巖土工程與土力學摘要:本文首先主要分別論述和闡明了巖土工程、土力學它們兩學科各自的定義、主要內容、內在特點和發展趨勢。然后又分別從它們各自的定義、特點兩方面平行對照比較，論述兩者之間的不同之處；并且依據其定義和內容等方面找到了二者的內在聯系，得到了兩學科之間的相互滲透、交叉對于雙方都有很大的影響；從而推出學科之間的發展不是獨立的，而是相互促進，相互影響，共同進步的。最后又簡單的論述了土力學和注冊土木工程師（巖土）之間的關系，得出：要成為一名合格的注冊土木工程師（巖土），土力學作為基礎學科和基礎知識，是必須熟練的掌握的；只有搞清、弄通土力學，才能在土木工程這一行業中有一個良好的基礎，才能在土木這一專業上有所建樹。關鍵詞：巖土工程，土力學，注冊土木工程師（巖土）引言：每一門學科都有不同于其他學科的研究對象，都要研究它自身的特殊規律。但是，客觀事物是錯綜復雜、互相聯系、互為因果的，特別是一些相近和相關的學科，在研究對象、范圍、內容和方法的上，往往相互交叉，既有個性，又有共性，既有區分，又有聯系。當代科學的發展具有高度綜合又有高度分化的特點，它不僅表現在學科之間的相互移植和相互借鑒，各自以其最新的成就影著對方，同時也吸收對方的某些新成就以促進本門學科的發展；而且也表現于學科內部的已有研究成果新的綜合和新的分化，從而出現了新的分科學支、邊緣學科。因此，在研究某門學科時，要明確其與相關學科、交叉學科的關系。孤立地固守本門學科的狹隘的范圍，或片面的地堅持某種方法，是難于深入探索的內在規律，推動本門學科向前發展的。目錄TOC\h\z\u\t"標題3,1,標題4,2"一、巖土工程 31.1、巖土工程的定義： 31.2、巖土工程的主要內容： 31.3巖土工程的特點： 5二、土力學 52.1.1、土力學的發展歷史 52.1.2、發展趨勢 62.3、土力學的主要內容 72.4、土力學的特點 8三、土力學與巖土工程的關系 9四、土力學與注冊土木工程師（巖土）關系 10五、結論 11六、參考文獻 121.3巖土工程的特點：巖土工程學是以巖體、土體和水體為研究對象，以工程地質學、巖石力學、土力學及基礎工程學的基本理論方和方法的綜合為指導，研究巖土體的工程利用、整治和改造的一門綜合性技術學科。它有很強的實踐性（因巖土體有顯著的時空變異）和綜合性，往往對保證工程質量，縮短工程周期，降低工程造價，提高工程效益會起到關鍵性的作用。巖土工程學的本質特點，一是它必須以“巖土”為基礎，始終要面對性質變化錯綜復雜的巖體和土體，以及與巖土體不可分割的水體；而是它必須以“工程”為中心，始終要圍繞擬建工程在其具體巖、土體條件下的合理實現，確保他的正常使用;三是它必須以“穩定“為目標，始終要把工程在各種可能最不利組合條件下的安全和穩定性作為解決問題的總目標。它有跨越是空的特點，要考慮巖土的過去、現在和將來的變化，考慮工程在建設期與運營期內在所處條件上的差異，考慮巖土體在其分布上的區域性、層次性和特殊性；它也有跨學科的特點，要利用工程地質學、水文地質學、巖石力學、土力學、基礎工程學，甚至其他一系列學科的基礎，通過交叉融合，審時度勢，具體的面對各類實際問題；它還有跨行業特點，要區別和針對諸如建筑、鐵路、公路、水電、礦業、環保等各方面建設上不同建筑物和構筑物的工作特點，滿足他們的特殊要求。顯然，這些任務決不是任何一門學科所獨立勝任的。工程地質學是研究有關地質量問題的學科，它的主要任務在于對規劃、設計、施工和運行中有關地質條件，從地質構造、地質作用和地質現象等方面做出分析評價；巖石力學和土力學是研究巖和土材料力學特性的特性指標、變化機理與客觀規律以及巖體和土體變形、強度與滲透各方面的穩定特性、分析方法和增強措施的科學；基礎工程學是研究關于不同工程建筑無基礎設計與施工中涉及的各種原則、方法與事故處理等有關問題的科學。