时间：2023-06-07 09:33:01
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇水利工程地质论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
前言
水文地质是勘查水利工程地质的重要组成部分，它对建设场地地基岩土体的特性有很大影响，特别是对水利工程地基的稳定性及耐用性的作用，更为突出。在水利工程地质勘查中，主要是对工程建设相关的地质因素进行勘探，然而勘查人员一般都只注重对岩土类型、地质性质及结构的研究，很少会将注意力放在水文地质上，水文地质成了可有可无的勘查因素。然而在勘查工作中，工作人员常常将水文地质勘查放在一个无不起眼的位置，在勘查报告上只是做了一般性的评价，特别是在一些水文地质条件较复杂的地区，没有进行深入研究，常因没有意识到水文地质对整个工程的影响而导致由此引发的各种岩土工程危害问题，进而威胁到整个工程的质量安全。笔者基于此，分析了水利工程地质问题及水文地质危害，望能够相关工作人员一些启示。
一、水利工程地质情况
1、关于坝基岩体
不同的坝型具有自己的工作特点，也决定了其对地质条件要求的差异。由此可知，要做好坝基岩体的地质工作，在了解不同类型坝体的工作特点的同时，还应掌握每种坝型对地质条件的适应性及对工程地质条件的要求。另外，还应注意研究坝区岩体本身存在的地质缺陷，防止因缺陷而引起的坝基不稳和坝区渗漏情况。
2、关于边坡
引起边坡变形破坏的因素有多种，如地形地貌条件、岩土类型和性质、水等，此外还有风化因素、人工挖掘、振动、地震等。边坡不稳的类型主要包括四种：松弛张裂、蠕动变形、崩塌、滑坡。
3、关于地下洞室围岩稳定性
围岩变形的类型有以下几种：脆性破裂、块体滑动和塌方、层状弯折和拱曲、塑性变形和膨胀。一般对于工作人员来说，洞室地质较简单、岩层厚、具有一定的间距，不存在影响洞室稳定性的断裂带，整体的岩体具有较强的硬度及完整性、整个地形没有滑坡及塌方等的趋势、地形完整、地下水其地基基础影响小、环境好、无异常地热等，具备这些条件的建洞山体是比较理想的。
4、关于水库工程
水库包括两类：地面水库和地下水库。前者即人工湖泊，是通过筑坝在河流上拦水形成的；后者则是通过地下蓄水构造，然后进行人为的控制所形成的。水库蓄水虽然能够造福于人类，然而库区及库周的水文条件都会发生较大的变化，从而影响周围的地质情况，如库水升高浸润库岸，风浪作用冲蚀库岸及地下水位上升浸没洼地等，这些情况都会影响工程地质，从而影响工程的施工、质量。
5、关于软土基坑
软土基坑的地质问题主要涉及到土质边坡稳定和基坑降排水两个方面。为了保证边坡稳定，在施工中常会采取坡度及边坡护面的合理设置、基坑支护、降低地下水位等措施，确保施工安全。而基坑降排水的途径主要有两种：明排法和人工降水，后者常选用轻型井点或管井井点的降水方式。进行软土基坑降排水有很多好处，不仅保证了边坡的稳定，防止了流砂和管涌的发生，还在下卧承压含水层的黏性土基坑中，避免了基坑底部的隆起。另外，软土基坑降排水后，基坑土体相关干燥，方便了施工。
二、地下水引起的各种岩土工程危害
地下水主要是通过地下水位升降变化和地下水动水压力作用来引起岩土工程危害的。一般来说，地下水位变化引起的危害可分为三种：
1、 关于潜水位上升
在附近修建水库，导致河流、湖泊、水库中的水位上升是引起潜水位升高的重要因素，另外灌溉工程（包括引水渠道和水浇地渗漏工程施工、工业废水和各种地下给排水管道的渗漏等）也是影响潜水位上升的一个方面。潜水位上升对建筑物的安全稳定性构成了巨大的威胁：
（1）地下水渗入地基，导致粘性土含水率增高、整体强度下降、可压缩性大大增加，长此以往，建筑物很容易发生沉降变形；
（2）地基无法保持稳定，出现隆起，或产生侧向位移，地基不稳，引起上浮，最终导致建筑物不稳定，更甚者发生位移；
（3）砂土及粉土出现含水量饱和，引发砂土地震液化问题，或者引发流砂、管涌等现象；
（4）斜坡、河岸临空面的岩土体力学性能降低，引发滑移、崩塌等危害，使得其失去原有的功能；
（5）没有进行防护的地下室出现浸水而无法使用；
（6）土壤沼泽化、盐渍化严重，对建筑物的腐蚀性大大增强。
2、关于地下水位下降
此种危害大多由人为因素引起。抽取地下水没有节制、采矿活动中的矿床疏干以及上游筑坝、修建水库截夺下游地下水的补给等人为操作都可引起地下水位下降。地下水位急剧下降对地质灾害及自然环境都造成很大的影响，前者主要表现在地裂、地面沉降、地面塌陷等，后者主要是地下水源的缺乏、水质污染等，严重的地区还会出现沙漠化或海水倒灌现象。因此其严重影响了建筑物的稳定安全及人类的居住环境。
3、关于地下水位升降
气候、季节的变化，地球与月球引力的变化，河流、湖泊水位的变化，潮汐的变化等都会影响地下水位波动。此类危害对工程建设的影响也很大：
（1）地下水位波动，引起土体卸载再加载，而加载后的土体密度比原来的大，因此导致土压密；
（2）建筑基础工程材料的使用期限受到影响，加剧了腐蚀性；
（3）干湿交替较频繁，诱发木桩腐烂，因此跟埋于水下的地基相比，泥炭土地基的使用年限大大减少；
（4）石膏层和钠盐层等含盐地层出现溶解现象，进而导致建筑物发生位移。
三、结语
综上所述，水利工程的地质问题分析可以让我们了解到在勘查过程中，应注意哪些问题，防止一些小的问题引起大的危害，而水文地质因其常被勘查人员所忽略，在工程中引发较多的危害，因此本文重点介绍其引起的各类岩石危害，望能给相关工作人员一些思考。
参考文献：
[1]会议论文.水利工程中的工程地质环境分析.中国水利学会勘测专业委员会.2002年学术研讨会，2002.
[2]水利工程中的水文地质问题[J].民营科技，2011（05）
【论文摘要】通过结合工程实践表明，工程地质勘察人员不仅要了解地质也要了解设计，同时应当对工程地质的相关问题提出分析，并结合水利工程的实际情况而选取合适的坝址。
1.引言
水工建筑物不同于其他建筑物，有其自身的特点。因水工建筑物的建成，而使广大范围内的水文和水文地质条件发生变化。这种变化就可能引起水库岸坡再造、水库渗漏、水库淤积和坝下游河床冲刷等作用。因此，必须重视勘察、设计、施工全过程，否则，后果极其严重。在坝址选择时除了考虑主体建筑物拦水坝的地质条件外，还应研究包括溢洪、引水、电厂、航闸等建筑物的地质条件，为规划、设计和施工提供可靠依据。
2.坝址选取的工程地质勘察
在自然界中，地质条件完美的坝址很少，尤其是大型的水利枢纽，对地质条件的要求很高，更不能完全满足建筑物的要求。所谓“最优方案”是比较而言的，最优坝址在地质上也会存在缺陷。所以在坝址选择时，应当考虑不同方案，并采取改善不良地质条件的处理措施。因此，地质条件较差，预计处理困难，投资高昂的方案，应首先被否定。坝址选择时，工程地质论证的主要内容包括区域稳定性、地形地貌、岩土性质、地质构造、水文地质条件和物理地质作用以及建筑材料等，还要预计到可能产生的工程地质问题和处理这些问题的难易程度，工作量大小等，下面分别论述。
2.1 区域稳定性
区域稳定性问题的研究在水利水电建设中具有特别重要的意义。围绕坝址或要开发的河段，对区域地壳稳定性和区域场地稳定性进行深入研究是一项战略任务。特别是地震的影响直接关系着坝址和坝型的选择，一般情况下，地震烈度由地震部门提供，但对于重大的水利枢纽工程要进行地震危险性分析和地震安全性评价。因此，对于大型水电工程，在可行性研究阶段，应组织专门力量解决区域稳定性评价。
2.2 地形地貌
地形地貌条件是确定坝型的主要依据之一，同时，它对工程布置和施工条件有制约作用。狭窄、完整的基岩“v”型谷适合修建拱坝，宽高比大于2的“u”型基岩河谷区宜修建混凝土重力坝或砌石坝。宽敞河谷地区岩石风化较深或有较厚的松散沉积层，一般适于修建土坝。不同地貌单元，其岩性、结构有其自身的特点，如河谷开阔地段，其阶地发育，二元结构和多元结构往往存在渗漏和渗透变形问题。古河道往往控制着渗漏途径和渗漏量等。因此，在坝址比选时要充分考虑地形、地貌条件。
2.3 岩土性质
岩土性质对建筑物的稳定来说十分重要，对坝址的比选具有决定性意义。因此，在坝址比选时，首先要考虑岩土性质。修建高坝，特别是混凝土坝，应选择坚硬、完整、新鲜均匀、透水性差而抗水性强的岩石作为坝址。我国已建和正在施工的70余座高坝中，有半数建于强度较高的岩浆岩地基上，其余的绝大多数建于片麻岩、石英岩和砂岩上，而建于可溶性碳酸盐岩、强度低易变形的页岩、千枚岩上的极少。通过结合工程实践，根据不同成因类型岩土的建坝适宜性及其主要问题作简要概述。
（1）侵入的块状结晶岩体，一般致密坚硬、均一、完整、强度大、抗水性强、渗透性弱，是修建高混凝土坝最理想的地基，其中尤以花岗岩类为最佳。这类岩石需注意它们与围岩以及不同侵入期的边缘接触面，平缓的原生节理，风化壳和风化夹层的分布，选坝时避开这些不利因素。
（2）喷出岩类强度较高、抗水性强，也是较理想的坝基。我国东南沿海、华北和东北有不少大坝坐落在这类岩石上。喷出岩的喷发间断面往往是弱面，存在风化夹层、夹泥层及松散的砂砾石层，还有凝灰岩的泥化和软化等，对坝基抗滑稳定性的影响不可忽视。此外，玄武岩中的柱状节理，透水性很强，在选坝时也须注意研究。例如：桑干河干流上的山西省册田水库大坝坝基为新生代的玄武岩，柱状节理极发育，坝基及绕坝渗漏严重，影响着水库效益。
（3）深变质的片麻岩、变粒岩、混合岩、石英岩等，强度高、抗水性强、渗透性差，也是较理想的坝基。但是在这类岩体中选坝址，必须注意片理面的各向异性及软弱夹层的存在，选坝时，应避开软弱矿物富集的片岩（如云母片岩、石墨片岩、绿泥石片岩、滑石片岩）。在浅变质岩的板岩、千枚岩区，应特别注意岩石的软化和泥化问题。
（4）沉积岩中，以厚层的砂岩和碳酸盐岩为较好的坝基。这类岩石坝基较岩浆岩、变质岩的条件复杂。这是因为在厚层硬岩层中常夹有软弱岩层，这些夹层力学强度低，抗水能力差，易构成滑移控制面。碎屑岩类如砾岩、砂岩等，强度与胶结物类型有关，一些胶结物在水的作用下可能产生溶解、软化、崩解、膨胀等。在构造变动下往往发生层间错动，经过次生作用易于发生泥化。在坝址比选时必须十分注意这一问题。此外，碳酸盐岩的岩溶洞穴和裂隙的发育，可能会产生严重的渗漏。
另外，在坝址比选中，河床松散覆盖层具有重要意义。修建高混凝土坝，坝体必须座落在基岩之上，若河床覆盖层过厚，就会增加坝基的开挖工程量，使施工条件复杂化。所以当其他条件大致相同时，应将坝址选择在覆盖层较薄的地段。有的河段因覆盖层过厚，只得采用土石坝型。比选松散土体坝基的坝址时，须研究渗漏、渗透变形和振动液化等问题，而且应避开如淤泥类土等软弱、易变形土层。
2.4 地质构造
地质构造在坝址选择中同样占有重要地位，对变形较为敏感的刚性坝来说更为重要。在地震强烈活动或活动性断裂发育的地区，选坝时应尽量避开或远离活断层，而位于区域稳定条件相对较好的地块上。在选坝前的可行性研究时，应进行区域地质研究，查明区域构造格局，尤其要查明目前仍持续活动或可能活动断裂的分布、类型、规模和错动速率，并预测发生水库诱发地震的可能及震级。国外有些水坝就因横跨活断层而坝体被错开或致垮坝。地质构造也经常控制坝基、坝肩岩体的稳定。在层状岩体分布地区，倾向上游或下游的缓倾岩层中存在层间错动带时，在后期次生作用下往往演化为泥化夹层，若有其他构造结构面切割的话，对坝基抗滑稳定极为不利，在选坝时应特别注意。因为缓倾岩层的构造变动一般较轻微，容易被忽视。陡倾甚至倒转岩层，由于构造形变强烈，岩石完整性受到强烈破坏，在选坝时更要特别注意查清坝基内缓倾角的压性断裂。总之，要尽可能选择岩体完整性较好的构造部位作坝址，避开断裂、裂隙强烈发育的地段。
2.5 水文地质条件
