对《土力学与岩土工程》学科专业系列课程的若干讨论谢定义

对《土力学与岩土工程》学科专业系列课程的若干讨论谢定义西安理工大学岩土工程研究所《土力学与岩土工程》学科专业系列课程《高等土力学》、《岩土工程学》，《试验土工学》、《岩石力学》、《非饱和土土力学》、《土动力学》、《黄土力学》、《基础工程学》，其他一些特色课程。___________________________《高等土力学》、《试验土工学》、岩土工程学》—分别侧重于理论、试验和工程。《基础土力学》—《高等土力学》的基础，《基础土力学》《基础土力学》的体系传统型的体系土的物理性质、力学性质，土中应力、地基承载力、土坡稳定分析、挡土墙土压力，地基处理。专题型的体系土的基本物理性与土体的压实问题，土的渗透性与土体的渗透稳定问题，土的压缩性与土体的变形稳定问题，，土的抗剪性与土体的强度稳定问题等。工程型的体系以典型工程带教学,如:土坝工程的土料选择、渗流计算、沉降计算和边坡稳定分析等；桥梁工程的地基承载力、地基处理、桥台土压力计算等。认识论型的体系由提出问题、分析问题、到解决问题的“三部曲”体系，突出人们对一个新事物认识的基本规律。土力学的认识论体系提出问题根本任务“研究土和土体变形强度特性规律及其工程应用问题”分析问题分析影响因素从内部因素(物质结构因素)、外部因素（环境条件因素）和时间因素（时间过程因素）诸方面揭示影响土变形强度特性变化的实在因素，展现土力学中需要全面考虑的特性和现象，建立对土本质特性的具体认识，学会土力学思考问题的方法，感受解决这些问题对一个土木工程师的重要性，为从空间和时间全面思考问题打下初步的基础；分析力学规律从土与力的关系上系统地考察土变形强度变化的基本特性规律和定理，给出从数学、力学角度可以进行定量分析的基本参数及基本关系式；解决问题解决地基的承载力与增稳问题，边坡的稳定性与增稳问题，支护的土压力与增稳问题，从土体与土在变形强度特性规律上的联系，将土性规律应用到各类工程的土工问题中，介绍解决问题的具体方法、技术措施和深化研究的方向和问题。也就是说，体现出土力学以学科特点为依据（坚持从“多孔、多相、松散”介质这一根本特点思考土力学问题）；以影响因素为前提（认识内在因素、外在因素和时间因素对土性变化的本质影响）；以力学特性规律为中心（掌握土的压缩特性、抗剪特性、渗透特性、压实特性、动力特性等方面的基本规律）；以工程应用为目标（解决地基的承载力问题，土坡的稳定性问题，挡墙、洞室及埋管上的土压力问题）的特点。《基础土力学》的框架体系第一章就是提出问题的绪论；第二、三章就是关于内在因素、外在因素、时间因素的分析；第四、五章就是关于土与力之间基本关系与其指标的分析；第七、八章就是关于土的静力特性规律在地基、土坡、和支护结构设计计算中的应用；第九章就是关于土的动力特性规律在地基、土坡和支护结构设计计算中的应用；第十章是以“土力学及其走向实用”问题为重点的总结。绪论土力学的学科特点（研究土和土体变形强度特性规律及其工程应用问题的学科）；土力学的重要性（“世间绝不会有空中楼阁”）土力学的对象（“多孔、多相、松散”介质）、土力学的任务（认识土、利用土、改造土）、土力学的方法（使土工试验与力学原理以及具体条件紧密相结合）、土力学的的发展现状（三个发展阶段，一个大“家族”，四根支柱）。影响土变形强度变化的内在因素(物质结构因素)从土的三个组成相（固相、液相和气相）的物质在其特性状态、相对含量、相互作用和运动形式等方面来分析其对土变形强度特性的影响，既为了解土提供本质依据，又为改造土提供基本途径。———————————————————基本相态特性对土变形强度特性的影响（粒度特性，密度特性，湿度特性，结构特性）三相作用特性对土变形强度特性的影响（双电层，收缩膜，结构性）土工程分类的依据与方法按粒度基本性分类（无粘性土和粘性土，以及它们的亚类）按湿密状态指标的补充性的分类（密度状态；湿度状态；稠度状态）。