評《巖土工程學(xué)報(bào)》所刊“論土骨架與滲透力”一文（土骨架部分）

方玉樹

（1 陸軍勤務(wù)學(xué)院，重慶 401311； 2 巖土力學(xué)與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401311）

0 引言

李廣信先生“論土骨架與滲透力”一文（以下稱李文）發(fā)表于《巖土工程學(xué)報(bào)》2016 年第8 期， 且接受了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973”計(jì)劃）、水沙科學(xué)與水利水電工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。 在筆者看來，這篇論文存在問題的類型和數(shù)量之多超乎人們的想象。 筆者就此進(jìn)行較詳細(xì)分析，所發(fā)表的看法不同于毛昶熙等先生在同刊2017 年第2 期發(fā)表的質(zhì)疑文章（以下稱毛質(zhì)疑文）所提意見和李先生同期發(fā)表的答復(fù)文章（以下稱李答復(fù)文）所作更正。

因篇幅所限，筆者對李文的評論分為上下兩篇，上篇針對李文的土骨架部分，下篇針對李文的滲透力及其他部分（包括寫在土骨架議題名下但與土骨架無關(guān)的部分）。 本文為上篇。

1 土骨架的定義與組成

李文說：“土骨架是由土顆粒相互接觸與聯(lián)接形成的可以承擔(dān)與傳遞有效應(yīng)力的構(gòu)架體，其孔隙中充滿了孔隙流體（液態(tài)或氣態(tài)）， 但孔隙流體并不屬于土骨架”；“土骨架包括土中游離顆?！?。

筆者認(rèn)為，上述認(rèn)識是不正確的。

（1） 該定義中的土骨架構(gòu)成物沒有包括結(jié)合水，因而沒有反映有黏性土的骨架。 對有黏性土，粗粒與細(xì)粒之間、粗粒集合體與周圍細(xì)粒之間、細(xì)粒之間、由靜電吸力形成的細(xì)粒集合體之間不接觸，被結(jié)合水隔開。單靠顆粒無法形成土骨架（土結(jié)構(gòu)）。由細(xì)粒（或細(xì)粒集合體） 和其表面的結(jié)合水膜組成的膠團(tuán)之間或膠團(tuán)與粗粒之間才是接觸的，才能形成土骨架（土結(jié)構(gòu)）。 即使是有黏性土中的所謂干土，也有強(qiáng)結(jié)合水。 結(jié)合水是造成無結(jié)晶聯(lián)接的有黏性土結(jié)構(gòu)不同于無黏性土結(jié)構(gòu)的主要原因，靜電吸力與斥力使黏性土結(jié)構(gòu)復(fù)雜化和變化。

因土骨架包含結(jié)合水，故“孔隙流體并不屬于土骨架”的說法也不準(zhǔn)確，孔隙中的氣體和自由水才不屬于土骨架。

（2） 該定義中“相互接觸與聯(lián)接”的意思是相互接觸與相互聯(lián)接同時(shí)存在，而無黏性土中顆粒相互接觸但無聯(lián)接，故所定義的土骨架沒有反映無黏性土之骨架。 另外，在土骨架構(gòu)成物排除了結(jié)合水的情況下，黏土顆粒之間也不具有水膠聯(lián)接，這導(dǎo)致其土骨架定義本身也有矛盾。

（3） 該定義中對顆粒所做的“可以承擔(dān)與傳遞有效應(yīng)力”的限定是多余的，既然該定義已要求土骨架中的顆粒是接觸的，土骨架中的各個(gè)顆粒就必然可以承擔(dān)與傳遞有效力。 “可以承擔(dān)與傳遞有效應(yīng)力”的說法也是錯(cuò)誤的，因?yàn)轭w粒之間傳遞的是有效力而不是有效應(yīng)力，對無黏性土而言，有效應(yīng)力是顆粒之間傳遞的力被土截面（在顆粒之間通過的宏觀上是平面的曲面）所除。

（4） 該定義中“其孔隙中充滿了孔隙流體（液態(tài)或氣態(tài)）”一語是錯(cuò)誤的，因?yàn)椋和凉羌鼙旧碇豢赡芎薪Y(jié)合水，故土骨架在占有孔隙一部分空間時(shí)其中只充滿結(jié)合水，不含結(jié)合水的孔隙和膠團(tuán)之間的孔隙（即孔隙中不含結(jié)合水的部分）不屬于土骨架。

（5） 水中游離的顆粒不屬于土的范疇。 游離的顆粒在另一種狀態(tài)下的確可能變成不游離的顆粒，但在變成不游離的顆粒之前它不屬于土骨架。 潛蝕中，顆粒脫離土骨架導(dǎo)致土體密實(shí)度降低，繼而導(dǎo)致土體抗變形能力和抗破壞能力降低，因此，土骨架不包括游離的顆粒是必須的。 土骨架包括游離顆粒的認(rèn)識也與李先生給出的土骨架定義矛盾，既然該定義已要求土骨架中的顆粒是接觸的，就必然不包括游離的顆粒。

（6） 土骨架應(yīng)是土中顆粒（或膠團(tuán)）接觸形成的架構(gòu)體，也就是土的結(jié)構(gòu)或土的組織。 土骨架的組成物是顆粒群或膠團(tuán)群（膠團(tuán)由顆粒與其表面結(jié)合水構(gòu)成）。

