摘要：對(duì)李廣信先生趣味性講解土力學(xué)的若干事例進(jìn)行了討論，認(rèn)為：在講解土力學(xué)過(guò)程中有條件時(shí)將土力學(xué)若干概念與自然界、日常生活和社會(huì)活動(dòng)中的一些事情和現(xiàn)象或自編的類似寓言的故事聯(lián)系起來(lái)是有益的，但不能脫離了科學(xué)性，否則將適得其反;如果例子雖有趣但很不恰當(dāng)，則不如棄之不用。
關(guān)鍵詞：土力學(xué);教學(xué);趣味講解;李廣信;超孔隙水壓力
0引言2006年《土力學(xué)教育與教學(xué)——第一屆全國(guó)土力學(xué)教學(xué)研討會(huì)論文集》刊登了我國(guó)著名巖土工程學(xué)者李廣信先生“趣味土力學(xué)”一文(以下稱李文)，該文將土力學(xué)若干概念與自然界、日常生活和社會(huì)活動(dòng)中的一些事情和現(xiàn)象或自編的類似寓言的故事聯(lián)系起來(lái)，對(duì)土力學(xué)進(jìn)行趣味性講解。此文后來(lái)收入李先生《巖土工程20講——巖壇漫話》(以下稱《20講》)一書(shū)，作為第2講。關(guān)于此書(shū)，已故院士張?jiān)诿飨壬跁?shū)序中稱贊道：這本書(shū)“亦莊亦諧”，“寓莊于諧”，“使其所涉及的基本概念和理論變得生動(dòng)鮮活”，體現(xiàn)了作者“本深而末茂，實(shí)大而聲宏”、“師其意而不師其辭”的深厚功力。作為該書(shū)中最有趣的一講，李文按理是最能彰顯該書(shū)這種特色的，但筆者對(duì)李文中大多數(shù)土力學(xué)議題的論述有不同看法。
1關(guān)于“太沙基跌倒與有效應(yīng)力原理的發(fā)現(xiàn)”
李先生說(shuō)，人在飽和黏土上快走會(huì)滑倒，而在干黏土和飽和砂土上不會(huì)滑倒，是因?yàn)椋吼ね翝B透系數(shù)小，快行一步時(shí)間內(nèi)，由總應(yīng)力轉(zhuǎn)化而來(lái)的超孔隙水壓力不會(huì)消散。李先生自編的寓言說(shuō)：太沙基經(jīng)此一事發(fā)現(xiàn)了有效應(yīng)力原理;一個(gè)中國(guó)文人在同樣的經(jīng)歷中卻只是感到很沒(méi)面子，講了一些怪話(這里不予復(fù)述)。由此他總結(jié)說(shuō)：“看來(lái)中國(guó)人跌倒時(shí)不顧屁股，不動(dòng)腦子，先顧面子。”筆者認(rèn)為，這種說(shuō)法是不正確的。(1)干黏土也可以是飽和黏土(即使有裂紋，裂紋也可以充水)。李先生自己就曾介紹他指導(dǎo)研究生用塑限為23%的飽和黏土做的試驗(yàn)：該試驗(yàn)給出了固結(jié)壓力與飽和含水率的5組數(shù)據(jù)，最后2組數(shù)據(jù)的含水率均已低于塑限[1]。也就是說(shuō)，這個(gè)試驗(yàn)獲得了飽和的干黏土。因此，要進(jìn)行比較，需將文中的飽和黏土改為飽和軟黏土。
