【正文】 …” 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 在 1928年，太沙基從事研究修筑于上面覆蓋有粒狀材料的高壓縮性深層沉積粘土地基上的一個造紙廠的沉降問題，為了計算不同結(jié)構(gòu)的沉降量，他發(fā)現(xiàn)不僅要進行固結(jié)試驗，還需確定出地基土體中的應(yīng)力分布，為此他在矩形面積上對 布辛內(nèi)斯克 方程進行積分。后來，他將沉降量的計算值同經(jīng)過 7年的觀測值進行比較，進而調(diào)整他的預(yù)測值。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 第一屆國際大會 1936年在哈佛大學(xué)卡薩格蘭德組織并召開了第一屆國際土力學(xué)大會，大會表達了對21世紀的心聲，成立了土力學(xué)學(xué)會 。 會上所描述的這門科學(xué)及其工作的范圍對今天都產(chǎn)生了深遠影響。 本次大會總結(jié)了十年來這門學(xué)科所涉及的范圍及其現(xiàn)代性： 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 （ 1） 抗剪強度和有效應(yīng)力； （ 2） 扭轉(zhuǎn)試驗； （ 3） 非擾動取樣； （ 4） 包括砂土的注入； （ 5） 現(xiàn)場試驗，尤其是荷蘭錐； （ 6） 離心試驗和模型關(guān)系； （ 7） 在評估沉降時預(yù)壓縮的重要性； （ 8） 固結(jié)理論的廣泛使用與發(fā)展； （ 9） 對次固結(jié)的認識和基于次固結(jié)的設(shè)計； （ 10） 用于實際問題求解的彈性應(yīng)力分布的發(fā)展； （ 11） 區(qū)域沉降； （ 12） 為改善承載 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 力和減小沉降的預(yù)加載； （ 13） 控制孔隙水壓力的措施； （ 14） 砂井排水； （ 15） 土體改良： 注漿法、 電滲法； （ 16） 地下水位降低引起的沉降； （ 17） 防止膨脹性粘土損害作用的設(shè)計； （ 18） 土壓力的土拱理論； （ 19） 凍土效應(yīng)； （ 20） 土動力學(xué)：地震，震動液化，機器振動，打樁的波動方程； （ 21） 觀測方法；（ 22） 土力學(xué)課程的講授內(nèi)容。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 土力學(xué)理論體系形成 (1936~1948) 1936~1948年土力學(xué)迅速成為土木工程中一個完整的角色。幾乎在世界的各個地方，在這門新學(xué)科中得到訓(xùn)練的受益人發(fā)現(xiàn)他們的技能在許多具有挑戰(zhàn)性的工程中可發(fā)揮出很大的作用。對于成功工程的現(xiàn)場觀測以及對于不成功工程的破壞研究被快速地以文字報道并成為普通的知識。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 太沙基研究了 New Orleans（新奧爾良） Charity Hospital(慈善醫(yī)院 )的沉降問題，實現(xiàn)了今天被稱之為常規(guī)沉降的分析；研究了英國 Chingford水庫土壩的破壞問題；基于柏林地鐵壓桿支撐荷載的測量結(jié)果，他發(fā)表了他的廣義土壓力楔形體理論，使應(yīng)用土力學(xué)的廣泛使用不再有任何疑問。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 不久，太沙基預(yù)測，托換作業(yè)或土壩的破壞、基礎(chǔ)的過度沉降或者由于地下水位下降引起的沉降將不再被列為 “ 上帝的行為 ” 。 太沙基生活的年代，毫無爭議地，他被認為不僅是土力學(xué)的理念指導(dǎo)者，而且也是世界范圍內(nèi)研究和應(yīng)用成果的集散地。他堅持開展同世界各地的工作者的廣泛的通信聯(lián)系，進而散布信息并影響研究的方向。因此，即使在今天，人們也幾乎很難改進他在當時對土力學(xué)狀態(tài)的評定。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 截至到 1948年，大約出版了 12本左右的綜合性書籍。然而，他們僅表達了作者特殊的興趣方面，或者是大量技術(shù)文獻的摘要匯總，而對其相互關(guān)聯(lián)缺少必要的分析，許多工程師和教育者懷疑是否土力學(xué)有資格作為一門正統(tǒng)的學(xué)科。因此， 1936~1948年之間太沙基投入了大量精力來組織這門學(xué)科，使其更為正規(guī)。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 1943年太沙基出版了 《 理論土力學(xué) 》 ， 1948年又出版了 《 工程實踐中的土力學(xué) 》 。第一本書是當時最有用且最為中肯的理論的精選，第二本書則對土力學(xué)各方面是否或怎樣在實際中應(yīng)用給出了評價。