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建筑工程概述之土力学         ★★★
建筑工程概述之土力学
作者:admin 文章来源:jianshe99 点击数:4016 更新时间:2008-9-2 9:02:50
建筑工程概述之土力学
2008-8-10 11:42

  土力学是工程力学的一个分支学科,主要用于土木、交通、水利等工程,从土的应力、应变和时间关系出发,研究地基承载力、侧壁土压力、土体变形和边坡稳定性等课题。

  土力学研究的对象是位于地壳表面数米至百余米深度范围内土层的力学问题。与土力学相邻近的有关学科,在地质方面有工程地质学,在岩层方面有岩体力学。土力学、工程地质学、岩体力学综合用于工程实际又称为岩土工程。

  远在几千年以前,中国和其他文明古国在兴修河堤和宫殿的工程中,已经开始用夯实土筑堤和用木桩加固地基,从生产实践中逐步积累有关土力学的知识和经验。

  库仑1773~1776年间提出土的抗剪强度法则和挡土墙土压力计算理论,兰金1857年提出土在塑性平衡状态下的应力计算理论,泰尔扎吉1923~1925年间提出土的有效应力概念和一维固结理论,费莱纽斯和泰勒1927~1937年间发表土坡稳定性的圆弧滑动分析方法。

  与此同时,土的钻探和原状取样技术以及三轴试验技术不断发展。泰尔扎吉1925年写成《土力学》专著,随后又于1942~1948年间写成《理论土力学》和《工程实用土力学》。土力学于20世纪30年代开始成为各大学土建、水利系的必修学科之一。

  二十世纪40~60年代,在土的基本性质方面,对于各种特殊土以及土的应力状态、应变数值、孔隙水压、加载速度、主应力方向等复杂因素所产生的影响发表了大量的研究报告,从而加深了对于土的力学性质的了解,并使三轴试验所测定的力学指标更接近实际。

  在计算理论方面,开始将散体静力学、流变学引入土力学的计算研究。并对三维固结作用、土中水渗流作用、滑坡长期作用的机理等问题有了大量研究报告和论著。在此期间,土动力学由于地震灾害而日益受到重视。但是,由于一般的数学解析方法不可能包括所有的复杂因素,土力学在生产工作中的计算理论一般采用弹性力学的假定。并以经验判断作为考虑复杂因素的辅助或补充。

  二十世纪70年代以来,由于电子计算机的普及和应用,过去用解析方法所难以计算的复杂土力学问题,如非均匀介质、非线性材料性状、现场应力条件、材料性质的空间和时间变化等,现在已有可能用数值分析方法加以计算。

  与此同时,对土的应力、应变和时间之间的关系,即本构关系的描述,已提出100多种数学模型,包括,线弹性、非线性、弹塑性、粘弹性、粘塑性、反复荷载等各种模型。对于每一种新的数学模型,目前正在研究与之有关的新参数,并在工程实际中进行观测验证。由于测定新参数的技术复杂,并且观测验证的工作需要较长时间。这些研究工作还正在进行中。

  土力学主要研究土的物理力学性质,研究土的矿物化学性质,土的结构、分类、物理和力学性质、本构关系,它们之间的相互联系,以及进行这些研究工作所必需的勘探技术、取样技术、室内和野外的土工试验技术等;

  还研究土与各种建筑物接触面上的应力和变形,包括天然地基、桩基、沉井、挡土墙、地下洞室、锚杆等建(构)筑物的作用和有关土体的变形,以及进行这些研究工作所采取的数学模型、参数测定和数值分析方法等。

  土的稳定性研究主要是土坡和地基的极限平衡和长期稳定性,包括路堤、土坝以及与之有关的土中水渗流、土的流变和长期强度等。

  土体动力学研究土体在动力作用下的变形和稳定性,包括机器振动、地震、爆炸、车辆、风、波浪等引起的振动对于地基、土坝、路基和挡土墙的影响等。

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