【关键词】岩土地基承载力
中图分类号：TU4文献标识码：A
一、前言
地基承载力分析中的不确定因素
1、土性的不确定性
地基土是经过漫长的地质年代形成的,经历了各种各样的变化过程,其土质特性表现出很大的变异性。同时,由于地质勘探和现场、室内试验受到经费和设备条件的限制,人们只能通过个别测试点的现场试验和若干试样的室内试验对土性参数作出近似的估计。大量的试验和统计结果表明,土性参数的变异系数比一般的人工材料的变异系数要大。
2、荷载的不确定性
荷载主要包括土体的自重和上部结构作用荷载,土体自重的变异性较小,上部结构作用荷载根据不同的情况,变异系数可能会起较大的变化(特别是动荷载的变化)。
3、测试的不确定性
岩土工程土性测试中需要控制的边界条件、初始条件和加荷条件都比较复杂,实施起来比较困难,与实际情况的差别可能比较大,因此,测试结果常常不能确切地反映真实情况。
4、计算方法的不确定性
岩土工程中的各种力学计算方法不及其他工程结构的完善和成熟,由计算方法不精确可能引起的误差较难精确估计。
二、常用岩石地基承载力取值方法现状综述
目前,对岩石地基承载力研究仍很肤浅,确定岩石地基承载力的方法虽然很多,但除了现场荷载试验为工程技术人员肯定外,其它方法的使用都不尽人意。
1、静荷载法
该法是用于确定岩石天然地基承载力的原位测试方法.比较接近岩石真实情况,但由于岩石地基承载力偏高,如以直径30mm的圆形刚性压板对重庆地区常见的钙质长石石英砂岩加压也不易做到破坏毛,且试验费用高,工期长,难于推广.
2、利用岩石室内试验结果进行折减确定
根据有关地基基础设计规范,微风化和风化岩石可根据室内饱和单轴抗压强度(标准值)由下式确定:f=k·fr:
式中f一岩石地基承载力设计值;
fr一一岩石饱和单轴抗压强度;
k-一折减系数,微风化岩取0.20—0.33,中风化岩取0.17一0.25.取其值时,对于硬质岩石着重考虑结构面间距、产状的组合,软质岩石着重考虑其稳水性经验系数折减法在我国广泛应用,不足之处是:不加区另1地一律采用饱和抗压强度为基本值进行折减往往与实际情况有较大出人,作为折减系数,其影响因素甚多,未清楚说明其折减原因,且差异较大.
3、查表法
如《铁路桥涵设计规范》岩石地基承载力部分,它是根据岩石软硬程度及节理发育情况来确定其承载力,不足之处在于:
(l)岩石软硬程度划分没有很明确的概念;
(2)节理发育程度对岩石承载力有影响,但另一个重要因素即节理裂隙的产状未作考虑.综上所述,确定岩石地基承载力,虽然原位测试比较可靠,但由于其难度、费用及施工时间的影响,应用范围有限;系数折减法虽然应用较广,但由于其不确定因素太多,范围正在缩小;而查表法尽管不全面,但占据了很大比重,今后也将会如此因此为了使查表法尽可能准确反映岩石地基的实际情况,有必要对岩石地基的实际受力情况作比较准确的了解。
三、土性参数概率特性对可靠度的影响
1、随机变量的变异性对可靠度B值的影响
仅改变其中一项参数的变异系数,如内聚力c、土的重度γ以及内摩擦角Φ的变异系数,其值从0.1～0.5之间变化时,则可靠度β的计算结果如图1所示。
(1)土性参数的变异性对可靠度指标β影响很大,且β对内摩擦角Φ的变异性的敏感性明显大于对内聚力c的变异性和土的重度C的变异性的敏感性。
(2)由于计算时未改变土的内聚力c、内摩擦角Φ土的重度C以及基底压力p的均值,则安全系数Fs值是不变的,而可靠度指标β却由于变异系数的不同发生了很大的改变,也就是说,按定值法计算的安全系数Fs为某一定值,由于变异系数的不同,用可靠度理论计算的可靠度指标β值却有可能相差很大。
2、随机变量间的相关性对β值的影响
本文仅以土的内聚力c和内摩擦角Φ的相关性对可靠度指标β的影响进行计算,计算中假定,在基本变量的其它统计特征值均不变的情况下,改变c和Φ的相关系数,计算结果如图2所示。
结果表明:相关系数ρc,φ对可靠度指标β的确有一定的影响,如相关系数ρc,φ从-0.5增加到0.5时,β从4.00减少到3.09;当c和Φ显现正相关时,可靠度指标β随相关系数ρc,φ的增大而减小,当c,Φ显现负相关时,可靠度指标β随相关系数ρc,φ的绝对值增大而增大。
由于土性抗剪强度指标c和Φ通常存在负相关性,因而实际应用时忽略变量间相关性的影响是偏安全的,但若在实际工程中能取得准确的相关系数ρc,φ,则应在计算中考虑其影响。
3、安全系数Fs和可靠度指标β值的关系
为了讨论Fs和β的关系,改变基底压力p,其它变量的统计数据不变,则可得到相应的度Fs和β,结果如图3所示。在统计参数一定时,β随Fs的增大而增大,呈近似抛物线增加。
四、岩石强度与岩体强度的关系
1、岩体与岩块力学性质关系
大量试验资料表明,岩体力学性质与岩石(小试块岩体力学性质)既有联系又有区别.岩体力学质量随着试件尺寸增大而减小,影啊因素甚多一般说来,与结构面密度、贯通性、延展性、组数及产状等有关.如图5所示当试件尺寸小于。时,试件内没有显著裂隙;当试件为尺寸方时,试件或多或少包含明显结构面,如果将试件尺寸放大,大到尺寸c或d时,试件内明显含有不同产状的结构面.试件尺寸和节理裂隙密度不同对岩体力学性质影响见表1和图4、图5、图6
综上所述,随着试件尺寸增大,岩体单轴抗压强度将有所降低,这是由于试件中含有的细小裂隙增多所致.岩体试件尺寸远大于岩石试件尺寸,因此对岩体的单轴抗压强度影响甚为明显.
2、岩体强度确定
近年来通过试验研究证明闭,小尺寸试件的强度与岩体强度之间有一定联系,因此可用测定室内的岩石强度间接确定岩体强度,用“准岩体强度”的概念来表示,因此可以以此作为岩石地基的承载力。
图4岩体单轴抗压强度与岩体内部结构面密度关系
图5砖红色粘土岩抗剪强度与试件尺寸关系
图6岩体剪切刚度与剪切尺寸关系
节理、裂缝是影响岩体强度的主要因素，如果通过某种物理方法查明岩体中裂隙的分布情况,便可根据岩石强度,间接确定岩体强度.试验得知,弹性波穿过岩体时,遇到裂隙会发生绕射或被吸收,传播速度将有所下降或为零.裂隙存在越多,弹性波传播速度降低越大.小尺寸试件含裂隙少,甚至不含裂隙,传播速度大.因此,根据弹性波在试件和岩体中的速度比,可判断岩体中裂隙发育程度,称此值的平方为龟裂系数,以k表示.
K=(V÷v)2
式中V—岩体中弹性波传播速度;,
v—岩石中弹性波传播速度.