這兩本書以及在 1948年出版的泰勒思想性很強的著作 《 土力學(xué)基本原理 》 一起，幫助土力學(xué)這門學(xué)科進入學(xué)術(shù)領(lǐng)域的大雅之堂，且在各地被工程師們廣泛應(yīng)用。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 土力學(xué)學(xué)科的發(fā)展 (1948~1961) 1948年在鹿特丹召開的第二屆國際大會產(chǎn)生了 7本會議論文集，同年國際土力學(xué)刊物 －《 Geotechnique》 (巖土技術(shù) )誕生了 。 在哈佛的第一屆國際大會有約 200人參加，但有將近 600人出席了 1948年在鹿特丹召開的國際大會，而 1953年在蘇黎士召開的國際大會出席人數(shù)則超過了 700人 。 不久，各地區(qū)自己承辦擁有大量參加者的會議，人們對土力學(xué)興趣的已是爆炸性地增長了。 其中一些會議主要處理在該有限區(qū)域內(nèi)的問題，而其它會議則針對專門的技術(shù)課題。 由于瑞典皇家協(xié)會的興趣以及 卡薩格蘭德 在國際協(xié)會的任職期間個人努力下的結(jié)果，由聯(lián)邦德國國家協(xié)會建立了本專業(yè)文獻的摘要服務(wù)系統(tǒng)。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 到 1961年： ① 對土體材料特性和行為的認識上有了巨大的進步； ② 不僅土力學(xué)被廣泛用于實踐當中，而且土體行為的現(xiàn)場檢驗也在積極地進行著； ③ 土力學(xué)被包含在所有土木工程課程中，其原理已廣泛用于工程實踐； ④ 針對當?shù)氐男枰?，無數(shù)的研究與實踐活動中心涌現(xiàn)在世界各地。 ⑤ 已被完成的那些不尋常的工程若沒有土力學(xué)的指導(dǎo)很可能是完不成的。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 飽和粘土的強度 （ 1936－ 1961） 太沙基討論了土力學(xué)對邊坡穩(wěn)定性計算的貢獻。在考慮了無粘性土體的邊坡及孔隙水壓力對抗剪強度的影響后，他認為， “ 典型粘土抗剪強度的確定是非常困難的，正壓力與抗剪阻力間的關(guān)系非常復(fù)雜，即使如今，關(guān)于這個課題的知識仍然處于某種有爭議的狀態(tài)。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 伏斯列夫 1936年的研究結(jié)論是：飽和重塑粘土的抗剪強度是作用于破壞面上的有效正應(yīng)力和在破壞瞬間破壞面上的孔隙比的函數(shù)，該函數(shù)與試樣的應(yīng)力歷史無關(guān)?？辜魪姸戎械囊徊糠郑?ptanf0，是有效正應(yīng)力的函數(shù)，可以被看成是有效內(nèi)摩擦；另一部分是孔隙比的函數(shù)，可看作是有效粘聚力。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 早在 1922年費倫紐斯就假設(shè)粘土為純粹的粘結(jié)性材料，其內(nèi)摩擦角為 0，并進行了穩(wěn)定性計算，其結(jié)果通過現(xiàn)場觀測得到了證實。 1941年，戈德進行了室內(nèi)模型試驗來檢查承載力公式 q=(2+p)c 的有效性，式中 c 取為抗壓強度的一半，等價于取 f＝ 0176。 ，室內(nèi)試驗證實了這個承載力公式。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 在 1941年，在太沙基對 Chicago地鐵軟粘土明挖法施工中壓桿支撐荷載的監(jiān)測結(jié)果進行最初的分析時，他采用了與在試驗室中通過固結(jié)不排水試驗得到的結(jié)果相一致的 17176。 的內(nèi)摩擦角，但計算得到的土壓力卻與監(jiān)測值不符。后來，他采用了沒有摩擦性的粘土則得到了與實測一致的結(jié)果。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 斯肯普頓于 1942年發(fā)表的一篇論文中，對蘇格蘭某實際工程地基的破壞荷載，與假定土為粘結(jié)性材料（ f＝ 0176。 ）計算承載力系數(shù)，進而得到的承載力進行了比較。大約在同時，庫林 (Cooling)和戈德 (Golder） 在同樣假設(shè)基礎(chǔ)上分析了 Chingford水庫的破壞問題，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其安全系數(shù)確實在 1左右。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 在十九世紀 40年代早期，所謂 f＝ 0176。 概念的使用是廣泛且成功的?？梢姡逊€(wěn)定性計算建立在固結(jié)不排水試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上似乎是更合理的，因為該種試驗反映了覆土壓力作用下土體發(fā)生的固結(jié)。但棘手的問題是破壞面的位置，在 f＝ 0176。 的條件下它與大主應(yīng)力方向成45176。 