李广信先生《岩土工程50讲——岩坛漫话(第二版)》一书及其前身《岩土工程20讲——岩坛漫话》一书第1讲的题目为“岩土工程的若干哲学思考”,根据互联网信息,就这个议题,李先生也曾受邀在一些高校做过学术报告。由此可见李先生和一些高校对此文内容的看重。笔者对文中涉及的一些问题有与李先生不同的看法。
本次话题是:以水压原理为核心的水压率理论是否唯心主义?
笔者于年提出如下孔隙水压力表达式:
同等压力水头下土中某面所受到的孔隙水压力与该面在完全暴露于水体中时所受到的水压力(即水力学上的水压强,以下简称水体水压力)之比,称水压率。此即水压原理。以此为基础,笔者对与孔隙水压力有关的问题作出了新的解答。
李广信先生评论道:这“是对于太沙基有效应力原理的否定”,是“在土力学方面,一个唯心主义的例子”;“在土力学理论方面,这种虚构联系和在虚构基础上建立理论的作风是常常出现的。例如:各种关于水土关系的‘理论’,各种企图推翻土的有效应力原理的‘新理论’等”。
李先生不仅用加了引号的理论来形容与太沙基的孔隙水压力用水体压强表达的有效应力原理不同的研究成果,连进行这种研究工作本身也用“‘从事’这个工作”(即对“从事”一词加引号)的书写方式来描述,似乎告诉人们相关研究是非法的、无效的、虚假的。
李先生还说:根据笔者提出的孔隙水压力表达式(即水压原理),“结论是饱和黏土预压固结可能达到的最好效果是达到黏性土的液限含水率,这简直就是荒谬了。在提出以上理论以后,他们全面地改写了水土压力计算、浮力计算、自重应力计算、渗透力即渗透变形等,真是‘不动则已,一动至少就要创造一个完整的“体系””。
笔者不认同李先生的说法和做法。
1.以水压原理为核心的水压率理论正是因孔隙水压力由水体压强表达的有效应力原理无法解释和回答一些土力学现象和问题而提出,它既能解释和回答孔隙水压力由水体压强表达的有效应力原理能够解释和回答的现象和问题,又能解释和回答孔隙水压力由水体压强表达的有效应力原理无法解释和回答的现象和问题。在李先生不认为孔隙水压力由水体压强表达的有效应力原理是唯心主义的情况下,以水压原理为核心的水压率理论怎么会是唯心主义呢?
2.黏粒表面总是带有负电荷而水是极性分子,所以黏粒之间接触是偶然的,不接触是必然的。再者,结合水伴随着黏粒是不分土体外表形态(陡或缓)和朝向(朝上或朝下),也不分黏粒是位于水位面以上或还是位于水位面以下。因此,为使黏土有结构存在从而能够传递有效应力,也为使水位面具有压力水头起算点的意义,结合水必然不能传递水压力。如果能将建立在结合水不传递水压力基础上的水压率理论视为虚构联系和唯心主义,李先生的结合水能传递水压力之说岂不更是虚构联系和唯心主义了吗?
3.土力学中有不少虚拟的物理量,达西定律中的渗透速率和有效应力原理中的有效应力就是虚拟的物理量,达西定律和有效应力原理以及与此密不可分的地下水动力学、固结理论、边坡稳定性分析理论就是建立在这些虚拟的物理量上的。如果没有虚拟,很多科学就不能建立,而虚拟就是虚构。“在虚构基础上建立理论”不是很正常吗?
4.唯心主义乃认为精神是世界第一性质而物质是世界第二性质的一种哲学思想体系。以水压原理为核心的水压率理论只是就土力学的一些现象和问题发表的观点,与唯心主义有何关联呢?