根据各种岩体的测试结果川,并参考表表2
表2岩体龟裂系数k
注:对于极坚硬岩石,即单轴抗压强度大于60MPa,当节理不发育时,其龟裂系数达0.7以上,此次规改主要是根据已有规范进行修改,同时考虑到对于极坚硬岩体,作为地基,其承载力是绰绰有余,故在此未作考虑.对于单轴抗压强度低于1IMPa的岩石可视为土,在此也未作考.
结论
影响一个结构的安全性的因素都不同程度地存在不确定性。传统的定值设汁法采用一个总的安全系数概化这种不确定性,而可靠度设计方法是设法定量地研究这种不确定性,并估计它对建筑物的安全性的影响。因此,在概率论基础上进行结构可靠性分析,考虑各种影响因素的不确定性用概率度量结构的安全度,将成为岩土工程研究的发展趋势。
【参考文献】
基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划项目（NCET-11-0406）
作者简介：荣冠（1971-），男，武汉大学水利水电学院副教授，博士，主要从事岩体稳定性研究及工程地质教学工作，（E-mail）。
摘要：工程地质是水利类本科生的一门重要专业基础课，课程教学内容和环节丰富，难点较多，实践性强。如何在课堂教学和野外实践教学中有效提高教学质量是一个值得探讨的问题。文章详细分析了水利工程课程中的难点及教学中存在的问题，从课堂教学、实践教学、英文教学及课程考核等方面全面介绍了课程教学经验及改革探索。提出课堂教学应注重理论紧密联系工程实际，实践教学应注重培养学生动手技能和发现、分析、解决工程地质问题的能力，开展英文教学是培养国际人才的必然趋势，考核机制应全面反映学生的综合能力等观点。
关键词：工程地质；水利专业；教学研究；理论教学；实践教学
中图分类号：TV135；G642421文献标志码：A文章编号：10052909（2013）05011007工程地质是研究工程建设活动与自然地质环境相互作用和相互影响的一门地质科学，是以地学学科的理论为基础，应用数学与力学理论和工程技术及方法解决与工程规划、设计、施工和运营有关的地质问题[1]。工程地质课程是水利类本科专业的一门重要专业基础课程。水利水电工程建设是人类在认识自然的基础上改造自然并为经济建设服务的活动，进行水利水电工程建设首先必须了解自然环境和工程条件，而环境地质条件是与水利水电工程关系最密切、最重要的自然条件。
当前，中国工科高等教育人才培养主要目标是：培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才[2]。工程地质课程作为水利类专业中一门实践性强的课程在凸显人才培养目标方面，更加突出工程地质理论和实践教学的必要性与重要意义[3-4]。
工程地质课程的教学分为课堂理论教学部分与野外地质实习部分。课堂理论部分主要讲授矿物岩石、地质构造、地质作用、地下水、岩体工程特性，边坡、坝基、洞室围压稳定性评价，工程地质勘察等知识。野外地质实习部分主要进行岩石及地质构造认识，风化、卸荷及河流地质作用研究，地下水及其作用研究，水利枢纽工程地质条件与问题分析评价等。
由于工程地质课程涉及的相关课程较多（矿物学、岩石学、构造地质学、地史学、地貌学、水文地质学、材料力学、岩石力学、土力学等），且这些课程多为地质专业课程。同时，工程地质课程实践性很强，但学生又缺乏实践经验和实践机会。因此，在有限的理论教学和实践教学时间内，如何合理安排教学环节，使学生扎实掌握工程地质相关概念及基本原理，并使学生初步具备分析工程地质条件及解决工程地质问题的能力，是一个很值得探讨的问题。根据笔者多年从事工程地质教学的经验，针对水利类本科专业工程地质教学，首先介绍学校工程地质课程的设置，然后分析课程教学的重点及难点，再从课堂教学、实践教学、英文教学、考核方式4个部分探讨理论与实践教学的改革思路，以期在提高教学效果、培养学生分析工程地质条件和解决工程地质问题能力方面有所收获。
一、水利类工程地质课程介绍
（一）水利工程地质课程设置
武汉大学水利水电学院最早可追溯至1928年创建的国立武汉大学工学院土木系水利组，学院现已成为国内水利水电高级人才培养的摇篮和科学研究的重要基地。一直以来，工程地质课程为水利各专业（农田水利、水电工程、河流泥沙、水文水资源）的重要专业基础课程。工程地质课一般在第五学期或第六学期开设，包括48学时课堂教学和1周的野外实习。课堂教材主要使用天津大学主编的《水利工程地质》（第四版）[1]，实验及野外实习采用武汉大学编写出版的实习教材[5]。
（二）水利工程地质课程内容
水利工程地质主要是研究水利水电工程建设中的工程地质问题。主要内容包括岩石及其工程性质，地质构造及区域稳定性，地表水流的地质作用及河谷地貌，地下水、岩溶及库坝区渗漏地质条件分析，岩体工程特性，坝基、边坡及洞室围岩稳定性分析，水利水电工程地质勘察等。
高等建筑教育2013年第22卷第5期
荣冠，等水利类专业工程地质课程教学研究与改革探索
课程的教学分为课堂教学与实践教学两部分。课堂教学主要讲授地质学基础知识和水利三大类岩体（边坡、坝基及洞室围岩）稳定性分析基本理论。通过课堂教学力求使学生掌握工程地质学基本概念、工程地质分析基本原理和岩体稳定性评价基本方法。实践教学通过野外现场典型岩体、地质构造、地质作用等的直接观察和分析来增强感性认识、理解并深化工程地质理论知识，使学生初步具备分析工程地质条件和解决工程地质问题的能力。水利类工程地质课程教学基本内容可总结为地质学基础知识和岩体稳定性分析两方面，核心主线则是工程地质条件及工程地质问题的分析研究。课程室内外教学均是围绕该主线开展的。
二、水利工程地质课程中的难点及问题
（一）工程地质相关概念不易理解和掌握
对于水利专业的学生来说，工程地质课是他们第一次接触地质学知识。多数学生，尤其是来自平原地区的学生，缺少对地质现象的感性认识，这使他们更不易理解相关地质现象和地质作用。水利工程地质课程的开始部分主要讲述地质学基本概念，包括矿物和岩石的成因、成分及分类，内外力地质作用概念，产状、节理、断层、褶皱等地质构造，地层地史，地质图分析，区域稳定等。这些内容涉及矿物学、岩石学、地层古生物学、构造地质学等知识。这些概念和相关课程知识对于初学者来说完全是陌生的。例如：在分析沉积岩的石英砂岩与变质岩的石英岩区别时，一般学生很难从沉积作用和变质作用的成因角度深刻理解其矿物结晶程度、颗粒大小、矿物纯度、孔隙率等方面的差异。在现场分析褶皱构造时，不少学生容易把现代地形与褶皱形态混为一谈。实际上起伏的山脊为背斜，剥蚀的山谷为向斜往往是不对的，反过来，背斜核部易形成河谷低地，向斜核部则可能形成山脊。准确定位褶皱应根据现场垂直岩层走向观察结果，若有岩层按新老次序有规律地对称出现时，则可肯定有褶皱。然后根据岩层新老组合关系的分析确定褶皱的基本类型（背斜或向斜），进一步依据两翼岩层产状、轴面产状以及地层层序判断褶皱的剖面类型和平面类型。但现场地层及其年代的划分，对于水利专业初学者而言是难以掌握的，况且岩层的产状及地层的划分往往又具有隐蔽性，因此，地质学基础概念往往是水利工程地质课程开始阶段学习的难点。
