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有哪些适合土木工程本科读的书?

发布于:2020-07-28 14:17:28 来自:建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

在学校的时候除了课堂学习之外,大多数土木工程同学都在为了接下来的工地实践做准备,除了实践,有哪些适合土木工程本科读的书,能够让你们视野更加开阔呢?

推荐《岩土工程 50 讲:岩坛漫话》,这是岩土工程领域科普书籍的顶尖之作,兼具趣味性和知识性。这本书不仅讲工程中的力学,也讲生活中的力学,不仅讲学问,也讲如何做学问,很值得一读。

「岩土工程」是土木工程的子集,这个学科主要研究岩石和土。「岩土工程」一词看起来很高冷,其实十分接地气。日常生活中我们接触到的很多场景也都和岩土工程有关系,或者说和土力学有关系。例如,习近平总书记在今年两会中提到「堤溃蚁孔,气泄针芒」,千里之堤之所以会溃于蚁穴,是因为土中的管涌现象。再如比萨斜塔越来越斜,是地基不均匀沉降引起的。另外,为什么走上烂泥会容易滑倒?为什么地震之时会喷砂冒水?为什么地铁和基坑会坍塌?诸如此类,都是岩土工程的研究范畴。

所以,我才说岩土工程和我们的生活是息息相关的,每个人都会碰到。作为专业人士,土木工程师则会在工作中更频繁地接触土力学问题、理解岩石和土的特殊性质导致的种种现象,并花心思解决这些难题。

本书作为一本科普读物,最精彩的地方就是把书本中的专业知识和现实的工作生活联系在一起,构筑了一座用知识解决问题的桥梁。

这本书我读过三遍。读第一遍时,我还是土木工程本科生,对「土」的认识很粗浅,这完这本书,就被土力学深深吸引住了;读第二遍时我是岩土工程的博士新生,读完我知道了如何去读懂工程项目、解决工程问题;读第三遍时正是科研的攻坚期,书中关于科研方法的讨论,正好启迪了迷茫的我。

因其兼具学术性、趣味性和实用性,我觉得称这本书为岩土工程领域科普书籍的顶尖之作、杠鼎之作毫不为过。值得所有的岩土工程师、土木工程师,以及对土木感兴趣的读者品味。

本书作者是清华大学水利系李广信教授,长期从事岩土工程、土力学的教学和研究工作。其担纲的《土力学》课程被评为国家级精品课。李老师早年在清华读本科时便对土力学产生了浓厚的兴趣,受教于土力学奠基人太沙基的徒孙陈梁生先生。恰逢清华对本科生开设「因材施教」的课外培养,他便与同学胡锦涛(就是大家都知道的胡锦涛)、陈祖煜一起申请该项目,三人进行了不少试验研究。陈祖煜后来因其在土力学方面的成就,当选中国科学院院士。作者李广信教授看淡名利,虽然没有去参评院士,但他的水平在国内绝对是数一数二的。因为和胡总书记有过同窗之谊,李老师在本书中还「打趣」说,胡总书记经常在大会上说「夯实基础」,其实犯了土力学的常识性错误。文革结束后,作者回到清华读研究生,投于土力学宗师黄文熙先生门下,开始了自己几十年的科研生涯。除了科研和教学工作外,李广信教授一直热心科普、撰写文章,在网络上很有名气。算得上是土木领域的「第一代网红」。

上面介绍完了这本书的基本情况和作者。接下来,我就为你详细说一下这本书的内容。

书中绘声绘色地介绍了「土力学」这门学科的科学史,结合很多场景讲解日常生活中的「趣味土力学」、风趣而不失严谨。书中剖析了不少国内外知名的工程事故案例,让读者了解风险、知道如何发现风险、规避风险。此外,作者作为一名学术大师,在书中很系统地阐述了自己及周围的大师们为人、为学的理念,给读者传达正确的学术道德和工程伦理。

简单地说呢,这本书主要说了三个要点。一是土力学史及基本知识,二是工程剖析及规范辨析,三是大师们的为人与为学。

首先来介绍一下本书的第一个要点,土力学史及土力学基本知识。

土力学界有一个和「牛顿的苹果」相似的传说,据说祖师爷太沙基有一回在烂泥地里走,一不小心摔了一跤。于是他纳闷儿了,为什么在沙滩上走路不容易摔,在干的泥土上也不容易摔,偏偏是浸泡了雨水的饱和黏土上容易摔呢?这个问题如果放在现在、估计会被农妇嘲讽:「不知道黏土容易打滑么?你这个教授,这发问水平堪比讨论『水从天上掉下来会不会砸死人』的博士生呀。」

你知道为什么黏土容易打滑么?

