土力學(xué)學(xué)術(shù)論文(2)
土力學(xué)學(xué)術(shù)論文
土力學(xué)學(xué)術(shù)論文篇二
土力學(xué)發(fā)展概況
摘 要：隨著社會的高度現(xiàn)代化，土力學(xué)在工程上的應(yīng)用范圍越來越廣，人類對土力學(xué)的研究也更加的深入。本文通過回顧土力學(xué)發(fā)展歷程，分析當(dāng)前土力學(xué)研究的缺陷，包括土力學(xué)經(jīng)典理論的局限性，非飽和土力學(xué)研究的缺陷性，動荷載作用下土體研究的不成熟性。最后結(jié)合土力學(xué)研究的缺陷，對今后土力學(xué)的發(fā)展提出預(yù)測。
關(guān)鍵詞：飽和土 非飽和土 動荷載
中圖分類號：TU41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791(2014)04(b)-0225-01
土力學(xué)是運(yùn)用工程力學(xué)的理論和方法來研究土體力學(xué)性質(zhì)的學(xué)科[1]。它在實(shí)際工程如地基、擋土墻、土工建筑物中都有重要的應(yīng)用。研究土力學(xué)，對我們從事土木工程活動的人士來說具有重要意義。本文根據(jù)土力學(xué)發(fā)展歷史，分析當(dāng)前土力學(xué)研究缺陷，預(yù)測土力學(xué)未來的發(fā)展。
1 土力學(xué)的發(fā)展歷程
土力學(xué)歷史悠久，起源于人類生產(chǎn)生活所積累的經(jīng)驗(yàn)，古時(shí)候人們用壓實(shí)土料修筑堤壩防洪，用夯實(shí)土基興修各類工程等均屬于土力學(xué)的范疇。近代土力學(xué)的發(fā)展開始于1776年庫侖土壓力理論的提出[1]。此后，1856年法國科學(xué)家達(dá)西發(fā)表了著名的達(dá)西滲透定律，1857年英國科學(xué)家郎肯發(fā)表了郎肯土壓力理論，這些理論促進(jìn)了近代土力學(xué)的發(fā)展。1925年太沙基提出了有效應(yīng)力原理及滲透固結(jié)理論，從此土力學(xué)成為一門獨(dú)立的科學(xué)。1950年后人類在土的基本性質(zhì)、測試手段、計(jì)算技術(shù)、加固方法等方面均有較大發(fā)展。1980年后，土力學(xué)出現(xiàn)了新的分支，如計(jì)算土力學(xué)[2]，海洋土力學(xué)等。
土力學(xué)自成立以來經(jīng)歷兩個(gè)發(fā)展階段。第一階段即1925年―1960年的近代土力學(xué)階段，這一階段土力學(xué)都是以太沙基理論為基礎(chǔ)而展開研究的，但由于該理論過于片面，土體性質(zhì)過于復(fù)雜，導(dǎo)致很多問題無法深入研究。第二階段即1960年后的現(xiàn)代土力學(xué)階段，以羅斯科為代表的臨界土力學(xué)創(chuàng)立，從此人類對土體本構(gòu)關(guān)系的研究步入了新的境界。人們開始綜合考慮研究土體受力后的應(yīng)力、應(yīng)變、強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及它們和時(shí)間之間的關(guān)系[3]。
2 土力學(xué)當(dāng)前發(fā)展中存在的問題
縱觀土力學(xué)的發(fā)展歷程，雖然取得了很大的進(jìn)步，但是仍然存在著不少問題。
2.1 土力學(xué)理論不夠完備
土力學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的理論學(xué)科，但是由于土體性質(zhì)復(fù)雜，到目前為止，仍處于半經(jīng)驗(yàn)辦理論的發(fā)展階段，未能形成公認(rèn)的基礎(chǔ)理論。太沙基把土體的壓密和滲透結(jié)合起來推導(dǎo)出的一維固結(jié)微分方程能很好的反映土體單向固結(jié)的機(jī)理，但是在多維固結(jié)問題上并不適用。比奧固結(jié)理論能解出孔壓分布，給出位移場，獲得土體應(yīng)力應(yīng)變非線性、彈塑性和骨架的流變情況，但是參數(shù)確定的偏差會導(dǎo)致工程計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測量結(jié)果差別很大[1]。所以這些理論都有自身的局限性，不能符合一般土體受力狀態(tài)下的性能。
2.2 解決非飽和土問題方法欠缺
傳統(tǒng)土力學(xué)理論只適用于解決飽和土的問題，其規(guī)律也是根據(jù)飽和土試驗(yàn)得出。然而工程中遇到飽和土的情況十分罕見，即使是軟土地區(qū)，其表層土也不會是飽和的。將處理飽和土的方法應(yīng)用于非飽和土不是很妥當(dāng)，因?yàn)橥恋奶匦噪S其含水量有很大的不同，如膨脹土遇水后體積會膨脹，而失陷性黃土遇水后體積會收縮，而且它們的強(qiáng)度也會因遇水而降低[3]。于是有人提出了非飽和土強(qiáng)度理論，這些理論都是以吸力及為計(jì)算依據(jù)，但是由于吸力測試技術(shù)不夠成熟，存在很多問題，不能被廣泛采納。
2.3 動荷載作用下土體規(guī)律的研究還不成熟