（二）工程地质条件难以全面和深刻理解
工程地质条件指的是与工程建设有关的地质因素的综合，是自然历史发展演变的产物。对大型水利工程而言主要包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、物理地质现象（滑坡、崩塌、泥石流、风化、卸荷、侵蚀、岩溶、地震等）及天然建筑材料等6个方面。工程地质条件直接影响工程建筑物的安全、经济和运营管理。兴建大型水利水电工程，首先都要查明枢纽及库区的工程地质条件。不同地区的地质环境差异及水工建筑物类型的不同，对水利工程的影响也不同。教学中发现，学生对工程地质条件的复杂性认识不足，难以全面理解工程地质条件的内涵，这样自然导致对工程地质问题的把握不准。例如：西南水电工程主要集中在川、藏、滇、青等省区河流的深切河谷地区。该区域的自然地质环境十分复杂，相应地在此建高坝大库的工程地质条件也十分复杂。深切河谷往往首选高拱坝方案，此时地形地貌就是关键的地质条件，将直接影响工程高边坡的稳定与安全，同时影响并制约水工建筑物的布置、施工安排等。在西南深切河谷且为深覆盖层坝区，从坝基防渗及挡水建筑物安全的角度考虑多采用当地材料坝型，坝体防渗多为混凝土面板而非粘土心墙方案，这主要就是从天然建筑材料经济合理的角度考虑。
（三）对工程地质问题缺乏认识和实践经验
工程地质问题指的是工程地质条件与工程建筑物之间存在的矛盾或问题。对大型水利工程而言主要包括坝基和坝肩抗滑稳定问题，坝基渗漏和渗透稳定问题，边坡稳定性问题，地下洞室围岩稳定性问题，水库渗漏、水库淤积、库周浸没、库岸再造，水库诱发地震等问题。工程地质学简单说就是分析工程地质条件，解决工程地质问题。因此，工程地质问题是课程的最终落脚点。不同水工建筑物由于对场地条件要求存在差别，其相应的工程地质问题也存在差异。实际工程中，全面揭示工程地质问题是有难度的，尤其是深层隐伏的地质问题，更是从浅表很难观察确认。目前对水利专业，工程地质课程一般在水工建筑物等专业课之前开设，许多学生对水工建筑物知之甚少，对水工建筑及枢纽区可能会出现哪些地质问题更是难知一二。
例如：对水利工程三大坝型工程地质问题的分析。土石坝主要由粘土、碎石、块石等散体堆积而成，坝体允许产生较大的变形，它对坝基工程地质的要求较低，可以在软基和工程地质条件复杂的坝基上兴建。由于坝基河床地质条件多变，易出现过大沉降引起坝体裂缝、坝基渗漏和渗透变形问题，以及粉细沙层震动液化等问题。重力坝主要依靠坝身自重与地基间摩阻力来保持稳定。重力坝对坝基要求高，一般要求修在弱风化下部的岩基上。该类坝型最主要的问题就是过大变形或不均匀变形导致坝体裂开，软弱结构面组合形成深层滑移块体。拱坝主要通过拱作用传递荷载到坝肩，所以拱坝对两岸岩体的要求较高，而对河床坝基岩体要求相对要低。两岸拱座岩体应新鲜完整、无大断层，狭窄对称的“V”字形河谷是首选地形条件。此时应特别关注顺河向软弱结构面切割形成的滑移块体。由于学生在这一阶段对水工建筑物不熟悉，同时缺乏对三大坝型的现场感性认识，导致他们较难在合理评价相应工程地质条件的基础上深入分析潜在的工程地质问题。
（四）工程地质分析方法不易理解和熟练运用
由于工程岩体结构特征及力学特性的复杂性和不确定性，针对岩体变形与稳定性的工程地质分析方法主要是定性与定量结合，总体上是半经验半理论性的。针对实际工程，在较大程度上是以现场经验为前提，然后通过工程地质定性分析结合定量计算综合确定。工程地质的分析方法主要有工程地质类比法、图表法、室内外实验方法、力学模型定量计算法等。各方法都有一定条件和适用范围，即存在各自的优缺点。实际应用中宜将几种方法结合，互相补充。针对不同的工程地质问题，刚学习课程的学生对怎样合理选择分析方法缺乏经验，熟练掌握困难更大。
现以岩质高边坡稳定性评价为例，简要讨论工程边坡稳定性评价的基本思路。总体上边坡稳定性的影响因素包括地形地貌、岩体结构、地质构造、风化卸荷、水的作用、地震及构造运动和人类工程活动等。首先从经验上判断其稳定性主要从坡形坡高、岩体强度、坡体结构等直观判断，此时工程地质定性方法（如赤平投影）就是较好的方法。对于边坡浅表的变形及破坏情况，则主要考虑岩体的风化和卸荷程度，及其卸荷裂隙等的组合情况。对于边坡的整体及长期稳定性，则需通过详细的地质勘探，确定潜在的破坏模式和滑移边界，采用如三维极限平衡方法、有限元应力应变方法等计算其变形和稳定性。边坡变形模式及边界、结构面和岩体力学参数的确定是关键，同时还应合理考虑地下水及地震等因素的影响。所以对岩石边坡采用工程地质方法合理评价其稳定性是一项较复杂的工作，对于初学者来说是不易全面和熟练掌握的。
（五）工程地质实习和工程实践时间不足
工程地质教学来源于实践并回归于实践，其最鲜明的特点就是实践性强。教学实习和工程实践是巩固和加深地质理论知识的有效途径，是理论联系实际培养学生掌握科学方法和独立能力的重要渠道。地质实践教学的任务主要是让学生亲自接触各种真实的地质现象及工程问题，用已学到的理论知识观察分析现象，提出解决问题的方法与措施。例如：断层是工程地质学中的基本概念，但学生要理解断层的规模与工程特性、现场鉴别方法及其对工程的影响是较困难的。通过现场露头可以较直观地了解断层的三种形态类型及其基本特征，对较大规模的断层可引导学生从地形地貌不协调、地层的重复或缺失、伴生构造及构造岩、地表地下水的异常分布等方面来认识。在此基础上分析断层的级别、特征及其对工程的影响学生就容易理解和熟悉，然而由于教学时间及经费的限制，学生在实习和实践方面的机会相对较少。在有限的实习和实践时间内，如何合理安排教学实习路线及教学内容，让学生能够较好地掌握基本概念和原理，并初步具备分析和解决问题的能力，是目前水利工程地质实践教学中的一大难题。