在以渗漏问题为主的岩溶区和深厚河床覆盖层上选坝时，水文地质条件应作为主要考虑的因素。从防渗角度出发，岩溶区的坝址应尽量选在有隔水层的横谷、且陡倾岩层倾向上游的河段上。同时还要考虑水库有否严重的渗漏问题，库区最好是强透水层底部有隔水岩层的纵谷，且两岸的地下分水岭较高。当岩溶区无隔水层可以利用的情况下，坝址应尽可能选在弱岩溶化地段。这就要求仔细分析研究岩层结构、地质构造和地貌条件。
2.6 物理地质作用
影响地址选择的物理地质作用较多，诸如岩石风化、岩溶、滑坡、崩塌、泥石流等，但从一些水库失事实例来看，滑坡对选择坝址的影响较大。在河谷狭窄的河段上建坝可节省工程量和投资，所以选择坝址时总希望找最窄的峡谷段。但是，峡谷地段往往存在岸坡稳定问题，一定要慎重研究。如法国罗曼什河上游一坝址，地形上系狭窄河段，河谷左岸由花岗岩和三叠纪砂岩及石灰岩构成。右岸是里亚斯页岩，表面上看来岩体较完整，后经钻探发现页岩下面为古河床相的砂砾石层，表明了页岩是古滑坡体物质，滑坡作用将河槽向左岸推移了70m。因而只得放弃该坝址而另选新址。
2.7 天然建筑材料
天然建筑材料也是坝址选择的一个重要因素。坝体施工常常需要当地材料，坝址附近是否有质量合乎要求，储量满足建坝需要的建材，如砂石、黏土等，是坝址选择应考虑的。天然建筑材料的种类、数量、质量及开采条件及运输条件对工程的质量、投资影响很大，在选择坝址时应进行勘察。
3.结语
从实践表明，选择坝址是水利水电建设中一项具有战略意义的工作，它直接关系到水工建筑物的安全、经济和正常使用。工程地质条件在选坝中占有极其重要的地位，选择一个地质条件优良的坝址，并据此合理配置水利枢纽的各个建筑物，以便充分利用有利的地质因素、避开或改造不利的地质因素。
参考文献
【关键词】气候变化；大型水利工程；南水北调工程
1 气候变化和大型水利工程的联系
1.1 气候变化对于大型水利工程设计所造成的影响
在气候变化的情况下，设计水利工程应考虑以下问题：
（1）气候变化可使的发生干旱的程度、范围、频率等加剧，从而影响其供水的保证率
（2）气候变化导致流域降雨与径流等发生改变，使得流域设计洪水与设计暴雨等受到影响，换而言之就是使得水利工程的防洪设计标准受到影响。
（3）暴雨强度与次数的加剧，均可致使地质灾害的发生与加大泥沙冲淤所对于水利工程的安全与寿命的影响。
（4）气候变化与变异都会使得发生极端水文气候事件的强度与频次大大增加，从而引发计划外的洪水，导致设计与编制水利工程运行质量的计划受到影响。
1.2 气候变化对于大型水利工程的运行管理所造成的影响
对于大型水利工程运行管理过程中，应考虑一下问题：
（1）在“温室效应”的背景下，因为发生极端灾害气象的频率与强度有所增强，因此在运行管理的过程中，要注重监测、预报水情信息，加强编制、执行防洪抗旱的应急预案。
（2）因为受到气候变暖与人类活动的影响，流域的来、用水条件和原本设计会有明显的变动，所以已建工程运行的规模、规则要做出相应的调整，从而保障水利工程的安全性与洪水的资源化。
（3）气候变化明显影响水生态环境，在运行调度水利工程中，要充分考虑到生态环境用水，可治理与保护逐渐恶化的水生态环境，可持续利用水资源。
2 气候变化对于南水北调工程所造成的影响
南水北调由三条调水线路和海河、淮河、黄河与长江四大江河联系，构成了“四横三纵”的布局，从而实现我国水资源的南北调配、东西互补的合理配置。
2.1 气候变化对于华北地区水资源的影响
根据气候模型显示，华北地区2050～2100年的降水量会增加，但是气温升高的幅度大，蒸发量也随之加大，让径流增加不明显。径流量的增加可否抵消经济社会发展与人口增长对于水的需求，预测未来需水量起着决定性的作用。研究表明，生活水平、人口增长的提高与生态、工业用水量的加大，使得需水量不断增加，未来的径流量远远不能满足需水量，因此北方缺水的局面还不能有根本性的解决。按照水利部水利信息中心所模拟的结果：在2061至2090年中，北方地区山西、陕西、甘肃与宁夏等省区的径流量会有减少的趋势，减幅为2%、3%、6%与10%。结合生态需水量的加大、科技发展对于节水的影响与人类活动对于径流的削减等，气候变化不能有效缓解我国华北地区的缺水情况。
2.2 气候变化对于调水区所造成的影响
气候变化致使在空间、时间上河流径流的变化，所以会直接影响到华北地区能调水量的多少，与此同时，也影响到调入去需水量的大小。
（1）对于东线能调出水量的影响。据研究显示，气候变化会加大汛期长江下游的径流量，不过其年内的分配也会随之发生改变，当南水北调与三峡水库蓄水一同进行时，要预防枯水年对于下游航运、入海径流的锐减和生态环境的约束都会加剧风暴潮灾、海水入侵。除此之外，气温变化对于调水水质也有所影响，特别是在枯水年，是不容忽略的。
（2）影响中线的可调水量。陈剑池等相关学者用月水量的平衡模型和7种GCMs模型所给出温室气体加倍情况下气候情景的输出值，并综合汉江流域未来需水的预测，模拟算出丹江口的径流量对于不同气候情景的情况和丹江口能调水量的影响。模拟得出初期能调水量会减少了3.5%，后期的能调水量减少了2.2%，平均年调水量减少了4.8～5.0亿立方米。气候变化对于能调水量的影响不大，基本能忽略。
陈德亮等采取了两参数分布式的水文模型，使用HadCM2与ECHAM4这两个GCMs模型，探讨了汉江径流受气候变化的影响程度，从研究中可见，在HadCM2的情境下，2051至2080增量15%，比2021至2050年增多10%；在ECHAM4的情境下，则相反，2021至2050年平均年径流量增加10%，比2051至2080年增量2%。
现在所得的结果均为在特定的气候背景中所假设的可能性，但气候变化是不可预测的，因此也会产生异于结果的气候响应，结果也因此而具有局限性。所以，有必要深入地认识气候变化对于南水北调工程调水区域受水区的可能性影响。
3 结语
气候变化导致了全球水文循环的改变，从而引起了在时空上水资源的再分配，汛期洪涝、暴雨与干旱等水文极端事件发生的频率呈上升的趋势，从而使得大型水利工程设计、运行等受到不同程度的影响。
参考文献：
[1]常军，顾万龙，竹磊磊，李素萍.河南5座大型水库上游流域气候变化及对水库运行影响分析[A]；第26届中国气象学会年会气候变化分会场论文集[C]，2009.
[2]秦天玲，严登华，宋新山，张诚，翁白莎.我国水资源管理及其关键问题初探[J].中国水利，2011（03）.
关键词：环江；水资源；地下水；开发利用
引言
环江毛南族自治县（下简称“环江”）地理坐标为东经107°51'-108°43'，北纬24°44'- 25°33'，位于广西西北部，隶属于广西河池市，是桂西北喀斯特区域的重要组成部分，面积4572km2，占全区总面积的1.93%，该县森林覆盖率59.2%，耕地面积24.7千公顷，山地占土地总面积的51.9%，地处于黔中高原南部边缘的斜坡地带，总地势为北高南低，中部为丘陵，略成盆地，西部和南部以岩溶山地为主，间有土山、半土半石山，县境内的地貌受岩性、地质构造的控制，碳酸盐岩分布广泛，以岩溶地貌为主，占全县总面积的39.9%。该区属亚热带季风气候区，森林群落主要以常绿阔叶为主，土壤有红壤、黄红壤、黄壤、棕色石灰土、黑色石灰土5个亚类，境内降雨丰盛，南北部山区平均年降雨量为1569.6mm。环江岩溶地区水总量虽大，但却在具体得开发利用中遇到很多问题，下面文章就来谈谈广西环江岩溶水资源的来源及特点，并结合开发利用中的问题给出几点建议，以供读者参考。
1 岩溶地下水的来源
广西环江岩溶地区水资源丰富，其岩溶水主要来源于以下几个途径：
1.1 地表降雨补给
岩溶水的主要补给是来源于大气降雨[1]。该县北部年平均降雨量为1750.1mm，南部为1389.3mm，集中于4-9月份，占全年降雨量的71%，历年最小降雨量922.8mm，降雨通过地表溶洞以及溶缝隙补给岩溶水，尤其是大环江河流的中、上游以及小环江，岩溶水主要通过管道储存，降水则通过广布在山谷的峰丛洼地、地下河天窗等垂直形态，常见为集中补给，在岩溶零散地区，以入渗式补给为主，兼集中补给。
1.2 毗连的非岩溶地区的地表径流、地下水出露补给
毗连的非岩溶区的地表径流、地下水出露也是岩溶水的重要来源。当非岩溶区的溪流进入岩溶区后，常通过进水洞、落水洞下漏形成地下潜水，进而通过隔水层下渗形成承压水[2]；在岩溶区周边，基岩裂隙水以及孔隙水对岩溶水的侧向潜流补给也很常见[3]。环江龙岩乡的龙岩洞以及大安乡的顶新溶洞就是源于非岩溶区的地下水对碳酸盐具有很高的溶蚀性，从而在接触带形成洞穴，对侧面的岩溶水形成潜流补给。
1.3 引水、蓄水工程渗漏及灌溉水回渗补给
引水、蓄水工程渗漏及灌溉水回流渗透（回渗），也是岩溶水的一种重要补给源。环江有较大的下甫、下庙水库，均属小（二）型水库（10万立方米≤库容（W）
2 广西环江岩溶地区地下水资源的特点
2.1 岩溶水总量大，分布面积广
环江岩溶地区水资源总量大，水资源拥有量35.966亿立方米，地下水总量为2.863亿立方米，但已查处环江有地下河16条，地下水点403点，地表水流有大环江、小环江、中洲河、打狗河4条河流，总流域面积达3644.26平方公里，占环江地域面积的79.7%，分布面积广。
2.2 主要赋存于溶洞（含管道）和溶隙中，但富集程度不均匀
径流特征有集中管道流和分散裂隙流，其中山谷地区相对富水，集中管道流和分散裂隙流并重[4]，在环江上南乡，山谷较多，谷低储水量大，但面积大，积水不均匀。
2.3 岩溶地区，多为潜水，补给资源丰富
潜水是浅埋于地表之下第一个稳定隔水层上的地下水，通常地下水潜水流出地面时形成有自由水面的泉水[5]。潜水是重要的供水水源，通常埋藏较浅，分布较广，开采方便[6]。如环江明伦镇集中挖掘连片山脉地下深处岩层天然潜水，再经处理，为环江饮水提供了很大的便利。
2.4 岩溶水随降雨呈周期性变化
岩溶水资源的补给主要来自大气降水，局部地区为地表水补给，即通过溶蚀裂隙等面状入渗补给或者直接通过落水洞等以渗漏、集中注入的方式补给[7]，最终以岩溶泉或地下河形式排泄，岩溶水时空变化性大，表层岩溶泉与降雨近乎同步变化，呈现出季节性和周期性[8]变化的特征。
3 广西环江岩溶地区水资源开发利用中面临的问题
3.1 岩溶地质环境脆弱，开发利用难度大，利用率低
广西环江石灰盐岩分布广泛，以岩溶地貌居多，占全县的39.9%，土层较薄且贫乏，灌溉水源不足，岩溶石山区原始森林大多早已被毁，固土保水能力严重退化，石漠化现象较严重，加上地质脆弱以及地貌构造复杂，使得岩溶水的开采难度加大，从而在部分地区出现了工程性缺水，即便已开采，也仅为地下水总量的21.92%。由此可见，地下水的开采利用潜力远尚未发挥。
3.2 岩溶地区水质量差
由于保护水资源观念破旧、意识不强，保护措施欠缺，水源受到污染的现象日益突出，加上城镇化发展，治理生活污水滞后，许多乡镇枯水期的取水安全受到严重威胁[9]，此外，最近几年政府鼓励种植桉树[10]，其耗水量较大，加之其成分液为碱性，渗入地底后土壤对种植其他作物了有很大的影响，严重污染水资源，导致饮用水变质，再是，由于化肥和农药的大量使用，每年由陆地被暴雨径流带入河流的水体的沉积物中携带大量的N、P、K元素的化合物，使水体遭到严重污染，特别是对于湖泊、水库等容易造成高营养化，影响水产，污染环境，并危及人体健康。2011年环江水利局设立农业饮用水样监测点40个[11]，年检测共160份，总合格84份，合格率才52.5%，由此说明水资源质量有待改善。
3.3 水资源浪费严重
在环江，农业用水量约占全县总用水量的96.6%，耗水量大，但农业灌溉用水系数低于0.5，加上环江工业基础薄弱，工业增长方式基本上仍处于粗放型扩大再生产状态，使得生活用水大多数是单水单用，重复利用系数低于0.3，浪费现象非常严重。
3.4 地下河蓄水少，渠道输水远，渗漏量大
由于河堤较低，水库库容小，调蓄性能差，造成汛期弃水、枯期无水现象，此外，渠道输水路程较远，渠道设施破旧老化，渗漏损失大，导致开发成本太高，对老百姓来说有些负担不起。
