2. 土力学学科的发展历史.
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浅述土力学的历史与起源摘要:土力学是平衡和土体的运动科学。
这里的土壤被理解为风化材料中的上层地球的地壳。
在这个地壳的非风化物质被表示为岩石,其力学是岩石力学学科。
大体土壤和岩石之间的差大约是在土壤中,可以挖一个沟,用简单的工具如铲、甚至用手。
它必须首先分裂重型设备,如凿、锤或一个机械钻孔装置。
关键词:土力学历史起源一、概述自然岩石风化过程是在太阳、风和雨的长期影响下,退化为石头。
这个过程是由激岩体通过在岩石小裂缝处水融化冻结继而压裂产生的。
那些在山区建立的粗糙石头在区域通过重力向下游输送时,经常与水一起在河流中流动。
由于内部摩擦导致石头的大小逐渐减小,使物料逐渐变细,最终形成砂砾、沙子和淤泥。
河流的材料可被沉积,最粗的材料具有最高的速度,但更精细的材料只有非常小的速度。
这意味着,砂砾会在一个上游找到河床,而更精细的材料沙子和淤泥则沉积在中下游。
荷兰位于莱茵河和默兹河的下游。
一般的土壤风化物质主要是沙子和粘土。
这种材料已经在更早的时候沉积,由河流形成三角形。
多精料也存在于海陆的洪水和河流。
沉淀的过程发生在世界上的许多领域,如在三角洲、尼罗河、印度河和中国的河流。
在荷兰,它已经走到了尽头,防止河流和大海的洪水通过建立堤防土地形成过程也因此被停止,但塌陷和缓慢的构造运动弥补陆地和海水水位上升的沉降,堤防河床逐步提高,使他们成为更重,会导致更多的岩石下沉。
但这个过程一定会永远继续下去。
人们使用土地生活并建立所有排序结构:房屋、道路、桥梁等等。
它是岩土工程师的任务,也是岩土工程师预测土壤的性质来作为这些人类活动的结果。
出现的问题是,例如,一条道路或一个结算自身重量和交通负荷作用下的铁路,一个挡土结构的安全性,一个码头岸壁或缘板桩墙,作用在隧道内的土压力或允许的载荷和建筑物地基的选定点。
对于所有这些问题,都是土力学应提供的基本知识。
二、土力学的历史土力学在20世纪初已经得到发展。
在许多国家对一些自然灾害的突然出现作出了性质分析,如山体滑坡和泥石流是对土壤性能错误分析的结果。
土力学发展史18世纪欧美国家在产业革命推动下,社会生产力有了快速发展,大型建筑、桥梁、铁路、公路的兴建,促使人们对地基土和路基土的一系列技术问题进行研究。
1773年法国科学家C.A.库仑(Coulomb)发表了《极大极小准则在若干静力学问题中的应用》,介绍了刚滑楔理论计算挡土墙墙背粒料侧压力的计算方法;法国学者H.达西(Darcy,1855)创立了土的层流渗透定律;英国学者W.T.M.朗肯(Rankine,1857),发表了土压力塑性平衡理论;法国学者J.布辛奈斯克(Boussinesq,1885)求导了弹性半空间(半无限体)表面竖向集中力作用时土中应力、变形的理论解。
这些古典理论对土力学的发展起了很大的推动作用,一直沿用至今。
20世纪20年代开始,对土力学的研究有了迅速的发展。
瑞典K.E.彼得森(Petterson,1915)首先提出的,后由瑞典W.费兰纽斯(Fellenius)及美国D.W.泰勒(Taylor)进一步发展的土坡稳定分析的整体圆弧滑动面法;法国学者L.普朗德尔(Prandtl,1920)发表了地基剪切破坏时的滑动面形状和极限承载力公式;1925年美籍奥地利人K.太沙基(Terzaghi)写出了第一本《土力学》专著,他是第一个重视土的工程性质和土工试验的人,他所创导出的饱和土的有效应力原理,将土的主要力学性质,如应力-变形-强度-时间各因素相互联系起来,并有效地用于解决一系列的土工问题,从此土力学成为一门独立的学科;L.伦杜利克(Rendulic,1936)发现土的剪胀性,土的应力-应变非线性关系,土具有加工硬化与软化的性质。