三、水利工程地质课程改革探索
（一）课堂教学改革
1.突出重点分解难点
由于水利工程地质课程涉及较多概念和方法，同时关联较多课程，是一门综合性很强的课程。由于教学课时有限，要将所有内容都面面俱到地深入讲解，显然是不可取的。这就要求在讲授时有的放矢，合理安排教学内容，做到突出重点、解剖难点，始终把握地质学基本概念和岩体稳定评价两个主要内容，抓住工程地质条件和工程地质问题两条主线。这样可以使学生从较多的概念和方法中理清思路，把握课程主体框架。例如：在地质构造部分，阅读和分析平面地质图是重点，同时也是难点。平面地质图的阅读要求熟悉地层年代、产状、褶皱、断裂、地史等理论知识，同时需要结合具体工程分析不利条件及可能存在的问题。为此需要结合教学图件，详细分析褶皱、断裂等存在的依据，并讨论作为坝基或洞室的地质条件可能存在的不良地质问题。这样学生才能较快掌握地质图的分析方法及工程应用。
2.理论联系实际
工程地质学的理论性较强，各种概念及分析方法较多。这些内容均源于地质作用和工程实践，在讲授课程时如只照本宣科，学生很难对一些抽象的概念及方法感兴趣，这样教与学的效果均较差。在教学过程中注重理论联系实际将是提高教学效果、提高学生学习兴趣的最好手段。例如：在讲授岩石和地质构造内容之后，学生对三大类岩石的特性及现场鉴别、具体的断层和褶皱构造的理解和分析仍是模糊的。笔者则以珞珈山为例，该地质体即为学生大学生活的环境，引导学生探寻珞珈山的岩石类型，以及是否存在断裂和褶皱。几乎所有学生都对此感兴趣，并乐于了解校园的地质情况。由此对珞珈山地层岩性进行介绍，在此基础上分析褶皱、逆断层及平移断层分布等。学生惊叹常在身边出露的岩石就是典型的石英砂岩，而校园内的樱花大道竟是一条逆断层。通过这个实例很好地将基本地质概念与周边的实际环境联系起来。
3.传统与现代教学结合
水利工程地质课程内容较多、实践性强，而且课时有限，因此要求将传统教学与现代教学相结合，这样可以很好地发挥各自的优势。重要的概念及分析方法以黑板演绎并详细讲解，使学生的注意力集中，有利于学生对重点难点内容的深入理解和掌握。例如：在介绍层状岩层产状时，宜采用教学图件分步讲解，使学生切实理解走向、倾向、倾角的真实含义及实际意义。在讲解赤平投影原理时，则需按投影方法介绍点、线、面等的投影过程，使学生理解空间点、线、面与赤道平面投影的关系，这样结构面的空间产状与赤平投影图间的关系也就清楚了，后续运用其分析边坡稳定性也就简单易懂。水利工程地质课程涉及许多地质作用、地质现象及工程实例。此时多媒体演示则显示其优势，多媒体课件可提供大量信息，形象生动地展现自然现象及复杂事物，其效果是口头表达难以达到的，同时也可提高学生学习兴趣，节省讲解时间。课余时间鼓励学生通过国内外各种网络资源（特别是高校工程地质课教学资源）了解和学习相关工程地质知识，也可以用即时通讯方式解答学生的不同问题，利用现代网络资源最大限度地开展教学互动，让学生扎扎实实学好工程地质课程。
（二）实践教学改革
实践教学环节是保证和检验水利工程地质课程教学效果和质量的关键。要真正熟悉和掌握水利工程地质的知识及方法，各种不同类型的实习实践教学是必不可少的。以下从室内实验、校内现场教学及水利枢纽地质实习3个环节来介绍实践教学。
1.强化室内实验教学
武汉大学水利水电学院较早建成工程地质实验室。实验室主要有各种矿物、三大类岩石、古生物化石、构造模型、典型水利枢纽岩石、各种地质图件及影像资料。同时还配有偏光显微镜、GPS、电子罗盘、GIS等设备和工具软件。目前实验室可以满足水利类专业本科教学要求。室内实验教学主要安排造岩矿物、岩浆岩、沉积岩及变质岩的认识。同时还讲授地质图阅读、罗盘及GPS使用等教学内容。
以三大岩石的认识为例，这对于学生来说是难点，仅通过课堂讲解学生很难掌握岩石的特征和鉴别方法。在课堂讲授造岩矿物及三大岩类后，需要进行三大岩类认识的室内实验教学：学生按5人一组进行分组，每组学生提供三大类岩石标本各一盒。教师先复习岩石的成因、矿物组成、结构构造及分类等，然后以3种典型岩石为例分析矿物及结构特征，再分析其成因和类别。在此基础上让学生仔细观察各种岩石标本，由各组学生相互讨论以寻找鉴定矿物和岩石的规律和技巧。对学生的具体问题教师现场答疑，对相似矿物的鉴别、结构的理解等共性问题由教师总结分析。通过室内实验课教学环节基本可以使学生掌握常见岩石特征和鉴别方法，对后续现场实习具有重要意义。
2.重视校内现场教学
武汉大学地处东湖之滨，校园内有珞珈山和狮子山，存在不少良好的地质露头、各类地质构造较丰富。为配合基本地质理论知识讲授，笔者充分利用武汉大学校园内的珞珈山地区进行现场教学。该地区发育有志留系、泥盆系、石炭系、二叠系及第四系等沉积岩，地层呈有规律的东西向条带状分布，呈现节理、断层、褶皱等地质构造。武汉大学水利水电学院从20世纪50年代开始，在珞珈山地区安排校内地质现场教学，实习路线从北向南横跨珞珈山，要求学生现场观察珞珈山地区岩石岩性、产状、风化、卸荷、隐伏岩溶、地下水露头、节理、断层、褶皱等现象。通过现场地质调查，学生可以理解地层划分及年代概念，熟悉产状的概念及测量方法，节理、断层及褶皱的鉴别和分析方法，最后独立完成简要的珞珈山地质调查报告。通过该单元的校内现场地质教学，可以进一步深化学生对基础地质概念和理论理解，培养学生独立分析和解决问题的能力。
3.完善野外地质实习
（1）水利枢纽地质实习目的与安排。工程地质野外教学实习是课程教学实践的最重要环节，目的在于巩固课堂所学的理论知识，使理论与实践紧密结合。通过对水利枢纽区地层、岩性、地质构造、地下水及外动力地质作用等的调查研究，使学生初步掌握野外地质工作的一般方法，了解水利枢纽工程地质条件及主要工程地质问题，熟悉地质报告编写及地质图件绘制的方法。实习教学包括路线教学、专题调研、现场讨论、内业整理等环节。通过现场调查、专题问题讨论、面试考查、实习报告编写等过程，培养学生野外地质工作能力和分析解决工程地质问题的能力。
（2）野外实习区域及路线的选择。良好的实习区域与路线是满足工程地质野外实践教学要求的基础。实习区域应选择岩石类型及地层较丰富，河流地貌及水文地质现象发育良好，具备地质构造发育和风化、卸荷及边坡变形等外动力地质作用发育的地带。同时应具备典型的水利枢纽工程以便进行水利水电专业工程问题的分析讨论。在此基础上根据地层岩性及地质构造、河流地貌与地下水、边坡变形及稳定性分析、水利枢纽地质条件及工程问题等选择4～5条典型路线作为教学单元。路线选择注意地质现象的典型性及易识别性等特点，同时注意地质现象与工程实践的密切联系。
