土力学论文

1.3岩土工程的特点：

岩土工程学是以岩体、土体和水体为研究对象，以工程地质学、岩石力学、土力学及基础工程学的基本理论方和方法的综合为指导，研究岩土体的工程利用、整治和改造的一门综合性技术学科。它有很强的实践性（因岩土体有显著的时空变异）和综合性，往往对保证工程质量，缩短工程周期，降低工程造价，提高工程效益会起到关键性的作用。

岩土工程学的本质特点，一是它必须以“岩土”为基础，始终要面对性质变化错综复杂的岩体和土体，以及与岩土体不可分割的水体；而是它必须以“工程”为中心，始终要围绕拟建工程在其具体岩、土体条件下的合理实现，确保他的正常使用;三是它必须以“稳定“为目标，始终要把工程在各种可能最不利组合条件下的安全和稳定性作为解决问题的总目标。它有跨越是空的特点，要考虑岩土的过去、现在和将来的变化，考虑工程在建设期与运营期内在所处条件上的差异，考虑岩土体在其分布上的区域性、层次性和特殊性；它也有跨学科的特点，要利用工程地质学、水文地质学、岩石力学、土力学、基础工程学，甚至其他一系列学科的基础，通过交叉融合，审时度势，具体的面对各类实际问题；它还有跨行业特点，要区别和针对诸如建筑、铁路、公路、水电、矿业、环保等各方面建设上不同建筑物和构筑物的工作特点，满足他们的特殊要求。显然，这些任务决不是任何一门学科所独立胜任的。

工程地质学是研究有关地质量问题的学科，它的主要任务在于对规划、设计、施工和运行中有关地质条件，从地质构造、地质作用和地质现象等方面做出分析评价；岩石力学和土力学是研究岩和土材料力学特性的特性指标、变化机理与客观规律以及岩体和土体变形、强度与渗透各方面的稳定特性、分析方法和增强措施的科学；基础工程学是研究关于不同工程建筑无基础设计与施工中涉及的各种原则、方法与事故处理等有关问题的科学。水文地质学是研究地下水的形成、埋藏、运动（动态与均衡）及水质等的变化以解决地下水开发、利用、防护等的水文地质条件及勘查评价的科学。这些学科虽然都是解决岩土工程问题的重要支撑，但没有岩土工程学根据岩土工程问题的内在规律所作综合的升华与创造性的应用，都是无法完成前述的岩土工程任务的。岩土工程学这种本质特点的个性构成了它赖以生存和发展的基本依据。

二、土力学

2.1.1、土力学的发展历史

土力学是人们在长期的工程实践中形成并发展起来的一门学科。

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我国劳动人民从远古时代就利用土、石作为地基筑材料来修筑房屋。如西安新石器时代的半坡村遗址，就发现有土台和石础，只就是古代的土力学最早的应用。

隋朝石工李春所修建的赵州石拱桥，造型美观，至今存留。桥台砌置于密实的粗砂层上，1300多年来估计沉降约几厘米。经现在的验算，其基底压力为500~600kpa。这与现代土力学理论给出的承载力值很接近。

《梦溪笔谈》记载，北宋初年，著名木工喻皓在建造开封开宝寺时，考虑当地多西北风，便特意使建于饱和土上的塔身稍向西北倾斜，设想在风的长期、断续作用下可以逐渐复正。可见，当时的工匠已经考虑建筑物地基的沉降问题了。

而力学逐渐形成理论始于18世纪兴起工业革命的欧洲。为满足资本主义工业化的发展和市场向外扩张的需要，工业厂房、城市建筑、铁路等大规模的兴建，提出了许多与土力学相关的问题，例如铁路路基问题。1773年，法国A.库伦（Coulomb）创立了著名的砂土抗剪强度公式，提出了计算挡土墙土压力的滑楔理论。1869年，英国W.J.M朗肯（rankine）又依据强度理论从另一角度推导了土压力计算公式。1885年，法国J.布辛内斯克（Boussinesq）求得了弹性无限空间在竖向集中力作用下的应力与变形的理论解。1922年，瑞典的W.费伦纽斯（Fellenius）提出了土坡稳定分析方法。这些古典的理论和方法影响着以后土力学的发展，为本学科系统的发展做出了贡献。1925年，K.太沙基（terzaghi）归纳了以往的研究成果，提出了一维固结理论，阐述了有效应力原理，发表了第一本《土力学》专著，标志着近代土力学学科的形成。1963年，罗斯科（Roscoe）等人创建发表了著名的剑桥弹塑性模型，标志着人们对土性质的认识和研究进入了一个崭新的阶段。

回顾新中国成立后的50多年，围绕着解决工程建设中提出的问题，土力学学科在我国得到了广泛地传播和发展、尤其是改革开放以后，国家大规模的建设促进了本学科的发展，在土力学理论和工程实践方面均取得了令人瞩目的化时代进步，为国民经济发展做出了贡献。许多大型水利水电工程，核电工程，高速公路，大型桥梁，万吨级码头，大型厂房，高楼大厦，地下空间开发利用等等都呈现了本学科理论和实践的巨大成就。工程建设需要学科理论，学科理论的发展更离不开工程建设。

2.1.2、发展趋势

性质是极其复杂的，因而理论的发展是很艰难的。关于土的理论，经过不少学者的艰辛研究和探讨，已取得不少成果，但进一步的发展还远没有结束。就学科本身而言，土力学的发展少不了三个方面：理论、实验、计算机。作为当今科技的驱动器，计算机是不可或缺的，发展数值分析是土力学的一个研究方向。目前，已经能够模拟、计算三维复杂条件下的许多工程问题，表明本学科进入了一个新时期。数学是一切自然学科的基石，数学的发展必将促进土里学