研究動荷載作用尤其是循環(huán)動荷載作用下土的力學(xué)特性，在道路的建設(shè)和維護(hù)方面具有重要意義[4]。盡管國內(nèi)外開展了不少這方面的研究，提出了相關(guān)理論，但是動荷載作用下土體的變形、強(qiáng)度、以及液化規(guī)律比靜荷載作用更復(fù)雜、更難把握，所以相關(guān)研究結(jié)論適用條件和范圍都很有限，理論就更不成熟了。
3 土力學(xué)發(fā)展方向預(yù)測
土力學(xué)是研究土體特性的學(xué)科，土是經(jīng)過漫長的地殼運(yùn)動而形成的，不同地域的土其成分有很大的差異，即使是同一地方的土因所處的地層不同性質(zhì)而相差很大，而且土的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)對土的性質(zhì)也有至關(guān)重要的影響，因此土的特性很強(qiáng)。土有的時(shí)候是飽和的，有的時(shí)候是不飽和的，有時(shí)可以看成是連續(xù)的介質(zhì)，有時(shí)又不能看成連續(xù)的介質(zhì)，它具有彈性、粘性和塑性等性能，這些都說明了土體的性質(zhì)十分復(fù)雜。因此研究土力學(xué)需要采用理論、試驗(yàn)相結(jié)合的方式。
3.1 土的微觀和細(xì)觀研究
土是由固、液、氣三相組合而成，土顆粒之間固液氣三相的相互作用決定了土的力學(xué)性質(zhì)區(qū)別于其他一切材料。土體強(qiáng)度、變形的宏觀規(guī)律是與其微觀結(jié)構(gòu)直接相關(guān)的，通過微觀試驗(yàn)研究，以探究土的非線性、彈塑性、各向異性、流變性等問題，可以更清楚的認(rèn)識宏觀規(guī)律的機(jī)理，從而初步把握其宏觀規(guī)律。因此，微觀和宏觀相結(jié)合有可能使土體力學(xué)特性的研究出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)。
3.2 土體的原位試驗(yàn)和無損探測
室內(nèi)試驗(yàn)和原位試驗(yàn)之間存在著不可忽視的差別，室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，壓縮模量是在無側(cè)向變形條件下測出的，而土的初始應(yīng)力狀況與沉積條件有關(guān);在完全相同的條件下測量土的沉降量，試驗(yàn)結(jié)果表明壓縮模量越大的土，它的計(jì)算沉降和實(shí)測沉降相差越大[3]?，F(xiàn)有原位實(shí)驗(yàn)方法如標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，觸探試驗(yàn)只能用于小型工程，鉆孔取土愈深，土的結(jié)構(gòu)破壞愈大，試驗(yàn)結(jié)果的可靠度也就越差。因此發(fā)展更加先進(jìn)的測探技術(shù)，可以克服取土后土結(jié)構(gòu)的巨大變化和應(yīng)力狀態(tài)的改變，能大大提高試驗(yàn)結(jié)果的精確性。
3.3 非飽和土的研究
非飽和土力學(xué)理論之所以沒能像飽和土力學(xué)理論一樣同步發(fā)展，最主要的原因是影響非飽和土性質(zhì)因素眾多，關(guān)系復(fù)雜，它很難像飽和土那樣找出應(yīng)力應(yīng)變之間一一對應(yīng)的關(guān)系。此外非飽和土特性測試技術(shù)難度比飽和土大得多，這進(jìn)一步制約了非飽和土理論的發(fā)展。由于非飽和土中存在氣體，較之飽和土性質(zhì)大有區(qū)別而且更加的復(fù)雜，研究非飽和土中固、液、氣之間的相互影響關(guān)系成為解決非飽和土問題的重要出路。今后非飽和土的研究將著重于土體表面吸力的測定，土-水特征性能表征等方面。
4 結(jié)語
正如太沙基所說：土力學(xué)既是一門科學(xué)，又是一門藝術(shù)[1]。工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)具有不可替代的重要意義。隨著科技的進(jìn)步，各種研究方法和手段不斷進(jìn)步，各種各樣的工程勘察設(shè)備和試驗(yàn)設(shè)備得以研制，電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用水平和實(shí)驗(yàn)測試技術(shù)的自動化程度不斷提高，今后土力學(xué)的發(fā)展將呈現(xiàn)蓬勃的朝氣。
參考文獻(xiàn)
[1] 姜晨光.土力學(xué)與地基基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013：8-12.
[2] 蔡東，李國方.土力學(xué)的研究內(nèi)容與學(xué)科發(fā)展[J].黑龍江水利科技，2008，36(2)：92.
[3] 趙成剛，韋昌富，蔡國慶.土力學(xué)理論的發(fā)展和面臨的挑戰(zhàn)[J].巖土力學(xué)，2011，32(12)：3521-3522.
[4] 焦貴德，趙淑萍，馬巍.循環(huán)荷載下高溫凍土的變形和強(qiáng)度特性[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2013，35(8)：1553.
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