有关土力学论著和教材方面,象雨后春笋般地蓬勃发展,例如前苏联学者H.M.格尔谢万诺夫(Герсеванов,1931)出版了《土体动力学原理》专著;苏联学者H.A.崔托维奇(Цытович,1935,…)写出了《土力学》教材;K.太沙基(Terzaghi,K.and Peck,R.B.,1948)又出版了《工程实用土力学》教材;苏联学者B.B.索科洛夫斯基(Cоколовский,1954)出版了《松散介质静力学》一书;美籍华人吴天行1966年写了《土力学》专著并于1976年出第二版;英国的G.N.史密斯和Ian G.N.史密斯(Smith,1968,…)出版了《土力学基本原理》大学本科教材;美国H.F.温特科恩(Winterkorn,1975)和方晓阳主编《基础工程手册》一书,由7个国家27位岩土工程著名专家编写而成,该书25章内容包括地基勘察、土力学、基础工程三大部分,取材新颖,成为当时比较系统论述土力学与基础工程的一本有影响的著作。
土力学发展史土力学发展史18世纪欧美国家在产业革命推动下,社会生产力有了快速发展,大型建筑、桥梁、铁路、公路的兴建,促使人们对地基土和路基土的一系列技术问题进行研究。
1773年法国科学家C.A.库仑(Coulomb)发表了《极大极小准则在若干静力学问题中的应用》,介绍了刚滑楔理论计算挡土墙墙背粒料侧压力的计算方法;法国学者H.达西(Darcy,1855)创立了土的层流渗透定律;英国学者W.T.M.朗肯(Rankine,1857),发表了土压力塑性平衡理论;法国学者J.布辛奈斯克(Boussinesq,1885)求导了弹性半空间(半无限体)表面竖向集中力作用时土中应力、变形的理论解。
这些古典理论对土力学的发展起了很大的推动作用,一直沿用至今。
20世纪20年代开始,对土力学的研究有了迅速的发展。
瑞典K.E.彼得森(Petterson,1915)首先提出的,后由瑞典W.费兰纽斯(Fellenius)及美国D.W.泰勒(Taylor)进一步发展的土坡稳定分析的整体圆弧滑动面法;法国学者L.普朗德尔(Prandtl,1920)发表了地基剪切破坏时的滑动面形状和极限承载力公式;1925年美籍奥地利人K.太沙基(T erzaghi)写出了第一本《土力学》专著,他是第一个重视土的工程性质和土工试验的人,他所创导出的饱和土的有效应力原理,将土的主要力学性质,如应力-变形-强度-时间各因素相互联系起来,并有效地用于解决一系列的土工问题,从此土力学成为一门独立的学科;L.伦杜利克(Rendulic,1936)发现土的剪胀性,土的应力-应变非线性关系,土具有加工硬化与软化的性质。
有关土力学论著和教材方面,象雨后春笋般地蓬勃发展,例如前苏联学者H.M.格尔谢万诺夫(Герсеванов,1931)出版了《土体动力学原理》专著;苏联学者H.A.崔托维奇(Цытович,1935,…)写出了《土力学》教材;K.太沙基(Terzaghi,K.and Peck,R.B.,1948)又出版了《工程实用土力学》教材;苏联学者B.B.索科洛夫斯基(Cоколовский,1954)出版了《松散介质静力学》一书;美籍华人吴天行1966年写了《土力学》专著并于1976年出第二版;英国的G.N.史密斯和Ian G.N.史密斯(Smith,1968,…)出版了《土力学基本原理》大学本科教材;美国H.F.温特科恩(Winterkorn,1975)和方晓阳主编《基础工程手册》一书,由7个国家27位岩土工程著名专家编写而成,该书25章内容包括地基勘察、土力学、基础工程三大部分,取材新颖,成为当时比较系统论述土力学与基础工程的一本有影响的著作。