(2)人在飽和軟黏土上快走會(huì)滑倒，而在干黏土和飽和砂土上不會(huì)滑倒的原因主要是鞋與土接觸面摩擦系數(shù)(可簡(jiǎn)稱鞋底摩擦系數(shù)，性質(zhì)類似于基底摩擦系數(shù))不同：飽和軟黏土的鞋底摩擦系數(shù)明顯低于干黏土和飽和砂土的鞋底摩擦系數(shù)。飽和軟黏土中黏粒表面有弱結(jié)合水膜，鞋與土接觸主要是鞋與弱結(jié)合水接觸;干黏土中黏粒表面基本上只有強(qiáng)結(jié)合水膜，鞋與土接觸主要是鞋與強(qiáng)結(jié)合水接觸;飽和砂土中顆粒周圍無(wú)結(jié)合水膜，鞋與土接觸主要是鞋與顆粒接觸。因此，飽和軟黏土的鞋底摩擦系數(shù)明顯低于干黏土和飽和砂土的鞋底摩擦系數(shù)。
不同土的固結(jié)快慢是從大的時(shí)間尺度來(lái)說(shuō)的，人在土面上快走時(shí)一只腳從著地到離地只是一瞬間，如果注意到砂土的滲透系數(shù)僅是1.0×10-5m/s至1.5×10-3m/s，那么，在這一瞬間不同土中的超孔隙水壓力是差不多的，即使有差異也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及鞋底摩擦系數(shù)的差異。
(3)根據(jù)上述，太沙基從在飽和黏土上快走會(huì)滑倒的事例中并不能獲得有效應(yīng)力原理的靈感，這樣，在李先生的寓言中另一個(gè)文人(中國(guó)文人)的表現(xiàn)就失去了用來(lái)與太沙基的表現(xiàn)作對(duì)比的基礎(chǔ)。因此，這則寓言并沒(méi)有學(xué)術(shù)意義。(4)李先生在《20講》一書(shū)之第1講(“巖土工程的若干哲學(xué)思考”)中強(qiáng)調(diào)過(guò)東方哲學(xué)思想和科學(xué)體系的先進(jìn)性以及巖土工程與中醫(yī)的相似性，在《20講》一書(shū)之第2講的這個(gè)議題中，又用“中國(guó)人跌倒時(shí)不顧屁股，不動(dòng)腦子，先顧面子”的總結(jié)語(yǔ)，強(qiáng)調(diào)寬泛意義上的中國(guó)人(不是某個(gè)或某些具體人物)的落后。這是自相矛盾的。(5)在寓言中做國(guó)別或人種的優(yōu)劣對(duì)比是不應(yīng)該的，在寓言中或寓言后得出寬泛意義上的某國(guó)人落后的結(jié)論更不應(yīng)該。
2關(guān)于“看臺(tái)的倒塌與地基的沉降”
李先生在他自編的一個(gè)看臺(tái)倒塌的故事中，借太沙基之口總結(jié)道：“只要不是地基液化，地基不會(huì)突然沉降。”這種說(shuō)法是不正確的。瞬時(shí)荷載作用在地基上，地基表面會(huì)有瞬時(shí)沉降。即使地基由飽和軟黏土構(gòu)成從而地基表面固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降顯著，在瞬時(shí)荷載作用下地基表面也會(huì)有不能忽略的初始沉降，初始沉降屬于瞬時(shí)彈性變形。1955年斯開(kāi)普敦與潘克等研究了英國(guó)倫敦和美國(guó)芝加哥兩大城市6座建筑物實(shí)測(cè)沉降之后，發(fā)現(xiàn)黏性土地基上建筑物的初始沉降占建筑物總沉降的比例相當(dāng)可觀[2]。
3關(guān)于“驢子學(xué)土力學(xué)的好處”