（7） 黏性土骨架（結(jié)構(gòu)）中的結(jié)合水體積是可以變化的。 一方面，一部分結(jié)合水可以汽化，另一方面，土受力后結(jié)合水在顆粒表面上轉(zhuǎn)移，會造成超過結(jié)合水最大厚度的那部分結(jié)合水轉(zhuǎn)化為自由水，繼而排出，這些都導(dǎo)致膠團(tuán)不能像顆粒那樣維持體積不變，從而導(dǎo)致由膠團(tuán)構(gòu)成的骨架（結(jié)構(gòu)）不能像顆粒構(gòu)成的骨架（結(jié)構(gòu)）那樣維持體積不變。

結(jié)合水的部分汽化和自由水化正是黏性土產(chǎn)生的次固結(jié)比無黏性土明顯、結(jié)合水含量越高次固結(jié)越明顯的原因。 因此，對黏性土，主固結(jié)能用有效應(yīng)力概念分析，次固結(jié)不能用有效應(yīng)力概念分析。 Skempton 曾說，有效應(yīng)力應(yīng)通過強(qiáng)度或變形等效的原則計(jì)算。 這個(gè)說法對黏性土而言不夠準(zhǔn)確，變形或強(qiáng)度的等效應(yīng)僅限于主固結(jié)而不包括次固結(jié)，但次固結(jié)是伴隨著主固結(jié)的。

2 土骨架和土的關(guān)系

（1） 李文說：“土力學(xué)就是研究土骨架的力學(xué)特性及其影響因素的學(xué)科。 ”

筆者認(rèn)為，李先生這樣說就把土和土骨架（土結(jié)構(gòu)）混為一談了。 土骨架（土結(jié)構(gòu)）不等于土。 土中有自由水和氣體，土骨架（土結(jié)構(gòu)）中無自由水和氣體。 土有滲流和固結(jié)現(xiàn)象，土骨架（土結(jié)構(gòu)）無滲流和固結(jié)現(xiàn)象。土中可以有水壓力，土骨架中沒有水壓力。土有水壓率、給水度、滲透系數(shù)、固結(jié)系數(shù)、貯水率等參數(shù)，土骨架沒有這些參數(shù)。 土中力不一定是有效力，土骨架中的力都是有效力。土的抗剪強(qiáng)度會隨孔隙水壓力的降低而提高，土骨架的抗剪強(qiáng)度則不隨孔隙水壓力變化。 此外，土骨架中結(jié)合水含量與孔隙中自由水含量之比可因自由水中不同離子含量的變化而變化。 所以，不能認(rèn)為“土力學(xué)就是研究土骨架的力學(xué)特性及其影響因素的學(xué)科”。

（2） 李文認(rèn)為：“土骨架的體（面）積是整個(gè)土體的體（面）積。 ”

筆者認(rèn)為，李先生這樣說又把土和土骨架（土結(jié)構(gòu)）混淆起來了。 因土骨架（土結(jié)構(gòu)）本身無自由水、無氣體，故土骨架的體積是土骨架中所有顆?；蚰z團(tuán)的體積之和，因此“土骨架的體積是整個(gè)土體的體積”的說法不正確。 土中應(yīng)力（有效應(yīng)力和中性應(yīng)力）所涉及的截面是在顆?；蚰z團(tuán)之間通過的宏觀上是平面的曲面。因此，土骨架（土結(jié)構(gòu)）的面積是這個(gè)截面上的顆粒（或膠團(tuán)）之間接觸面積率與這個(gè)截面面積之積）[對飽和土，如果自由水都是連通的， 那么顆?；蚰z團(tuán)之間接觸面積率與連通的自由水面積率（即水壓率理論[1]中的水壓率）是互補(bǔ)的，二者之和等于1，水壓率越小，顆粒或膠團(tuán)之間接觸面積率越大]。 因此，“土骨架的面積是整個(gè)土體的面積”的說法不正確。

與此對應(yīng)，李文“有效應(yīng)力正是作用于單位土骨架面積上的力”“對于干土， 土骨架的密度就是土的干密度”“對于飽和土，土骨架的浮重度就是土體的浮重度”的說法也不正確。

對無黏性土而言，土骨架由顆粒構(gòu)成卻有與土相同的體積的認(rèn)識，會造成土骨架所受浮力與土所受浮力相等而與土骨架中所有顆粒所受浮力之和不等的荒謬結(jié)果。

按筆者給出的土骨架的定義， 對水位面以下的飽和黏性土，當(dāng)土中無自由水（即土中水全是結(jié)合水）時(shí)，土骨架的體積等于土的體積，土骨架的面積等于土的面積，土骨架的質(zhì)量等于土的質(zhì)量，所以，此時(shí)（也只有在此時(shí)），土骨架的密度等于土的密度（即飽和密度），同時(shí)，此時(shí)（也只有在此時(shí)）的孔隙水壓力為0，浮力為0，故土的浮重度等于飽和重度，土中有效應(yīng)力等于總應(yīng)力。 自由水含量越接近于0，孔隙水壓力越接近于0，浮力越接近于0，土的浮重度越接近于飽和重度，土中有效應(yīng)力越接近于總應(yīng)力。

對水位面以下的飽和無黏性土，土中水均為自由水，它不是土骨架的組成部分，土骨架的體積總是小于土的體積，土骨架的面積總是小于土的面積，土骨架的質(zhì)量總是小于土的質(zhì)量，同時(shí)，當(dāng)土中顆粒接觸面積率[土截面（在顆粒之間通過的宏觀上是平面的曲面）中顆粒接觸面積與該土截面之比]近似取0 時(shí)，孔隙水壓力等于水體水力學(xué)上的水壓強(qiáng)，浮力符合阿基米德定律，故土體的浮重度等于飽和重度與水的重度之差，土中有效應(yīng)力總是小于總應(yīng)力。