夾角，但實際上由于摩擦阻力的存在使該夾角要小于 45176。 。 為了解釋由于摩擦阻力的存在使破壞面的夾角小于 45176。 的 現(xiàn)象，太沙基對粘性土假定了一個 “ 流砂 ” 結(jié)構(gòu)。在受到建筑荷載影響之前，假定粘土中的自重應(yīng)力由一個粉粒傳至另一個，這些粉粒之間由純粘性的粘土填充，增加的荷載將引起充分的擾動從而將應(yīng)力傳遞到純粘性的粘土中。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 斯肯普頓從工程經(jīng)驗上說明了 f＝ 0176。 的方法是合理的，其前提條件是粘性土是完全飽和的且在應(yīng)力作用下含水量不發(fā)生變化，他也從理論上證明了破壞面的傾斜角度應(yīng)該同按伏斯列夫 （ Hvorslev） 方法預(yù)測的結(jié)果相一致。 1950年，畢肖普和埃爾丹進一步闡明在適當?shù)臈l件下，即使是砂土，當處于完全飽和狀態(tài)時，也將出現(xiàn)內(nèi)摩擦角為 0176。 的情況（對應(yīng)于總應(yīng)力）。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 1954年， 斯肯普頓 發(fā)表的論文 “ 孔隙水壓力系數(shù) A和 B”，他將相對壓縮性的基本思想延展到非飽和土中，并解釋了確定孔隙水壓力系數(shù)的最有效方法不是根據(jù)壓縮性和膨脹性去計算，而是利用三軸試驗。在一篇相關(guān)的論文中，畢肖普示范了將孔隙水壓力系數(shù)用于在施工以及快速降低水位過程中土壩不透水填料的分析。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 孔隙水壓力系數(shù)的應(yīng)用使象土壩這樣的工程中有效應(yīng)力的計算具有實用性。根據(jù)孔隙水壓力系數(shù)之值來估算孔隙水壓力并與實測結(jié)果進行比較，是一個相當大的進步，之后在英國和歐洲得到了十分廣泛的應(yīng)用。但是，在美洲大壩的設(shè)計傾向于盡力復(fù)制現(xiàn)場條件下的室內(nèi)試驗結(jié)果。 1960年 6月在科羅拉多州舉行了一次題為“ 粘性土抗剪強度研究會議 ” 的大會，消除人們在抗剪強度方面研究的分歧 。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 土工數(shù)值計算及觀測技術(shù) 太沙基在許多場合曾說過，如果理論不夠簡單，那么它在土力學(xué)中就幾乎沒有用：首先，實際的土及土體堆積物的特性是特別復(fù)雜，以至于數(shù)值計算的誤差會遮蔽因理論缺陷而引入的誤差；其次，除了最簡單的問題外，所有的數(shù)學(xué)計算都是很復(fù)雜的，要想得到結(jié)果，就需花費過量的時間和精力。但后者可以通過不知疲倦的計算機快速而準確的工作實現(xiàn)。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 20世紀 30年代松弛法被英國的索斯韋爾推廣使用，它被認為是求解許多可以表示為一組聯(lián)立方程的問題的一個強有力的工具；計算機輔助的有限差分技術(shù)到 20世紀 50年代早期開始得到應(yīng)用，它對求解土力學(xué)中的大量問題也是很有用的；后來，它們都得讓位于有限單元法的發(fā)展和應(yīng)用了；現(xiàn)在各種非線性預(yù)測理論廣泛應(yīng)用于土工問題的求解中。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 通過有限元法可比較輕松地得到下列這些問題的數(shù)值解：具有復(fù)雜的幾何特征和土的力學(xué)特性的問題；需要考慮多種類型的非線性特性的問題；很容易將現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果插入數(shù)值求解過程；對土動力學(xué)問題，包括那些需輸入各種動荷載如地震波的計算，幾乎已成為按部就班的計算。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 用有限元求解時需要輸入土的特性值，而這些特性值及本構(gòu)關(guān)系都涉及到應(yīng)力、應(yīng)變及時間。眾所周知土體的應(yīng)力－應(yīng)變－時間特征受擾動取樣的影響大于受最終強度的影響，所以取樣和試驗不可避免地會使結(jié)果具有不確定性。因此，為了減小計算結(jié)果的不確定性，近年來注意力已經(jīng)愈加集中到現(xiàn)場試驗以及估計本構(gòu)關(guān)系的多種間接方法上來。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 不確定性總是土力學(xué)及其應(yīng)用的一個固有的部分，不確定性與地質(zhì)情況、初始應(yīng)力條件、土的特性的參數(shù)值以及荷載狀況有關(guān)。概率分析方法及風險評估方法可對設(shè)計和安全性的決定提供越來越有價值的幫助，如何將它們最有效地融入到實踐中還有待進一步研究。 報告完畢 歡迎批評指正