• 論主動土壓力與被動土壓力

    2015-07-16 08:34  來源:巖土網  閱讀:17294
    主動土壓力與被動土壓力是支擋結構后土的兩種極限平衡狀態,說到土壓力就不能不提朗肯與庫倫及其土壓力理論。在土力學中有一個悖論,那就是精確的、嚴密的理論解往往都脫離實際;而另一些雖然理論上不嚴密,作了一些假設,半經驗的理論公式則較為實用。朗肯土壓力理論在理論上是無需假設的精確解,只要符合它所規定的邊界條件,庫倫理論、索科洛夫理論都可退化為朗肯土壓力公式。

    論主動土壓力與被動土壓力

    李廣信

    清華大學 巖土工程研究所

    主動土壓力與被動土壓力是支擋結構后土的兩種極限平衡狀態,說到土壓力就不能不提朗肯與庫倫及其土壓力理論。在土力學中有一個悖論,那就是精確的、嚴密的理論解往往都脫離實際;而另一些雖然理論上不嚴密,作了一些假設,半經驗的理論公式則較為實用。朗肯土壓力理論在理論上是無需假設的精確解,只要符合它所規定的邊界條件,庫倫理論、索科洛夫理論都可退化為朗肯土壓力公式。

    朗肯土壓力理論最常見的邊界條件是:墻背豎直光滑,填土表面水平,同時也要求地基與填土間不存在摩擦,亦即也是光滑的。這顯然是脫離實際的,因為墻背與地基的摩擦力是有利于擋土墻穩定的。如為了符合朗肯理論而費工費料將它們抹平、潤滑,那個工程師肯定是有病。與此相似的還有普朗特地基承載力理論、單向壓縮固結理論等。前者要求基底光滑與無重介質,后者要求無限大荷載與瞬時加載。由于這些理論上精確的解答,在邊界條件上脫離實際,所以常常用經驗系數加以修正,或者根據實際條件加作些假設。

    庫倫公式就是假設土體中的滑動面為平面(直線),這在理論上是近似的。但可以考慮墻背傾斜、墻背與填土的摩擦、填土表面不規則等一系列工程中的實際情況,因而具有更好的實用性。

    在講到庫侖土壓力理論時,有人問:墻后的主動土壓力是墻體可能承受的最小的土壓力,為什么在所有假定滑動面對應的土壓力中,他又是最大的?被動土壓力是可能承受的最大土壓力,為什么它又是所有假定滑動面所對應的土壓力中最小的?

    其實這里的問題在于前一種是現實的,后一種是虛擬的。

    圖1 土壓力的庫倫理論

    圖1 土壓力的庫倫理論

    在圖1中,墻體不動時,對應的是靜止土壓力E0,當擋土墻離開土體位移時,墻上的土壓力不斷減少,直到出現滑動面1,這時對應的土壓力為E1。如果我們把這個滑動面灌漿粘接起來,而把墻體再離土移動,土壓力繼續減少,就會陸續出現滑動面2,3.....,對應的土壓力為E1,E1… 。無疑,第一次出現的滑動面所對應的土壓力最大,即E1=Ea。

    如果從靜止狀態墻體推向土體,則其上的土壓力不斷增加,出現第一個滑動面1'時,對應的土壓力為E'1。如果把這個滑動面粘接起來,繼續努力推墻,將陸續出現滑動面2',3'……,對應的土壓力為E'2, E'3… 。那么第一個滑動面對應的土壓力最小,亦即E'1=Ep。

    土力學是一門很實際的學科,與現實生活聯系緊密。對于一些概念和原理,我們要善于聯想與比擬,這樣你就會得到很深刻的理解與感悟。

    有時在餐桌上吃著吃著就飽了,并且是超飽,腰帶緊束,就感悟到了被動土壓力的滋味,暗地松開兩個扣眼,體會到主動土壓力的幸福。想到一些市井之徒,如水滸中的沒毛大蟲牛二之流,夏天里常把腰帶系在胯上臍下,讓鍋底般的肚皮露在上面。另一些上層人物,如我們的高級領導。則把腰帶提到乳上腋下,成為“齊胸褲”?;蛘吒纱嘤玫鯉О蜒澴拥跗饋?,估計都是為被動土壓力所逼的。

    如果把自己當成一粒土,那么在人流和人群中,你常常會體會土力學的概念和原理。比如在大禮堂散場或散會的人流中,如果你想停一下,立刻就會感到滲透力的威力:你會在人們的正面擠壓與碰撞、側面的摩擦作用下身不由己,最后只好變成為“流土”了。

    現在從清華到幾個火車站都要乘地鐵4號線。盡管早已年過古稀了,但鮮有為我讓座之幸。于是就有了理解土壓力的機會:在圓明園上車一路寬松,漸近于西直門,壓力增大,最后達到了被動土壓力的痛苦狀態;一到西直門,人們一涌而下,頓感主動土壓力的愉悅、寬松、舒展與自由。想到自己工作幾十年,無需坐班,到教室騎車不超過10分鐘,從未經歷上下班擠車之苦,真是身在福中不知福。而推己及人,我夫人當年是要天天擠公交車的,有一年冬天,她不穿條絨大衣了,換了一件尼龍綢的羽絨服,說這樣擠車容易。我就講解說,這是由于減小了摩擦角,被動土壓力就小多了??上寝r學院學畜牧的,在市奶牛處工作,所以估計我這么淵博的土力學知識都對牛彈琴了。