因此，對多個(gè)水平土層組成且含有黏性土層的土體，雖然總應(yīng)力沿深度的變化是連續(xù)的，但孔隙水壓力沿深度的變化是不連續(xù)的，有效應(yīng)力沿深度的變化也隨之不連續(xù)。

這就是基坑突涌為何不發(fā)生于承壓含水層內(nèi)部某處及隔水頂板內(nèi)部某處，而發(fā)生于隔水頂板底面的原因。

滲流方向向上時(shí)，對均質(zhì)土，基于流土臨界方程就是滲流條件下有效應(yīng)力為0 的原理進(jìn)行推演， 流土臨界水力坡度計(jì)算式為：

式中ζ 為水壓率，隨著土中顆?；蚰z團(tuán)之間接觸面積率[土截面（在顆?；蚰z團(tuán)之間通過的宏觀上是平面的曲面）中顆?；蚰z團(tuán)之間接觸面積與該土截面之比]的變化而反向變化，土中顆?；蚰z團(tuán)之間接觸面積率由接近于0 變化到1 時(shí)， 水壓率由接近于1變化到0[1]。

這就是為何黏性土相對于細(xì)砂、粉砂不易發(fā)生流土，或者說水力坡度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1 時(shí)很多黏性土還未發(fā)生流土的原因。

3 土骨架與土顆粒的關(guān)系

（1） 李文說：“土骨架與土顆粒的關(guān)系就像鋼絲網(wǎng)與鋼絲的關(guān)系一樣。 ”

筆者認(rèn)為，這種形容是錯(cuò)誤的。 如果把顆粒或膠團(tuán)比作鋼絲，那么，土骨架（土結(jié)構(gòu)）就是鋼絲的堆積體（常見于廢品回收點(diǎn)），而不是鋼絲網(wǎng)（常見于建筑施工工地），因?yàn)椋孩贌o黏性土中顆粒之間是無聯(lián)接的，而由截面尺寸與土中粗粒相當(dāng)?shù)匿摻z焊接或綁扎而成的鋼絲網(wǎng)的各個(gè)結(jié)點(diǎn)是有聯(lián)接的；②土的結(jié)構(gòu)性不是通過顆粒的編織實(shí)現(xiàn)的，而編織而成的鋼絲網(wǎng)的結(jié)構(gòu)性是通過鋼絲的編織實(shí)現(xiàn)的；③土在變形時(shí)顆?；蚰z團(tuán)接觸點(diǎn)的位置和數(shù)量是變化的，變形主要表現(xiàn)為塑性，而鋼絲網(wǎng)在變形時(shí)結(jié)點(diǎn)的數(shù)量無變化 （焊接而成的鋼絲網(wǎng)節(jié)點(diǎn)位置亦無變化）， 變形主要表現(xiàn)為彈性；④土單元中相互接觸的顆粒或膠團(tuán)在各個(gè)方向上都有很多個(gè)（可視為無數(shù)個(gè)），而鋼絲在單層鋼絲網(wǎng)厚度方向上只有一根。

（2） 李文把不用骨架用顆粒比作“拆開了機(jī)器用零件”，這相當(dāng)于認(rèn)為土骨架與土顆粒的關(guān)系就像機(jī)器與零件的關(guān)系一樣。

筆者認(rèn)為，這種認(rèn)識是錯(cuò)誤的。 如果把顆粒或膠團(tuán)比作零件，那么，土骨架（土結(jié)構(gòu)）就是很多零件的堆積體而不是機(jī)器，因?yàn)椋孩贌o黏性土中顆粒之間是無聯(lián)接的，而機(jī)器里的各個(gè)截面尺寸與土中粗粒相當(dāng)?shù)牧慵g是有聯(lián)接的；②有黏性土中膠團(tuán)之間雖有聯(lián)接但不存在穿插現(xiàn)象， 而機(jī)器里的零件之間有穿插現(xiàn)象；③土單元中相互接觸的顆粒或膠團(tuán)在各個(gè)方向上都有很多個(gè)（可視為無數(shù)個(gè)）， 而一部機(jī)器里相互接觸的零件在各個(gè)方向上的數(shù)量一般不是很多；④土在變形時(shí)顆?；蚰z團(tuán)接觸點(diǎn)的位置和數(shù)量是變化的，變形主要表現(xiàn)為塑性，而機(jī)器在變形時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置和數(shù)量無變化，變形主要表現(xiàn)為彈性。

（3） 李文把不用骨架用顆粒比作“解散了隊(duì)伍用單兵”，這相當(dāng)于認(rèn)為土骨架與土顆粒的關(guān)系就像隊(duì)伍與單兵的關(guān)系一樣。

筆者認(rèn)為，這種認(rèn)識是錯(cuò)誤的。 如果把顆?；蚰z團(tuán)比作單兵，那么，土骨架（土結(jié)構(gòu)）就是很多單兵的堆積體（這種現(xiàn)象世間難見）而不是隊(duì)伍，因?yàn)椋孩偻林懈鱾€(gè)顆粒之間是一直接觸的，而隊(duì)伍里的各個(gè)截面尺寸與土中塊石顆粒相當(dāng)?shù)膯伪g遠(yuǎn)不是一直接觸的；②土單元中相互接觸的顆粒或膠團(tuán)在各個(gè)方向上都有很多個(gè)（可視為無數(shù)個(gè)），而一支隊(duì)伍里偶爾在某個(gè)方向上相互接觸的單兵數(shù)量一般不是很多；③土的抗變形能力和強(qiáng)度取決于土中顆?；蚰z團(tuán)堆積的緊密程度，而隊(duì)伍的強(qiáng)度（即戰(zhàn)斗力）一般不取決于單兵堆積（人墻）的緊密程度。

