土力学论文提要

岩土工程与土力学摘要:本文首先主要分别论述和阐明了岩土工程、土力学它们两学科各自的定义、主要内容、内在特点和发展趋势。然后又分别从它们各自的定义、特点两方面平行对照比较，论述两者之间的不同之处；并且依据其定义和内容等方面找到了二者的内在联系，得到了两学科之间的相互渗透、交叉对于双方都有很大的影响；从而推出学科之间的发展不是独立的，而是相互促进，相互影响，共同进步的。最后又简单的论述了土力学和注册土木工程师（岩土）之间的关系，得出：要成为一名合格的注册土木工程师（岩土），土力学作为基础学科和基础知识，是必须熟练的掌握的；只有搞清、弄通土力学，才能在土木工程这一行业中有一个良好的基础，才能在土木这一专业上有所建树。关键词：岩土工程，土力学，注册土木工程师（岩土）引言：每一门学科都有不同于其他学科的研究对象，都要研究它自身的特殊规律。但是，客观事物是错综复杂、互相联系、互为因果的，特别是一些相近和相关的学科，在研究对象、范围、内容和方法的上，往往相互交叉，既有个性，又有共性，既有区分，又有联系。当代科学的发展具有高度综合又有高度分化的特点，它不仅表现在学科之间的相互移植和相互借鉴，各自以其最新的成就影着对方，同时也吸收对方的某些新成就以促进本门学科的发展；而且也表现于学科内部的已有研究成果新的综合和新的分化，从而出现了新的分科学支、边缘学科。因此，在研究某门学科时，要明确其与相关学科、交叉学科的关系。孤立地固守本门学科的狭隘的范围，或片面的地坚持某种方法，是难于深入探索的内在规律，推动本门学科向前发展的。目录TOC\h\z\u\t"标题3,1,标题4,2"一、岩土工程 31.1、岩土工程的定义： 31.2、岩土工程的主要内容： 31.3岩土工程的特点： 5二、土力学 52.1.1、土力学的发展历史 52.1.2、发展趋势 62.3、土力学的主要内容 72.4、土力学的特点 8三、土力学与岩土工程的关系 9四、土力学与注册土木工程师（岩土）关系 10五、结论 11六、参考文献 121.3岩土工程的特点：岩土工程学是以岩体、土体和水体为研究对象，以工程地质学、岩石力学、土力学及基础工程学的基本理论方和方法的综合为指导，研究岩土体的工程利用、整治和改造的一门综合性技术学科。它有很强的实践性（因岩土体有显著的时空变异）和综合性，往往对保证工程质量，缩短工程周期，降低工程造价，提高工程效益会起到关键性的作用。岩土工程学的本质特点，一是它必须以“岩土”为基础，始终要面对性质变化错综复杂的岩体和土体，以及与岩土体不可分割的水体；而是它必须以“工程”为中心，始终要围绕拟建工程在其具体岩、土体条件下的合理实现，确保他的正常使用;三是它必须以“稳定“为目标，始终要把工程在各种可能最不利组合条件下的安全和稳定性作为解决问题的总目标。它有跨越是空的特点，要考虑岩土的过去、现在和将来的变化，考虑工程在建设期与运营期内在所处条件上的差异，考虑岩土体在其分布上的区域性、层次性和特殊性；它也有跨学科的特点，要利用工程地质学、水文地质学、岩石力学、土力学、基础工程学，甚至其他一系列学科的基础，通过交叉融合，审时度势，具体的面对各类实际问题；它还有跨行业特点，要区别和针对诸如建筑、铁路、公路、水电、矿业、环保等各方面建设上不同建筑物和构筑物的工作特点，满足他们的特殊要求。显然，这些任务决不是任何一门学科所独立胜任的。工程地质学是研究有关地质量问题的学科，它的主要任务在于对规划、设计、施工和运行中有关地质条件，从地质构造、地质作用和地质现象等方面做出分析评价；岩石力学和土力学是研究岩和土材料力学特性的特性指标、变化机理与客观规律以及岩体和土体变形、强度与渗透各方面的稳定特性、分析方法和增强措施的科学；基础工程学是研究关于不同工程建筑无基础设计与施工中涉及的各种原则、方法与事故处理等有关问题的科学。