土力學的現狀與發展趨勢

摘要：土力學在經歷多個發展時期后，不僅深度方面獲得長足發展，同時廣度也得到有效拓展。基于現代科技的發展，人們對土力學發展的重要性有了全新認識，認識到試驗與實踐的重要性，是研究動荷載聯系的關鍵所在。因此，土力學在工程發展中占據著重要地位，特別是在現代土木工程中發揮著極為重要的作用，決定著建筑整體壽命與使用安全性。基于此，從土力學發展歷程入手，分析土力學現狀，探討土力學發展趨勢，力求助推土力學應用水平邁上新高。

關鍵詞：土力學；發展現狀；發展趨勢隨著現代化城市建設腳步不斷加快，土力學的應用為土木工程發展帶來有力推動，其重要作用不言而喻。土力學不僅是土木工程必需的基礎，其應用能有效增強建筑所具有的抗震性能，它通過對土體地質特點的研究，了解土體在工程活動影響下可能產生的各種變形情況，保證高層建筑、高速公路與地下工程等現代工程建設可以走入快速與穩步發展軌道［1］。可見，對土力學現狀與發展趨勢的研究是十分必要的，具有一定的現實意義。

1土力學發展歷程

1.1萌發期

法因在1773年通過試驗，完成土壓力理論的創立，同時也創立了庫侖定律，使得土體破壞理論發展獲得足夠支持。英國于1857年也提出土壓力理論。法國在1885年，根據對豎向集中力作用的研究，獲得新的理論解釋。后續150年的研究一直是圍繞土體破壞問題，未能有新突破。

1.2古典土力學

Terzaghi在1923年提出土體一維固結理論，從此開始對土體變形進行全面研究，而后根據有效應力原理的提出與研究形成土力學，使其成為一個獨立的學科體系。

1.3現代土力學

Roscoe于1963年成功發表劍橋模型，從而首次從全新角度完成土的壓硬性數學模型構建，成為現代土力學進一步發展的新開端。在該時期，土力學研究獲得諸多新進展，如非飽和土固結理論、土的細觀力學、非線性模型和彈塑性模型等。此后至20世紀50年代，工程技術發展腳步加快，使得土力學獨立性增強，同時其應用范圍具有廣泛性。

2土力學現狀分析

2.1基礎理論持續完善

近幾年，土力學研究力度加大，基礎理論體系逐步完善化，特別是土體流變和土體力學的研究較為深入，同時也大力研究土體動力學，使得相關基礎理論得到持續完善。在此前提下，土力學的作用凸顯出城市立體化、居住環境適宜化、工程功能化等建設特點。與此同時，在生存空間拓展的前提下，地下空間開發腳步加快，并逐漸向海洋范圍內拓展，成功修建海底隧道、跨海大橋等，這些均是基于基礎理論不斷完善的例證，同時也是我國工程建設快速發展的結果。

2.2計算機技術的應用

科技水平決定學科發展速度與質量。20世紀60年代后，科技發展速度越來越快，計算機技術獲得進一步發展，使得計算分析能力得到極大程度提升，也助推測試能力全面提高［2］。土力學依托計算技術獲得進一步深入研究，同時室內外測試技術隨之獲得相應發展，例如現代計算機技術提升了土力學研究的細致性，借助計算機數值計算、模擬分析等功能，完成高質量數據處理，保證土力學研究極具科學性與精準性。在科技發展前提下，土力學新技術隨之出現，產生了更多新材料，特別是合成材料發展極為迅速，迎來土力學新的革命。