按土主要特征的特殊性分类（湿陷性黄土，膨胀性土，冻土，软土，填土，有机质土，盐渍土等等）土特性指标的主要测算方法（测试指标与推算指标；直接推算与三相图推算）影响土变形强度变化的外在因素（环境条件因素）加、卸载引起的作用力，增、减湿引起的等效力，渗流引起的渗透力，地震，机器、行车、海浪或大风引起的振动力，以及打桩施工等引起的扰动力等，是影响土变形强度变化主要的外在因素—————————————————加、卸载及其作用土自重应力与附加应力；压应力与剪应力；压缩与回弹；剪缩与剪胀；应力状态、应力历史、应力路径、应力性质、应力类型、应力水平增、减湿及其作用胀缩与湿陷；饱和与非饱和；增湿状态、增湿历史、增湿路径、增湿性质、增湿类型、增湿水平渗透力及其作用渗透力与水力坡降；流场与流网；流土与管涌动荷载及其作用振陷与液化；施工扰动力及其作用扰动与环境影响土变形强度变化的时间因素（时间过程因素）土的变形强度特性将随时间的增长而变化——————————————固结特性主固结与次固结；有效应力与孔隙压力流变特性蠕变、松弛、长期强度土变形强度特性变化的主要规律（一）——压缩性、剪切性、渗透性、击实性的特性规律压缩、剪切、渗透、击实的特性规律是土最基本的特性规律————————————————————法向应力与变形之间的关系――土的压缩特性规律压缩试验、压缩曲线、压缩性定理、压缩性指标（压缩系数、压缩模量、压缩指数、体积压缩系数回弹模量、回弹指数，、变形模量）剪应力与抗剪强度之间的关系――土的抗剪特性规律抗剪强度试验、抗剪强度曲线、抗剪性的库仑（Coulomb）定理、抗剪性指标（内摩擦角和粘聚力）渗透流速与水力梯度之间的关系――土的渗透特性规律渗透试验、渗透曲线、渗透的达西(Darcy)定理、渗透性指标（渗水系数与渗气系数）击实功与压实密度之间的关系――土的压实特性规律击实试验、击实曲线、击实性指标（最优含水量和最大干密度）土变形强度特性变化的主要规律（二）——固结、静三轴、动三轴试验的规律考虑时间变化及复杂应力条件影响的特性规律是土重要而实用的规律————————————————固结变形量与时间之间的关系――土的渗压固结特性规律固结试验、固结曲线、渗透固结理论、固结特性指标静力三轴（常规）应力与应变之间的关系――土静力三轴应力应变的特性规律静力三轴试验，静应力应变曲线，静力三轴试验的土变形强度指标，极限平衡条件，邓肯－张(Duncan-Chang)的土非线性弹性模型，动力三轴应力与应变之间的关系――动三轴应力应变的特性规律动力三轴试验，动变形强度曲线，动力变形、强度指标，Hardin-Drenevich等效线性粘弹性模型土的静力变形强度特性参数与规律在工程计算分析中的应用(一)——地基工程问题地基工程要求满足地基的变形条件和强度条件,即地基内土层变形所引起的沉降量不超过上部结构的容许值；由基底下传的应力不导致地基发生整体或局部的破坏，而且均要保证一定的安全系数。—————————————地基中应力的计算地基变形量（基础沉降量）的计算地基固结过程（基础沉降过程）的计算地基承载力的计算地基增稳的途径与措施土的静力变形强度特性参数与规律在工程计算分析中的应用(二)——土坡工程问题在土坡工程中，自然土坡和工程土坡（挖方土坡与填方土坡）具有不同的变形和强度稳定特性。土坡工程应该从变形和强度两方面来回答下列问题“一定条件下土坡是否能够保持要求的稳定性”“一定稳定性要求的土坡应该有多大的坡比与怎样的坡形”—————————————————土坡沉降变形的计算土坡沉降变形过程的计算土坡稳定性的计算土坡稳定性的增强途径与措施土的静力变形强度特性参数与规律在工程计算分析中的应用(三)—支护工程各种支护结构上的土压力问题是决定支护工程变形强度稳定性的主要荷载。支护工程的计算和增稳都是重要的。