2012-4-25土力学学科发展的现状与展望殷宗泽摘要分析了土力学学科发展的现状，讨论了今后发展的趋势，对于主要几个研究领域中比较成熟的部分和比较活跃的部分进行了分析，提出了如何发展土力学学科的看法.关键词土力学；土体的变形与稳定；非饱和土；环境土工；地基加固1925年太沙基出版了世界上第一本土力学专著，从而开创了一门新的学科.70 多年来，这门学科蓬勃发展，形成了完整的理论体系，并在工程实践中发挥了重大作用.现代的建筑工程愈来愈多样化、复杂化、大型化. 房屋从一般楼房发展到多层、高层、超高层；交通设施由普通公路、铁路发展为高速公路、高速铁路；土石坝的高度已由几十米发展到百米级、二百米级，乃至三百米级；桥梁、码头、机场也愈来愈大；此外还有大型的地下工程. 这些都对土力学学科提出了更高的要求，从而大大刺激了学科的迅速发展.土力学所要回答的两大基本问题仍然是土体的变形和稳定. 不过，复杂的工程问题所要回答的不再是一维竖向变形，以及沿给定面上的抗剪强度，而是要考虑各种因素对变形和稳定的影响，譬如荷载的多维性、荷载随时间的变化、重复荷载、振动荷载，地层条件和边界形状的复杂性，土体类型和结构的复杂性，饱和程度的变化，物理状态的变化，渗流和孔隙压力的存在，土与结构的相互作用，时间、温度等因素的作用等等. 这引出了土力学学科许多领域，如土体本构理论、强度理论、固结理论、流变理论、非饱和土力学理论、土压力理论、边坡稳定和地基承载力理论、土动力学、环境土力学、地基加固的方法与理论等.土力学的这些领域在21世纪都要发展，都会发展，而且各领域是互相联系、互相影响的，不可偏废. 但也要承认，发展是不平衡的，有些领域会相对地比较稳定，有些则可能会有突破性发展. 分清哪些领域有较大发展余地，即所谓发展前沿领域，哪些相对稳定，对于我们确定今后的研究工作重点是很有必要的.所谓前沿领域，须具备两个条件：（a ）有重要的学术意义和工程实用价值，在该领域的突破能推动学科的发展，并在工程中发挥重大效益；（b ）当前在理论上还不够成熟，有突破的可能性. 有些理论已经相当成熟了，就很难有新的突破，如数学中的微积分，力学中的理论力学等. 同样，土力学中也存在相对较成熟的领域，只是由于土的复杂性以及土力学还比较年轻，至今还没有哪一个学科领域成熟到能与微积分学相比的地步. 正是由于年轻，土力学中的许多学科领域还不成熟，还有较大发展余地. 研究工作的重点自然应该放在那些相对地不太成熟的领域和课题上. 因此，分清哪些相对成熟，哪些有较大发展余地很有必要.本文拟对此作粗浅的讨论. 文中没有覆盖土力学学科的全部领域，笔者了解较少不敢妄加评论的内容没有列入.1 土工测试土体力学规律不是凭空想出来的，它依据试验，包括室内和现场试验，又可分样品试验和模型试验. 样品试验，无论试样大小，都只能代表土体中的一个点.一个点在各种状态下的性能由试验给出，再用数学方法给出土体中各点所处的状态(受力、变形、渗流)，则总体规律可得. 模型试验是一个缩小了的总体，仍然要通过某种方法推广到原型总体.而现场观测是对实在总体作直接研究，也是一种 1 ∶1 的模型试验. 各种试验方法有各自的特色和相互无法代替的用处，这就决定了它们需要全面发展.2 固结理论可以说饱和土的固结理论已经成熟. 