水文地质学是研究地下水的形成、埋藏、运动（动态与均衡）及水质等的变化以解决地下水开发、利用、防护等的水文地质条件及勘查评价的科学。这些学科虽然都是解决岩土工程问题的重要支撑，但没有岩土工程学根据岩土工程问题的内在规律所作综合的升华与创造性的应用，都是无法完成前述的岩土工程任务的。岩土工程学这种本质特点的个性构成了它赖以生存和发展的基本依据。二、土力学2.1.1、土力学的发展历史土力学是人们在长期的工程实践中形成并发展起来的一门学科。我国劳动人民从远古时代就利用土、石作为地基筑材料来修筑房屋。如西安新石器时代的半坡村遗址，就发现有土台和石础，只就是古代的土力学最早的应用。隋朝石工李春所修建的赵州石拱桥，造型美观，至今存留。桥台砌置于密实的粗砂层上，1300多年来估计沉降约几厘米。经现在的验算，其基底压力为500~600kpa。这与现代土力学理论给出的承载力值很接近。《梦溪笔谈》记载，北宋初年，著名木工喻皓在建造开封开宝寺时，考虑当地多西北风，便特意使建于饱和土上的塔身稍向西北倾斜，设想在风的长期、断续作用下可以逐渐复正。可见，当时的工匠已经考虑建筑物地基的沉降问题了。而力学逐渐形成理论始于18世纪兴起工业革命的欧洲。为满足资本主义工业化的发展和市场向外扩张的需要，工业厂房、城市建筑、铁路等大规模的兴建，提出了许多与土力学相关的问题，例如铁路路基问题。1773年，法国A.库伦（Coulomb）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。1869年，英国W.J.M朗肯（rankine）又依据强度理论从另一角度推导了土压力计算公式。1885年，法国J.布辛内斯克（Boussinesq）求得了弹性无限空间在竖向集中力作用下的应力与变形的理论解。1922年，瑞典的W.费伦纽斯（Fellenius）提出了土坡稳定分析方法。这些古典的理论和方法影响着以后土力学的发展，为本学科系统的发展做出了贡献。1925年，K.太沙基（terzaghi）归纳了以往的研究成果，提出了一维固结理论，阐述了有效应力原理，发表了第一本《土力学》专著，标志着近代土力学学科的形成。1963年，罗斯科（Roscoe）等人创建发表了著名的剑桥弹塑性模型，标志着人们对土性质的认识和研究进入了一个崭新的阶段。回顾新中国成立后的50多年，围绕着解决工程建设中提出的问题，土力学学科在我国得到了广泛地传播和发展、尤其是改革开放以后，国家大规模的建设促进了本学科的发展，在土力学理论和工程实践方面均取得了令人瞩目的化时代进步，为国民经济发展做出了贡献。许多大型水利水电工程，核电工程，高速公路，大型桥梁，万吨级码头，大型厂房，高楼大厦，地下空间开发利用等等都呈现了本学科理论和实践的巨大成就。工程建设需要学科理论，学科理论的发展更离不开工程建设。2.1.2、发展趋势性质是极其复杂的，因而理论的发展是很艰难的。关于土的理论，经过不少学者的艰辛研究和探讨，已取得不少成果，但进一步的发展还远没有结束。就学科本身而言，土力学的发展少不了三个方面：理论、实验、计算机。作为当今科技的驱动器，计算机是不可或缺的，发展数值分析是土力学的一个研究方向。目前，已经能够模拟、计算三维复杂条件下的许多工程问题，表明本学科进入了一个新时期。数学是一切自然学科的基石，数学的发展必将促进土里学的发展。天然土是复杂的，不可能按某种配方将其制作出来，因此数值模拟和理论分析不能解决所有问题，实验对土力学的发展必不可少的，是相当重要的，经不起实验检验的理论，即使再完美也是没有任何实际工程意义的。只有合理利用开发这三个方面，土里学的发展才会走的更远。其次研究方法和手段的大大提高也能为土力学理论研究和基础加固提供良好的条件，目前各国已经研制成功多种多样的工程勘察、实验与地基处理的新设备。

