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2008-08-10 11:42 【大 中 小】【打印】【我要糾錯】
土力學(xué)是工程力學(xué)的一個分支學(xué)科,主要用于土木、交通、水利等工程,從土的應(yīng)力、應(yīng)變和時間關(guān)系出發(fā),研究地基承載力、側(cè)壁土壓力、土體變形和邊坡穩(wěn)定性等課題。
土力學(xué)研究的對象是位于地殼表面數(shù)米至百余米深度范圍內(nèi)土層的力學(xué)問題。與土力學(xué)相鄰近的有關(guān)學(xué)科,在地質(zhì)方面有工程地質(zhì)學(xué),在巖層方面有巖體力學(xué)。土力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、巖體力學(xué)綜合用于工程實際又稱為巖土工程。
遠在幾千年以前,中國和其他文明古國在興修河堤和宮殿的工程中,已經(jīng)開始用夯實土筑堤和用木樁加固地基,從生產(chǎn)實踐中逐步積累有關(guān)土力學(xué)的知識和經(jīng)驗。
庫侖1773~1776年間提出土的抗剪強度法則和擋土墻土壓力計算理論,蘭金1857年提出土在塑性平衡狀態(tài)下的應(yīng)力計算理論,泰爾扎吉1923~1925年間提出土的有效應(yīng)力概念和一維固結(jié)理論,費萊紐斯和泰勒1927~1937年間發(fā)表土坡穩(wěn)定性的圓弧滑動分析方法。
與此同時,土的鉆探和原狀取樣技術(shù)以及三軸試驗技術(shù)不斷發(fā)展。泰爾扎吉1925年寫成《土力學(xué)》專著,隨后又于1942~1948年間寫成《理論土力學(xué)》和《工程實用土力學(xué)》。土力學(xué)于20世紀(jì)30年代開始成為各大學(xué)土建、水利系的必修學(xué)科之一。
二十世紀(jì)40~60年代,在土的基本性質(zhì)方面,對于各種特殊土以及土的應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變數(shù)值、孔隙水壓、加載速度、主應(yīng)力方向等復(fù)雜因素所產(chǎn)生的影響發(fā)表了大量的研究報告,從而加深了對于土的力學(xué)性質(zhì)的了解,并使三軸試驗所測定的力學(xué)指標(biāo)更接近實際。
在計算理論方面,開始將散體靜力學(xué)、流變學(xué)引入土力學(xué)的計算研究。并對三維固結(jié)作用、土中水滲流作用、滑坡長期作用的機理等問題有了大量研究報告和論著。在此期間,土動力學(xué)由于地震災(zāi)害而日益受到重視。但是,由于一般的數(shù)學(xué)解析方法不可能包括所有的復(fù)雜因素,土力學(xué)在生產(chǎn)工作中的計算理論一般采用彈性力學(xué)的假定。并以經(jīng)驗判斷作為考慮復(fù)雜因素的輔助或補充。
二十世紀(jì)70年代以來,由于電子計算機的普及和應(yīng)用,過去用解析方法所難以計算的復(fù)雜土力學(xué)問題,如非均勻介質(zhì)、非線性材料性狀、現(xiàn)場應(yīng)力條件、材料性質(zhì)的空間和時間變化等,現(xiàn)在已有可能用數(shù)值分析方法加以計算。
與此同時,對土的應(yīng)力、應(yīng)變和時間之間的關(guān)系,即本構(gòu)關(guān)系的描述,已提出100多種數(shù)學(xué)模型,包括,線彈性、非線性、彈塑性、粘彈性、粘塑性、反復(fù)荷載等各種模型。對于每一種新的數(shù)學(xué)模型,目前正在研究與之有關(guān)的新參數(shù),并在工程實際中進行觀測驗證。由于測定新參數(shù)的技術(shù)復(fù)雜,并且觀測驗證的工作需要較長時間。這些研究工作還正在進行中。
土力學(xué)主要研究土的物理力學(xué)性質(zhì),研究土的礦物化學(xué)性質(zhì),土的結(jié)構(gòu)、分類、物理和力學(xué)性質(zhì)、本構(gòu)關(guān)系,它們之間的相互聯(lián)系,以及進行這些研究工作所必需的勘探技術(shù)、取樣技術(shù)、室內(nèi)和野外的土工試驗技術(shù)等;
還研究土與各種建筑物接觸面上的應(yīng)力和變形,包括天然地基、樁基、沉井、擋土墻、地下洞室、錨桿等建(構(gòu))筑物的作用和有關(guān)土體的變形,以及進行這些研究工作所采取的數(shù)學(xué)模型、參數(shù)測定和數(shù)值分析方法等。
土的穩(wěn)定性研究主要是土坡和地基的極限平衡和長期穩(wěn)定性,包括路堤、土壩以及與之有關(guān)的土中水滲流、土的流變和長期強度等。
土體動力學(xué)研究土體在動力作用下的變形和穩(wěn)定性,包括機器振動、地震、爆炸、車輛、風(fēng)、波浪等引起的振動對于地基、土壩、路基和擋土墻的影響等。
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