3土力學發展趨勢

3.1信息化施工方法

近幾年，現代建筑工程呈現出規模化、復雜化、大型化的發展趨勢。高層建筑與高速公路快速發展，地下空間利用率不斷提高，實現了生存空間的全面拓展。部分工程開始向海洋范圍進軍，海底修建隧道對土力學發展提出新要求，同時碼頭、人工島、機場等工程數量增加，推動了土力學迅速發展。在此前提下，土力學在各領域中的應用需要關鍵數據支持，例如巖土工程施工過程中會產生各種信息與數據，要結合信息分析方式獲得精準的分析結果，為各環節施工帶來指導。因此，信息化施工方法極具合理性與可行性，是土力學發展新方向。目前，現有原位測試方法只能滿足中小型工程建設需要，部分環節對土的結構會造成破壞，同時鉆孔取土深度越來越深，要求土力學與信息化施工相結合。除此之外，原位試驗與室內試驗方式差別較大，例如在無側向變形條件下，可以完成壓縮模量測量，還應注意土自身所具有的初始應力狀態可能會受到沉積條件影響，但這方面的研究還缺少深入性。現階段，建筑規模基礎面積不斷增加，部分已超過10 000 m2，整體荷載為3 000 t，所以深層土力學指標的明確尤為重要，現場測定方法應不斷更新，應更加重視該方面的研究。

3.2計算機分析研究

計算機技術的快速發展成功將計算分析領域持續擴大，通過計算機使得土坡穩定分析、專家系統、數值計算方法、概率數值等多種方法開始與土力學工程融合，還有極限數值方法、AutoCAD技術也能應用于土力學工程，計算機仿真技術也可滿足土力學工程分析需要。可見，土力學工程問題計算機分析研究成為新時期下的發展新趨勢。在土力學工程計算機分析過程中，還會進行抗震分析。在持續發展下，土力學工程計算機數值分析不僅會使用到有限元法，同時也經常使用到離散單元法、不連續變形分析等不同方法，還有拉格朗日元法、半解析元法和流形元法也合理應用于土力學工程分析。目前，計算機存儲能力快速增加，而且計算速度也不斷加快，數值模擬法可以探究諸多未知領域，同樣也是探究土力學的有力工具。在數值模擬法具體應用過程中，該方法與土力學的結合存在爭議。（1）支持意識認為：①數值分析法能夠將復雜數學模型進行分解，從而由機理入手對土所具有的工程性質進行科學預測；②改變傳統統計性的描述；③數值分析法在土力學問題中的應用可以將簡單問題做到快速處理，還可以實現復雜問題的處理。（2）反對意見認為：①數值分析法的應用難度大，工程師難以掌握，所以易給預測結果帶來影響，有可能與工程實際情況不相符合；②模型使用會用到各種類型的參數，但參數的獲得難度較大，一般的試驗無法獲得所需參數；③本構模型的使用具有一定的局限性，無法將土的實際情況全面反映，給預測結果帶來影響；④數值分析過于精確，有一定可能忽略隱藏特點的不確定性，從而使得工程事故無法預測而增加事故數量。為此，工程問題計算分析研究還應進一步開展，才能有突破性發展。在科技驅動下，發展數值分析成為土力學新的研究方向，而該過程計算機的使用是必需的，還需融合數學知識，推動土力學進一步發展。

3.3結構與地基作用

在房屋地基設計環節，上部結構與地基共同作用所產生的問題成為土力學發展必須持續探討的重要課題，還應包括基礎計算的探討。地基應力分布也影響著上部結構對沉降的敏感性。目前，地下空間開發項目數量增加，原有的箱形基礎已略顯落后，已由多層地下空間框筏結構成功代替。在現階段，人們對建筑要求不斷提高，裙房與主樓連接位置已開始不設沉降縫。部分基礎寬度已增加至近百米，多個不同建筑物需要在一個大面積的厚筏上完成建造。目前，地基與建筑物之間產生的相互作用分析已取得一定成果，若想將分析成果應用在工程設計環節，還需要繼續努力。由于部分工程是對地基進行單獨設計，未將其與建筑物同步設計，所以地基與建筑物共同作用的分析仍需進一步開展，才能對工程真實性狀有全新認識，實現工程設計整體水平的全面提升。現階段，各類工程實用本構模型的構建尤為重要，該模型能夠對土真實性狀進行較好描述，找到土的應力、時間與應變等因素之間的關系，通過科學試驗的方式獲得數學模型，同時將試驗結果進行大力推廣，使其成為一般情況的數學模型。所在土本構模型構建過程中，應做好土體應力、時間與應變之間關系的建立，同時要注意各類工程材料的模型構建，更要注意相互作用界面，將相互作用下的模擬問題有效解決，保證模擬合理，對宏觀力學現象的解釋有一定幫助。

