邊坡穩定分析虛擬仿真實驗是清華大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：邊坡穩定分析虛擬仿真實驗
- 課程負責人：徐文杰
- 建設院校：清華大學
- 授課教師：溫慶博
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
工程地質學是土木、水利、礦山及交通等專業的重要專業基礎課，也是一門理論和實踐結合非常緊密的課程。地質實習是學生學習《工程地質》課程後必修的重要實驗、實踐課，學生通過野外實地踏勘認識、量測及專門工程地質問題的實驗和仿真計算等環節加深對課程理論知識的掌握和綜合套用。然而受現有教學手段的限制，絕大多數高校工程地質的實驗、實踐課一直延續著在室內對照有限的標本認識、在野外根據固定的實習線路對地質現象進行實地踏勘認識，或近幾年來發展的通過虛擬視景（如，VR）方式“看”，缺乏教學仿真計算分析環節，且失穩過程屬於極端環境無法開展物理實驗，而仿真計算是工程地質從定量分析走向定性分析的重要環節。
邊坡是自然界、及工程中最為廣泛分布的一類地質體，邊坡穩定性工程地質分析原理與方法是工程地質學的核心內容之一。我國是一個地質災害頻發國家，我國每年由於邊坡失穩形成的滑坡而造成的經濟損失達數十億元。通過實踐教學，讓學生以具體的邊坡工程出發，掌握:從工程地質結構分析、現場量測，到基於現場數據的統計分析，最終實現邊坡穩定性和防控設計的仿真計算分析，從而為後續從事相關工程設計、科研等奠定理論和方法基礎。目前許多高校，由於缺乏必備的仿真分析工具，在實際的實踐環節中通常是在野外（或，近幾年來部分學校採用VR視景）通過教師對具體的邊坡進行“工程地質特徵進行講解、學生簡單野外量測”進行定性分析。而在定量分析方面，學生依然需要延續幾十年來的手動計算、或藉助商業軟體、或者大部分學校因缺乏必要的技術支持而放棄相關的實踐教學。
縱觀目前在以“邊坡穩定分析”為代表的工程地質實踐款學課程中:一方面，集中於“定性”分析方面（當然，這是地質實踐教學的基礎），在教學過程中一直延續“看、聽、記”為主的傳統教學模式，缺乏對學生主動思考、主動發現和探索能力的培養;另一方面，缺乏（或，弱化）等定量分析方面的重要實踐環節，從而很難實現教學過程與工程套用的結合。隨著網際網路+信息化技術的不斷發展，是否有更好的手段突破目前課程教學瓶頸，以達到更好的效果，從而構建人才培養新生態,以促進新工科建設?
“邊坡穩定分析虛擬仿真實驗”課程，將針對目前教學中面臨的瓶頸，以聯網+、雲計算及三維信息化等先進技術手段為支撐，打造一個綜合性、研究型、開放共享的工程地質學虛擬仿真雲實踐平台(圖1)，實現邊坡穩定性中基於野外實踐的“定性分析”與基於室內數據分析和仿真的“定量分析”的融合。平台包括“地學雲”、“水利雲”模組、以及“地學雲堂”微信模組。其中，地學雲模組和地學雲堂，實現了野外實踐基地虛擬仿真數字孿生，教師可以自己定義上傳本校的野外實習資源，實現不同高校地質實習資源的開放與共享，讓學生們可以不局限於本校的實習資源，同時還可以讓學生隨時隨地、實時實地的開展相關認識實踐;“水利雲”模組，實現課程教學中的定量虛擬仿真計算與分析，進行邊坡穩定性的半定量、定量分析及災害動力學仿真模擬。
教學目標
鞏圈和加強學生對斜坡穩定性分析原理與方法的認知，加深學生對涉及的不穩定斜坡野外識別、斜坡岩體結構統計分析、斜坡穩定性定量分析方法等知識的掌握和套用能力，實現從“遙感識別→野外踏勘→仿真分析→機理探索→災害仿真”的全鏈條的實踐，提高對斜坡工程地質問題分析、評價能力。通過實驗實踐教學，培養學生主動學習、主動探索的能力及創新意識，獨立完成實驗報告的編寫，為將來從事相關研究及工程套用奠定堅實的基礎。通過本次實習，使得學生具備以下基本技能:
掌握斜坡工程地質工作的基本方法和要求步驟;熟悉如何基於影像資料對線路通過斜坡的穩定性進行判識，在此基礎上輔以野外調查進行分析;掌握岩體結構的野外量測及統計分析方法，學會對岩體工程地質結構的評價與分析;學會根據斜坡工程地質結構特徵，實現穩定性定性及定量評價與加固設計。
