土力学研究内容是什么(土力学主要研究内容及工程意义)

导语：土力学研究内容

“土”一词在不同的学科领域有其不同的涵义。就土木工程领域而言，土是指覆盖在地表由岩石风化形成的松散的、没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物。土与岩石的区分仅在于颗粒间胶结的强弱，所以，有时也会遇到难以区分的情况。

例如与铁和水相比，你是不是觉得挺难回答的。这是因为土(土质材料)有以下特征：

(1)土通常是由土颗粒、水和空气组成的三相混合体。只含有土颗粒和水而没有空气的土称为饱和土；只含有土颗粒和空气而没有水的土称为干燥土；由土颗粒、水和空气三者共同组成的土称为不饱和土。像土这样的多相混合体，不仅要考虑土体整体的性质和运动规律，还应考虑组成土体的各相的性质和运动规律。

对于人类来讲，土是一种非常难以处理的材料。“有效应力”(effective stress)的思考方法就是基于土是多相混合体而产生的一个重要概念。

(2)土的本质在于它是离散的颗粒的集合体。这样的集合体既不是气体，也不是液体，也不是固体(土颗粒本身是固体)，而是称之为“粒状体”(granular material)的集合体。砂土就是这样粒状体的集合体；这很容易理解。那么粘土又该如何解释呢?粘土在电子显微镜下的照片。

由该照片可以看出，粘土也是微小的扁平状粒子的集合体。从而可知土与金属等材料相比具有很大的不同。从金属材料的观点来看，可以认为土质材料最初就是已被破坏了的碎末。因此，通常会产生这样的疑问，这样的材料怎么能支撑得住构筑物呢?土体基本粒子间的粘聚力几乎不存在，只是依靠土颗粒间的摩擦力承受荷载，所以土的变形和破坏受着“摩擦法则”(frictional law)的支配。而且，粒状材料的颗粒之间在荷载作用下位置相互错动，随着剪切变形的增加还会产生体积变化，即发生“剪胀”(dilatancy)。

(3)土是天然的产物，不是人类按照某种配方制造出来的。即使通过破碎岩石可以获取碎石，但岩石本身也是天然的，所以在这方面土与钢铁、混凝土是完全不同的。

综合以上特征，可以认为土是一种难以理解、非常复杂的材料。并且不论是砂土还是粘土都是离散的土颗粒的集合体，土颗粒问的粘聚力从本质上讲几乎不存在，只是土颗粒间的摩擦力起作用来承受荷载，这是土的本质中最为重要的一点。所以土会由于土粒间孔隙水压力的作用使土颗粒相互分离，在水中如果土颗粒呈悬浮状态则会像水一样地流动。例如，由于地震作用使土中孔隙水压力上升，土颗粒呈悬浮状态的现象称为“地震液化”(1iquefaction)现象。所以土是一种既令人生畏而又很有意思的材料。

在美国国家航空航天管理局(NASA)乘宇宙飞船飞往月球的研究者中，也有以土这种与人类生活密切相关、具有很多特性、又难以用公式表达其规律、甚至有点离奇的材料为研究对象的研究人员。

土力学很难学懂的另一点是，针对不同的研究内容对土的应力应变特性作了不同的假定。如果不能认识到这一点，就会觉得学习土力学时，考虑得越深头脑就越混乱。

在“土中的水及其流动”中，在考虑土的渗透性时，把土分为土骨架和孔隙水两部分，并且把土骨架看成是刚体(不变形的材料)，把孔隙水看成是具有粘滞性的流体。在“弹性地基中的应力和变形”中，把土体整体看成是弹性体(像弹簧一样，应力与应变成比例)。在“土的固结”中，把土的骨架看成是弹性体，把孔隙水看成是具有粘滞性的流体。在 “土压力”、 “地基承载力”和“边坡稳定”中，均把土体整体作为刚塑性体(达到某应力值时产生破坏，变形不能恢复)。像这样随着研究内容的不同，对土的应力应变特性的假定也不一样，这是很麻烦的。

“那么土到底是什么材料?是弹性体?还是塑性体?还是粘性体?”是不是可以这样回答：“土并不是简单的弹性体、塑性体，或者粘性体，而是上述特性兼有的粘弹塑性体。”土是一种奇特的、既令人生畏又很有趣的材料，具有非常复杂的力学特性。

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