土力學理論的發展和面臨的挑戰

孫婧文

摘 要：隨著我國現代化事業的推進，土力學的應用范圍日趨廣泛，無論是在理論領域還是具體實踐中都有所應用。以自身對土力學理論的理解，通過對文獻資料的查閱，分析土力學理論的發展及面臨的挑戰，為土力學理論研究奠定堅實基礎。

關鍵詞：土力學理論；發展歷程；挑戰

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.239

0 前言

土力學是一種運用到工程力學當中的理論及方法，是探索土體力學性質的基礎性學科。在高中階段，對土力學理論的相關研究主要集中在物理力學特性的研究中，進而引申出對土力學發展的探索，同時在高中階段并不要求掌握土力學的本質內涵，只需夯實基礎。結合相關資料，下面進行具體分析：

1 土力學理論的發展

土力學的發展歷史十分悠久，探究其起源可以追溯到人類生產生活的早期階段。古時候人們運用壓實土料的方法進行堤壩的修筑，用以維護生存環境，并且廣泛運用夯實土基興建各種類別的工程，上述行為屬于一種基本的土力學應用范疇。當然，在那一時期并未形成土力學的相關理論，理論的形成是在1776年庫倫土壓力理論的提出，進而使得土力學理論得以形成與發展。1856年英國科學家達西發表了著名的達西滲透定律，1857年英國科學家提出朗肯土壓力理論，這些理論的出現，促使近代土力學走向成熟與完善。

土力學成為一門獨立的學科是在1925年，太沙基提出有效應力原理及滲透固結的基礎理論。兩個理論的相互支撐及作用，最終使得土力學成為一門獨立的學科。自1950年之后，隨著研究體系逐漸走向成熟，土力學的基本性質、測試手段、計算方法及技術以及加固方式等多項內容，取得良好的成績。在1980年，土力學開創了新的分支，包括計算土力學、海洋土力學等等。

按照階段性的劃分，土力學自出現起，共分為兩個基礎性的階段：

第一階段（1925年-1960年）：近代土力學階段[1]。在這一階段的形成時期，土力學的發展主要是以太沙基的研究為根本導向，并將其作為基礎進行研究，研究內容也局限在這一主體研究成果之上。研究理論的不健全，土體結構的復雜性，導致很多問題僅僅停留在表面，并未形成全方位的體系，理論研究局限性顯著。

第二階段（1960年后至今）：現代土力學階段[2]。之所以稱之為現代土力學的階段，主要是在這一階段土力學理論已經基本形成。研究的開展主要以羅斯科臨界土力學為基礎，這一土力學新理論的提出，使得理論研究領域對土力學的研究逐漸深入，步入到一個新的境界當中。對于土力學的本質而言，已經能夠開始綜合考量土體受力后的強度、穩定性以及應變狀況，并輔以多種外來因素實現綜合衡量。

土力學理論發展至現代，理論研究已經形成固有的發展體系，使得土力學理論被廣泛地應用到各個領域，為現代人類文明建設提供保障。

2 土力學理論面臨的挑戰

面對土力學理論的挑戰，不單單是對土力學研究領域的考驗，更是對研究學者的一種考驗。土體本身與周邊貯存的環境以及所涉及到的范圍相關性較大，應對變化的范圍十分巨大，這也是導致土力學理論以及體系范圍不斷擴張的根本成因，使得經典土力學理論不斷得到拓展與變化，滿足現代社會的發展要求。隨著社會生產生活需求的增加，現代文明的沖擊需要土力學理論更多衡量多種環境的作用及荷載，以便理論涵蓋面被擴展，與社會需求保持一致性。

土力學理論的發展，已經經過近一個世紀的時間，取得巨大進步。但結合現有對土力學理論的研究環境分析，土力學理論面臨的挑戰主要表現為：

（1）并未形成嚴格、統一與完備的土力學理論。土力學的發展，總結現有的土力學理論，雖然研究內容較多，但并未形成一個相對完善的理論體系，通常是處于一種半理論、半經驗的發展階段。具體表現為：在大多數的理論成果當中，假定滲流、變形以及強度三者之間并無顯著的關聯性，并且滲流與變形的產生同樣是依據不同假設生成。這種現象的出現，使得土力學各個章節之間缺少有機的統一與協調；基礎的研究公式與方法隨處可見；經驗、工程判斷等還能夠發揮出重要作用。上述因素的產生，在一定程度上影響著土力學的基本范疇，雖然理論研究成果逐漸完善，但在本質上并未形成一個完整的土力學理論體系，還有待于理論的增強以及研究深度的探索。

（2）一般意義的非飽和土的行為研究并不夠充分，現有認知不夠完善。飽和土力學是該理論廣泛被應用的一個基礎內容。但受到圖層自身本質的影響，通常處于一種非飽和的狀態下。例如，我國大面積分布的膨脹土、濕陷性黃土等特殊土皆為非飽和土。即便是飽和土本身也是非飽和土的一種基本形態。根據調查資料顯示，世界上超過60%以上的國家正在受到非飽和土帶來的工程危害[3]?；诖?，一般環境下的非飽和土的行為研究并不夠充分，認知不夠全面。

（3）多種環境載荷作用下，多場耦合統一與完備的理論并未形成。關于多環境載荷作用下對于多場耦合的研究，已經并非是一種單純的理論研究內容，已經成為國內外的研究難題。土力學涉及到的各項環境因素較多，包括土體應力、滲流以及溫度等變化。對該問題的研究，能夠有效解決多種工程問題。傳統的多場耦合通常是基于主觀視角下進行探索，缺乏嚴格統一的基礎與標準，進而使得這種理論在工程領域的應用過程中無法發揮出實效。

面對上述挑戰，土力學理論并不能夠要求現實環境與工程問題去適應現有的土力學理論內容，更需要將土力學理論與實際工程問題進行融合，以便于適應多種環境，為現實環境中的工程問題有效解決做出探索。

3 結論

綜上所述，憑借現有知識，對相關輔助的資料進行查閱與整理，對土力學理論的基本發展及面臨挑戰進行分析，進而旨在提出土力學理論當中真正面臨的相關問題及挑戰，為理論上有效解決上述問題做出探索。

參考文獻：

[1]趙成剛，韋昌富，蔡國慶.土力學理論的發展和面臨的挑戰[J].巖土力學，2011，10（12）：352-354.

[2]李琳.土力學在工程項目中的應用分析[J].山西建筑，2014，11（18）：165-166.

[3]龍杰.土力學發展概況[J].科技資訊，2014，12（11）：222-225.