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论土力学中的名词术语

时间:2016-07-20来源:深部国重实验室岩土地基技术研发推广中心阅读:

        近年来,在土力学中有似乎一股改名之潮,容重改为重度,比重改为相对密度,含水量改为含水率。在可靠度设计风靡之时,岩土工程中,分项系数也时有出现。有的用以代替安全系数,有的甚至与安全系数混合使用:荷载乘以分项系数,承载力再除以安全系数;其中的先驱者如94版的桩基规范,完全用了分项系数法。把安全系数2.0,拆分为1.25的荷载分项系数与1.65的抗力分项系数,二者的乘积还是2.0。其性质与来源却与可靠度一毛钱的关系也没有,只是显得时髦一些而已,结果到了2008版又老老实实地改回了安全系数。
       记得在“文化大革命”高潮期间,改名成为时尚。老子给起的带有“封资修”味道的名字以及自己不满意的名字,轻而易举地就改了,在革命的名义下,户籍民警不敢不从。自己的名字自己做主,革了爹妈的命,真是前所没有的痛快。首先是改地名,长安街改为东方红大街,东交民巷改为反帝大街;然后是改自己的名字,誓死捍卫万寿无疆的伟大统帅毛的,改叫卫东;誓死捍卫永远健康的伟大副统帅林的,改称卫彪。结果是现在还有不少卫东尚还没改;到了1971年9.13事件之后,批林批孔,抓“林彪反革命集团”成员,卫彪们又惶惶然改回原名。将李卫彪又改回李忠信,派出所也念其“年幼无知”,未加留难。尽管“忠信”有封建始祖孔老二之嫌,但总比反革命之嫌好些。那位由伟大领袖亲自改名的宋彬彬,神气地变成了宋要武。于是全国的彬彬们也纷纷效仿,变成了要武。这位宋要武果然神气威武,带人将其所在的师范附中的女校长活活打死。文革后声名狼藉,于是要武们又都彬彬而有礼了。所谓“尔曹身与名俱灭,不废江河万古流。”传统的文化与道德还是长久的。
       21世纪之初,中国的高等院校趁合校扩招之机,也纷纷改名。于是乎独立的学院绝种了(已经变成儿子或孙子),院长们摇身一变成为校长,梅贻琦校长有句名言:“大学者非大楼之谓也,乃大师之谓也。”变成了“大学乃大名之谓也”。尤其使人头痛的是各种“科技”、“理工”大学,我是永远分不清和记不住的。
       所以,第一条:不要赶时髦!
       我国的科学技术多是引进与学习西方的,所以这方面的名词术语也多是引进的。最早的西方科技文化大约在明清之际传入,是由传教士带来的。有些名词术语就是那时我国的知识分子发明的。例如明末的大臣、科学家徐光启就使用了“几何”这个名词;清末的严复将进化论译为“天演论”。后来一些知识分子留学日本,由于日本与汉文化的关系较接近,有不少名词术语是从日文转译过来的,例如自由、民主、劳动、干部、社会主义、资本主义等;与土力学有关的如膨胀、振动、振幅等。上个世纪50年代前后,我国一面倒,学习前苏联,一些名词术语也随之而来,记得我们上学时,崔托维奇的书叫《土壤力学》,所以当时的壤土、沙壤土等可能是那时引进的结果。改革开放以后基本是留学西方,面向西方,现代的学科体制及名词术语也是如此。
一个学科中的名词术语尽量不要轻易改动,因为它可能已为一代人所熟知、用惯,例如目前70,80岁的老工程师,还是习惯于壤土(loam)、沙壤土等。而目前时兴的所谓标准值、特征值等,常使老工程师们不知所云。常常是颁布了一本规范,大家花了45年才对其创造的新术语开始习惯,结果10来后规范修订了,又换了一批术语。像我们这些老年人真是有些跟不上潮流了。
       土力学中有些特有名词术语是不科学的。例如土的密度r定义为“单位体积中土的质量”;重度定义为“单位体积中土的重量”。而质量是“物质的量”;而“重力的大小叫重量”。初中的物理老师就教导我们:质量是物质的固有属性,不能创造也不能消灭;因而它是用天平(不是用弹簧秤)来度量的;不管在地球、月球还是在太空,物质的质量是不变的,亦即“物质守恒”。地球上重力加速度g与海拔高程有关,在地球的同一海拔处,物质的重力也不会变化。可是在土力学中就有“浮密度(buoyant density)” 和“浮重度(submerged or buoyant unit weight)”这些名词术语,难道物质(土)在水下其质量和重量会减少吗,有的教材定义浮重度为“土在水下的重量”,水下一般会比水上高程低,那么重力加速度较大,浮重度(土在水下的重量)就应比天然重度高才对。结果是浮密度与浮重度反而是小了近一半,部分物质会在水下而消亡吗?这是唯物主义吗?一个学科的名词术语、理论概念都不应违背高一级学科的基本原理,例如经典的力学学科就不能违背能量守恒、物质不灭等。
       最近俄土危机,从土耳其的国旗想到阿尔及利亚的国旗,还有其他一些阿拉伯国家的国旗。土耳其的国旗没有犯天文错误,表示一幅金星凌月的奇异情景,虽然难得,但在自然界应是可能发生的;而阿尔及利亚的国旗就犯了天文错误:月球是距我们最近的天体,不会有其他星球在地球与月球之间,而出现在月牙里。有时我想那也许是一颗流星吧,但这个国家也太短命了。这种违反科学的错误是应当避免的。