4 土骨架的特征

（1） 李文認(rèn)為：土的變形決定于土骨架的變形，而“土骨架像一個(gè)絲瓜瓤一樣是一個(gè)宏觀的整體”。

李先生這樣說給人的印象是： 土中顆粒之間總是有聯(lián)接的；土在變形時(shí)顆粒或膠團(tuán)接觸點(diǎn)的位置和數(shù)量是不變的，變形主要表現(xiàn)為彈性。

但實(shí)際上，無黏性土中顆粒之間是無聯(lián)接的；土的變形由顆粒之間的相對位移引起，這種相對位移包括靠攏、離開、各種方向的剪切 （對膠團(tuán)而言， 這種相對位移伴隨著結(jié)合水膜厚度的變化）。 顆粒之間的相對位移難度越大， 土的抗變形能力和強(qiáng)度越高。 顆粒之間的相對位移必然造成顆粒或膠團(tuán)接觸點(diǎn)的位置發(fā)生變化。 比如：疏松結(jié)構(gòu)的土在變形后成為密實(shí)結(jié)構(gòu)的土?xí)r接觸點(diǎn)數(shù)量大大增加了，接觸點(diǎn)位置也必然發(fā)生很大變化。 這是土具有塑性（從而非線性）、剪脹、剪縮的特性和在有主應(yīng)力差條件下體積應(yīng)力引起剪應(yīng)變的特性的原因。 按李先生的上述說法，土的剪脹、剪縮的特性和在有主應(yīng)力差條件下體積應(yīng)力引起剪應(yīng)變的特性是不會有的。

因此，只需強(qiáng)調(diào)土的變形由顆粒之間的相對位移引起即可。

（2） 李文認(rèn)為：土骨架“就像一個(gè)人的骨架”。

李先生這樣說給人的印象是： 土中顆粒之間總是有聯(lián)接的；土在變形時(shí)顆?；蚰z團(tuán)接觸點(diǎn)的位置和數(shù)量是不變的；土中顆?；蚰z團(tuán)及其接觸點(diǎn)并非在各個(gè)方向上都有很多個(gè) （可視為無數(shù)個(gè)）。 顯然，土的情況不是這樣。 因此，李先生的形容是錯(cuò)誤的。

5 土骨架的作用

（1） 李文說：“孫悟空棒打白骨精三次，可是都沒有把其骨架打散，結(jié)果是自己在被念了一通緊箍咒之后，被趕回了花果山。 美國世貿(mào)大廈在20 世紀(jì)70 年代初雄踞世界第一高樓，911 被撞，鋼結(jié)構(gòu)散架后變成一堆建筑垃圾，慘不忍睹。 可見骨架之重要。 ”

筆者認(rèn)為，孫悟空三打白骨精和美國世貿(mào)大廈倒塌這兩個(gè)例子對于理解土骨架的重要性是沒有幫助的。 這是因?yàn)椋?/p>

①土骨架與美國世貿(mào)大廈這個(gè)鋼結(jié)構(gòu)無相似性。 a）組成鋼結(jié)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件之間總是有聯(lián)接的， 而土骨架并非總是有聯(lián)接的；b） 鋼結(jié)構(gòu)在變形時(shí)接觸點(diǎn)的位置和數(shù)量是不變的且以彈性變形為主， 而土在變形時(shí)顆?；蚰z團(tuán)接觸點(diǎn)的位置和數(shù)量是變化的，且常常以塑性變形為主；c）鋼結(jié)構(gòu)外墻所包圍的空間不能視為均質(zhì)各向同性體，而在一定范圍內(nèi)土骨架所對應(yīng)的土體可視為均質(zhì)各向同性體。

②土骨架不像一個(gè)人的骨架（詳見本文第4 節(jié)），更與白骨精這個(gè)神話故事中的妖怪沒有可比性，因它連人的骨架也沒有。

（2） 李文把其所舉例子中隊(duì)伍里建制和國家運(yùn)轉(zhuǎn)、宗教活動里秩序規(guī)則的破壞視為骨架的潰散，甚至通過“可見無論是當(dāng)年共產(chǎn)黨的輸出革命，還是現(xiàn)在美國的輸出民主，都是破壞人家土骨架的行為”的評論直接把國家運(yùn)轉(zhuǎn)中的秩序規(guī)則視為土骨架。

筆者認(rèn)為，這些例子和相關(guān)論述對于理解土骨架的重要性是沒有幫助的，因?yàn)椋宏?duì)伍里的建制、國家運(yùn)轉(zhuǎn)和宗教活動中的秩序規(guī)則都不是土骨架，也不是物質(zhì)性的骨架，且與土骨架完全沒有可比性，因?yàn)樗鼈冞B物質(zhì)也不是。 輸出革命和輸出民主是破壞別國之土骨架的說法是十分荒謬的。