以武汉大学为例，从20世纪50年代开始，陆续建立了陆水实习基地、丹江口实习基地、韶山灌区实习基地等。2010年三峡工程建成后，又建立了湖北秭归三峡库区实习基地，选择茅坪至链子崖（郭家坝）、高家溪、泗溪、副坝大坝及永船等线路进行教学。三峡库区具有大量典型意义的地质露头，同时能够结合具体的水利工程建筑物（如大坝、副坝、高边坡等）进行工程地质条件与问题的分析。主要路线地层出露及地质构造较为齐全，风化、卸荷等动力地质作用和河流地质作用，以及地下水、岩溶等地质现象均有出露，能够满足水利类专业野外工程地质实习的要求。
（3）野外实习环节及质量控制。整个实习期间每个教学单元要求有明确的教学内容。总体上要求完成：①典型剖面地层野外观察和描述，包括岩性、接触关系、产状及测量、岩浆岩和沉积岩及变质岩小构造观察、风化作用、地形图的使用等。②河流地貌及水文地质调查，包括河流侵蚀、堆积，河床、河漫滩及阶地观察，河谷边坡卸荷及变形，潜水露头，岩溶水，岩溶地貌等。③边坡变形及稳定性分析，包括典型卸荷拉裂体、崩塌体、滑坡体的现场调查，变形及破坏特征，边界条件，稳定性影响因素及评价，变形破坏成因，工程防护及治理方案等。④水利枢纽教学单元，主要侧重水利枢纽主要建筑物的组成及功能，大坝、副坝、高边坡、水工隧洞等主要工程地质问题分析。⑤资料整理及报告编写，主要是对现场观察的内容进行分析整理，按要求编写实习报告。
野外地质实习以小组为单位进行，实习过程要求分工明确、团结合作，现场特别强调纪律和安全。实习成绩评定综合考虑思想表现、组织纪律、操作技能、野外纪录、面试讨论及实习报告等。
（三）英文教学探索
1.工程地质英文教学意义
英语教学或中英文双语教学是目前本科教学改革的重要内容。基于高等学校培养具有国际视野和国际竞争力、面向未来的新型高素质人才的要求，高校对主要课程实行英文教学十分必要[6]。随着中国基础建设及能源等领域大规模工程的开展，在相应学科进行学术和业务交流已是基本要求。水利行业早已走出国门，承接或合作国际科研和工程项目。这就要求学生不仅有较高专业造诣，而且需要具备较好的英文文献阅读能力、语言表达和交流能力。
2.工程地质课程英文教学实施
（1）选定英文教材。工程地质英语教学，首先应选择合适的英文原版教材。国外出版的工程地质书籍较多，但适合国内水利专业使用的工程地质英文教材较少。这主要是国外很少有专门针对水利类的工程地质教材，多数教材是针对工程地质专业编写的。考虑到初学及课时情况，笔者建议采用TonyWaltham编著的《FoundationsofEngineeringGeology》（ThirdEdition）[7]，这本教材包括岩石、地质构造、物理地质作用、地下水、岩土力学特性、边坡、隧洞及采空区等，内容简洁，通俗易懂。其次，推荐F.G.Bell编著的《EngineeringGeology》（SecondEdition）[8]作为主要参考书。这本教材内容较全面，包括岩石、地质构造、物理地质作用、地下水、岩土工程特性、地质勘查及洞室、边坡、坝基等内容。在工程地质英文教学过程，建议学生使用网络资源，国外知名大学有不少工程地质课程资料[9]可供参考，同时从《EngineeringGeology》和《RockMechanicsandRockEngineering》等国际学术刊物学习有关论文及知识。由于专业需要，学生还需使用中文版的水利工程地质教材作为对照读物。
（2）英文课件及教学。英语课堂教学主要采用多媒体方式，可提高讲授速度和效率。在制作英文教学PPT时，应尽量简洁明了、图文结合，英文一定要规范。对一些专业性强的知识（如专业术语）可适当加中文注释。授课语言主要为英语，对不易理解的内容可用中文解释。为了保证教学效率，要求学生课前进行适当预习。课堂上采取师生互动形式，提高学生英语表达能力。平时作业、小测验及期末考核均要求采用英文进行。授课教师自身英文必须熟练，首先是专业概念及术语的准确表达，其次是发音的准确。
（四）课程考核方式
为更好开展工程地质教学工作，其中一个重要环节是课程考核。课程考核目的是考察学生掌握知识的情况及分析问题的能力，科学有效的考核方式可以充分发挥学生的主动性和能动性，从而提高教学效果和质量。目前水利工程地质课程包括室内教学和野外实习两个部分，一般是独立考核。其中室内教学部分主要考察地质基本知识及水利工程相关岩体稳定性评价方法的掌握情况，成绩主要由平时作业、课堂小测验、专题讨论及期末闭卷考试组成，要求学生以掌握地质知识和工程问题分析方法为主，鼓励平时交流讨论，避免考试突击的学习方式。野外实习考核主要考察学生基本技能的掌握情况，侧重考核问题的分析理解能力，从现场主动性、操作技能、综合分析、面试讨论、实习报告及组织纪律等方面综合评定。
文章总结笔者多年教学实践经验及课程改革探索供高校同行参考，以期在提高水利工程地质教学质量，提高学生学习积极性和培养学生创新能力方面发挥积极作用。
参考文献：
[1]崔冠英，朱济祥.水利工程地质[M].4版.北京：中国水利水电出版社，2008.
[2]中华人民共和国教育部.关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见（教高[2011]1号）[EB/OL].（2011-01-08）.
[3]王哲，陈东瑞，张勇.土木工程专业工程地质课程实践教学方法探讨[J].高等建筑教育，2010，19（4）：125-127.
[4]程建军，王海娟.水利类本科专业工程地质课程教学探索[J].高等建筑教育，2012，21（3）：98-100.
[5]杨连生，王涛，李宏明.水利水电工程地质实习指导书[M].北京：中国水利水电出版社，2008.
[6]黄雨，卞国强，叶为民.土木工程专业工程地质学双语教学改革探讨[J].高等建筑教育，2009，18（2）：97-101.
[7]TonyWaltham.FoundationsofEngineeringGeology[M].ThirdEdition，Sponpress，2009.
[8]FGBell.EngineeringGeology[M].SecondEdition，Butterworth-HeinemannPress，2007.
