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中心概况

成都理工大学创建于1956年,经过半个多世纪的建设与发展,学校已成为以理工为主,以地质、能源、资源环境、土木工程、电子信息等学科为优势特色的多科性大学。学校拥有学士、硕士、博士三级学位授予权,教授和博士生导师资格审批权,也是教育部“卓越工程师教育培养计划”高校。

成都理工大学地质与岩土工程虚拟仿真实验教学中心的前身为成都地质学院工程地质物理模拟仿真和数值模拟中心。它是1989年在“工程地质”国家重点学科的基础上创立的。2002年,为了进一步满足地质资源与地质工程学科、土木工程学科及其它相关学科教学的需要,在工程地质实验室和工程地质数值模拟中心的基础上,整合学校相关实验室,成立了成都理工大学地质工程实验教学中心以及地质与岩土工程虚拟仿真实验教学中心。地质工程实验教学中心于2008年列入国家级实验教学示范中心建设计划,2012年通过验收。

地质工程与岩土工程均属于地质学与土木工程学的交叉学科。实践证明,该学科培养的人才在西部地区复杂地质环境下的工程建设中发挥了重要作用。近年来,为了实验教学的现代化、信息化,实现优势资源虚拟仿真和共享共用,成都理工大学将地质与岩土工程虚拟仿真实验教学中心建设作为成都理工大学实施高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容之一。

目前,地质与岩土工程虚拟仿真实验教学中心以网络信息管理系统为基础,统一管理虚拟仿真实验教学,包括基于模拟的物理仿真教学、基于模拟的数值仿真教学、虚拟仪器实验教学等。该“虚拟实验共享的网络信息管理”系统支持实验项目动态更新和在线互动教学,对虚拟实验资源共享实施高效管理。实现了虚拟仪器远程实验,学生可以在线完成不同层次的实验项目。并且在虚拟和仿真实验教学中不断丰富教学资源,将前沿科研成果及时引入虚拟和仿真实验教学,增加创新试验项目。针对现代高性能仪器实验复杂、耗时长等问题,为培养本科生获取岩土参数综合实践能力,建成岩土力学与工程力学虚拟实验室;针对地质钻掘真实平台难以开展,并且具有高危险性的特点,为培养本科学生地质钻探等实践能力,建设地质钻探虚拟实验室;针对大型工程岩土问题、地质灾害过程难以再现等特点,为培养本科学生综合实践和创新能力,建成基于模拟的物理仿真和数值仿真实验室。

岩土与工程力学虚拟实验室的主要实验项目包括:土工及土力学试验、岩石力学试验、工程力学试验等3类。地质钻掘虚拟实验室拓展虚拟仿真实验教学范围、丰富虚拟仿真实验教学内容,其主要实验项目包括:钻进全过程动画演示项目、各型号钻进机具展示类项目、钻进参数设计项目钻进及交互评判类项目等。

基于模拟的物理仿真和数值仿真实验室是将现代数学、现代力学理论与地质工程和岩土工程问题结合,并充分利用现代信息技术和软件工程技术,实现地质和岩土工程问题的全过程仿真模拟。通过虚拟仿真模拟和演示教学,开拓学生视野、提升学生计算能力、改善学生知识结构、培养学生综合设计和创新能力。

在数值仿真计算与分析手段方面,中心购置了大量数值仿真模拟软件,拥有国际通行的先进的大型数值模拟软件,如Geo-Studio、3D-σ、3D-FLAC、3D-Modflow、ANSYS等。同时,还自主开发了二维、三维粘弹塑性有限元模拟软件、边坡治理辅助设计系统及块体稳定性分析系统等。在物理仿真手段方面,中心自主或联合研制了大型土工离心模型试验机、泥石流模拟实验系统、底摩擦模拟实验仪以及地质环境模拟实验装置等仿真实验设备,这类基于模拟的仿真实验室主要用于岩土工程应力变形特性和渗透特性试验、数学-力学模型构建及数值分析计算、岩土工程物理现象的仿真探索等。

依托国家级地质工程实验教学示范中心建立网络信息管理系统及基于网络的虚拟仪器实验室,结合已有的实验室门禁系统、实验室管理平台,可以远程访问虚拟仿真教学资源,引导学生进行虚拟试验,熟悉整个试验流程,提高试验效果。该系统为学生提供了良好的模拟训练环境,同时通过信息发布、数据收集分析、互动交流、在线成绩评定、在线成果展示等,极大的提高了学生的学习兴趣。

目前,虚拟仿真实验教学中心已拥有计算机150余台,四个专用机房,其中有高性能惠普工作站48台。组建了专门的局域网,建立了较为先进的服务器中心机房,配备了高性能DELL、HP商用服务器和刀片服务器,光纤存储设备、阵列存储、光纤交换机、UPS电源等硬件设备。极大地提升了中心机房的仿真和运算能力。

地质与岩土工程虚拟仿真实验教学中心逐渐形成了一支由教授挂帅、专兼职教师为主体,职称、学历、年龄结构较为合理的实验教学队伍。中心现有38人,其中专职教师17人、兼职教师21人。中心成员中高级职称占63%,97%具有硕士学位,82%为45岁以下的中青年骨干人员。中心面向全校4个学院,11个专业,建成虚拟仿真实验项目89项,其中基础性实验项目有15项,综合性实验项目有59项,个性化创新性15项,涉及32门实验课程,每年完成64100人时数实验教学。

中心充分发挥地质工程国家重点学科专业优势,积极利用清华斯维尔、曼恒数字、安世亚太等企业的开发实力和支持服务能力,充分整合中心信息化实验教学资源,创造性地建设与Geo-Studio和ANSYS等应用高水平软件共享虚拟实验;岩土钻掘等仪器共享虚拟实验和网络信息远程控制虚拟实验等教学资源,积极提高教学能力,不断拓展地质与岩土工程实践领域,丰富教学内容,降低风险,开展绿色实验教学。

经过多年的改革和建设,地质与岩土工程虚拟仿真实验教学中心形成了自己鲜明的特色,主要体现在以下三个方面:

(1)在国内率先构建了地质工程、岩土工程专业“基于网络的虚拟仪器实验”、“基于模拟的仿真实验”和“虚拟实验共享的网络信息管理”平台,为实验教学和学生自主实验提供了强大的教学资源。

(2)面向地质灾害防治国家需求,突出地质与岩土工程学科特点,探索并形成模块化和层次化的虚拟仿真实验教学体系,为强化学生实践和创新能力培养提供了重要保障。

(3)教学与科研紧密结合,将科研成果及时转化为虚拟仿真实验教学项目。

我们相信,通过进一步建设和发展,成都理工大学地质与岩土工程虚拟仿真实验教学中心必将在地质工程和岩土工程领域为培养更多综合素质好、创新能力强的优秀人才提供更加优良的实验环境和创新平台。