現(xiàn)光滑結(jié)構(gòu)面和粗糙結(jié)構(gòu)面的變形和強(qiáng)度存在很大差別。該創(chuàng)新試驗(yàn)旨在使學(xué)生掌握巖石結(jié)構(gòu)面的粗糙程度對抗剪強(qiáng)度的控制作用，理解不同性質(zhì)結(jié)構(gòu)面摩擦特性的差異性。圖2為創(chuàng)新試驗(yàn)2—鋸齒狀粗糙結(jié)構(gòu)面剪切試驗(yàn)圖。上述兩個創(chuàng)新試驗(yàn)?zāi)軒椭鷮W(xué)生更好地理解巖體與巖石強(qiáng)度和變形特性的差異性、結(jié)構(gòu)面粗糙度對抗剪強(qiáng)度的影響這兩個重要的知識點(diǎn)，很好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力，以及靈活運(yùn)用所學(xué)知識、理論聯(lián)系實(shí)際的能力，真正做到學(xué)以致用。
2.2數(shù)值模擬演示
隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)數(shù)值計(jì)算軟件的不斷成熟，利用數(shù)值軟件對巖石的變形與破壞過程進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)已成為科學(xué)研究和工程應(yīng)用中非常重要的方法。與傳統(tǒng)巖石力學(xué)試驗(yàn)相比，具有針對性強(qiáng)、靈活方便、可重復(fù)性等特點(diǎn)，通過數(shù)值模擬可以將巖石力學(xué)試驗(yàn)中不易觀測的現(xiàn)象、應(yīng)力變化情況直觀地演示出來，讓學(xué)生更好地理解巖石的變形、破壞等情況[5]。在巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)的模塊3中，主要以巴西劈裂法為例作為數(shù)值模擬的演示。模塊1的巴西劈裂試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在加載過程中裂隙從圓盤形試件的中央產(chǎn)生，該裂隙被認(rèn)為是受拉裂隙。對于在圓盤形試件上施加壓應(yīng)力為何在試件的中央會產(chǎn)生拉裂隙的問題，許多學(xué)生不得其解。為了回避高深的彈性力學(xué)推導(dǎo)，大部分《巖石力學(xué)》教材對拉裂隙的產(chǎn)生原因沒有詳細(xì)說明，只是簡單給出了抗拉強(qiáng)度的計(jì)算公式。在巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中引入巴西劈裂法作為數(shù)值模擬演示。通過數(shù)值模擬演示，學(xué)生可以清楚地領(lǐng)會到拉應(yīng)力沿試件的中心線均勻分布，在加載點(diǎn)附近表現(xiàn)為局部壓應(yīng)力，數(shù)值模擬演示直觀地闡述了圓盤形試件巴西劈裂的受力機(jī)理。
3結(jié)語
筆者對采礦工程專業(yè)的巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了精細(xì)調(diào)整，考慮到學(xué)生的差異性，將巖石力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)分為三個模塊:模塊1為巖石力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)包括單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、巴西劈裂試驗(yàn)、剪切強(qiáng)度試驗(yàn)、點(diǎn)載荷試驗(yàn)4個試驗(yàn);模塊2為創(chuàng)新試驗(yàn)，包括單軸壓縮條件下多裂隙試件的變形破壞試驗(yàn)和鋸齒狀粗糙結(jié)構(gòu)面的剪切試驗(yàn);模塊3為巖石力學(xué)的數(shù)值模擬演示，主要演示圓盤形試件的巴西劈裂法。
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