讀土力學(xué)有感

讀書(shū)報(bào)告讀《土力學(xué)》有感土力學(xué)是一門(mén)研究與土的工程問(wèn)題有關(guān)的學(xué)科，它既是工程力學(xué)的一個(gè)分支科學(xué)，又是土木工程學(xué)科的一部分。土力學(xué)研究土和巖石并不是從地質(zhì)學(xué)或農(nóng)學(xué)的角度，而是從工學(xué)的角度，以工程為目的研究巖石和土的工程性質(zhì)。當(dāng)巖土得工程性質(zhì)或巖土環(huán)境不能滿足工程要求時(shí)，就需要采取工程措施對(duì)巖土進(jìn)行整治和改造，不僅涉及對(duì)巖土性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，而且需要研究如何采用有效的、經(jīng)濟(jì)的方法實(shí)現(xiàn)工程目的。巖土工程是一項(xiàng)根據(jù)工程地質(zhì)學(xué)、巖體力學(xué)和土力學(xué)的理論、觀點(diǎn)和方法，解決土木工程的工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)、水利與交通運(yùn)輸系統(tǒng)的固定結(jié)構(gòu)、環(huán)境保護(hù)與衛(wèi)生等工程項(xiàng)目中關(guān)于巖土體的利用、整治或改造，并為工程建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)而服務(wù)的系統(tǒng)性科學(xué)。巖土工程問(wèn)題所涉及的工程范圍非常廣泛，而在工業(yè)與民用建筑中，大量的是與土體的利用和處理有關(guān)的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工問(wèn)題，對(duì)這些問(wèn)題的解決都是以土力學(xué)為理論基礎(chǔ)的。與其他工程材料如鋼材、塑料、混凝土等人工材料不同，土是由不同成因的巖石在風(fēng)化作用（物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化）后經(jīng)重力、流水、冰川和風(fēng)力等搬運(yùn)、沉積而形成的自然歷史產(chǎn)物。土的工程性質(zhì)與母巖的成分、風(fēng)化的性質(zhì)以及搬運(yùn)沉積的環(huán)境條件有著密切的關(guān)系，研究土的工程問(wèn)題不能不以工程地質(zhì)學(xué)為基礎(chǔ)，從宏觀的、歷史的角度分析土的各種特殊工程性質(zhì)的形成機(jī)理及其變化的規(guī)律。土是一種特殊的變形體材料，它既服從連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的一般規(guī)律，又有其特殊的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系和特殊的強(qiáng)度、變形規(guī)律，形成了土力學(xué)不同于一般固體力學(xué)的分析方法和計(jì)算方法。1.發(fā)展概況18世紀(jì)中期以前﹐人類的建筑工程實(shí)踐主要是根據(jù)建筑者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的。18世紀(jì)60年代的歐洲工業(yè)革命和19世紀(jì)中葉的第二次工業(yè)革命，推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，出現(xiàn)了水庫(kù)、鐵路和碼頭等現(xiàn)代工程，提出了許多有待解決的巖土工程問(wèn)題，如地基承載力、邊坡穩(wěn)定、支擋結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性等；同時(shí)施工機(jī)械的出現(xiàn)，也為現(xiàn)代巖土工程的發(fā)展提供了物質(zhì)條件；工程中出現(xiàn)的物質(zhì)與難題促使人們土力學(xué)理論探索和巖土工程的技術(shù)創(chuàng)新，開(kāi)始出現(xiàn)土力學(xué)的許多經(jīng)典理論，這個(gè)過(guò)程延續(xù)了大約160年為20世紀(jì)太沙基土力學(xué)體系的形成準(zhǔn)備了條件。這160年中﹐工程建筑事業(yè)迅猛發(fā)展﹐許多學(xué)者相繼總結(jié)前人和自己實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)﹐發(fā)表了迄今仍然行之有效的﹑多方面的重要研究成果。例如法國(guó)的C.-A.de庫(kù)侖發(fā)表了土壓力滑動(dòng)楔體理論(1773)和土的抗剪強(qiáng)度準(zhǔn)則(1776)﹔法國(guó)的H.P.G.達(dá)西在研究水在砂土中滲透的基礎(chǔ)上提出了著名線性滲透定律(1856)﹔英國(guó)的W.J.M.蘭金分析半無(wú)限空間土體在自重作用下達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力條件﹐提出了另一著名的土壓力理論﹐與庫(kù)侖理論一起構(gòu)成了古典土壓力理論﹔法國(guó)的J.V.