每天一点土力学(1):概述和发展简史

每天一点土力学(1):概述和发展简史

概述:

土力学是研究土体的应力、变形、渗流、及长期稳定的一门学科。那么什么是土呢?首先在自然界中,地壳表面分布有岩石圈、水圈、和大气圈。而我们生活在岩石圈之上(广义的岩石圈包括基岩及其覆盖土),岩石是一种或者多种矿物的集合体,岩石经过物理、化学、生物风化作用以及剥蚀、搬运、沉积作用等在复杂的自然环境中生成各类沉积物就是土。

如果从微观的角度来看,土中的固体颗粒是岩石风化后的碎屑物质,简称土粒。土粒集合体构成土的骨架,骨架中存在孔隙,他们会被水和空气占据。因此微观来看,土是由土粒(固相)、土中水(液相)、土中气(气相)组成的三相物质。

按照工程上用土的分类如下图:

每天一点土力学(1):概述和发展简史

总的来说,土的种类繁多,工程性质十分复杂,由于土的力学性质的复杂性,对土的本构模型(即土的压力——变形——强度——时间模型)的研究以及计算参数的测定,均远落后于计算机的发展;而且计算参数的选择不当所引起的误差,远大于计算方法本身的精确范围。因此,对土的基本力学性质的研究和对土的本构模型与计算方法的验证,是土力学的两大重要研究课题。

每天一点土力学(1):概述和发展简史

发展简史:

18世纪产业革命过后,城市建设、水利工程、道路桥梁的兴建,推动了土力学的发展。

1773年法国的库伦创立了土的抗剪强度的库伦理论和土压力理论;

1857年英国的朗肯又提出一种土压力理论;

1885年法国的布辛奈斯克求得半无限空间弹性体,在竖向集中力作用下,全部6个应力分量和3个变形的理论解;

1922年瑞典的费伦纽斯为解决铁路滑坡,完善了土坡稳定分析圆弧法;

1925年美国土力学家太沙基发表第一部土力学专著,使土力学成为一门独立的学科。

近30年来的重要进展:

随着科技与实践的不断发展,现代土力学在这些方面取得了重要进展:

1. 线性模型和弹塑性模型的深入研究和大量应用;

2. 损伤力学模型的引入与结构性模型的初步研究;

3. 非饱和土固结理论的研究;

4. 砂土液化理论的研究;

5. 剪切带理论与渐进破损问题的研究;

6. 土的细观力学研究。

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