文档介绍：土力学的发展、现状和展望及对土木工程的作用
土力学的发展、现状、展望及对土木工程的作用
冯新辉
(哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨 150090,hitfxh@)
摘要:回顾了土力学的发展史,分析了当代土力学的现状,讨论了土力学的发展前景,论述了
土力学对整个土木工程的作用。
关键词:土力学;发展;现状;展望;土木工程
一、土力学的发展
土力学是人们在在长期工程实践中形成发展起来的一门学科。
我国劳动人民从远古时代就能利用土石作为地基和建筑材料修筑房屋了。如西安新石器时
代的半坡村遗址,就发现有土台和石础,这就是古代的"堂高三尺、茅茨土阶"的建筑。我国举
世闻名的秦万里长城逾千百年而留存至今。充分体现了我国古代劳动人民的高超水平。
隋朝石工李春所修建成的赵州石拱桥,造型美观,至今安然无恙。桥台砌置于密实的粗砂
层上,一千三百多年来估计沉降量约几厘米。现在验算其基底压力约 500-600kpa,这与现代土
力学理论给出的承载力值很接近。
北宋初著名木工喻皓(公元 989 年)在建造开封开宝寺木塔时,考虑到当地多西北风,便
特意使建于饱和土上的塔身稍向西北倾斜,设想在风力的长期断续作用下可以渐趋复正。可见
在当时的工匠已考虑到建筑物地基的沉降问题了。而作为本学科理论基础的土力学的发端,始
于十八世纪兴起了工业革命的欧洲。随着资本主义工业化的发展,为了满足向国内外扩张市场
的需要,陆上交通进入了所谓"铁路时代",因此,最初有关土力学的个别理论多与解决铁路路
基问题有关。
土力学的发展当以 Coulomb 首开先河,他在 1773 年发表了论文《极大极小准则在若干静
力学问题中的应用》,为今后的土体破坏理论奠定了基础,并且创立了著名的砂土抗剪强度公
式,提出了计算挡土墙土压力的滑楔理论。但是,在此后的漫长的 150 年中,研究工作只是个
别学者在探索着进行,而且只限于研究土体的破坏问题。两篇有代表性的论文是 1857 年英国
人 Rankine 关于土压力的理论和瑞典工程师 Petterson 针对 港滑坡提出的分析方法。
20 世纪初随着高层建筑的大量涌现,沉降问题开始突出,与土力学紧密相关的学科——弹性力
学的发展为沉降问题的研究提供了必要的手段,从而为了 Terzaghi 开创的土体变形研究提供
了客观条件。
1923 年,Terzaghi 提出了土体一维固结理论,接着又在另一文献中提出了著名的有效应
力原理,从而建立起一门独立的学科—土力学。此后,随着弹性力学的研究成果被大量吸引过
来,变形问题的研究越来越成为重要的内容,但是,土体的破坏问题始终是当时土力学研究的
主流。这一时期在土体破坏理论研究方面的主要成就有:关于滑弧稳定分析方法的建立与完善,
关于极限土压力的研究和提出承载力公式,散粒体静力学的建立,关于土体破坏的运动方程和
极限平衡理论的建立。而在变形理论方面则有:地基沉降计算方法的建立与完善,弹性地基梁
板的计算,砂井固结理论, Biot 固结理论的提出和完善。
虽然在 50 年代已有人对塑性理论应用于土力学的可能性进行过探索,但只有到 1963 年,
Roscoe 发表了著名的剑桥模型,才提出第一个可以全面考虑土的压硬性和剪胀性的数学模型,
因而可以看作现代土力