关于土力学介绍

[拼音]：tulixue

[外文]：soil mechanics

力学的一个分支。它是用力学、物理学、化学等基本原理来研究土的力学、物理和化学性能，以解决工程实际问题的一门应用学科。土是岩石风化后在不同自然条件下生成的材料，一般分为砂性土和粘性土两大类。它们是由两相或三相物质组成的，即矿物颗粒构成的土骨架、骨架孔隙内含有水和气体。

砂性土颗粒之间无连结力，是松散的颗粒集合体;粘性土的片状颗粒之间有连结力，形成网状结构。砂性土和粘性土均具有一定的刚度和强度。

土力学的发展大致可分为三个阶段：

远在古代，由于生产和生活上的需要，人们已懂得利用土来进行工程建设。例如中国很早就修建了万里长城、大运河、灵渠和大型宫殿等伟大建筑物；古埃及和巴比伦也修建了不少农田水利工程；古罗马的桥梁工程和腓尼基的海港工程也都具有重要意义。由于社会生产发展水平和技术条件的限制，发展极慢。直到18世纪中叶，这门学科仍停留在感性认识阶段。这是本学科发展的第一阶段。

第二阶段开始于产业革命时期。大型建筑物的兴建和有关学科的发展，为研究地基与基础问题提供了条件，人们开始从已得的感性认识来寻求理性的解释。不少学者从工程观点来进行土的力学问题的理论和试验研究。法国科学家C.-A.de库仑发表了著名的土的抗剪强度和土压力理论(1773)。英国W.J.M.兰金也发表了土压力理论(1857)。这两种土压力理论至今还被广泛应用。19世纪中叶到20世纪初期，随着生产的发展，基础工程有了很大进步，桩基和深基础的理论和施工方法也大有发展。人们在工程实践中积累了大量有关土的实际观测和模型试验的资料，并对土的强度、土的变形和土渗透性等专门课题作了某些理论探讨。

从20世纪初以来是本学科发展的第三阶段。巨大工程的兴建、地基勘探、土工试验和现场观测技术的发展，促使人们开展理论研究并系统地总结实验成果。于是，土力学逐步形成了一门独立学科。奥地利学者K.泰尔扎吉（又译太沙基）于1925年出版第一本土力学专著，苏联学者H.M.格尔谢瓦诺夫于1931年出版《土体动力学原理》。后来陆续出版了一些著作。但是，以古典d性力学和塑性力学为基础的土力学不能满足实践要求，有些学者便把相邻学科的新概念引入土力学，如50年代E.C.W.A.盖兹和中国陈宗基将流变学基本概念引进土力学，随着生产的发展，大批土力学专著纷纷问世，现代物理学、物理化学和胶体化学、流变学、塑性力学等基础科学的发展和电子计算机的应用，更为土力学开辟了许多新的研究途径。

土力学的研究内容分为基础理论和工程应用两个方面：

基础理论研究主要是研究土在静载荷和动载荷作用下的力学性质，并结合大型工程进行数值分析和理论探讨。在静载荷下主要研究：

（1）土的变形特性。通常利用固结仪、三轴压缩仪研究土的固结和次时间效应，以确定相应的参量；

（2）土的强度。通常利用直剪仪、三轴压缩仪、单剪仪等测定土的应力-应变关系，确定抗剪强度指标，研究和建立强度准则和强度理论；

（3）土渗透性。通常利用渗透仪，研究土孔隙中流体（水或空气）的流动规律，并确定其渗透系数等。在动力载荷作用下，主要研究土动力性质。通常利用动力三轴仪研究土在动力条件下的应力－应变关系（包括阻尼、动力强度等与频率的关系），应力波在土中的传播规律以及砂土液化规律等。

此外，通过试验主要研究土流变性能，建立应力-应变-时间关系，长期强度和相应的极限平衡理论。

工程应用研究主要是通过现场试验和长期观测，研究解决土工建筑物、地基、地下隧道和防护抗震工程等的稳定性及其处理措施以及土体作用于挡土结构物上的侧压力，即土压力的大小和分布规律等工程实际问题。

随着高大建筑物（如坝高达200～300米的土坝、土石坝，净宽大于20米的地下洞库，软土层上的高层建筑物等）的兴建，今后将要发展大尺寸、高压力的试验仪器设备和现场快速有效的施工加固技术和方法，以及现场长期观测的仪器设备。

近年来，由于大陆架石油等资源的勘察和开采以及海上大型工程建设的需要，土力学的一个分支──海洋土力学已成为大有发展前途的学科。

在理论上，应在大力进行“微观”分析和宏观力学试验的基础上，研究土体的非均匀和各向异性、非线性等数学-力学模式，建立符合土的物理-力学特性的本构关系、长期强度及其相应的极限平衡理论以及研究在三向应力状态下土的固结、次时间效应和固化(或硬化)等新课题。此外，还要运用现代计算技术对实际工程进行分析，结合原型观测资料加以验证并不断修改、充实、提高土力学理论。

参考书目

1. 黄文熙主编：《土的工程性质》，水利电力出版社，北京，1983。
2. K.太沙基著，徐志英译：《理论土力学》，地质出版社，北京，1961。（K. Terzaghi， Theoretical SoilMechanics ，John Wiley & Sons， New York，1943.）