土力学的回顾1) 土力学学科的形成一般认为,土力学自太沙基在1925年发表《土力学原理》后才成为一门独立的学科。
但是,关于土的理论并非在l925年才有。
实际上,1925年以前,土力学的某些规律和理论已经被发现、创立和运用。
按太沙基的说法,土力学始于1776年库仑土压力理论的发表(比1925年早149年)。
此外,反映水在多孔介质中流动规律的达西定律、描述土体极限平衡状态的理论等等也都是土力学早期理论上成就的突出例子。
太沙基认为,就土力学原理来说,它是两门早已确立的工程学科分科——材料试验和应用力学的派生物。
可见土力学不仅来自自身的实践,而且也充分地借鉴了相关学科的成就。
不难看.在太沙基之前,人们对土实际上早已有相当的认识,提出了诸多关于土的理论和规律。
但当时这些理论和规律还是零散的、不系统的,对土的认识也还仅仅是局部的或者是唯象的。
可以说当时土力学的发展还缺乏许多反映土的本质和真实面目的东西,因此尚未形成一门独立的学科。
太沙基主要功绩之一,是他将当时已有的孤立的规律、原理或理论,按土的特性将它们联系和系统化起来,总结提出了土的3个特性,即“粘性”、“弹性”和“渗透性”,并且凭借丰富的实践经验和深邃的洞察力发展了土力学原理,拓宽了土力学领域,使之形成一门独立的学科。
其中有几个重要的贡献是特别值得提出的。
首先他强调土的分类,并依据其物理力学性质将“粘土”和“砂土”区别开来。
他认识到“砂土”的强度属纯摩擦材料的强度,而“粘土”的强度则是其“粘性”所致。
虽然用现在的眼光看,这样的认识似乎太简单化,但它毕竟是从土本身特性出发的,不再是简单地借用别的学科的原理。
这样,土力学就具有了自己的个性;其次是建立了有效应力原理和一维固结微分方程。
如果说一维固结微分方程可能与太沙基曾作为热传导教授的经历有关,从而带有热传导方程的某些痕迹的话(诚然,这种借鉴别的学科成就来丰富本学科内容的做法也是学科发展的必由道路之一),那么有效应力原理则完全是从土的本性出发,确切地反映了土的力学性状本质的。
土质学与土力学发展史及其在土木工程中的应用土质学与土力学的发展史及在土木工程中的作用摘要:土质学和土力学是研究与土的工程问题有关的学科,本文分三个阶段叙述了土质学与土力学的发展史,在每个阶段中对土力学学学科发展史上一些著名理论和重要时间进行了介绍。
之后简要概括了该学科在我国的发展概况。
文章后半部分从建筑工程、道路工程和侨联工程三个方面说明了土力学在现代土木工程中发挥的重要作用。
鉴于作者能力有限,本文仅作为普及性文章,对土力学的初学者提供借鉴。
关键词:土力学的发展史;土力学地位;1.引言土质学是地址学科的一个分支,他是从土的成因与成分出发,研究土的基本工程性质及影响土性质变化的本质因素。
土力学好似工程力学的一个分支,只要研究土体在荷载作用喜爱,土中的应力、变性、强度和稳定性,及渗流规律的一门学科。
现代土力学是有土质学与土力学工程构成的,两者岁属两个分支,但其关系非常密切,并在发展中相互渗透、相互结合。
2.土质学与土力学的发展史土力学是一门古老而又年轻的科学学,人类自远古以来就广泛利用土作为建筑物地基和建筑材料。
中外许多历史悠久的著名建筑、桥梁和水利工程,都不自觉地应用土力学原理解决了地基承载力、变性和稳定等问题,使其前面不坏,流传至今。
但是对土力学的理论研究是在18世纪欧洲工业革命开启的。
