土的压缩性与地基变形计算资料共94页文档
土的压缩性和地基沉降计算资料
2024/7/17 2024/7/17
第三章 地基变形计算
地基基础工程
1）绘制基础中心点下地
基中自重应力和附加应
d
地基沉降计算深度
力分布曲线
σc线
2）确定基础沉降计算深度
E si
e1i ——由第i层的自重应力均值从土的压缩曲线上得到 的相应孔隙比 e2i ——由第i层的自重应力均值与附加应力均值之和从 土的2024压/7/17缩曲线上得到的相应孔隙比
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第三章 地基变形计算
地基基础工程
4.单向压缩分层总和法计算步骤 1）绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应
粘性土
透水性差，水不易排出 压缩稳定需要很长一段 时间
土2的024/固7/17结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程
2024/7/17
第三章 地基变形计算
地基基础工程
一、压缩试验
研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦 称固结试验(侧限压缩试验)
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三联固结仪
在室内的侧限压缩试验中，一般按四级加荷P＝50KPa、
100KPa、 200KPa、 400KPa，测定各级压力下的稳定变
形量s，再按上式计算相应的孔隙比e。
根据不同压力p 作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-p 曲
线，为压缩曲线。
p
s
H0 H0/(1+e0)
Vv＝e0
Vs＝1
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自重应力从天然地面起算，z 的 取值从基底面起算
第四章：土的压缩性与地基变形计算
第四章：土的压缩性与地基变形计算 土的压缩性——土在压力作用下体积减少的特性称为土的压缩性。
其中e 1 、e 2分别为变形前后的孔隙比；S 为压缩量；H 1为压缩前试样高度。
压缩曲线及压缩性指标压缩曲线——建立坐标系，描点得e ～p 曲线，称为压缩曲线。
压缩性指标：（1）压缩系数a a 值的大小表示了e ～p 曲线的陡、缓程度，反映了 土体压缩性的高低。
但同一种土取不同的p 值，对应着不同的a 值。
用于工程计算时，应按照实际的压力间隔值选取p 1、p 2，一般p 1取自重应力， p 2取自重应力和附加应力之和，当用a 值判别土体的压缩性高低时，规范规定： p 1=100kPa ，p 2 =200 kPa ，相应的压缩系数记为a 1-2 。
a 1-2<0.1MPa -1, 低压缩性土；0.1MPa -1 <= a 1-2<0.5MPa -1中压缩性土；a 1-2 >=0.5MPa -1,高压缩性土。
（2）压缩模量E S ——完全侧限条件下，土中竖向附加应力与其相应应变的比值称为土的压缩模量，记为E S 。
计算公式：（3）压缩指数C c ——e ～logp 曲线直线段的斜率。
Cc 是无量纲小数，其值的大小同样反映了土体压缩性的高低。
C c =(e 1 - e 2)/(logp 2 -logp 1)（4）变形模量E o ——无侧限条件下，土中竖向附加应力与其相应应变的比值称为土的变形模量，记为E o 。
其中 沉降影响系数。
仅与荷载作用面形状和计算点位置有关。
μ—泊松比，b —载荷板宽度或半径。
变形模量与压缩模量间的理论关系：s E K E )21(00⋅-=μ令β=(1-2µKo)，则E 0=s E β µ=0, β=0, µ=0.5, β=1.0,β处于0～1之间，所以有：Eo<Es 成立。