3.5 岩溶地区水资源不断减少，生态环境脆弱，岩溶内涝灾害
环江下南乡、木论乡、洛阳镇以及水源镇等地区石漠化严重，导致植物退化，水土流失，水资源总量不断缩减，生态环境脆弱，水土漏失，甚至造成严重的岩溶内涝灾害现象[12，13，14]。
4岩溶地区水资源合理开发利用的对策
4.1 开展新认识，转变旧观念，健全法制，加强管理
深化对环江岩溶地区水资源地质环境的脆弱性和开发难度大的认识，开发利用应贯彻“三先三后”精神[15]，即先节水、后调水，先治污、后通水，先环保、后用水，变传统的“无节制用水”观念，转变为“有理有节，循环利用”可持续发展观念；同时进一步健全完善有关水资源的保护、开发利用方面的法律，制定详细的技术规程和保护措施，并督促实施。
4.2 合理规划取水工程，加大岩溶地下水开发力度
因地制宜，合理规划取水工程[16]。在峰林平原地区，采用钻井取水；河谷地段，选择抽水为主，钻井为辅；在分界线地区，应重点开发地下河，结合有压抽水。加大地下水开发力度，以弥补地表水资源分布不均的缺点，应积极开发环江已查明的16条地下河，403个地下水测点，以增加地下库容及调蓄能力。
4.3 联合地表水与地下水，增加水库兴利库容
在岩溶地区，地表水与地下水通过岩溶缝隙、渠管道等相互补给[17]。环江的洪水期（3～9月），通过管道输送，地表水补给地下水层，使得地下水位升高，这有利于降低钻井的深度，进而取得好的经济效益。在环江下南、水源以及中部木论、川山、大安、明伦一带，枯水期（10～次年2月）期间，地下水层回灌给地表水库及河流，从而增加水库的兴利库容，更好的解决灌溉水源不足、干旱缺水的现象。
4.4 整修水利工程，改善水利基础设施
据2004年底不完全统计[18]，环江已建成各类水利工程1680余处，其中蓄水工程239座，总库容1918.4万立方米，引水工程1216处，但这些小型水利工程，几乎都是20世纪50年代修建，当时建设标准低，输水路程远，经几十年的运行，工程早已老化失修。此外，维修养护资金落实较慢，管理欠缺，致使工程输水管道受损严重，效益衰减，阻滞了当地农村经济的发展，改善水利基础设施刻不容缓。
4.5 改善生态环境和水环境，防治岩溶地区土壤石漠化
注重土地整理，加强生态环境与水环境的治理，加快水土保持工作，重视封山育林，植树造林，发展岩溶生态林、江河护岸林、旱区农田防护林等防止岩溶地区的水土流失，提高岩溶山区的旱涝灾害抵抗能力，从而改善岩溶地区的土壤环境，防治石漠化，更有利于岩溶地下水的开采。环江下南乡地区就设立多个石漠化综合治理示范点，对小地方试验，在岩溶石山区中、下部土层，种植玉米、桑叶、黄瓜等植被，实现截雨固土，增强植被水土保持和水源涵养功能，防治土壤石漠化。
5 结论与建议
（1）广西环江岩溶地区水资源丰富，但由于降雨时空分布不均，工程建设设施差，开采利用率低，部分江河水质受到污染，严重影响了局部地区人民的生产与生活，制约了当地的可持续经济发展，所以解决环江岩溶地区水资源开发利用问题，刻不容缓。
（2）鉴于环江岩溶地区地下水分布广和水文地质条件的脆弱性，地下水的开发必须强调科学性、合理性、有效性，在水文地质科学理论的指导下， 走勘查-试验-评价-开发-评估地下水的道路。
（3）应尽快建立节水农业体系，提高工业、乡镇企业用水的循环利用率，杜绝用水浪费。加大节水力度宣传工作，转变旧观念，狠抓水环境的保护与管理，只有这样，才能促进环江经济的可持续和健康的发展。
（4）为了更好的开采利用地下水，建议摸清环江已查明的16条地下河的来龙去脉，以及有关河道的水文特性、形状、规模、流量变化情况，确定引水堵水建筑物稳定性等的详细数据，从而满足开发利用地下河工程设计的需要。
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关键词：最大涌浪高度陡岩体滑坡大型土质滑坡大型岩质滑坡
中图分类号：P642.22 文献标识码： A
1 引言
我国是山多的国家，常用“依山傍水”来形容环境优雅，风景秀丽。水利水电工程中，水库库岸滑坡时有发生，滑坡在水库中激起的涌浪有可能给水利工程及附近地区造成较大的危害，大型滑坡可以产生巨大的涌浪，这些涌浪不仅随时对其波及水域的一切造成即时性危害，更重要的是随着涌浪的传播和迭加，有可能造成溃坝等水库失事事故。随着科技的发展，人们对资源的开发利用，很多山地遭到破坏，在暴雨等外力地作用下极易形成滑坡。近年来大量的水利工程的修建，水库库岸滑坡时有发生。典型的如1961年3月6日发生于湖南拓溪水库，再者就是人所熟知的湖北新滩滑坡，涌浪造成60只船只被毁，9人死亡的灾难事故。更为著名的是1961年10月发生于意大利瓦依昂水库左岸2.4×108m3的巨大滑坡，飞速滑入库区后，激起250m巨浪，涌浪传至1.4km的坝址时，立波仍高达70m，造成震惊世界的瓦依昂水库失事事件，这一事件除使经济上蒙受重大损失外，还残酷地夺走了3000多人的生命。大型滑坡体大量涌入水中，由于体积大会产生巨大的涌浪，陡岩体滑坡虽体积不大但由于滑入速度大，也产生较大的涌浪。这些涌浪对水电站建筑物和在航行中的船舶都会产生较大的及时性的危害，甚至危害人们的生命安全。水库滑坡中常见的有陡岩体滑坡和大型滑坡两大类，大型滑坡一般分为土质滑坡和岩质滑坡。
本文通过对陡岩体滑坡、大型土质滑坡、大型岩质滑坡三大类滑坡涌浪的物理模型研究，分别得出最大涌浪高度的主要影响因素和相关计算公式，对以后可能产生的滑坡形成的最大涌浪有一定的预防借鉴意义。
2 试验模型设计
试验河道模型依托万州江南沱口码头工程，按1:70的比例进行正态模型设计，采用重庆西南水运工程科学研究所自主研发的超声波浪采集分析仪进行波浪的采集。土质滑坡体的设计主要是原料土样的制备，其关键就是确定土样的土石比、含水量、碎块石粒径及压实度等物理指标。岩质和陡岩滑坡体采用水泥、砂、石子配置砂浆，根据模型块体的几何尺寸，制作模具，再将砂浆倒入模具制作块体。根据实际情况全面考虑滑坡入水深度，滑体的宽度和厚度，滑入时的坡度等情况，制定多组方案进行试验研究。
模型断面全景图
3 最大涌浪高度分析
试验主要观测各种方案下产生的原始波与合成波的波高H和周期T，数据采集仪器应用的是多点波浪采测系统，该系统硬件方面由传感器、放大器和记录器组成，软件方面主要由三个自行编制的程序控制，即调试程序、标定程序和采样程序，调试程序主要是检测各传感器信号接通与否以及各传感器处水面是否静止；标定程序主要是标定出电信号与波信号的一个转换系数；采样程序就是获取试验所需的数据。系统灵敏度为1mm。对数据进行分析，得到在每个方案下的最大涌浪高度值。用无量纲方法探讨相关物理量之间的关系，分别采用幂函数、线性函数、指数函数进行多元线性回归分析，分别得到三个最大涌浪高度值的经验公式：
(式中： H为初始波高，m；b为滑体宽度，m； W为滑体厚度，m；h为水深，m；β为滑坡坡度，弧度制)
3.1陡岩滑坡最大涌浪高度分析
（3.1-1）
（3.1-2）
（3.1-3）
表3.1 三公式平均相对误差和离差平方和
公式1 公式2 公式3
平均相对误差% 11.74 22.52 13.58
离差平方和 0.00467 0.01353 0.00473
运用上述三个公式计算所有工况下相对首浪高度的计算值与试验值进行对比。并将结果绘制成图，各点均匀分布在两侧，计算值与试验值较吻合。综合考虑，本文建议采用公式3.1-1计算首浪高度。试验结果分析得到水深、坡度、滑体厚度对最大涌浪高度的影响显著。
3.2大型岩质滑坡最大涌浪高度分析
（3.2-1）
（3.2-2）
（3.2-3）
表3.2三公式平均相对误差和离差
公式3.2-1 公式3.2-2 公式3.2-3
平均相对误差% 26.72 26.78 22.33
离差平方和 0.01153 0.01089 0.00630
综合考虑，本文建议采用公式（3.2-3）计算首浪高度。试验结果分析得到滑体宽度、水深、坡度、滑体厚度对最大涌浪高度的有显著影响。
3.3大型土质滑坡最大涌浪高度分析
（3.3-1）
（3.3-2）
（3.3-3）
表3.3三公式平均相对误差和离差平方和
公式3.3-1 公式3.3-2 公式3.3-3
平均相对误差% -19.39 -10.47 -21.13
离差平方和 0.00143 0.00136 0.00150
综合考虑，本文建议采用公式（3.3-2）计算首浪高度。试验结果分析得到水深、坡度、滑体厚度对最大涌浪高度的有显著影响。
4 结论与建议
（1）通过物理模型试验得到的最大涌浪高度数据进行量纲分析，拟合得到常见的陡岩体滑坡、大型土质滑坡和岩质滑坡的不同的公式在实际可能发生的滑坡形成的最大涌浪有一定的预防借鉴意义，具有防震减灾作用。
（2）通过拟合的公式比较分析得到，陡岩滑坡最大涌浪计算适合幂函数拟合表示，大型岩质滑坡适合指数函数拟合的公式表示，大型土质滑坡适合线性的拟合表示。
（3）滑坡滑入水中产生巨大的涌浪，这些涌浪不仅随时对其波及水域的一切造成即时性危害，更重要的是随着涌浪的传播和迭加，有可能造成溃坝等水库失事事故，需要对涌浪的传播和迭加进行进一步深入地研究。
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随着中国科技水平及国际地位的提升，由我国企业负责或参与的国际工程项目也越来越多，特别是在土木和水利工程领域[1]。在该背景下，为了使高等工程教育主动服务国家发展战略，教育部2010年提出了“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）。西南交通大学积极响应，前后成立茅以升学院和詹天佑学院，并以此为依托实施面向高速铁路的卓越工程教育培养计划。现已初步构建起“3+X”和“4+X”两个体系、六种类型的工程人才培养模式，旨在培养出面向国际化高速铁路的优秀工程师。为了响应学校国际化发展战略，服从学校“志于工，视野宽，基础坚，上手快，后劲足，善创造”的工程人才培养目标，“铁路工程地质学”作为“高速铁路卓越工程师培养计划”的重要专业基础课成为教学改革创新的示范点，正在不断调整和改革教学模式来适应新的挑战和机遇。
二、“铁路工程地质学”发展历史及教学模式
西南交通大学地质工程专业于1958年成立，是我国非地质院校第一个专门为铁道部门培养高级工程地质技术人才开设的专业。培养出的工程师遍布铁道部、交通部各大设计院、工程局、管理局，承担着重要的行政和技术职务。参与了宝成、成昆、襄渝、贵昆、南昆、京九、西康、京沪、京津、青藏、厦深等铁路的建设[2]。“铁路工程地质学”作为专业的重点课程，其全部教学内容和暑期实习都与铁路建设实践相结合，是一门研究与解决铁路工程建设有关地质问题与地质灾害的应用性科学。例如，1959年和1960年本专业师生对宝成铁路的宝鸡至广元段和鹰厦铁路的路基病害进行工程地质普查。既解决了生产实践中迫切需要解决的路基病害问题，又锻炼了教师和学生[2]。目前该课程主要涉及滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害预测分析和评价，特种岩土的物理力学性状和加固处理，地下洞室和地基基础等内容，并形成了具有鲜明铁路特色的教学模式[3]。面向铁路建设，教学与生产实践结合，协同发展，即从理论出发解决工程中的重大地质问题，又从生产中吸纳工程经验弥补理论的缺陷。
三、“铁路工程地质学”的教改必要性分析