本文将按照三阶段划分法介绍土力学的发展史2.1奠基阶段十八世纪欧洲工业革命的兴起,大规模的城市、水利和道路、铁路的兴建,遇到了很多余土力学有关的问题,随着这些问题的解决,土力学的理论逐步地产生并得到发展。
1776年,法国学者库伦(C.A.Coulomb)根据实验提出了砂土抗剪强度理论和挡土墙压力的滑楔理论,即库伦理论,被认为是土力学的开始。
1856年,法国学者达西(H.Darcy)创立了砂土的渗透定律,即达西定律;1869年,英国学者郎肯(W.J.M.Rankine)又从不同的途径建立了挡土墙的理论,即郎肯理论;1885年,法国学者布辛奈斯克(J.Boussinesq)求得半无限弹性体在垂直集中力作用下的应力和变性的理论解答。
浅谈土力学的发展过程及发展趋势浅谈土力学的发展过程及发展趋势摘要:本文主要介绍了土力学的发展过程以及未来的发展趋势。
通过查找相关资料,简要总结了土力学的发展历史,同时分析了土力学发展的现状,提出了土力学未来的发展趋势。
关键词:土力学发展过程趋势一、引言随着城市建设的发展,随着人们生活质量的提升,人类对居住环境的要求越来越高。
随着城市范围的扩大,城市建设用地越来越紧张,迫使人类不得不向高空、向地下、向沟塘或废墟上发展。
这样就必然促使人们对土有更深的了解,对土工处理技术的质量、方法、效益要求越来越严格,无论是地基处理技术还是边坡支护技术以及土坡突破治理技术等都要有新的发展。
二、发展过程早在新石器时代,人类已建造原始的地基基础,西安市半坡村遗址的土台和石础即为一例。
公元前2世纪修建的万里长城,后来修建的南北大运河、黄河大堤以及宏伟的宫殿、寺庙、宝塔等建筑,都有坚固的地基基础,经历地震强风考验,留存至今。
隋唐修建的河北省赵州桥,为世界最早最长的石拱桥,全桥仅一孔石拱横越洨河,净跨达37.02m。
此石拱桥两端主拱肩部设有两对小拱,结构合理,造型美观,节料减重,简化桥台,增加稳定性,桥宽8.4m,桥下通航,桥上行车。
桥台位于粉土天然地基上,基地压力达500-600kpa,从1390年以来沉降与位移甚微,至今安然无恙。
公元989年建造开封开宝寺木塔时,预见塔基土质不均会引起不均匀沉降,施工时特意做成倾斜,待沉降稳定后塔身正好竖直。
此外,在西北地区黄土中大量建窑洞,以及采用料石基垫、灰土地基等,积累了丰富的地基处理经验。
18世纪中期以前﹐人类的建筑工程实践主要是根据建筑者的经验进行的。
18世纪中叶至20世纪初期﹐工程建筑事业迅猛发展﹐许多学者相继总结前人和自己实践经验﹐发表了迄今仍然行之有效的﹑多方面的重要研究成果。
例如1773年法国科学家库仑发表了土压力滑动楔体理论;1776年库仑根据一系列土的强度试验创立了著名的土的抗剪强度库仑定律﹔1856年法国的达西在研究水在砂土中渗透的基础上提出了著名线性渗透定律﹔1857年英国的朗肯分析半无限空间土体在自重作用下达到极限平衡状态时的应力条件﹐提出了另一著名的土压力理论﹐与库仑理论一起构成了古典土压力理论﹔1885年法国的布辛奈斯克提出的半无限弹性体中应力分布的计算公式﹐成为地基土体中应力分布的重要计算方法﹔1900年德国的莫尔提出了至今仍广泛应用的土的强度理论﹔19世纪末至20世纪初期瑞典的A.M.阿特贝里提出了黏性土的塑性界限和按塑性指数的分类﹐至今仍在实践中广泛应用。
浅谈土力学发展史及未来前景浅谈土力学发展史及未来前景摘要:从1773年法国库仑创立了著名的土的抗剪强度的库仑定律和土压力理论,到1963年,Roscoe发表著名的剑桥模型,土力学经历了萌发期、古典土力学、现代土力学三个历史时期。
随着现代科技的发展,土力学从广度和深度方面都有了长足发展。
在这个过程中人们充分认识到了试验、实践和经验的重要性。