6 土骨架的強(qiáng)度

（1） 李文用國共兩黨軍隊(duì)在抗日戰(zhàn)爭和解放戰(zhàn)爭時(shí)期由凝聚力形成的戰(zhàn)斗力對比說明土骨架粘聚力對土骨架強(qiáng)度的貢獻(xiàn)。

筆者認(rèn)為， 這些例子對于論述土骨架的粘聚力是沒有意義的，因?yàn)椋宏?duì)伍的凝聚力與土（或土骨架）的粘聚力完全沒有可比性，前者是精神層面的東西，不涉及土骨架，也不涉及與土骨架類似的東西。 另外，對土來說，沒有粘聚力也有土骨架（正如李文在另一處所說：“即使是一盤散沙，那也是土骨架”），而對隊(duì)伍來說，沒有凝聚力就沒有戰(zhàn)斗力，因此，土骨架粘聚力和土骨架強(qiáng)度的關(guān)系與隊(duì)伍凝聚力和隊(duì)伍戰(zhàn)斗力的關(guān)系是不同的。

（2） 李文用孫武把百名宮女由嬉笑玩鬧訓(xùn)練成令行禁止的例子說明圍壓與土骨架強(qiáng)度的關(guān)系，并說“紀(jì)律即是圍壓，圍壓產(chǎn)生強(qiáng)度”。

筆者認(rèn)為，這個(gè)例子和相關(guān)論述是存在問題的。

（1） 這個(gè)例子對于闡述土骨架的圍壓與土骨架強(qiáng)度的關(guān)系是沒有意義的，因?yàn)椋宏?duì)伍里的紀(jì)律與土（或土骨架）的圍壓完全沒有可比性，前者是精神層面的東西，不涉及土骨架，也不涉及與土骨架類似的東西。 退一步說，就算隊(duì)伍里的紀(jì)律好比土（或土骨架）的圍壓，這個(gè)例子也是沒有意義的，因?yàn)檫@個(gè)例子講的是孫武把百名宮女這支隊(duì)伍從無紀(jì)律變成有紀(jì)律的方法，而李文相關(guān)部分并沒有涉及土（或土骨架）圍壓形成方法的議題，當(dāng)然也沒有必要涉及。

（2） “紀(jì)律即是圍壓，圍壓產(chǎn)生強(qiáng)度”的說法是錯(cuò)誤的，因?yàn)椋簩Σ牧隙?，圍壓之所以能產(chǎn)生強(qiáng)度（摩擦力），是因?yàn)椴牧暇哂心Σ料禂?shù)。 紀(jì)律是精神層面的東西，不是圍壓，如果把紀(jì)律視為圍壓，那么這個(gè)圍壓也不產(chǎn)生強(qiáng)度，因?yàn)檫@里面不涉及摩擦系數(shù)。 如果把強(qiáng)度視為戰(zhàn)斗力，那么由紀(jì)律產(chǎn)生的戰(zhàn)斗力不需要且不應(yīng)該用“圍壓”來理解。

7 土骨架的研究方法

土骨架是自然科學(xué)和工程科學(xué)技術(shù)中的概念， 隊(duì)伍里的建制、國家運(yùn)轉(zhuǎn)和宗教活動中的秩序規(guī)則、隊(duì)伍的凝聚力和紀(jì)律都不是自然科學(xué)和工程科學(xué)技術(shù)的概念，李文用非自然科學(xué)和工程科學(xué)技術(shù)的概念解釋和說明自然科學(xué)和工程科學(xué)技術(shù)中的概念的做法是錯(cuò)誤的，孫悟空三打白骨精這樣的神話故事連哲學(xué)人文社會科學(xué)也不是，李文用神話故事解釋和說明自然科學(xué)和工程科學(xué)技術(shù)中的概念的做法更是荒唐。

8 土骨架等概念和物理量是否虛擬

李答復(fù)文說：“（對于）浮重度、有效應(yīng)力、土骨架、滲透力、達(dá)西流速等概念與術(shù)語……習(xí)慣于經(jīng)典力學(xué)的一些人就認(rèn)為其為‘虛擬’的概念，或者‘虛擬的量’”“那種動輒‘虛擬’的說法對于土力學(xué)學(xué)科的發(fā)展和土力學(xué)教學(xué)是不利的，會使學(xué)生建立不起對于土及其各相間相互作用的真實(shí)的、 感性的認(rèn)識”“‘忽聞海外有仙山，山在虛無飄渺間’，那才成了‘虛擬’。 而視經(jīng)典為現(xiàn)實(shí)，稱現(xiàn)實(shí)為‘虛擬’，正是這種書齋化的傾向。 ”這表明，李答復(fù)文認(rèn)為浮重度、有效應(yīng)力、土骨架、滲透力、達(dá)西流速不是虛擬的。

筆者認(rèn)為，李答復(fù)文的上述認(rèn)識有很多是錯(cuò)誤的（關(guān)于浮重度和滲透力是否虛擬，見本文引言中提到的下篇）：

（1） 虛擬就是假想、假設(shè)，它包括了不一定符合事實(shí)的情況。土力學(xué)中之所以存在一些虛擬量，是因?yàn)楹羞B通自由水的土既不是或接近于完全由水構(gòu)成的單一流體，也不是或接近于完全由顆粒構(gòu)成的單一固體。如果不做虛擬，土力學(xué)將難以建立。土力學(xué)中的虛擬就是在研究土中水的運(yùn)動和作用力時(shí)，把土中連通的自由水視為占滿土體空間的液體，在研究土體受力變形破壞時(shí)把土體視為占滿土體空間的固體。 因物是虛擬的，所以相應(yīng)的物理量是虛擬的。 顯然，這里的虛擬與近似性的假設(shè)（例如：把接近于均質(zhì)的非均質(zhì)假設(shè)為均質(zhì)，把接近于各向同性的各向異性假設(shè)為各向同性）有所不同，因?yàn)樗呀?jīng)把兩相同時(shí)變成了兩個(gè)單相；這里的虛擬與網(wǎng)絡(luò)空間、虛擬實(shí)驗(yàn)室中的虛擬也有所不同，因?yàn)樗皇前褜?shí)際存在的兩相中的某一相遍布到全空間， 正因?yàn)槿绱耍摂M量的存在或作用是可以被感受到的。