3.4環境土力學工程

在巖土工程與環境科學深度融合前提下，環境土力學借助土力學工程觀點和先進技術的應用為環境保護帶來便捷，也依托土力學工程方法推動環境治理水平提升。在各類建筑工程開展過程中，環境破壞問題日趨嚴重，特別是地下水的過量抽取已給地面帶來威脅，出現區域性地面沉降，同時采礦也有可能引發采空區坍塌事故等，可見，部分施工對周圍環境有直接影響。除此之外，工業垃圾和廢棄物排放中存在一些未經科學處理的有毒有害物質，隨意排放或者隨意堆砌，也會給環境帶來不同程度污染。

在洪水、滑坡、地震與地裂等自然災害發生時，環境會受到不同程度破壞，其中隱伏巖溶造成的地面塌陷危害極大。以上問題的解決給巖土工程研究人員提出新課題，應從問題治理與預防等多個角度入手完成深入與細致的研究。現階段，城市化建設進程不斷加快，工業化發展速度迅猛，凸顯出環境巖土工程研究工作開展的重要性，必須保護好生態環境，將可持續綠色發展理念落到實處，從長遠角度對環境土力學工程做到高度重視。在多位學者共同努力下，關于土的理論研究已較為深入，同時取得非常關鍵的成果，還應帶著綠色理念與持續發展觀念繼續探索，從而涌現新理論與新方法，確保為土力學持續研究夯實足夠的理論基礎。在此前提下，土力學開始與多學科交叉融合，城市規劃、土地資源等諸多領域的發展離不開土力學幫助，環境保護也離不開土力學大力支持。隨著土力學與多學科更緊密地融合，為相關領域進一步發展帶來有力推動。

3.5特殊性土質處理

通過對各類工程特殊土性質與利用處理的深入探索，已獲得具有一定價值的重要成果。在發展過程中，也出現一些新的難題，如沿海深厚高孔隙位置存在一些未能正常固結的淤泥，從而引發各種沉降問題等。這些問題的解決需要使用到土力學。又如在部分工程中，倉庫地坪開裂，高速公路路基出現不均勻下沉等問題頻發，但現有研究與已成熟的技術處理手段對這類問題未能做到很好解決。為此，檢驗手段更新與處理工藝水平提升尤為重要，應通過土力學研究將這些問題得到有效解決，改變處理工藝落實的現狀。未來，智能化技術會與土力學研究巧妙融合，依托智能化監測系統獲得沉降問題分析與解決所需的關鍵性數據，同時還應探索智能化設計系統，保證土力學研究具有準確性與全面性［3］。

4結語

在新發展環境下，土力學的應用與研究為現代化城市進程的加速夯實了牢固基礎，所發揮的作用也越來越重要。因此，土力學的發展與研究將走入深入并得到廣泛應用，確保土力學價值的充分發揮，從而為社會穩步與和諧發展帶來足夠的理論與技術支持，為人類發展作出應有的貢獻。

參考文獻：

［1］楊光華.土力學發展的四個階段的思考［J］.巖土工程學報，2022，44（9）：17301732.

［2］陳強.巖土工程實踐工作中土力學相關問題研究［J］.四川水泥，2021（3）：318319.

［3］郝亞勛.土力學理論及其基本問題在工程中的應用［J］.江西建材，2019（10）：8283.