在未来土力学的发展中信息化施工方法将成为一个趋势,开展土力学工程问题计算机分析研究也将成为一个重要的研究方向。
关键词:古典土力学本构模型信息化施工数值模拟一、土力学发展的三个历史时期1、萌发期(1773—1923)1773年法国库仑根据试验,创立了著名的土的抗剪强度的库仑定律和土压力理论。
发表了《极大极小准则在若干静力学问题中的应用》,为土体破坏理论奠定基础。
1857年英国朗肯提出又一种土压力理论。
1885年法国布辛尼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。
在此后的漫长的150年中,而且只限于研究土体的破坏问题。
2、古典土力学(1923—1963)1923年,Terzaghi发表了著名的论文《粘土中动水应力的消散计算》,提出了土体一维固结理论,开创了土体变形研究。
接着又在另一文献中提出了著名的有效应力原理,从而建立起一门独特的学科—土力学。
古典土力学可归结为:一个原理——有效应力原理两个理论——以弹性介质和弹性多孔介质为出发点的变形理论以刚塑性模型为出发点的破坏理论(极限平衡理论)传统力学的研究内容可用框图表示如下:3、现代土力学(1963—今)1963年,Roscoe发表了著名的剑桥模型,才提出第一个可以全面考虑土的压硬性和剪胀性的数学模型,因而可以看作现代土力学的开端。
下列几方面取得重要进展:1、非线性模型和弹塑性模型2、损伤力学模型与结构性模型3、非饱和土固结理论4、砂土液化理论的研究5、剪切带理论及渐进破损6、土的细观力学二、土力学的发展现状土木工程功能化、城市立体化、交通高速化,以及改善综合居往环境成为现代土木工程建设的特点。
土力学是土的力学,是把土作为建筑材料(地基)进行研究的科学,是力学理论在岩土工程中的应用,目前在很多方面还处在半经验阶段,有些甚至经验占很重要的地位从20世纪20年代起,不少学者发表了许多理论和系统的著作。
1920年法国普兰特发表了地基滑动面的数学公式,1916年瑞典彼得森提出了计算边坡稳定性的圆弧滑动法。
而最具代表意义的是1925年美国太沙基(K.Terzaghi)首次发表了《土力学》一书。
这本著作比较系统地论述了若干重要的土力学问题,提出了著名的有效应力原理,至此,土力学开始真正地形成独立学科。
从那时起,直到20世纪60年代,土力学的研究基本上是对原有理论与试验充实与完善。
自20世纪60年代以来,随着电子计算机的出现和计算技术的高速发展,使土力学的研究进入了一个全新的阶段。
土力学是研究土的物理性质以及在荷载作用下土体内部的应力变形和强度规律,从而解决工程中土体变形和稳定问题的一门学科。
土力学学科需研究和解决工程中的两大问题。
一是土体稳定问题,这就要研究土体中的应力和强度,例如地基的稳定、土坝的稳定等。
二是土体变形问题,即使土体具有足够的强度能保证自身稳定,然而土体的变形尤其是沉降(竖向变形)和不均匀沉降不应超过建筑物的允许值。
此外,需要指出的对于土工建筑物、水工建筑物地基,或其他挡土挡水结构,除了在荷载作用下土体要满足前述的稳定和变形要求外,还要研究渗流对土体变形和稳定的影响。
学生在学习本课程时,要掌握土力学的基本理论,学会解决实际问题的基本方法和培养基本技能。
在学完土力学课程之后应掌握土的物理性质研究方法;会计算土体应力,了解应力分布规律掌握土的渗流理论、压缩理论、固结理论及有效应力原理、应力历史的概念,能熟练的进行地基沉降和固结计算;掌握土的强度理论及其应用,进行土压力计算,土坡稳定验算,地基承载力的确定。
结合理论学习要培养自己进行各种物理力学试验的技能,通过试验深化理论学习,理解和掌握确定计算参数的方法。