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课程介绍
摘要：按照《土力学及地基基础》课程的内容结构组成，结合多年的授课经验，以及对历年自考试卷的分析，就该课程的自学，提出了着重掌握基础知识、基本理论，灵活应用土力学基本问题的解答，培养和提高对典型问题(试题)的解题能力。
土建类《土力学及地基基础》课程是高等学校土建类本科专业的主干课程之一，是技术基础课和专业课的综合。该课程基本内容分为土力学和基础工程学两大块，前者是力学的一个分枝，属该专业的技术基础范畴，内容的核心是研究土的应力、应变、强度、变形及不变性问题；后者基础工程学属专业课程之一。土力学是基础工程学的理论基础，而基础工程学则是运用土力学理论，解决基础工程问题。因此，《土力学及地基基础》课程的组成结构是具有双重性的属性不同的两大块内容。在逻辑上其前因后果关系密切，作为一个整体来学习是十分合理的，也反映了通材教育的教学特征。
《土力学与地基基础》课程的自学教材以文献[1]为主，其特点是内容覆盖自考大纲[2]，程度深、浅适易，但存在的问题是内容的结构特征不明显，重点不突出。目前较遍及采用的教学参考书还有文献[3，4，5]。
一、《土力学及地基基础》的内容组成结构特征
《土力学及地基基础》课程内容属性上具有双重性。因此，在自学的过程傍边，掌握内容的组成结构是至关重要的。笔者将《土力学及地基基础》归纳成结构组成图1。(图一)
由结构组成图可以看出，土力学的内容在组成上，各部分的前因后果的逻辑关系比力明显，是一个渐次深入的结构组成，其中土力学基本问题的解答是一个承上启下的连接环节，其作用是将逐次深入的土力学基础理论引入到并行摆列的组成结构——基础工程学傍边。而基础工程学的组成结构相对简单且独立性较强，但与土力学的基本问题解答密切相关。因此，无论从内容的组成结构的地位及重要性，还是该内容本身的份量，土力学在《土力学与地基基础》课程占理论基础的主导地位，学好土力学是进一步学习基础工程学的必要条件。
综上所述，笔者将土力学的内容结构组成进一步细划，见图2。可以看出，土力学作为力学的一个分枝，具有一般力学课程的特点，即内容组成的结构性特征明显。在“教”与“学”的过程中，掌握和理解土力学的这种组成上的结构特征，对各部分内容的融会贯通，灵活应用及承上启下是十分重要的。(图二)
二、土力学的难点分析
2.1 地基的沉降历时规律——太沙基一维固结理论
地基饱和土的太沙基一维固结理论，是课程的难点之一，但也是必需掌握的基本内容。一维固结方程的建立采用了土的压缩规律、土中水的渗透规律以及饱和土的水——弹簧模型(有效应力与孔隙水压力的分担转换)。方程的建立运用了高等数学偏微分方程的手段，而方程求解则采用了数理方程的方法。求出的孔隙水压力与时间和深度的函数，应用于固结度的概念，通过积分得到了固结度的表达式。上述过程简单可归纳为：
一维固结方程建立数理方程求解u(z,t)推导固结度表达式U(a,T v)的计算方法及应用，对于数理方程解答，则可以简单了解其前因后果的过程即可。因此，熟练掌握和理解固结度的概念，在公式已知条件下，灵活应用U(a,T v)是学习饱和土一维固结理论的核心。
U(a,Tv)为饱和粘性土层的平均固结度，是a=和时间因素T v的函数。这一函数的表达一般采用：
①图或表的形式描述
②U(a,t)=f(a,T v)的显式表达式；
而上述的函数，无论是实际问题，还是试题，一般均为已知条件，学习的重点是灵活应用，而勿需死记硬 背公式，这一点是十分重要。而固结的问题无外乎是：
①已知时间t,求解相应固结度U t及固结沉降s t；即tT vU ts t=Ut·s∞
