若何用好土力学.doc

如何用好土力学 在学习和应用中应探求和了解隐藏在土力学公式后面的东西。 在岩土工程这门半艺术、半科学的学科中，丰富的工程经验和良好的判断能力与土力学的理论同等重要。 任何土木工程的设计、建造和正常使用都离不开土力学理论的指导，而如何较好地、有效地应用土力学的理论，是刚毕业的土木工程专业的学生和青年工程师们所关注的问题。这一问题在经典土力学时期（1925－1963）由Terzaghi、Casagrand、Peck等人多次论述过，但近些年，国内好像忘却了这一问题，而且在土力学的教学中又很少涉及这方面的问题，使得刚毕业的学生不懂得如何正确应用土力学的理论。本来这一问题由一些具有丰富工程经验和良好土力学理论水准的工程师来讨论和评述会更好一些；但令人遗憾的是，到目前为止，国内很少有这类文章发表，而对刚毕业的学生来说又很难接触到老的文献。因此，作为一名土力学教师，有责任再次提醒大家关注这一问题，以便使得青年土木工程师对土力学的理论有一个正确的认识和看法。 土木工程专业的学生在学完钢筋混凝土结构、钢结构和桥梁结构以后，会产生这样一种印象，认为土木工程结构都可以根据预先对建筑材料力学性质（例如材料的刚度、强度等）的假设来进行计算和设计。例如，对房屋或桥梁的设计，只要把土力学理论掌握好，再加上钢筋混凝土结构或钢结构的知识，就可以基本解决其中的结构设计问题。理论在这里处于主要地位，而经验只居于次要地位。这些理论计算结果之所以可信，是因为所使用的建筑材料的不确定性相对较小（与土相比），它们的边界条件和材料的力学性质都是比较简单和确定的，力学模型也能反映它们的工作状态和力学行为。因而在钢筋混凝土的结构设计中，按预先的假设进行计算和设计，通常是可行的，其计算结果和实际的误差一般不大，这在工程上是可以接受的。所以，结构工程师可以不管其建筑材料是如何试验的，通常把注意力都集中在上部结构的美学、功能、结构构造和结构计算上，而把建筑材料的试验、检测和力学参数的获取交给别人去做。一名刚毕业的土木工程专业的大学生可以按照规范、标准和标准的设计过程进行上部结构的设计，这样虽然不能做到十分完美，但至少可以保证安全。与此相对照，土工工程师即使很好地掌握了土力学的理论知识，但他如果缺少工程经验和判断力，缺少对实际土性的了解，则就很容易出现问题和发生工程事故。 土跟其他建筑材料（一般建筑材料的力学性质和质量是可控制的）不同，它不是人工制造的，而是长期自然风化与沉积的产物；它一般是不均匀的（不论在水平向或竖向一般都不均匀）；它又是三相体，其物理和力学性质非常复杂，不确定性非常大。由于土的这种不确定性，从钢、钢筋混凝土过渡到土，设计过程和方程不再像钢结构或钢筋混凝土结构那样灵验和准确了。其原因在于，（1）自然形成的土一般都是非均匀的；（2）如前所述，土的物理力学性质太复杂，难以准确的用数学模型描述。另外，靠少数样本点难以真实描述整个场地的物理力学性能；（3）土的边界条件难以确定，室内试验难以准确描述现场的实际情况；（4）难以高质量地获取土的参数。基于上述原因，对土力学公式也不能像其他力学公式那样去认识和理解。在土力学中，任何公式或计算机程序的计算结果的准确性从不会超过粗略或大致的估计。土力学的理论可以告诉我们，在进行计算时需要用到哪些参数，通过钻孔取样并进行室内试验可以得到这些参数；但由于取土的扰动，土的状态已经发生了变化，而这种变化对计算结果和试验结果的影响也只能由经验得知。因此，理论和现实的差距只能通过经验来估计和判断。 在土力学的理论初建时，开创者会敏锐地认识到其理论所包含的大胆假设及其适用场合和应用范围。在最初使用这些理论时，没有人愿意仅在表面或形式上接受它们。多年后，这些理论被写成教科书并传授给大学生们，这时它们表现出形式和教条的特征。而学生也被这种形式特征所吸引，忽略了隐藏在这些公式和规律背后的背景知识和真正实际内涵。而且这些理论一旦出现在大学的考试卷上，就变成了被盲目相信的可怕的神圣信条。很多接受大学土力学教育的学生和青年工程技术人员认为，土力学理论和室内试验构成了土力学的全部内容，但他们不知道经验和判断力的重要性。他们对土力学教科书的内容和公式较熟悉，但对其在实际应用中的适用性、误差范围和不确定性却缺乏必要的了解。在土工设计时，他们迅速地从土力学教科书中选出针对所处理问题的公式，并主观的断定所选公式是正确的，根本不考虑它的局限性和适用范围；并且在选用土工参数时，他们甚至不看土样，仅满足于别人提供给他们的勘测资料和设计参数，而忽略了隐藏在这些资料和参数后面的粗糙性和离散性。像这样处理土工问题，迟早会出现事故和问题的。 做过土工试验的人都会知道，即使是同一土样，采用同一实验方法和同一实验仪器，获取同一参数，不同的人所做的试验也会得到不同的结果，尤其是剪切强度的试验