土地學(xué)及地基基礎(chǔ)

　　土建類《土力學(xué)及地基基礎(chǔ)》課程是高等學(xué)校土建類本科專業(yè)的主干課程之一，是技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的綜合。該課程基本內(nèi)容分為土力學(xué)和基礎(chǔ)工程學(xué)兩大塊，前者是力學(xué)的一個分枝，屬該專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)范疇，內(nèi)容的核心是研究土的應(yīng)力、應(yīng)變、強(qiáng)度、變形及穩(wěn)定性問題；后者基礎(chǔ)工程學(xué)屬專業(yè)課程之一。土力學(xué)是基礎(chǔ)工程學(xué)的理論基礎(chǔ)，而基礎(chǔ)工程學(xué)則是運(yùn)用土力學(xué)理論，解決基礎(chǔ)工程問題。因此，《土力學(xué)及地基基礎(chǔ)》課程的組成結(jié)構(gòu)是具有雙重性的屬性不同的兩大塊內(nèi)容。在邏輯上其前因后果關(guān)系密切，作為一個整體來學(xué)習(xí)是十分合理的，也反映了通材教育的教學(xué)特征。

　　《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》課程的自學(xué)教材以文獻(xiàn)[1]為主，其特點是內(nèi)容覆蓋自考大綱[2]，程度深、淺適易，但存在的問題是內(nèi)容的結(jié)構(gòu)特征不明顯，重點不突出。目前較普遍采用的教學(xué)參考書還有文獻(xiàn)[3，4，5]。

　　一、《土力學(xué)及地基基礎(chǔ)》的內(nèi)容組成結(jié)構(gòu)特征

　　《土力學(xué)及地基基礎(chǔ)》課程內(nèi)容屬性上具有雙重性。因此，在自學(xué)的過程當(dāng)中，掌握內(nèi)容的組成結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的。筆者將《土力學(xué)及地基基礎(chǔ)》歸納成結(jié)構(gòu)組成圖1。(圖一)

　　由結(jié)構(gòu)組成圖可以看出，土力學(xué)的內(nèi)容在組成上，各部分的前因后果的邏輯關(guān)系比較明顯，是一個漸次深入的結(jié)構(gòu)組成，其中土力學(xué)基本問題的解答是一個承上啟下的連接環(huán)節(jié)，其作用是將逐次深入的土力學(xué)基礎(chǔ)理論引入到并行排列的組成結(jié)構(gòu)——基礎(chǔ)工程學(xué)當(dāng)中。而基礎(chǔ)工程學(xué)的組成結(jié)構(gòu)相對簡單且獨(dú)立性較強(qiáng)，但與土力學(xué)的基本問題解答密切相關(guān)。因此，無論從內(nèi)容的組成結(jié)構(gòu)的地位及重要性，還是該內(nèi)容本身的份量，土力學(xué)在《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》課程占理論基礎(chǔ)的主導(dǎo)地位，學(xué)好土力學(xué)是進(jìn)一步學(xué)習(xí)基礎(chǔ)工程學(xué)的必要條件。

　　綜上所述，筆者將土力學(xué)的內(nèi)容結(jié)構(gòu)組成進(jìn)一步細(xì)劃，見圖2。可以看出，土力學(xué)作為力學(xué)的一個分枝，具有一般力學(xué)課程的特點，即內(nèi)容組成的結(jié)構(gòu)性特征明顯。在“教”與“學(xué)”的過程中，掌握和理解土力學(xué)的這種組成上的結(jié)構(gòu)特征，對各部分內(nèi)容的融會貫通，靈活應(yīng)用及承上啟下是十分重要的。(圖二)

　　二、土力學(xué)的難點分析

　　2.1　地基的沉降歷時規(guī)律——太沙基一維固結(jié)理論

　　地基飽和土的太沙基一維固結(jié)理論，是課程的難點之一，但也是必須掌握的基本內(nèi)容。一維固結(jié)方程的建立采用了土的壓縮規(guī)律、土中水的滲透規(guī)律以及飽和土的水——彈簧模型(有效應(yīng)力與孔隙水壓力的分擔(dān)轉(zhuǎn)換)。方程的建立運(yùn)用了高等數(shù)學(xué)偏微分方程的手段，而方程求解則采用了數(shù)理方程的方法。求出的孔隙水壓力與時間和深度的函數(shù)，應(yīng)用于固結(jié)度的概念，通過積分得到了固結(jié)度的表達(dá)式。上述過程簡單可歸納為：