博西內(nèi)斯克(1885)提出的半無(wú)限彈性體中應(yīng)力分布的計(jì)算公式﹐成為地基土體中應(yīng)力分布的重要計(jì)算方法﹔德國(guó)的O.莫爾(1900)提出了至今仍廣泛應(yīng)用的土的強(qiáng)度理論﹔19世紀(jì)末至20世紀(jì)初期瑞典的A.M.阿特貝里提出了黏性土的塑性界限和按塑性指數(shù)的分類﹐至今仍在實(shí)踐中廣泛應(yīng)用。1925年奧地利的K.太沙基(又譯特扎吉)出版了世界上第一部《土力學(xué)》﹐是土力學(xué)作為一個(gè)完整﹑獨(dú)立學(xué)科已經(jīng)形成的重要標(biāo)志﹐在此專著中﹐他提出了著名的有效壓力理論。此後﹐在土的基本性質(zhì)和動(dòng)力特性﹑固結(jié)理論和強(qiáng)度理論的研究﹐流變理論的應(yīng)用﹐土體穩(wěn)定性分析方法以及試驗(yàn)技術(shù)和設(shè)備等方面都有很大的發(fā)展﹐使土力學(xué)得到進(jìn)一步的完善和提高。現(xiàn)代土力學(xué)的概念最早出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代初，當(dāng)時(shí)主要考慮了土體兩個(gè)基本特性——硬壓性和剪脹性。隨著土力學(xué)理論的發(fā)展和工程實(shí)踐的不斷深入，人們已經(jīng)越來(lái)越不滿足于將土體視為理想彈性介質(zhì)或理想剛塑性介質(zhì)這樣簡(jiǎn)單化的描述。另一方面，現(xiàn)代電子計(jì)算技術(shù)的蓬勃發(fā)展也為采用復(fù)雜的計(jì)算模型提供了可能，從而為現(xiàn)代土力學(xué)的建立創(chuàng)造了客觀條件。1963年，羅斯科（K.H.Roscoe）發(fā)表了著名的劍橋模型，提出了第一個(gè)可以全面考慮土的壓硬性和剪脹性的數(shù)學(xué)模型，創(chuàng)建了臨界狀態(tài)土力學(xué)，他的成就標(biāo)志著現(xiàn)代土力學(xué)的誕生。2.研究?jī)?nèi)容與方法主要包括以下方面﹕研究土的滲透性和滲流；研究土體的應(yīng)力-應(yīng)變和應(yīng)力-應(yīng)變-時(shí)間的本構(gòu)關(guān)系﹐以及強(qiáng)度準(zhǔn)則和理論﹔研究在均布荷載或偏心荷載以及在各種形式基礎(chǔ)的作用下﹐基礎(chǔ)與地基土體接觸面上的和地基土體中的應(yīng)力分布﹐地基的壓縮變形及其與時(shí)間的關(guān)系﹐以及地基的承載能力和穩(wěn)定性﹔根據(jù)極限平衡原理用穩(wěn)定性系數(shù)評(píng)價(jià)天然土坡的穩(wěn)定性和進(jìn)行人工土坡的設(shè)計(jì)﹔計(jì)算在自重和建筑物附加荷載作用下土體的側(cè)向壓力﹐為設(shè)計(jì)擋土結(jié)構(gòu)物提供依據(jù)﹔改進(jìn)和研制為進(jìn)行上述研究所必需的技術(shù)﹑方法和儀器設(shè)備。土體是一種地質(zhì)體。這就決定了這一學(xué)科的研究工作必須采用在地質(zhì)學(xué)研究基礎(chǔ)上的實(shí)驗(yàn)研究和力學(xué)分析方法。3.分章內(nèi)容（1）土是由各種大小不同的土粒按一定比例組成的集合體，土粒之間的孔隙中包含著水和氣體，是一種三相體系。土的物質(zhì)組成以及定性、定量描述其物質(zhì)組成的方法，包括土的三相組成、土的三相指標(biāo)，粘性土的界限含水率、砂土的密實(shí)度和土的工程分類。（2）地基土以及某些土工建筑物本身(如土壩)是由顆粒狀或碎塊固體材料組成的多孔隙介質(zhì)，其內(nèi)部包含著許多互相連通的孔隙或裂痕。在水力梯度的作用下，地基中的重力水將通過(guò)這些孔隙或裂痕發(fā)生流動(dòng)，稱為滲流。不同的土具有不同的透水能力，主要由土的顆粒組成和孔隙比等決定。土的透水性定量指標(biāo)是滲透系數(shù)，滲透系數(shù)值愈大，表示土的透水能力愈強(qiáng)。滲透系數(shù)通常可通過(guò)試驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。研究滲流問(wèn)題的基本定律是達(dá)西定律，求解平面穩(wěn)定滲流問(wèn)題的常用方法是流網(wǎng)解法。滲流的作用將在地基土中產(chǎn)生滲透力，而滲透力的增大將可能導(dǎo)致土體發(fā)生流砂與管涌?jī)煞N滲透變形。（3）土中應(yīng)力指土體在自身重力、建筑物和構(gòu)筑物荷載，以及其他因素（如土中水的滲流、地震等）作用下，土中產(chǎn)生的應(yīng)力。土中應(yīng)力過(guò)大時(shí)，會(huì)使土體因強(qiáng)度不夠發(fā)生破壞，甚至使土體發(fā)生滑動(dòng)失去穩(wěn)定。此外，土中應(yīng)力的增加會(huì)引起土體變形，使建筑物發(fā)生沉降，傾斜以及水平位移。土中應(yīng)力計(jì)算是地基沉降計(jì)算和地基穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)，也是分析地基固結(jié)過(guò)程的重要依據(jù)。