李先生在兩個(gè)驢子馱鹽和棉花過(guò)河的寓言中借覆于砂土層(其中水位面低于砂土層頂面)之上飽和黏土底面的豎向有效應(yīng)力計(jì)算方法(它是飽和黏土層以浮重度計(jì)算的有效自重應(yīng)力與其豎直向下的單位水平面積滲透力之和)，解釋馱棉花的驢出水后艱難站起且爬不上岸的原因。
筆者認(rèn)為，驢子馱棉花過(guò)河的歷程就是驢子負(fù)重受水的影響而變化的過(guò)程。棉花入水前，驢子負(fù)重是干棉花的重力;棉花入水后因水浸入其中而飽和，但受水的浮力作用，驢子負(fù)重是飽和棉花的浮重(受棉花低滲透性的影響，棉花入水初期，驢子負(fù)重由干棉花的浮重逐漸變?yōu)轱柡兔藁ǖ母≈?;出水后棉花所受河水的浮力消失了，驢子負(fù)重是棉花飽和重，因此驢子站起來(lái)很艱難;受棉花低透水性特別是高吸水性的影響，驢子爬岸過(guò)程中負(fù)重幾乎還是飽和重，因此驢子已爬不上岸。
李先生的解釋存在的問(wèn)題是：(1)給出的黏土底面的豎向有效應(yīng)力計(jì)算方法沒(méi)有提及透水性和吸水性，沒(méi)有清楚解釋驢子“寧可馱砂也絕不馱棉花”的體會(huì)，也沒(méi)有清楚解釋驢子為何爬不上岸。根據(jù)李先生的方法，一旦飽和棉花中的水在自重作用下形成的滲流結(jié)束，驢子就可以和棉花入水前一樣輕裝前行了。這是不可能的，因?yàn)槊藁ㄓ懈呶裕渌盏乃趾艽笠徊糠中枰?jīng)由外界因素引起的氣化才能逐漸消失。
(2)給出的黏土底面的豎向有效應(yīng)力計(jì)算方法錯(cuò)誤且使總應(yīng)力與有效應(yīng)力的關(guān)系復(fù)雜化了。根據(jù)有效應(yīng)力原理，既然黏土底面的孔隙水壓力為0，黏土底面的豎向有效應(yīng)力自然就是李先生所說(shuō)的單位底面積的飽和重，何必繞一大圈用屬于周邊水壓力組合力性質(zhì)的浮力和滲透力去推導(dǎo)呢?實(shí)際上，按水壓率理論，李先生計(jì)算的單位底面積浮重(γ’H)和滲透力(γwH)還是錯(cuò)誤的。
(3)李先生借驢子之口給出的“飽和的棉花產(chǎn)生的有效應(yīng)力都靠我的四條可憐的驢腿承擔(dān)”的說(shuō)法不僅多余，而且錯(cuò)誤，因?yàn)椋孩僭诒巢柯冻鏊妫藁ú辉偈艿礁×r(shí)，驢子負(fù)重就是棉花飽和重，這時(shí)沒(méi)有必要討論有效應(yīng)力問(wèn)題，因此用計(jì)算黏土底面豎向有效應(yīng)力的方式來(lái)反映棉花的有效應(yīng)力是多余的;②有效應(yīng)力是單位面積上的有效力，驢子承擔(dān)的棉花荷載是飽和棉花的全部重力，而不是單位底面積上的棉花重力;③“飽和的棉花產(chǎn)生的有效應(yīng)力”包括從頂?shù)降椎母鱾€(gè)點(diǎn)，除底面壓力這個(gè)接觸壓力外，其余各點(diǎn)的壓力都不是由驢子承擔(dān)的。
4關(guān)于“飛起的鴿子和液化的砂土”
李先生以師生問(wèn)答形式借學(xué)生之口講到：砂土液化瞬時(shí)“顆粒的浮重度產(chǎn)生了超靜孔隙水壓力”。筆者認(rèn)為，這種說(shuō)法是不恰當(dāng)?shù)摹?
