【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(gè)造紙廠的沉降問題，為了計(jì)算不同結(jié)構(gòu)的沉降量，他發(fā)現(xiàn)不僅要進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)，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(duì) 布辛內(nèi)斯克 方程進(jìn)行積分。后來，他將沉降量的計(jì)算值同經(jīng)過 7年的觀測(cè)值進(jìn)行比較，進(jìn)而調(diào)整他的預(yù)測(cè)值。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 第一屆國(guó)際大會(huì) 1936年在哈佛大學(xué)卡薩格蘭德組織并召開了第一屆國(guó)際土力學(xué)大會(huì)，大會(huì)表達(dá)了對(duì)21世紀(jì)的心聲，成立了土力學(xué)學(xué)會(huì) 。 會(huì)上所描述的這門科學(xué)及其工作的范圍對(duì)今天都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。 本次大會(huì)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(qiáng)度和有效應(yīng)力； （ 2） 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)； （ 3） 非擾動(dòng)取樣； （ 4） 包括砂土的注入； （ 5） 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，尤其是荷蘭錐； （ 6） 離心試驗(yàn)和模型關(guān)系； （ 7） 在評(píng)估沉降時(shí)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(duì)次固結(jié)的認(rèn)識(shí)和基于次固結(jié)的設(shè)計(jì)； （ 10） 用于實(shí)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(jì)； （ 18） 土壓力的土拱理論； （ 19） 凍土效應(yīng)； （ 20） 土動(dòng)力學(xué)：地震，震動(dòng)液化，機(jī)器振動(dòng)，打樁的波動(dòng)方程； （ 21） 觀測(cè)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(gè)完整的角色。幾乎在世界的各個(gè)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(duì)于成功工程的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)以及對(duì)于不成功工程的破壞研究被快速地以文字報(bào)道并成為普通的知識(shí)。 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(shí)現(xiàn)了今天被稱之為常規(guī)沉降的分析；研究了英國(guó) Chingford水庫(kù)土壩的破壞問題；基于柏林地鐵壓桿支撐荷載的測(cè)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(cè)，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(zhēng)議地，他被認(rèn)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(jiān)持開展同世界各地的工作者的廣泛的通信聯(lián)系，進(jìn)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(jìn)他在當(dāng)時(shí)對(duì)土力學(xué)狀態(tài)的評(píng)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(dá)了作者特殊的興趣方面，或者是大量技術(shù)文獻(xiàn)的摘要匯總，而對(duì)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(shí)踐中的土力學(xué) 》 。第一本書是當(dāng)時(shí)最有用且最為中肯的理論的精選，第二本書則對(duì)土力學(xué)各方面是否或怎樣在實(shí)際中應(yīng)用給出了評(píng)價(jià)。這兩本書以及在 1948年出版的泰勒思想性很強(qiáng)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(jìn)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(guó)際大會(huì)產(chǎn)生了 7本會(huì)議論文集，同年國(guó)際土力學(xué)刊物 －《 Geotechnique》 (巖土技術(shù) )誕生了 。 在哈佛的第一屆國(guó)際大會(huì)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(guó)際大會(huì)，而 1953年在蘇黎士召開的國(guó)際大會(huì)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(huì)議，人們對(duì)土力學(xué)興趣的已是爆炸性地增長(zhǎng)了。 其中一些會(huì)議主要處理在該有限區(qū)域內(nèi)的問題，而其它會(huì)議則針對(duì)專門的技術(shù)課題。 由于瑞典皇家協(xié)會(huì)的興趣以及 卡薩格蘭德 在國(guó)際協(xié)會(huì)的任職期間個(gè)人努力下的結(jié)果，由聯(lián)邦德國(guó)國(guó)家協(xié)會(huì)建立了本專業(yè)文獻(xiàn)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(duì)土體材料特性和行為的認(rèn)識(shí)上有了巨大的進(jìn)步； ② 不僅土力學(xué)被廣泛用于實(shí)踐當(dāng)中，而且土體行為的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)也在積極地進(jìn)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(shí)踐； ④ 針對(duì)當(dāng)?shù)氐男枰瑹o數(shù)的研究與實(shí)踐活動(dòng)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(qiáng)度 （ 1936－ 1961） 太沙基討論了土力學(xué)對(duì)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算的貢獻(xiàn)。在考慮了無粘性土體的邊坡及孔隙水壓力對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響后，他認(rèn)為， “ 典型粘土抗剪強(qiáng)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(gè)課題的知識(shí)仍然處于某種有爭(zhēng)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(qiáng)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?qiáng)度中的一部分，即 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(fèi)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(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算，其結(jié)果通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)得到了證實(shí)。 