虽然以往教学模式培养了一大批优秀的铁路工程师，为我国铁路建设作出了重要贡献，但随着学科建设的不断发展和教学质量要求的提高，传统教学模式以理论知识的灌输和短期的地质实习为主要传授方式，效果不够明显[4]，往往出现毕业的本科生需要再经过单位入职培训才能胜任工作。所以“铁路工程地质学”课程教改已经迫在眉睫。原因大致可以分为两个方面。1.教材内容陈旧目前使用的《铁路工程地质学》教材为1990年6月编著，至今已有20多年的历史。虽然其为我国铁路建设产生了良好的社会和经济效益，但随着国内外高铁建设的迅猛发展，更复杂的工程地质问题的出现，工程地质研究已不仅仅局限于查明工程地质条件和问题，更重要的是解决这些问题。随着更严格的技术规范标准的出台，最新的研究成果的公布都对教材的内容提出了更高的要求。此外，学生培养已由原来单一的面向铁路系统而逐渐转为公路、水电、机场、码头港口、市政工程等领域，也促使《铁路工程地质学》的内容进行更新和补充，如水电工程地质、水库区工程地质等方面内容，以使学生得到更多的关于不同类型工程地质所涉及的工作方法、工作内容及成果要求等知识。所以在教材内容的更新上必须大大深化复杂地质条件下重大工程地质问题的研究水平，不仅使该教材成为本科生和硕士生的教科书，而且还尽量成为一本工作手册型的成果书籍。目前作者和其他教师们正在修编该教材，吸纳了大量应用于工程地质领域的新方法和新技术（如3S技术、三维激光扫描技术和数值模拟计算等）。2.教学模式落后传统“讲授—记忆—实习—考试”的教学模式与当前教学体制的不断改革格格不入，无法满足新时期下地质人才培养的需求。传统教学模式以教师为核心，注重学生地质基本知识的获得。虽然这种灌输式的教学模式大大提高了教师对学生知识输出的效率，却忽视了学生接收并消化知识的程度。在知识尚未巩固之时进行实习，多数学生都是心有余而力不足，难以完成对知识的有效迁移与运用。考试更是临时抱佛脚，对知识进行简单拼凑，应付了事。这种缺乏教学质量的教学模式将学生的主体地位置之不顾，最后的成效也就可想而知。“铁路工程地质学”是一门综合性的工程类课程，教师在教学过程中对学生知识与技能两方面都必须予以高度重视，不可偏废。这就要求教师根据本学科特色灵活运用教学模式。按照当代国内外的教学模式，教师可以依据课程章节的不同，采用适合的教学模式。比如，发现教学模式，教师可以提出问题，创设问题情境，提出假设，评价验证，对培养学生独立探索发现，形成自我奖励、自主学习的倾向具有重大意义。
四、教学模式改革探索
教学模式改革最终落脚点是学生，必须坚持以学生为本，改革人才评价方式，建立能力培养为核心的教学体系。具体包括培养学生工程思维方式，激发学生潜能，训练和提升学生的洞察力、应变思维、创造性意识等。而这些又依托感染学生情绪、培养学生兴趣、提高教学质量和丰富教学手段来实现。并注重根据学生毕业后发展质量的反馈信息来改善教学模式。
1.工程思维方式培养学生经过大一、大二两年的专业基础学习，掌握了一些基础地质技能，但对专业的认识还不够深刻，对地质知识的领悟还不够全面，如何用学到的知识服务于工程，会遇到哪些问题，如何解决这些问题，在这些方面学生几乎没有直观的映像，更谈不上理论指导实践了。因此，在课程绪论部分就应当清楚阐述工程是什么，地质工程是什么，地质条件与工程如何相互作用、涉及哪些内容、会遇到哪些问题、可以用什么手段解决、目前的发展趋势等等。例如，笔者在课程中采用了《建筑时空》节目关于英吉利海峡隧道建设的视频资料，既直观地说明地质与工程的关系，也让学生明白了工程地质问题出现与解决整个工程处置的演化过程，为今后的教学顺利开展奠定了良好的基础。
2.课程设置工程地质学以地质学理论为基础，通过勘察、测绘与实验等技术手段来调查、研究、解决各类工程活动，为合理选址、设计、施工与运营服务的应用地质学[5]。为了突出课程重点，让学生掌握最有效的工程手段和分析方法，培养出具有创新性的工程师。需要坚持以下几点原则：（1）在课程内容上，践行因材施教，关注学生的个性特长，鼓励学生个性发展，挖掘学生的优势潜能，要实现学科知识与个人知识的内在整合；（2）在课程实施上，要超越忠实取向，走向相互适应取向和课程创新取向；（3）在课程评价上，要超越目标取向的评价，走向过程取向和主体取向的评价；（4）从教学组织形式入手，改进班级授课制，实现多种教学组织形式的综合运用。
3.科技创新实践为了学以致用，提高学生解决工程地质问题的能力，学校广泛开展了各类创新创业活动，引导鼓励学生参加各级各类学科竞赛、大学生创业竞赛、大学生科研训练计划（SRTP）、大学生创新性实验计划等方式，为学生提供广泛的实战平台，从实践上锻炼和提升创新能力。将课程知识与科技训练项目结合，由指导教师指导学生查阅相关资料，不断巩固和提升学科理论知识，同时培养学生团队合作分析和解决工程实践问题的能力，训练学生工程思维方式，建立工程实践观念。同时地质专业根据自身实际和发展需要，构建与其学生培养、学科建设、科学研究相适应的高水平实验室体系（陆地交通抗震及灾害防治技术国家工程实验室），并把实验教学课程植入，促进实验教学、个性化实验与学院的学科建设、科学研究的融合。该项举措对于培养合格的工程师具有重要的意义。
4.教学实习与生产实习相结合学生工程经验的积累等必须依靠实习教学。所以，工程地质实习作用不可替代，而且是培养“卓越工程师”创新人才的重要载体和途径[6]。然而众多高校的实践环节，学校承担全部任务，教师扮演了太多角色，很多时候实习就是室内教学搬到了室外，虽然学生通过实习巩固了知识，锻炼了能力，但是仍达不到工程师培养要求。因此，除了暑期实习以外，还应当适当增加寒假实习。可以校企联合，学生直接去工程所在地实习，身临生产第一线，培养多方位的感官认识，突出实践能力锻炼和技术应用能力的培养。
5.教学组织设计（1）发挥教师主导作用的同时，坚持“以学生为本”，践行学思结合，采用启发式、案例式、探究式、设疑式、讨论式、考问式与发现式的新型教学方法[5]。重视批判性与创造思维的训练，激发学生的兴趣，培养学生的创新思维。践行知行统一，将知识实验、科技创新、技能实训、科研实战贯穿于整个实践教育培养过程，培养学生的工程实践能力、科研能力、创新能力、团队组织能力和“献身、求实、创新、协作”的科学精神。例如，讲到我国四川山区铁路建设的主要工程地质问题时，先放一些地质灾害的图片和视频，然后设定一些问题，让学生们结合学到的力学和地质知识，思考与讨论如何应对和解决这些灾害，从而培养学生地质问题综合分析提炼的能力。最后通过讨论各个方案的优缺点和可能出现的新问题，来选择最优方案实施。（2）通过布置具有挑战性和创新性的课后习题或者开放性的课题，让学生分组查找资料、研究、讨论和实践，使学生牢固掌握地质知识和技能，培养学生动手能力、分析能力、思辨能力、合作交流能力、设计开发能力和创新能力，最终找到解决问题的合理方式。
6.外部激励邀请国内外经验丰富的工程师和专家到学校给学生上课。如请著名滑坡专家许强以及有实践经验的总工程师来校上课，既提高了教师的学术水平，也使学生学到了与生产实践密切相关的知识与解决生产实际问题的能力。
7.考核方式及评分标准（1）考核依据。地质工程专业现场教学大纲，实践指导书等是考核的重要依据，同时还要联系学生的出勤、工作表现、鉴定材料、学生提交的实习日志及其他材料和成果。（2）考核方式。应视具体情况采取多种方式进行考核，不搞“一刀切”。学生可以提交实习体会、调研报告、工程分析报告、技术革新建议、科研报告或论文，可以提出产品（广义的）设计、工程规划设计、工程项目实施方案，也可以提供其他物化成果等等。（3）评分等级和标准。采取等级分制和综合评分办法。由双导师或导师小组按优、良、合格、不合格4个等级进行综合评分。学生成绩被评定为“不合格”的，应当“补课”。学生成绩优秀的，应当给予精神鼓励和物质奖励。成绩特别优秀的，研究生可以推免攻博，或者可以根据本人意愿推荐就业。
五、教学实例展示
当课程结束地下洞室这章内容时，以中国高铁国际化为背景，引入跨洲际高铁建设的蓝图。密切联系隧道工程特点，将整个课堂交给学生，让学生构思修建隧道的整个过程和可能遇到的地质问题。例如：白令海峡隧道是一条连接西伯利亚和阿拉斯加的拟建海底隧道，整条隧道长104km，预计这条贯通欧亚美三洲的铁路将在2030年竣工。隧道完成后可以消除在白令海峡航行的危险，同时大大提高人财物运输的效率。首先，教师抛出问题：在修建海底隧道需要考虑哪些内容？接着，学生自行组队，通过5分钟的自由讨论，纷纷阐述己方观点，教师通过在黑板上概括并罗列的形式展示给所有学生。学生在轻松的氛围下思维非常活跃，共总结出如经济效应、设备测量、应急救援等38条考虑的方面。然后，教师通过学生的发言，将其重新分组，具体分组按投资方、设计方、施工方、管理运营方、地方政府以及人民群众进行划分（表1）。教师进一步要求各组学生从黑板上的38条筛选出与自己立场最为密切的内容。完成之后，由每组代表轮流发言，阐述本方应尽的职责及相关措施。在此基础之上，教师将各方联系起来，依据现实情况，分析各方的合作关系、利益关系和法律关系，由点及面，将原本复杂的关系有条不紊地梳理出来。从本次课堂教学，可以总结出课程教改的几点优势。第一，在课本的基础之上，教学内容结合当下最新隧道工程，激发学生的兴趣，引发学生的思考。第二，运用案例教学，形象生动，在学生所学理论知识的基础上，带着具体问题具体分析的科学方法，开拓学生思维，训练学生全面严谨的能力。第三，运用角色扮演法，能够清晰定位，一方面加深了解自己角色的性质和职责，也可以明确认识到其他角色，包括角色之间的紧密关系网。这与培养学生分析、解决工程地质问题的能力和工程实践能力，成为从事轨道交通工程的勘察、设计、管理和技术支持的应用型、复合型工程技术人才的目的是不谋而合的。第四，将复杂的工程先细化，再系统化。工程涉及财务、安全、进度、质量、管理、法律、技术、环境等多方面内容。通过此次课程，在学生与教师之间的讨论之下，对大量的信息进行了完整的归纳与分类，使得学生的记忆更加深刻，也为之后参加工作和参与工程打下扎实的基础。
六、结束语
关键词：后压浆；承载力；水泥浆
Abstract: the post grouting technology is our country the majority of builders after years of exploration and practice, summed up a set of the bored pile with high-pressure grouting pump, through the embedded grouting pipe into the cement slurry, the slurry splitting, filling, compaction, consolidation effect, so as to improve the bearing capacity of pile side friction resistance and end technology. Process, the author introduces the post-grouting technology used in pile foundation engineering Minghe Aqueduct in the construction process and measures of abnormal situation, a comprehensive exposition of the post grouting technology of pile foundation reinforcement mechanism, construction technology and matters of attention, is of great significance for the application and popularization of post grouting technology in other in hydraulic engineering.
