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土力学

作者:汇感农业百科  阅读:次  类别:水利卷

    研究土的物理、力学性质及土体在外来因素作用下的变形、稳定和渗流的学科,是力学的一个分支。它应用物理学、固体力学和水力学的原理解决各种与土有关的工程实际问题,并逐步发展建立了系统的理论,也是土工学的一个重要组成部分。其相邻学科有:土质学、工程地质学、水文地质学和岩石力学等。

    发展简史 土力学的发展过程可分为两个时期:①近代土力学前期。早在公元前,中国就有用石硪或木夯来压实土料,堆筑堤坝。万里长城以及南北大运河等都是宏伟的岩土工程。自1773年库仑(CA.Coulomb1736~1806)发表了土的抗剪强度及古典土压力理论始至20世纪初,称古典土压力理论时期。在此时期,达西(H.P.G.Darcy1803~1858)提出了土中渗流的达西定律;朗肯(W.J.M.Rankine1820~1872)提出了塑性平衡下的应力计算理论;彼得森(K.E.Petterson)及费林纳斯(WolmarFellenius)等提出了土坡稳定分析的瑞典圆弧法;太沙基(K.Terzaghi,1883~1963)总结了大量岩土工程方面文献,制订了系统的实验计划,建立了土工试验室并制造仪器,于1921~1924年发表了有效应力原理与一维固结理论,从而奠定了近代土力学基础。②近代土力学的建立与发展。1925年太沙基的《土力学》一书,被公认是近代土力学的诞生。1931年与1934年,苏联格尔谢凡诺夫(H.M.ΓepcевоHов)与崔托维奇(H.A.Цытович)分别出版了土体动力学原理及土力学方面的论著。1936年在美国召开了第一届国际土力学与基础工程会议,此时土的室内试验受到极大重视,试验方法也不断改进与发展。中国黄文熙于1939年在前中央大学开设了土力学与土工试验课程。1940年在前中央水工试验所建立了第一个土工试验室。太沙基于40年代出版了《理论土力学》和《工程实用土力学》,使土力学形成系统的现代科学。20~60年代,在土的基本性质、计算理论、土的加固技术、测试技术以及土动力学等方面都有发展,特别是50年代以后,测试技术的进步与设备的更新,使土力学这门学科更加完善。70年代以来正在研究发展的领域还有:概率论与数理统计在土力学中的应用,岩土工程的风险分析和经济分析等。中国在1949年后为修建许多水利工程和开展大规模的基本建设,相继建立了很多土工试验室,1962年召开了中国第一届土力学与基础工程会议,1979年《岩土工程学报》于南京创刊。

    研究内容 土力学主要研究土的物理性质、土中水的渗流、土的应力应变关系、土的固结和结构物的沉降、土的强度特性(包括抗剪、抗压和抗拉等强度)、土压力、土坡稳定及地基承载力、室内外测试技术等。随着近代科学技术的发展,其研究内容日益深广,除上述外,尚有土动力学、土的物理化学特性、土与结构物的相互作用,土的流变特性、土的加固技术、土工数学模拟、土工离心模型及土工测试技术自动化等课题。

    研究方法 作为力学的一个分支,同固体力学和水力学相类似,土力学的研究方法有解析方法、数值方法和试验方法等。作为一门应用科学,土力学的理论中解析方法所得的成果不很多。数值方法有差分法、变分法和有限单元法等,在60年代以来得到迅速发展。数值方法不需作过多的简化假定,而可按土的特性建立较真实的应力——应变——强度——时间的关系即本构关系,进行计算。试验方法是土力学中重要的研究方法,包括室内试验和野外原型试验等。70年代以来正在开展三维应力、平面应变、空心圆柱扭转与压缩试验,离心模型试验和原型观测等,并用电脑来操作仪器、采集数据和数据处理,以实观土工测试技术自动化。

    在工程中的作用 在工程建设中,常以土作为工程地基、环境和材料,所以土力学与水利、土木、采矿、交通和国防等工程关系极为密切。在这些工程的勘测、设计、施工和管理中,土力学的原理得到广泛的应用。

【参考书目】:

    太沙基著,徐志英译:《理论土力学》,地质出版社,1960。

    (K.Terzaghi.Theoretical Soil Mechanics,John Wiley and Sons,Inc,New York 1942)。

    太沙基、拜克著,蒋彭年译:《工程实用土力学》,水利电力出版社,1980。(K,Terzaghi and B.Peck,Soil Mechanics in Engineering Practice,John Wiley and Sons,Inc,New York,1948.)

    P.R.Lancaster.and D.Mitchell,Advanced Soil Mechanics,MacMillan.London.1980.

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