但就是这么一个看似不起眼的问题,让太沙基发现了一个本质的原理。这么说吧,土中有固体物质(无数个颗粒组成的骨架)以及分布在其间的流体(水和空气)。我们踩在干燥的泥土上时,脚底的压力全部传给了土的骨架;我们踩在湿湿的沙滩上时,这个压力是由里面的水和土骨架一起承担的。最最开始的时候,大部分压力给了水,随着水被压走,这些力很快被转移到了砂土的骨架上。因此这和踩在干土上感觉差不多。而黏土的透水性太差了,踩在饱水的黏土上时,黏土中的水流不走,力还在水上,相当于你没有踩到土骨架上。由摩擦定律我们知道,竖向的力越大,水平方向要动时,摩擦力就越大。黏土骨架因为受力小,能提供的摩擦力就小了,自然很容易滑动。

太沙基把传到土颗粒骨架上的作用力称为「有效应力」,对于土中的固体而言,只有这部分力是有效的,决定了土的变形和强度;另一部分力传给了水,导致孔隙中水压上升,不影响骨架变形。这个原理被太沙基表述成了著名的「有效应力原理」,是现代土力学的基石。从此之后,土力学变成了一个有完整理论体系的科学。 从太沙基向前回溯,前人虽然没有发现「有效应力原理」这个最重要的原理,但也在实践与理论上为这一学科镶上了璀璨的珍珠——大家熟悉的法国物理学家库仑也是一位土力学家。

再向前推,岩土知识的应用历史更加久远。李老师在书中特地考证了中国古人的岩土工程实践。《山海经》及《淮南子》中说,大禹的父亲鲧盗取了天帝的「息壤」以治水,大禹用这个「息壤」治水并最终取得了成功。李老师根据古书中的描述,推测这种「息壤」是一种复合材料,将天然的草、木、竹等纤维材料与土和石混合为整体,制作了和现代的加筋土类似的构筑物,在中国农村地区,这又叫做「草土围堰」。现代加筋土在土中加土工织物或者土工格栅,可以砌筑很高、很牢的坡。

本书出版后,近期国内的考古发现在一定程度上也可以佐证李老师的「推测」。考古工作者在距今 5300 到 4200 年左右的良渚遗址周围发现了数个水坝,并进行了正式发掘。发现,良渚坝大量使用了「草裹泥」的材料砌筑——将泥土以芦荻茅草包裹形成长圆形的泥包,再将「草裹泥包」横竖堆砌而成。它的作用就和我们九八年抗洪大量使用的麻袋土包类似,以纤维筋体增加土的强度。更有一些部位,上下每隔约 20 厘米铺一层坚韧而有弹性的蓆草。这项工艺,与现代加筋土挡墙完全契合。

作为本书的读者,我感慨中国古人的伟大智慧——正如习近平同志所言,「良渚是实证中华五千多年文明史的圣地」,同时我也很钦佩李老师深厚的学术功底,能用严谨的逻辑推测出了先人的施工方式。

自五千年前的中国先民起,岩土工程就已与人类息息相关。经过十八十九世纪库仑等人的土力学启蒙,二十世纪初太沙基将土力学发展为有体系的现代科学。到了二十世纪三十年代,这门新兴科学便引起了我国学者的关注,茅以升先生、黄文熙先生等人负笈海外,将这门学科引进中国,为中国的建设做出了极大的贡献。在包括本书作者李广信老师在内的海内外学者的共同推动下,这个学科在中国及世界范围内已枝繁叶茂。不仅仅解决土的问题,还要解决土中的水、空气及各种其他物质的问题;不仅要解决传统的土体强度与变形问题,还要关注资源、环境与生态问题,如大型地质灾害预警防范,环境污染治理,地热资源、深层地下水资源、可燃冰资源开采问题等等。

相信通过上面的介绍,大家对土力学及其发展已经能有一个粗浅的了解。

通过以上介绍,相信大家对土力学以及它的发展都有了一定的了解,而想要了解更深入,就需要大家主动寻找,适合土木工程本科读的书很多很多,但只有适合自己的,能解除你心中疑惑的才是最好的。

  • yinshuihepan
    yinshuihepan 沙发

    土力学是土木工程一个很重要的基础学科,每一个从事土木工程者都应该认真学习

    2022-08-05 09:44:05

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这个家伙什么也没有留下。。。

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