(1)在土力學(xué)中，浮重度概念是用于土而不是用于土顆粒的。(2)浮重度是單位體積土的重力與所受浮力之差，它怎么能產(chǎn)生超孔隙水壓力呢?砂土液化中的超孔隙水壓力是由振動(dòng)引起的。
5關(guān)于“土的級(jí)配的問(wèn)答”
土的級(jí)配是土中不同大小顆粒的組成情況。不同的級(jí)配有不同的用途。在講解土力學(xué)的某個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，舉土以外的例子是為了幫助讀者更好地理解這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，不應(yīng)為了舉例而舉例，脫離這個(gè)目的的舉例則是無(wú)益的且浪費(fèi)了他人的時(shí)間。李先生用不同人的年齡、性別、身材、服飾和社會(huì)屬性在不同情況下的搭配來(lái)講解土的級(jí)配，沒(méi)有抓住不同大小顆粒這個(gè)要點(diǎn)，把清晰的土的級(jí)配概念和用途講糊涂了。他說(shuō)到了一群身材如酒桶般的官員中搭配幾個(gè)身穿鮮艷服裝的窈窕少女，也說(shuō)到了軍隊(duì)中不同年齡段軍人的搭配，卻沒(méi)有說(shuō)這些搭配與土的級(jí)配概念與用途有何關(guān)聯(lián)，當(dāng)然他也無(wú)法說(shuō)出他們之間的關(guān)聯(lián)，因?yàn)檫@些搭配與土的級(jí)配概念與用途的關(guān)聯(lián)根本就不存在。
6關(guān)于“沙灘上的觀察”
李先生在解釋潮濕的砂有假粘聚力時(shí)說(shuō)道：“由于毛細(xì)壓力為負(fù)孔壓，則砂粒間有效應(yīng)力為正，會(huì)產(chǎn)生抗剪強(qiáng)度，稱為假粘聚力。”筆者認(rèn)為這種說(shuō)法存在兩個(gè)問(wèn)題：(1)正的有效應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度不是潮濕的砂所獨(dú)有，干砂和水下砂也有正的有效應(yīng)力，也有抗剪強(qiáng)度。根據(jù)“由于毛細(xì)壓力為負(fù)孔壓，則砂粒間有效應(yīng)力為正”的說(shuō)法，如果沒(méi)有毛細(xì)壓力，砂粒間就沒(méi)有正的有效力了，這顯然是錯(cuò)誤的。(2)應(yīng)力(無(wú)論是總應(yīng)力還是有效應(yīng)力)是對(duì)土體而言的，“砂粒間有效應(yīng)力”的提法是錯(cuò)誤的。正確的說(shuō)法是“砂粒間有效力增量為正”。
7關(guān)于“土的強(qiáng)度”
(1)李先生說(shuō)：“由于土是由散碎的顆粒組成的，顆粒間的摩擦力是其強(qiáng)度的主要部分。”筆者認(rèn)為，這種說(shuō)法是片面的。一般地說(shuō)，土是由顆粒、水和氣體組成的三相體系。對(duì)于純的黏土，顆粒間一般不接觸，顆粒表面有結(jié)合水膜，公共結(jié)合水將相鄰顆粒聯(lián)系在一起，顆粒間無(wú)摩擦力，土的強(qiáng)度由剪切面上各膠團(tuán)間摩擦力和各膠團(tuán)間粘聚力組成。李先生的說(shuō)法也與該小節(jié)中他本人提到的不固結(jié)不排水時(shí)內(nèi)摩擦角為0而粘聚力大于0的說(shuō)法矛盾。