水文地質學是研究地下水的形成、埋藏、運動（動態與均衡）及水質等的變化以解決地下水開發、利用、防護等的水文地質條件及勘查評價的科學。這些學科雖然都是解決巖土工程問題的重要支撐，但沒有巖土工程學根據巖土工程問題的內在規律所作綜合的升華與創造性的應用，都是無法完成前述的巖土工程任務的。巖土工程學這種本質特點的個性構成了它賴以生存和發展的基本依據。二、土力學2.1.1、土力學的發展歷史土力學是人們在長期的工程實踐中形成并發展起來的一門學科。我國勞動人民從遠古時代就利用土、石作為地基筑材料來修筑房屋。如西安新石器時代的半坡村遺址，就發現有土臺和石礎，只就是古代的土力學最早的應用。隋朝石工李春所修建的趙州石拱橋，造型美觀，至今存留。橋臺砌置于密實的粗砂層上，1300多年來估計沉降約幾厘米。經現在的驗算，其基底壓力為500~600kpa。這與現代土力學理論給出的承載力值很接近。《夢溪筆談》記載，北宋初年，著名木工喻皓在建造開封開寶寺時，考慮當地多西北風，便特意使建于飽和土上的塔身稍向西北傾斜，設想在風的長期、斷續作用下可以逐漸復正。可見，當時的工匠已經考慮建筑物地基的沉降問題了。而力學逐漸形成理論始于18世紀興起工業革命的歐洲。為滿足資本主義工業化的發展和市場向外擴張的需要，工業廠房、城市建筑、鐵路等大規模的興建，提出了許多與土力學相關的問題，例如鐵路路基問題。1773年，法國A.庫倫（Coulomb）創立了著名的砂土抗剪強度公式，提出了計算擋土墻土壓力的滑楔理論。1869年，英國W.J.M朗肯（rankine）又依據強度理論從另一角度推導了土壓力計算公式。1885年，法國J.布辛內斯克（Boussinesq）求得了彈性無限空間在豎向集中力作用下的應力與變形的理論解。1922年，瑞典的W.費倫紐斯（Fellenius）提出了土坡穩定分析方法。這些古典的理論和方法影響著以后土力學的發展，為本學科系統的發展做出了貢獻。1925年，K.太沙基（terzaghi）歸納了以往的研究成果，提出了一維固結理論，闡述了有效應力原理，發表了第一本《土力學》專著，標志著近代土力學學科的形成。1963年，羅斯科（Roscoe）等人創建發表了著名的劍橋彈塑性模型，標志著人們對土性質的認識和研究進入了一個嶄新的階段。回顧新中國成立后的50多年，圍繞著解決工程建設中提出的問題，土力學學科在我國得到了廣泛地傳播和發展、尤其是改革開放以后，國家大規模的建設促進了本學科的發展，在土力學理論和工程實踐方面均取得了令人矚目的化時代進步，為國民經濟發展做出了貢獻。許多大型水利水電工程，核電工程，高速公路，大型橋梁，萬噸級碼頭，大型廠房，高樓大廈，地下空間開發利用等等都呈現了本學科理論和實踐的巨大成就。工程建設需要學科理論，學科理論的發展更離不開工程建設。2.1.2、發展趨勢性質是極其復雜的，因而理論的發展是很艱難的。關于土的理論，經過不少學者的艱辛研究和探討，已取得不少成果，但進一步的發展還遠沒有結束。就學科本身而言，土力學的發展少不了三個方面：理論、實驗、計算機。作為當今科技的驅動器，計算機是不可或缺的，發展數值分析是土力學的一個研究方向。目前，已經能夠模擬、計算三維復雜條件下的許多工程問題，表明本學科進入了一個新時期。數學是一切自然學科的基石，數學的發展必將促進土里學的發展。天然土是復雜的，不可能按某種配方將其制作出來，因此數值模擬和理論分析不能解決所有問題，實驗對土力學的發展必不可少的，是相當重要的，經不起實驗檢驗的理論，即使再完美也是沒有任何實際工程意義的。只有合理利用開發這三個方面，土里學的發展才會走的更遠。其次研究方法和手段的大大提高也能為土力學理論研究和基礎加固提供良好的條件，目前各國已經研制成功多種多樣的工程勘察、實驗與地基處理的新設備。

