学习交流

ACADEMIC EXCHANGE


当前位置: > 首页 > 学习交流 > 正文

论主动土压力与被动土压力

发布人:王勇 发布时间:2016-11 浏览数:

主动土压力与被动土压力是支挡结构后土的两种极限平衡状态,说到土压力就不能不提朗肯与库伦及其土压力理论。在土力学中有一个悖论,那就是精确的、严密的理论解往往都脱离实际;而另一些虽然理论上不严密,作了一些假设,半经验的理论公式则较为实用。朗肯土压力理论在理论上是无需假设的精确解,只要符合它所规定的边界条件,库伦理论、索科洛夫理论都可退化为朗肯土压力公式。

朗肯土压力理论最常见的边界条件是:墙背竖直光滑,填土表面水平,同时也要求地基与填土间不存在摩擦,亦即也是光滑的。这显然是脱离实际的,因为墙背与地基的摩擦力是有利于挡土墙稳定的。如为了符合朗肯理论而费工费料将它们抹平、润滑,那个工程师肯定是有病。与此相似的还有普朗特地基承载力理论、单向压缩固结理论等。前者要求基底光滑与无重介质,后者要求无限大荷载与瞬时加载。由于这些理论上精确的解答,在边界条件上脱离实际,所以常常用经验系数加以修正,或者根据实际条件加作些假设。

库伦公式就是假设土体中的滑动面为平面(直线),这在理论上是近似的。但可以考虑墙背倾斜、墙背与填土的摩擦、填土表面不规则等一系列工程中的实际情况,因而具有更好的实用性。

在讲到库仑土压力理论时,有人问:墙后的主动土压力是墙体可能承受的最小的土压力,为什么在所有假定滑动面对应的土压力中,他又是最大的?被动土压力是可能承受的最大土压力,为什么它又是所有假定滑动面所对应的土压力中最小的?

其实这里的问题在于前一种是现实的,后一种是虚拟的。

1 土压力的库伦理论

在图1中,墙体不动时,对应的是静止土压力E0,当挡土墙离开土体位移时,墙上的土压力不断减少,直到出现滑动面1,这时对应的土压力为E1。如果我们把这个滑动面灌浆粘接起来,而把墙体再离土移动,土压力继续减少,就会陆续出现滑动面2,3.....,对应的土压力为E2,E3… 。无疑,第一次出现的滑动面所对应的土压力最大,即E1=Ea。

如果从静止状态墙体推向土体,则其上的土压力不断增加,出现第一个滑动面1'时,对应的土压力为E'1。如果把这个滑动面粘接起来,继续努力推墙,将陆续出现滑动面2',3'……,对应的土压力为E'2, E'3… 。那么第一个滑动面对应的土压力最小,亦即E'1=Ep。

土力学是一门很实际的学科,与现实生活联系紧密。对于一些概念和原理,我们要善于联想与比拟,这样你就会得到很深刻的理解与感悟。

有时在餐桌上吃着吃着就饱了,并且是超饱,腰带紧束,就感悟到了被动土压力的滋味,暗地松开两个扣眼,体会到主动土压力的幸福。想到一些市井之徒,如水浒中的没毛大虫牛二之流,夏天里常把腰带系在胯上脐下,让锅底般的肚皮露在上面。另一些上层人物,如我们的高级领导。则把腰带提到乳上腋下,成为“齐胸裤”。或者干脆用吊带把裤子吊起来,估计都是为被动土压力所逼的。

如果把自己当成一粒土,那么在人流和人群中,你常常会体会土力学的概念和原理。比如在大礼堂散场或散会的人流中,如果你想停一下,立刻就会感到渗透力的威力:你会在人们的正面挤压与碰撞、侧面的摩擦作用下身不由己,最后只好变成为“流土”了。

现在从清华到几个火车站都要乘地铁4号线。尽管早已年过古稀了,但鲜有为我让座之幸。于是就有了理解土压力的机会:在圆明园上车一路宽松,渐近于西直门,压力增大,最后达到了被动土压力的痛苦状态;一到西直门,人们一涌而下,顿感主动土压力的愉悦、宽松、舒展与自由。想到自己工作几十年,无需坐班,到教室骑车不超过10分钟,从未经历上下班挤车之苦,真是身在福中不知福。而推己及人,我夫人当年是要天天挤公交车的,有一年冬天,她不穿条绒大衣了,换了一件尼龙绸的羽绒服,说这样挤车容易。我就讲解说,这是由于减小了摩擦角,被动土压力就小多了。可惜她是农学院学畜牧的,在市奶牛处工作,所以估计我这么渊博的土力学知识都对牛弹琴了。