(2)李先生還說(shuō)：“土的強(qiáng)度實(shí)際上是土骨架的強(qiáng)度而不是土顆粒的強(qiáng)度。只與有效應(yīng)力有關(guān)。亦即在1萬(wàn)米深的海底，砂石顆粒受到100MPa的壓力，但有效應(yīng)力為0，也不會(huì)破壞。”筆者認(rèn)為，這些說(shuō)法是有問(wèn)題的。①土的抗剪強(qiáng)度不僅與土的有效內(nèi)摩擦角和有效粘聚力有關(guān)，還與剪切面上的有效應(yīng)力有關(guān)。按有效應(yīng)力原理，土中有效應(yīng)力是土中總應(yīng)力與土中中性應(yīng)力之差。土骨架本身是無(wú)自由水的，所以土骨架中傳遞的力都是有效力。但飽和土是可以有自由水的，非滲流引起的孔隙水壓力將導(dǎo)致土中有效應(yīng)力減小。因此，土的強(qiáng)度不是土骨架的強(qiáng)度。
?、谟行?yīng)力原理建立在顆粒和水不被壓縮的基礎(chǔ)上，顆粒的破壞不是有效應(yīng)力原理管轄的范圍，說(shuō)有效應(yīng)力應(yīng)該針對(duì)土而不是顆粒。當(dāng)說(shuō)“有效應(yīng)力為0”時(shí)，分析的對(duì)象應(yīng)是包含海底顆粒在內(nèi)的海底處的一層水且將其視為土(但它不是土)。對(duì)這層“土”而言，總應(yīng)力與中性應(yīng)力相等(均是海底水壓強(qiáng))，因此有效應(yīng)力為0。對(duì)顆粒說(shuō)有效應(yīng)力為0的話是荒謬的，顆粒受水壓作用和受其他介質(zhì)的相同分布的壓力作用時(shí)，效果是一樣的。
?、塾行?yīng)力是否為0不是土中一點(diǎn)是否不破壞的判斷依據(jù)，土中一點(diǎn)是否發(fā)生剪切破壞取決于剪應(yīng)力是否達(dá)到抗剪強(qiáng)度。地表水平且處于自重應(yīng)力狀態(tài)的土體中的一點(diǎn)，雖然不同方向的有效應(yīng)力均大于0，但不會(huì)發(fā)生剪切破壞。④砂石顆粒受到來(lái)自海水的高達(dá)100MPa的壓力不會(huì)破壞，不是因?yàn)閯e的，而是因?yàn)椋鹤饔迷谏笆w粒上的壓力雖然很大但壓力差小到微乎其微，小到完全可以忽略不計(jì)。實(shí)際上，這種極其微小的壓力差在極高圍壓條件下更難使顆粒變形破壞，作用在砂石顆粒上的海水壓力只能使其體積減小，但因砂石顆粒體積壓縮模量極大，砂石顆粒的體積減小量也極小。
8關(guān)于“為什么雨雪后路面撒砂”
(1)對(duì)于下雨后在土路上撒一層砂可避免滑倒和車輛事故一事，李先生解釋道：這是因?yàn)?ldquo;砂土的滲透系數(shù)很高，撒砂以后，在荷載作用下產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力會(huì)迅速消散”。筆者以為：這樣解釋是不正確的。①砂土的滲透系數(shù)是1.0×10-5～1.5×10-3m/s。一只腳從著地到離地、一輛車從路面上某點(diǎn)駛過(guò)都只是一瞬間，在這一瞬間超孔隙水壓力的消散完全可以忽略不計(jì)。②撒一層砂可避免滑倒和車輛事故的原因不是別的，是撒砂后道路上與腳和車輪接觸的物質(zhì)換成了砂土，性質(zhì)與基底摩擦系數(shù)類似的鞋底摩擦系數(shù)和輪底摩擦系數(shù)提高了，導(dǎo)致人和車輛抗滑穩(wěn)定性提高。其機(jī)理相當(dāng)于對(duì)擋墻的軟土地基做換土墊層處理，提高了基底摩擦系數(shù)，從而提高擋墻抗滑穩(wěn)定性(在這種情況下，無(wú)論滑動(dòng)面是位于基底還是位于土內(nèi)其他位置，擋墻抗滑穩(wěn)定性均獲得提高)。
(2)對(duì)于雪后難行和在路面上撒砂可防滑一事，李先生解釋道：雪后難行“主要是由于其表面存在一薄層未凍水，它們隔絕了固體間的接觸，在受力時(shí)產(chǎn)生超靜孔壓”。雪后在路面上撒砂可防滑是因?yàn)?ldquo;撒砂能夠避開(kāi)冰雪中的未凍水膜，靠砂粒間的摩擦力提供前進(jìn)的反力”。筆者以為：這樣解釋也是不恰當(dāng)?shù)摹?