近年来，世界各国超高大坝、超高层建筑、地下空间开发、矿山深井建设、核电站、越江越海隧道、巨型电站、南水北調等巨型工程的兴建，还有地震、山体滑坡等等，不断对土里学提出来更高的要求，大大促进土力学进一步发展。裂隙对土体力学性能的控制性、非线性应力-应变的本构关系以及新的测试技术和设备等方面的研究将会有新的进展。2.3、土力学的主要内容土力学的基本研究内容：1）土的有效应力原理；2)土的应力分布理论；3）渗透固结理论；4）强度破坏理论；5）地基变形计算；6）地基承载力计算；7）土坡稳定性验算；8）挡土结构物上的土压力计算。其中有效应力原理、应力分布理论、渗透固结理论和强度破坏理论是土力学的基本理论，而地基变形计算、地基承载力计算、土坡稳定性验算和土压力计算是与工程实践直接相关的应用课题。土力学的研究必须注意土的本质特性。土的松散性是区别于整体岩石的主要特性，这种特性是创立土力学的主要原因。土是自然历史产物，必须查明土的生成环境和历史过程，结合土的微观结构、宏观土层的边界条件及自然环境变化进行研究。应对场地的地质和水文地质条件进行详细的勘测和分析。因而，土力学与工程地质学有着极为密切的关系。在各类土体的形成变化过程中，有着各自相应的物质组成结构，表现出不同工程地质性质。只有采用地质学的自然历史分析法，才能正确的认识土体工程性质形成的原因和演变历史、目前的状态及今后的变化趋势。土力学研究土的物质组成成分，土的物理、化学、力学性质及他们之间的相互关系，并以此为基础，进一步探讨在自然和人为因素的作用下，土的成分和性质的变化趋势。土力学应以土的成因、成分和结构等内在因素的研究成果作为解释土的物理与力学性质的根据，根据工程需要评价和改善土的性状，以保证建筑工程的合理设计、顺利施工、安全运行。土力学的研究必须注重实践行。除运用一般力学原理外，还要中是专门的土工实验技术的应用。根据室内和原位试验获得的物理力学指标和各种参数来研究土的工程性质。土的变形固结和强度理论，就是这些实验研究的基础上建立和发展起来的。土力学的研究必须注意工程实用性，必须考虑建筑物的结构特点和使用要求。各种建筑物因设计要求不同，对土体变形的稳定性和要求也有很大的差别。应从工程实际出发，对具体工程项目的地基土体和建筑土料规定具体的土工试验项目和实验方法，运用土力学的理论进行地基基础设计计算和施工，已解决实际工程问题。土力学是一门偏重于计算的学科，因而，数学、力学是建立土力学计算理论和方法的重要基础。土力学作为力学计算问题，与理论力学有所不同，不能用纯数学、力学的的观点，必须根据实际地质调查、现场和室内的试验资料来进行分析研究，然后才能对研究资料进行力学计算。电子计算机技术和新的计算机技术的飞速发展，为土力学理论计算提供了重要手段。土力学是土木工程专业的一门专业基础课程，它的定量分析评价工程地质问题和进行岩土工程设计计算的重要理论基础之一。在研究土体中水的运动问题时，还涉及水力学、地下水动力学和水文地质学的有关知识。各学科的相互综合与渗透是现代土力学发展的总趋势。2.4、土力学的特点学是为岩土工程服务的一门学科。影响岩土工程的因素众多，如工程地质、环境、气象、施工，以及其他人为的和时间因素，这就导致岩土工程的不确定性。而作为岩土工程原始依据的勘测资料具有局限性，由于土层的复杂性和取样的不连续性、小土样和原位土层的差异、土样扰动的影响、实验条件与实际工程情况的区别等，即便最认真、细致的勘测也可能存在偏差。此外，准确分析和利用勘测资料也不是容易的事。而设计参数往往导致结论的大偏差，其影响甚至超过计算方法的选择。太沙基在给法国人洛西叶写的《土力学的信心和危机》一文的答复中指出了土力学的特点：土力学具有“科学性”和“艺术性”的双重特性，即土力学不是一门“精确”的科学，与其说它接近桥梁工程或机械工程，不如说他更接近医学。对于医学，“临床经验”是十分重要的。