文档介绍：土力学中渗流问题的教学探讨
【摘要】土力学在课程内容和教学体系等方面均有其自身的特点。该课程比较适合采用启发式的教学方法,文章以渗流问题的教学为例,介绍了启发式教学在土力学中的应用。
【关键词】教学方法土力学教学改革
【中图分类号】tu4 【文献标识码】a 【文章编号】2095-3089(2012)10-0256-01
《土力学》是土木工程专业一门重要的专业基础课,对初学者来说,主要表现为土力学教材各章节之间具有相对独立性,联系不紧密,课程内容多而杂,许多重要理论和公式来源于实验或实践经验,缺乏严格的理论推导,强调实用性和技术性,这使得土力学成为一门较难掌握的课程。

土力学研究内容可概括为:土的三个特性、土的三个工程问题、土力学三大主要理论。其中,土的特性导致了土的三大工程问题,即强度问题、变形问题和渗流问题。
根据课程脉络主线可见,渗流问题是土力学中必须解决的三大问题之一,渗流问题有其相对独立性,又与变形、强度问题相互交叉,掌握好土的渗流特性对于掌握好土的变形、强度特性有促进作用。依笔者的教学经验,学生对于“土的渗透性及渗流”内容普遍反应较难掌握。

针对渗流问题的教学内容多而杂的特点,课堂教学中应注重把握知识体系,形成清晰的教学脉络,用教学主线将课程内容紧密串连(图1)。
图1 课程内容主线

土的渗透性与渗流主要涉及到水静力学与水动力学两部分水力学基础理论,对于理解土的渗透性与渗流有一定的促进作用。
在水静力学方面,掌握静止流体中任意一点各个方向受到的压强值的大小是相等的这一静止流体的应力特征;理解流体静止的微分方程;掌握重力作用下静止液体的压强分布特征。在水动力学方面,掌握流线、过流断面、流量、断面平均流速等概念与流体的运动的连续性条件;伯努利方程,是解决土中渗透问题的基础。

土的渗流问题这部分内容讲授时可采用启发式教学,调动学生的兴趣和思维。列举工程事例,如水井渗流、渠道渗流等;渗透变形或破坏,工程的目的是要解决这些变形或破坏;渗透力才能产生渗透变形或破坏,接着推导渗透力及临界水力梯度的计算公式;介绍实际工程中常用的
“止水帷幕”。止水帷幕的设置加大了地下水渗流的距径。

流网的绘制与应用可以采用例题启发式的教学方法:等势线与流线正交,等间隔流线与等间隔等势线形成的流网中,各个网格的长宽比c应为常数。提出问题,如何通过流网可以得到流场中任一点的水头、水力梯度、孔隙水压力、流速、流量等指标值,然后逐步介绍各个指标的计算过程以及流网绘制的初步过程,讲授过程中再次强调掌握流网特点的重要性。使学生更深入的理解了流网的应用,并初步体会了其绘制过程。

水和梯度的定义较为简单,水力梯度i=
△h/l,其中△h为两点处的总水头差,l为两点间的渗流长度,特别强调的是l叫作渗流路径或渗流长度,不是两点的直线距离,求nd间的水力梯度,△hnd=,l=nb+bc+cd==nb=,因此水力梯度i=△h/l=。

水力学课程中与孔隙水压力相关的只有静水压力,没有专门提出孔隙