聊一聊英伦土力学—开篇

2017-02-02 23:51  来源:岩土网  阅读:2956
本文是一系列介绍英国土力学教材中土力学概念与工程应用的文章的开篇。希望借这种模式,与还在校的学生或者是有兴趣了解原汁原味的土力学理论的人士互相交流,共同进步。

*AECOM Asia Company Limited

和很多同行聊天,也经常逛一些岩土信息交流类的网站、社交平台,得到的一种感受就是岩土工程的从业人士对土力学的很多概念都有待厘清。这些脑海里不清不明的土力学概念已经给我们的学习和工作带来了很多烦恼。比如,某天我浏览某著名岩土社区的讨论版,有位同行提了个关于土的抗剪强度的问题:“抗剪强度指标一般是指摩擦角及粘聚力两个指标,一般土抗剪强度的好坏也是用这两个指标表征,那么如果给出抗剪强度是20KPa是什么意思?如何计算粘聚力与摩擦角的大小?” 根据我这几年(包括做科研和工程实践)的观察和总结,这些不清不明的概念不是由于个人智慧不够造成的,其中一个重要的原因就是我们的本科基础教育,或者说具体点就是土力学的教学与训练还有很大的改善空间。漫山遍野的土力学教材比较一下就会发现“如有不同,纯属巧合”。就某一本土力学教材来说,概念混淆、术语混用非常普遍,写书或者授课的老师自己可能都没弄明白,学生学习起来的时候就更是一头雾水了。

回到那个提问,这位同行对基本概念的把握还是很到位的:土的强度由摩檫角(准确来讲是有效摩擦角)和粘聚力(准确来说是有效粘聚力)决定。但是说“抗剪强度20 kPa”,他就晕了:根据土强度的概念,仅仅一个强度值怎么知道摩擦角和粘聚力这两个指标?实际上,这个信息是给得不全的(以后在土的抗剪强度这个话题中我会叙述为什么这个信息是不全的)或者说给这个信息的人自己不明白自己给出的究竟是什么。正是由于信息失真或者信息提供者提供了自己都不明白的信息,导致受众晕乎。

但是,有时候这也怪不得我们教授或专家们。土力学作为一个舶来品,传递来我们东土必定会有由信息流失导致的失真。加上由中文这门语言本身的“博大精深”的特点造成的表述笼统、词义区分不明,把很直接的土力学复杂化了。必须很客观地说,英国作为促使土力学发展的前沿阵地,不管是过去还是当下,涌现了许多土力学大师,出了很多优秀的论文和教科书。他们的许多土力学作品都值得我们从业者认真参考。本系列连载就是尽笔者的能力和大家分享英国是怎样教土力学的,主要是通过对英国主流教科书(我写作这个系列主要的参考书目列在本文最后的“参考文献”段落)和经典论文的内容介绍。从对科学内容叙述的准确性角度上看,英语的直白是一种优势,不像中文,很多词语读起来有歧义。本连载系列的目的就是根据本人的工程实践经验和在境内外学习的经历,力求准确、系统地用中文介绍基本土力学的相关知识和概念。同时,为确保概念被准确地传达,我会给出关键词语的英文翻译。有些课本/论文看过之后真会有一种拨开迷雾豁然开朗的感觉,而这种感觉,说句不好听的实话,依我的经历,是读中文土力学书从来不曾有的。但是也不要妄自菲薄,我们国内的岩土工程从业人员经验是非常丰富的,施工能力超强。都说工程是科学与艺术的结合体,艺高人胆大,经验丰富正是我们工程人员的优点。但是优点太突出就会隐蔽缺点,这正是我非常想指出的一点:我们在土力学学习与应用过程中必须时刻区分哪些公式或结论是理论推导的(包括推导这些理论有什么假设)哪些又是经验总结的。

以上说的都很虚,最后来点实际的。土力学的理论无外乎围绕三个方面的问题:水在土中的渗流,土体的强度,以及土体的刚度(和土体的变形有关,而描述土体受力、变形和刚度的关系的数学模型(或者说理论公式,理论公式是建立在实验和一些合理的假设之上的)就是我们常听到的高大上的叫本构模型的东西)。实践中的工程问题都可以对应到上述三点:比如说,边坡稳定性问题涉及土体强度,基坑开挖降水涉及到水在土中的渗流,土的变形进而导致的建筑物的沉降(或隆起)与土的刚度有关。需要指出的是,这三个方面的问题经常是互相关联的。以边坡稳定性为例,当降雨渗流导致的土刚度下降,强度下降(但是请注意,刚度下降与强度下降没有什么必然的因果关系),边坡就有可能失稳,导致滑坡事故的发生。

参考文献:

1.      Atkinson, J. (2007).The Mechanics of Soils and Foundations, 2nd Edition, Taylors & Francis, UK.

2.      Wood, D.W. (1990). Soil Behaviour and Critical State Soil Mechanics, Cambridge University Press, UK.

3.      Knappett, J. A. & Craig, R.F. (2012). Craig’s Soil Mechanics, 8th Edition, Spon Press, UK.

4.      Powrie, W. (2007). Soil Mechanics—Concepts & Applications. 2nd Edition, Taylor & Francis, UK.

附言:Atkinson的书我非常喜欢,也是非常适合本科生入门的教科书。概念清晰,表述严谨,同时非常体贴的是老先生还在前几章给大家复习了学好土力学必须要知道的力学知识。Wood的书比较理论一点,数学公式较多,想真正掌握土力学理论的同行要是能坚持读完并理解(即使不能完全理解)这本书,你的土力学理论水平就超越平均水平了。Knappett & Craig的书在英国甚至香港一直占据着大学土力学教科书的头把交椅。从它再版次数也可以看它的受欢迎程度。最新的第八版有个新作者Knappett, 是2011年从剑桥大学(University of Cambridge)毕业加入邓迪大学(University of Dundee)的年轻教师,做离心机实验的。修改后的书理论与实践(包括经验公式)并重,翻完这本书就知道土力学理论是什么,以及它又是怎样应用到工程实践的。Powire的书是以课题的形式开展的,比如有的章节讲土的强度,有的讲水在土中的渗流,一维固结理论等等,也讲到了理论在工程中的应用,比如挡土墙,边坡和基础等。

初稿 2015年7月28日于香港

改于2017年1月

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我有话说

全部评论(5)

  • lixiangdizhi发表于 02月21日 14:53这家伙很懒,没有个性签名!
  • 纸上学来终觉浅,还是要多看书,利润联系实际
点评:
  • 18293158763发表于 02月17日 10:41努力点/幸运点
  • 实事求是与精益求精的科学研究精神永远在路上,
点评:
  • linmeiaihua发表于 02月10日 10:40这家伙很懒,没有个性签名!
  • 观点偏激吧!钱家欢等等大家的书你读过几遍了??
yuruiwang发表于10月01日 14:06

多谢指正!

点评:
  • liusw87发表于 02月06日 18:24大家好才是真的好
  • 半路来新西兰读岩土 正愁找不到书呢
点评:
  • ldd_2009520发表于 02月06日 10:44爱生活,爱岩土!
  • 学习学习
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余瑞旺

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硕士
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