　　一維固結(jié)方程建立�鰯�(shù)理方程求解u(z,t)�鐾茖�(dǎo)固結(jié)度表達(dá)式U(a,T v)的計算方法及應(yīng)用，對于數(shù)理方程解答，則可以簡單了解其前因后果的過程即可。因此，熟練掌握和理解固結(jié)度的概念，在公式已知條件下，靈活應(yīng)用U(a,T v)是學(xué)習(xí)飽和土一維固結(jié)理論的核心。

　　U(a,Tv)為飽和粘性土層的平均固結(jié)度，是a=和時間因素T v的函數(shù)。這一函數(shù)的表達(dá)一般采用：

　�、賵D或表的形式描述

　�、赨(a,t)=f(a,T v)的顯式表達(dá)式；

　　而上述的函數(shù)，無論是實際問題，還是試題，一般均為已知條件，學(xué)習(xí)的重點是靈活應(yīng)用，而勿需死記硬 背公式，這一點是十分重要。而固結(jié)的問題無外乎是：

　�、僖阎獣r間t,求解相應(yīng)固結(jié)度U t及固結(jié)沉降s t；即t�鯰 v�鯱 t�鰏 t=Ut·s∞

　�、谝阎�固結(jié)度U t(或固結(jié)沉降S t )，求解達(dá)到該值所需時間t

　　即：s t�鯱 t=s t/s∞�鯰 v�鰐

　　因此，對上述有了全面理解之后，再來學(xué)習(xí)一維固結(jié)理論，則是一個查表或查圖式按計算器的問題了，當(dāng)然理解固結(jié)系數(shù)c v和時間因素T v及掌握其相應(yīng)表達(dá)式仍是十分重要的。

　　2.2　地基極限承載力P u的理論計算

　　地基的極限承載力P u的理論計算是地基承載力確定的主要方法之一，其理論推導(dǎo)中彈性力學(xué)知識要求較高，推導(dǎo)過程亦較復(fù)雜。學(xué)生在學(xué)習(xí)中，特別是自學(xué)時往往無從下手。地基極限承載力的理論推導(dǎo)有兩種類型，一是完全的極限平衡理論——Vesic公式，二是半經(jīng)驗的極限平衡理論——太沙基公式，根據(jù)目前國家強(qiáng)調(diào)“通材”教育的基本點出發(fā)，分清理論解答的屬性是很重要的，各類極限平衡理論得到的解答均可簡單地歸納為：

　　　P u=γ·b·N γ＋q·N q＋c·N c

　　上式中，c·N c是極限承載力理論解的基礎(chǔ)項，是地基土強(qiáng)度產(chǎn)生的承載力；q·N q是在基本項基礎(chǔ)上考慮了基礎(chǔ)底面兩側(cè)超載q的承載力提高，超載q最一般的即為基礎(chǔ)埋深內(nèi)土的自重應(yīng)力，即q=D，又稱為基礎(chǔ)埋深的承載力提高；γ.b.Nγ是在基本項的基礎(chǔ)上考慮地基重度的承載力提高，外在表現(xiàn)為基礎(chǔ)寬度b對承載力的提高。準(zhǔn)確理解表達(dá)式(1)的各項的含義及概念是十分重要的，而分項系數(shù)N γ. N q. N c則不同公式有不同的表達(dá)式，但它們均是地基土內(nèi)摩角的函數(shù)，解決問題時均作為已知條件，不必硬記。

　　極限承載力理論計算的應(yīng)用也較簡單，一般用作淺基礎(chǔ)的地基承載力驗算，但值得一提的是r. bN r項的承載力提高是以基礎(chǔ)沉降變形為代價的，其使用應(yīng)有限度。而另一重要的參數(shù)，安全系數(shù)K的選擇，在試題中一般均為已知條件，而在解決實際問題時應(yīng)慎重選擇。