[9]MissouriUniversityofScienceandTechnologyCourses[EB/OL].http：//web.mst.edu/～rogersda/
Researchandreformexplorationonteachingmethodsofengineering
geologyforwaterconservancyspecialty
RONGGuan，ZHOUChuangbing，CHENYifeng
（SchoolofWaterResourcesandHydropower，WuhanUniversity，Wuhan430072，P.R.China）
【关键词】岩石工程类比设计原理
1岩石工程设计
1.1岩石结构的复杂性
作为一项具有重要意义的工程建筑的岩石工程，其建筑主体同建筑的结构物相比较有着鲜明的特点。岩石工程建筑结构所用材料的性质、岩石工程结构物构件的类型、岩石工程建筑物的尺寸以及结构的形式都是被明确规定好的，目前为止对于岩石工程建筑结构的分析已经十分细致了，所以在进行相应的计算的时候可以直接引用[1]。其实，岩石是一种有着很复杂结构的物质。
（1）实时考察岩石可以把它的历史分为“建造中”和“改造中”两大部分，然而进一步更为详尽的地质历史目前是无法确定的。（2）岩石的组成成分和结构形式要想弄清楚还有一定的难度。（3）不能使用测定其他工程材料的精确度来测量岩石材料的性质。（4）岩石在复杂的地理环境当中没有确切的边界。（5）一般来说，岩石是多相体系。
因为岩石和工程施工的复杂性，到目前为止，岩石工程当中的计算数据和真实情况下的数据有着很大的差别，不可以直接引用。由此看来，工程师一般会使用类比的方法来进行岩石工程的设计[2]，其中的计算数值则只能作为参考数据[3]。
1.2岩石工程的设计概念和类比
通常地将，岩石的工程设计可以大致分成概念设计环节、具体方案环节和审核计算环节三个环节。概念设计这个环节最开始的时候是针对抗震性质而设计出来的。因为地震有着显著的不确定特点，所以在进行结构抗震设计的时候，概念设计是最为重要的。抗震作用的概念设计聚焦于工程结构的总体上的地震反应，通过岩石工程的结构破坏成度以及损坏的机制，综合运用抗震设计的各项原则，系统、全面地解决岩石工程结构设计方面所出现的基本问题。然而，因为岩石工程也有着明显的不确定性，所以近几年来，概念设计也被逐渐引入到岩石工程当中。从本质上来讲，很多工程的设计都是以概念设计为开头的，最后慢慢演变成各种各样的实施方案，在工程概念设计的最后检验设计方案是否合理可行。岩石工程之所以与众不同，是因为在工程设计当中概念设计所占地位的重要程度要明显高于其他工程，其中理论的计算值只作为参考数值。需要重点强调的是，岩石工程的设计不是那些线性的推进，不能避免重复和反馈。
工程设计过程里概念设计的主要任务是对工程里出现的问题提出解决办法，其可行程度主要取决于设计人员对那个工程项目目标的认识程度，以及对技术运用、约束条件的把握程度。现如今，岩石工程的设计一般是运用类比设计的方式来完成的。类比推理的思维方式是一种十分重要的思维方式，在人们的生产活动中起着重要的作用。虽然类比推理有着诸多的优势但是到目前为止，人们还没有对类比推理进行深层面的研究和探索。从本质上来讲，类比推理是逻辑方面的问题，然而研究工作却很难进行下去。
1.3以往的类比方法
简单来说，类比设计其实就是参考比较以往的相似的工程来进行设计的一项技术。但目前为止，岩石工程设计基本是把“类比设计”作为核心，不能够达到工程建筑结构物体的设计要求。
1.4改进已有的类比方法
很明显，以往的类比设计方式已经不能满足当代物质的发展水平，为了能够更好地发展岩石工程，必须对以往的类比设计方法进行改造，这种改造基本上可以分为直接改进、间接改进以及从定性分析到综合集成三个途径。
1.4.1直接改进
这种改进方法能够尽最大限度使之达到半定量的水平，但是由于缺少对分层的研究，所以去比较直接计算的可比度是比较难的。
1.4.2间接改进
间接改进就是指组建专家团队，通过这种方式来解决问题。然而，虽然现如今的专家体系的研制和开发有很多，但是可以达到标准的却很少。此外，还存在输入数据信息量较大以及运行的效率低下等诸多问题。
1.4.3从定性分析到综合集成
这种改进方式可以使设计达到一半以上的半定量水平。分类的类比和典型方法是人们处理问题的根本方法，针对多数的隧道工程没有条件进行岩体力学测试的实际情况，合理运用我国现有的测试成果，引用围岩分类的概念设计理念，总结出具有代表性的工程资料，为多数的岩石工程提供设计资源。与此同时，重视一般的隧道工程的测量资料，以此作为工程修正和验证的材料。
典型的类比分析方法是隧道工程当中最喜欢运用的一种分析方法，是以往有的分析方法的延拓和发展：典型的类比分析方法把那些圆形的断面净水压力场不断简化进行热工解析分析计算，变成现在的可以考虑实际情况的分析方法；从以往的个别的专家按照各自经验自主判断以及选定综合修正的系数到现在的可以综合考虑围岩分类、现场数据采集以及反分析位移数据等项实用技术，并在整个专家团队经验的基础上，用在特定情况下的反馈和修正，选定出综合修正的系数。
典型的类比分析作为综合集成里的一种应用，优势之一就是构造了一个框架，可以集合各个方面专家团队的意见和建议，整理运用到岩石工程的类比设计当中。但是这种系统性质的综合处理方式削减了岩石工程概念设计的功能，所以在其他的工程设计里很难运用。总的来说，岩石工程类比设计还不够明确，不够规范，运行的效率也比较低。
2岩石工程的类比
2.1类比设计的对象
说白了，类比就是两个对象之间的比较，类比推理大致上可以看作是一项比较特别的归纳推理。要是，两个要类比的对象之间有着某些相似的地方，那就可以根据其中一个对象的一个已知的特性来推理出另一个对象的某种特性，这就是类比推理的过程，也可以叫做类比迁移。
2.2类比设计的原理
类比和推理一样，要求要达到一定的条件，包括：类似性质、系统性质、选择性质等，能够把这些性质当作类比的基本原理。
第一、类似性类比设计原理：通常认为，类比推理是把类似性作为类比的基础。如果两个类比对象有着某些相同的特性，但是在描绘特征值的时候有区别，就叫这种相同的特性为类似特性。如果两个对象存在着类似特性，就说这两个对象有类似性。就是说这两个对象相似，而且要说明他们相似的特性。
第二、选择性类比设计原理：众所周知类比的中心环节就是选择类比的对象。选择的原理指的就是用在过滤互相匹配的特性。
第三、目标性类比设计原理：岩石工程设计把解决主要问题作为设计的目标。目标性类比设计的原理就是目标驱动化。
第四、类似程度：类似是指把主要的给予适当程度的概括。这两个事物的类似程度随着他们的共同特点的增多而相应地增多，随着这两个事物之间差异的增多而相应地减少。两个事物的类似程度越低，类比推理的效果相对就较差。总而言之，岩石工程设计困难比较大，很难一步确定。要想用一个定量的指标来表示这些复杂的对象，还要进一步的研究。
第五、系统性类比设计原理：在岩石工程类比设计的过程当中必须遵守这个原理。系统性原则指的是把类比的两个对象当作系统，而系统都有着一定程度的特点；类比就是把这些对应的特点匹配起来，所以要从系统的层面来考虑类似性。
3研究成果
根据已有的认知心理学的原理，可以把岩石工程的类比设计划的程式分成目标性的表征课题、类比检索和映射系统以及迁移解答和概括图式三大类。众所周知，类比设计的前提条件是，对基础性的课题以及目标性的课题做出合理的表征。目标性的课题的表征指的是对问题进行基本定义，而基础性的课题的表征不但要求对问题进行基本定义，同时还要对这种问题进行相应的解答和表述解答结果，由此看来，基础性的课题的表征是一种高水平的设计工程。
到目前为止，一部分研究人员已经在岩石工程的概念设计以及图示归纳方面做出了不小的成果。这些研究人员根据土质的条件细致划分出不同区的土层，并通过大量的工程实践经验，归纳整理出了各种类型土层工程建筑的几大注意事项；通过了类比的方法设计了结构的选型；通过专用的软件对工程数据进行精密的计算；通过比较选出最终的实施方案。例如郝晓平济南地区的典型地层深基坑工程为研究对象，并成功提出了相应的类比设计的初步计划和初步思路。她把该施工地区的土层根据土质等性质分为了三个地层，并且总结了以往的大量类似工程的经验，设计出了适合该工程的特定的设计方案。在设计的过程当中，运用了多种科学的设计方法，综合多种经验，最终筛选出了最为节约资源，最能实现长远发展的设计方案[1-2]。虽然，到目前为止，我们已经在岩石工程的类比设计领域当中取得了一定的成就，但是这些都是在表面上的研究成果，要想得到进一步的理论成果进一步促进我国岩石工程更好、更快发现，还需大家的共同努力[3]。
4结语
在岩石工程的设计过程当中，类比设计的方法是很重要的。然而，在理论上对其进行探讨是很局限的，本文作者希望通过阐明岩石工程类比设计的实质和重点，来提升当代岩石工程类比设计的水平。不可否认的是，到目前为止，我们已经在岩石工程的类比设计领域当中取得了一定的成就，但是这些都只是在表面上的成果，要想进一步促进我国岩石工程的快速发展，想形成更加完善的类比设计，赶超其他世界大国，还需大家的共同努力。
参考文献：
[1]马建，孙守增，赵文义，王磊，马勇，刘辉，张伟伟，陈红燕，陈磊，魏雅雯，叶飞.中国隧道工程学术研究综述・2015[J].中国公路学报，2015，05：1-65.
