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  土力學

土力學(Soil mechanics)是研究土體在力的作用下的應力-應變或應力-應變-時間關係和強度的應用學科,是工程力學的一個分支。為工程地質學研究土體中可能發生的地質作用提供定量研究的理論基礎和方法。主要用於土木、交通、水利等工程。

簡介

土力學是應用工程力學方法來研究土的力學性質的一門學科。土力學的研究對象是與人類活動密切相關的土和土體,包括人工土體和自然土體,以及與土的力學性能密切相關的地下水。奧地利工程師卡爾·太沙基(1883-1963)首先採用科學的方法研究土力學,被譽為現代土力學之父。土力學被廣泛應用在地基、擋土牆、土工建築物、堤壩等設計中,是土木工程、岩土工程、工程地質等工程學科的重要分枝。遠在古代,由於生產和生活上的需要,人們已懂得利用土來進行工程建設。例如中國很早就修建了萬里長城、大運河、靈渠和大型宮殿等偉大建築物;古埃及和巴比倫也修建了不少農田水利工程;古羅馬的橋樑工程和腓尼基的海港工程也都具有重要意義。由於社會生產發展水平和技術條件的限制,發展極慢。直到18世紀中葉,這門學科仍停留在感性認識階段。這是本學科發展的第一階段。

評價

第二階段開始於產業革命時期。大型建築物的興建和有關學科的發展,為研究地基與基礎問題提供了條件,人們開始從已得的感性認識來尋求理性的解釋。不少學者從工程觀點來進行土的力學問題的理論和試驗研究。法國科學家C.-A.de庫侖發表了著名的土的抗剪強度和土壓力理論(1773),英國W.J.M.蘭金也發表了土壓力理論這兩種土壓力理論至今還被廣泛應用。18世紀中期以前﹐人類的建築工程實踐主要是根據建築者的經驗進行的。18世紀中葉至20世紀初期﹐工程建築事業迅猛發展﹐許多學者相繼總結前人和自己實踐經驗﹐發表了迄今仍然行之有效的﹑多方面的重要研究成果。例如法國的 C.-A. de庫侖發表了土壓力滑動楔體理論(1773)和土的抗剪強度準則(1776)﹔法國的H.P.G.達西在研究水在砂土中滲透的基礎上提出了著名線性滲透定律(1856)﹔英國的W.J.M.蘭金分析半無限空間土體在自重作用下達到極限平衡狀態時的應力條件﹐提出了另一著名的土壓力理論﹐與庫侖理論一起構成了古典土壓力理論﹔法國的J.V.博西內斯克(1885)提出的半無限彈性體中應力分布的計算公式﹐成為地基土體中應力分布的重要計算方法﹔德國的O.莫爾(1900)提出了至今仍廣泛應用的土的強度理論﹔19世紀末至20世紀初期瑞典的A.M.阿特貝里提出了黏性土的塑性界限和按塑性指數的分類﹐至今仍在實踐中廣泛應用。19世紀中葉到20世紀初期,隨着生產的發展,基礎工程有了很大進步,樁基和深基礎的理論和施工方法也大有發展。人們在工程實踐中積累了大量有關土的實際觀測和模型試驗的資料,並對土的強度、土的變形和土滲透性等專門課題作了某些理論探討。從20世紀初以來是本學科發展的第三階段。巨大工程的興建、地基勘探、土工試驗和現場觀測技術的發展,促使人們開展理論研究並系統地總結實驗成果。於是,土力學逐步形成了一門獨立學科。奧地利學者K. 泰爾扎吉(又譯太沙基)於1925年出版第一本土力學專著《土力學》,是土力學作為一個完整﹑獨立學科已經形成的重要標誌﹐在此專著中﹐他提出了著名的有效壓力理論。蘇聯學者H. M. 格爾謝瓦諾夫於1931年出版《土體動力學原理》。後來陸續出版了一些著作。但是,以古典彈性力學和塑性力學為基礎的土力學不能滿足實踐要求,有些學者便把相鄰學科的新概念引入土力學,如50年代E. C. W. A. 蓋茲和中國陳宗基將流變學基本概念引進土力學,隨着生產的發展,大批土力學專著紛紛問世,現代物理學、物理化學和膠體化學、流變學、塑性力學等基礎科學的發展和電子計算機的應用,更為土力學開闢了許多新的研究途徑。[1]

參考文獻

  1. 土力學搜狗