第1章 有效應力的概念及其發展歷程

1.1 土力學發展過程簡述

人類和土打交道的時間幾乎和人類的歷史一樣長，然而土力學學科的發展歷程卻很短。有資料記載的最早有關土力學的理論研究可以追溯至18世紀70年代，1773年Coulomb發表有關材料強度的論文，提出了抗剪強度的庫侖定律，后由Mohr發展和完善，建立了土的Mohr-Coulomb強度理論，成為土的強度和破壞理論的基礎，并且為土壓力計算、地基承載力和土坡穩定分析提供了理論根據。1776年庫侖提出建立在滑動土楔平衡條件分析基礎上的土壓力理論，發展了擋土結構土壓力的計算方法。1857年Rankine提出了建立在土體的極限平衡條件分析基礎上的土壓力理論。1856年Darcy通過室內試驗提出達西滲流定律，為建立滲透理論和滲流力學奠定了基礎。1885年Boussinesq和1892年Flamant分別提出了均勻的、各向同性的半無限體表面在豎直集中力和線荷載作用下的位移和應力分布理論。20世紀初，Prandtl根據塑性平衡的原理，研究了堅硬物體壓入較軟的、均勻的、各向同性材料的過程，導出了地基極限承載力公式。在此基礎上，Terzaghi、Meyerhof、Vesic和Hansen等分別進行了修正、補充和發展，提出了各自的地基極限承載力公式。

盡管有許多關于土力學理論的研究成果，但是在Terzaghi之前，這些研究是分散和不系統的。Terzaghi對于土力學學科的建立做出了重要貢獻，主要體現在兩方面：一是按物理性質把土分成黏土和砂土，并把當時零散的有關土力學的定律、原理、理論等加以整理和系統化，形成土力學理論體系的基本框架；二是提出飽和土的有效應力原理并建立了土的一維固結理論。Terzaghi在1925年出版的《土力學》是最早的系統論述土力學知識體系的著作。1943年他出版了《理論土力學》，1948年他與Peck合著了《工程實用土力學》，初步建立了比較完整的土力學和巖土工程的知識體系。因此，Terzaghi被認為是土力學學科的奠基人。

Biot在Terzaghi有效應力原理和固結理論的基礎上，給出了土力學的基本平衡方程——Biot固結方程。有效應力原理以及建立在有效應力原理基礎上的Biot固結方程成為建立土力學學科的基石。在Terzaghi之后，土力學的主要進展體現在應力應變本構關系研究、土工結構應力應變的數值分析和非飽和土力學研究等方面。