土力学之父-Karl Terzaghi

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1、现代土力学之父现代土力学之父Karl Terzaghi 将 土 力 学 作 为 一 门 学 科 引 入 土 木 工 程 师 的 思 想 意 识 中 的 是 Erdbaumechanik （土力学） 这本书及 Karl Terzaghi 本人。 之后， 由于 Kerisel 教授和 Skempton 教授的生动描述，许多国家的工程师开始了对土力学的研究。 虽然没有 Terzaghi ，土力学也必然会出现，但是要是没有这位一心一意致力于 其研究领域发展的独特的世界公民强有力的领导能力的话， 谁能够说清在前进的 过程中，我们还要碰多少次壁，走多少次弯路？ Terzaghi 具有强烈的使命感。 在晚年

2、思考自己的一生时， 他毫不怀疑的是不论什么时代和什么环境都将打上他 的标记。然而他也承认自己生逢其时，因而能对我们的专业作出贡献，并非所有 的领域都如此幸运。 许多我们所认为的现代土力学知识在 1926 1929 年就已掌握了。 1925 年末， Terzaghi 在“工程新闻记录”杂志的编辑 F.E. Schmitt 的鼓励下，基于 其在罗伯特学院的大量研究，准备了一系列的论文，即为“土力学原理”系列论 文。尽管这些论文对许多从事于实践工作的工程师来说过于过于学术化和抽象， 但这一主题还是引起了他们的注意。 然而， 在随后出版的两本演讲稿中， Terzaghi 更加直接地指出了实践者的问题。

3、 这些讲稿， 即发表于 1925 年 11 月的 Boston 土木工程师大会之前的“关于基础工程的现代概念”以及出现在 1927 年 1 月 的美国土木工程师大会上的“基础的科学”，引起了口头上和书面上的广泛讨 论。回顾他对当时这一主题中的技术及在问题的评估是很有趣的。 他强调土的分类，尤其是根据物理特性区分砂土和粘土，同时试图建立能够 说明这两种材料特性的统一原则。他认识到砂土的强度表现为纯粹的摩擦性。他 知道超孔隙水压力对抗剪强度的影响， 并且认识到进行排水剪切试验确定我们现 在所说的有效抗剪强度的必要性。他认为粘土的抗剪阻力（在当时他简单地称之 为“粘聚力”）由毛细水压力和有效摩擦角正

4、切的乘积。尽管便利地测出它是无 侧限抗压强度的一半， 但是粘性土的这种“粘聚力”在原则上同摩擦属性的砂性 土没无质的区别。大的孔隙水张力就表明一些粘土具有高的这种“粘聚力”，用 Terzaghi 的话说，“对此从未有过怀疑”，这对于那些持有错误概念（即认为水 的张拉强度受限于大气）的工程师们来说是不容易被接受的。粘性土的收缩机理 用毛细管现象得到很好地解释，这有助于使怀疑者信服。 此时的 Terzaghi 强调土体的 3 种特性， 他觉得这具有实现对所有实际问题 的解决的重要性。这 3 种特性即为：前述的“粘聚力”（对于砂性土而言即为 摩擦阻力） 、 “弹性”特性 （实为应力变形特性） 以及渗

5、透性。 固结现象是“弹 性”特性的一种表现。 发表于“工程新闻记录”杂志上的论文凸现了 Terzaghi 关于土的重要工程 特性的科学研究，对可能的实际应用问题给出了广阔的视野。然而，这个系列论 文以对于知识实际应用的 3 个需要的简短陈述而结束，该陈述可以被看作是 1 Terzaghi 主要关注的是工程实际的早期的标志。 他坚信： 在没有坚实的理论基础 （后来他称之为模型的理论），没有一个土的分类系统，以及无法对自然界所反 映的复杂条件进行简单、直观、可靠的类比的情况下，对土体特性任何新的理解 都是不可能带来实际的好处的。 当时， Terzaghi 选择了有限的实际应用呈现在该专业的工程中，