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       再说浮重度的问题,这一术语为土力学学科所特有,在其他的力学学科中尚未发现。也从未见其他学科定义混凝土、钢材和木材的浮容重,木材如果也有浮重度,它就成为“负重度”了。其实土的浮重度就是水下单位体积饱和土体的重量减去水对它的浮力;或者是单位体积的土骨架重量(干重度)减去水对组成骨架的颗粒的浮力= w(1-n)。它在土力学中很有用,也很方便,取消它会增加一些麻烦,所以目前国内外尚都姑妄用之。
       含水量w是从英文water content直译过来的。这个“量”有含量的意思, 其定义是“土中水的质量与固体颗粒质量之比”,以前一直这样使用,改称为含水率的必要性不大。类似的,孔隙率n是“土中孔隙的总体积与土体的总体积之比”, 所以称含水率会有“土体的总质量与固体颗粒质量之比”这样的误解。
       所以,第二条:尊重科学,尊重历史!
       好的名词术语的译名也应是信、雅、达的,例如徐光启发明的“几何”一词,就是如此。曹操有诗云“对酒当歌,人生几何?”这里的“几何”就是多少的意思。“今有一圆,径为三尺,面积几何?”这是一道计算圆面积的问题,这就是几何中的“几何”,很是贴切文雅。
       在土力学中11.png 称为不均匀系数,它是大于1.0的,英文中Cu叫作coefficient of uniformity, 直译是“均匀系数”,但我们叫它为不均匀系数就很聪明,就更合适,亦即它越大,土就越不均匀,这对于内行与外行都很易懂。同样的还有压实度(系数)3.png 可见它越大土也就越密实;相对密度 1.png之间,也是越大砂土越密实;液性指数 2.png,它越大,则越接近于液体,它大于1.0时,则土大于液限含水量,就会流动了,变成液性了。k叫做渗透系数不叫阻力系数,因为k越大渗透性越好。其倒数为“阻”,与欧姆定律中的电阻概念相同。这种命名浅显直观,望文生义,易记住其定义,易于运算使用,是成功的。土的饱和度有时表示为百分数%,有的又用小数表示。我们喝酒都要看酒是多少度,即表示酒中乙醇的体积百分比。所以凡是“度”,用百分数表示较好,酒鬼们尤其欢迎。亦即饱和度表示为Sr=Vw/Vv100%。
       也有的名词术语就不那么好懂。例如流土,望文生义,从字面上看似乎是“流动的土”,那么泥石流就有点像流土了。所以襄樊的尾矿坝失实,死了300多人,事后当地舆论机构可能是秉承领导的旨意,称这一灾难为流土-泥石流,妄图把人祸说成是天灾。其实对于砂土的流土,英文称为boiling,中文译作“砂沸”,是极形象而又贴切的,见图2。基坑工程中把承压水以上的黏土的隆起称为“突涌”,也很形象易懂。

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图2. 砂土的流土-砂沸


       相对于土力学中的密度 4.png,亦即定义为单位体积土体的质量,而将容重改称为“重度”,则为5.png 表示为单位体积土体的重量,这种密度与重度的对应也很有逻辑关系的。其他学科也有这一叫法。但有人称前者叫质量密度,后者称重量密度,这种说法就值得商榷了,密度一般是指单位体积内物质的量,“重力”如何成为了“密度”?记得以前曾经叫做“单位重”(unit weight),它的中、英文的意义最为贴切。
       所以,第三条:贴切形象,方便理解与使用!
       土力学尽管是一门”很土的力学“,但既然称之为力学,就要遵从力学普遍的游戏原则。例如为了描述密实土的剪胀性,有人就使用广义虎克定律,让泊松比>0.5,确实计算出了在三轴试验中加载时的土的体积膨胀,结果使土的体积模量K<0,那么在各向等压的荷载作用下,土就不断膨胀而产生能量,一不留神就发明了永动机。在弹性力学中,泊松比不能大于0.5是基于热力学定律而确定的基本原则,不能对力学原理采用实用主义的态度。
       在土力学中Gs长久以来叫做比重,可理解为土颗粒矿物的密度(重度)与4C下纯净水的密度(重度)之比,这也并无不妥。多事者偏要改为相对密度。可是相对密度却早已名花有主了,于是他们把Dr另改为相对密实度。同时将Dr英文名字叫“relative density"改为" relative compactness",可惜目前在国际上我们尚没有决定各学科名词术语的软实力,如果你要向SCI期刊投稿,将Dr写成relative compactness,恐怕最后要改正的还是你。当我们在与国际同行交流时,当老外学习中文土力学或者学术交流时,“relative density is 2.7",这个篡位的“相对密度”Gs一定会把他们送进五里云中、十里雾中。在土工合成材料中有人把单位面积的土工合成材料的质量叫“克重”,并说以前就一直这么叫。其后所附的英文是“mass per unit area"。直接译为“单位面积质量”该是多么直观、清楚。何必叫一个土土的“克重”呢?克重真是不知所云:“克”是质量,哪有什么“重”呀?
       所以,第四条:便于国际交流,便于不同领域间的交流。

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