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建筑工程概述之土力學

2008-08-10 11:42    【  【打印】【我要糾錯】

  土力學是工程力學的一個分支學科,主要用于土木、交通、水利等工程,從土的應力、應變和時間關系出發(fā),研究地基承載力、側壁土壓力、土體變形和邊坡穩(wěn)定性等課題。

  土力學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)土層的力學問題。與土力學相鄰近的有關學科,在地質方面有工程地質學,在巖層方面有巖體力學。土力學、工程地質學、巖體力學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土力學的知識和經(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)下的應力計算理論,泰爾扎吉1923~1925年間提出土的有效應力概念和一維固結理論,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以及三軸試驗技術不斷發(fā)展。泰爾扎吉1925年寫成《土力學》專著,隨后又于1942~1948年間寫成《理論土力學》和《工程實用土力學》。土力學于20世紀30年代開始成為各大學土建、水利系的必修學科之一。

  二十世紀40~60年代,在土的基本性質方面,對于各種特殊土以及土的應力狀態(tài)、應變數(shù)值、孔隙水壓、加載速度、主應力方向等復雜因素所產(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性質的了解,并使三軸試驗所測定的力學指標更接近實際。

  在計算理論方面,開始將散體靜力學、流變學引入土力學的計算研究。并對三維固結作用、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,土動力學由于地震災害而日益受到重視。但是,由于一般的數(shù)學解析方法不可能包括所有的復雜因素,土力學在生產(chǎn)工作中的計算理論一般采用彈性力學的假定。并以經(jīng)驗判斷作為考慮復雜因素的輔助或補充。

  二十世紀70年代以來,由于電子計算機的普及和應用,過去用解析方法所難以計算的復雜土力學問題,如非均勻介質、非線性材料性狀、現(xiàn)場應力條件、材料性質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,對土的應力、應變和時間之間的關系,即本構關系的描述,已提出100多種數(shù)學模型,包括,線彈性、非線性、彈塑性、粘彈性、粘塑性、反復荷載等各種模型。對于每一種新的數(shù)學模型,目前正在研究與之有關的新參數(shù),并在工程實際中進行觀測驗證。由于測定新參數(shù)的技術復雜,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。

  土力學主要研究土的物理力學性質,研究土的礦物化學性質,土的結構、分類、物理和力學性質、本構關系,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、取樣技術、室內(nèi)和野外的土工試驗技術等;

  還研究土與各種建筑物接觸面上的應力和變形,包括天然地基、樁基、沉井、擋土墻、地下洞室、錨桿等建(構)筑物的作用和有關土體的變形,以及進行這些研究工作所采取的數(shù)學模型、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、土壩以及與之有關的土中水滲流、土的流變和長期強度等。

  土體動力學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、波浪等引起的振動對于地基、土壩、路基和擋土墻的影響等。

延伸閱讀:土力學 概述 其他相關
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