为何我岩土人对土力学基础理论的贡献不太理想?
这个问题与下列问题有类似的地方:为何我们未发展出土力学来?我们在土力学创立之前就有辽阔的国土,庞大的人口,几千年的文明史,有极其丰富的工程建设经验,有万里长城、赵州桥等一大批代表作,有一代又一代数不清的技术娴熟的工匠。
但后一问题是和工业革命的兴起有关的。工场手工业转变为近代大工业,建筑的规模扩大了,遇到的问题多了、大了,以往的经验不够用了。谁先搞工业革命,谁就先有理论研究的紧迫感。
然而,对前一问题也用这个来解释就不够了。
新中国成立以后,我们迎来了大规模建设时期。在难以了解国外研究状况的特殊环境下,我们对滑坡和边坡稳定性分析方法的探索都是给出抗滑稳定系数的定义式和指令式,都没有采取先提出统一的抗滑稳定系数定义,然后建立力平衡方程的做法。其结果是,只有1975年提出的传递系数法之抗滑力调整法恰巧在条间力与上一条快底面平行的假定之下,与先提出统一的抗滑稳定系数定义,然后建立力平衡方程的做法等效,其余方法不是违反库仑剪切定律就是违反力的分解和合成原理。详情见公众号《玉述岩土》“1950年代至1970年代中期中西条分法研究对比”一文。
在同一个时期,我国对抗滑支挡结构岩土荷载计算方法的探索比对稳定性分析方法的探索更加紧迫。凭经验判断滑坡需支挡后,支挡结构设计面临一个现实问题:如何计算抗滑支挡结构岩土荷载。总不能不经计算就直接给出支挡结构施工图,或者想一个支挡结构岩土荷载数据就进行支挡结构设计吧。所以传递系数法之滑动力调整法先是作为我国的滑坡推力计算公式出现的。在此前后,还有其他支挡结构岩土荷载计算方法提出来。这些方法都没有把抗滑支挡结构岩土荷载与所需抗滑支挡力看成一对大小相等、方向相反的作用力与反作用力,其中不少方法所借用的稳定性计算方法本身就不正确,不是违反库仑剪切定律就是违反力的分解和合成原理。详情见公众号《玉述岩土》“我国滑坡推力计算方法演变史有点沉重”一文。
我岩土人对土力学基础理论的贡献不太理想,原因有三:
1.勤劳方面。在基础理论上愿意用大量时间和精力认真研究的岩土人太少。基础理论研究不仅需要花费大量时间和精力,而且需要认真,不是磨洋工,不是敷衍了事。对个人而言,效益比一般是很低的,甚至为0。有心做基础理论研究的人对待基础理论研究是不计较个人的经济效益的。郑强说过:“科学最初在西方是富有者追求灵魂所在。”我虽不知道他说的是否为真,但这句话还是引起我的共鸣,因为有心做基础理论研究的人是不去想富有还是贫穷的事情的,俨然是一个富有者。下面是一些不愿意花大量时间和精力认真研究的例子:
(1)我曾看到,一些著作和论文作为国家自然科学基金项目、国家重点基础研究发展计划(“973”计划)项目、国家重点实验室资助项目成果出版和发表,却无创新,纯粹是拿来糊弄人、骗人钱的。
(2)我国最高学府两学者对下面两个简单公式发表奇异而错误的看法:
第一个公式建立在如下三个基础上:结合水不传递水压力,土中水压(应)力是单位土截面面积上的水压力,土中水压(应)力和土中其他应力所涉及的截面是从粒间或胶团间通过的宏观上为平面的截面。第二个公式没有建立在这三个基础的任何一个基础之上。因此,这两个公式完全没有共同点。
甲教授居然在一篇文章中说,上述两式都建立在结合水不传递水压力这个被他认为错误的基础上。乙教授居然在高等土力学这门该校精品研究生课程授课视频中说,上述两式都没有把土颗粒、土骨架和土三者的区别以及有效应力的定义弄清楚。这种不负责任的现象表明两位学者都不认真。
(3)根本错误的传递系数法之滑动力调整法至今还在一些规范中使用;岩体等效内摩擦角概念不仅至今还在一些规范中使用,而且列入强制执行的通用规范;边坡稳定性分析投影和法在废弃了40多年后无意识地列入强制执行的通用规范。这些事例成了身处科技界却不讲最基本的科学的案例,相关规范条文成了见证我国曾经几百年科学落后的稀有活化石,它们像国家男足队员一样严重拖国家的后腿。对基础理论而言,这些现象不是贡献,而是负贡献。这些都与惰性不无关系。
也可以这么说,很多岩土人的勤劳都用到别的地方去了。
2.勇敢方面。在基础理论上敢于挑战权威的岩土人太少。下面是一个典型的例子:
孔隙水压力由水体水压强表达的有效应力原理与结合水不传递水压力的论述是矛盾的,也与若干工程现象不符,为此我提出了由(1)式表达的土中水压原理和以其为核心的水压率理论。由于有效应力原理是太沙基提出的,我国最高学府某著名学者竟然斥责这是无视权威,是蚍蜉撼大树。为了捍卫孔隙水压力由水体水压强表达的有效应力原理,面对该原理与结合水不传递水压力论述的矛盾,他只好武断地否定结合水不传递水压力的判断,而不讲出结合水传递水压力的道理。以“结合”二字为标志的公共结合水是水胶联结(离子-静电力)的源泉,正是水胶联结造成重塑土有粘性和塑性,有强度的公共结合水怎么能传递因为相应的水无强度才不随方向变化的水压力呢?说结合水传递水压力不等于把结合水等同于自由水了吗?
也可以这么说,很多岩土人的勇敢都用到别的地方去了,譬如:竟敢在二十一世纪的今天,在岩土工程科技界讲丛林法则,利用在特定条件下的有利地位制造科技冤案。
3.智慧方面。在基础理论上注重逻辑思维的岩土人太少。很多人投身岩土工程多年,获得的只有局部经验的积累,理论学得太死板,用得太机械,或者顾埋头拉车不抬头看路。一个典型的例子是:水泥土挡墙抗倾覆稳定性计算的研究。
我国最高学府某著名学者非要让墙底水压力与挡墙重力同位,构成相减关系(即把墙底水压力视为负的抗力项)不可,因为他认为这样做才不违反有效应力原理。他没想过:
a.挡墙抗倾覆稳定性验算不是地基变形验算,也不是土体强度验算,是用不上有效应力原理的;
b.对墙底倾斜的情形,墙底水压力有一个与挡墙重力垂直的分力,把这个分力归入作用项而把与挡墙重力平行的分力归入抗力项后,写成含有抗倾覆稳定系数的力矩平衡方程时,墙底水压力与分力的关系违背力的分解和合成原理;
c.对墙底水平的情形,把墙底水压力视为负的抗力项而把挡墙两侧水压力视为作用项后,写成含有抗倾覆稳定系数的力矩平衡方程时,墙底两端在竖向和侧向水压力将不等,即墙底两端水压力将随方向变化。
也可以这么说,很多岩土人的智慧都用到别的地方去了。