现在看小外孙女,每天起早上学,下午回来做作业,晚上和周末上英语班、舞蹈班、钢琴班,看她那瘦瘦的样子,是深陷于被动土压力状态了。回想自己的童年,经常吃不饱是现在的孩子们所不知的,但那时的宽松却是很值得怀念的。当时我们的小学在哈尔滨的松花江边,我大约会有1/3的时间是逃学的:到市场听说书,租看一分钱两本的小人书,折个柳条江边钓鱼。这当然会受到家长与老师的制裁,结果是大约另有1/3的时间被赶到教室门外听课。前几年一个大学同学见到我,说当年总看你在看小说。这也是事实,60年代清华图书馆的小说和杂书我几乎全都看过。可见那时也并不紧张,处于主动土压力状态。结果是将近毕业时,人家都超龄退团了,我才在逼近25周岁之前光荣加入了中国共青团。结果现在成了“杂家”。

在欧美国家,社会与家庭都很自由宽松。孩子们以玩为主;商店周末休息,员工可能去旅游了。有一次我在美国去一个超市,几个员工先是客气的向我抱歉,然后乐呵呵地发给我一张传单,原来是工会组织罢工了,也并没有剑拔弩张的气氛。而我国的“中国制造”背后则折射出农民工处于被动土压力的艰辛。

京剧“失街亭”中,诸葛亮有一句唱词“我本是卧龙岗散淡之人”;胡志明有两句诗是“自甘清淡精神爽,从容处事日月长。”这都是道家的一种“道法自然”的主动土压力心态。本来诸葛亮尽可以“散淡”下去,在卧龙岗上“采菊东篱下,悠然见南山”的。可他偏偏去投奔了刘备,结果是东征西战,日理万机,鞠躬尽瘁,最后只能是“死而后已”了。周恩来又何尝不是如此,把自己弄进被动土压力状态,精疲力竭,过劳而死。

现在有些教授,在作学问之外用的功夫似乎太多:跑项目,奔奖励;大学市场化,教授官僚化。无尽的沟通、交往、喝酒、包装与忽悠;不断地追求杰青、长江、百人,最后是院士。而某些院士则是无事不揽,无所不通,无职不兼,无会不到,真替他们劳累。很怀念我的导师黄文熙以及陈仲颐、周镜。汪闻韶等老一辈学者们的儒雅与从容。近年来知识分子似乎在从主动土压力向被动土压力挺进。

在体育运动中,太极与瑜伽都是从容而悠长的,而一些竞赛与对抗的项目则是短促而剧烈。所以深山方丈与世外道者均长寿,而拳击和足球运动员则常猝死。这也是由于状态与心态的不同吧。

回顾历史,治国的土压力理论也是很重要的。秦代是一个伟大的时代,“秦王扫六合,虎视何雄哉,挥剑决浮云,诸侯尽西来”。但秦几代都奉行法家,商鞅、李斯都实行“先军政治”,穷兵黩武,不断征战。动辄兴兵百万,战线越拉越长。以一兵十夫计,民众的负担情何以堪?对内又实行严刑峻法,轻罪重罚,实行连坐,结果是“赭衣塞路,囹圄成市”,全国的多数人成了犯人。统一六国后,北拒匈奴,屯兵几十万;建阿房宫、筑长城、修骊山墓。仅骊山大墓最多用民夫80万。现在看秦始皇的兵马俑殉葬坑确是壮观,被誉为世界第八大奇迹。但想象一下,2000多年前,仅一处殉葬坑就如此规模,整个陵园会有多大?这需何等的劳力、何等财力、何等的暴政?所以法家历来实行的是被动土压力政策:紧缩、挤压、暴政,最后只能是崩溃。结果是陈胜吴广揭竿而起,短命的秦朝应声而亡。