或者说土力学是工程实践中的一个工具，但不像计算尺、计算机那样按指示书使用就行的工具，而是像地球物理勘测那样需要长时间实践才有把握掌握工具。派克总结了土力学中的“观测法”，可表述为：在足够（但不一定很详细）的勘测资料的基础上，根据地质知识对土层的最可能性状和最不利条件下的可能偏差做出评价，并据此做出简化假设和进行设计。在设计中，应确定需要在施工过程中实施观察的量（如沉降、空隙水压力等），并且按简化假设预估这些量的数值（包括在最不利情况下的相应数值），同时考虑最不利情况发生时如何选择补救措施或改变设计。最后在施工中观察起这些量，并对观察结果做出评价，必要时修改设计，以适应现场的实际情况。派克指出，观察发的局限性在于只能用于施工过程中有可能修改设计的场合，有时还可能会延长工期。但是观察法有利于降低造价和避免灾害。派克提倡的“观察法”，就是现在所说的“动态设计”概念。雷森迪斯又对过分依赖观察法、过分强调从理论上找到普遍性规律的困难及危险提出自己的看法。他认为，同其他学科一样，要在土力学领域内作出理论上的概括，需要四个过程：1）识别过程，即从原型观察的个别实例来识别哪些是有意义的（有效的）变量。2）归纳过程，即把有关变量归纳成少数的独立变量，这要求舍弃一些无关的、次要的变量，在许多情况下要用到量纲分析。3）模拟过程，即探索从归纳过程得到的各独立变量之间的关系式。4）验证过程，即把以上求的量之间的关系式与现场实例比较。其中，模拟过程可分为模拟实验、数学分析两种经典方法和计算数值分析方法。从以上阐述中可以看出，土力学学者都非常重视理论和实践两个方面。他们在某一篇文章中强调其中一方面是因为当时工程界具有忽视另一方面的倾向。太沙基关于“科学性”和“艺术性”的论述精辟的反映了土力学的特点：第一，土力学是一门具有严密的科学性的学科，在工程实践中决不能违反土力学的基本原理，否则会导致工程失败和酿成重大事故；第二，土力学注重强调实践经验和地区特点，这是保证工程完美的基础；第三，需要先进的数学、力学知识和计算机技术，以便更快捷、精确的解决复杂的岩土工程问题；第四，虽然计算模型、计算参数的选择和计算结果的分析需要丰富的经验，但也不能否定传统方法在工程中所起的作用。这些认识，无论是在土力学课题研究中，岩土工程的设计或施工中，还是在土里学课程的学习中，都是非常重要的，三、土力学与岩土工程的关系岩土工程是一门技艺，而土力学是一门工程科学。这个区别经常被表述，但是很少被充分领会。但是，如果我们期望在两方面都有所进步甚至精通的话，必须理解这个区别。首先，土力学提供了关于土体材料应力—应变—时间关系特性的定性和定量数据。这些知识让我们认识了理想条件下土体的力学行为，这为我们预测在现场的更复杂条件下行为提供指导。类似地，土力学理论能使人们洞悉在简单、理想状态下的行为。土力学是利用力学原理和土工试验来研究土的应力、应变、强度、稳定和渗透等特性及其随时间变化规律的学科土的用途主要体现在三中类型的工程中，即地基（路基）、建筑材料（如铁路、公路路基、工业与民用建筑物修建的场地、堤坝等的填料）和建筑物周围的环境介质（如边坡工程、地下工程），土力学则是定量分析评价工程地质问题和进行岩土工程设计计算的重要基础之一。

岩土工程涉及的范围很广，不仅涉及天然岩土，还包括人工土，包括对天然土的加固和改良，利用排水、压实、加筋、改性、注浆、设置增强体等方法，改变岩土体的强度、变形和渗透性能。是属于与工程紧密结合的的专业科学，是运用工程地质学、土力学、岩石力学、结构力学、土工试验等多学科知识研究岩土体（包括其中的水）作为支撑体、荷载、介质或材料、必要时对其改良或治理的一门技术。它包括岩土工程勘察、设计、试验、施工和监督，涉及工程全过程。岩土工程与土力学关系密切，且互相搭接，边界模糊。边界附近你中有我，我中有你。同时，也可以说土力学只是岩土工程的一部分。在岩土工程中的最好的技艺水准几乎总是在那些人中发现——这些人除了经过了土木工程的充分训练之外，还经过了相关经验的培养，并且能够在土力学和地质学的基础上建立起联系，还能够用这两门科学来扩展经验。在岩土工程实践方面的专家和在土力学方面专家的背景无疑是相同的，两者的区别也很重要。为处理土坝、高难度的基础和基坑问题，岩土工程师会发现观察过程是最强有力的工具。

