第1章 有效應(yīng)力的概念及其發(fā)展歷程

1.1 土力學(xué)發(fā)展過(guò)程簡(jiǎn)述

人類和土打交道的時(shí)間幾乎和人類的歷史一樣長(zhǎng)，然而土力學(xué)學(xué)科的發(fā)展歷程卻很短。有資料記載的最早有關(guān)土力學(xué)的理論研究可以追溯至18世紀(jì)70年代，1773年Coulomb發(fā)表有關(guān)材料強(qiáng)度的論文，提出了抗剪強(qiáng)度的庫(kù)侖定律，后由Mohr發(fā)展和完善，建立了土的Mohr-Coulomb強(qiáng)度理論，成為土的強(qiáng)度和破壞理論的基礎(chǔ)，并且為土壓力計(jì)算、地基承載力和土坡穩(wěn)定分析提供了理論根據(jù)。1776年庫(kù)侖提出建立在滑動(dòng)土楔平衡條件分析基礎(chǔ)上的土壓力理論，發(fā)展了擋土結(jié)構(gòu)土壓力的計(jì)算方法。1857年Rankine提出了建立在土體的極限平衡條件分析基礎(chǔ)上的土壓力理論。1856年Darcy通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)提出達(dá)西滲流定律，為建立滲透理論和滲流力學(xué)奠定了基礎(chǔ)。1885年Boussinesq和1892年Flamant分別提出了均勻的、各向同性的半無(wú)限體表面在豎直集中力和線荷載作用下的位移和應(yīng)力分布理論。20世紀(jì)初，Prandtl根據(jù)塑性平衡的原理，研究了堅(jiān)硬物體壓入較軟的、均勻的、各向同性材料的過(guò)程，導(dǎo)出了地基極限承載力公式。在此基礎(chǔ)上，Terzaghi、Meyerhof、Vesic和Hansen等分別進(jìn)行了修正、補(bǔ)充和發(fā)展，提出了各自的地基極限承載力公式。

盡管有許多關(guān)于土力學(xué)理論的研究成果，但是在Terzaghi之前，這些研究是分散和不系統(tǒng)的。Terzaghi對(duì)于土力學(xué)學(xué)科的建立做出了重要貢獻(xiàn)，主要體現(xiàn)在兩方面：一是按物理性質(zhì)把土分成黏土和砂土，并把當(dāng)時(shí)零散的有關(guān)土力學(xué)的定律、原理、理論等加以整理和系統(tǒng)化，形成土力學(xué)理論體系的基本框架；二是提出飽和土的有效應(yīng)力原理并建立了土的一維固結(jié)理論。Terzaghi在1925年出版的《土力學(xué)》是最早的系統(tǒng)論述土力學(xué)知識(shí)體系的著作。1943年他出版了《理論土力學(xué)》，1948年他與Peck合著了《工程實(shí)用土力學(xué)》，初步建立了比較完整的土力學(xué)和巖土工程的知識(shí)體系。因此，Terzaghi被認(rèn)為是土力學(xué)學(xué)科的奠基人。

Biot在Terzaghi有效應(yīng)力原理和固結(jié)理論的基礎(chǔ)上，給出了土力學(xué)的基本平衡方程——Biot固結(jié)方程。有效應(yīng)力原理以及建立在有效應(yīng)力原理基礎(chǔ)上的Biot固結(jié)方程成為建立土力學(xué)學(xué)科的基石。在Terzaghi之后，土力學(xué)的主要進(jìn)展體現(xiàn)在應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系研究、土工結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變的數(shù)值分析和非飽和土力學(xué)研究等方面。