土力学理论的发展和面临的挑战

摘要：土力学是一门实践性很强的学科，

研究对象为工程建设活动密切相关的

土体，被广泛应用于基础设计、

挡土构筑物、

土工建筑物、

水工建筑物

（土石

坝）

、边坡、

基坑及隧道等设计中，

是土木工程的重要分枝，有其固有的特点

和规律。鉴于此，文章主要针对土力学理论的发展和面临的挑战进行了分析，以

供借鉴。

关键词：土力学理论；发展；面临问题；发展方向

        1

导言

土力学是土木工程的重要分支，有其固有的特点和规律。文章分析了当前并

未形成严格、统一与完备的土力学理论、

处理非饱和土问题方式不完善、多种环

境载荷效果下，多场耦合一致与完备的理论并未构成等问题；并指出为了未来发

展的预测，希望为土力学理论未来的发展提供有利论证。

        2

土力学理论的发展

土力学发展可分为几个阶段：

18

世纪中叶以前土力学发展以感性认识为主，

在此阶段涌现重要影响的建筑物。比如，中国的万里长城、京杭大运河及大型宫

殿等伟大建筑物；古埃及和巴比伦农田水利工程；古罗马的桥梁工程和腓尼基的

海港工程等。第二阶段始于工业革命时期，在此期间，提出了至今仍在广泛应用

的土力学理论。比如，法国科学家库仑提出的土的抗剪强度理论和土压力理论；

法国的

Darcy

提出的渗透定律；法国的布辛内斯克提出的半无限弹性体中应力分

布的计算公式。通过工程实践的积累，对土的强度、土的变形和土渗透性等课题

做了初步的理论探讨。第三阶段始于

20

世纪初，通过巨大工程的兴建、地基勘

探、土工试验、监测及计算机技术的发展，促使人们发展理论研究并系统地总结

实验成果，特别是太沙基提出的有效应力原理，使土力学成为一门独立学科的重

要标志。第四阶段。此时，最突出的工作是用新的非线性应力应变关系代替过去

的理想弹塑性体。随着应力应变模型建立，以此为基础建立了新的理论体系。

1957

年，

D.C.Drucker

提出了土力学与加工硬化塑性理论，对土的本构模型研究起

了很大的推动作用。许多学者纷纷进行研究，并召开多次学术会议，提出了各种

应力应变模型。如在工程中常用的邓肯

-

张模型、英国剑桥模型等。我国在这个阶

段也进行了很多工作，如清华大学黄文熙模型、南京水利科学研究院沈珠江模型

和河海大学殷宗泽模型等。这些模型都是对土的非线性应力

-

应变规律提出数学描

述，并用土的实际情况相验证。

由于越江跨海隧道、交通运输工程、城市建设和人类向地下空间发展的需要，

工程的规模越来越大，所涉及的土力学问题也越来越复杂。

19

世纪是桥的世纪，

桥是现代人非常熟悉的建筑，他在人们的交通道路中是必不可少的一项建筑。当

代土力学可以归结为一个模型、三个理论和四个分支。一个模型即本构模型，特

别是指结构性模型。这是因为迄今为止所提出的本构模型都是从重塑土的变形特

点出发的，并把颗粒之间的滑移看作塑性变形的根源，而包括砂土在内的天然土

类都具有内部结构，变形过程必然伴随着结构的破坏和改变。因此发展新一代的

结构性模型是现代土力学的核心问题。

“

从实践中来，到实践中去

”

，这是任何学科发展的必由之路，当然也是实用

性很强的土力学的发展的必由之路。固结理论是从地基沉降计算的需要出发而建

立起来的，在指导地基设计中得到不断发展和完善，便是对这一命题的最好说明。

        3

土力学理论面临的挑战