（4）在建筑物荷載作用下，地基土主要由于壓縮而引起的豎直方向的位移稱為沉降。建筑物地基沉降包含兩方面的內(nèi)容：一是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期固結(jié)達(dá)到沉降穩(wěn)定后的沉降量大小亦即最終沉降；二是隨時(shí)間而改變的沉降過(guò)程亦即固結(jié)沉降與時(shí)間的關(guān)系。（5）土的抗剪強(qiáng)度是指土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。在外荷載作用下，土體中將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，當(dāng)土中某點(diǎn)由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，土就沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞。工程實(shí)踐和室內(nèi)試驗(yàn)都證實(shí)了土是由于受剪而產(chǎn)生破壞，剪切破壞是土體強(qiáng)度破壞的重要特征，因此土的強(qiáng)度問(wèn)題實(shí)質(zhì)上就是土的抗剪強(qiáng)度問(wèn)題。（6）土壓力是土體作用在擋土結(jié)構(gòu)上的作用力，是支擋結(jié)構(gòu)和其他地下結(jié)構(gòu)中普遍存在的受力形式。土壓力的大小和支擋結(jié)構(gòu)位移有很大依存關(guān)系，并且由此形成了三種土壓力：靜止土壓力、主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力。靜止土壓力的計(jì)算方法將由水平向自重應(yīng)力計(jì)算公式推演而來(lái)，郎肯土壓力計(jì)算公式將由土的極限平衡條件推導(dǎo)得出，而庫(kù)侖土壓力公式則將由滑動(dòng)土楔的靜力平衡條件推導(dǎo)獲得。（7）天然土坡和人工土坡會(huì)因外界作用力的影響或土體本身抗剪強(qiáng)度的降低而出現(xiàn)滑動(dòng)破壞。通過(guò)對(duì)土坡進(jìn)行整體受力分析，可明確土坡中抗力與作用的關(guān)系，進(jìn)而評(píng)價(jià)其抗滑穩(wěn)定的安全度。（8）地基承載力是指地基土單位面積上所能承受的荷載，通常把地基土穩(wěn)定狀態(tài)下單位面積上所能承受的最大荷載成為極限荷載或極限承載力。如果基底壓力超過(guò)地基的極限承載力，地基就會(huì)失穩(wěn)破壞。工程中地基承載力達(dá)到極限狀態(tài)而發(fā)生破壞的實(shí)例雖然較少，但一旦發(fā)生這類破壞，后果將非常嚴(yán)重。由于地基土的復(fù)雜性，使得準(zhǔn)確確定地基極限承載力變得非常困難。（9）建筑物地基和土工結(jié)構(gòu)物在動(dòng)荷載作用下發(fā)生震動(dòng)，土的強(qiáng)度和變形特性都要受其影響，不僅表現(xiàn)出與靜荷載作用不同的特性，而且還將因動(dòng)荷載的加荷速率和加荷次數(shù)表現(xiàn)出顯著的強(qiáng)度及變形差異。動(dòng)荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系式表征土動(dòng)力性質(zhì)的基本關(guān)系，動(dòng)切變模量與阻尼比是重要的表征土動(dòng)力性質(zhì)的參數(shù)，而土的動(dòng)力參數(shù)可以通過(guò)室內(nèi)或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)定。砂土液化是地震等動(dòng)荷載作用下產(chǎn)生的最主要的震害之一，其判別方法主要有動(dòng)切應(yīng)力對(duì)比法和采用臨界標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)作為判別依據(jù)的經(jīng)驗(yàn)方法等。4.發(fā)展展望由于土的性質(zhì)是極其復(fù)雜的，因而理論的發(fā)展是艱難的。關(guān)于土的理論，經(jīng)過(guò)不少學(xué)者的艱辛研究和探討，已取得不少成果，但進(jìn)一步的發(fā)展還遠(yuǎn)沒(méi)有結(jié)束。我認(rèn)為，土力學(xué)的發(fā)展少不了三樣法寶：理論、試驗(yàn)、計(jì)算機(jī)。作為當(dāng)今科技的驅(qū)動(dòng)器，計(jì)算機(jī)是不可或缺的，發(fā)展數(shù)值分析是土力學(xué)的一個(gè)研究方向。數(shù)學(xué)是一切自然學(xué)科的基石，數(shù)學(xué)的發(fā)展必將促進(jìn)土力學(xué)的發(fā)展，作為一個(gè)工程師，扎實(shí)的數(shù)學(xué)功底是其巨大的優(yōu)勢(shì)。天然土是復(fù)雜的，不可能按某種配方將其制作出來(lái)，因此數(shù)值模擬和理論分析不能解決所有問(wèn)題，試驗(yàn)對(duì)土力學(xué)的發(fā)展是必