土力工程

土力工程是土木工程的一个分支，涉及土材料的工程行为。 它利用土力学和岩石力学的原理来解决各自的工程问题。 它还依赖于地质学、水文学、地球物理学和其他相关科学的知识。 岩土（岩石）工程是地质工程的一个分支学科。

除土木工程外，岩土工程在军事、采矿、石油、海岸工程和近海建筑等领域也有应用。 岩土工程和工程地质学领域有重叠的知识领域，但是，岩土工程是土木工程专业，工程地质学是地质学专业：它们具有相同的土力学和岩石力学原理，但在 应用。

历史上，人类一直将土壤用作防洪材料、灌溉材料、墓地、建筑地基以及建筑物的建筑材料。 最早的活动与灌溉和防洪有关，至少可追溯到公元前 2000 年的堤坝、水坝和运河的痕迹证明了这一点，这些痕迹在古埃及、古美索不达米亚和新月沃土以及早期定居点周围被发现 印度河流域的摩亨佐达罗 (Mohenjo Daro) 和哈拉帕 (Harappa)。 随着城市的扩张，结构被建立起来并由正式的基金会支持； 古希腊人特别建造了垫基和条筏基础。 然而，直到 18 世纪，土壤设计的理论基础才得以发展，该学科更像是一门艺术而非科学，依赖于过去的经验。

几个与地基相关的工程问题，例如比萨斜塔，促使科学家们开始采用更科学的方法来检查地下。 最早的进展发生在用于建造挡土墙的土压力理论的发展中。 法国皇家工程师亨利·戈蒂埃 (Henri Gautier) 于 1717 年认识到不同土壤的自然坡度，这一想法后来被称为土壤休止角。 还根据材料的单位重量开发了基本的土壤分类系统，这不再被认为是土壤类型的良好指示。

早在 1773 年，查尔斯·库仑（一位物理学家、工程师和陆军上尉）开发了改进的方法来确定对军事城墙的土压力，就将力学原理应用于土壤。 Coulomb 观察到，在破坏时，滑动挡土墙后面会形成一个明显的滑移面，他建议滑移面上的xxx剪应力，出于设计目的，是土壤内聚力的总和，c {\displaystyle c} 和摩擦力 σ {\displaystyle \sigma \,\!} tan ⁡ ( ϕ ) {\displaystyle \tan(\phi \,\!)} ，其中 σ {\displaystyle sigma \,\!} 是滑移面上的法向应力，而 ϕ {\displaystyle \phi \,\!} 是土壤的摩擦角。 通过将 Coulomb 的理论与 Christian Otto Mohr 的二维应力状态相结合，该理论被称为 Mohr-Coulomb 理论。 虽然现在认识到由于 c {\displaystyle c} 不是基本的土壤特性，不可能精确确定内聚力，但摩尔-库仑理论至今仍在实践中使用。

在 19 世纪，亨利·达西 (Henry Darcy) 提出了现在所熟知的达西定律，描述了流体在多孔介质中的流动。 Joseph Boussinesq（数学家和物理学家）发展了弹性固体中的应力分布理论，该理论被证明可用于估算地下深处的应力； 工程师兼物理学家 William Rankine 开发了库仑土压力理论的替代方案。 Albert Atterberg 开发了至今仍在用于土壤分类的粘土稠度指数。 奥斯本·雷诺兹 (Osborne Reynolds) 于 1885 年认识到，剪切会导致致密的体积膨胀和松散颗粒材料的收缩。

据说现代岩土工程始于 1925 年，当时 Karl Terzaghi（机械工程师和地质学家）发表了 Erdbaumechanik。 太沙基被许多人认为是现代土力学和岩土工程之父，他发展了有效应力原理，并证明了土壤的抗剪强度受有效应力控制。 Terzaghi 还开发了地基承载力理论框架，以及固结粘土层沉降率预测理论。 后来，Maurice Biot 充分发展了三维土体固结理论，将先前由 Terzaghi 开发的一维模型扩展到更一般的假设，并引入了多孔弹性基本方程组。 Alec Skempton 在他 1960 年的工作中，对有关 e 的文献中可用的配方和实验数据进行了广泛的审查。