近年來，世界各國超高大壩、超高層建筑、地下空間開發、礦山深井建設、核電站、越江越海隧道、巨型電站、南水北調等巨型工程的興建，還有地震、山體滑坡等等，不斷對土里學提出來更高的要求，大大促進土力學進一步發展。裂隙對土體力學性能的控制性、非線性應力-應變的本構關系以及新的測試技術和設備等方面的研究將會有新的進展。2.3、土力學的主要內容土力學的基本研究內容：1）土的有效應力原理；2)土的應力分布理論；3）滲透固結理論；4）強度破壞理論；5）地基變形計算；6）地基承載力計算；7）土坡穩定性驗算；8）擋土結構物上的土壓力計算。其中有效應力原理、應力分布理論、滲透固結理論和強度破壞理論是土力學的基本理論，而地基變形計算、地基承載力計算、土坡穩定性驗算和土壓力計算是與工程實踐直接相關的應用課題。土力學的研究必須注意土的本質特性。土的松散性是區別于整體巖石的主要特性，這種特性是創立土力學的主要原因。土是自然歷史產物，必須查明土的生成環境和歷史過程，結合土的微觀結構、宏觀土層的邊界條件及自然環境變化進行研究。應對場地的地質和水文地質條件進行詳細的勘測和分析。因而，土力學與工程地質學有著極為密切的關系。在各類土體的形成變化過程中，有著各自相應的物質組成結構，表現出不同工程地質性質。只有采用地質學的自然歷史分析法，才能正確的認識土體工程性質形成的原因和演變歷史、目前的狀態及今后的變化趨勢。土力學研究土的物質組成成分，土的物理、化學、力學性質及他們之間的相互關系，并以此為基礎，進一步探討在自然和人為因素的作用下，土的成分和性質的變化趨勢。土力學應以土的成因、成分和結構等內在因素的研究成果作為解釋土的物理與力學性質的根據，根據工程需要評價和改善土的性狀，以保證建筑工程的合理設計、順利施工、安全運行。土力學的研究必須注重實踐行。除運用一般力學原理外，還要中是專門的土工實驗技術的應用。根據室內和原位試驗獲得的物理力學指標和各種參數來研究土的工程性質。土的變形固結和強度理論，就是這些實驗研究的基礎上建立和發展起來的。土力學的研究必須注意工程實用性，必須考慮建筑物的結構特點和使用要求。各種建筑物因設計要求不同，對土體變形的穩定性和要求也有很大的差別。應從工程實際出發，對具體工程項目的地基土體和建筑土料規定具體的土工試驗項目和實驗方法，運用土力學的理論進行地基基礎設計計算和施工，已解決實際工程問題。土力學是一門偏重于計算的學科，因而，數學、力學是建立土力學計算理論和方法的重要基礎。土力學作為力學計算問題，與理論力學有所不同，不能用純數學、力學的的觀點，必須根據實際地質調查、現場和室內的試驗資料來進行分析研究，然后才能對研究資料進行力學計算。電子計算機技術和新的計算機技術的飛速發展，為土力學理論計算提供了重要手段。土力學是土木工程專業的一門專業基礎課程，它的定量分析評價工程地質問題和進行巖土工程設計計算的重要理論基礎之一。在研究土體中水的運動問題時，還涉及水力學、地下水動力學和水文地質學的有關知識。各學科的相互綜合與滲透是現代土力學發展的總趨勢。2.4、土力學的特點學是為巖土工程服務的一門學科。影響巖土工程的因素眾多，如工程地質、環境、氣象、施工，以及其他人為的和時間因素，這就導致巖土工程的不確定性。而作為巖土工程原始依據的勘測資料具有局限性，由于土層的復雜性和取樣的不連續性、小土樣和原位土層的差異、土樣擾動的影響、實驗條件與實際工程情況的區別等，即便最認真、細致的勘測也可能存在偏差。此外，準確分析和利用勘測資料也不是容易的事。而設計參數往往導致結論的大偏差，其影響甚至超過計算方法的選擇。太沙基在給法國人洛西葉寫的《土力學的信心和危機》一文的答復中指出了土力學的特點：土力學具有“科學性”和“藝術性”的雙重特性，即土力學不是一門“精確”的科學，與其說它接近橋梁工程或機械工程，不如說他更接近醫學。對于醫學，“臨床經驗”是十分重要的。