李答復(fù)文對虛擬量有著錯(cuò)誤的理解，以為：只要感受到某個(gè)物理量的存在或作用，這個(gè)物理量就不是虛擬的。 筆者認(rèn)為，土的某個(gè)物理量是否虛擬是看產(chǎn)生這個(gè)物理量的物是否是虛擬的。 當(dāng)然，如果不用虛擬這個(gè)詞而用假想一詞也是可以的。

（2） 達(dá)西流速即滲透速度，它顯然是虛擬量，因?yàn)檫@個(gè)物理量建立在把土體截面視為具有某個(gè)滲透系數(shù)的自由水?dāng)嗝?，也就是把土單元視為任何截面都具有某個(gè)滲透系數(shù)的水單元的基礎(chǔ)上。 滲透速度這個(gè)虛擬量為研究土中水的運(yùn)動所必需。

（3） 有效應(yīng)力是虛擬量，因?yàn)樵谘芯靠倯?yīng)力時(shí)把土體視為占滿土體空間的固體，在研究孔隙水壓力時(shí)把土體視為占滿土體空間的液體。

（4） 按筆者對土骨架的理解（即土骨架就是土結(jié)構(gòu)），土骨架確實(shí)不是虛擬的。 但按照李廣信先生本人對土骨架的不同理解（即土骨架的面積和體積與土相同）， 土骨架當(dāng)然是虛擬概念，李先生關(guān)于土骨架非虛擬的認(rèn)識與其對土骨架的理解是矛盾的。

還應(yīng)該指出，李答復(fù)文的上述認(rèn)識也與李先生以前的說法相反（不僅僅是有差異）。

關(guān)于土骨架，李先生作為唯一作者在2005 年發(fā)表的文章[2]中說道：“沈珠江先生指出土力學(xué)中有一些物理量是虛擬的，這對于我們正確認(rèn)識和理解土力學(xué)中的概念很重要”， 根據(jù)該文中這些說法的上下文以及該文引用的沈先生原文[3]可知，虛擬的概念包括土骨架。 因李先生作為唯一作者在2005 年發(fā)表的文章[2]已收入其于2007 年出版的文集[4]及其于2010 年出版的擴(kuò)充版[5]，所以，至少到2010 年李先生一直是高度認(rèn)可土骨架是虛擬的說法的。

至于有效應(yīng)力，李先生在于2010 年出版的文集[5]第25 講和在2011 年發(fā)表的文章[6]中分別明確寫道：“有效應(yīng)力是一個(gè)虛擬的物理量”，“有效應(yīng)力σ' 其實(shí)是一個(gè)虛擬的物理量”。

如今李先生關(guān)于土骨架與有效應(yīng)力是否虛擬的認(rèn)識與其過去的認(rèn)識完全相反。 雖然出現(xiàn)這種情況是允許的，但在這種情況下，為對讀者負(fù)責(zé)，李先生需要明確指出他本人原有認(rèn)識系錯(cuò)誤，可惜李先生沒有這樣做。 當(dāng)然，如本節(jié)所述，李先生如今的認(rèn)識并不正確。

9 土骨架是否是很重要的概念

李文說：“在土力學(xué)中，土骨架與滲透力是很重要的概念， 有效應(yīng)力原理、滲流固結(jié)理論、滲透變形、土坡穩(wěn)定與砂土液化等一系列課題，都建立在這兩個(gè)概念的基礎(chǔ)之上。 ”

筆者認(rèn)為，土骨架這個(gè)概念是多余的，使用土骨架這個(gè)概念對土力學(xué)學(xué)科是不利的（關(guān)于滲透力是否是很重要的概念，見本文引言中提到的下篇文章）。

本文前面已經(jīng)指出，土骨架就是土的結(jié)構(gòu)或組織。 因此，有了土的結(jié)構(gòu)或組織這個(gè)概念，故土骨架這個(gè)概念是可以不用的。

不僅如此，下面的分析表明，使用土骨架這個(gè)概念還容易讓人誤解土的特征，造成土的參數(shù)概念的混亂。 因此，筆者主張放棄土骨架這個(gè)概念。

（1） 使用土骨架這個(gè)概念容易讓人誤解土的特征。

因?yàn)楣羌芫褪侵Ъ埽íM義的理解是人或動物的骨頭架子），使用土骨架這個(gè)概念容易讓人誤以為：①土中顆?；蚰z團(tuán)接觸點(diǎn)的位置和數(shù)量是不變的；②土的組織是不包括結(jié)合水的，或者說土的組織的組成物體積是不變的；③粗粒土中顆粒之間是有聯(lián)接力的。

