读土力学有感

读书报告读《土力学》有感土力学是一门研究与土的工程问题有关的学科，它既是工程力学的一个分支科学，又是土木工程学科的一部分。土力学研究土和岩石并不是从地质学或农学的角度，而是从工学的角度，以工程为目的研究岩石和土的工程性质。当岩土得工程性质或岩土环境不能满足工程要求时，就需要采取工程措施对岩土进行整治和改造，不仅涉及对岩土性质的认识，而且需要研究如何采用有效的、经济的方法实现工程目的。岩土工程是一项根据工程地质学、岩体力学和土力学的理论、观点和方法，解决土木工程的工业与民用建筑结构、水利与交通运输系统的固定结构、环境保护与卫生等工程项目中关于岩土体的利用、整治或改造，并为工程建设项目的实现而服务的系统性科学。岩土工程问题所涉及的工程范围非常广泛，而在工业与民用建筑中，大量的是与土体的利用和处理有关的地基基础设计与施工问题，对这些问题的解决都是以土力学为理论基础的。与其他工程材料如钢材、塑料、混凝土等人工材料不同，土是由不同成因的岩石在风化作用（物理风化、化学风化和生物风化）后经重力、流水、冰川和风力等搬运、沉积而形成的自然历史产物。土的工程性质与母岩的成分、风化的性质以及搬运沉积的环境条件有着密切的关系，研究土的工程问题不能不以工程地质学为基础，从宏观的、历史的角度分析土的各种特殊工程性质的形成机理及其变化的规律。土是一种特殊的变形体材料，它既服从连续介质力学的一般规律，又有其特殊的应力—应变关系和特殊的强度、变形规律，形成了土力学不同于一般固体力学的分析方法和计算方法。1.发展概况18世纪中期以前﹐人类的建筑工程实践主要是根据建筑者的经验进行的。18世纪60年代的欧洲工业革命和19世纪中叶的第二次工业革命，推动了社会生产力的发展，出现了水库、铁路和码头等现代工程，提出了许多有待解决的岩土工程问题，如地基承载力、边坡稳定、支挡结构物的稳定性等；同时施工机械的出现，也为现代岩土工程的发展提供了物质条件；工程中出现的物质与难题促使人们土力学理论探索和岩土工程的技术创新，开始出现土力学的许多经典理论，这个过程延续了大约160年为20世纪太沙基土力学体系的形成准备了条件。这160年中﹐工程建筑事业迅猛发展﹐许多学者相继总结前人和自己实践经验﹐发表了迄今仍然行之有效的﹑多方面的重要研究成果。例如法国的C.-A.de库仑发表了土压力滑动楔体理论(1773)和土的抗剪强度准则(1776)﹔法国的H.P.G.达西在研究水在砂土中渗透的基础上提出了著名线性渗透定律(1856)﹔英国的W.J.M.兰金分析半无限空间土体在自重作用下达到极限平衡状态时的应力条件﹐提出了另一著名的土压力理论﹐与库仑理论一起构成了古典土压力理论﹔法国的J.V.博西内斯克(1885)提出的半无限弹性体中应力分布的计算公式﹐成为地基土体中应力分布的重要计算方法﹔德国的O.莫尔(1900)提出了至今仍广泛应用的土的强度理论﹔19世纪末至20世纪初期瑞典的A.M.阿特贝里提出了黏性土的塑性界限和按塑性指数的分类﹐至今仍在实践中广泛应用。1925年奥地利的K.太沙基(又译特扎吉)出版了世界上第一部《土力学》﹐是土力学作为一个完整﹑独立学科已经形成的重要标志﹐在此专著中﹐他提出了著名的有效压力理论。此後﹐在土的基本性质和动力特性﹑固结理论和强度理论的研究﹐流变理论的应用﹐土体稳定性分析方法以及试验技术和设备等方面都有很大的发展﹐使土力学得到进一步的完善和提高。现代土力学的概念最早出现在20世纪50年代初，当时主要考虑了土体两个基本特性——硬压性和剪胀性。随着土力学理论的发展和工程实践的不断深入，人们已经越来越不满足于将土体视为理想弹性介质或理想刚塑性介质这样简单化的描述。另一方面，现代电子计算技术的蓬勃发展也为采用复杂的计算模型提供了可能，从而为现代土力学的建立创造了客观条件。1963年，罗斯科（K.H.Roscoe）发表了著名的剑桥模型，提出了第一个可以全面考虑土的压硬性和剪胀性的数学模型，创建了临界状态土力学，他的成就标志着现代土力学的诞生。2.研究内容与方法主要包括以下方面﹕研究土的渗透性和渗流；研究土体的应力-应变和应力-应变-时间的本构关系﹐以及强度准则和理论﹔研究在均布荷载或偏心荷载以及在各种形式基础的作用下﹐基础与地基土体接触面上的和地基土体中的应力分布﹐地基的压缩变形及其与时间的关系﹐以及地基的承载能力和稳定性﹔根据极限平衡原理用稳定性系数评价天然土坡的稳定性和进行人工土坡的设计﹔计算在自重和建筑物附加荷载作用下土体的侧向压力﹐为设计挡土结构物提供依据﹔改进和研制为进行上述研究所必需的技术﹑方法和仪器设备。