土力學(xué)理論的發(fā)展和面臨的挑戰(zhàn)

孫婧文

摘 要：隨著我國(guó)現(xiàn)代化事業(yè)的推進(jìn)，土力學(xué)的應(yīng)用范圍日趨廣泛，無(wú)論是在理論領(lǐng)域還是具體實(shí)踐中都有所應(yīng)用。以自身對(duì)土力學(xué)理論的理解，通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)資料的查閱，分析土力學(xué)理論的發(fā)展及面臨的挑戰(zhàn)，為土力學(xué)理論研究奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：土力學(xué)理論；發(fā)展歷程；挑戰(zhàn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.239

0 前言

土力學(xué)是一種運(yùn)用到工程力學(xué)當(dāng)中的理論及方法，是探索土體力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)性學(xué)科。在高中階段，對(duì)土力學(xué)理論的相關(guān)研究主要集中在物理力學(xué)特性的研究中，進(jìn)而引申出對(duì)土力學(xué)發(fā)展的探索，同時(shí)在高中階段并不要求掌握土力學(xué)的本質(zhì)內(nèi)涵，只需夯實(shí)基礎(chǔ)。結(jié)合相關(guān)資料，下面進(jìn)行具體分析：

1 土力學(xué)理論的發(fā)展

土力學(xué)的發(fā)展歷史十分悠久，探究其起源可以追溯到人類(lèi)生產(chǎn)生活的早期階段。古時(shí)候人們運(yùn)用壓實(shí)土料的方法進(jìn)行堤壩的修筑，用以維護(hù)生存環(huán)境，并且廣泛運(yùn)用夯實(shí)土基興建各種類(lèi)別的工程，上述行為屬于一種基本的土力學(xué)應(yīng)用范疇。當(dāng)然，在那一時(shí)期并未形成土力學(xué)的相關(guān)理論，理論的形成是在1776年庫(kù)倫土壓力理論的提出，進(jìn)而使得土力學(xué)理論得以形成與發(fā)展。1856年英國(guó)科學(xué)家達(dá)西發(fā)表了著名的達(dá)西滲透定律，1857年英國(guó)科學(xué)家提出朗肯土壓力理論，這些理論的出現(xiàn)，促使近代土力學(xué)走向成熟與完善。

土力學(xué)成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科是在1925年，太沙基提出有效應(yīng)力原理及滲透固結(jié)的基礎(chǔ)理論。兩個(gè)理論的相互支撐及作用，最終使得土力學(xué)成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科。自1950年之后，隨著研究體系逐漸走向成熟，土力學(xué)的基本性質(zhì)、測(cè)試手段、計(jì)算方法及技術(shù)以及加固方式等多項(xiàng)內(nèi)容，取得良好的成績(jī)。在1980年，土力學(xué)開(kāi)創(chuàng)了新的分支，包括計(jì)算土力學(xué)、海洋土力學(xué)等等。

按照階段性的劃分，土力學(xué)自出現(xiàn)起，共分為兩個(gè)基礎(chǔ)性的階段：

第一階段（1925年-1960年）：近代土力學(xué)階段[1]。在這一階段的形成時(shí)期，土力學(xué)的發(fā)展主要是以太沙基的研究為根本導(dǎo)向，并將其作為基礎(chǔ)進(jìn)行研究，研究?jī)?nèi)容也局限在這一主體研究成果之上。研究理論的不健全，土體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，導(dǎo)致很多問(wèn)題僅僅停留在表面，并未形成全方位的體系，理論研究局限性顯著。

第二階段（1960年后至今）：現(xiàn)代土力學(xué)階段[2]。之所以稱(chēng)之為現(xiàn)代土力學(xué)的階段，主要是在這一階段土力學(xué)理論已經(jīng)基本形成。研究的開(kāi)展主要以羅斯科臨界土力學(xué)為基礎(chǔ)，這一土力學(xué)新理論的提出，使得理論研究領(lǐng)域?qū)ν亮W(xué)的研究逐漸深入，步入到一個(gè)新的境界當(dāng)中。對(duì)于土力學(xué)的本質(zhì)而言，已經(jīng)能夠開(kāi)始綜合考量土體受力后的強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及應(yīng)變狀況，并輔以多種外來(lái)因素實(shí)現(xiàn)綜合衡量。

土力學(xué)理論發(fā)展至現(xiàn)代，理論研究已經(jīng)形成固有的發(fā)展體系，使得土力學(xué)理論被廣泛地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，為現(xiàn)代人類(lèi)文明建設(shè)提供保障。

2 土力學(xué)理論面臨的挑戰(zhàn)

面對(duì)土力學(xué)理論的挑戰(zhàn)，不單單是對(duì)土力學(xué)研究領(lǐng)域的考驗(yàn)，更是對(duì)研究學(xué)者的一種考驗(yàn)。土體本身與周邊貯存的環(huán)境以及所涉及到的范圍相關(guān)性較大，應(yīng)對(duì)變化的范圍十分巨大，這也是導(dǎo)致土力學(xué)理論以及體系范圍不斷擴(kuò)張的根本成因，使得經(jīng)典土力學(xué)理論不斷得到拓展與變化，滿足現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展要求。隨著社會(huì)生產(chǎn)生活需求的增加，現(xiàn)代文明的沖擊需要土力學(xué)理論更多衡量多種環(huán)境的作用及荷載，以便理論涵蓋面被擴(kuò)展，與社會(huì)需求保持一致性。

