土力学的回顾、现状与展望

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1、土力学的回顾1)土力学学科的形成一般认为，土力学自太沙基在1925年发表《土力学原理》后才成为一门独立的学科。但是，关于土的理论并非在l925年才有。实际上，1925年以前，土力学的某些规律和理论已经被发现、创立和运用。按太沙基的说法，土力学始于1776年库仑土压力理论的发表(比1925年早149年)。此外，反映水在多孔介质中流动规律的达西定律、描述土体极限平衡状态的理论等等也都是土力学早期理论上成就的突出例子。太沙基认为，就土力学原理来说，它是两门早已确立的工程学科分科——材料试验和应用力学的派生物。可见土力学不仅来自自身

2、的实践，而且也充分地借鉴了相关学科的成就。不难看．在太沙基之前，人们对土实际上早已有相当的认识，提出了诸多关于土的理论和规律。但当时这些理论和规律还是零散的、不系统的，对土的认识也还仅仅是局部的或者是唯象的。可以说当时土力学的发展还缺乏许多反映土的本质和真实面目的东西，因此尚未形成一门独立的学科。太沙基主要功绩之一，是他将当时已有的孤立的规律、原理或理论，按土的特性将它们联系和系统化起来，总结提出了土的3个特性，即“粘性”、“弹性”和“渗透性”，并且凭借丰富的实践经验和深邃的洞察力发展了土力学原理，拓宽了土力学领域，使之形成

3、一门独立的学科。其中有几个重要的贡献是特别值得提出的。首先他强调土的分类，并依据其物理力学性质将“粘土”和“砂土”区别开来。他认识到“砂土”的强度属纯摩擦材料的强度，而“粘土”的强度则是其“粘性”所致。虽然用现在的眼光看，这样的认识似乎太简单化，但它毕竟是从土本身特性出发的，不再是简单地借用别的学科的原理。这样，土力学就具有了自己的个性；其次是建立了有效应力原理和一维固结微分方程。如果说一维固结微分方程可能与太沙基曾作为热传导教授的经历有关，从而带有热传导方程的某些痕迹的话(诚然，这种借鉴别的学科成就来丰富本学科内容的做法也

4、是学科发展的必由道路之一)，那么有效应力原理则完全是从土的本性出发，确切地反映了土的力学性状本质的。在这个原理中，太沙基充分意识到超孔隙压力对土的抗剪强度的影响，并认定需要用排水剪切试验来测定有效强度。有效应力原理的出现对土力学以后的发展产生了重大影响，而且至今仍是认识和研究土的性状的一个重要原理。有效应力原理的建立充分体现了太沙基作为土力学一代宗师的害智和创造性。2）土力学的发展对于学科的发展，它必须是循序斯进的。土力学在21世纪中将要展露出的基本特色不能离开20世纪土力学发展的良好基础。21世纪的土力学将在20世纪土力学

5、发展中所形成的一系列具有生命力的生长点上。为了发现这种具有强大生命力的生长点，回顾一下20世纪土力学发展中的重大事件是非常必要的。(1)在20世纪里．土力学在有效应力原理、渗透固结理论、极限平衡理论的基础上形成与逐渐完善，建立了理论土力学的雏形，饱和土的研究得到了长足的进展．以它为基础和借鉴，提出了一系列实用土力学的方法，在工程建设中发挥了重要的作用。但直到20世纪60年代初，它的进步仍然十分缓慢，手段仍然十分落后。20世纪60年代中期以来、土力学的理论从数学力学的发展和它们向土力学领域的渗透中得到了新的活力。计算机和量测技

6、术的发展，将土力学这门以实验和经验为基础、以复杂材料为对象的学科推向了一个崭新的发展阶段。(2)本构关系的研究结束了长期以来以线弹性多孔介质模型研究变形问题、以刚塑性模型研究强度问题、从而结束了本来一个由应力、应变、强度到稳定连续发展的过程彼人为割裂开来的局面。这是土力学发展中一次带有根本性质的革命。它与计算机数值方法在解决一系列实际问题上的有力结合，极大地调动了广大学者进行深入研究的积极性，使弹性力学、弹塑性力学、弹粘塑性力学、连续介质力学、松散介质力学、损伤力学等的新理论和新方法在揭示土性规律、深化土力学问题研究中发挥了

7、巨大作用，为土力学的发展带来了新的繁荣。(3)在20世纪中，非饱和土力学研究的复苏是土力学发展中又一次带有根本性质和长远影响的事件。量测技术和计算技术的发展，不再使研究者们对非饱和土力学望而生畏。非饱和土大量存在及其对工程建筑巨大影响的事实，和土动力学的迅速发展一起是土力学开始走向成熟的一个重要标志。(4)当前，土力学所研究的材料，不仅涉及到粘性土和无粘性土(粗粒的与细粒的)等各种土类．涉及到黄土、红土、膨胀土、冻土、分散土等各种具有特殊性质的区域性土，而且已经超越了一般地质土的范围，伸向尾矿料、粉煤灰、海洋土、加筋土、污染

8、土、星际土、改性土以及土工合成材料，使土力学的作用延伸到更大的材料空间．也是土力学在20世纪划时代的成就。由地质土材料，到类土材料再到复合土材料，不只是范围上的扩大，而是带有本质性的转变。如果说人工合成材料的应用是岩土工程中的一次革命的话，那么土力学对复合材料的研究将成为这场革命的坚强卫士