?、俦嫔系奈磧鏊c土中水不同，是單純的水層，水的排出是直接的，不受土的滲透系數(shù)影響。人和車輛行進(jìn)中，因未凍水極薄且鞋和車輪與道路接觸面積很小，鞋和車輪與道路一經(jīng)接觸，未凍水就會(huì)被排出，超水壓力(因未凍水是單純的水層，相應(yīng)水壓不宜稱作孔壓)可以忽略不計(jì)。雪后難行并不是因?yàn)槲磧鏊谑芰r(shí)產(chǎn)生了超靜孔壓，而是因?yàn)榈缆飞吓c腳和車輪接觸的物質(zhì)是水和冰，其性質(zhì)與基底摩擦系數(shù)類似的鞋底摩擦系數(shù)和輪底摩擦系數(shù)很低。②撒砂后道路上與腳和車輪接觸的物質(zhì)換成了砂土，人和車輛前進(jìn)的反力靠什么來(lái)提供與鞋底情況和輪胎表面情況以及砂層厚度有關(guān)，不一定靠砂粒間的摩擦力提供，既可能靠由鞋底摩擦系數(shù)和輪底摩擦系數(shù)決定的鞋底摩擦力和輪底摩擦力提供，也可能靠砂層與冰層間的摩擦力提供。
9關(guān)于“浮密度和浮重度”
(1)李先生說(shuō)：“土的浮重度就是單位體積的土骨架重量減去水對(duì)它的浮力γw(1-n)。”這種說(shuō)法有兩個(gè)問(wèn)題：①骨架不包括氣體和自由水，骨架的體積不是土的體積。土的浮重度中的單位體積是土的體積不是骨架的體積。“單位體積的土骨架重量減去水對(duì)它的浮力”應(yīng)改為“單位體積土中的骨架重量減去水對(duì)它的浮力”。②單位體積土中的骨架重量減去水對(duì)它的浮力的數(shù)學(xué)表達(dá)式γw(1-n)，從計(jì)算結(jié)果來(lái)看是不準(zhǔn)確的，因?yàn)樗鼪](méi)有考慮結(jié)合水重度與自由水重度的不同。③上述表達(dá)式從概念上來(lái)說(shuō)是不正確的，因?yàn)椋阂环矫妫瑢?duì)于細(xì)粒土，鄰近顆粒是通過(guò)公共結(jié)合水建立起聯(lián)系的，顆粒之間一般不接觸，單靠顆粒不能形成骨架;另一方面，結(jié)合水不傳遞水壓力。故不應(yīng)僅將顆粒視為骨架的組分而不將結(jié)合水納入。
(2)李先生還說(shuō)：“浮重度在計(jì)算水下土層的有效自重應(yīng)力時(shí)很方便：σ’z=Σγ’ihi。”筆者認(rèn)為，計(jì)算方便需置于計(jì)算基本正確的前提下，如果計(jì)算是錯(cuò)的，方便則無(wú)從談起。處于地下水位面下方的堅(jiān)硬致密黏土內(nèi)部各單元連自由水都沒(méi)有，何來(lái)水壓力呢?實(shí)際上，迄今無(wú)人在黏性土中測(cè)到與壓力水頭相應(yīng)的?？紫端畨毫?，此時(shí)無(wú)浮重度可言。
10關(guān)于“塑性指數(shù)與液性指數(shù)”
(1)李先生說(shuō)：塑性指數(shù)是不變的，液性指數(shù)隨含水率變化。這種說(shuō)法是不準(zhǔn)確的。塑性指數(shù)反映了重塑土含有弱結(jié)合水的能力，這取決于顆粒周圍弱結(jié)合水膜的厚度，而這除了與土中顆粒大小有關(guān)，還與水溶液的化學(xué)成分有關(guān)。例如：對(duì)相同的離子濃度，水溶液中低價(jià)離子多的土顆粒弱結(jié)合水厚度大于水溶液中高價(jià)離子多的土顆粒弱結(jié)合水厚度。因此，水溶液中低價(jià)離子多的土之塑性指數(shù)大于水溶液中高價(jià)離子多的土之塑性指數(shù)。
(2)李先生還說(shuō)：“塑性指數(shù)如同你的姓，將你劃入了哪一家就不能變了。液性指數(shù)如同你的年齡，是狀態(tài)的表述。”由于姓與年齡的關(guān)系和塑性指數(shù)與液性指數(shù)的關(guān)系沒(méi)有相似性，這種比喻對(duì)人們理解塑性指數(shù)與液性指數(shù)沒(méi)有幫助。
11關(guān)于“主動(dòng)和被動(dòng)土壓力”
李先生說(shuō)：“在一個(gè)擁擠的公共汽車上，我們必須使出被動(dòng)土壓力才能擠上去;有人下車，車門打開(kāi)時(shí)我們受到的是主動(dòng)土壓力，感覺(jué)壓力小多了。”上述說(shuō)法中的概念是模糊、混亂的：首先，無(wú)論是在用到主動(dòng)土壓力概念時(shí)還是在用到被動(dòng)土壓力概念時(shí)，都沒(méi)有明確“我們”和車?yán)锏钠渌酥心牟糠窒喈?dāng)于土，哪部分相當(dāng)于擋墻。其次，根據(jù)前句，“使出被動(dòng)土壓力”的是“我們”，而被動(dòng)土壓力是作用在擋墻上的。
