土力學(xué)與基礎(chǔ)工程教學(xué)演示儀器的研制和實(shí)踐-土工測(cè)試新技術(shù)――

1、土 力 學(xué) 與 基 礎(chǔ) 工 程 教 學(xué) 演 示 儀 器的 研 制 和 實(shí) 踐 倡詹良通 王順玉 陳云敏（浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院 ，浙江杭州 ）摘 要 ：本文首先闡述了研制土力學(xué)與基礎(chǔ)工程教學(xué)演示儀器的目的和意義 ，然后以基坑工程滲透破壞模擬試驗(yàn) 裝置為例 ，介紹了教學(xué)演示儀器的研制與實(shí)踐過(guò)程 ，包括該儀器構(gòu)造 、功能 、滲透破壞模擬方法及演示效 果 ，最后簡(jiǎn)要介紹了浙江大學(xué)已研制成功的 套土力學(xué)與基礎(chǔ)工程教學(xué)演示儀器 。關(guān)鍵詞 ：教學(xué)儀器 ；土力學(xué) ；研制引 言枟土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 枠是高校土木工程 、水利工程等專業(yè)的主干課程 。經(jīng)過(guò)幾代教育工作者的 努力 ，該課程的教學(xué)已在教材 、授課方法 、教

2、學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器等方面取得了顯著進(jìn)展 ?，F(xiàn)有的土力學(xué)教 學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器側(cè)重于土力學(xué)特性的測(cè)試 ，包括土的基本物理性質(zhì) 、滲透性 、壓縮性 、抗剪強(qiáng)度等 。除了 土力學(xué)特性之外 ，學(xué)生還需認(rèn)識(shí)和掌握土力學(xué)與基礎(chǔ)工程中一些重要的概念和現(xiàn)象 ，包括管涌 、流 土 、剪脹剪縮 、土拱效應(yīng) 、砂土振動(dòng)液化 、主被動(dòng)破壞 、電滲電泳 、毛細(xì)吸力等 。這些概念和現(xiàn)象大都 比較抽象 ，光靠教師課堂講解 ，學(xué)生的理解和認(rèn)識(shí)往往不夠深刻 。若能研制一些教學(xué)演示儀器將這 些土力學(xué)概念和現(xiàn)象形象地再現(xiàn)出來(lái) ，將會(huì)激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣 ，加深理解 ，同時(shí)增強(qiáng)他 們動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。這些演示儀器還可以用于大學(xué)開(kāi)放日展覽和科普教

3、材 。筆者到國(guó)外一些土木工程領(lǐng)域知名高校參觀時(shí) ，曾在他們的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)室看到一些制作巧妙 的教學(xué)演示儀器 。美國(guó)土木工程學(xué)會(huì)巖土工程分會(huì)曾專門出版了一本專著 ，題為 ：，該專著介紹了 多種土力學(xué)與基礎(chǔ)工程中奇特現(xiàn)象的 演示方法和設(shè)備 ，如土體加筋效應(yīng) 、剪脹剪縮 、砂土振動(dòng)液化 、粘土干縮開(kāi)裂 、吸濕膨脹 、毛細(xì)上升 等 。然而 ，目前在國(guó)內(nèi)高校還難見(jiàn)到類似的教學(xué)演示儀器 。筆者從 年開(kāi)始致力于土力學(xué)與基 礎(chǔ)工程教學(xué)演示儀器的研制和實(shí)踐 ，目前已研制成功 套設(shè)備 ，包括砂土剪切體積變形演示儀 、土 體固結(jié)過(guò)程演示儀 、飽和土體振動(dòng)液化演示儀 、土拱效應(yīng)演示儀 、管涌及流土現(xiàn)象演示儀 、土體主

4、被動(dòng)破壞演示儀 、砂土休止角測(cè)定儀 、基坑工程滲透破壞模擬試驗(yàn)裝置 。下面以基坑工程滲透破壞 模擬試驗(yàn)裝置為例 ，介紹該教學(xué)演示儀器的研制與實(shí)踐過(guò)程 ?；庸こ虧B透破壞模擬試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置的構(gòu)造本模擬試驗(yàn)裝置是用于演示砂性土基坑工程中常見(jiàn)的滲流及滲透破壞現(xiàn)象 。該試驗(yàn)裝置是由 形有機(jī)玻璃槽 、水位控制裝置 、水頭量測(cè)系統(tǒng)及其他附屬設(shè)備組成的 （圖 ），各部分的構(gòu)造如下 ：倡受浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目 （）資助（）裝置的主體為 形有機(jī)玻璃槽 （圖 和 ）：通過(guò)中間隔板將槽體分割為兩個(gè)部分 ，分別模 擬基坑的坑內(nèi)區(qū)與坑外區(qū) ，坑內(nèi)區(qū)高度為 、坑外區(qū)高度為 ，槽寬 ，長(zhǎng) 。模型 槽的最大填土高度為 。

5、在有機(jī)玻璃槽中間隔板旁邊刻有導(dǎo)槽 ，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求插入不同長(zhǎng) 度 、構(gòu)造的有機(jī)玻璃擋板 ，用以模擬防滲墻 。有機(jī)玻璃槽的前面板刻有網(wǎng)格線 ，用于觀察土體變形 ；后面板開(kāi)有 只孔洞 ，并設(shè)有濾頭 ，用于水頭測(cè)量 （圖 ）。（）水位控制裝置是由一個(gè)能維持常水位水箱和可升降支撐桿上組成 ，水箱通過(guò)軟管與有機(jī)玻 璃槽的坑外區(qū)相連 ，以控制坑內(nèi)外水位差 ，形成滲流場(chǎng) 。（）水頭量測(cè)系統(tǒng)是由 根刻度玻璃管與濾頭組成 ，測(cè)量滲流場(chǎng)中各點(diǎn)的水頭值 。（）在坑內(nèi)易發(fā)生滲透破壞區(qū)域填筑的有色砂層 （圖 ），通過(guò)數(shù)碼攝像機(jī)拍攝有色砂層的變 形 ，可記錄坑內(nèi)土體的位移情況 。 型有機(jī)玻璃槽 ，隔板 ，帶刻度玻璃管 ，面板 ，卡套接頭 ，