土力學在工程項目中的應用分析

李 琳

(廣州科技職業(yè)技術學院，廣東廣州 510550)

1 土力學概述

事實上，土力學的應用遠比土力學理論成為一套系統(tǒng)的理論要早很多。在很久以前，人們就開始用自己的經驗進行工程建造，并在建筑過程中不斷積累經驗，逐漸形成土力學體系，并最終在1925年由奧地利的太沙基出版了第一部《土力學》，在此之后，土力學作為一門學科不斷發(fā)展著。土力學并不像理論力學、材料力學等力學基礎學科那樣具有十足的理論性，相反，它是一門與實際工程緊密聯(lián)系的學科，沒有工程實際，也就沒有土力學，沒有土力學，工程項目建設也沒有辦法不斷進步，可以說，土力學同工程項目的應用是密不可分的。土力學主要研究的是土體內應力應變之間的關系以及應力—應變—時間三者之間的關系，其中包括對土的變形性質及地基沉降計算、土的抗剪強度、土壓力、土坡穩(wěn)定性、天然地基承載力、地基處理、土的動力及地震特性等內容。作為專門研究土體力學性質的學科，土力學對在工程項目中的應用主要體現(xiàn)在地基的處理上。

2 土力學在工程項目中的應用

2.1 土力學應用于土的變形及地基沉降計算

天然地基的作用是支撐地基上部的建筑物。地基需要承受上部建筑包括地基本身的載荷，這使地基產生相應的變形，這就會使地基在重力方向產生沉降。地基沉降包括不均勻沉降、相鄰基礎的沉降差、地基平均總沉降等。地基不穩(wěn)定，出現(xiàn)沉降的話，會對整個建筑的力學特性產生很大的影響，建筑物應力分布不均，導致建筑物產生裂縫，影響建筑物的正常使用。因此，在工程項目開始之前，準確地估計出地基的沉降數(shù)據(jù)，在此基礎上采取必要的措施來避免沉降給建筑物造成的影響，可以大大提升工程項目的質量和使用壽命。對于沉降量的計算，土力學早已經提出了沉降公式。在計算時，首先要掌握基礎平面尺寸和埋深;地質剖面圖;總荷載及其在基底上的作用點位置。掌握這些原始資料后，將土層的剖面圖分成若干薄層進行計算，就能夠比較準確地計算出地基沉降。同樣的，土力學也可以計算出土體的沉降差及傾斜量。工程項目的設計者在通過計算掌握了這些數(shù)據(jù)之后，就能夠采取適當?shù)拇胧┍苊獬两祹淼膯栴}，提升了工程項目的施工質量。

2.2 天然地基承載力的計算

天然地基指的是未經人工處理并保持原始土層結構的地基。地基承受建筑物基礎傳來載荷的承受能力被稱為地基承載力。為了保證地基穩(wěn)定，使上部結構能夠正常使用，地基要滿足強度要求、剛度要求及穩(wěn)定性要求。

地基是建筑物的基礎，它的承載能力決定了整個建筑物的穩(wěn)定性。但是，由巖土材料的復雜性，掌握其力學性質是一個難題，因此地基也是整個建筑體系最容易出現(xiàn)問題的一環(huán)。作為建筑物的基礎，在工程開工后一旦發(fā)現(xiàn)問題將會很難補救，所以，地基檢算也成為了工程設計中的一項重要內容。地基的檢算包括對地基強度、變形和穩(wěn)定性三方面的檢算。其中，地基強度的檢算是最基本的問題。土力學為地基檢算、確定地基的容許承載力提供了方法。人們在確定地基容許承載能力時，常常運用的方法包括控制地基中塑性地區(qū)發(fā)展深度的方法;由原位測試確定地基的容許承載力;按照理論公式求地基的極限載荷再除以安全系數(shù);按照相關規(guī)范提供的經驗公式確定容許承載力。目前的工程項目大都采用相關規(guī)范確定容許承載力的方法。我國關于鐵路路基、建筑地基的容許承載力確定都有比較明確的規(guī)范和經驗公式，能夠保證在不同的路基環(huán)境下確定容許承載力。

