岩土与地下结构工程虚拟仿真教学平台开发

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1、艘。照Il躺卷专辑．岩土与地下结构工程虚拟仿真教学平台开发邓岳保，刘干斌，郑荣跃，宁波大学岩土工程研究所，浙江宁波315211一摘要：在土建类实验教学过程中发现，传统的实体实验难以满足本专业理论教学、实践教学、行业发展和学生自主创新的要求。另外，现代计算机技术的快速发展给岩土工程学科教学的改革提供了动力，同时也创f遣了发展条件。在此背景下，宁波大学建筑工程与环境学院提出了建设虚拟仿真实验教学中心的要求。文章结合岩土工程实验教学的任务与特点，介绍了岩土与地下结构工程模块仿真教学平台的框架和内容，重点介绍了盾构隧道设计与施

2、工仿真项目的开发过程。关键词：岩土工程；地下结构工程；教学；虚拟仿真作者简介：邓岳保，工学博士，宁波大学岩土工程研究所讲师，研究方向为软土地基处理；刘干斌，宁波大学岩土工程研究所教授；郑荣跃，宁波大学岩土工程研究所教授，研究方向为岩土与地下结构工程。{基金项目：国家自然科学基金(51308309)i．．．．．．．．．．一．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．一．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．

3、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．中图分类号：G642；TU4文献标识码：A；位试验是岩土工程教学中的重要一环。但是原一、背景位试验课程的开设通常费用昂贵，很难实施。例如，软土地基上的载荷板实验一般需要3—5岩土与地下结构工程专业是土木工程的一天时间，耗时费力。所以，目前的岩土工程实验个分支，是运用工程地质学、土力学、岩石力学课均未开设载荷板实验。④缺乏对岩土工程的解决各类工程中关于岩石、土的工程技术问题全面认识。一方面，岩土工程的工

4、程类型丰富，的科学¨肺8。该学科具有行业背景明确，过程包括地基处理、基础工程、基坑工程、边坡工程性、实践性、应用性和综合性都较强等特和地下结构工程等。另一方面，随着社会需求点‘2Ⅲ扔[3]瑚。州5]¨。随着国家推进新型城镇化的提高，不同专业知识的融合越来越多，从而使得重大战略决策的提出，以及土建产业升级的内岩土工程复杂性明显增加。无论是实验室教学在发展要求，岩土工程专业人才培养面临着新还是工程实习，都无法在短期内让学生认识众的挑战。另外，随着电脑技术日新月异的快速多类型、不同专业的实践知识。发展，其应用已渗透到日常生活

5、、生产和科研等在此情形下，为了满足专业教育特点和适众多领域，对岩土类相关课程的教学也提出了应行业发展需求，宁波大学建筑工程与环境学更高更迫切的要求旧1。院提出了建设岩土与地下结构工程虚拟仿真教在以往实践教学中发现，传统的岩土工程学平台的要求。具有实时动态演示、专业全面专业实验教学还存在以下问题：①对于一些正综合、过程协同建设等特征的仿真和虚拟技术，在发展当中的国内高校来说，受场地、时间、经可以很好地解决已建硬件实验室但实训组织困费等多种因素的制约，岩土工程的有些实体实难的弊端，是硬件实训环境的完美补充，可以让验项目开设

6、受到限制；亦或虽然开设了相关实学员在硬件实操前强化自己的动手能力，在正验项目，但因实验仪器较少而影响教学质量。式上机操作前解决从会到熟练的过程，避免学②由于对实验、实践课程的认识不足，目前岩土员在实操硬件时的不知所措和极大减少误操作工程学科的实验课通常是辅助性课程，教学时的概率，同时还可以缩短学员硬件操作的时间，间得不到保障。在试验过程中，学生容易出现从而提高宝贵的硬件环境的使用效率，延长硬操作失误，损坏实验仪器，或者不能按时完成实件产品的使用寿命。另外，通过借助计算机技一验任务。③根据岩土工程学科自身的特点，原术，开

7、展系统仿真实验，大大减轻了实验成本，-231擘◆错技大学謦枢_}．垫盒熊掌腿并使得原位实验的模拟教学成为现实。实体实验难以实现的效果，即可培养动手能力，学习实验技能，又可增强学生对土工实验的兴二、虚拟仿真教学平台趣，提高土工实验教学水平。(2)岩土工程原位测试技术仿真实验系统为了满足专业教育特点和适应行业发展需目前包括了天然地基平板载荷实验仿真和桩基求，宁波大学土木工程系一直在探索、强化理论静载荷实验仿真。在该仿真项目中，学生可以教学和实验教学环节的有效途径。通过开展自根据提供的场地条件和器材，自主选择和搭建主研发，同

8、时与全国知名从事虚拟仿真技术的实验。另外，通过改变各项输入参数，得到不同单位进行合作，土木系开发了“土木工程虚拟的输出结果。该系统可让学生体验自主获取知仿真实验教学中心”。该中心直属于宁波大学识和技能、了解科学探究的过程和方法，从而提教务处，主要面向本校土木工程及其相关课程高其创新意识。的本科教学。目前，仿真教学中心的框架和主(3