因此，“我們”是土，車?yán)锏钠渌耸菗鯄?。但是，擁擠的車?yán)锏钠渌擞泻芏鄠€(gè)，這群人是散體而不是一個(gè)完整體，又不能充當(dāng)擋墻;再者，人只能一個(gè)一個(gè)從車門處上車，故“使出被動(dòng)土壓力”的“我們”實(shí)際上是“我”一個(gè)人，這樣，充當(dāng)土的人數(shù)反而比充當(dāng)擋墻的人數(shù)還少得多。因人數(shù)相對(duì)多少反映土和擋墻平面面積的相對(duì)大小，從這個(gè)角度講，“我們”充當(dāng)土，車?yán)锏钠渌顺洚?dāng)擋墻也是不合適的。上述說(shuō)法更沒(méi)有反映主動(dòng)極限平衡狀態(tài)和被動(dòng)極限平衡狀態(tài)的概念。因此，上述說(shuō)法對(duì)人們清楚理解主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力是沒(méi)有幫助的。
12關(guān)于“滲透力”
李先生說(shuō)：“在擁擠而流動(dòng)的人群中，我們站著不動(dòng)，會(huì)感到人流的沖擊和拖曳力，我們會(huì)感受到所謂的滲透力。”筆者認(rèn)為，這種說(shuō)法是不恰當(dāng)?shù)摹?1)提供滲透力的主體是水，它能從各個(gè)方向(包括逆水流方向和上下方向)給客體施加壓力，土體與客體的這種關(guān)系是不動(dòng)的人和走動(dòng)的人之間的關(guān)系無(wú)法比擬的。(2)把滲透力說(shuō)成是拖曳力是讓人費(fèi)解的，因?yàn)橥弦肥菭恳⒗吨?，而滲透力作為周邊水壓力的組合力之一不可能產(chǎn)生牽引、拉扯之力。(3)把滲透力說(shuō)成是沖擊力是不準(zhǔn)確的，因?yàn)闆_擊力是作用在物體的某一面上的，而滲透力作為周邊水壓力的組合之一，不是作用在物體的某一面上的。故上述說(shuō)法對(duì)人們理解滲透力是沒(méi)有幫助的。(4)土單元所受滲透力其實(shí)就是該單元周邊水壓力組合而成的兩個(gè)不同方向力中的一個(gè)(另一個(gè)是浮力)，是該單元邊界以總水頭差為壓力水頭差時(shí)的總水壓之差(也即單純由流動(dòng)引起的總水壓之差)，不是獨(dú)立存在的新力，探討其作用機(jī)理是無(wú)意義的。
13關(guān)于“達(dá)西定律與歐姆定律”
李先生說(shuō)：水力坡度與電壓都是一種“勢(shì)”，滲透系數(shù)的倒數(shù)與電阻都是一種“阻”，水流速與電流都是一種“流”。“流”正比于“勢(shì)”，反比于“阻”。他的說(shuō)法中勢(shì)的概念及流與勢(shì)的關(guān)系是不正確的。(1)電壓不是“勢(shì)”而是“勢(shì)差”，水力坡度不是“勢(shì)”而是“勢(shì)沿流程的降低率”。(2)“流”不是正比于“勢(shì)”而是正比于“勢(shì)差”。“勢(shì)”不變時(shí)無(wú)“流”。靜水位面之下土中的水有壓力勢(shì)和重力勢(shì)，但因各點(diǎn)總勢(shì)相同而不流動(dòng)。
14關(guān)于“水平等效滲透系數(shù)和垂直等效滲透系數(shù)”
(1)李先生說(shuō)：“通過(guò)算例可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于滲透系數(shù)差別很大的多層土，前者(指水平等效滲透系數(shù))往往由滲透系數(shù)最大的那層土控制。”這種說(shuō)法把經(jīng)驗(yàn)擴(kuò)大化了。根據(jù)水平等效滲透系數(shù)計(jì)算式可知，當(dāng)各層土的厚度相當(dāng)而某層土滲透系數(shù)比其他層土大很多時(shí)，水平等效滲透系數(shù)由那層土控制。因此，有水平等效滲透系數(shù)由滲透系數(shù)最大的那層土控制的算例出現(xiàn)是很正常的。得到水平等效滲透系數(shù)由滲透系數(shù)最大的那層土控制這個(gè)結(jié)果的條件是該層土的厚度不能過(guò)小。李先生在陳述規(guī)律時(shí)沒(méi)有要求該層土厚度不能過(guò)小。按他提出的條件，如果滲透系數(shù)比其他層土大很多的那層土厚度比其他土小得更多，那么，水平等效滲透系數(shù)由那層土控制的結(jié)果根本不會(huì)出現(xiàn)，甚至可能出現(xiàn)那層土無(wú)足輕重的結(jié)果。
