1.土的三个特性

土是多孔多相不连续的介质，其骨架由不同矿物、不同尺度和形状的颗粒形成，骨架的孔隙中充填着水和空气。同、水、气三者间不同的比例及其相互作用造成了土的极其复杂的力学性质。土的碎散性、多相性和地质历史形成的变异性是其区别于其他一切介质的三个特性。在各力学学科中，理论的发展需要科学的抽象，即摒弃对象的非本质性质，强化、纯化其本质特性，将其理想化。这样才能运用数学的手段、数学模型来描述和解决问题。在理论力学中，将对象理想化为没有大小的质点和没有变形的刚体；材料力学和结构力学中研究对象被理想化为由线弹性材料组成的构件和结构；流体力学中水所被当成不可压缩的理想流体。但是由于土的碎散、多相和作为天然材料的变异性，这些理想化在土力学中基本不适用。L.A.Zadeh[1]进过：“当系统的复杂性日益增加时，我们做出系统特点的精确而有意义的描述的能力将相应降低”。对于岩土工程这一极其复杂的系统，精确可能是一个奢望。在土力学研究的不同场合、课题中往往需要不同的假设和理想化，这样，预测和计算与实际情况有很大的差别是很正常的，经验公式和修正系数是不可缺少的。在土力学课程之前学生所学的经典数学利力学中，对象被高度理想化，与真实事物距离很远。学生在理解和接受复杂的事物和规律时常常无能为力，而这些经典的理论常使他们产生误解，以为这些公式和计算手段可以精确地解决—切问题。为此，在开始土力学学习时，首先强调土作为一种材料的特殊性。将土与钢材、混凝土和水进行比较，指出土的碎散性、多相性和是地质历史的产物这三大特性以及由此引发的工程问题及特殊的学习方法。

2. 土的三个工程问题

土的主要受力骨架是由不连续的颗粒组成，“一盘散沙”说明砂土一般没有固定的形状；土的强度不是由固体颗粒的矿物强度决定的，而是由颗粒间的摩擦力和微弱的粘结所决定。因而土的强度低，并且主要是与约束有关的抗剪强度。所以强度问题是土力学的核心问题，地基破坏引起的建筑物倒塌，挡土墙滑移与倾覆，工程边坡的失稳，地质灾害的滑坡与泥石流，地震液化，砂岸流滑，敏感土的失稳等都属于土的强度问题。

土的变形主要源于土颗粒移动造成的相对位置变化或颗粒的破碎。体积压缩是由于孔隙的减少。在外力的作用下，土的变形远远高于连续介质，而在应力作用下土颗粒的移动，孙坚造成土的体积压缩，也可发生减胀。由于土的三相性，温度、湿度和环境也会影响土的变形。固体颗粒、水喝空气三者的体积比例、力的分配和转换、骨架孔隙中流体的进出流动形成了土的变形与时间有关的渗流固结过程，也形成了土力学特有的概念与理论。土的变形问题成为重要的工程问题。建筑物的倾斜开裂、路基沉降与桥头跳车、土石坝的变形与裂缝、湿陷、膨胀、冻融、盐胀变形引起的工程问题不胜枚举。与土的变形有关的渗流固结理论成为土力学标志性理论，为土力学成为一个独立的学科奠定了基础。

土的第三个工程问题是渗流问题。碎散的颗粒集合体中，充满了流体，在不等势情况下将发生流体的运动。挡水、输水与储水土工构造物的渗漏；渗流造成的渗透变形会成为堤坝溃坝、基抗倒塌、隧道矿井失事的主要原因；渗流也是岩十环境问题的重要原因。土的渗流是土力学关键的内容。

土的强度、变形和渗流是土的三大工程问题。这三大工程问题实际上是出土的性质的特殊性引起的。在这门课的绪论中，首先介绍国内外由土的强度引起的事故，介绍比萨斜塔这样由土的变形引起的千古奇观，也介绍了美国弟顿坝由于土的渗透破坏而跨坝造成的巨大生命财产的损失，使对土的三大工程问题产生深刻的印象。

3. 土力学中的三大理论

土力学中解决土的三大工程问题的理论成果是三个重要定律，它们组成了土力学的核心内容。

强度理论是揭示土的破坏机理的理论。莫尔——库仑强度理论描述了剪切面上剪应力与该面上正应力σ间关系，表现了土作为散体材料的摩擦强度的基本特点，是一个简明实用的强度理论。在各种极限平衡和极限分析中，在各种数值计算中，这一强度理论得到广泛的应用。

在地基沉降中，人们更关心的是粘性土的压缩和渗流固结引起的沉降。1923年，太沙题提出了土力学中最重要的理论——有效应力原理，才建立起量化的分析计算方法。紧接着他总结了前人关于土的性状的研究成果，结合他创建的单向固结理论，于1925年发表了他的《土力学和地基基础》著作。人们把该书的出版看成是土力学学科的诞生，可见这一理论在土力学中的重要地位。

达西定律是关于土中水渗流的理论。它揭示了单位面积渗流量q与水头坡降i成正。比例常数为渗透系数k。这是达西从实验出发得出的规律，是解决土工问题和渗流分析的基本理论。

这三个理论构成土力学的骨架，是且前解决工程问题的理论基础，也是土力学课程的重点。

 [1]L.A.Zadeh(拉特飞‧扎德)——模糊理论之父

模糊数学之父，著名学者，美国加州大学伯克利分校扎德教授。

1965年，身为控制论专家的扎德教授提出了模糊集合论。数学是人工智能的基础，扎德的目的是要从数学基础上来为人工智能的发展开辟道路。经典集合论只能表达精确概念，刻板的程序使计算机在识别和控制上无法模拟人脑在识别和控制中由于使用模糊词句而带有的灵活机动性。要想改变这种状况，必须用数学描写模糊概念，从外延上把精确集合扩展成模糊集合。他一旦提出模糊集合论，就从数学上消除了计算机不能处理模糊概念的禁锢。他登高一呼，经过两年的短暂沉默，就万山响应，理论和应用文章呈指数地逐年递增，传遍了计算机应用的各个领域。

扎德的伟大梦想是要让语言词句直接进入计算机程序，他年过九旬仍日以继夜地守候在网上和大众讨论交流直到他最后的昏迷。总之，模糊集合论的诞生是世界人工智能发展史中的一个重要里程碑，扎德是国际人工智能的一位长驻的特殊精神领袖。

扎德平易近人，慈爱可亲，是人们的良师益友，尤其对中国，他更是情有独钟。他热情地鼓励我们每一点进步和成就，热情接待所有中国学者的到访，远道来华参加在中国举行的国际会议，凡是与他接触过的人，无不为之感动。在他的关心扶助下，我国模糊集与系统研究队伍壮大。

学习土力学

学习目标：

了解国内外地基基础工程发展现状；熟悉课程的任务、内容与要求。理解土力学的意义和作用并在工程实践中遵守国家标准的规定。

重点难点：

重点：熟记土力学、地基、基础、化学风化、物理风化等概念，掌握土的风化作用。

难点：理解土的风化过程

学习建议：

认识这门课的特点和学习方法，建立土力学的基本框架，培养职业规范素养，结合案例分析，充分认识理论与实践相结合的重要性。

考核要点：

土力学、地基、化学风化、物理风化等概念和土的风化过程。

2.《茅以升》茅以升