土力學(xué)在工程項目中的應(yīng)用分析

李 琳

(廣州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 510550)

1 土力學(xué)概述

事實上，土力學(xué)的應(yīng)用遠比土力學(xué)理論成為一套系統(tǒng)的理論要早很多。在很久以前，人們就開始用自己的經(jīng)驗進行工程建造，并在建筑過程中不斷積累經(jīng)驗，逐漸形成土力學(xué)體系，并最終在1925年由奧地利的太沙基出版了第一部《土力學(xué)》，在此之后，土力學(xué)作為一門學(xué)科不斷發(fā)展著。土力學(xué)并不像理論力學(xué)、材料力學(xué)等力學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科那樣具有十足的理論性，相反，它是一門與實際工程緊密聯(lián)系的學(xué)科，沒有工程實際，也就沒有土力學(xué)，沒有土力學(xué)，工程項目建設(shè)也沒有辦法不斷進步，可以說，土力學(xué)同工程項目的應(yīng)用是密不可分的。土力學(xué)主要研究的是土體內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變之間的關(guān)系以及應(yīng)力—應(yīng)變—時間三者之間的關(guān)系，其中包括對土的變形性質(zhì)及地基沉降計算、土的抗剪強度、土壓力、土坡穩(wěn)定性、天然地基承載力、地基處理、土的動力及地震特性等內(nèi)容。作為專門研究土體力學(xué)性質(zhì)的學(xué)科，土力學(xué)對在工程項目中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在地基的處理上。

2 土力學(xué)在工程項目中的應(yīng)用

2.1 土力學(xué)應(yīng)用于土的變形及地基沉降計算

天然地基的作用是支撐地基上部的建筑物。地基需要承受上部建筑包括地基本身的載荷，這使地基產(chǎn)生相應(yīng)的變形，這就會使地基在重力方向產(chǎn)生沉降。地基沉降包括不均勻沉降、相鄰基礎(chǔ)的沉降差、地基平均總沉降等。地基不穩(wěn)定，出現(xiàn)沉降的話，會對整個建筑的力學(xué)特性產(chǎn)生很大的影響，建筑物應(yīng)力分布不均，導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生裂縫，影響建筑物的正常使用。因此，在工程項目開始之前，準確地估計出地基的沉降數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上采取必要的措施來避免沉降給建筑物造成的影響，可以大大提升工程項目的質(zhì)量和使用壽命。對于沉降量的計算，土力學(xué)早已經(jīng)提出了沉降公式。在計算時，首先要掌握基礎(chǔ)平面尺寸和埋深;地質(zhì)剖面圖;總荷載及其在基底上的作用點位置。掌握這些原始資料后，將土層的剖面圖分成若干薄層進行計算，就能夠比較準確地計算出地基沉降。同樣的，土力學(xué)也可以計算出土體的沉降差及傾斜量。工程項目的設(shè)計者在通過計算掌握了這些數(shù)據(jù)之后，就能夠采取適當(dāng)?shù)拇胧┍苊獬两祹淼膯栴}，提升了工程項目的施工質(zhì)量。

2.2 天然地基承載力的計算

天然地基指的是未經(jīng)人工處理并保持原始土層結(jié)構(gòu)的地基。地基承受建筑物基礎(chǔ)傳來載荷的承受能力被稱為地基承載力。為了保證地基穩(wěn)定，使上部結(jié)構(gòu)能夠正常使用，地基要滿足強度要求、剛度要求及穩(wěn)定性要求。

地基是建筑物的基礎(chǔ)，它的承載能力決定了整個建筑物的穩(wěn)定性。但是，由巖土材料的復(fù)雜性，掌握其力學(xué)性質(zhì)是一個難題，因此地基也是整個建筑體系最容易出現(xiàn)問題的一環(huán)。作為建筑物的基礎(chǔ)，在工程開工后一旦發(fā)現(xiàn)問題將會很難補救，所以，地基檢算也成為了工程設(shè)計中的一項重要內(nèi)容。地基的檢算包括對地基強度、變形和穩(wěn)定性三方面的檢算。其中，地基強度的檢算是最基本的問題。土力學(xué)為地基檢算、確定地基的容許承載力提供了方法。人們在確定地基容許承載能力時，常常運用的方法包括控制地基中塑性地區(qū)發(fā)展深度的方法;由原位測試確定地基的容許承載力;按照理論公式求地基的極限載荷再除以安全系數(shù);按照相關(guān)規(guī)范提供的經(jīng)驗公式確定容許承載力。目前的工程項目大都采用相關(guān)規(guī)范確定容許承載力的方法。我國關(guān)于鐵路路基、建筑地基的容許承載力確定都有比較明確的規(guī)范和經(jīng)驗公式，能夠保證在不同的路基環(huán)境下確定容許承載力。

2.3 土壓力在擋土墻中的應(yīng)用

擋土墻是防止土體坍塌下滑的構(gòu)筑物，在市政工程、鐵路公路工程、水利工程、山區(qū)建設(shè)等領(lǐng)域都有著十分廣泛的應(yīng)用。擋土墻在工程項目中，對于穩(wěn)定局部的土體結(jié)構(gòu)，保證整個工程的穩(wěn)定性是十分重要的。但是要構(gòu)筑性能優(yōu)良的擋土墻，就必須結(jié)合土力學(xué)理論，對擋土墻進行土壓力分析。