但这仅是理论上的关系式，实际很多土的β>1.0。
土的压缩性和地基变形计算
土的压缩性和地基变形计算一、土的压缩性计算方法1.倒数法这种计算方法是通过土体在一定应力范围内的压缩变形数据，利用线性拟合方法得到的压缩指数。
数学公式为：Cc=1/ε其中，Cc为压缩指数，ε为压缩应变。
2.趋势线法这种方法是通过土体在不同应力水平下的压缩变形数据，利用非线性拟合方法得到的压缩指数。
数学公式为：Cc=aσ^b其中，Cc为压缩指数，σ为应力水平，a和b为经验系数。
3.液限试验法这种方法是通过液限试验得到土的液限含水量（wL）和塑限含水量（wP），然后通过经验公式计算压缩指数。
数学公式为：Cc=(wL-wP)/wP其中，Cc为压缩指数，wL和wP为液限含水量和塑限含水量。
二、地基变形计算方法地基变形通常分为沉降和倾斜两种形式。
它受到外加载荷、土的性质、环境温度等多种因素的影响。
下面介绍几种地基变形计算方法：1.弹性计算法这种方法适用于土壤刚度较高且加载荷较小的情况。
它通过弹性力学的原理，利用弹性模量和应力分布进行计算。
数学公式为：Δh=(σ/E)*B其中，Δh为地表沉降，σ为基底应力，E为弹性模量，B为基底宽度。
2.线性弹塑性计算法这种方法适用于土壤刚度较低但有一定强度的情况。
它通过引入塑性曲线和初始剪胀量进行计算。
数学公式为：Δh = Δhs + Δhp其中，Δhs为弹性沉降，Δhp为塑性沉降。
3.经验推算法这种方法是通过统计和经验总结，根据类似的工程经验进行估计。
根据工程的特点，选择合适的经验公式进行计算。
这种方法相对简单方便，但精度较低。
三、影响因素1.土的性质土的类型、颗粒大小和形状、含水量等因素都会影响土的压缩性和变形特性。
2.外加载荷外加载荷的大小和分布形式对土体的压缩性和变形有直接影响。
3.环境温度环境温度的变化会导致土体的收缩或胀大，从而引起地基的变形。
4.周围土体状态如果周围土体存在固结或胀大，会对地基的变形产生影响。
总结：。
土的压缩性和地基沉降计算资料
06
存在问题、挑战及发展趋 势
存在问题与挑战
土性参数的复杂性和不确定性
土的压缩性受多种因素影响，如土壤类型、含水量、密度等，使得土性参数具有复杂性 和不确定性，给地基沉降计算带来困难。
计算模型的局限性
现有的地基沉降计算模型多基于简化假设和理想条件，难以准确反映实际地基的复杂性 和非线性行为。
缺乏精细化监测数据
分类
根据压缩性的大小，土可分为高压缩 性土、中压缩性土和低压缩性土。
影响因素及机理
影响因素
土的压缩性受土的颗粒组成、孔隙比 、含水量、应力历史等因素的影响。
机理
土的压缩主要是由于孔隙体积的减小 ，包括孔隙水的排出和土颗粒的重新 排列。
研究意义与应用价值
研究意义
研究土的压缩性有助于了解土体的力学性质，为地基沉降计算提供理论依据。
数值模拟方法简介
有限差分法
将连续问题离散化，通过求解差分方程得到近似 解。
有限元法
将连续体划分为有限个单元，通过求解单元节点 位移得到整体位移和应力。
离散元法
将连续体划分为离散块体，通过求解块体间的相 互作用得到整体响应。
土压缩性模拟分析
土体本构模型
建立反映土体应力应变关系的本构模型，如弹性模型、弹塑性模 型等。
分析了地基土层的分布、物理力学性质、 地下水条件等对地基稳定性的影响。
稳定性评估方法
风险控制措施
采用有限元分析、极限平衡法等方法，对 地铁车站地基的稳定性进行了评估。
根据评估结果，提出了针对性的风险控制 措施，如加固地基、优化设计方案等，以 确保地铁车站的安全运营。
05
数值模拟技术在土压缩性 和地基沉降中应用
地基沉降监测通常采用传统测量方法，数据精度和时效性有限，难以满足精细化设计和 施工的要求。
土的压缩性和地基变形计算
OCR<1