有人提出有效应力原理应改写为
虽然笔者认为此式是错误的并指出了错误之处,但也不同意李先生将其归为唯心主义的东西。
把自然科学和工程技术领域中自己不认同的学术观点随意打上唯心主义的烙印不利于科技进步,是一个科技人不应有的作风。
5.根据笔者提出的孔隙水压力表达式(即水压原理),不会得出“饱和黏土预压固结可能达到的最好效果是达到黏性土的液限含水率”这个结论。对这一点分四个层次来说明:
首先,对重塑土而言,出现将颗粒或胶团分隔开来的自由水之下限不是出现连通的自由水的下限,更不是出现自由水的下限。土中有自由水(包括有连通的自由水)并不表示土中颗粒或胶团间没有公共结合水,随着自由水含水率的增加,颗粒或胶团间距逐渐增大,公共结合水才逐渐消失。
其次,对重塑土而言,在压力作用下,孔隙间不连通的自由水可突破公共结合水的束缚变成连通的自由水,同时,在压力作用下,某胶团与周围胶团接触方向上的一部分弱结合水可以向该胶团与周围胶团未接触的方向转移,从而使未接触方向上的一部分弱结合水转化为自由水。这两种现象都会导致固结过程延长。随着固结过程的进行,由弱结合水转化而来的自由水的排出量占整个排水量的比重将越来越大,但是,随着结合水厚度的减小,弱结合水转化为自由水的难度越来越大,因而这部分水的排出量将越来越小。
第三,原状土和重塑土含自由水的情况一般是不同的。由于原状土的结构造成的孔隙大小的差异大于重塑土,当重塑土不含自由水时,原状土仍可能含自由水;当重塑土不含连通的自由水时,原状土仍可能含连通的自由水。这与原状土含水率升至液限以上时颗粒间仍可以有由公共结合水造成的水胶联结(因而淤泥质土乃至淤泥虽然天然含水率大于液限但仍有强度和承载力)是一个道理。遗憾的是这一点被不少人忽视了。
第四,液限含水率甚至也不是实验室里的重塑土出现将颗粒或胶团分隔开来的自由水之下限,这是因为:后者为塑性状态与液态界限含水率,当重塑土样含水率为塑性状态与液态界限含水率时,由颗粒和结合水组成的胶团几乎呈悬浮状。因胶团密度大于自由水的密度,所以这只有在土样处于动态时才能出现。因圆锥密度远大于胶团密度,故此时圆锥下沉深度远大于10mm或17mm。由此可见,实验室测得的液限含水率不是(而小于)不是重塑土真正的液限含水率,重塑土真正的液限含水率是很难测得的。换句话说,当重塑土含水率达到液限含水率时,颗粒或胶团之间仍有公共结合水。
由此可见,当结合水不传递水压力时,地基预压渗透固结所能达到的最大效果不是使地基原状粘土达到液限含水率,而是使地基原状粘土达到只含结合水而不含自由水。这就是说,在地基预压固结所能达到的最大效果一事上,水压率理论与工程实际是不矛盾的。
顺便指出:在压力作用下,一部分不连通的自由水变成连通的自由水和一部分弱结合水转化为自由水这两种现象会使黏土的水压率增大。土体受到的压力越大,土体中不连通的自由水越容易变成连通的自由水,弱结合水越容易转化为自由水,因此,土体受到的压力越大,黏土的水压率增大越多。很多情况下黏土在受压前测不到水压力,在受压后能测到水压力,就是因为黏土的水压率在受压前为0,在受压后大于0。但是,受压后,黏土中从颗粒(或胶团)之间通过的截面上连通的自由水所占面积比例总是很低的,故水压率仍然很小。
6.以水压原理为核心的水压率理论是唯心主义的说法与李先生对土中水和水中颗粒的认识是矛盾的。以水压原理为核心的水压率理论以结合水不传递水压力为基础之一,而李先生反对水压率理论的重点是反对结合水不传递水压力的观点,认为结合水能传递水压力。既然结合水能传递水压力,那么,由于黏土中颗粒因被结合水包围而不接触,土中水岂不变成水中颗粒了吗?
7.“在提出以上理论(笔者注:指以水压原理为核心的水压率理论)以后,他们(笔者注:指笔者)全面地改写了水土压力计算、浮力计算、自重应力计算、渗透力及渗透变形等,真是‘不动则已,一动至少就要创造一个完整的体系’”这段话存在的问题是:
(1)水压率理论包含了对基坑底突机制的分析,基坑底突从含水层隔水顶板顶面开始而不从其他处开始是水压率理论能够解释而目前的理论无法解释的。但基坑底突并不能被渗透变形所包括,因为基坑底突可以甚至更多地发生在静水条件下,而在静水条件下不存在渗透。
(2)“改写了水土压力计算、浮力计算、自重应力计算、渗透力及渗透变形”的提法特别是“改写了渗透力及渗透变形”的提法不妥,语义不明,应改为“修改了水土压力、浮力、自重应力、渗透力的计算方法及渗透变形的分析方式”。
(3)如李先生所言,“不动则已,一动至少就要创造一个完整的‘体系’”引自恩格斯《反杜林论》一文。李先生在这里引用恩格斯这句话的做法是错误的,因为这样做给人的印象似乎是:恩格斯这句话是牵一发而动全身的意思。然而实际情况并非如此。恩格斯包含这句话的一段话是“创造体系的杜林先生,在当代德国并不是个别现象。近来在德国,天体演化学、自然哲学、*治学、经济学等等体系,雨后春笋般地生长起来。最蹩脚的哲学博士,甚至大学生,不动则已,一动至少就要创造一个完整的‘体系’”。杜林是哲学家,他和黑格尔一样建立起被恩格斯批判的无所不包的绝对真理式的体系。恩格斯这段话反映了当时德国受杜林哲学思维方式的影响之深:一个个研究者都想象杜林那样建立起无所不包的绝对真理式的体系。恩格斯之所以反对这样做,是因为:这种封闭的终结某一学科的体系是有害的,会成为现成的教条;建立这种体系的想法也会使研究者自身误入歧途,如象牛顿那样伟大的科学家也产生了“上帝的第一推动力”的想法。就算恩格斯的这句话是牵一发而动全身的意思,李先生在这里引用恩格斯这句话的做法也是多余的,因为这句话没有为李先生反对水压率理论提供哲学上的论据。
参考文献:
[1]方玉树.基于水压率讨论土中孔隙水压力及有关问题[J].岩土工程界,,10(5):21~26.
[2]方玉树.水压率理论被推翻了吗[J].岩土工程界,,10(11):21~26.
预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