在李文對土骨架的理解（包括對土骨架的定義和“土骨架像一個(gè)絲瓜瓤一樣是一個(gè)宏觀的整體……就像一個(gè)人的骨架”“土骨架與土顆粒的關(guān)系就像鋼絲網(wǎng)與鋼絲的關(guān)系一樣”、 把不用骨架用顆粒等同于“拆開了機(jī)器用零件”這些認(rèn)識）中，這些誤解恰恰都存在。

沈珠江先生曾經(jīng)認(rèn)為[3]：“飽和土體由固體顆粒和孔隙水組成，這是常識。但是土力學(xué)中把飽和土體劃分成土骨架和水體兩部分，卻完全是虛構(gòu)的，土骨架并不是固體顆粒，水體也不是孔隙水，而是充滿整個(gè)空間的，包含固體顆粒所占的空間。這種劃分的目的是為了滲流分析的需要。 因?yàn)闈B流理論中的流速定義是通過單位土體面積的流量，而不是通過單位孔隙面積的流量。有的文獻(xiàn)稱之為比流量，似更確切。 因此，這一流速不是真實(shí)的孔隙水流速度。 其實(shí)，流速定義中忽略固體顆粒與應(yīng)力定義中忽略孔隙，是完全相當(dāng)?shù)摹?”

他的闡述不甚清晰，在指出水體“是充滿整個(gè)空間的，包含固體顆粒所占的空間”的情況下，沒有對等地指出土骨架“是占滿整個(gè)空間的，包含孔隙水所占的空間”，且其論述的重心是土中的水體。 但他的整段闡述包含有土骨架是全由固體構(gòu)成的虛擬土（即土骨架是虛擬固體）的意思。 從這一點(diǎn)來說，他的認(rèn)識不存在像李廣信先生的認(rèn)識那樣的錯(cuò)誤。 但筆者仍然不贊同他的見解。

首先，因?yàn)橥凉羌芫褪峭恋慕Y(jié)構(gòu)，故土骨架不是虛擬的。

其次，在分析能引起變形的應(yīng)力時(shí)確實(shí)是（或者說應(yīng)）把土視為固體（這一點(diǎn)有一些巖土工程工作者是不清楚的），但不應(yīng)也沒有必要把虛擬固體稱作土骨架，因?yàn)椋?/p>

①骨架就是骨骼， 人們沒辦法認(rèn)同鐵板一塊的物體是骨架，同樣沒辦法認(rèn)同虛擬固體是土骨架；②虛擬固體不需要用別的詞匯來代替或命名，研究滲流時(shí)人們是（或者說應(yīng)）把整個(gè)土的截面視為水的（沈先生的上述見解包含了這一點(diǎn)），但沒有把這種全由水構(gòu)成的虛擬物用別的詞匯來代替或命名，而這樣做并沒有帶來問題。

（2） 使用土骨架這個(gè)概念造成土的參數(shù)概念混亂

固結(jié)系數(shù)和貯水率也是建立在有效應(yīng)力概念基礎(chǔ)上的，但當(dāng)土骨架理解為占據(jù)土的整個(gè)空間的概念時(shí)，固結(jié)系數(shù)和貯水率卻不能稱作土骨架的固結(jié)系數(shù)和土骨架的貯水率，只能稱作土的固結(jié)系數(shù)和土的貯水率，因?yàn)橥凉羌懿淮嬖诠探Y(jié)和釋水問題。

土的參數(shù)中滲透系數(shù)、給水度、水壓率與自由水有關(guān)，是土的水理性質(zhì)指標(biāo)，它們不以有效應(yīng)力概念為基礎(chǔ)，更無法稱作土骨架的滲透系數(shù)、給水度、水壓率。 如果比照用土骨架的體積壓縮系數(shù)代替土的體積壓縮系數(shù)的做法，那么，對飽和土而言，土的滲透系數(shù)、土的給水度、土的水壓率分別應(yīng)對等地稱作土中（自由）水的滲透系數(shù)、土中（自由）水的供給度、土中（自由）水的壓力率。 既然土的滲透系數(shù)、土的給水度、土的水壓率沒有分別稱作土中（自由）水的滲透系數(shù)、土中（自由）水的供給度、土中（自由）水的壓力率，那么用土骨架的體積壓縮系數(shù)代替土的體積壓縮系數(shù)的做法就不符合規(guī)則了。

飽和土的參數(shù)根據(jù)關(guān)聯(lián)組分的不同，分為四種：一種是水理性質(zhì)指標(biāo)，如滲透系數(shù)、給水度、水壓率；一種是無連通的自由水的土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，如體積壓縮系數(shù)、體積壓縮模量、壓縮系數(shù)、壓縮模量、變形模量、壓縮指數(shù)、側(cè)壓力系數(shù)、有效粘聚力、有效內(nèi)摩擦角； 一種是有連通的自由水的土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，如固結(jié)系數(shù)和貯水率，前一參數(shù)與滲透系數(shù)、水壓率這兩個(gè)水理性質(zhì)指標(biāo)和壓縮模量（或體積壓縮系數(shù)）這個(gè)不含連通自由水的土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)同時(shí)有關(guān)，后一參數(shù)與水壓率這個(gè)水理性質(zhì)指標(biāo)和壓縮模量（或體積壓縮系數(shù)）這個(gè)不含連通自由水的土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)同時(shí)有關(guān)；一種是連通的自由水既可能有也可能無的土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，如次固結(jié)系數(shù)。 這四種物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)都稱為土的指標(biāo)即可。

