土力学论文

太沙基土力学的精髓与缺陷
作为土力学的奠基人之一，卡尔·太沙基发表的著作总共达二百七十六件, 其中包括著书、论文和讨论等，他和他所提出的土力学基本原理以及各项研究成果所作出的贡献是极其重要并且不可替代的。

一、太沙基土力学的精髓
1923年太沙基发表了渗透固结理论，第一次科学地研究土体的固结过程，同时提出了土力学的一个基本原理，即有效应力原理。

1925年，他发表的世界上第一本土力学专著《建立在土的物理学基础的土力学》被公认为是进入现代土力学时代的标志。

随后发表的《理论土力学》和《实用土力学》（中译名）全面总结和发展了土力学的原理和应用经验，至今仍为工程界的重要参考文献。

太沙基在1943年出版的巨著《理论土力学(Theoretical SoilMechanics)》,论述了土力学的几个最基本的理论,如有效应力原理、固结理论、沉降计算、剪切强度、承载力理论,以及土压力与边坡稳定等。

其中的有效应力原理奠定了土力学的基础,是土力学成为一门科学的重要标志。

【1】
太沙基提出的有效应力原理的基本概念，阐明了碎散颗粒材料与连续固体材料在应力--应变关系上的重大区别。

土的抗剪强度和土的变形是土力学中两大主要问题。

土是由固相、液相、气相组成的三相介质。

三相组成间的比例不同,土的性质具有明显差别。

正是因为土的三相介质组成,相对于一般连续介质表现出不同的特点,土的强度问题和土的变形问题也就具有特殊性。

外荷载作用后，土中应力被土骨架和土中的水气共同承担，但是只有通过土颗粒传递的有效应力才会使土产生变形，具有抗剪强度。

而通过孔隙中的水气传递的孔隙压力对土的强度和变形没有贡献。

从试验中观察到在饱和土体中土的变形及强度与土体中的有效应力σ′密切相关,并建立了有效应力原理:
σ =σ′+μ
式中:σ为平面上法向总应力, kPa;σ′为平面上有效法向应力, kPa;μ为孔隙水压力, kPa。

有效应力原理阐明了碎散颗粒材料与连续固体材料在应力———应变关系上的重大区别,有效应力原理表示研究平面上的总应力、有效应力与孔隙水压力三者之间的关系:当总应力保持不变时,孔隙水压力与有效应力可以相互转化,即:有效孔隙水压力减小等于有效应力的等量增加。

太沙基建立了一维固结模型，用弹簧代表土骨架，弹簧刚度的大小代表了土压缩性的大小，圆筒中的水相当于土孔隙中的自由水，与弹簧顶部相连的活塞有许多透水小孔，其孔径大小象征着土的竖向渗透性的大小。

圆筒为刚性，活塞只能沿着筒壁作竖向运动，因而当活塞受荷载作用后下移时水只能向上从活塞小孔排出，弹簧也只能作竖向运动，象征土固结时其中的渗流和变形均是一维的。

太沙基渗透固结理论的基本假定为： 1.土是均质、各向同性和完全饱和的；2.土粒和孔隙水都是不可压缩的；3.土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层的压缩和土中水的渗流都是一维的；4.土中水的渗流服从于达西定律； 5.在渗透固结中，土的渗透系数k和压缩系数a都是不变的常数； 6.外荷是一次骤然施加的。

【2】太沙基在一维固结模型和基本假定的条件下，推导出了著名的太沙基一维固结方程，并于1925年首次给出了解答，即太沙基一维固结解。

根据太沙基一维固结理论可以确定对应于不同工况的地基土层的任意时刻的超静孔压分布、地基平均固结度和（主）固结沉降，还可以计算地基平均固结度或者固结沉降达到某给定值所需的时间，尤其是，据此可以分析并掌握地基土层的压缩和固结规律。

太沙基穷其一生所得到的土力学基本理论造福了近百年的人类生产生活，其所著的土力学理论在人类探知和探索的画卷上也将抹下浓重的一笔。

二、太沙基土力学的缺陷
虽然太沙基土力学理论在很多工程中得到了很好的应用，但是，自从太沙基的土力学专著问世以来，其土力学的基本框架没有变化，或者说没有根本性变化。

它在80年中己经广泛地引起了各界对这一问题的兴趣，同时，这一课题的理论知识和实践知识均获得了迅速的发展。

但是没有跳出估算、近似或定性。

但已可满足一般工程的要求。

重要的岩土工程，如对工后沉降要求严格的高速铁路尚不行。

卢肇钧院士的观点：“目前还没有任何一种土力学计算理论能在—次计算中概括土的全部复杂性质。

每—种理论都是在某些简化假定的前提下建立的。

而且无论计算技术如何精确，
实际计算结果不可能超过其参数测定的精度。

因此，在运用任何一种计算理论去分析土力学问题的同时，还需要考虑这种理论所未曾计入的其他因素及其影响。

并进行综合分析判断。

这里所建议的综合分析判断，应包括从不同角度用不同理论所进行的分析，并以大量工程实录和各种试验资料为参考所作出的判断。

由于上述原因，在重要的岩土工程实践中．应尽可能进行现场试验和长期监侧，并根据实测的数据不断反馈修正原有的设汁参数和工程数量。

这是保证工程质量的必要方法，也是提高参数精度和改进设计理论的重要途径。

”【3】太沙基一维固结理论只给出了在一维渗透固结的条件下，饱和粘性土层中的孔隙压力、有效应力的变化规律及地基沉降变形的发展规律。

该理论在地基渗透与固结领域中被广泛应用，其理论基础是饱和土的有效应力远离，即在固结过程中有效应力与孔隙压力之和等于总应力。

但是当有渗流发生时，土颗粒还受到一个渗流力，即渗透压力的作用，渗流力将在土层中产生附加的有效应力，而在太沙基理论中未考虑这一附加有效应力的作用。

【4】渗流力对固结度的影响是不可忽略的，所以，在考虑渗流力作用时，还需要对太沙基理论进行修正。

参考文献：
【1】《太沙基与土力学》——《岩土工程学报》吉见吉昭姜敦超东京工业大学
【2】《高等学校教材土力学》龚晓南主编
【3】《太沙基的徒劳？还是超前！》
【4】《考虑渗透力时对太沙基一维固结理论的修正》吴雄志河北工程学院。