土体是一种地质体。这就决定了这一学科的研究工作必须采用在地质学研究基础上的实验研究和力学分析方法。3.分章内容（1）土是由各种大小不同的土粒按一定比例组成的集合体，土粒之间的孔隙中包含着水和气体，是一种三相体系。土的物质组成以及定性、定量描述其物质组成的方法，包括土的三相组成、土的三相指标，粘性土的界限含水率、砂土的密实度和土的工程分类。（2）地基土以及某些土工建筑物本身(如土坝)是由颗粒状或碎块固体材料组成的多孔隙介质，其内部包含着许多互相连通的孔隙或裂痕。在水力梯度的作用下，地基中的重力水将通过这些孔隙或裂痕发生流动，称为渗流。不同的土具有不同的透水能力，主要由土的颗粒组成和孔隙比等决定。土的透水性定量指标是渗透系数，渗透系数值愈大，表示土的透水能力愈强。渗透系数通常可通过试验方法或经验来确定。研究渗流问题的基本定律是达西定律，求解平面稳定渗流问题的常用方法是流网解法。渗流的作用将在地基土中产生渗透力，而渗透力的增大将可能导致土体发生流砂与管涌两种渗透变形。（3）土中应力指土体在自身重力、建筑物和构筑物荷载，以及其他因素（如土中水的渗流、地震等）作用下，土中产生的应力。土中应力过大时，会使土体因强度不够发生破坏，甚至使土体发生滑动失去稳定。此外，土中应力的增加会引起土体变形，使建筑物发生沉降，倾斜以及水平位移。土中应力计算是地基沉降计算和地基稳定性分析的基础，也是分析地基固结过程的重要依据。（4）在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压缩而引起的竖直方向的位移称为沉降。建筑物地基沉降包含两方面的内容：一是经过长期固结达到沉降稳定后的沉降量大小亦即最终沉降；二是随时间而改变的沉降过程亦即固结沉降与时间的关系。（5）土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变形，当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪切破坏。工程实践和室内试验都证实了土是由于受剪而产生破坏，剪切破坏是土体强度破坏的重要特征，因此土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。（6）土压力是土体作用在挡土结构上的作用力，是支挡结构和其他地下结构中普遍存在的受力形式。土压力的大小和支挡结构位移有很大依存关系，并且由此形成了三种土压力：静止土压力、主动土压力和被动土压力。静止土压力的计算方法将由水平向自重应力计算公式推演而来，郎肯土压力计算公式将由土的极限平衡条件推导得出，而库仑土压力公式则将由滑动土楔的静力平衡条件推导获得。（7）天然土坡和人工土坡会因外界作用力的影响或土体本身抗剪强度的降低而出现滑动破坏。通过对土坡进行整体受力分析，可明确土坡中抗力与作用的关系，进而评价其抗滑稳定的安全度。（8）地基承载力是指地基土单位面积上所能承受的荷载，通常把地基土稳定状态下单位面积上所能承受的最大荷载成为极限荷载或极限承载力。如果基底压力超过地基的极限承载力，地基就会失稳破坏。工程中地基承载力达到极限状态而发生破坏的实例虽然较少，但一旦发生这类破坏，后果将非常严重。由于地基土的复杂性，使得准确确定地基极限承载力变得非常困难。（9）建筑物地基和土工结构物在动荷载作用下发生震动，土的强度和变形特性都要受其影响，不仅表现出与静荷载作用不同的特性，而且还将因动荷载的加荷速率和加荷次数表现出显著的强度及变形差异。动荷载作用下的应力应变关系式表征土动力性质的基本关系，动切变模量与阻尼比是重要的表征土动力性质的参数，而土的动力参数可以通过室内或现场试验测定。砂土液化是地震等动荷载作用下产生的最主要的震害之一，其判别方法主要有动切应力对比法和采用临界标准贯入击数作为判别依据的经验方法等。4.发展展望由于土的性质是极其复杂的，因而理论的发展是艰难的。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。我认为，土力学的发展少不了三样法宝：理论、试验、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。数学是一切自然学科的基石，数学的发展必将促进土力学的发展，作为一个工程师，扎实的数学功底是其巨大的优势。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，试验对土力学的发展是必