Keywords: post pressure grouting; bearing capacity; cement slurry
中图分类号：TU473.1+1文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1、工程概况
1.1基本情况
河渡槽是南水北调中线工程总干渠上的一座大型河渠交叉建筑物，位于河北省永年县城西邓底村与台口村之间的河上，全长930m，其中槽身长829m，渡槽槽身纵向为16跨简支梁结构，单跨长40m。槽身为三槽一联矩形预应力钢筋混凝土结构，共布置17个槽墩，槽墩坐落在承台上，承台下设两排灌注桩，每排7根，桩径1.7m，桩长13.5～54m，单桩设计承载力为1400KN，设计流量为230m3s，加大流量为为260m3s，工程等级为一等，主要建筑物级别为1级。
1.2地质情况
河渡槽地质情况整体为上部覆盖不同厚度的卵石层，卵石层级配不连续，部分卵石含量较大，下部为泥岩、砂岩交错沉积，岩相变化较大，特别是位于渡槽南岸的2~5号槽墩下伏基岩以二叠系砂岩为主，受次级构造和地质条件的影响，部分岩体破碎，强风化底界高程自6.35~51.1米，风化程度差异较大，每个槽墩下伏基岩风化程度的差异也非常明显。
1.3设计情况
鉴于河渡槽工程等级和级别高，工程地质复杂的情况，同时由于桩基穿过卵石、砂岩、泥岩等不同地层，成孔采用了冲击钻钻孔，为确保桩基承载力，采用了后压浆技术。
影响混凝土灌注桩桩基承载力的因素
2.1桩基在钻孔过程中，特别是冲击钻钻孔过程中护壁泥浆或膨润土浆液颗粒吸附于孔壁形成泥皮，阻碍桩身砼与桩周土的粘聚力的发挥，相当于在桩侧涂入一层剂，大大降低了桩侧摩阻力的发挥降低单桩承载力
2.2对于水敏性地层，因长期浸泡而松软，也会降低桩周土体的摩阻力，降低单桩承载力
2.3桩身砼固结后也会发生体积收缩，使桩身砼与孔壁之间产生间隙，减小侧摩阻力，降低单桩承载力。
2.4桩基本身的岩石可能存在软弱夹层、裂隙、破损等不良条件，大大降低桩基承载力。
2.5在成孔过程中，特别是冲击钻冲击成孔过程中，难免会对孔底岩石造成一定的破坏，严重时会在孔底形成碎石层，对桩基的承载力造成不利影响。
2.6无论采用何种成孔工艺或二次清孔工艺，在灌注砼与二次清孔之间肯定有时间间隔，或多或少存在孔底沉渣，孔底沉渣是影响灌注桩尤其端承载力的重要因素之一
2.7在初灌时，混凝土从细长的导管落下，因落差太大造成桩底部位的混凝土离析形成“虚尖”或“干碴石”，影响桩基的承载力。
后压浆技术提高桩基承载力的机理
3.1将水泥浆液压入桩端，可以使得原松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙胶结成一个高强度的结合体；
3.2水泥浆液在压力作用下由桩端在碎石层的孔隙里向四周扩散，对于单桩区域，向四周扩散相当于增加了端部的直径，向下扩散相当于增加了桩长；群桩区域所有的浆液连成一片，使得碎石层成为一个整体，从而大大提高桩端承载力
3.3在压浆过程中，浆液沿着桩身和结合层上返，消除了泥皮，提高了桩侧摩阻力，同时浆液横向渗透到桩侧土层中也起到了加大桩径的作用。
4、后压浆施工工艺流程
灌注桩成孔钢筋笼制作压浆管制作灌注桩清孔压浆管绑扎下钢筋笼灌注桩混凝土后压浆准备疏通灌浆管桩基检测桩基压水试验压浆施工封孔
5、后压浆施工过程
5.1河渡槽灌注桩成孔
采用CZF1500冲击钻钻孔，穿越上层卵石层时采用粘土泥浆护壁，之后其他地层为减少泥皮厚度采用膨润土泥浆护壁，粘度20~25S、相对密度1.2~1.3、PH值8~10，清孔采用气举反循环。
5.2压浆管的制安
考虑桩基在压浆前需做声波检测，故压浆管兼做声测管，在制作钢筋笼的同时制作压浆管，每根桩预埋3根压浆管，采用DN60圆钢管，连接方式采用DN70、内径DN60钢管，长度大于20CM，连接管端头与压浆管外壁满焊，压浆管每隔2M设置一道定位钢筋与钢筋笼主筋连接并焊接牢固，灌浆管预埋端头设置单向灌浆逆止阀，防止在混凝土关注过程中堵塞灌浆管。
5.3压浆管的疏通
在钢筋笼和灌浆管吊装就位后，进行二次清孔，然后灌注桩基混凝土，在混凝土灌注后24―28h内采用高压水将灌浆管冲开，以满足灌浆要求，需要注意的是一定要控制好时间，时间过长混凝土达到一定强度后，灌浆管端头逆止阀将无法打开。
5.4桩基检测
在后压浆前采用超声波对桩基逐根进行检测，以确定桩身的完整性和灌注质量，压浆后采用钻芯进行检测，以检测后压浆的效果。
5.5压浆
5.5.1灌浆设备准备采用一台灌浆泵引出一根主灌浆管，在主灌浆管上设置三通，分别与桩基预埋三根灌浆管相连，采用阀门控制回浆，这样可以保证三根灌浆管同时均匀压浆。
5.5.2压水试验压浆前先通过压浆管进行压水试验，已确认桩底的可灌性和压浆管道的畅通情况，压水逐级加压，最大压力控制在8Mpa，压水时间控制在30min,压水量控制在0.6m3左右。
5.5.3浆液的配制
浆液采用42.5水泥配制净水泥浆，在压浆过程中需要时也可加入适当水玻璃等速凝材料，水灰比分三级，根据灌浆要求浓度有稀变稠，逐级调整，拌制设备为高速搅拌机（转数不小于1000转／min）,搅拌时间不低于2min。
5.5.4压浆
每根桩灌浆分三序进行，每序停顿时间为20-30min,依次灌浆量为总灌浆量的40%、40%、20%循环压入，水灰比依次为1、0.7、0.5，第三序灌浆完成后，关闭阀门40min后，方可拆除阀门。
5.5.5灌浆过程控制
灌浆时要慢速、低压（2-3Mpa）、低流量（30L／min）进行，在灌浆的同时要随时观测桩顶位移和桩周土层变化变化情况，桩基终止灌浆应采取灌浆量和灌浆压力双控，以压浆量控制为主，以压力控制为辅，终止标准一是压浆量达到设计要求量，持荷5min，注入率小于1L／min；二是压浆压力达到设计控制压力，持荷5min，注入率小于1L／min。
6、压浆过程中出现异常和应对措施
6.1灌浆管端部逆止阀打不开
在疏通灌浆管时，如果水压达到设计要求不能打开逆止阀，可与设计沟通适当提高压力，仍不能打开说明逆止阀已经损坏、於堵或者是混凝土强度已经太高，不要强行增加压力，可采取在其他灌浆管中补足压浆数量，如果三根都出现不能打开的情况，只能待混凝土达到龄期后，用地质钻在桩基上打孔，孔底要深入桩底以下50cm。
6.2在灌注过程中出现冒浆
压浆过程中时常会出现水泥浆沿着桩侧或在其他部位冒浆的现象，若水泥浆液是在其他桩或者地面上冒出，说明桩底已经饱和，可以停止压浆；若从本桩侧壁冒浆，压浆量也满足或接近了设计要求，可以停止压浆；若从本桩侧壁冒浆且压浆量较少，可将该压浆管用清水或用压力水冲洗干净，等到第2 天原来压入的水泥浆液终凝固化、堵塞冒浆的毛细孔道时再重新压浆。
6.3在压浆过程中出现单桩压浆量过大
在压浆过程中有时也会出现但单根桩吃浆量很大，但压力上不来的情况，这说明桩底可能存在裂隙、暗河、加沙层等不良地质情况，压入水泥浆沿桩底裂隙等流走，在河压浆时就有一根桩压浆量达到了20t,压力表却显示无压力的情况，出现这种情况可采取将水泥浆调稠、加速凝剂、进行间歇灌浆并适当加大间歇时间、与周边其他灌注桩同时灌注等措施。
7、结语
后压浆技术在公路、铁路等行业应用较早，在水利行业采用的比较少，同时后压浆技术在河渡槽桩基工程中的应用，也是南水北调工程河北段桩基工程的首次使用，采用此技术后桩基经过钻孔检测和静载实验都达到了设计承载力的要求，起到了提高单桩承载力和节约资金的作用，为这一技术在其他水利工程中推广应用有着重要意义和借鉴作用。
参考文献：
【1】.《灌注桩后压浆技术规程》Q/JY14-1999
关键词:水库 导流洞 封堵 设计
中图分类号:TB21 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0061-01
1 工程概况
某水库工程任务以防洪、灌溉为主,结合供水、发电。坝址位于陶寺村上游约50m处,距金华城区35km,距汤溪镇8km,厂址位于坝址下游约500m处。九峰水库由拦河坝、溢洪道、发电引水建筑物、发电厂、升压站等组成。拦河坝型式为混凝土面板堆石坝,最大坝高66.5m,坝顶长380m。溢洪道由进水渠、闸室段、泄槽段组成,布置于右岸,溢流堰顶高程139m,设3孔6m泄洪闸。发电引水建筑物由进水口、引水隧洞、调压井、岔支管等组成,布置在右岸,进水口距右坝头约120m。进水口为竖井式,底高程为100.5m,引水隧洞为圆形有压隧洞,开挖洞径3.7m,混凝土衬后洞径为3.0m。发电厂装机容量为2×3200kW。导流隧洞为6m×7m城门洞型,导流洞进口距坝轴线120m,底高程91m,出口距坝轴线约180m,底高程86.5m,直线穿越右岸山体,洞身长338m,进口段明渠长34m,出口段明渠长76m。
2 导流洞地质条件
洞身围岩为侏罗系上统西山头组第四段(J3x4)流纹质晶屑熔结凝灰岩,浅灰紫～黄绿色,风化后呈灰黄～灰白色,块状构造,新鲜岩石致密、坚硬。山坡覆盖第四系坡积(el—dlQ4)粉质粘土夹碎块石层,厚1m～4m,主要分布于出口的山坡。出口地段河谷分布第四系全新统冲洪积(al-plQ4)砂砾卵石层,厚2.0m～7.0m,砾石呈次滚圆状,粒径以2cm～15cm为主,表部见薄层中细砂,主要分布于进出口高程以下的漫滩。隧洞沿线无区域性断裂通过,主要节理发育有3组:N25°W,SW＜80°;N55°E,NW＜15°和N45°E,SE＜24°。节理以闭合为主,表部局部张开,延伸长。
3 下闸封堵设计流量
水库P=20％、10％时的月平均流量如下(见表1)。
封堵设计流量按8月份P=20％时的月平均流量5.4m3/s考虑。九峰水库导流洞从2003年底开工,于2004年5月份完工验收通过,按设计要求导流洞上、下游均已清理疏通,具备过流条件。水库枢纽土建工程于2003年10月份招标,后由于移民政策处理难度较大,一直到2004年底大坝才进行基坑开挖。施工期间由于坝区移民工作难度大,拦河坝在2005年至2006年6月期间施工进度受到影响。2006年6月复工,并在2006年10月中旬河床截流,在2007年、2008年、2009年施工期间通过导流洞实现了安全度汛,在2010年8月下旬下闸封堵。
4 封堵设计
根据施工总进度计划,本工程下闸蓄水选择在2010年8月底进行,下闸封堵设计流量为5.4m3/s(8月份P=20％时的月平均流量)。封堵分为临时封堵和永久封堵。其中临时封堵段采用“导流洞埋设钢管拍门”(以下简称拍门)方式封堵。临时封堵段位于导流隧洞的进口段(桩号导0-013～0-007m),其长度为6m。临时封堵段导流采用在导流洞中心埋设钢管(圆管,直径为2·0m)导流,对导流洞进口段(桩号导0-013～0-007m)进行突击封堵,在完成进口段临时封堵混凝土后,再采用“拍门”对临时导流钢管进行截流及混凝土回填,然后在导流洞进口段顶拱上部120°范围内进行回填灌浆。
根据所在市地区水文分析,8月份月平均流量约5.4m3/s,在非汛期4月份初,根据天气情况统计分析,一般情况下导流洞过流水深约30cm～50cm,过流面积约1.8m2～3.0m2。在临时导流期间,控制涌高水位不超过钢管管顶(经水力计算分析,其过流能力约为7.5m3/s),钢管过流面积不小于现有过水断面积;拟采用的钢管直径为2.0m(断面积为3.14m2),长度为8.5m。导流钢管由专业生产厂家生产安装,运至施工现场,节间通过手工电弧焊焊接。临时封堵段设计按121m水位考虑(按8月份P=20％时的月平均流量5.4m3/s,考虑30d的蓄水量),设计水头为30m。在临时封堵段施工期间,加强关注天气预报,选连续晴天突击施工。
永久封堵段布置在导流隧洞桩号导0+073.5～0+083.5m段。永久封堵段设计按校核洪水位147.78m水位考虑,设计水头为56.8m。在完成进口段混凝土封堵后,再对永久封堵段(桩号导0+073.5～0+083.5m)进行封堵施工。永久封堵段(桩号导0+073.5～0+083.5m)全断面回填C20混凝土,在顶拱上部120°范围内进行回填灌浆(如图1)。
(1)封堵体设计。
导流洞封堵分为临时封堵和永久封堵。临时封堵段位于导流隧洞的进口段(桩号导0-013～0-007m);永久封堵段布置在导流隧洞桩号导0+073.5～0+083.5m段。经计算,临时封堵段Lmin=1.45m,临时封堵段长度采用6m,布置在导流隧洞进口段(桩号导0-013～0-007m)。经计算,永久封堵段Lmin=2.9m,永久封堵段长度采用10m,布置在导流隧洞桩号导0+073.5～0+083.5m段。临时封堵段和永久封堵段均在顶拱上部120°范围内进行回填灌浆,回填灌浆采用预埋回填灌浆管。回填灌浆待混凝土强度达70％后进行,灌浆压力0.3MPa,灌浆采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
(2)放水管设计。
由于导流洞封堵蓄水后,在封堵初期将使下游河道产生断流,严重影响下游河道两岸的生活用水及下游河道的生态用水。经综合分析,采取在导流洞封堵体内埋设1根放水钢管(圆管,直径50cm)来进行放水,不使河道断流;并分别在导流洞桩号导0-006m、导0+084.5m安装蝶阀来进行控制。
参考文献
目录 Ⅲ
1 绪论 1
1.1课题的背景以及研究意义 1
1.1.1课题的背景 1
1.1.2 研究意义 2
1.2研究现状综述 3
1.2.1相似材料模型试验发展现状 3
1.2.2 盾构空洞的研究状 3
1.3本文的研究内容和方法 4
1.3.1 本文的研究内容 4
1.3.2 本文的研究方法 4
2 模型试验的基本理论及相似比的确定 5
2.1 引言 5
2.2 模型试验的相似理论 5
2.3 模型试验相似比的确定 6
2.3.1 几何相似比的确定 6
2.3.2 重度相似比的确定 6
2.3.3 试验方案 6
