第1章 有效应力的概念及其发展历程

1.1 土力学发展过程简述

人类和土打交道的时间几乎和人类的历史一样长，然而土力学学科的发展历程却很短。有资料记载的最早有关土力学的理论研究可以追溯至18世纪70年代，1773年Coulomb发表有关材料强度的论文，提出了抗剪强度的库仑定律，后由Mohr发展和完善，建立了土的Mohr-Coulomb强度理论，成为土的强度和破坏理论的基础，并且为土压力计算、地基承载力和土坡稳定分析提供了理论根据。1776年库仑提出建立在滑动土楔平衡条件分析基础上的土压力理论，发展了挡土结构土压力的计算方法。1857年Rankine提出了建立在土体的极限平衡条件分析基础上的土压力理论。1856年Darcy通过室内试验提出达西渗流定律，为建立渗透理论和渗流力学奠定了基础。1885年Boussinesq和1892年Flamant分别提出了均匀的、各向同性的半无限体表面在竖直集中力和线荷载作用下的位移和应力分布理论。20世纪初，Prandtl根据塑性平衡的原理，研究了坚硬物体压入较软的、均匀的、各向同性材料的过程，导出了地基极限承载力公式。在此基础上，Terzaghi、Meyerhof、Vesic和Hansen等分别进行了修正、补充和发展，提出了各自的地基极限承载力公式。

尽管有许多关于土力学理论的研究成果，但是在Terzaghi之前，这些研究是分散和不系统的。Terzaghi对于土力学学科的建立做出了重要贡献，主要体现在两方面：一是按物理性质把土分成黏土和砂土，并把当时零散的有关土力学的定律、原理、理论等加以整理和系统化，形成土力学理论体系的基本框架；二是提出饱和土的有效应力原理并建立了土的一维固结理论。Terzaghi在1925年出版的《土力学》是最早的系统论述土力学知识体系的著作。1943年他出版了《理论土力学》，1948年他与Peck合著了《工程实用土力学》，初步建立了比较完整的土力学和岩土工程的知识体系。因此，Terzaghi被认为是土力学学科的奠基人。

Biot在Terzaghi有效应力原理和固结理论的基础上，给出了土力学的基本平衡方程——Biot固结方程。有效应力原理以及建立在有效应力原理基础上的Biot固结方程成为建立土力学学科的基石。在Terzaghi之后，土力学的主要进展体现在应力应变本构关系研究、土工结构应力应变的数值分析和非饱和土力学研究等方面。