欠固结粘性土
剥蚀前地面
hc
现在地面 现在地面 现在地面
h
p0=γh
h
pp γγ h hc 0= c=
h hc
pp γγ h hc 0= c=
p0 超固结
pc=γhc pc<p0 欠固结
粘性土的固结类型实例
3. 先期固结压力的确定
e
土的原位压缩 曲线为直线
确定变形计算深度H：以 σz=0.2σc 或σz=0.1σc确定；
σc线
地面
d
计算各层初始压力、压力
增量平均值：
p1i上 p1i下 p1i 2
i层 H
p 1 i上
p 1 i下
Δ p 1 i上
Δ p 1 i下
分层面
σz线
p1i上 p1i下 p1i 2
由p1i、p1i+Δp1i查e~p曲线
考虑应力历史的沉降计算方法仍然采用 分层综合法的侧限条件单向压缩公式，所不 同的是压缩性指标应从由e~lgp曲线推求的原 位曲线获得。
三、分层总和《规范》修正法
1 s ph1 Es
基本公式
地面
dz层的变形量
ds 1 z dz Es
H深度的变形量
z dz H
σz
Es
σz线
1 s Es
的孔隙比之间的关
系曲线。
p(kPa)
二、 压缩性指标
将压缩试验结果绘制在e~p坐标系中
e
1.0
e e1 e2 a p p2 p1
0.9
0.8 0.7
e
压缩系数，kPa-1 反映土压缩性的大小
Δp
土的压缩性随
第三章 土的压缩性和地基沉降计算
2）孔隙水压力—由水施加应力通过孔隙中水来传递，常用u来表示。这
种力不能使土层发生压缩。
第3章土的压缩性与地基沉降计算 3.2 有效应力原理
3.2.2 有效应力原理
h
甲
乙
第3章土的压缩性与地基沉降计算 3.2 有效应力原理
3.2.3 现场试验实例
水面
作用在A点的竖向总应力为：
h1
A点的孔隙水压力由测压管
评价土的压缩性
0.1
0.5
低压 中压
高压
缩性 缩性
缩性
图3.8土的压缩性标准
第3章土压缩性与地基沉降计算 3.3侧限条件下土的压缩性
3.3.2 侧限压缩性指标
2.压缩指标CC e-log 曲线后段直线段的斜率。
e
e～ 曲线缺点：压力区间较小。
0.9 特点：有一段较长的直线段。
0.8
0.7
0.6 100
第3章土的压缩性与地基沉降计算 3.1 土的变形特性
3.1.2 土的应力应变关系
1.土体中的应力
1）应力的基本概念
2）材料的性质
3）水平地层中的自重应力
4）主应力 5）莫尔圆
O 3
1/2(1 +3 ) 1
第3章土的压缩性与地基沉降计算 3.1 土的变形特性
3.1.2 土的应力应变关系 1.土体中的应力 2.土的应力与应变关系及测定方法
2.地基土产生压缩的原因
2）内因：
压缩量的组成 n 固体颗粒的压缩 n 土中水的压缩 n 空气的排出 n 水的排出
占总压缩量的1/400不到，忽略 不计
压缩量主要组成部分
说明：土的压缩主要是土的孔隙体积减小的结果。
第3章土的压缩性与地基沉降计算 3.1 土的变形特性
第四章土的压缩性与地基沉降计算 95页PPT文档
p
P2
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.3 地基的最终沉降量计算 一、单一土层一维压缩问题
2、计算公式
SzHvHe11ee12H
（b）e-lgσ´曲线(自学)
优点: •可使用推定的原状土压缩曲线； •可以区分正常固结土和超固结土 并分别进行计算。
第四章
土的压缩性与 地基沉降计算
§4土的压缩性与地基沉降计算
工程实例
问题： 沉降2.2米， 且左右两部分 存在明显的沉 降差。左侧建 筑物于1969年 加固。
墨西哥某宫殿
地基：20多米厚的粘土
Kiss
由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触
基坑开挖，引起阳台裂缝
修建新建筑物：引起原有建筑物开裂
1a
mv
Es