　　三、基礎(chǔ)工程學(xué)的學(xué)習(xí)要點

　　基礎(chǔ)工程學(xué)的內(nèi)容組成結(jié)構(gòu)是一種相對獨(dú)立的并列結(jié)構(gòu)，如前所述，基礎(chǔ)工程學(xué)的理論基礎(chǔ)之一是土力學(xué)，除此之外，還有結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，工程力學(xué)等。例如淺基礎(chǔ)中包括了地基承載力驗算及沉降分析，這與土力學(xué)直接相關(guān)；而淺基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，則與結(jié)構(gòu)設(shè)計原理密切相關(guān)。在《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》課程的教學(xué)中，重點是與土力學(xué)相關(guān)的內(nèi)容，如上述淺基礎(chǔ)內(nèi)容中，淺基礎(chǔ)的承載力驗算和沉降分析是本課的核心內(nèi)容。

　　因此，在基礎(chǔ)工程的學(xué)習(xí)中，應(yīng)特別重視與土力學(xué)相關(guān)內(nèi)容，換言之，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計部分，嚴(yán)格意義上應(yīng)屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的范疇，而不是《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》的主要教學(xué)內(nèi)容，這一點在“教”與“學(xué)”的過程同樣應(yīng)區(qū)分清楚。

　　四、自學(xué)考試中關(guān)于計算題的分析

　　一般自考試卷，計算題所占比例約為60—70％，計算題的解題能力是應(yīng)試中最重要的環(huán)節(jié)。根據(jù)歷年的試卷的批閱情況，筆者按出現(xiàn)的概率大小，統(tǒng)計了六大類計算題，即：

　　①三相比例指標(biāo)換算；

　　②強(qiáng)度與土壓力計算；

　�、蹓嚎s規(guī)律與沉降計算；

　�、軜痘�與樁基承載力；

　�、轀\基礎(chǔ)與地基承載力；

　�、拮畛Ｒ娷浕�處理方法與承載力驗算。

　　筆者認(rèn)為，針對上述六類問題，選擇適當(dāng)量的習(xí)題，則可以基本達(dá)到應(yīng)試要求。解題能力的提高首先是基本知識和理論掌握得要好，其次是適當(dāng)數(shù)量的練習(xí)或仔細(xì)閱讀例題。理解掌握本課程的內(nèi)容組成結(jié)構(gòu)，對靈活求解計算題是十分有利的。

　　五、綜合結(jié)語

　　通過上述論述，可得出如下基本意見：

　1、《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》課程的“教”與“學(xué)”應(yīng)強(qiáng)調(diào)內(nèi)容的組成結(jié)構(gòu)；

　　2、土力學(xué)是該課程的理論基礎(chǔ)和核心，理解其內(nèi)容組成結(jié)構(gòu)的逐次深入特點，對掌握和靈活應(yīng)用十分重要。

　　3、難點內(nèi)容的學(xué)習(xí)，應(yīng)當(dāng)學(xué)會掌握問題的核心或?qū)嵸|(zhì)。

　　4、計算題的解題能力是應(yīng)試成功重要環(huán)節(jié)，應(yīng)有所側(cè)重，熟練掌握基礎(chǔ)知識，靈活應(yīng)用基本理論及解答，學(xué)會綜合解決問題的能力。

　　參考文獻(xiàn)

　　1、吳湘興主編，《土力學(xué)及地基基礎(chǔ)》全國高等教育自學(xué)考試教材，武漢大學(xué)出版社，第二版，1992.10。

　　2、華南理工大學(xué)、東南大學(xué)等4校合編，《地基及基礎(chǔ)》高等學(xué)校教學(xué)用書，中國建筑工業(yè)出版社。

　　3、陳希哲編著，《土力學(xué)地基基礎(chǔ)》，清華大學(xué)出版社第二版，1998.8。

　　4、洪毓康主編，《土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)》，人民交通出版社，第二版，1982。