唐亮 凌贤长 田爽 韩笑 孔祥勋

哈尔滨工业大学土木工程学院 哈尔滨 150090

0 引言

近年来，我国高速铁路建设飞速发展，已成为世界上高铁在建规模最大、运营里程最长、运营速度最快、集成能力最强的国家，“中国高铁”在世界上的认知度逐步提升，成为我国面向世界的一张闪亮名片。随着我国“一带一路”倡议、“交通强国”战略等的深入实施，急需一批具有扎实土动力学知识的应用创新型人才，然而，目前土动力学课程存在理论知识体系脱离工程实际，学生缺乏创新意识等问题。因此无论从国家发展层面，还是从社会人才需求层面，研究生培养机制向“产学研用”深度融合发展已是必然趋势，且迫在眉睫。

本文依托加速推动时速400 公里级高速铁路关键技术研发的时代背景，充分利用哈尔滨工业大学深耕土动力学领域数十年教学经验、研究基础与工程积累，联合中国铁道科学研究院集团有限公司、中国铁建股份有限公司、中国中铁股份有限公司、中国铁路设计集团有限公司等知名研究单位、设计和施工企业，致力于提出土动力学研究生课程“产学研用”深度融合协同育人培养模式，探索具有中国特色的土动力学领域应用型人才培养路径，对我国高速铁路等重大基础设施建设与运维无疑具有重要意义与广阔应用前景。

1 土动力学课程存在的问题

1.1 未涵盖轨道交通动力学相关知识

当前高校开设的土动力学课程涵盖的知识体系主要包括土动力学基本理论、土的动力特性、砂土液化评价方法、土的动参数测试以及土工抗震等方面的基本理论知识。整体来看，课程的教学体系更侧重于地震工程。地震工程中更关注砂土液化、地震响应等问题，而高铁等轨道交通动力学更关注变形、振动；同时，地震荷载是短时低频的，而高铁荷载则是长期高频的。现有土动力学课程中基于抗震设计理论的知识点无法直接应用于快速轨道交通动力学中。因此，面向时速400 km/h 以上高速铁路路基控制关键技术需求，对土动力学课程实施教学改革迫在眉睫。

1.2 未涉 及超高速铁路路基控制问 题

高速铁路提速至时速400 km/h 以上时，会给路基带来严重的稳定性问题。超高速行驶会带来诸多隐患，如高速铁路列车运行速度接近或超过路基土体中波的传播速度，列车运行产生的振动不能及时传播出去，会引发激波现象和马赫效应，导致路基产生过大振动和累积塑性变形，进而影响乘坐舒适性，甚至威胁行车安全。此外，列车在超高速行驶时，路基振动频率若与路基固有频率接近，就会产生共振；频率越接近，单位时间内传递的能量越多，振动越剧烈，发生事故的概率越高。目前，土动力学课程尚未涉及高速铁路路基控制问题。超高速列车运行带来的问题在普速铁路和现有的高速铁路中不易见到，应将其引入土动力知识体系中，教学方法也应作出相应的改革，适当将数值仿真等方法引入课堂教学环节，使学生能更直观地感受超高速铁路的路基控制问题[1-3]。

1.3 未包含工程实践教学环节

除教学体系中涵盖的知识点有所欠缺外，目前土动力学课程授课多以课堂讲授为主，少有试验、工程实践等实践教学环节，课程实用性差。课程教学手段、教学形式的单一性，导致学生对高铁提速后带来的路基稳定性控制关键问题缺乏直观的认知。应在传统授课方式基础上，增设以典型工程为依托的工程实践环节、室内试验环节，使学生有代入式的教学感受，这对学生领悟知识具有重要的作用，故将实践教学融入土动力学课程也是一项有重大研究意义的举措。

2 土动力学研究生课程改革措施

2.1 教学内容的改革与建议

面向时速400 km/h 以上高速铁路路基控制关键技术需求，还需完善土动力学课程知识体系。补充轨道交通动力学相关教学内容，主要包括轨道交通线路动力学研究的内涵及意义、轨道交通的荷载特性、轨下基础动力响应计算方法、轨道结构动力特性、土体动强度及动变形特性、车辆—轨道—路基耦合动力分析、轨道交通振动与噪声控制等。通过增设相关内容，使学生在了解轨道交通动力学基本原理、轨道交通基础设施动力基本特性的基础上，掌握轨道交通路基动力学分析方法，为我国超高速列车路基控制关键技术的发展培养和输送人才。

2.2 教学手段和教学方法的改革与建议

2.2.1 数值仿真

传统土动力学课程教学在增设轨道交通动力学的同时，将数值仿真方法引入课堂，通过数值计算和图像显示的方法，达到使学生切身感受工程问题的目的。基于此，学生能够更真实地模拟出高速列车荷载传递路线与规律、列车荷载引发的路基动力响应等，可在教学环节让学生全方位、多层次地了解和掌握时速400 km/h 以上的高铁路基稳定性控制关键技术，使学生对超高速下高铁路基的振动有更直观清晰的认知[4-6]。

2.2.2 教学实验

教学实验是指在教师的指导下，学生操作相关的设备及材料，从观察现象的变化中加深对知识理解的教学环节。故基于增设的轨道交通动力学内容，土动力学课程应增加相应的实验教学环节，带领学生走进实验室，通过开展三轴试验、室内模型试验等，让学生对知识点有更为深刻的认识，进一步领略超高速列车行驶下路基可能出现的失稳问题及控制技术难题。

2.2.3 实践教学

我国高铁产业经历了从无到有、从国内到国外的转变，是“中国制造”走出国门的一张亮丽名片。高铁行业健康蓬勃发展，为校企之间产教融合提供了健康发展的基础，更是产业与教育协同发展、产教深度融合的着力点。对照《国家职业教育改革实施方案》要求，高校教学应紧密对接高铁行业。面对高铁面向时速400 公里级的行业和科研形势，高校应建成调和联动、多元共识的专业群内部治理体系，形成校企共建共享优质资源库，实现社会职业培训校企互融互通、服务发展校企互补互进的实践效果，以期达到理论联系实际的教学效果，让学生对土动力学课程拥有更深入的认识[7-8]。

3 结束语

针对现有土动力学研究课程教学内容、教学手段和教学方法与我国推动时速400 公里级高速铁路关键技术研发战略背景不匹配的关键问题，本文提出的土动力学教学模式改革与创新能力培养教学实践，为超高速铁路路基工程的几处教学实践探索了一种新的模式。面向超高速铁路路基控制关键技术的实践教学与人才培养，通过教学改革，完善教学内容，丰富教学手段，深化轨道交通动力学理论教学，实现学生专业素质培养的科学化、工程化和实用化，是适应我国重大工程需求的教学实践模式探索的有效途径。