1e0
体积压缩系数， KPa-1 ，MPa-1
§4土的压缩性与地基沉降计算
§4.2 一维压缩性及其指标 一、e - σ′曲线
土的压缩系数a：是土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向有效 压应力增量的比值。
土的压缩模量Ea：是土体在侧限条件下竖向附加压应力与竖向应 变的比值，或称侧限模量。
§4.3 地基的最终沉降量计算 一、单一土层一维压缩问题
2、计算公式
（a）e-σ´曲线
SzHvHe11ee12H
e1e2a(p2p1)
e
S1 ae1(p2p1)H1 ae1pH
e1
S a A 1 e1
e2
Sm vpHm vA
S pH pH
Es
E0
p1
注水
注水
加压
量测室
注水 加压
动画膨胀
§4土的压缩性与地基沉降计算
土的压缩性及地基变形
第三章 土的压缩性及地基变形第一节 土的压缩性及压缩性指标一、土的固结与固结度1、土的压缩性：土在压力作用下体积减小的特性。
2、土体被压缩的原因（1）土粒本身被压缩 ----------一般工程压力下，压缩量极其微小（2）土体中水和空气被压缩（3）孔隙体积减小：孔隙中的水、气体被排出3、实质：土颗粒之间产生相对移动而靠拢，使土体孔隙减小。
4、土的固结：土的压缩过程需要一定的时间完成的，与时间有关的压缩过程称为土的固结。
对于不同土层时间长短不同，粗粒无粘性土，变形可在短时间内完成；透水性小的饱和粘性土，其变形达到稳定时所需的时间就长。
5、土的固结度：饱和土在某一时间的固结程度称为固结度U ．ss U t = 饱和土承受荷载作用的瞬间，土中的压应力全部由孔隙水来承担，此时产生于孔隙水中的应力称为孔隙水压力或超静水压力u ，荷载作用一段时间后，孔隙水由于渗透而逐渐排出，超静水压力逐渐变小，土粒骨架开始受力，作用于土粒骨架上的应力称为有效应力/σ，有荷载作用产生的附加应力u z +=/σσ，当/,0σσ==z u 时，土的固结已经完成。
二、土的压缩试验与压缩性指标1.室内压缩试验（又称单向固结试验）土的室内压缩试验亦称固结试验，是研究土压缩性的最基本的方法。
室内压缩试验采用的试验装置为压缩仪（图片）。
试验时将切有土样的环刀置于刚性护环中，由于金属环刀及刚性护环的限制，使得土样在竖向压力作用下只能发生竖向变形，而无侧向变形。
在土样上下放置的透水石是土样受压后排出孔隙水的两个界面。
压缩过程中竖向压力通过刚性板施加给土样，土样产生的压缩量可通过百分表量测。
常规压缩试验通过逐级加荷进行试验，常用的分级加荷量p为：50 kPa , 100 kPa , 200 kPa , 300 kPa , 400 kPa。
压缩试验（室内固结试验）的试验操作步骤（内容包括试验设备、试验方法、试验过程图片等)见土工试验指导。
2. 试验结果表示方法根据压缩过程中土样变形与土的三相指标的关系，可以导出试验过程孔隙比e与压缩量H的关系.如图3-2所示，设土样的初始高度为H 0，在荷载p作用下土样稳定后的总压缩量为H，假设土粒体积V s=1（不变），根据土的孔隙比的定义，则受压前后土孔隙体积V V分别为e0和e，根据荷载作用下土样压缩稳定后总压缩量H可求出相应的孔隙比e的计算公式（因为受压前后土粒体积不变，土样横截面积不变，所以试验前后试样中固体颗粒所占的高度不变）：于是得到：（3-1）式中e0为初始孔隙比，即这样，根据式（3-1）即可得到各级荷载p下对应的孔隙比e，从而可绘制出土样压缩试验的e-p曲线及e-lg p曲线等。
土的压缩性与地基变形
正 常 固 结 土
p1i pi ei Cc log p 1i
4.3 应力历史对地基沉降的影响
p1i pi Hi s Cci log p i 1 1 e0i 1i
n
pi —第i层土附加应力平均值； p1i —第i层土自重应力平均值； e0i —第i层土的初始孔隙比；