四、土力学与注册土木工程师（岩土）关系注册土木工程师是指取得《中华人民共和国注册土木工程师执业资格证书》和《中华人民共和国注册土木工程师执业资格注册证书》，并从事该工程工作的专业技术人员。2002年4月，人事部、建设部下发了《关于印发〈注册土木工程师执业资格制度暂行规定〉、〈注册土木工程师执业资格制度考试实施办法〉和〈注册土木工程师执业资格考核认定办法〉的通知》（人发〔2002〕35号），决定在我国实行注册土木工程师执业资格制度。传统的土力学教学在我国大岩土理念下，特别是在注册土木工程师（岩土）专业考试中，不仅强调熟悉和掌握有关的规范标准，还要强调作为一名岩土工程师所必颁具备的专业知识的背景，涉厦到与规范标堆无关的土力学内容常见于近年的考试试题中。本文通过对注册考试试题中有关土力学的内容进行分析，提出了关于对土力学教学的一些思考注册土木工程师（岩土）专业考试试题土力学教学专业知识岩土工程实行注册土木工程师（岩土）制度是岩土工程界的一件大事，是实现政府对行、眦管理体制改革的一个重要举措，是我国工程制度管理的一个进步，对科技人员也是十分重要的。国外岩土工程技术中的勘测、设计、施工三者是统一的。国外的岩土工程技术是在市场经济条件下，在实践中自然形成的一门特殊的学科。从实践中得出理论，后来形成设计事务所，拥有自己的技术和专利，而我国岩土工程技术中的勘测、设计、施工三者分离，是在计划经济下经过条块、部门分割后形成的，在长期的实践过程中各个部门各自形成自己的领域，经验有局限性。由于专业面窄，规范不配套，备专业之间很难配合。在目前市场经济条件下，建立了我国的大岩土理念——从前期的策划到施工和监理的全过程也势在必行。为此注册土木工程师（岩土）的考试不仅仅强调要熟悉和掌握有关的规范标准，还要强调作为一名岩土工程师所必须具备的专业知识，其中土力学是最基础的也是最重要的。基础考试为闭卷考试，上午段主要测试考生对基础科学的掌握程度，设120道单选题，每题1分，分11个科目:高等数学、普通物理、普通化学、理论力学、材料力学、流体力学、电工电子技术、信号与信息技术、计算机应用基础、工程经济、法律法规，下午段主要测试考生对岩土工程直接有关专业理论知识的掌握程度，设60道题，每题2分，分8个科目:土木工程材料、工程测量、土木工程施工与管理、工程地质、结构力学、构设结计、土力学与基础工程、岩体力学与岩体工程。专业考试的专业范围包括:工程地质与水文地质、结构工程和岩土工程，上午段共设有7个科目，1、岩土工程勘察;2、浅基础;3、深基础;4、地基处理;5、土工结构、边坡、基坑与地下工程;6、特殊条件下的岩土工程;7、地震工程。每个科目1道作业题，12分，从这7个科目中选择4个科目进行考试，共计48分。下午段除了上述科目外，另增加工程经济与管理科目，每个科目包括8道单选题，每题6分，从这8个科目中选择6个科目进行考试，共计48分。五、结论

理论导向和经验判断:刘建航院士提出的“理论导向，经验判断，实测定量”十二个字，切中要害，生动地反映了岩土工程设计的特点，也是岩土工程设计经验简洁而准确的概括，值得提倡。

我个人认为，在目前的岩土工程学中产生的上述问题的根源就在于:没有以地质学为基础去解决土工工程问题。没有用地质学的观点去认识和解决土木工程中遇到的的地质问题。

地质学的形成时期是公元1750,公元1840年。早于土力学近200年，其成熟度显然高于土力学很多。还