汉统一中国,战乱过后,民生凋敝。汉初的文帝、景帝与窦太后信奉道家的“无为而治”,一改秦代的刚硬性政策,顺应自然,休养生息,轻徭薄赋,恢复经济,不过多干扰民众。形成了所谓的“文景之治”的盛世,也为后来的汉武帝的开疆拓土打下了经济基础。道德经里有一句“治大国如烹小鲜”,就是说治理大国不能急燥,不宜乱来,更不能瞎折腾。

汉武帝也是一代天骄,征讨匈奴,开疆拓土。但征伐太过。在其后期的《轮台罪己诏》中对于穷兵黩武,劳民伤财表示了悔意。但似乎尚不能说武帝实行的是法家政策,其实他是“罢黜百家,独尊儒家”。

儒家与道家、法家是有区别的。据说有一次孔子去拜访老子,请教修身治国平天下之道。当时老子已经很“老”了,他听明来意后,张开嘴让孔子看,然后问:牙还有吗?子曰:鲜亦;再问:舌头还有吗?尚健在。于是孔子道谢告辞。他明白了“兵强则灭,木强则折”,以柔克刚的道理,于是创立了儒家。儒者柔也,主张克己复礼,中庸之道,用现在时髦的话,就是要和谐。儒家不主张法家严刑峻法的刚硬性政策,但也不是完全“道法自然”“无为而治”,而是加上了君臣父子,仁义礼智信一系列约束条件,几千年来为统治者所喜爱。所以它似乎提倡土力学中的静止土压力状态,中庸之道,己所不欲,勿施于人。所以在历史上凡是要造反,要革命,要改变现状的,都要打倒孔老二。五四运动如此,文化大革命也如此。但正如鲁迅所说:封建的统治就像一把破椅子,没坐上时,要推翻它,一旦自己坐上了,就要巩固它了。在“文革”后期,四人帮大搞评法批儒,法家红了半边天。可是把孔老二批臭了,有没有什么替代,社会没了信仰,没了规范。于是就又建孔子学院,大搞国学。在“社会主义核心价值观”中,也包含了“和谐、诚信、友善”这样的儒家思想。可见儒家是“维稳”的需要。

中国王朝的更替,短命者不足百年,长寿的300-400年,距离“万岁”还差得很远。所以黄炎培提出了“其兴也勃,其亡也忽”的问题,看来毛泽东也远未解决。但这其实这是一个土力学的问题。

在王朝建立之前,通常有几十年到几百年的战乱,结果是一个王朝被推翻,接着一个个乱世英雄走马灯似的更替,社会财产再分配,权利与财富重新洗牌:“昔日王谢堂前燕,飞入寻常百姓家”。田地荒芜,人口锐减,经济崩溃。所以说“兴,百姓苦;亡,百姓苦”。当一个新的王朝建立之初,大片无主的土地荒废,人烟稀少,矛盾缓解,社会处于主动土压力状态,经济快速恢复发展,农民生产积极性很高。很快出现了天下大治:政局稳定,经济繁荣,文化昌盛,人口剧增,国力富强。但几乎在此同时,皇族、功臣、权贵也开始聚敛财富。如果当权者眼光远一些,会加以抑制,如康熙就下诏停止跑马圈地,清朝延续了近300年;而元朝的统治者就目光短浅,使民族矛盾和阶级矛盾加剧,百年而亡。

作为统治者的皇族与特权们一方面盘剥敛财,一方面快速繁殖,娶十几个老婆,生上百个子女,呈几何级数增加。皇二代、官二代,三代… 迅速繁衍,财富也迅速集中,贫富差距加大,徭税加重,基尼系数增大到民不聊生了,达到被动土压力值,社会就崩溃了,又要重新洗牌了。

这是一个专制的独裁的社会的铁的规律,不是明君良相所能改变的。解决的方法似乎是从体制上来认识,那就是要有能够缓解社会内应力,释放过大土压力社会机制。

以上的土压力有点论的太远了。其实主动土压力也是不稳定状态,稍微松弛就会解体、崩塌。流滑。所以还需要一定的约束,一定的安全系数。

已有 0 人评论

评论文章ID
评论文章标题
状态
发布时间

Copyright (C)2015 昆明军龙岩土工程有限公司 All Rights Reserved 网站备案号:滇ICP备11006650号-1滇公网安备 53010202000277号 技术支持:翼通云