[2]吴磊.深部硬岩巷道支护技术研究[D].中南大学，2010.
招标结果拉升页岩气概念股
2012年12月7日，国土资源部对第二轮招标结果每个区块的前三名企业进行公示，公布的中标结果均为公示时排在第一顺位的企业，华电集团旗下华电煤业集团有限公司、中国华电工程（集团）有限公司、华电湖北发电有限公司、湖南省页岩气开发有限公司等4家公司分别中标贵州绥阳页岩气区块、湖南花垣页岩气区块、湖北来凤咸丰页岩气区块、湖北鹤峰页岩气区块、湖南永顺页岩气区块5个区块，成为最大赢家。
上市公司中，煤气化、永泰能源子公司华瀛山西能源投资有限公司、华菱钢铁集团与湖南发展共同投资成立的湖南华晟能源均位居中标名单中。
受中标结果影响，煤气化涨停，永泰能源涨幅超过8%，湖南发展、华菱钢铁涨幅超过2%，其他页岩气概念股如东环能源、杰瑞股份、宝莫股份、山东墨龙等股票也逆势飙升。
卓创资讯燃气分析师李祾譞表示，此次页岩气招标放宽准入条件，但中标企业仍是以地方国企和央企为主，未来最大的受益方除了华电集团外，还有一些地方政府投资主体，如中标企业江西省天然气（赣投气通）控股有限公司即为江西省投资集团下属子公司，同样性质的还有安徽省能源集团有限公司，民营企业要想在该轮盛宴中掘金，主要是通过勘探开发服务和提供设备受益。
页岩气将推进我国油气机制改革
第二轮页岩气招投标得到来自政府、企业的高度关注，沪深市场上的页岩气概念股也经历了几轮爆炒，我国未来是否能够重演美国页岩气革命，成为业内广泛讨论的话题。
从页岩气管理办法和补贴手段等来看，与煤层气存在多种相同之处，国土资源部和国家能源局的多位官员也表示，页岩气的发展将借鉴煤层气的一些思路，但煤层气发展十分缓慢，2012年全国煤层气产量125亿立方米，利用总量52亿立方米，距离产量155亿立方米、利用量80亿立方米的年度目标尚有较大距离。
页岩气与煤层气同样存在矿权重叠、下游垄断未破、开发成本较高等问题，页岩气会否重蹈煤层气之路？李祾譞认为，煤层气没发展起来主要是因为市场没有放开，而现在政府对页岩气的发展，前期主要是搭建市场化平台，包括多种投资主体的进入、页岩气价格市场定价等，虽然下游管网垄断问题难以得到解决，但可以通过液化或者发电等方式来突破，第二轮招标中电力企业积极参与，也是瞄准了天然气发电这块蛋糕。
页岩气的市场化程度或将决定中国页岩气之路能够走多远，李祾譞认为，观察第二轮页岩气招标以及我国出台的有关页岩气的相关政策，政府有意以页岩气市场化来引导天然气市场改革。
一、边坡稳定的定量分析法
边坡稳定的定量分析是根据边坡岩体的力学性质以及各种可能的工况组合，选取适当的边坡断面进行力学分析，根据确定的岩体参数和一定的假设条件进行分析计算，得出边坡稳定与否的结论。实际工程中存在许多无法完全定量的因素，这些因素的不确定性对边坡稳定的定量计算有一定的影响，因此所谓的定量分析并不是完全意义的“定量”。定量分析的方法主要有极限平衡法、有限元法以及概率法。
（1）极限平衡法极限平衡法是在假定已知的滑面上对坡体进行静力平衡分析，首先将边坡体离散成条块，然后根据其受力状况建立力或力矩的平衡方程，计算边坡的安全系数。它是目前应用最广泛、理论最成熟的边坡稳定性分析方法，基于不同的假定条件，极限平衡法又衍生出许多不同的计算分析方法，如：Morgenstern-Price法、简化Janbu法、简化Bishop法、传递系数法、Sarma法、Spencer法等。其中简化Bishop法多用于破裂面近似呈圆弧形的滑体，其它几种方法可用于滑动面为任意形状的边坡。据有关文献，Sarma法与M-P法计算结果较为相近，比以前的计算方法更接近真实值。随着工程技术的不断发展，一些学者对上述方法进行了研究和发展，作出了有益的改进。如陈祖煜和Morgenstern对M-P法的计算格式进行改进，使得该方法收敛性非常良好，且满足严格平衡条件，在国际岩土界受到欢迎。随着计算机技术被广泛应用于工程界的各种计算中，上述列举的方法也被人们编入程序，大大减轻了计算的负担。类似的软件在不断被开发，如国内应用较广的理正岩土工程软件、国外的Geostudio软件等。极限平衡法在进行计算时均有不同的假设条件，在建模和进行稳定性计算过程中采取了一定的简化措施，但精度均能满足工程需要。在实际工程中一般采用多种计算方法进行对比分析，得出更为精确的结果。
（2）有限元法有限元法在岩土力学中应用较为普遍，应用该法分析边坡，不但能对其稳定性作出定量评价分析，而且在分析中还能考虑到构成边坡物质的不连续性和非均质性，因此具有一定的优越性。该法理论成熟，利用计算机作为辅助工具，在分析中应用较广的是二维线性有限元分析，采用位移法求解。目前在二维和三维方面的计算软件都比较成熟，如基于显性有限差分方法的岩土工程商用计算软件FLAC等。和极限平衡法相比，有限元法无需事先假设边坡滑动面，也不必满足一些假定条件，而是根据变形协调的理念建立起应力和应变之间的本构关系，建立边坡运动的模型，找出边坡破坏的模式，为边坡稳定性分析和治理提供依据。边坡稳定性分析的有限元法可以编制边坡岩土体的位移分布图和主应力分布图，找出重点研究对象和易发生破坏的区域。为了研究有限元法和传统的极限平衡法之间的关系，找出边坡安全系数的计算方法，近年来一些专家学者在这方面作出了有益的探索，得出了很有价值的计算方法。如Giam和Donald于1988年提出了一种由已知应力场确定临界滑裂面及最小安全系数的方法-CRLSS法；Zou等人通过有限元法获得的应力分布规律确定滑动面的位置，然后利用动态规划的数值方法搜索最危险滑裂面和相应的安全系数。有限元法对边坡达到极限破坏状态的判据没有统一的标准，有时候计算精度不足，因此限制了其应用的普遍性。由于计算技术的发展突飞猛进，而进行边坡稳定性分析时本构关系的建立则显得滞后，因此有限元法在本构关系的研究以及模型建立方面还需进行深入地研究。
（3）概率法早期的边坡稳定性分析方法均采用刚体极限平衡理论，在模型的建立过程中进行一定程度的简化，此类简化使得计算和分析过程不再繁琐，因此各理论方法在工程实践中得到普及，并衍生出多种多样的计算方法。实际上边坡体是一个各种因素的组合体，与地形地貌、地质环境、岩体特征、水文地质条件等关系密切。而概率法就是将影响边坡稳定性的许多因素作为变量，确定出各因素对边坡稳定性影响的主次关系，然后通过试验取得各变量的原始数据，并对试验取得的大量的数据进行统计分析，找出各种因素的函数分布规律及其与边坡稳定性之间的内在联系，进而计算出边坡稳定状态的概率大小。在该领域一些学者进行了有益的探索，如Hudson等人对边坡体内不连续面的几何特征采用概率统计法进行了定量的分析和研究，并得出有价值的结论。随着计算机技术的广泛应用，概率论理论又发展出很多“不确定性”分析方法，例如BP神经网络法、灰色理论法、模糊评判法等。
