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            自學(xué)考試
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            土地學(xué)及地基基礎(chǔ)

              摘要:根據(jù)《土力學(xué)及地基基礎(chǔ)》課程的內(nèi)容結(jié)構(gòu)組成,結(jié)合多年的授課經(jīng)驗(yàn),以及對(duì)歷年自考試卷的分析,就該課程的自學(xué),提出了著重掌握基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論,靈活應(yīng)用土力學(xué)基本問題的解答,培養(yǎng)和提高對(duì)典型問題(試題)的解題能力。

              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(gè)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(gè)整體來(lái)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(diǎn)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(diǎn)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(guò)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(gè)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(gè)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(duì)簡(jiǎn)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(wú)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?梢钥闯,土力學(xué)作為力學(xué)的一個(gè)分枝,具有一般力學(xué)課程的特點(diǎn),即內(nèi)容組成的結(jié)構(gòu)性特征明顯。在“教”與“學(xué)”的過(guò)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(duì)各部分內(nèi)容的融會(huì)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(diǎn)分析

              2.1 地基的沉降歷時(shí)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(diǎn)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(shí)間和深度的函數(shù),應(yīng)用于固結(jié)度的概念,通過(guò)積分得到了固結(jié)度的表達(dá)式。上述過(guò)程簡(jiǎn)單可歸納為:

              一維固結(jié)方程建立數(shù)理方程求解u(z,t)推導(dǎo)固結(jié)度表達(dá)式U(a,T v)的計(jì)算方法及應(yīng)用,對(duì)于數(shù)理方程解答,則可以簡(jiǎn)單了解其前因后果的過(guò)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(shí)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(wú)論是實(shí)際問題,還是試題,一般均為已知條件,學(xué)習(xí)的重點(diǎn)是靈活應(yīng)用,而勿需死記硬 背公式,這一點(diǎn)是十分重要。而固結(jié)的問題無(wú)外乎是:

             、僖阎獣r(shí)間t,求解相應(yīng)固結(jié)度U t及固結(jié)沉降s t;即tT vU ts t=Ut·s∞

             、谝阎探Y(jié)度U t(或固結(jié)沉降S t ),求解達(dá)到該值所需時(shí)間t

              即:s tU t=s t/s∞T vt

              因此,對(duì)上述有了全面理解之后,再來(lái)學(xué)習(xí)一維固結(jié)理論,則是一個(gè)查表或查圖式按計(jì)算器的問題了,當(dāng)然理解固結(jié)系數(shù)c v和時(shí)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(jì)算

              地基的極限承載力P u的理論計(jì)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(shí)要求較高,推導(dǎo)過(guò)程亦較復(fù)雜。學(xué)生在學(xué)習(xí)中,特別是自學(xué)時(shí)往往無(wú)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(yàn)的極限平衡理論——太沙基公式,根據(jù)目前國(guó)家強(qiáng)調(diào)“通材”教育的基本點(diǎn)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(jiǎn)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(xiàng),是地基土強(qiáng)度產(chǎn)生的承載力;q·N q是在基本項(xiàng)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(xiàng)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(duì)承載力的提高。準(zhǔn)確理解表達(dá)式(1)的各項(xiàng)的含義及概念是十分重要的,而分項(xiàng)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(shí)均作為已知條件,不必硬記。

              極限承載力理論計(jì)算的應(yīng)用也較簡(jiǎn)單,一般用作淺基礎(chǔ)的地基承載力驗(yàn)算,但值得一提的是r. bN r項(xiàng)的承載力提高是以基礎(chǔ)沉降變形為代價(jià)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(shí)際問題時(shí)應(yīng)慎重選擇。

              三、基礎(chǔ)工程學(xué)的學(xué)習(xí)要點(diǎn)

              基礎(chǔ)工程學(xué)的內(nèi)容組成結(jié)構(gòu)是一種相對(duì)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(jì)原理,工程力學(xué)等。例如淺基礎(chǔ)中包括了地基承載力驗(yàn)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(jì),則與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(diǎn)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(yàn)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(jì)部分,嚴(yán)格意義上應(yīng)屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(diǎn)在“教”與“學(xué)”的過(guò)程同樣應(yīng)區(qū)分清楚。

              四、自學(xué)考試中關(guān)于計(jì)算題的分析

              一般自考試卷,計(jì)算題所占比例約為60—70%,計(jì)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(jì)了六大類計(jì)算題,即:

             、偃啾壤笜(biāo)換算;

             、趶(qiáng)度與土壓力計(jì)算;

             、蹓嚎s規(guī)律與沉降計(jì)算;

             、軜痘c樁基承載力;

             、轀\基礎(chǔ)與地基承載力;

             、拮畛R娷浕幚矸椒ㄅc承載力驗(yàn)算。

              筆者認(rèn)為,針對(duì)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(shí)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(duì)靈活求解計(jì)算題是十分有利的。

              五、綜合結(jié)語(yǔ)

              通過(guò)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(diǎn),對(duì)掌握和靈活應(yīng)用十分重要。

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

              4、計(jì)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(shí),靈活應(yīng)用基本理論及解答,學(xué)會(huì)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(guó)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(guó)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。

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