3 模拟试验 13
3.1第一次试验 13
3.2第二次试验 14
3.3第三次试验 16
4 结论与展望 18
4.1 结论 18
4.2 展望 18
致谢 19
参考文献 20
1 绪论
1.1课题的背景以及研究意义
1.1.1 课题的背景
随着中国经济的高速发展和城市化水平的快速提高,正在形成的城市人口超饱和、建筑空间拥挤、城市绿化减少、交通严重阻塞的“城市综合症”已成为我国城市发展的突出矛盾，严重制约着城市的可持续发展。为解决这一社会矛盾，地铁轨道交通是城市绿色交通工具，具有安全、正点、舒适、快捷、大容量、低成本的特点，各城市纷纷发展地铁工程建设，缓解城市交通压力。目前北京、香港、台北、天津、上海、广州等城市的地铁已投入运行，杭州、深圳、沈阳、南京、重庆、武汉和青岛等城市正在积极兴建或计划兴建地铁。
然而，经国内外实践表明，盾构法施工多少都会扰动地层而引起地表的沉降。即使采用目前先进的(包括同步壁后注浆在内)密闭盾构技术，要完全消除地面沉降也是不太可能的。根据国内外相关研究成果，盾构法施工造成地表沉降的主要原因是施工中产生的地层损失引起的地层移动。盾构法施丁中引起地层移动的因素有[1-3]：(1)开挖面土体的移动。盾构掘进时，开挖面处刀盘切削土体，开挖面土体的松动和坍塌，破坏了原来地层应力平衡状态，导致地层沉降或隆起。(2)盾构法施工中盾构后退，使开挖面塌落和松动引起地层损失而产生地表沉降。采用降水疏干措施时，土体有效应力增加，再次引起土体固结变形。(3)土体挤入盾尾空隙。主要原因是因压浆不当，使盾尾后部隧道周边土体向盾尾坍塌产生地层损失，引起地层沉降。(4)盾尾注浆。注浆压力一般大于隧道上覆土压力，使注浆区域周围土体向远离隧道的方向移动，从而抵消上部土体的部分沉降，当注浆压力较大时也可能引起盾构上方土层的隆起。(5)盾构推进方向的改变、纠偏、仰头推进、曲线推进都会使实际开挖面形状大于设计开挖面而引起地层损失。(6)盾构与土体间摩擦引起的土体挤压“剪切”效应，引起地层损失。(7)土体受施工扰动的固结作用。次固结沉降往往要持续几年，在软土中它所占沉降量的比重高达35％以上。(8)随盾构推进而移动的正面障碍物，使地层在盾构通过后产生空隙而又未能及时注浆。(9)在水、土压力的作用下隧道衬砌产生变形，会引起小量的地层损失。(l0)盾构壳半径小于刀盘半径，使得盾构机向前推进过程中，盾构壳周围有间隙，周闱土体向空隙处移动，导致地面沉降。(11)作用于盾构的外力(千斤顶荷载)变化。(12)因盾构操作引起的过量取土。(13)因地下水位变化引起孔隙水压力变化，而导致的长期固结沉降。
由此带来的环境灾害问题主要包括:(1)引起地表建(构)筑物的变形、开裂，甚至倒塌、破坏，造成人员伤亡和财产的巨大损失。(2)地下开挖导致地表的变形不仅仅是沉降，还同时作用有水平拉压应变。对于以受压为主的基础，有时会因拉应变作用产生破坏。(3)引起路面开裂、沉陷，造成道路平整度不够，影响行车安全和舒适，甚至对路面造成损坏，诱发交通事故。(4)引起地下构筑物的变形、开裂及破坏，影响其正常运营和使用。(5)引起地下各种管线的变形、开裂或断裂，造成煤气泄漏、水管爆裂、电缆断裂而停电、光缆断裂而中断通信等等。(6)地下施工通过既有桥梁、房屋等设施时，导致其桩基础沉降，或者产生对桩的负摩擦力，使之承载能力降低，甚至丧失承载能力。(7)特定的建筑地基具有特定的承载能力，地下施工对周边地基土的扰动，会减少地基承载能力。(8)影响精密仪器设备的正常使用。
相对而言，国内外对引起地层沉降的衬砌背后空洞研究得较少[4]。但由于多方面原因,隧道衬砌背后空洞是一个比较严重的问题,容易被忽视。根据我国广东梅汕铁路公司对103座隧道的无损检测，测线长34.4km。其中衬砌背后存在空洞长度占测线总长的7. 8 %[5] 。通过地质雷达检测发现，隧道衬砌拱顶、拱腰、边墙等区域10 %～50 %存在不同程度的空洞。而且,空洞的出现往往使裂缝产生甚至失稳[6]，这对在役的隧道的正常运营有极大的影响和威胁。
1.1.2 研究意义
本课题主要是对盾构空洞引起地层移动研究的模型实验，直观地反映了盾构空洞对地层移动的影响。通过空洞的变形过程、地层的沉降情况以及对地表建筑物的破坏，其中主要对建筑物的倾角、地层的沉降宽度以及空洞的大小与地层的沉降量进行了具体的对比和分析，从而发现一些新的现象和规律，为建立新的计算分析模型和预防措施的制定提供重要的依据。这对于浙江省以及我国隧道工程建设和可持续发展都具有重要意义。
1.2研究现状综述
1.2.1 相似材料模型试验发展现状
地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法，主要用来研究各种建筑物及其地基、高边坡及地下洞室等结构在外荷载作用下的变形形态、稳定安全度和破坏机理等。根据它们的特点可分为：（1）按模拟范围大小，分为地壳构造机理模型和工程地质力学模型；（2）按维数，分为二维和三维模型，二维模型中又可分为平面应力和平面应变问题；（3）按制模方式，分为大块体和小块体，或现筑式和预制式模型；（4）按试验性质，分为应力模型、强度破坏模型和稳定模型这些模型可定性或定量地反映天然岩体受力特性和与之相联系建筑物的相互影响，可与数学模型相互验证。尤其重要的是它可以比较全面真实地模拟复杂的地质构造，发现一些新的力学现象和规律，为建立新的理论和数学模型提供依据与数值方法相比，它们比较直观，可以在一个模型中模拟较多地质构造和较复杂的建筑物，而避开了数学和力学上的困难，将模型加载到完全破坏。从上世纪初，西欧一些国家就开始进行结构模型试验，并逐渐建立了相似理论。上世纪60年代，以E.Fumagalli为首的专家在意大利结构模型 试验所开创了工程地质力学模型试验技术，试验研究范围从弹性到塑性直至最终破坏阶段[7]。随后，葡萄牙、前苏联、法国、德国、英国和日本等国也开展了这方面的研究。在国内，从上世纪70年代开始，长江科学院、中科院武汉岩土力学所、清华大学、河海大学、中国水利水电科学研究院、华北水利水电学院、武汉水利电力大学等单位，结合大型水利工程中坝基或坝肩稳定问题，隧道围岩稳定性问题先后开始试验，如葛洲坝、龙羊峡、三峡、铜街子等工程出现的抗滑稳定问题进行了大量的试验工作，取得了一大批研究成果[8]。
1.2.2 盾构空洞的研究现状
目前处理盾构空洞的方法主要是盾构同步注浆。它是通过同步注浆系统及盾尾的注浆管，在盾构向前推进、尾盾脱离、空隙形成的同时进行的注浆工作。注浆在盾尾空隙形成的瞬时及时填充，以保证围岩同支护管片结合的紧密性，从而使周同岩体及时得到支撑，可以防止土体的坍塌，控制地表的沉降[12]。从国内外公开发表的文献来看，目前尚没有切实可靠的检测手段。就如像当前的上海地铁隧道施工中，仅仅依靠施工中的控制手段但是在注浆过程中难免存有大量空洞，人们对于它的认识也仅限于定性分析,缺乏对病害形成过程及机理进行深入分析和量化研究。
隧道工程中空洞病害几何形状一般不规则,病害分类与量化方法利用空洞的长、宽、深三维几何尺度表征三维模型空洞的几何特征;对于二维模型,可忽略空洞沿洞向长度的影响,仅用空洞的宽度和深度表征病害的几何特征,利用平面应变的方法模拟衬砌背后空洞对衬砌和围岩相互作用的影响[13]。
在通常的隧道结构中, 空洞的大小是非常不规则的, 而且其中的应力分布也是非常复杂的问题, 其不仅与隧道的结构设计尺寸、开挖方法、支护施作时间、辅助施工措施等因素有关, 而且还与隧道的工程地质条件、隧道埋深等因素密切相关。
1.3本文的研究内容和方法
1.3.1 本文的研究内容
在相似材料配比研究方面,相似材料骨料由细沙（黄沙、黑沙、红沙）、水组成，隔水材料主要是机油，装水的袋子是封口袋（具有良好的密封性）。采用在衬砌（管片）顶部放置不同装水量和不同角度的水袋，来模拟同一位置不同状态的盾构空洞对地层移动的影响。
通过模型试验研究在空洞逐渐缩小的条件下，地层的沉降情况和规律，了解沉降槽的形成过程、地表建筑物的破坏情况。
1.3.2 本文的研究方法
本文将按照模型试验的相似原理选用合理的模型材料，使其基本与自然状态下相似，以满足试验的要求和客观性。
根据以往的经验拟采用的相似骨料为细沙、水，隔水材料为机油，装水用封口袋。
模型试验方面根据所提供的现场场地条件，并加快试验的速度，拟采用现制的方法制作整体模型。
2.模型试验的基本理论及相似比的确定
2.1 引言
自然界一切物质体系中，有各种不同的变化过程。几个物理现象相似，是指几个物理体系的形态和某种变化过程的相似。通过对一种现象的研究去了解与其变化的数学规律相同而物理性质不同的另一种现象，称为“模拟”。通过试验与理论研究，人们已经发现某些物理现象中各物理量之间的函数关系，即物理定律。但对另外一些物理现象，目前无法找到各物理量之间的函数关系。对于后一种现象的模拟要用量纲分析方法。对已找出物理定律的物理现象，则应在模型上重现这个物理定律[9]。
模型试验的主要步骤为:相似条件的确定、模型材料的选择、模型制作、量测及成果分析。
2.2 模型试验的相似理论
本次试验按弹性阶段相似的原则进行，具体的相似关系按相似理论进行推导。
相似理论由三个相似定理构成核心内容。
相似第一定理（又称相似正定理）是由别尔特朗确定的，表述为“彼此相似的现象，单值条件相同，其相似判据的数值也相同”。由此，可以用相似判据把相似现象中对应的物理量互相联系起来，便于将试验结果正确转换到与其相似的原型上。
相似第二定理（又称π定理）是俄国人费吉尔曼和美国人布海金提出来的内容为“当一现象有n个物理量的函数关系来表示，且这些物理量中含m种基本量纲时，则能得到（n-m）个相似判据”。可以用下述函数关系描述：
一般物理方程f(x1，x2，x3，…，xn)=0
按照相似第二定理，可改写成：
这样把物理方程转化为判据方程，而不必利用相似指标导出相似判据，使问题得以简化。
相似第三定理（又称相似逆定理）是原苏联人基尔皮契夫[10]提出的，其内容是“凡具有同一特性的现象，当单值条件（系统的几何性质、介质的物理性质、起始条件和边界条件等）彼此相似，且由单值条件的物理量所组成的相似判据在数值上相等，则这些现象必定相似” [11]。
相似第一定理和相似第二定理是判别相似现象的一个很重要的法则，这两个定理确定了相似现象的基本性质。但它们都是在假定现象相似的基础上导出的，未给出相似现象的充分条件，所以还不是判别全部相似性的法则。而相似第三定理则确定了现象成为相似的必要的和充分的条件。
如何获取相似判据，可以采用两种方法。当能够得到正确的描述物理现象的方程式时，不论该方程式本身是否有解，对其进行相似常数的转换，可以推导出相似判据，并且该判据常常比较明显地表示一定的物理意义。这种方法称之为用分析方程法求相似判据。
有时当问题过于复杂、且无法用分析的方法建立方程式时，就无法用分析方程法求相似判据，这时量纲分析法成为相似判据的唯一方法。该方法是根据方程式量纲原理进行的，并不要求建立所描述物理现象的物理方程式，只要求确定哪些物理量参加所研究的现象，以及明确量测这些量的单位系统的量纲。但是，量纲分析不能控制无量纲两，不能考虑单值条件，不能区别量纲相同、但在关系方程式中有着不同物理意义的量。
2.3 模型试验相似比的确定
2.3.1 几何相似比的确定
工程原型是盾构机挖掘的地铁隧道，隧道埋深约为6m，管片直径为6m。采用试验室现有模型箱完成实验，圆筒筒顶离模拟试验的地表层距离约为30cm，管片模拟桶尺寸为30cm，因此几何相似比为20。
2.3.2 重度相似比的确定
本次模型试验的重度相似比为1。
2.3.3 试验方案
(1)模型箱结构与尺寸
图1 模型箱正面
图2 模型箱侧面
本次模型试验的模型箱结构见图1和图2。模型箱的长为1m，宽为0.5m，高为1.4m，试验 圆筒筒径的净空尺寸为30cm。在使用前，需要在模型箱的各个接边处用玻璃胶进行再次密封，以防止在试验过程中漏水。在模型箱的四周用槽钢进行加固，以防止在试验中由于土压力过大，使模型破裂，保证整体模型的稳定性。在圆筒的适当位置用转孔机打上恰当数量和恰当位置的孔（见图3），便于在试验过程中放水。
图3 孔洞
(2)试验的相关材料
图4为本次模拟试验使用的填埋材料黄沙，一共使用了18袋。 图5为本次模拟试验使用的彩沙，目的是能够更清楚地观察地层的移动。图6为本次模拟试验的捣棒，一般来说每填埋3袋黄沙需捣50下。图7为本次模拟试验使用的封口袋，长为32cm，宽为22cm，密封性良好。除了上述外，还有彩色笔、机油、油漆刷、细线、剪刀、烧杯、三角尺、纸板、钻孔机、碧丽珠等。
图4 黄沙
图5 黑沙、红沙
图6 捣棒
图7 封口袋
(3)模型结构
该次模拟试验共3次，除了水袋的摆放角度和用量方面有所不同外，其余各类条件均相同。
第一次试验：使用了两只密封袋，每只密封袋装水量均为2500ml，共5000ml。水袋布置的角度约为60度，先前测量的水袋约高5.4cm，即图8。只在地表层上方铺设了一层黑沙和一层红沙，见图9。
图8 第一次试验
图9 第一次试验的彩沙铺设
第二次试验：第二次使用了三只水袋，每只水袋的盛水量为1667ml，加起来约为5000ml和第一次试验相同。但是水袋的布置角度不同，第一次试验是短边靠于壁处，布置的角度约为60度；第二次试验是长边靠于壁处，布置的角度约为80度，先前测量的水袋约高3.5cm，即图10。在水袋上方每隔4cm，分别铺设了一层红沙和黑沙，同时在地层表面铺设了一层黑沙，见图11。
图10 第二次试验
图11 第二次试验彩沙的铺设
第三次试验：：第三次使用了两只水袋，每只装水量为1250ml，一共是2500ml，是第一次和第二次试验的装水量的一半。但水袋的布置角度为60度，和第一次试验的角度相同，先前测量的水袋约高2.6cm，即图12。在水袋上方每隔4.5cm，分别铺设了一层红沙和黑沙，同时在地层表面铺设了一层红沙，见图13.