1941年，戈德進(jìn)行了室內(nèi)模型試驗(yàn)來檢查承載力公式 q=(2+p)c 的有效性，式中 c 取為抗壓強(qiáng)度的一半，等價(jià)于取 f＝ 0176。 ，室內(nèi)試驗(yàn)證實(shí)了這個(gè)承載力公式。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 在 1941年，在太沙基對(duì) Chicago地鐵軟粘土明挖法施工中壓桿支撐荷載的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行最初的分析時(shí)，他采用了與在試驗(yàn)室中通過固結(jié)不排水試驗(yàn)得到的結(jié)果相一致的 17176。 的內(nèi)摩擦角，但計(jì)算得到的土壓力卻與監(jiān)測(cè)值不符。后來，他采用了沒有摩擦性的粘土則得到了與實(shí)測(cè)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(duì)蘇格蘭某實(shí)際工程地基的破壞荷載，與假定土為粘結(jié)性材料（ f＝ 0176。 ）計(jì)算承載力系數(shù)，進(jìn)而得到的承載力進(jìn)行了比較。大約在同時(shí)，庫(kù)林 (Cooling)和戈德 (Golder） 在同樣假設(shè)基礎(chǔ)上分析了 Chingford水庫(kù)的破壞問題，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其安全系數(shù)確實(shí)在 1左右。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 在十九世紀(jì) 40年代早期，所謂 f＝ 0176。 概念的使用是廣泛且成功的?？梢?，把穩(wěn)定性計(jì)算建立在固結(jié)不排水試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上似乎是更合理的，因?yàn)樵摲N試驗(yàn)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(shí)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(duì)粘性土假定了一個(gè) “ 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(gè)粉粒傳至另一個(gè)，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(dòng)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(yàn)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(cè)的結(jié)果相一致。 1950年，畢肖普和埃爾丹進(jìn)一步闡明在適當(dāng)?shù)臈l件下，即使是砂土，當(dāng)處于完全飽和狀態(tài)時(shí)，也將出現(xiàn)內(nèi)摩擦角為 0176。 的情況（對(duì)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(duì)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(jì)算，而是利用三軸試驗(yàn)。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(jì)算具有實(shí)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(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，是一個(gè)相當(dāng)大的進(jìn)步，之后在英國(guó)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(jì)傾向于盡力復(fù)制現(xiàn)場(chǎng)條件下的室內(nèi)試驗(yàn)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(qiáng)度研究會(huì)議 ” 的大會(huì)，消除人們?cè)诳辜魪?qiáng)度方面研究的分歧 。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 土工數(shù)值計(jì)算及觀測(cè)技術(shù) 太沙基在許多場(chǎng)合曾說過，如果理論不夠簡(jiǎn)單，那么它在土力學(xué)中就幾乎沒有用：首先，實(shí)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(jì)算的誤差會(huì)遮蔽因理論缺陷而引入的誤差；其次，除了最簡(jiǎn)單的問題外，所有的數(shù)學(xué)計(jì)算都是很復(fù)雜的，要想得到結(jié)果，就需花費(fèi)過量的時(shí)間和精力。但后者可以通過不知疲倦的計(jì)算機(jī)快速而準(zhǔn)確的工作實(shí)現(xiàn)。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 20世紀(jì) 30年代松弛法被英國(guó)的索斯韋爾推廣使用，它被認(rèn)為是求解許多可以表示為一組聯(lián)立方程的問題的一個(gè)強(qiáng)有力的工具；計(jì)算機(jī)輔助的有限差分技術(shù)到 20世紀(jì) 50年代早期開始得到應(yīng)用，它對(duì)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(cè)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(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果插入數(shù)值求解過程；對(duì)土動(dòng)力學(xué)問題，包括那些需輸入各種動(dòng)荷載如地震波的計(jì)算，幾乎已成為按部就班的計(jì)算。 研究歷史 — 學(xué)科發(fā)展 用有限元求解時(shí)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(shí)間。眾所周知土體的應(yīng)力－應(yīng)變－時(shí)間特征受擾動(dòng)取樣的影響大于受最終強(qiáng)度的影響，所以取樣和試驗(yàn)不可避免地會(huì)使結(jié)果具有不確定性。因此，為了減小計(jì)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(chǎng)試驗(yàn)以及估計(jì)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(gè)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法可對(duì)設(shè)計(jì)和安全性的決定提供越來越有價(jià)值的幫助，如何將它們最有效地融入到實(shí)踐中還有待進(jìn)一步研究。 報(bào)告完畢 歡迎批評(píng)指正