———————————————————挡土墙上的土压力问题主动土压力、被动土压力，静止土压力朗肯土压力理论、库伦土压力理论挡土墙减压和增稳的基本途径与措施地下埋管上的土压力问题埋管上土压力计算的等沉面理论埋管工程减压增稳的基本途径与措施隧道衬砌上的土压力问题塌落拱理论；散体平衡理论隧道衬砌支护减压增稳的措施与途径土的动力变形强度特性参数与规律在工程计算分析中的应用在土木工程中，地基的动承载力问题、边坡的动力稳定性问题与挡土墙的动土压力问题等，都是同土的动变形强度特性规律密切相关的问题。如果土的变形强度特性不会因动力作用而发生显著的变化，则拟静力分析法仍然可以得到相当准确的结果。否则，则需考虑土性的变化，或将土的动本构模型引入，采用动力时程分析法进行计算。———————————————地基的动承载力与液化可能性分析土坡动力稳定性的分析挡土墙上动土压力的分析增强土体动力稳定性的基本途径与措施结论－土力学走向实用的道路土力学走向实用是土力学最根本的方向。在目前，注意通过土工试验认识对象；注意通过简化假定建立理论；注意利用综合判断辨别土体安危；注意通过人工处理保证土体稳定；注意做好方案比较寻求优化；注意加强深化研究解决难题，是土力学走向实用必须注意的几个重要方面。———————————————对土力学认识的简要回顾土力学的主要观点和线索土力学的重要名词、公式、图式与曲线土力学走向实用的道路土工试验、简化假定、综合判断人工处理、方案比较、深化研究《高等土力学》《高等土力学》要对《基础土力学》的既有知识进一步加深、加宽，使其更加完整与系统要瞄准发展本门学科和解决实际复杂问题的需要要立足于理论与实际的前沿，为理论与实际在更高层次上和更大范围内的紧密结合打好必要的知识基础——————————————因此，它需要在材料选取上，以理论土力学、试验土力学、应用土学与计算土力学在高度概括、合理选择基础上的综合为背景并且动态地由丰富的成果中吸取具有代表性的理论、观点和方法它需要在讨论的问题时，既注意围绕着它的基本前提条件、考虑问题的思路、简单的历史概述、最基本的概念、理论和方法，又注意发展趋势和需要进一步解决的问题，以及主要参考文献介绍等各个方面20世纪土力学发展中的重大事件1）在有效应力原理、渗透固结理论、极限平衡理论的基础上、建立了理论土力学的雏形。2）本构关系的研究改变了将一个本来由应力、应变、强度到稳定连续发展的过程被人为割裂开来的局面。3）非饱和土力学研究的复苏将在广义土力学理论的建立中发挥重要的作用。4）土力学的研究已经超越了一般地质土的范围，向类土材料和空间土延伸，5）土质结构的微观细观研究使土材料作为一个具有复杂力学、化学特性的结构体解释了一系列关于土质结构特性发生和发展的机理。6）非确定性研究将概率统计方法和可靠度理论引入土性指标和土体稳定性的分析，使土力学对于土体稳定性的评价更加接近事物的本来面目7）几十年来土力学的多种理论和多种方法经受了多方面的检验，筛选、淘汰、修正等历史性的抉择。8）原状取土技术，土工室内测试技术，原位测试技术，模型实验技术，土工离心模型实验技术以及原形观测技术等的发展与配合，形成了土力学发展中强有力的支柱。在测试数据与土质特性之间建立了大量的经验关系。9）数值方法做为一种有力的手段，孕育着土工实验技术划时代的大转变。10）土力学研究中已经把材料、结构与工程环境相互作用的研究提到了重要地位，11）土动力学作为土力学的一个新兴的学科分支，已经建立了比较完整的理论体系和工程应用方法，在土工抗震防灾中发挥着日益重要的作用。12）土力学研究从土性因素与力学因素拓展到它们与时间因素的结合，揭示了土体长期变形与长期强度发展奥秘，建立了流变理论。《高等土力学》的框架体系《高等土力学》应该包括土材料和土体两个方面当前研究的主要理论与方法，并以土力学的理论为主线，带动它所涉及有关实际问题的处理方法，使它们之间有机而正确的结合。————————————————————对于土材料应该包括：土的物质结构理论，土的应力、应变理论，土的强度理论，土的变形、本构理论，土的渗透理论，土的固结、流变理论，土的强化理论对于土体应该包括：土体的松散介质极限平衡问题，土体的楔体极限平衡问题，土体的