图12 第三次试验
图13 第三次试验的彩沙铺设
(1)试验过程
先将整体模型制作完毕，后在圆筒正上方同一位置放置水袋，再在水袋的上方的适当位置和表层铺上红沙和黑沙。当沙填满到指定的高度，试验的准备工作基本完成。用牙签扎破水袋进行放水，在此过程中，由于放水过程比较缓慢，能够清晰地观察到地层随着水袋的缩小而移动，直到水袋里的水放完为止。分次进行三组不同水袋的试验，分别观察和记录现象及相关的数据，并将三次试验进行对比，得出结论。
3.模拟试验
3.1第一次试验
如图14是第一次试验开始前的情况。
图14
如图15和16是第一次试验结束后的情况。
图15
图16
试验表明：地表出现明显的沉降槽，模拟建筑物的纸板已经的倾斜角达30度。地表沉降槽最深沉降为4cm，波及到的地表沉降槽宽度约为17cm。
发现的问题：(1)在试验过程中，由于捣得太实，沙和整体模型的壁的摩擦太大，使试验在进行过程中的变化不是很均匀，很明显。(2)在铺设彩沙之后，没有用三角尺为其整平，这就无法很好的反映空洞对地层地表的影响。
3.2第二次试验
对第一次试验的优化：(1)用碧丽珠对整体模型的壁进行打磨，并且减少捣沙的次数，以减小沙和壁的摩擦力。（2）第一次试验只在地表铺设彩沙，第二次试验还在水袋上方铺设了两层，并且对每一层都进行了整平。
如图17是第二次试验开始前的情况。
图17
如图18和19是第二次试验结束后的情况。
图18
图19
试验表明：地表出现明显的沉降槽，模拟建筑物的纸板的倾斜角达20度。地表沉降槽最深沉降为3.3cm，波及到的地表沉降槽宽度约为31cm。通过测量得出上方的黑层的沉降量为3.2cm,波及到该层的宽度为24cm；下方的红层的沉降量为3.2cm，波及到该层的宽度为22cm。纵观两彩沙层可以得出地层的最大沉降量在各层基本相同，但波及地层的宽度是从空洞到地表逐渐扩大，呈中间宽两边小的台阶形向上延伸。
发现的问题：水袋由于封口袋自身的原因导致最两侧的边缘部分向上翘起，这就使少部分水无法排出去，且由于向上翘起对沉降波及各地层的规律性产生一定影响。
3.3第三次试验
对第二次试验的优化：埋土时将封口袋的最两侧向上翘起部分尽量紧贴圆筒。
如图20是第三次试验开始前的情况。
图20
如图21是第三次试验结束后的情况。
图21
试验表明：地表出现明显的沉降槽，但相对第一次和第二次试验要小很多。模拟建筑物的纸板的倾斜角达10度。地表沉降槽最深沉降为2.5cm，波及到的地表沉降槽宽度约为22cm。通过测量得出上方的黑层的沉降量为2.5cm,波及到该层的宽度为17.5cm；下方的红层的沉降量为2.5cm，波及到该层的宽度为17cm。纵观两彩沙层可以得出地层的最大沉降量在各层仍基本相同，波及地层的宽度是仍从空洞到地表逐渐扩大。由于对最两侧向上翘起边的处理，较第二次的台阶式延伸，第三次试验更接近曲线进行延伸。
4.结论与展望
4.1结论
(1)本次试验的整体模型长1米，高1.4米，宽0.5米，是理想的试验模型。
(2)试验使用了黄沙作为围岩材料，水和封口袋的组合作为盾构空洞，机油作为隔水材料。恰当的相似材料配制，使得试验更接近于现实工程中的隧道。
(3)通过三次试验对比可以得出：当水袋水量相同布置角度不同时，布置角度越大，地表沉降槽的最大沉降越小，波及到地表的沉降槽的宽度范围越大，对地表建筑物的影响则越小；当水袋水量不同布置角度相同时，水袋水量越大，地表沉降槽的最大沉降越大，波及到地表的沉降槽的宽度范围越小，对地表建筑物的影响则越大。并且地层的各层间的沉降量基本保持相同，波及地层的宽度是从空洞到地表逐渐扩大，且接近于曲线进行延伸。
4.2展望
(1)在隧道空洞检测方面，由于条件原因，检测内容也比较单一，不能更全面的掌握各方面的规律，在以后的试验中有待加强检测空洞的能力。
(2)此次模型试验对空洞的研究只是在筒的正上方，可以在不同的位置设置不同状态的空洞，来研究它们对地层移动的不同影响。
(3)在装水袋的过程中难免会有不同体积的空气进入水袋，这对试验的准确性造成一定的误差，在以后的试验中，应尽量将水袋中的空气排尽。
致 谢
本文是在导师杨建辉教授的悉心指导下完成的，从论文的选题、开题和脱稿都离不开老师的心血。虽然仅短短的几个月，但老师在学业上给予我巨大的帮助。衷心感谢老师在这几个月与我一起在实验室同甘共苦。
感谢与我一起做试验的低年级同学们的帮助与支持。
最后，感谢所有关心、支持和帮助过我的人。
参考文献
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[11] 张强勇,李术才,焦玉勇.岩体数值分析方法与地质力学模型试验原理及工程应用[M].北京:中国水利水电出版社,2005
一、进行中德应用型大学课程设置比较分析的背景
目前，中国大学在课程设置方面确实存在一些不容忽视的问题，其中较为突出的表现是：各大学人才培养方案雷同，无论是“985”大学或“211”大学，还是应用型大学的同一本科专业，其课程设置的种类及其结构大同小异，仅有“量”的不同，少有“质”差异，客观上导致了高等工程教育的“同质化”倾向。社会上普遍存在重点企事业单位和高薪岗位的人才招聘优先选择重点高校毕业生这一不争的事实，也从一个侧面反映出包括应用型大学在内的绝大多数中国地方高校的人才培养特色并没有真正形成，应用型本科教育尚没有很好地回应中国工业化进程对高级工程技术人才多规格、多类型和多层次的需求，中国应用型本科教育尚未具备不可替代性的特征，其教育改革与创新任重而道远。
中国应用型本科教育要进行实质性的改革与创新，必须在遵循高等工程教育规律的前提下，首先从改革专业人才培养方案与优化课程设置入手，搞好应用型本科教育的顶层设计。因为教育教学设计与实施的质量最终决定人才培养质量与特色，正如产品功能与质量的差异首先是产品设计的差异，同样的设计即使在不同的厂家也不会生产出功能迥异的产品。
德国应用科学大学在课程设置与教学计划制订方面具有重视基础理论教学、突出专业教育、拓宽专业口径、强化实践能力培养、注重校企合作教育等鲜明特色，完全不同于传统大学。它所培养的应用型人才得到社会，特别是中小企业的高度认可，成为推动德国现代工业发展不可缺少的重要力量。深入研究德国应用科学大学教学计划案例，进行中德课程设置比较分析，可为我们优化人才培养方案，深化教育教学改革提供有益的思路和经验。
二、近期德国应用科学大学教育教学改革的主要进展
德国自1999年启动“博洛尼亚进程”以来，其应用型高等教育发生了一系列重要变革，其核心是原先德国应用科学大学独有的“硕士”（Diploma FH）制度向全欧洲统一的、可比较的学士/硕士两级学位制度转变①，由此引发了学制、学分规定，课程设置思路、形式与“标准”等方面的改变。了解并把握这些变化，对客观进行中德应用型大学课程设置比较，准确理解两者课程设置的差异是十分必要的。
1.学士学位教育学制缩短
20世纪90年代末之前，德国应用科学大学实施自身独有的“文凭工程师”教育，其学制与中国本科教育的学制相同，均为4年。近年来，在推进“博洛尼亚进程”中，德国应用科学大学的学位制度向欧洲统一的学士/硕士体制转变。在新学位体制中，德国各州对学士、硕士的学习时间做出了统一的框架性规定，其中，学士学位课程学习时间为6-8个学期，多数德国应用科学大学为保持原有教育质量与特色，同时增强对生源的吸引力，将学士学位教育学制调整为6-7个学期（3-3.5学年）。学制缩短后，绝大多数学校并没有降低基础理论和专业理论教学要求，理论教学安排变动不大，但集中实践教学时间有相应的缩减。
2.普遍实行欧洲“学分制”
德国应用科学大学目前实行的是“欧洲学分积累与转算制度（European Credit and Accumulation System，简称欧洲学分制）”。欧洲学分制对“学分”有明确的定义，1个欧洲学分相当于学生25－30小时的学习时间，通常将60学分作为学生一学年正常的学习负担量，也就是说学生1学年的学习负担量为1500-1800小时。学习负担量包括学生为完成教学计划规定的教学活动（包括上课、自学、作业、实践和考试等）所投入的精力和时间。
欧洲学分制规定：学生要取得学士学位需要完成180——240个学分。
欧洲学分是建立在学生为了获得预期的学习结果需要的学习负荷量基础上的，是对学生学习强度的量化，更贴近学分制的本质。
德国应用科学大学是以教学计划中的教学课时来计算学分的，但对教学课时与学分的对应关系没有量化规定。通常课程学分与一个学期每周安排的教学课时相对应，例如某课程安排在一个学期中完成，每周计划2学时，学生修完此课程可获得2学分。德国应用科学大学一个学期一般设置有15——18个左右教学周，因此，1个德国学分通常与15——18计划课时相对应，这与我国多数大学用计划课时折算学分的惯例（16左右计划课时折算1学分）差别不大。多数德国应用科学大学每周安排30小时上课时间，学生每学期可获得30学分，符合欧洲学分制相关规定。然而，也有例外，部分学校考虑到学生在实践课程学习中需要投入更多的精力，往往赋予实验课程更高的学分②。
我国没有统一的学分制度，对学分的概念也没有权威性界定，对学分制的理解和规定因校而异，实际上实行完全学分制的应用型大学并不多。
3.课程设置“模块化”
近年来，德国应用科学大学的专业培养计划普遍采用了“模块化”的课程设置形式。课程“模块化”设置是指在制定专业培养计划时将与同一主题相关联的若干门课程组成一个相对独立的教学单元。一个课程模块可以由讲授、讨论、练习、实验等不同教学形式的课程组成，如汉诺威应用科学大学机械制造专业的“电工技术”课程模块包含电工技术讲座、电工技术练习和电工技术实验三门课程，时间跨度为两学期（注：德国应用科学大学同一课程模块中的课程安排的最大时间跨度一般不超过两学期），学分分别为4、2、2，总计8个学分③。在培养计划中，首先要列出课程模块，然后列出每个模块包含的具体课程。各专业培养计划对每个课程模块的学习范围和内容都有详尽说明。 按照德国学分制度的有关规定，学生只有在达到一个模块中所有课程及格以上要求时，才能获得该课程模块的相应学分。
“模块化”课程设置是当今德国应用型高等教育改革与发展的重要动向之一，对提高教学质量和效率有明显的促进作用。一方面，“模块化”课程设置使专业人才培养目标与规格在专业培养计划中得到切实落实—德国应用科学大学设置的每一课程模块都有明确的教学目标和要求，其教学内容必须保证与专业总体培养目标有紧密的联系，与学生将来从事的实际工作内容紧密结合，否则不能开设，有效增强了课程开设的针对性，避免了盲目性和随意性；另一方面，“模块化”课程设置改变了以单门课程为单元的教学内容组织形式，有效地整合了课程，实现了相关课程的有机衔接，实现了教学过程的模块化，保证了学生知识学习、技能与能力培养的系统性与连贯性，专业培养计划变得更清晰。甚至有德国学者认为，“模块化”课程设置实现了专业培养计划的现代化④。
4.专业认证与德国新课程结构
德国各州文教部长联席会议（KMK）是德国全国性机构，所提出的建议和意见对德国应用科学大学具有指导性，甚至具有规范性。德国各州文教部长联席会议规定，各大学新设立的学位课程必须通过专业认证机构的认证。德国工科专业的权威认证机构是“德国工程教育认证协会（ASIIN）”。该协会制定的“专业课程指南”，具体规范了新学位课程的专业要求，细化了各类课程（自然科学基础、工程科学基础、专业课程、通识课程、专业实习、学士论文等）的组成、学分和所占总学分的比例，是德国应用科学大学专业确定课程结构、设置课程和通过专业认证的依据。本文在进行中德应用型大学机械制造专业本科课程结构对比时，就选用了“德国工程教育认证协会机械制造专业委员会”制定的侧重应用型学士学位课程设置指南。相对德国而言，我国大学专业认证工作处于试点阶段，涉及学校和专业很少。虽然教育部建立的各“学科教学指导委员会”普遍制定了指导性专业培养方案，甚至制定了专业规范，对大学课程设置起到了一定的指导和规范作用，但由于缺少教育管理部门的明确授权，导致“教指委”制定的“方案”和“规范”并没有真正成为各大学设置课程、制定培养方案的依据，在一些大学确实存在课程设置依据不足和论证不充分的问题。
三、中德应用型大学课程设置比较
1.土木工程专业培养计划课程设置比较