或者說土力學是工程實踐中的一個工具，但不像計算尺、計算機那樣按指示書使用就行的工具，而是像地球物理勘測那樣需要長時間實踐才有把握掌握工具。派克總結了土力學中的“觀測法”，可表述為：在足夠（但不一定很詳細）的勘測資料的基礎上，根據地質知識對土層的最可能性狀和最不利條件下的可能偏差做出評價，并據此做出簡化假設和進行設計。在設計中，應確定需要在施工過程中實施觀察的量（如沉降、空隙水壓力等），并且按簡化假設預估這些量的數值（包括在最不利情況下的相應數值），同時考慮最不利情況發生時如何選擇補救措施或改變設計。最后在施工中觀察起這些量，并對觀察結果做出評價，必要時修改設計，以適應現場的實際情況。派克指出，觀察發的局限性在于只能用于施工過程中有可能修改設計的場合，有時還可能會延長工期。但是觀察法有利于降低造價和避免災害。派克提倡的“觀察法”，就是現在所說的“動態設計”概念。雷森迪斯又對過分依賴觀察法、過分強調從理論上找到普遍性規律的困難及危險提出自己的看法。他認為，同其他學科一樣，要在土力學領域內作出理論上的概括，需要四個過程：1）識別過程，即從原型觀察的個別實例來識別哪些是有意義的（有效的）變量。2）歸納過程，即把有關變量歸納成少數的獨立變量，這要求舍棄一些無關的、次要的變量，在許多情況下要用到量綱分析。3）模擬過程，即探索從歸納過程得到的各獨立變量之間的關系式。4）驗證過程，即把以上求的量之間的關系式與現場實例比較。其中，模擬過程可分為模擬實驗、數學分析兩種經典方法和計算數值分析方法。從以上闡述中可以看出，土力學學者都非常重視理論和實踐兩個方面。他們在某一篇文章中強調其中一方面是因為當時工程界具有忽視另一方面的傾向。太沙基關于“科學性”和“藝術性”的論述精辟的反映了土力學的特點：第一，土力學是一門具有嚴密的科學性的學科，在工程實踐中決不能違反土力學的基本原理，否則會導致工程失敗和釀成重大事故；第二，土力學注重強調實踐經驗和地區特點，這是保證工程完美的基礎；第三，需要先進的數學、力學知識和計算機技術，以便更快捷、精確的解決復雜的巖土工程問題；第四，雖然計算模型、計算參數的選擇和計算結果的分析需要豐富的經驗，但也不能否定傳統方法在工程中所起的作用。這些認識，無論是在土力學課題研究中，巖土工程的設計或施工中，還是在土里學課程的學習中，都是非常重要的，三、土力學與巖土工程的關系巖土工程是一門技藝，而土力學是一門工程科學。這個區別經常被表述，但是很少被充分領會。但是，如果我們期望在兩方面都有所進步甚至精通的話，必須理解這個區別。首先，土力學提供了關于土體材料應力—應變—時間關系特性的定性和定量數據。這些知識讓我們認識了理想條件下土體的力學行為，這為我們預測在現場的更復雜條件下行為提供指導。類似地，土力學理論能使人們洞悉在簡單、理想狀態下的行為。土力學是利用力學原理和土工試驗來研究土的應力、應變、強度、穩定和滲透等特性及其隨時間變化規律的學科土的用途主要體現在三中類型的工程中，即地基（路基）、建筑材料（如鐵路、公路路基、工業與民用建筑物修建的場地、堤壩等的填料）和建筑物周圍的環境介質（如邊坡工程、地下工程），土力學則是定量分析評價工程地質問題和進行巖土工程設計計算的重要基礎之一。

巖土工程涉及的范圍很廣，不僅涉及天然巖土，還包括人工土，包括對天然土的加固和改良，利用排水、壓實、加筋、改性、注漿、設置增強體等方法，改變巖土體的強度、變形和滲透性能。是屬于與工程緊密結合的的專業科學，是運用工程地質學、土力學、巖石力學、結構力學、土工試驗等多學科知識研究巖土體（包括其中的水）作為支撐體、荷載、介質或材料、必要時對其改良或治理的一門技術。它包括巖土工程勘察、設計、試驗、施工和監督，涉及工程全過程。巖土工程與土力學關系密切，且互相搭接，邊界模糊。邊界附近你中有我，我中有你。同時，也可以說土力學只是巖土工程的一部分。在巖土工程中的最好的技藝水準幾乎總是在那些人中發現——這些人除了經過了土木工程的充分訓練之外，還經過了相關經驗的培養，并且能夠在土力學和地質學的基礎上建立起聯系，還能夠用這兩門科學來擴展經驗。在巖土工程實踐方面的專家和在土力學方面專家的背景無疑是相同的，兩者的區別也很重要。為處理土壩、高難度的基礎和基坑問題，巖土工程師會發現觀察過程是最強有力的工具。

