环保理念下“土力学与地基基础”课程教学内容改革探索

1、环保理念下“土力学与地基基础”课程教学内容改革探索传统的“土力学与地基基础”是以完成工程地基基础的设计施工为目的，没有考虑施工过程对环境的影响和破坏。随着建筑用地的减少，建筑物的逐渐密集，岩土工程发展与环境的矛盾 日益突出，目前形势下必须考虑和分析岩土工程对环境的影响， 在环保理念下设计和施工地基基础工程。本文探讨环保理念下“土力学与地基基础”课程教学内容的改革。一、环保理念下“土力学与地基基础”课程教学内容改革的 必要性教学是提咼人们解决岩土工程发展与环境矛盾的关键途径， 在环保理念下进行“土力学与地基基础”课程教学内容改革，是由“土力学与地基基础”课程研究内容本身、课程的授课对象所决定的。

2、“土力学与地基基础”课程内容是由“土力学”与“地基基础”两部分内容构成，“土力学”主要研究土的物理力学性质，“地基基础”主要研究“土力学”在工程实践中的应用。可以说“土力学与地基基础”就是指导人们如何改变地理地貌。环境的恶化会制约岩土工程的实施， 而工程活动也进一步影响了环 境，是工程活动的环境双重性的具体体现。所以，在“土力学与 地基基础”教学中进行课程教学内容改革成为必然和必需。“土力学与地基基础”的授课对象决定了教学中进行教学 内容改革的必要性。岩土工程环境的恶化问题虽然是由于过度开 发、规划的不合理等引起，但说到底其根源在人的思想。“土力 学与地基基础”主要针对土建类专业学生开设，他们

3、是以后从事土木工程的设计和施工的高端技能人才， 在他们走上工作岗位之 前接受一些环保理念，才能在工作岗位上基于环保理念开展工 作。二、环保理念下“土力学与地基基础”课程教学内容改革 在考虑环境影响的前提下，土木工程师考虑的问题就不仅仅 是工程技术问题，还需要考虑工程对环境的影响。 在“土力学与 地基基础”教学中，考虑到对环境的影响，可以在基坑工程、地 基处理工程、基础工程、已有建筑物基础的再利用、岩土工程灾 害、实验实训教学等方面进行教学内容补充和改革。（一）基坑工程方面。在基坑开挖中常常需要降低地下水水 位，常用的降低地下水位的方法是井点降水法。由于水位下降导致土的自重应力增加，从而引起地面

4、沉降，引起邻近建筑物的倾 斜、开裂。基坑开挖时，基坑内外存在一定的水头差，当水力坡 降较大时会引起基坑坍塌及开裂等问题。 采用“按需降水”的理 念对地下水的施工进行指导， 这样既减少了地下水环境的变化和 建造成本，又降低了地下水变化对邻近建筑物的影响。基坑开挖对周边环境的影响除了地下水的作用外，主动土压力作用也不可忽视，它可使得侧壁土体向坑内及垂直向下产生位移，导致基坑支护结构破坏而导致基坑失稳，另外基坑支护结构的破坏还会导致基底隆起，同时基坑支护结构的变形和位移也会 影响邻近的建筑物的安全，因此在基坑的开挖支护中一定要考虑 到对相邻建筑物的影响。（二）地基处理工程方面。根据地基土的性质不同，

5、相应的 地基处理有多种方法，对环境的影响也各不相同。比如，化学灌 浆法是将水玻璃或其他化学浆液压入土的孔隙中，使土胶结成整块，从而提高土的强度和抗水性。 但是，在施工中浆液尚未固化， 加上注浆是在一定压力下进行， 如防护措施不当会导致浆液向外 围扩散，污染周围土质和水源。再如，强夯法处理地基时，强夯 时产生的巨大冲击能量使附近的场地下沉或隆起，并以冲击波向外传播，对周围土体和建筑物产生扰动影响，同时产生震动和噪声等环境公害，对人的身心健康造成危害。再如，土工袋是将素土、掺石灰或水泥的普通土、砂砾、矿渣、建筑渣土等装在土工布缝制的编织袋内以用来增强地基承 载力、控制地基沉降（特别是不均匀沉降）、