案例：比较案例来自德国奥登堡/东弗里斯兰/威廉港应用科学大学土木工程专业2003年教学计划⑤（以下简称德国“计划”）和中国C学院土木工程专业2006版人才培养方案（以下简称中国“方案”）。两者课程设置及教学安排详见表1。
学制、理论教学与实践教学总体安排：两专业均为4年制8学期。德国“计划”将理论教学相对集中安排在1—4学期、6—7学期中，每学期均设置有18个教学周，每周安排30课时左右上课时间，总计理论教学时间为2988学时；实践教学集中安排在第5学期和第8学期。中国“方案”的理论教学分布在1—7学期中，总计理论教学时间为2909学时；设置有40周集中实践教学环节，分散安排在各学期中。从总体安排上看，中德理论和实践教学时间安排相当，没有明显差异。
课程结构：理论教学课程分自然科学基础、学科专业基础、专业课程、英语与社科及其他课程、选修课程等五类课程进行对比。
——自然科学基础课程包括数学、物理、化学与建筑材料、计算机基础等课程。德国“计划”中，该类课程合计为648学时，占总课时22％；中国“方案”中，该类课程合计为712学时，占总课时24％。两者自然科学基础教育分量相当，只是德国化学课程安排的学时多，而中国物理课程学时较多。
——学科专业基础课程包括画法几何及制图、建筑结构与构造、大地测量与勘测、力学、土力学与基础、流体力学、工程地质等课程。德国“计划”中，该类课程合计为900学时，占总课时30％；中国“方案”中，该类课程合计为820学时，占总课时28％。两者无明显差别。
——专业技术课程包括钢筋混凝土、钢结构、道路工程、水利工程、桥梁工程、工程结构检测和项目管理与预算等课程。德国“计划”中，该类课程合计为1296学时，占总课时43％；中国“方案”中，该类课程合计为443学时，占总课时15％。从中可看出，中国专业教育明显少于德国。
另外，从表1中可明显看出，中国的英语、社科及其他课程和选修课程设置远多于德国。
课程专业口径：中国专业课教学内容主要集中在房屋建筑领域，而德国专业课程内容除房屋建筑外，还设置大量道路工程、轨道工程、桥梁工程和水利工程等课程，专业口径明显比中国要宽。
另外，在德国“计划”中，项目管理与预算课程为180学时，而中国仅有60学时，显而易见，德国更重视学生经济及管理方面的教育培养。
2.中德应用型大学机械制造专业本科课程结构对比
案例：比较案例来自“德国工程教育认证协会机械制造专业委员会”制定的侧重应用型机械制造专业学士学位课程设置指南（以下简称德国“指南”）⑥ 和中国C学院机械制造专业本科专业2006版人才培养方案（以下简称中国“方案”）。两者课程设置见表2。
总学分及学制：德国“指南”规定，侧重应用型的机械制造专业的总学分为180学分，按德国学分制规定，学生一年正常学习负担量为60学分，以此推算德国“指南”为3年制学士学位课程设置框架；中国“方案”规定总学分为210学分，学制为4年。由于两者学制有明显差异，因此，两者在具体课程设置和教学时间安排方面不具可比性，但进行课程结构对比仍然具有重要参考价值。
课程设置结构比较：为对比方便，本文以德国“指南”的课程分类为基础，将课程分为自然科学基础、通识教育、专业学科基础、专业课程、学位论文（毕业设计）、专业实习和其他实践教学环节等七类课程进行对比。
——自然科学基础课程包括数学、物理、信息科学、化学等课程。德国 “指南”规定该类课程设置应大于25学分，占总学分比例大于14％；中国“方案”中，该类课程30学分，占总学分比例14％。表明中德对自然科学基础教育同样重视。
——通识课程包括经济类课程、非技术类选修课程和语言课程等。德国“指南”规定该类课程设置应大于18学分，占总学分比例大于10％；中国“方案”中，该类课程48.5学分，占总学分比例23％。中国通识课程设置分量远重于德国，表明中国教学设计更倾向于“通识”教育。
——学科专业基础课程包括工程力学、机械动力学、震动学、流体力学、工程热力学、电子电工、材料学和测量与控制技术等课程。德国“指南”规定该类课程设置应大于47学分，占总学分比例大于26％；中国“方案”中，该类课程55学分，占总学分比例26％。两者无明显差异。
——专业技术课程包括专长深化课程和应用工程课程（包括机器学、设计学产品开发和产品制造技术）等课程。德国“指南”规定该类课程设置大于36学分，占总学分比例大于20％；中国“方案”中，该类课程24.5学分，占总学分比例12％。德国专业课程设置远高于中国，表明德国应用型大学教育重视和强调专业教育。
另外，从表2中可以看出，中国“方案”中，专业实习、毕业设计和其他集中实践教学环节设置有38学分，占总学分比例18％；德国“指南”中，仅设置有不少于24学分的专业实习环节（含毕业设计），远远少于中国。这恰好说明，德国应用科学大学在实行新的学位和学分制度以后，集中实践教学有明显的缩减。
四、中德应用型大学课程设置差异分析及其启示
尽管上述两个具体比较案例选自不同专业，案例的时间也不同，但通过案例比较得出的结论具有一致性。中德应用型大学在自然科学基础课程、学科专业基础课程设置方面无明显差异，在课程种类、课时安排和所占总课时比例极为相近相似；在专业课程和“通识”课程（主要包括外语、体育及其他社会科学类课程）设置方面表现出显著差异，德国应用科学大学设置的专业课程种类和课时远远多于中国，其专业口径更宽，而中国应用型大学设置的“通识”课程分量远重于德国；在集中实践教学环节的安排上，德国新学制专业（3－3.5学年）的集中实践教学周较中国应用型本科专业少10周以上。
显而易见，中德应用型大学课程设置的差异是客观存在的。但对差异的理解不能简单化，一方面，“差异”意味事物的“多样化”，“多样化”可能源自不同的国情和文化，也可能来自于对事物不同视角的认识与把握，不存在孰优孰劣的区别，对源自于“多样化”差异的分析探讨，有助于和人们对事物更丰富、更深刻的解读与把握；另一方面，“差异”确实意味着差距与不足，正视差距，弥补不足，有利于改进工作，引导事物向更好的方向发展。从中德应用型大学课程比较分析中，我们可以得到以下几方面的启示。
1.应正视并认真研究中国应用型大学专业课程设置问题
一般而言，专业教育是大学教育的根本，这是由高等教育的本质特性——培养高级专门人才所决定的⑦。大学教育的专业属性决定了技术教育内容（包括自然科学基础、学科专业基础和专业教育）应在高等工程教育中占主要比重，其中专业课程教学必须保证适当的比例。
德国应用科学大学课程专业性很强，非专业技术课程较少，课程设置体现了厚实的专业学科基础和较宽的专业口径。相对而言，现今中国大学专业课程设置普遍偏少，专业课程学分仅占总学分的10—15％，一般少于通识课程（不包括自然科学基础课程）学分10个以上百分点，明显反映出中国大学专业教育不足和专业口径狭窄的现实。这种情况不仅反映在与德国应用型大学比较分析中，而且同样反映在与提倡通识教育的美国大学的比较中。江苏大学陈国祥教授比较了中美两国大学同类专业的课程设置，同样得出“美国高校更重视专业教育……中国的大学教育绝不是太过专业化，而是专业教育远远不够”⑧ 的结论，真可谓殊途同归，不谋而合。天津大学校长龚克教授明确指出，“我国的高等工程教育不应脱离中国工业化的现实，现时不宜盲目追随泛‘通识教育’和‘一般教育’的潮流，而需保持工程专业教育的基本特点”⑨。因此，我们需要认真借鉴德国应用科学大学的经验，重新审视课程设置，适度增加专业课程，拓展专业口径，使课程设置充分体现应用型本科教育特征。
2.借鉴德国“模块化”课程设置方式，深化系列课程改革
德国“模块化”课程设置方式为中国应用型本科大学进一步开展系列课程改革，优化课程结构提供了有益思路与成型经验。我们应在认真学习与汲取德国经验的基础上，积极探索符合中国国情的“模块化”课程设置方式，通过“模块化”课程设置，突破学科界限，加强各相关学科专业知识渗透与融合，加强理论与实践教学结合；通过“模块化”课程设置，进行教学内容重组，整合课程设置，科学界定课程间的主次关系、层次关系和衔接关系，避免课程分割过细，内容重复或脱节，实现课程体系和教学内容的整体优化；通过“模块化”课程设置，加强教学内容与专业总体培养目标的联系，与毕业生从事的实际工作内容紧密结合，突出实践能力培养，切实落实应用型本科人才培养要求，构建适应时代要求的知识结构和课程体系。
3.加速探索中国应用型本科教育质量外部评价认证方式
我国应用型大学的专业人才培养方案主要是由学校内部专家、教授制定的，学校的教学质量评价更多地依赖学校自身组织实施的教育考试和教学评估。由于不同学校对学生知识、技能与能力、素质结构把握不同，对教育教学质量衡量的尺度不一，尤其是一些学校的教学设计和质量评价与社会发展、科技进步和产业结构变化的需求不适应，从而造成了我国应用型本科教育质量和水平相差很大，学生在校期间的学习成绩不能客观反映学生的知识和能力水平，使社会难以鉴别、挑选和聘用合格适用的高级专门人才，客观上已影响到应用型大学的办学声誉。因此，建立一个被社会或 相关行业普遍认可的课程标准，并采用内部与外部相结合的教学质量评价认证方式，是中国应用型本科教育亟待解决的问题。
德国各州文教部长联席会议（KMK）与高校校长联席会议（HRK）联合设立的“培养计划与考试大纲协调委员会”制定的全德统一的培养计划框架和考试大纲范本⑩，“德国工程教育认证协会（ASIIN）”制定的“专业课程指南”，都对德国应用科学大学的专业培养计划制定具有指导和规范作用，德国各州应用科学大学必须依据并参照这些“计划框架”、“大纲范本”和“课程指南”制定符合自身特点的专业培养计划和考纲，有效地保障了德国应用型高等教育的质量和一致性。另外， “德国工程教育认证协会（ASIIN）”组织的专业认证工作，也使德国应用科学大学的教育质量得到了学校外部的检验和认证。这样的质量认证具有权威性、科学性、一致性和有效性，它确保了最低的质量标准，有利于学校与社会对教育质量的内涵达成共识，有利于学校树立正确的人才观和教育质量观，进而根据学生成长成才和社会需求，不断加强和提高教学质量。
4.欧洲学分制的有关规定可以作为制定人才培养方案的课时量化参考
学生从一个普通的学习者成长转化为对社会有价值的应用型高级专门人才，必须亲身经历一段有目的、有计划、有一定强度的专心致志的学习实践过程。因此，合理设定学生本科教育阶段的学习负担量是制定人才培养方案的基本前提。目前，国内应用型大学各自规定的取得学士学位的最低学分要求及其与此相关计划课时总量相差很大，缺乏统一且科学合理的参考或依据，特别是一些学校对学生取得学士学位的最低要求学分规定过低，导致学生课业负担过轻，降低了培养标准。鉴于目前国内尚无普遍认可的学分制度和相关规范要求，参考欧洲学分制的有关规定确定学生本科教育阶段的学习负担总量，不失为一种谨慎而合理的选择。
中国现阶段本科教育学制为四年，多数应用型本科院校在专业人才培养方案中设置了40周左右的集中实践教学环节，理论教学（含课内实验）时间约为3学年。参照欧洲学分制规定，学生1学年正常的学习负担量为60学分，而1个学分相当于学生25—30小时学习时间，同时考虑到1个计划课时需要学生额外投入1小时自学时间，中国应用型本科教育专业人才培养方案中设定的理论教学总课时应控制在2250－2700学时之间。
本文旨在通过中德应用型大学课程比较，为国内同行借鉴德国应用科学大学课程设置经验提供相关基础数据，拓展课程设置思路，进一步深化中国应用型大学教育教学改革。
注释：
① 洛兹·叶尼希．新型高等学校：德国高校的发展与展望[A].浙江省教育厅．应用型人才培养理论与实践[C].北京：高等教育出版社，2008: 133－138.
②③⑥ 蒋培红，威尔福雷特·斯第勒．德国应用科学大学（FH）教育改革综述[A].浙江省教育厅．应用型人才培养理论与实践[C].北京：高等教育出版社，2008: 349－357.
④ 法尔克·赫恩.德国应用科学大学的几个特点[A].浙江省教育厅．应用型人才培养理论与实践[C].北京：高等教育出版社，2008: 302－307.
⑤ Werner Heckler. Fachhochschule Odenberg/Ostfriesland/Wilhelmshaven Changchun.
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