土壓力是指擋土墻背部土體因為自重或者外力對擋土墻施加的側(cè)向壓力。擋土墻的性質(zhì)決定了土壓力是其主要的外載荷，這就要求設(shè)計擋土墻時要對土壓力的性質(zhì)、大小、方向、作用點有清晰的認識。土壓力的計算十分復(fù)雜，它不但要考慮墻后土體、地基和墻身三者的關(guān)系，還與施工方式、墻身位移、墻體材料、墻后土體性質(zhì)乃至地下水狀況等諸多因素有關(guān)。土力學(xué)關(guān)于土壓力有郎肯土壓力理論和庫侖土壓力理論，這兩種理論基本可以解決目前的土壓力分布問題。

2.4 土力學(xué)的其他應(yīng)用

可以說，土力學(xué)在工程項目中的應(yīng)用是無處不在的。除了上述的一些應(yīng)用之外，還包括土坡穩(wěn)定、地基處理、土的動力及地震特性應(yīng)用等等。土坡通常指具有傾斜面的土體。若出現(xiàn)外界因素導(dǎo)致土坡失去平衡，土體將會沿某一滑面發(fā)生滑動，即滑坡。為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，土力學(xué)提出了相應(yīng)的不同滑面土坡穩(wěn)定的分析方法。根據(jù)這些理論，能夠提出加強土坡穩(wěn)定的措施，包括減載、加重、排水等等。當(dāng)?shù)鼗荒軡M足工程要求時，需要應(yīng)用土力學(xué)原理對地基進行處理。工程中的地基處理主要包含四個方面的技術(shù)問題，即膠結(jié)、固化、電、化學(xué)加固類;換填類;夯實、擠密類;加筋類等等。地基處理主要是為了改善土體性質(zhì)，滿足建筑物對地基力學(xué)的基本要求。土體在動載荷作用下的性質(zhì)是不容忽視的問題。對于不同的工程項目有不同的動載荷來源，包括車輛動載荷、浪擊動載荷、風(fēng)力動載荷、沖擊載荷以及爆炸、地震等突發(fā)性的動載荷。這些動載荷會導(dǎo)致工程失穩(wěn)甚至破壞，需要土力學(xué)理論進行分析并采取相應(yīng)措施。

3 土力學(xué)的工程應(yīng)用前景

土力學(xué)當(dāng)前在工程應(yīng)用中已經(jīng)有了非常重要的地位。但是隨著工程項目的內(nèi)容逐漸豐富，施工難度不斷增加，對土力學(xué)提出的問題也逐漸增多，為了土力學(xué)能夠在將來更多的應(yīng)用到工程項目中，需要加強以下研究。

3.1 土的動力學(xué)研究

近些年，高速公路、高速鐵路的建設(shè)越來越頻繁，同時，地震、山體滑坡等自然災(zāi)害也不可避免的頻繁發(fā)生。動載荷引起的一系列土力學(xué)問題已經(jīng)成為一大難題。目前的土力學(xué)理論還有一定的局限性，還需要更多的研究不同情況的動載荷下地基土的動應(yīng)力、動強度、動應(yīng)變之間的關(guān)系。

3.2 土力學(xué)的研究方法改進

隨著科技的進步，工程施工方法已經(jīng)與過去有了很大的差別，工程對精確度的要求也越來越高，在這種情況下，土力學(xué)的研究也應(yīng)該使用一些創(chuàng)新的方法，應(yīng)用更先進的試驗儀器，保證土力學(xué)理論的不斷進步以適應(yīng)工程需要。

3.3 復(fù)合地基和復(fù)合土體

為了在一些軟弱地基上施工，需要置入高強度的其他材料，形成復(fù)合地基。這些新材料、新工藝的應(yīng)用目前已經(jīng)有了一定范圍的推廣。但是目前的設(shè)計理論還不能滿足應(yīng)用需要，還要進一步研究。

4 結(jié)語

土力學(xué)的誕生就是為了應(yīng)用于工程項目，工程應(yīng)用與土力學(xué)的發(fā)展是息息相關(guān)的。建筑施工水平的不斷發(fā)展、施工難度的不斷增加，給土力學(xué)的理論帶來了新的課題。土力學(xué)的理論需要不斷的補充和完善，才能夠適應(yīng)現(xiàn)代工程需要。

［1］趙成剛，曾巧玲.如何用好土力學(xué)——對青年土木工程師談土力學(xué)的理論與應(yīng)用［J］.力學(xué)與實踐，2002(6)：54-56.

［2］殷宗澤.土力學(xué)學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀與展望［J］.河海大學(xué)學(xué)報，1999(1)：1-5.

［3］趙成剛，韋昌富，蔡國慶.土力學(xué)理論的發(fā)展和面臨的挑戰(zhàn)［J］.巖土力學(xué)，2011(12)：3521-3540.