土力学发展概况

学 术 论 坛
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土 力学 发 展 概 况 ①
龙 杰
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摘 要： 随 着社会 的 高度现 代化 ， 土 力学在 工程上 的应 用范 围越来越 广 ， 人 类对 土 力学的研究也 更加 的深 入 。 本文通 过 回顾 土 力学发展 历 程， 分 析 当前 土 力学研 究的缺 陷， 包括 土 力学经典理论 的 局限性 ， 非饱和 土 力学研究 的缺 陷性 ， 动荷 羲作 用下土体研 究的不成 熟性 。 最 后
室 内 试 验 和 原 位 试 验 之 间存 在 着 不 可 忽视的差别 ， 室 内试 验时 ， 压 缩 模 量 是 在 无 侧 向 变 形 条 件 下 测 出的 ， 而 土 的 初 始 应 力 状 况 与 沉 积 条件 有 关 ； 在 完 全 相 同 的 条件 下测 量土的沉 降量 ， 试 验 结 果 表 明 压 缩 模 量越 大的土 ， 它 的 计 算 沉 降 和 实 测 沉 降相 差越大ｌ ３ 】 。 现 有 原 位 实 验 方法 如 标 准 贯 入试 验， 触 探试 验 只能 用 于 小 型 工 程 ， 钻孔 取 土 愈深 ， 土 的 结构 破 坏 愈 大 ， 试 验 结 果 的可 靠 度也就 越差 。 因此 发 展 更 加 先进 的 测 探 技 术， 可 以 克 服 取 土 后 土 结 构 的 巨大 变 化 和 应 力状 态 的 改 变 ， 能 大 大 提 高 试 验 结 果 的 精确性 。 ３ ． ３非 饱和土 的研 究 非饱 和土 力 学 理 论 之 所 以 没 能 像 饱 和 土 力学 理 论 一 样 同步 发 展 ， 最主 要的原 因 是 影 响 非 饱和 土性 质 因素 众 多 ， 关 系复 杂 ， 它 很 难 像 饱 和 土 那 样找 出应 力应 变 之 间一 对应 的关系 。 此 外非 饱 和 土 特 性 测 试 技 术难度 比饱和土大得 多 ， 这 进 一 步 制 约 了 非饱和土 理论的发 展。 由于 非 饱 和 土 中存 在气体 ， 较 之 饱 和 土 性 质 大 有 区 别而 且 更 加的复杂 ， 研 究非饱和土 中固、 液、 气 之 间 的 相 互 影 响 关 系成 为解 决 非 饱 和 士 问 题 的 重 要 出路 。 今 后 非 饱 和 土 的 研 究 将 着 重 于 土 体表 面 吸 力 的 测 定 ， 土一 水 特征 性 能 表 征 等方面 。
结 合土 力学研 究的 缺陷 ， 对今 后 土 力学的 发展提 出预测 。 关键 词 ： 饱和土 非饱 和土 动荷载
中 图分 类号 ： Ｔ Ｕ ４ １
文 献标 识码 ： Ａ
文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ － ３ ７ ９ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４ （ ｂ ） －０ ２ ２ ５ －０ １
一
些 理 论 都 有 自身 的 局 限性 ， 不 能 符 合 一 般 土 体 受 力 状 态 下 的性 能 。 ２． ２ 解 决非 饱和 土 问题 方法 欠缺 传 统 土 力 学 理 论 只适 用 于 解 决 饱 和 土 的问题 ， 其 规律 也 是 根据 饱和 土 试 验 得 出 。 然而 工程中遇到 饱和土 的情况十分 罕见 ， 即使是软 土地 区 ， 其 表 层 土 也 不 会 是 饱 和 的。 将 处 理 饱 和 土 的 方 法 应 用 于 非 饱 和 土 １ 土力学 的发展历程 不是很 妥当 ， 因 为 土 的 特 性 随 其 含 水 量 有 土 力学 历史悠 久 ， 起 源 于 人 类 生 产 生 很 大 的 不 同 ， 如 膨胀 土遇 水 后 体 积 会 膨 胀 ， 活所 积 累的经验 ， 古 时 候 人 们 用 压 实 土 料 而 失 陷性 黄 土 遇 水 后 体 积 会 收 缩 ， 而 且 它 修筑 堤坝防 洪 ， 用 夯 实 土 基兴 修 各 类 工 程 们 的 强度 也 会 因遇 水 而 降 低 】 。 于 是 有 人 提 等 均属于土 力学 的范畴 。 近 代 土 力 学 的 发 出 了非 饱 和 土 强 度 理 论 ， 这 些 理 论 都 是 以 展开始干ｌ ７ ７ ６ 年 库 仑 土 压 力 理论 的提 出…。 吸力及为 计算依据 ， 但 是 由 于 吸 力 测 试 技 此后 ， １ ８ ５ ６ 年 法 国科 学 家 达 西 发 表 了 著 名 术 不够 成 熟 ， 存 在 很 多 问题 ， 不 能 被 广 泛采 的达 西渗透定律 ， ｌ ８ ５ ７ 年 英 国 科 学 家 郎 肯 纳 。 