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的发展。天然土是复杂的，不可能按某种配方将其制作出来，因此数值模拟和理论分析不能解决所有问题，实验对土力学的发展必不可少的，是相当重要的，经不起实验检验的理论，即使再完美也是没有任何实际工程意义的。只有合理利用开发这三个方面，土里学的发展才会走的更远。其次研究方法和手段的大大提高也能为土力学理论研究和基础加固提供良好的条件，目前各国已经研制成功多种多样的工程勘察、实验与地基处理的新设备。

近年来，世界各国超高大坝、超高层建筑、地下空间开发、矿山深井建设、核电站、越江越海隧道、巨型电站、南水北調等巨型工程的兴建，还有地震、山体滑坡等等，不断对土里学提出来更高的要求，大大促进土力学进一步发展。裂隙对土体力学性能的控制性、非线性应力-应变的本构关系以及新的测试技术和设备等方面的研究将会有新的进展。

2.3、土力学的主要内容

土力学的基本研究内容：1）土的有效应力原理；2)土的应力分布理论；3）渗透固结理论；4）强度破坏理论；5）地基变形计算；6）地基承载力计算；7）土坡稳定性验算；8）挡土结构物上的土压力计算。

其中有效应力原理、应力分布理论、渗透固结理论和强度破坏理论是土力学的基本理论，而地基变形计算、地基承载力计算、土坡稳定性验算和土压力计算是与工程实践直接相关的应用课题。

土力学的研究必须注意土的本质特性。土的松散性是区别于整体岩石的主要特性，这种特性是创立土力学的主要原因。土是自然历史产物，必须查明土的生成环境和历史过程，结合土的微观结构、宏观土层的边界条件及自然环境变化进行研究。应对场地的地质和水文地质条件进行详细的勘测和分析。因而，土力学与工程地质学有着极为密切的关系。在各类土体的形成变化过程中，有着各自相应的物质组成结构，表现出不同工程地质性质。只有采用地质学的自然历史分析法，才能正确的认识土体工程性质形成的原因和演变历史、目前的状态及今后的变化趋势。土力学研究土的物质组成成分，土的物理、化学、力学性质及他们之间的相互关系，并以此为基础，进一步探讨在自然和人为因素的作用下，土的成分和性质的变化趋势。土力学应以土的成因、成分和结构等内在因素的研究成果作为解释土的物理与力学性质的根据，根据工程需要评价和改善土的性状，以保证建筑工程的合理设计、顺利施工、安全运行。 土力学的研究必须注重实践行。除运用一般力学原理外，还要中是专门的土工实验技术的应用。根据室内和原位试验获得的物理力学指标和各种参数来研究土的工程性质。土的变形固结和强度理论，就是这些实验研究的基础上建立和发展起来的。

土力学的研究必须注意工程实用性，必须考虑建筑物的结构特点和使用要求。各种建筑物因设计要求不同，对土体变形的稳定性和要求也有很大的差别。应从工程实际出发，对具体工程项目的地基土体和建筑土料规定具体的土工试

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验项目和实验方法，运用土力学的理论进行地基基础设计计算和施工，已解决实际工程问题。

土力学是一门偏重于计算的学科，因而，数学、力学是建立土力学计算理论和方法的重要基础。土力学作为力学计算问题，与理论力学有所不同，不能用纯数学、力学的的观点，必须根据实际地质调查、现场和室内的试验资料来进行分析研究，然后才能对研究资料进行力学计算。电子计算机技术和新的计算机技术的飞速发展，为土力学理论计算提供了重要手段。

土力学是土木工程专业的一门专业基础课程，它的定量分析评价工程地质问题和进行岩土工程设计计算的重要理论基础之一。在研究土体中水的运动问题时，还涉及水力学、地下水动力学和水文地质学的有关知识。各学科的相互综合与渗透是现代土力学发展的总趋势。

2.4、土力学的特点

学是为岩土工程服务的一门学科。影响岩土工程的因素众多，如工程地质、环境、气象、施工，以及其他人为的和时间因素，这就导致岩土工程的不确定性。而作为岩土工程原始依据的勘测资料具有局限性，由于土层的复杂性和取样的不连续性、小土样和原位土层的差异、土样扰动的影响、实验条件与实际工程情况的区别等，即便最认真、细致的勘测也可能存在偏差。此外，准确分析和利用勘测资料也不是容易的事。而设计参数往往导致结论的大偏差，其影响甚至超过计算方法的选择。

太沙基在给法国人洛西叶写的《土力学的信心和危机》一文的答复中指出了土力学的特点：土力学具有“科学性”和“艺术性”的双重特性，即土力学不是一门“精确”的科学，与其说它接近桥梁工程或机械工程，不如说他更接近医学。对于医学，“临床经验”是十分重要的。或者说土力学是工程实践中的一个工具，但不像计算尺、计算机那样按指示书使用就行的工具，而是像地球物理勘测那样需要长时间实践才有把握掌握工具。

派克总结了土力学中的“观测法”，可表述为：在足够（但不一定很详细）的勘测资料的基础上，根据地质知识对土层的最可能性状和最不利条件下的可能偏差做出评价，并据此做出简化假设和进行设计。在设计中，应确定需要在施工过程中实施观察的量（如沉降、空隙水压力等），并且按简化假设预估这些量的数值（包括在最不利情况下的相应数值），同时考虑最不利情况发生时如何选择补救措施或改变设计。最后在施工中观察起这些量，并对观察结果做出评价，必要时修改设计，以适应现场的实际情况。派克指出，观察发的局限性在于只能用于施工过程中有可能修改设计的场合，有时还可能会延长工期。但是观察法有利于降低造价和避免灾害。派克提倡的“观察法”，就是现在所说的“动态设计”概念。

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