如果采用占據(jù)土的整個(gè)空間的土骨架概念，那么，體積壓縮系數(shù)、體積壓縮模量、壓縮系數(shù)、壓縮模量、變形模量、壓縮指數(shù)、側(cè)壓力系數(shù)、有效粘聚力、有效內(nèi)摩擦角分別需要稱作土骨架體積壓縮系數(shù)、土骨架體積壓縮模量、土骨架壓縮系數(shù)、土骨架壓縮模量、土骨架變形模量、土骨架壓縮指數(shù)、土骨架側(cè)壓力系數(shù)、土骨架粘聚力、土骨架內(nèi)摩擦角；滲透系數(shù)、給水度、水壓率分別需要對等地稱作土中（自由）水的指標(biāo)（土中水透過系數(shù)、土中水供給度、土中水壓力率）；次固結(jié)系數(shù)到底是稱作土的次固結(jié)系數(shù)還是稱作土骨架的次固結(jié)系數(shù)就不能確定而成為懸案了。

10 李文中混合料試驗(yàn)的分析

李文介紹說：“與復(fù)合試樣平均干密度相同的碎石顆粒＋黏土混合試樣，其應(yīng)力應(yīng)變曲線既低于復(fù)合試樣中黏土的曲線，也低于純黏土試樣的曲線。 ”李文分析道：“在混合試樣中，碎石顆粒呈單粒被黏土所包圍，沒有形成以碎石構(gòu)成的一級骨架，它懸浮在細(xì)粒土中，成為以細(xì)粒土形成的二級骨架中的填充物。 對整體強(qiáng)度沒有貢獻(xiàn)，并且拖累得黏土干密度減小，致使強(qiáng)度最低。 ”李文評論道：“打亂了骨架用顆?！谴廊烁傻拇朗?。 ”

筆者認(rèn)為，上述分析和評論存在一些問題。

（1） 碎石顆粒懸浮在細(xì)粒土中的說法是錯(cuò)誤的，因?yàn)椋杭?xì)粒土不是流體且碎石顆粒密度大于細(xì)粒土，細(xì)粒土中的碎石顆粒只能散布于細(xì)粒土中。

（2） 碎石顆粒成為以細(xì)粒土形成的二級骨架中的填充物的說法是錯(cuò)誤的，因?yàn)椋杭?xì)粒土中的孔隙很小，碎石顆粒不能填充于其中；混有碎石顆粒的細(xì)粒土有兩種接觸情況，一種是細(xì)粒膠團(tuán)之間接觸，一種是細(xì)粒膠團(tuán)與碎石顆粒接觸。

（3） 碎石顆粒對整體強(qiáng)度沒有貢獻(xiàn)的說法是不準(zhǔn)確的。 在李文所介紹的混合料中，碎石顆粒體積僅占4%左右，對剪切面形態(tài)及方向基本無影響，但碎石顆粒與細(xì)粒膠團(tuán)之間接觸面強(qiáng)度小于細(xì)粒膠團(tuán)之間接觸面強(qiáng)度，從而造成整體強(qiáng)度的降低。 因此，整體強(qiáng)度有所降低既有黏土干密度減小的原因，也有碎石顆粒與細(xì)粒膠團(tuán)接觸面強(qiáng)度小于細(xì)粒膠團(tuán)之間接觸面強(qiáng)度的原因。

（4） 打亂了骨架用顆粒并非都是愚蠢的行為。 土或土骨架有土或土骨架的用途，顆粒有顆粒的用途，不用土或土骨架只用土中顆粒的情況在生產(chǎn)生活和科技活動中屢見不鮮。 淘金即是如此，工程上通過篩分從土中獲得粗粒料和細(xì)粒料，做反濾層和濾水層亦是如此。 即使僅就強(qiáng)度和抗變形能力而言，工程上也常常為了均衡而降低一些點(diǎn)上的強(qiáng)度和抗變形能力，如：碎石樁復(fù)合地基上方用級配砂做的褥墊層既不像碎石樁那樣具有碎石土骨架，也不用上碎石樁所用的碎石顆粒。

11 結(jié)論

（1） 土骨架是土中顆?；蚰z團(tuán)接觸形成的架構(gòu)體，也就是土的結(jié)構(gòu)或土的組織。 黏性土骨架（結(jié)構(gòu)）中的結(jié)合水體積是可以變化的。

（2） 土骨架不是土，土骨架與充滿自由水或氣體的孔隙組合才是土。 土骨架不像一個(gè)絲瓜瓤和一個(gè)人的骨架。 土骨架與土顆粒的關(guān)系不像是鋼絲網(wǎng)和鋼絲的關(guān)系、機(jī)器和零件的關(guān)系、隊(duì)伍和單兵的關(guān)系。 土的變形由顆粒之間的相對位移引起。

（3） 李文用自然科學(xué)和工程科學(xué)技術(shù)之外的概念，甚至用神話故事解釋和說明自然科學(xué)和工程科學(xué)技術(shù)中的概念的做法是錯(cuò)誤的。

（4） 達(dá)西流速、有效應(yīng)力是虛擬量；像李先生那樣將土骨架體（面）積理解為與土體（面）積相同時(shí)，土骨架也是虛擬概念。

（5） 使用土骨架這個(gè)概念既容易讓人誤解土的特征，又會造成土的參數(shù)概念的混亂，筆者主張放棄土骨架這個(gè)概念。

（6） 李文和李答復(fù)文所舉的與土無關(guān)的例子對于理解土骨架概念是沒有幫助的。

（7） 李文關(guān)于混合料試驗(yàn)的一些說法是錯(cuò)誤的。