2.3 土壓力在擋土墻中的應用

擋土墻是防止土體坍塌下滑的構筑物，在市政工程、鐵路公路工程、水利工程、山區(qū)建設等領域都有著十分廣泛的應用。擋土墻在工程項目中，對于穩(wěn)定局部的土體結構，保證整個工程的穩(wěn)定性是十分重要的。但是要構筑性能優(yōu)良的擋土墻，就必須結合土力學理論，對擋土墻進行土壓力分析。

土壓力是指擋土墻背部土體因為自重或者外力對擋土墻施加的側向壓力。擋土墻的性質決定了土壓力是其主要的外載荷，這就要求設計擋土墻時要對土壓力的性質、大小、方向、作用點有清晰的認識。土壓力的計算十分復雜，它不但要考慮墻后土體、地基和墻身三者的關系，還與施工方式、墻身位移、墻體材料、墻后土體性質乃至地下水狀況等諸多因素有關。土力學關于土壓力有郎肯土壓力理論和庫侖土壓力理論，這兩種理論基本可以解決目前的土壓力分布問題。

2.4 土力學的其他應用

可以說，土力學在工程項目中的應用是無處不在的。除了上述的一些應用之外，還包括土坡穩(wěn)定、地基處理、土的動力及地震特性應用等等。土坡通常指具有傾斜面的土體。若出現(xiàn)外界因素導致土坡失去平衡，土體將會沿某一滑面發(fā)生滑動，即滑坡。為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，土力學提出了相應的不同滑面土坡穩(wěn)定的分析方法。根據(jù)這些理論，能夠提出加強土坡穩(wěn)定的措施，包括減載、加重、排水等等。當?shù)鼗荒軡M足工程要求時，需要應用土力學原理對地基進行處理。工程中的地基處理主要包含四個方面的技術問題，即膠結、固化、電、化學加固類;換填類;夯實、擠密類;加筋類等等。地基處理主要是為了改善土體性質，滿足建筑物對地基力學的基本要求。土體在動載荷作用下的性質是不容忽視的問題。對于不同的工程項目有不同的動載荷來源，包括車輛動載荷、浪擊動載荷、風力動載荷、沖擊載荷以及爆炸、地震等突發(fā)性的動載荷。這些動載荷會導致工程失穩(wěn)甚至破壞，需要土力學理論進行分析并采取相應措施。

3 土力學的工程應用前景

土力學當前在工程應用中已經有了非常重要的地位。但是隨著工程項目的內容逐漸豐富，施工難度不斷增加，對土力學提出的問題也逐漸增多，為了土力學能夠在將來更多的應用到工程項目中，需要加強以下研究。

3.1 土的動力學研究

近些年，高速公路、高速鐵路的建設越來越頻繁，同時，地震、山體滑坡等自然災害也不可避免的頻繁發(fā)生。動載荷引起的一系列土力學問題已經成為一大難題。目前的土力學理論還有一定的局限性，還需要更多的研究不同情況的動載荷下地基土的動應力、動強度、動應變之間的關系。

3.2 土力學的研究方法改進

隨著科技的進步，工程施工方法已經與過去有了很大的差別，工程對精確度的要求也越來越高，在這種情況下，土力學的研究也應該使用一些創(chuàng)新的方法，應用更先進的試驗儀器，保證土力學理論的不斷進步以適應工程需要。

3.3 復合地基和復合土體

為了在一些軟弱地基上施工，需要置入高強度的其他材料，形成復合地基。這些新材料、新工藝的應用目前已經有了一定范圍的推廣。但是目前的設計理論還不能滿足應用需要，還要進一步研究。

4 結語

土力學的誕生就是為了應用于工程項目，工程應用與土力學的發(fā)展是息息相關的。建筑施工水平的不斷發(fā)展、施工難度的不斷增加，給土力學的理論帶來了新的課題。土力學的理論需要不斷的補充和完善，才能夠適應現(xiàn)代工程需要。

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［2］殷宗澤.土力學學科發(fā)展現(xiàn)狀與展望［J］.河海大學學報，1999(1)：1-5.

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