第四章
土的压缩性与 地基变形计算
4.1 土的压缩性 4.2 地基最终沉降量的计算
4.3 应力历史对地基沉降的影响 4.4 建筑物沉降观测与地基容许
变形值
4.1 土的压缩性
一、基本概念 1、土的压缩性：地基土在压力作用下体积减小的特 性。土体积缩小包括两个方面： 土中水、气从孔隙 中排出，使孔隙体积减小；土颗粒本身、土中水及
（5）地基各分层土的孔隙比 变化值的确定。按各分层的 p1i 及 p2i 值从土样4-1或土样4-2 的压缩曲线查取孔隙比。 （6）地基沉降计算深度的确 定。一般按 z 0.2 c 的要求 来确定沉降计算深度的下限， 8m处满足要求。 （7）地基各分层量计算。 （8）计算最终沉降量。
三、按规范方法计算(GB50007-2002) 1、公式 n
Vs 1
Vs 1
压缩前
压缩后
所以：
Es
p2 p1
z
1 e1 1 e1 e1 e2 a p2 p1
4.1 土的压缩性
（四）土的回弹和再压缩曲线
e p曲线
e log p曲线
土的回弹和再压缩曲线
4.1 土的压缩性
三、土的变形模量 E 0
土的压缩性指标，除从室内压缩试验测定外，还 可以通过现场原位测试取得。例如通过载荷试验或 旁压试验所测得的地基沉降与压力之间近似的比例 关系，从而利用弹性力学公式来反算土的变形模量。 （一）以载荷试验测定土的变形模量
土的压缩性与地基变形
压缩系数： 式中工程上： p1：一般指土中自重应力； p2：加荷作用后土中应力（为自重应力加附加应力）； e1：相应于p1下压缩稳定后的孔隙比； e2：相应于p2下压缩稳定后的孔隙比。 e-p曲线 单位
2
1
为了统一标准，实用上采用e-P曲线上P1=100kPa 和 P2=200kPa 所 对 应 的压缩系数 a1-2。
根据现场荷载试验p－s曲线求得地基土的模量称为（ ）。土的压缩模量是通过（ ）实验求得。土的弹性模量是通过（ ）试验求得的。
01
02
1
室内侧限压缩试验测得的e—P曲线愈陡，表明该土样的压缩性( )。
2
愈高， (B)愈低； (C)愈均匀； (D)愈不均匀
3
所谓土的压缩模量是指：( )。
土的压缩性与地基沉降计算
土的固结试验及压缩性指标(熟知）
固结试验
测定土的压缩性指标的室内侧限压缩 试验，称固结试验或侧限压缩试验。
固结仪
固结试验可测得的土的压缩性指标
土的压缩系数
压缩模量
土的压缩指数
体积压缩系数
主要仪器
(一) 固结试验
三联固结仪 试验仪器 5.2 土的固结试验及压缩性指标
用 压缩系数 评价土的压缩性
压缩系数 常用作比较土的压缩性大小
压缩系数：
0
100
200
300
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
e
p
e
p(kPa)
5.2 土的固结试验及压缩性指标
3、压缩指数
e-logP曲线的后段接近为直线，其斜率Cc称为压缩指数。 土的压缩性指标之二 用Cc评价土的压缩性 值越大说明土的压缩性越高
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Байду номын сангаас
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
土的压缩性与地基变形计算 资料
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
谢谢！
土的压缩性和固结及地基土的变形计算
基础宽b(m) ≤2 △z(m) 0.3 2<b≤4 0.6 4<b≤8 0.8 8<b≤15 1.0 15<b≤30 1.2 >30 1.5
① 准备资料
•建筑基础（形状、大小、重量、埋深） •地基各土层的压缩模量ES
② 压力分布
基底压力基底附加应力P0