(2)李先生還用各級(jí)官員開(kāi)會(huì)由最大官說(shuō)了算的例子來(lái)幫助人們理解水平等效滲透系數(shù)的規(guī)律，這是不妥的：首先，各級(jí)官員開(kāi)會(huì)時(shí)，各級(jí)官階都有，把官階不同比作各層土滲透系數(shù)差異時(shí)，最大官的官階與比其低一級(jí)的官員的差別遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上懸殊;其次，各級(jí)官員開(kāi)會(huì)時(shí)，最大官的數(shù)量最小，把各級(jí)官員數(shù)量不同比作各層土厚度差異時(shí)，官階最高的官員數(shù)量對(duì)決定權(quán)并不起權(quán)重作用。
結(jié)論
李先生將土力學(xué)若干概念與自然界、日常生活和社會(huì)活動(dòng)中的一些事情和現(xiàn)象或自編的類似寓言的故事聯(lián)系起來(lái)，以增強(qiáng)教學(xué)的趣味性，加深對(duì)土力學(xué)知識(shí)的理解，這種用意是良好的，但李文在“太沙基跌倒與有效應(yīng)力原理的發(fā)現(xiàn)”、“看臺(tái)的倒塌與地基的沉降”、“驢子學(xué)土力學(xué)的好處”、“飛起的鴿子和液化的砂土”、“土的級(jí)配的問(wèn)答”、“沙灘上的觀察”、“土的強(qiáng)度”、“為什么雨雪后路面撒砂”、“浮密度和浮重度”、“塑性指數(shù)與液性指數(shù)”、“主動(dòng)和被動(dòng)土壓力”、“滲透力”、“達(dá)西定律與歐姆定律”、“水平等效滲透系數(shù)和垂直等效滲透系數(shù)”、“有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)和總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)”、“流網(wǎng)”、“土顆粒的壓縮性與土骨架的壓縮性”、“承載力的深度修正”等議題上沒(méi)有將其想講清楚的概念講清楚。
巖土論文投稿期刊：巖土工程學(xué)報(bào)是由中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主管，由中國(guó)水利學(xué)會(huì)、中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)、中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)、中國(guó)建筑學(xué)會(huì)、中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)、中國(guó)振動(dòng)工程學(xué)會(huì)六個(gè)全國(guó)性學(xué)會(huì)聯(lián)合主辦的學(xué)術(shù)性科技期刊。
其中，有的是李先生對(duì)土力學(xué)某些概念的理解存在偏差;更多的是所舉的例子不恰當(dāng)，也就是諧有余而莊不足，雖然在講解土力學(xué)的某些概念時(shí)所舉的自然界、日常生活和社會(huì)活動(dòng)中的例子不一定要十分準(zhǔn)確，但既然用意是通過(guò)舉例將土力學(xué)概念講得更加清楚，讓讀者對(duì)土力學(xué)概念的印象更深刻，選擇的例子恰當(dāng)還是十分必要的，如果從自然界、日常生活和社會(huì)活動(dòng)中舉不出恰當(dāng)?shù)睦?，那就不必勉?qiáng)。
參考文獻(xiàn)：
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作者：方玉樹(shù)1，2
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