②已知固结度U t(或固结沉降S t )，求解达到该值所需时间t
即：s tU t=s t/s∞T vt
因此，对上述有了全面理解之后，再来学习一维固结理论，则是一个查表或查图式按计算器的问题了，当然理解固结系数c v和时间因素T v及掌握其相应表达式仍是十分重要的。
2.2 地基极限承载力P u的理论计算
地基的极限承载力P u的理论计算是地基承载力确定的主要方法之一，其理论推导中弹性力学知识要求较高，推导过程亦较复杂。学生在学习中，特别是自学时往往无从下手。地基极限承载力的理论推导有两种类型，一是完全的极限平衡理论——Vesic公式，二是半经验的极限平衡理论——太沙基公式，按照目前国家强调“通材”教育的基本点出发，分清理论解答的属性是很重要的，各类极限平衡理论得到的解答均可简单地归纳为：
P u=γ·b·N γ＋q·N q＋c·N c
上式中，c·N c是极限承载力理论解的基础项，是地基土强度产生的承载力；q·N q是在基本项基础上考虑了基础底面两侧超载q的承载力提高，超载q最一般的即为基础埋深内土的自重应力，即q=D，又称为基础埋深的承载力提高；γ.b.Nγ是在基本项的基础上考虑地基重度的承载力提高，外在表示为基础宽度b对承载力的提高。准确理解表达式(1)的各项的含义及概念是十分重要的，而分项系数N γ. N q. N c则不同公式有不同的表达式，但它们均是地基土内摩角的函数，解决问题时均作为已知条件，不必硬记。
极限承载力理论计算的应用也较简单，一般用作浅基础的地基承载力验算，但值得一提的是r. bN r项的承载力提高是以基础沉降变形为代价的，其使用应有限度。而另一重要的参数，安全系数K的选择，在试题中一般均为已知条件，而在解决实际问题时应慎重选择。
三、基础工程学的学习要点
基础工程学的内容组成结构是一种相对独立的并列结构，如前所述，基础工程学的理论基础之一是土力学，除此之外，还有结构设计原理，工程力学等。例如浅基础中包罗了地基承载力验算及沉降分析，这与土力学直接相关；而浅基础的结构设计，则与结构设计原理密切相关。在《土力学与地基基础》课程的教学中，重点是与土力学相关的内容，如上述浅基础内容中，浅基础的承载力验算和沉降分析是本课的核心内容。
因此，在基础工程的学习中，应特别重视与土力学相关内容，换言之，基础结构设计部分，严格意义上应属于结构设计原理的范畴，而不是《土力学与地基基础》的主要教学内容，这一点在“教”与“学”的过程同样应区分清楚。
四、自学考试中关于计算题的分析
一般自考试卷，计算题所占比例约为60—70％，计算题的解题能力是应试中最重要的环节。按照历年的试卷的批阅情况，笔者按出现的概率大小，统计了六大类计算题，即：
①三比拟例指标换算；
②强度与土压力计算；
③压缩规律与沉降计算；
④桩基与桩基承载力；
⑤浅基础与地基承载力；
⑥最常见软基处理方法与承载力验算。
笔者认为，针对上述六类问题，选择适当量的习题，则可以基本达到应试要求。解题能力的提高首先是基本知识和理论掌握得要好，其次是适当数量的练习或仔细阅读例题。理解掌握本课程的内容组成结构，对灵活求解计算题是十分有利的。
五、综合结语
通过上述论述，可得出如下基本意见：
1、《土力学与地基基础》课程的“教”与“学”应强调内容的组成结构；
2、土力学是该课程的理论基础和核心，理解其内容组成结构的逐次深入特点，对掌握和灵活应用十分重要。
3、难点内容的学习，应当学会掌握问题的核心或本色。
4、计算题的解题能力是应试成功重要环节，应有所侧重，熟练掌握基础知识，灵活应用基本理论及解答，学会综合解决问题的能力。