（e）将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降 量为各层沉降量之和： S S
i
理论上不够完备，缺乏统一理论；
单向压缩分层总和法是一个半经验性方法。
2、基本原理
1 e1 1 e2 H H s e1 e2 s H 1 e1
p1 c
e1
s
p2 p1 p c z
第四章
土的压缩性和 地基沉降计算
第一节 土的固结试验与压缩性指标 第二节 土的变形模量 第三节 地基最终沉降量计算 第四节 应力史对压缩性的影响 第五节 地基变形与时间关系
主要内容:
荷载作用下土体的压缩性; 土的压缩试验和固结试验; 地基最终沉降量计算; 土的变形与时间关系(一维固结理论)。
3、计算步骤
(a)计算原地基中自重应力分布σc (b)基底附加压力p0 p0 = p - d (c)确定地基中附加应力z分布
σz是由基底附加应力 p-γd 引起的
地面
p
Zi-1
d
d
(d)确定计算深度zn
① 一般土层：σz=0.2σc； ② 软粘土层：σz=0.1σc； ③基岩或不可压缩土层。；
S 修＝ s S
沉降经验修正系数
•软粘土（应力集中）S偏小, Ψs>1 •硬粘土（应力扩散）S偏大, Ψs<1
土的压缩性与地基变形计算
第四章土的压缩性与地基变形计算第一节土的压缩性一、名词解释1 •土的压缩性：土体在压力作用下体积减小的性质。
2. 压缩定律：在压力变化范围不大时，土中孔隙比的变化与所加压力的变化成正比。
3•压缩系数：压缩曲线上，当压力变化范围不大时，孔隙比的变化值与压力的变化值的比值，即：如勺「衍<7-tgor =—--- -----------妙P2-P14•压缩模量：在侧限条件下，土的竖向应力增量与竖向应变增量的比值。
5•变形模量：表示土体在无侧限条件下，土的竖向应力增量与竖向应变增量的比值。
二、填空题1 + e i 1 •水和土粒孔隙2•孔隙比减小3.压缩系数〉压缩模量E s E s -a4 •无侧向膨胀竖5.孔隙比压应力6.压缩性上下压缩性愈高7.并非压力变化范围&三9 .越大越小压缩e -■ pde10. 100kPa20CkPadp11. - - 2 0.1MPa J 0.^ - - 20.5M P a - 0.5M Pa12 .反13 .原状14.原状土侧限稳定后三、选择题1. A2. B3. B4. C 5 . B 6. C 7. B8 . C 9. A 10 . B四•判断题1.X 2 . V 3 . X 4 . V 5 . X 6 . V五、简答题1 •答：概念：建筑物荷载作用或者其它原因引起土中应力增加，会使地基土体产生变形，变形的大小与土体的压缩性有直接的关系。
土在压力的作用下，体积缩小的特性为土体的压缩性。
土的压缩变形原因：土的压缩变形主要是由于外荷载增加，导致地基土中附加应力增加，导致地基土中产生附加的有效应力，有效应力导致土颗粒之间相互错动而发生压缩变形，孔隙水压力不引起压缩变形，但孔隙水压力转化为有效应力后会产生压缩变形。
土中固体颗粒的压缩和土中水的压缩土中孔隙水和孔隙气体的排出2•答：土的压缩量的组成:土体压缩的实质：土体在外荷载作用下被压缩，土粒产生相对移动并重新排列，与此同时土体孔隙中局部水和气体被排出，从而引起孔隙体积减小。
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土的压缩性与地基变形计算资料
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我愿不知老。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪பைடு நூலகம்
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华