二、结语
1.1内涵
岩土工程的理论基础包括岩土力学与工程地质学，岩土工程技术体系的主要内容就是力学、地质学以及工程的密切结合。岩土工程是基于传统力学理论发展而来的，比如极限平衡、应力应变关系、渗透理论等等，并产生了土力学与岩石力学两门学科。不过大量工程实践证明仅靠单纯的力学计算可靠性并不高，一些复杂的实际问题无法得到根本解决。这是由于岩石材料、结构与其它材料相比存在差异，比如钢筋、混凝土的材质比较均匀，材料与结构均是工程师设计确定好的，有明确的计算条件，所以计算时基于力学基础所得的结果是可信的。但是岩土材料是复杂地质经过漫长历史作用的产物，无法随意选择，不具备可控性。所以要查明条件与测定相关参数，则要依靠地质科学对这些条件进行正确的认识与理解。
1.2技术支撑
岩土工程的技术支撑包括探测、软件以及施工技术。其中探测技术主要包括工程物探测、室内试验、质量检验、工程监测、原位测试以及钻探取样等等，不仅有繁多的种类，而且技术水平也在不断的发展、提高。从某种意义讲，探测技术是岩土工程的眼睛，是获取信息的重要手段，也是进行岩土工程分析的基础。而现在计算机科学技术不断发展，岩土工程的分析越来越需要计算机软件的辅助，一些稳定分析、渗流分析以及变形分析等，因为参数多变且条件复杂，简单的代数公式无法描述，所以要采用可以将岩土特性的本构关系反映出来的计算模型，把岩土与结构的协同作用同时考虑进来。最后，岩土工程的最终目的就是建造工程，因此施工技术也非常重要，比如排水与止水、挖土与钻井、制桩与注浆、锚固及土工合成材料的应用等等。提高施工技术水平不仅可以提高效率、保证质量，而且可以促进设计水平的提升。比如一些地基处理工法、桩基工程的创新等，均是先有施工技术，设计计算后续才跟进。
1.3岩土工程离不开科学理论的指导
处理问题时如果只凭借直观的经验而未深刻理解科学原理，可能会导致原则性或者概念性的错误，反之如果对科学原理有深刻理解则可以举一反三，透过现象看本质。对于岩土工程而言，常用的科学原理包括力学原理、岩土性质的基础概念、地下水的运动规律、岩土与结构的共同作用、地质演化规律、工程与环境的互相作用等等。比如有效应力原理，从材料力学中分离出一门土力学，其中有效应力原理功不可没。工程中很多地方都会应用到有效应力原理，比如强度计算、稳定计算的总应力法、有效应力法、地基土的固结沉降、桩的挤土效应等等。
2.岩土工程中用到的科学方法
2.1调查
所有的科学研究均始于数据的收集，岩土工程同样要先进行勘察。调查是一种科学方法，不仅要求其真实性，而且要强调其目的性，即调查活动要出于工程设计施工的需要。通常设计人员要亲自进行调查工作，设计、勘察是一体的，这样才能保证设计人员对现场条件的充分掌握，保证勘察工作与设计需求相符。不过我国由于体制问题岩土工程的勘察、设计是互相分离的，这也是制约我国岩土工程勘察设计发展的原因之一。此外，前期的勘察固然重要，后期检验与监测也属于数据收集、分析的范围，也是保证工程质量、安全的重要工作。
2.2实验
此处提出的实验并非普通的水工试验或者水质分析等，此处所谈的是更深意义上的科学实验。科学原理强调可重复性，即如果科学原理得到证明，无论在任何情况下只要条件相同均可发完全重复。科学工作的基本手段即为科学实验，而鉴别科学、伪科学的重要条件就是可重复性。比如一些地基处理技术在正式施工前要进行现场试验，其主要目的就是为了获取数据，并证实技术的适用性与可重复性。
2.3推理
科学推理包括两大类别，即演绎推理与归纳推理。其中演绎推理是从一般到特殊，欧几里德几何就是其中最典型的例子，它开始于几条最基本的公理，却推导出一系列的定理。力学计算的思维模式通常都是演绎推量，其以力学基本原理为基础，再结合具体条件，构建出对应的模型后进行求解，其所强调的是基于设定条件的定量计算。这一过程由于推导严密，因此只要条件相符且保证数据的正确性，就可以得出可信的结论。而归纳推理恰恰相反，其是由特殊到一般的过程，典型的例子就是地质学的创立。地质学通过大量的野外调查获取大量的信息，再对这些数据进行对比分析，总结出科学规律，推断地层的次序、地质历史时期的气候、岩浆活动等等内容，其是一个从粗到细、不断完善的过程。比较而言，两种推理方法各有优缺点，利用演绎推理要注意实际条件与计算条件的差异以及计算参数的可靠性。岩土工程有着条件不确知性以及参数不确定性的特点，无法完全查清地质条件，而且岩土参数有一定的离散性，再加上岩土体与结构复杂的互相作用，所以导致测试条件与工程实际的差异较大。尽管力学计算的发展很迅速，再辅助一些计算软件，但是计算结果和工程实际还是存在一些差别的，甚至会有很大差别。而以归纳推理为基础进行分析判断，则强调宏观把握，其对于数据的与综合能力的要求比较高，且定量化较差，甚至会受到地质、人为因素的局限。因此在实际岩土工程设计中要采用综合判断的方法，即将两种推理方法结合应用，辅以必要的工作，提高判断的合理性。
2.4验证
真理总是可以经得起检验的，而工程相关的科学理论更是要确凿无疑，其质量与安全才能得到保证。有些推断因为没有十足把握，所以更加需要验证。比如物探是根据仪器所检测的岩土体物性差异，来推断岩土体的分布，其属于间接勘探，因为多解性普遍存在，所以出现推断差错也不可避免，所以要进行验证。
3.岩土工程的新科技
3.1变形
岩土工程一个非常常见的问题即为变形，传统的变形问题是岩土的应力应变，其理论已经相当成熟，且总结了十分丰富的经验。随着人们对生态环境保护要求的不断提高，岩土工程也会涉及到一些新领域，产生一些新技术。比如垃圾填埋，其变形通常分为两部分，一是基于自重压力的压缩变形，其机理和岩土的应力应变大概相同；另一部分是垃圾中有机物降解导致的变形，其属于生物化学的范畴，这对于岩土工程师而言就是一个新问题。细菌作用于有机物后会把固体物质分解为气体与液体，再利用收集系统导出，填本就会发生沉降。填埋工艺决定了沉降的速度，比如好氧填埋的稳定速度比较快，而厌氧填埋的稳定时间就比较长。因为填埋体成分、压实程度、氧气供应、填埋厚度与次序等均有所不同，所以差异沉降无可避免，严重的话会破坏防渗膜以及封盖层。这种沉降分析存在较大难度，目前主要采用反分析法。