土力學學術論文(2)
土力學學術論文
土力學學術論文篇二
土力學發(fā)展概況
摘 要：隨著社會的高度現(xiàn)代化，土力學在工程上的應用范圍越來越廣，人類對土力學的研究也更加的深入。本文通過回顧土力學發(fā)展歷程，分析當前土力學研究的缺陷，包括土力學經(jīng)典理論的局限性，非飽和土力學研究的缺陷性，動荷載作用下土體研究的不成熟性。最后結(jié)合土力學研究的缺陷，對今后土力學的發(fā)展提出預測。
關鍵詞：飽和土 非飽和土 動荷載
中圖分類號：TU41 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2014)04(b)-0225-01
土力學是運用工程力學的理論和方法來研究土體力學性質(zhì)的學科[1]。它在實際工程如地基、擋土墻、土工建筑物中都有重要的應用。研究土力學，對我們從事土木工程活動的人士來說具有重要意義。本文根據(jù)土力學發(fā)展歷史，分析當前土力學研究缺陷，預測土力學未來的發(fā)展。
1 土力學的發(fā)展歷程
土力學歷史悠久，起源于人類生產(chǎn)生活所積累的經(jīng)驗，古時候人們用壓實土料修筑堤壩防洪，用夯實土基興修各類工程等均屬于土力學的范疇。近代土力學的發(fā)展開始于1776年庫侖土壓力理論的提出[1]。此后，1856年法國科學家達西發(fā)表了著名的達西滲透定律，1857年英國科學家郎肯發(fā)表了郎肯土壓力理論，這些理論促進了近代土力學的發(fā)展。1925年太沙基提出了有效應力原理及滲透固結(jié)理論，從此土力學成為一門獨立的科學。1950年后人類在土的基本性質(zhì)、測試手段、計算技術、加固方法等方面均有較大發(fā)展。1980年后，土力學出現(xiàn)了新的分支，如計算土力學[2]，海洋土力學等。
土力學自成立以來經(jīng)歷兩個發(fā)展階段。第一階段即1925年―1960年的近代土力學階段，這一階段土力學都是以太沙基理論為基礎而展開研究的，但由于該理論過于片面，土體性質(zhì)過于復雜，導致很多問題無法深入研究。第二階段即1960年后的現(xiàn)代土力學階段，以羅斯科為代表的臨界土力學創(chuàng)立，從此人類對土體本構(gòu)關系的研究步入了新的境界。人們開始綜合考慮研究土體受力后的應力、應變、強度、穩(wěn)定性以及它們和時間之間的關系[3]。
2 土力學當前發(fā)展中存在的問題
縱觀土力學的發(fā)展歷程，雖然取得了很大的進步，但是仍然存在著不少問題。
2.1 土力學理論不夠完備
土力學是一門以實驗為基礎的理論學科，但是由于土體性質(zhì)復雜，到目前為止，仍處于半經(jīng)驗辦理論的發(fā)展階段，未能形成公認的基礎理論。太沙基把土體的壓密和滲透結(jié)合起來推導出的一維固結(jié)微分方程能很好的反映土體單向固結(jié)的機理，但是在多維固結(jié)問題上并不適用。比奧固結(jié)理論能解出孔壓分布，給出位移場，獲得土體應力應變非線性、彈塑性和骨架的流變情況，但是參數(shù)確定的偏差會導致工程計算結(jié)果和實際測量結(jié)果差別很大[1]。所以這些理論都有自身的局限性，不能符合一般土體受力狀態(tài)下的性能。
2.2 解決非飽和土問題方法欠缺
傳統(tǒng)土力學理論只適用于解決飽和土的問題，其規(guī)律也是根據(jù)飽和土試驗得出。然而工程中遇到飽和土的情況十分罕見，即使是軟土地區(qū)，其表層土也不會是飽和的。將處理飽和土的方法應用于非飽和土不是很妥當，因為土的特性隨其含水量有很大的不同，如膨脹土遇水后體積會膨脹，而失陷性黃土遇水后體積會收縮，而且它們的強度也會因遇水而降低[3]。于是有人提出了非飽和土強度理論，這些理論都是以吸力及為計算依據(jù)，但是由于吸力測試技術不夠成熟，存在很多問題，不能被廣泛采納。
2.3 動荷載作用下土體規(guī)律的研究還不成熟