土力學(xué)理論的發(fā)展，已經(jīng)經(jīng)過(guò)近一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間，取得巨大進(jìn)步。但結(jié)合現(xiàn)有對(duì)土力學(xué)理論的研究環(huán)境分析，土力學(xué)理論面臨的挑戰(zhàn)主要表現(xiàn)為：

（1）并未形成嚴(yán)格、統(tǒng)一與完備的土力學(xué)理論。土力學(xué)的發(fā)展，總結(jié)現(xiàn)有的土力學(xué)理論，雖然研究?jī)?nèi)容較多，但并未形成一個(gè)相對(duì)完善的理論體系，通常是處于一種半理論、半經(jīng)驗(yàn)的發(fā)展階段。具體表現(xiàn)為：在大多數(shù)的理論成果當(dāng)中，假定滲流、變形以及強(qiáng)度三者之間并無(wú)顯著的關(guān)聯(lián)性，并且滲流與變形的產(chǎn)生同樣是依據(jù)不同假設(shè)生成。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，使得土力學(xué)各個(gè)章節(jié)之間缺少有機(jī)的統(tǒng)一與協(xié)調(diào)；基礎(chǔ)的研究公式與方法隨處可見(jiàn)；經(jīng)驗(yàn)、工程判斷等還能夠發(fā)揮出重要作用。上述因素的產(chǎn)生，在一定程度上影響著土力學(xué)的基本范疇，雖然理論研究成果逐漸完善，但在本質(zhì)上并未形成一個(gè)完整的土力學(xué)理論體系，還有待于理論的增強(qiáng)以及研究深度的探索。

（2）一般意義的非飽和土的行為研究并不夠充分，現(xiàn)有認(rèn)知不夠完善。飽和土力學(xué)是該理論廣泛被應(yīng)用的一個(gè)基礎(chǔ)內(nèi)容。但受到圖層自身本質(zhì)的影響，通常處于一種非飽和的狀態(tài)下。例如，我國(guó)大面積分布的膨脹土、濕陷性黃土等特殊土皆為非飽和土。即便是飽和土本身也是非飽和土的一種基本形態(tài)。根據(jù)調(diào)查資料顯示，世界上超過(guò)60%以上的國(guó)家正在受到非飽和土帶來(lái)的工程危害[3]?；诖耍话悱h(huán)境下的非飽和土的行為研究并不夠充分，認(rèn)知不夠全面。

（3）多種環(huán)境載荷作用下，多場(chǎng)耦合統(tǒng)一與完備的理論并未形成。關(guān)于多環(huán)境載荷作用下對(duì)于多場(chǎng)耦合的研究，已經(jīng)并非是一種單純的理論研究?jī)?nèi)容，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外的研究難題。土力學(xué)涉及到的各項(xiàng)環(huán)境因素較多，包括土體應(yīng)力、滲流以及溫度等變化。對(duì)該問(wèn)題的研究，能夠有效解決多種工程問(wèn)題。傳統(tǒng)的多場(chǎng)耦合通常是基于主觀視角下進(jìn)行探索，缺乏嚴(yán)格統(tǒng)一的基礎(chǔ)與標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而使得這種理論在工程領(lǐng)域的應(yīng)用過(guò)程中無(wú)法發(fā)揮出實(shí)效。

面對(duì)上述挑戰(zhàn)，土力學(xué)理論并不能夠要求現(xiàn)實(shí)環(huán)境與工程問(wèn)題去適應(yīng)現(xiàn)有的土力學(xué)理論內(nèi)容，更需要將土力學(xué)理論與實(shí)際工程問(wèn)題進(jìn)行融合，以便于適應(yīng)多種環(huán)境，為現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的工程問(wèn)題有效解決做出探索。

3 結(jié)論

綜上所述，憑借現(xiàn)有知識(shí)，對(duì)相關(guān)輔助的資料進(jìn)行查閱與整理，對(duì)土力學(xué)理論的基本發(fā)展及面臨挑戰(zhàn)進(jìn)行分析，進(jìn)而旨在提出土力學(xué)理論當(dāng)中真正面臨的相關(guān)問(wèn)題及挑戰(zhàn)，為理論上有效解決上述問(wèn)題做出探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙成剛，韋昌富，蔡國(guó)慶.土力學(xué)理論的發(fā)展和面臨的挑戰(zhàn)[J].巖土力學(xué)，2011，10（12）：352-354.

[2]李琳.土力學(xué)在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用分析[J].山西建筑，2014，11（18）：165-166.

[3]龍杰.土力學(xué)發(fā)展概況[J].科技資訊，2014，12（11）：222-225.