土力学的认识2000字

土力学的认识

对于人类, 土是最古老的材料之一。“水来土湮” , 古代人类在与洪水的斗争中, 土是他们最原始的武器。同时, 在土层深厚的大河名川中下游两岸, 也是人类发源、繁衍和生息的乐园, 目前也还是政治、经济和文化发达的地区。在这些广裹深厚的土层上, 人类耕耘营造、生生不息, 取得了关于土的丰富的知识和经验。但土力学发展成为一门独立的学科却是1 9 2 5年卡尔·太沙基发表了他的“土力学”一书以后的事。因而在庞大的力学家族中, 土力学还是一个较年轻的成员。这种情况是与土本身的力学性质的复杂性有关的。

我们知道, 理论力学将对象理想化为刚体; 材料力学将对象理想化为线弹的固体; 连续介质力学将对象理想化为均匀的连续介质。这种理想化的连续介质, 对土体来说, 仍嫌粗糙。土由不连续的固体颗粒、液体和气体三相组成。固体颗粒的矿物成分、粗细、形状、级配、密度及构造, 土粒间孔隙中水与气体的比例及形态都对土的力学性质有很大的影响。

土与其他力学学科所研究的对象不同之处还在于它是地质历史的产物。它们历尽苍桑,经历过漫长的风化、搬迁、沉积和地壳运动等过程, 形成其独特的性质。原状土一般是不均匀的、各向异性的, 有一定的胶结性或特定的结构性。因而重复性极少, 严格地讲, 世界上没有性质完全相同的两种原状土。同样, 在室内试验研究中的重塑土也由于存制样、固结方式和程序等差别, 很难达到完全一致。而在室内试验中研究原状土, 取样扰动或代表性问题,就成了研究工作的严重障碍。

因此, 土的力学性质比其他材料复杂得多,而且影响因素也更多。比如土的应力应变关系是明显的非线性、弹塑性、具有剪胀(缩)性、应变硬化(或软化)、流变性等等, 且与应力状态、应力历史和应力路线有关, 一般呈各向异性, 有明显的卸载一再加载回滞圈, 存在着各种因素的藕和关系。因而, 在目前已有的数以百计的本构模型中, 尚无一个模型能反映上述的所有性质和影响因素。

三、实践在土力学中的地位

由于土的力学性质复杂多变，所以土力学的发展离不开实践。在建立和验证土的力学理论时离不开试验和现场观测。在解决实际工程问题时，也离不开长期实践经验。理论的正确性也只能在工程实践中得到检验。所以试验一理论一工程实践是土力学的主要工作方法。

试验在发展土力学理论中是非常重要的。首先，在建立理论和模型时，要通过试验了解在一定条件下土的主要特点和影响因素，确定各物理量间的函数关系及模型中参数值。其次，通过试验来验证理论的可靠性和适用条件，根据试验确定现场原状土的参数值大小。由于不同土性质的重复性很少及原状土取样扰动等原因，对参数的现场测试及反分析常常是必要的。在验证理论与模型时，各种模型试验也是十分必要的。

工程实践是土力学理论发展的源泉和最终检验标准。土力学中的理论发展依赖于工程实践，理论与实践密不可分。如土压力理论与挡土墙问题，土的变形与基础的沉降问题，土中渗流与闸坝防渗排水问题，在土力学教材中常常是形影不离的。

近年来一些新的研究课题也可从工程实践中找到依据，如水力劈裂问题的研究始于某土坝的失事，内时理论和边界面模型的发展与近海采油有关。另外，在工程实践中，通过现场观测与理论预测的比较，通过大量的现场施工，工程运用及失事的实例来判别理论的优劣、可靠性及使用条件。

因此，早期的土力学奠基者们与当代的国内外土力学的大师们也都是经验丰富的工程师，他们活跃于工程第一线，涉足于几乎同时代的一切重大工程。他们善于正确地估价和熟练地运用各种试验手段和理论工具，所有这些与他们丰富的经验相结合，进行正确的综合判断，解决重大实际工程问题，从而也推动着土力学理论的发展。

四、土力学理论的发展

面对土这样一种极复杂的研究对象，理论的发展是艰难的。但经过学者们的不懈努力，土力学中的理论和数学方法，还是取得了很大的成就并不断前进。太沙基关于饱和土体的渗流固结理论为土力学的诞生打下了基础，成为土力学中为数不多的较系统而严密的理论之一。目前，由于计算机技术和计算方法的发展，使土的本构关系数学模型的研究出现了空前繁荣的局面。也使张量分析、矩阵运算、变分原理、概率论与数理统计、模糊数学、灰色理论和突变理论等数学方法和弹性、塑性、内时、破损等一些力学理沦都在土力学中得到应用，并表现出其独特的形式。