太沙基把土体的压密与渗透结合起来，推导了一维的固结微分方程. 它恰当地反映了土体固结的机理. 在一维条件下，它是精确的［1 ］. 依据该微分方程，已经给出了各种实用情况下的解析解，包括边界的透水与不透水、荷载随时间线性增加、双层土地基、土层厚度随时间变化等［2 ］，还可以反映简单的非线性固结问题. 对于较复杂的边界条件、加荷条件，可用有限元或差分法求解..3 土坡与地基稳定性自从弗伦纽斯提出圆弧滑动法以来，已经出现了数十种土坡稳定分析的方法，包括极限平衡的方法、极限分析方法、有限元法等. 其中摩根斯坦的方法、陈祖煜修正的方法以及杨布方法，都较完善地处理了力的平衡关系，且可考虑任意形状滑面. 孙君实从极限分析和模糊极值理论建立了稳定分析方法，其计算结果与摩根斯坦的也很接近［1 ］. 不少研究表明，满足总体平衡几个条件的方法，不管作了什么样的补充假定，其计算结果都比较接近，误差不超过5%，即使简化毕肖普法误差也不大［8 ，9 ］. 可以说，计算土坡稳定安全系数的方法已经达到了相当高的精度，而且其上限、下限也已能估计出来，再作什么改进也不会有质的飞跃了.4 土体的强度和本构关系土体的强度和本构关系是土体的基本力学性质，两者又是紧密相联系的. 讲应力应变关系不能不涉及强度，有人从广义的角度来谈本构关系，也包含强度. 因此，这里将两者放在一起讨论.关于土体的变形，起初人们只注意到竖向变形，即沉降.大学教材中至今也只讲沉降. 对于建筑物较小、地基条件不复杂的情况，确实只要考虑竖向变形就行了. 然而，随着建筑的多样化、大型化、复杂化，不考虑侧向变形就难以正确设计建筑物. 以土坝为例，过去坝较低，二三十米，以均质坝为主，只要边坡稳定就行. 估计一下沉降量仅仅为了知道要补充多少填土的方量. 现在是百米乃至二百米高土石坝，不再是均质的，常设有混凝土防渗墙，坝产生多大水平位移，防渗墙能否适应这样的水平位移，就成了设计中的关键问题. 因此，必须要考虑二维乃至三维的变形，这就要求发展土体的本构模型理论.9 结论土力学作为独立的学科，已有70 年的历史.70 年对一门学科的发展来说，犹如早晨八九点钟的太阳，正处在蓬勃发展的阶段. 土体十分复杂，这给土力学学科的发展增加了难度，也提供了宽阔的余地. 土力学学科中已有些成熟的理论，但更多的是不完善、不成熟，大部分领域都有值得深入研究的课题. 随着科学技术的飞速发展，预期在新的世纪土力学学科也必将出现多方面的重大突破.作者单位：河海大学土木工程学院南京210098作者简介：殷宗泽，男，教授，博士生导师，岩土工程专业，主要从事土力学研究.参考文献[1] 钱家欢，殷宗泽 . 土工原理与计算. 第2 版.北京：中国水利电力出版社，1996.216 ～218[2] 黄文熙. 土的工程性质. 北京：水利电力出版社，1983.148 ～161[3] 殷宗泽. 土体的沉降与固结. 北京：中国电力出版社，1998.39～42[4] 陈正汉. 非饱和土固结的混合物理论——数学模型、试验研究、边值问题：［学位论文］. 西安：陕西机械学院，1991[3] 赵成刚等.土力学原理[M]，北京：清华大学出版社和北京交通大学出版社，2004:329-330.赵成刚(北京交通大学土木建筑工程学院, 北京100044)1、土力学的发展状况土力学是岩土工程的理论基础。