6、这说明他 已感觉到了其工作的潜力，但是还没有进行系统的探究。其中一个应用是关于粘 土地基上的基础沉降问题，这将他的注意力集中在了 Istanbul （伊斯坦布尔）， 同时该问题也使在他的新工作场所 Boston 的工程师们具有很大的兴趣。在第 一个针对 Boston 工程师们就其研究所作的主要的公共陈述中， 他不仅说明了沉 降的延迟与固结有联系，而且也描述了荷载区域宽度内的沉降所受的影响。他利 用在恒定土压力下的沉降对宽度的近似比例来解释几个未预料到的在深层沉积 粘土上的发生大规模沉降的显著例子，同时指出，这种关系对于其它土体来说则 会明显的不同，并且指明在 MIT （麻省理工学院）的研究工作

7、将重点针对这个 课题。当时（ 1925 年末），整体和差异沉降及其发展比率的预测似乎还无法用 于工程实践。 Terzaghi 意识到， 对工程师和业主们来说， 许多挫败的根源可能是桩基础的 不规则行为以及相关的常用“工程新闻”桩基公式的不可靠性。 也许没有什么 象他如下的宣言和实证那样对基础工程的贡献能引起来自基础工程师们的如此 强烈的反应：（ 1 ）如果静态和动态的贯入阻力不同，那么就没有桩基公式可 以产生正确的结果；（ 2 ）在饱和可塑性粘土中，这些阻力是不可能相同的； （ 3 ） “工程新闻”桩基公式的理论基础是不牢固的； （ 4 ） 在荷载试验中， 每个桩在给定荷载作用下的群桩基础的沉

8、降总是大于相应荷载条件下的单桩基 础的沉降。 对 Terzaghi 而言，同样感兴趣的是他对于管涌和流沙现象的解释和量化说 明。然而，他的绝大多数听众对这个课题的关注与讨论少于建筑基础。 通过一系列系统的理论与试验研究，到 1926 年为止， Terzaghi 的工作已 为这门新的工程科学奠定了基础， 在下一个十年期间， 他的工作着眼于两个方向。 在 MIT （ 1925 1929 ）和 Vienna （维也纳）（ 1929 1938 ），他指 导 了 试 验 室 紧 密 的 研 究 工 作 ， 尤 其 是 针 对 抗 剪 强 度 的 研 究 以 及 包 括 Casagrande 、 Albe

9、rt 、 Jurgenson 、 Rendulic 以及 Hvorslev 不朽贡献的研究 工作。同时，他接受了一系列的咨询工作，这为他在实践中试验这门新的科学并 发展其应用技术提供了机会。例如，在 1928 年，他从事研究修筑于上面覆盖有 粒状材料的高压缩性深层沉积粘土地基上的一个造纸厂的沉降问题， 为了计算不 同结构的沉降量，他发现不仅要进行固结试验，还需确定出地基土体中的应力分 布，为此他在矩形面积上对 Boussinesq 方程进行积分。后来，他将沉降量的计 算值同经过 7 年的观测值进行比较，进而调整他的预测值。在 1930 年，结合 阿尔及利亚的一座堆石坝的设计发展了他的反滤准则。

10、因而，由于几乎每个新的 任务都代表着对老问题发展新方法的机会，在 1936 年的国际大会上，他将积累 2 的经验全部融入到其讨论之中。 在现代土力学的第一个十年中， Terzaghi 的研究引起了人们对这门专业的 关注， 同时他的许多弟子和其它独立从事研究的工作者们一起热心地发展这门新 的工程科学。其间， Terzaghi 已经认识将这门科学会误作为艺术的危险性，若 不是他当年的警告，土力学的发展可能已经很容易地走入歧途。甚至早在 1927 年，他的这种感觉已表达在他那篇划时代的论文“基础的科学”中： “基础问题始终具有这样的特征：严格的理论数学方法将总是不可能的。处 理这类问题的唯一有效方法是： 首先， 以前具有相似特征的工作中曾发生过什么； 其次，将要实施作业中的土的种类；最后，为什么某种操作会导致相应的结果。 通过系统地积累这样的知识， 根据足够的土的研究结果而合理地确定出经验数据 的同时，基础工程就会发展成为一门半经验的科学” “大量的工作系统地积累经验数据仍需要去做。” 3