发表 了郎肯土 压 力理论 ， 这 些 理 论 促 进 了 ２． ３ 动 荷 载 作用 下 土体 规 律 的研 究还 不 成 近 代 土 力 学 的 发 展 。ｌ ９ ２ ５ 年 太 沙 基 提 出 了 熟 研 究 动 荷 载 作 用 尤 其 是 循 环 动荷 载 作 有效 应力原理 及渗透 固结理 论 ， 从 此 土 力 学成 为一门独立 的科学 。 １ ９ ５ ０ 年 后 人 类 在 用 下 土 的 力 学 特 性 ， 在 道 路 的 建 设 和 维 护 土 的基本性 质、 测试手段 、 计算技术 、 加 固 方面 具 有 重 要 意 义 】 。 尽 管 国 内外 开 展 了不 方法等方面均有较大发展。 １ ９ ８ ０ 年后 ， 土 力 少这 方面 的研 究 ， 提 出 了相 关 理 论 ， 但 是 动 学 出现 了 新 的 分 支 ， 如计 算土力学＿ ２ 】 ， 海 洋 荷 载 作 用 下土 体 的 变形 、 强度 、 以 及 液 化规 土 力学 等 。 律 比静 荷 载 作 用更 复 杂 、 更难把握 ， 所 以 相 土 力 学 自 成 立 以 来 经 历 两 个 发 展 阶 关研 究 结 论 适 用 条 件 和 范 围都 很 有 限 ， 理 段。 第一 阶段即ｌ ９ ２ ５ 年一 １ ９ ６ ０ 年 的 近 代 土 论 就 更 不 成 熟 了 。 力学 阶段 ， 这 一 阶 段 土 力 学 都 是 以 太 沙 基 理论 为基础而 展开研 究的 ， 但 由 于 该 理 论 ３ 土力学发 展方 向预测 ‘ 过于片面 ， 土体性质过于复杂 ， 导 致 很 多 问 土力 学是研 究土 体特性 的学科 ， 土 是 题无法 深入研究 。 第二阶段即 ｌ ９ ６ ０ 年 后 的 经过 漫 长 的 地 壳 运 动 而 形 成 的 ， 不 同 地 域 现代土 力学阶 段 ， 以 罗斯 科 为 代 表 的 临 界 的土 其 成 分 有 很 大 的 差 异 ， 即使 是 同 一 地 土力学 创立 ， 从 此 人 类 对 土 体 本 构 关 系 的 方 的 土 因所 处 的 地 层 不 同性 质 而 相 差 很 研 究 步 入 了新 的 境 界 。 人 们 开 始 综 合 考 虑 大 ， 而 且 土 的 构 造 和 结 构 对 土 的 性 质 也 有 研 究土体 受力后 的应力 、 应变 、 强度 、 稳 定 至 关 重 要 的 影 响 ， 因此 土 的 特 性 很 强 。 土 有 性 以 及 它 们 和 时 间 之 间 的 关 系 】 。 的时候是饱和 的， 有的时候是不饱和的 ， 有 时可 以看成是 连续的 介质 ， 有 时 又 不 能 看 ２ 土 力学当前发展 中存在 的 问题 成连续的介质 ， 它具有弹性、 粘性 和 塑性 等 纵 观土 力学 的发展 历程 ， 虽 然 取 得 了 性 能 ， 这 些 都 说 明 了土 体 的 性 质 十 分 复 杂 。 因此 研 究 土 力 学 需 要 采 用 理 论 、 试 验 相 结 很 大的进步 ， 但是 仍 然 存 在 着 不 少 问 题 。 ２． １ 土力 学 理论不 够 完备 合 的 方式 。 土 力学 是 一 门 以 实验 为 基 础 的 理 沦学 ３． １ 土 的微 观和 细观 研 究 科 ， 但 是 由于 土 体 性 质 复 杂 ， 到 目前 为 止 ， 土是 由固 、 液、 气三相 组合而成 ， 土 颗 仍 处于半 经验办 理论的 发展阶段 ， 未 能 形 粒 之 间 固液 气 三 相 的相 互 作 用 决 定 了土 的 成 公认 的基础理论 。 太 沙 基 把 土 体 的 压 密 力 学 性 质 区 别 于 其 他 一 切 材 料 。 土体 强度 、 和 渗 透 结 合 起 来 推 导 出的 一 维 固结 微 分 方 变 形 的 宏 观 规 律 是 与其 微 观 结 构 直 接 相 关 程 能很好 的反映土 体单 向固结的 机理 ， 但 的 ， 通 过 微观 试验 研 究 ， 以 探 究 土 的 非 线 弹塑性、 各 向异 性 、 流 变 性 等 问题 ， 可以 是 在 多 维 固 结 问题 上 并 不 适 用 。 比 奥 固结 性 、 理论能 解出孔压分布 ， 给 出位 移 场 ， 获 得 土 更 清 楚 的 认 识 宏 观 规 律 的 机 理 ， 从 而 初 步 体应 力应 变非线性 、 弹 塑 性 和 骨 架 的 流 变 把 握 其 宏 观规 律 。 因此 ， 微 观 和 宏 观 相 结 合 情况， 但 是 参 数 确 定 的 偏 差 会 导 致 工 程 计 有 可 能 使 土 体 力 学 特 性 的 研 究 出现 转 机 。 算 结 果 和 实 际 测 量 结 果 差 别很 大 ｔ 。 所 以 这 ３． ２ 土体 的 原位 试验 和 无损 探测