6、减小行车振动对路 基的影响。这是一种古老的地基处理方法， 现在已被赋予了全新 的含义，并被广泛应用于铁路、公路路基和房屋基础等永久性建 筑地基处理中。因此，在以上课程内容的讲授过程中， 也可以适时地渗透环 境保护的理念。在环保理念的指导下， 工程的设计和施工要求更 高，反过来也会对土力学及地基基础的发展起到极大的推动作（三）基础工程方面。预制桩由于承载力高、质量容易保证、 施工工期短而被广泛应用。预制桩的沉桩根据施工方法可以分为 静力压桩和动力压桩。静力压桩施工过程中震动小、噪声小、没 有泥浆污染等，在软土地区有广泛应用。但是，静力压桩有挤土 效应，特别是饱和软土地区，由于挤土引起的超孔隙水压

7、力导致 地基产生水平和竖直位移， 对邻近的建筑物造成不利影响。 而动 力压桩震动大、噪声大、如果防护措施不当，容易产生泥浆污染。 应该根据周围环境，采取适当的沉桩方法。（四）旧建筑基础在新建筑建设中的再利用。随着经济的发 展，城市规模的扩大，城市中建筑物的更新速度加快，特别是在 城市的关键地段更是如此， 由于土地价格的提高，为充分利用土 地资源，往往新建建筑比拟拆的旧建筑更高、更大，这种拆旧建 新的做法是当今城市改造的必然选择。 拟拆的旧建筑的基础对将 在其原址上新建的建筑来说， 将产生相当的影响，若旧建筑基础 为天然地基上的浅基础， 对新建筑物的影响就较小， 若旧建筑的 基础为桩基础，则对新

8、建筑的影响就大了。在条件允许的情况下， 全部或部分利用旧桩基，不足部分补打新桩，不失为一种经济可 行的选择。（五）岩土工程灾害。随着土木工程建设的逐年投入，天然的地质灾害发生的频率也加大了，对我们的影响加大了，人们的工程活动引发的岩土工程灾害也在加剧。 例如大量开采深层地下 水，使不少地方出现地表的大面积下沉， 引发地表塌陷、 地裂缝。 建筑垃圾也污染了土地、 空气与地下水。 大规模的水利水电工程、 高速公路、高速铁路工程可能引发次生地质灾害，例如崩塌、滑 坡、泥石流、水土流失等。 （六）实验实训教学方面。 地基土被污染后会造成其组成、 结构和功能的变化。 地基土受到 污染，颗粒间的胶结盐类被

9、溶蚀消解，胶结结构遭到破坏，胶结 强度降低，土的孔隙比增大、 压缩性增大，抗剪强度降低。 为此， 在土工试验的设计中， 可以采用纯净土和污染土做平行试验的方 法，比较得出环境污染对土的物理性质指标、 抗剪强度指标和压 缩性指标的影响，加深学生对污染土性质的了解。以下以原生土浸清水作为样品纯净土 A,以原生土浸废碱液 27d作为样品污染土 B做平行试验，得出的纯净土与污染土物理 性质指标、抗剪强度指标和压缩性指标的试验结果。1. 物理性质指标试验。 通过测定纯净土和污染土的物理性质 指标，得出结果如表 1 所示。可以从试验数据得出， 土被污染后， 其重度和干重度显著降 低，而孔隙比、含水量、饱和度等指标明显增大。土的物理性质 指标的变化必然引起土的抗剪强度和压缩性的变化。2. 抗剪强度指标试验。 通过测定纯净土和污染土的抗剪强度 指标，得出结果如表 2 所示。试验数据说明，土被污染后，其粘聚力有所增大，而内摩擦 角显著降低，故土体污染后强度总体来说是降低的。究其原因， 是以为土的抗剪强度受土的物理性质和孔隙水压力的影响， 而土 体污染会改变土粒的矿物成分、土颗粒的形状和级配、密度、含 水量和土的结构，从而改变土的抗剪强度指标。3. 压缩性指标试验。通过测定纯净土和污染土的压缩性指 标，得出结果如表 3 所示。试验数据说明，土被污染后，其压缩系数增大，压缩模量