研究動荷載作用尤其是循環(huán)動荷載作用下土的力學特性，在道路的建設和維護方面具有重要意義[4]。盡管國內(nèi)外開展了不少這方面的研究，提出了相關理論，但是動荷載作用下土體的變形、強度、以及液化規(guī)律比靜荷載作用更復雜、更難把握，所以相關研究結(jié)論適用條件和范圍都很有限，理論就更不成熟了。
3 土力學發(fā)展方向預測
土力學是研究土體特性的學科，土是經(jīng)過漫長的地殼運動而形成的，不同地域的土其成分有很大的差異，即使是同一地方的土因所處的地層不同性質(zhì)而相差很大，而且土的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)對土的性質(zhì)也有至關重要的影響，因此土的特性很強。土有的時候是飽和的，有的時候是不飽和的，有時可以看成是連續(xù)的介質(zhì)，有時又不能看成連續(xù)的介質(zhì)，它具有彈性、粘性和塑性等性能，這些都說明了土體的性質(zhì)十分復雜。因此研究土力學需要采用理論、試驗相結(jié)合的方式。
3.1 土的微觀和細觀研究
土是由固、液、氣三相組合而成，土顆粒之間固液氣三相的相互作用決定了土的力學性質(zhì)區(qū)別于其他一切材料。土體強度、變形的宏觀規(guī)律是與其微觀結(jié)構(gòu)直接相關的，通過微觀試驗研究，以探究土的非線性、彈塑性、各向異性、流變性等問題，可以更清楚的認識宏觀規(guī)律的機理，從而初步把握其宏觀規(guī)律。因此，微觀和宏觀相結(jié)合有可能使土體力學特性的研究出現(xiàn)轉(zhuǎn)機。
3.2 土體的原位試驗和無損探測
室內(nèi)試驗和原位試驗之間存在著不可忽視的差別，室內(nèi)試驗時，壓縮模量是在無側(cè)向變形條件下測出的，而土的初始應力狀況與沉積條件有關;在完全相同的條件下測量土的沉降量，試驗結(jié)果表明壓縮模量越大的土，它的計算沉降和實測沉降相差越大[3]。現(xiàn)有原位實驗方法如標準貫入試驗，觸探試驗只能用于小型工程，鉆孔取土愈深，土的結(jié)構(gòu)破壞愈大，試驗結(jié)果的可靠度也就越差。因此發(fā)展更加先進的測探技術，可以克服取土后土結(jié)構(gòu)的巨大變化和應力狀態(tài)的改變，能大大提高試驗結(jié)果的精確性。
3.3 非飽和土的研究
非飽和土力學理論之所以沒能像飽和土力學理論一樣同步發(fā)展，最主要的原因是影響非飽和土性質(zhì)因素眾多，關系復雜，它很難像飽和土那樣找出應力應變之間一一對應的關系。此外非飽和土特性測試技術難度比飽和土大得多，這進一步制約了非飽和土理論的發(fā)展。由于非飽和土中存在氣體，較之飽和土性質(zhì)大有區(qū)別而且更加的復雜，研究非飽和土中固、液、氣之間的相互影響關系成為解決非飽和土問題的重要出路。今后非飽和土的研究將著重于土體表面吸力的測定，土-水特征性能表征等方面。
4 結(jié)語
正如太沙基所說：土力學既是一門科學，又是一門藝術[1]。工程實踐經(jīng)驗具有不可替代的重要意義。隨著科技的進步，各種研究方法和手段不斷進步，各種各樣的工程勘察設備和試驗設備得以研制，電子計算機的應用水平和實驗測試技術的自動化程度不斷提高，今后土力學的發(fā)展將呈現(xiàn)蓬勃的朝氣。
參考文獻
[1] 姜晨光.土力學與地基基礎[M].北京：化學工業(yè)出版社，2013：8-12.
[2] 蔡東，李國方.土力學的研究內(nèi)容與學科發(fā)展[J].黑龍江水利科技，2008，36(2)：92.
[3] 趙成剛，韋昌富，蔡國慶.土力學理論的發(fā)展和面臨的挑戰(zhàn)[J].巖土力學，2011，32(12)：3521-3522.
[4] 焦貴德，趙淑萍，馬巍.循環(huán)荷載下高溫凍土的變形和強度特性[J].巖土工程學報，2013，35(8)：1553.
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