四、土力學與注冊土木工程師（巖土）關系注冊土木工程師是指取得《中華人民共和國注冊土木工程師執業資格證書》和《中華人民共和國注冊土木工程師執業資格注冊證書》，并從事該工程工作的專業技術人員。2002年4月，人事部、建設部下發了《關于印發〈注冊土木工程師執業資格制度暫行規定〉、〈注冊土木工程師執業資格制度考試實施辦法〉和〈注冊土木工程師執業資格考核認定辦法〉的通知》（人發〔2002〕35號），決定在我國實行注冊土木工程師執業資格制度。傳統的土力學教學在我國大巖土理念下，特別是在注冊土木工程師（巖土）專業考試中，不僅強調熟悉和掌握有關的規范標準，還要強調作為一名巖土工程師所必頒具備的專業知識的背景，涉廈到與規范標堆無關的土力學內容常見于近年的考試試題中。本文通過對注冊考試試題中有關土力學的內容進行分析，提出了關于對土力學教學的一些思考注冊土木工程師（巖土）專業考試試題土力學教學專業知識巖土工程實行注冊土木工程師（巖土）制度是巖土工程界的一件大事，是實現政府對行、眥管理體制改革的一個重要舉措，是我國工程制度管理的一個進步，對科技人員也是十分重要的。國外巖土工程技術中的勘測、設計、施工三者是統一的。國外的巖土工程技術是在市場經濟條件下，在實踐中自然形成的一門特殊的學科。從實踐中得出理論，后來形成設計事務所，擁有自己的技術和專利，而我國巖土工程技術中的勘測、設計、施工三者分離，是在計劃經濟下經過條塊、部門分割后形成的，在長期的實踐過程中各個部門各自形成自己的領域，經驗有局限性。由于專業面窄，規范不配套，備專業之間很難配合。在目前市場經濟條件下，建立了我國的大巖土理念——從前期的策劃到施工和監理的全過程也勢在必行。為此注冊土木工程師（巖土）的考試不僅僅強調要熟悉和掌握有關的規范標準，還要強調作為一名巖土工程師所必須具備的專業知識，其中土力學是最基礎的也是最重要的。基礎考試為閉卷考試，上午段主要測試考生對基礎科學的掌握程度，設120道單選題，每題1分，分11個科目:高等數學、普通物理、普通化學、理論力學、材料力學、流體力學、電工電子技術、信號與信息技術、計算機應用基礎、工程經濟、法律法規，下午段主要測試考生對巖土工程直接有關專業理論知識的掌握程度，設60道題，每題2分，分8個科目:土木工程材料、工程測量、土木工程施工與管理、工程地質、結構力學、構設結計、土力學與基礎工程、巖體力學與巖體工程。專業考試的專業范圍包括:工程地質與水文地質、結構工程和巖土工程，上午段共設有7個科目，1、巖土工程勘察;2、淺基礎;3、深基礎;4、地基處理;5、土工結構、邊坡、基坑與地下工程;6、特殊條件下的巖土工程;7、地震工程。每個科目1道作業題，12分，從這7個科目中選擇4個科目進行考試，共計48分。下午段除了上述科目外，另增加工程經濟與管理科目，每個科目包括8道單選題，每題6分，從這8個科目中選擇6個科目進行考試，共計48分。五、結論

理論導向和經驗判斷:劉建航院士提出的“理論導向，經驗判斷，實測定量”十二個字，切中要害，生動地反映了巖土工程設計的特點，也是巖土工程設計經驗簡潔而準確的概括，值得提倡。

我個人認為，在目前的巖土工程學中產生的上述問題的根源就在于:沒有以地質學為基礎去解決土工工程問題。沒有用地質學的觀點去認識和解決土木工程中遇到的的地質問題。

地質學的形成時期是公元1750,公元1840年。早于土力學近200年，其成熟度顯然高于土力學很多。還