由于土体的工程性质非常复杂和易变，其不确定性非常大，迄今也未能摆脱经验的成分。

太沙基1948（Terzaghi）[1]指出‘岩土工程与土木工程中的其它工程相比更加依赖于实际经验。

岩土工程一般得按一些简化的经验规律进行设计，但是只有已获得丰富经验的工程师才能安全地使用这些规律。

’由此可见经验的重要性。

如果把土力学的发展过程比作人的一生的话，则土力学目前处于发展的幼儿阶段，距稍微成熟的青年期还尚有一段距离。

其主要原因在于它还没有建立起一个坚实的理论基础，各种概念和方法之间缺少有机的联系和统一的理论基础；经验主义和经验公式还随处可见并居于重要的地位，这就是土力学不成熟的标志。

因此，通常认为土力学是一门半科学、半艺术的学问。

这就是经典土力学或太沙基时代（1925-1963）土力学的情况。

随着研究的深入，现代土力学迅速地发展，土力学在由经验逐步过渡到理论方面取得了重要的进展。

到目前为止，是否可以说土力学也和土木工程中的其它学科（例如钢结构、钢筋混凝土结构等）一样已经摆脱了半理论半经验的状况呢？我个人认为目前还没有摆脱这种状况。

让我们考察一下土力学处于半理论半经验状况的原因[2]：1）没有坚实的理论基础，各种概念和方法之间缺少有机的联系和统一的理论基础；2）土是自然沉积而形成的，通常是不均匀的；仅靠少数几个空间点的土样试验结果难以全面地描述不均匀建筑场地整体的物理力学性能；3）土的三相性导致土体的物理力学性质非常复杂和易变，难以准确地用数学模型描述；4）土的边界条件难以准确的给出或确定；5）由于扰动、易变以及测试误差的存在，土性参数很粗糙，它很难准确和高质量地得到；6）受目前测试仪器和测试水平的限制，难以满足复杂本构模型对测试参数在多样性和质量上的要求。

7）土的抗剪强度的工程测定方法几十年没有本质的变化（指饱和土），难以对建筑场地中土的强度给出全面而准确的评价，其测定的结果不确定性很大。

大师关于土力学发展与展望的综合述评卢肇钧院士认为，土力学应当是一门兼顾基础和应用的技术科学。

基础研究以认识客观世界的物质结构、各种基本运动形态和运动规律为已任、它不着眼于当前的应用。

但在另一方面．应用研究则—般有明确的目的．是为了进一步发展某门技术，在科学的指导下总结实践经验．得到生产过程中所需要的设计方法，施工技术．规范管理等系统技术知识，以发展和提高生产力。

科学产生技术，技术推动科学。

这两者互相促进，有非常密切的关系。

应用研究也要从认识规律出发，只有认识了才能更好地运用它去发展生产技术。

所以在应用研究中间也需要有一部分“应用基础研究”。

这就是土力学的发展必须兼顾基础与应用两个方面的原因．为了展望土力学未来的研究发展方向．土力学及基础工程学会邀请我国各方面有代表性的学者发表了他们的学术见解，并加入部分外国学者见解．黄熙龄院士(中国建筑科学研究院研究员)的看法摘要土力学的发展有两条路径．一是土的物理力学性质及在自然力作用下沉积变化的规律，所谓自然力指地球形成过程中影响物质组合和运动的诸因素．二是工程中的土力学问题，它在规定的条件下，规定的时间内。

已定的地质条件和工程要求，针对土体可能发生的变形以及工程对变形的敏感性、采取某些技术措施，限制土的变形使不致危及工程的安全或功能的损失．包括人的生命和安全感，就房屋工程而言．高重建筑只不过百余年来发展起来的，为解决地基的承载力不足、箱基、筏基、地基处理、桩基相继发展，从而带来许多新的力学课题，边坡治理，围海造地等等。

这些统称为基础工程．所以土力学发展与工程规模的扩大是同步进行的、是实践中逐步发展的。

从目前中国的建设情况看，土力学发展主要方面有以下不成熟的设想。

（１）发展原位测试技术、现有原位测试方法如标贯、触探只能用于中小型工程、钻孔取土愈深、土的结构破坏愈大．房屋的损坏是沉降不均引起的。

如何解决在正常使用状态下的地基承载力应列为重点研究对象。

(3) 上部结构与地基共同作用问题，这是房屋地基设计及基础计算中的重要课题，它涉及地基应力分布．地基变形计算，上部结构对沉降敏感性及调整变形能力等．必须注意到，目前采用后浇带或局部桩基的办法代价很高，后浇带的质量也令人怀疑。