    現在看小外孫女,每天起早上學,下午回來做作業,晚上和周末上英語班、舞蹈班、鋼琴班,看她那瘦瘦的樣子,是深陷于被動土壓力狀態了?;叵胱约旱耐?,經常吃不飽是現在的孩子們所不知的,但那時的寬松卻是很值得懷念的。當時我們的小學在哈爾濱的松花江邊,我大約會有1/3的時間是逃學的:到市場聽說書,租看一分錢兩本的小人書,折個柳條江邊釣魚。這當然會受到家長與老師的制裁,結果是大約另有1/3的時間被趕到教室門外聽課。前幾年一個大學同學見到我,說當年總看你在看小說。這也是事實,60年代清華圖書館的小說和雜書我幾乎全都看過??梢娔菚r也并不緊張,處于主動土壓力狀態。結果是將近畢業時,人家都超齡退團了,我才在逼近25周歲之前光榮加入了中國共青團。結果現在成了“雜家”。

    在歐美國家,社會與家庭都很自由寬松。孩子們以玩為主;商店周末休息,員工可能去旅游了。有一次我在美國去一個超市,幾個員工先是客氣的向我抱歉,然后樂呵呵地發給我一張傳單,原來是工會組織罷工了,也并沒有劍拔弩張的氣氛。而我國的“中國制造”背后則折射出農民工處于被動土壓力的艱辛。

    京劇“失街亭”中,諸葛亮有一句唱詞“我本是臥龍崗散淡之人”;胡志明有兩句詩是“自甘清淡精神爽,從容處事日月長?!边@都是道家的一種“道法自然”的主動土壓力心態。本來諸葛亮盡可以“散淡”下去,在臥龍崗上“采菊東籬下,悠然見南山”的??伤ネ侗剂藙?,結果是東征西戰,日理萬機,鞠躬盡瘁,最后只能是“死而后已”了。周恩來又何嘗不是如此,把自己弄進被動土壓力狀態,精疲力竭,過勞而死。

    現在有些教授,在作學問之外用的功夫似乎太多:跑項目,奔獎勵;大學市場化,教授官僚化。無盡的溝通、交往、喝酒、包裝與忽悠;不斷地追求杰青、長江、百人,最后是院士。而某些院士則是無事不攬,無所不通,無職不兼,無會不到,真替他們勞累。很懷念我的導師黃文熙以及陳仲頤、周鏡。汪聞韶等老一輩學者們的儒雅與從容。近年來知識分子似乎在從主動土壓力向被動土壓力挺進。

    在體育運動中,太極與瑜伽都是從容而悠長的,而一些競賽與對抗的項目則是短促而劇烈。所以深山方丈與世外道者均長壽,而拳擊和足球運動員則常猝死。這也是由于狀態與心態的不同吧。

    回顧歷史,治國的土壓力理論也是很重要的。秦代是一個偉大的時代,“秦王掃六合,虎視何雄哉,揮劍決浮云,諸侯盡西來”。但秦幾代都奉行法家,商鞅、李斯都實行“先軍政治”,窮兵黷武,不斷征戰。動輒興兵百萬,戰線越拉越長。以一兵十夫計,民眾的負擔情何以堪?對內又實行嚴刑峻法,輕罪重罰,實行連坐,結果是“赭衣塞路,囹圄成市”,全國的多數人成了犯人。統一六國后,北拒匈奴,屯兵幾十萬;建阿房宮、筑長城、修驪山墓。僅驪山大墓最多用民夫80萬?,F在看秦始皇的兵馬俑殉葬坑確是壯觀,被譽為世界第八大奇跡。但想象一下,2000多年前,僅一處殉葬坑就如此規模,整個陵園會有多大?這需何等的勞力、何等財力、何等的暴政?所以法家歷來實行的是被動土壓力政策:緊縮、擠壓、暴政,最后只能是崩潰。結果是陳勝吳廣揭竿而起,短命的秦朝應聲而亡。

    漢統一中國,戰亂過后,民生凋敝。漢初的文帝、景帝與竇太后信奉道家的“無為而治”,一改秦代的剛硬性政策,順應自然,休養生息,輕徭薄賦,恢復經濟,不過多干擾民眾。形成了所謂的“文景之治”的盛世,也為后來的漢武帝的開疆拓土打下了經濟基礎。道德經里有一句“治大國如烹小鮮”,就是說治理大國不能急燥,不宜亂來,更不能瞎折騰。

    漢武帝也是一代天驕,征討匈奴,開疆拓土。但征伐太過。在其后期的《輪臺罪己詔》中對于窮兵黷武,勞民傷財表示了悔意。但似乎尚不能說武帝實行的是法家政策,其實他是“罷黜百家,獨尊儒家”。

    儒家與道家、法家是有區別的。據說有一次孔子去拜訪老子,請教修身治國平天下之道。當時老子已經很“老”了,他聽明來意后,張開嘴讓孔子看,然后問:牙還有嗎?子曰:鮮亦;再問:舌頭還有嗎?尚健在。于是孔子道謝告辭。他明白了“兵強則滅,木強則折”,以柔克剛的道理,于是創立了儒家。儒者柔也,主張克己復禮,中庸之道,用現在時髦的話,就是要和諧。儒家不主張法家嚴刑峻法的剛硬性政策,但也不是完全“道法自然”“無為而治”,而是加上了君臣父子,仁義禮智信一系列約束條件,幾千年來為統治者所喜愛。所以它似乎提倡土力學中的靜止土壓力狀態,中庸之道,己所不欲,勿施于人。所以在歷史上凡是要造反,要革命,要改變現狀的,都要打倒孔老二。五四運動如此,文化大革命也如此。但正如魯迅所說:封建的統治就像一把破椅子,沒坐上時,要推翻它,一旦自己坐上了,就要鞏固它了。在“文革”后期,四人幫大搞評法批儒,法家紅了半邊天??墒前芽桌隙袅?,有沒有什么替代,社會沒了信仰,沒了規范。于是就又建孔子學院,大搞國學。在“社會主義核心價值觀”中,也包含了“和諧、誠信、友善”這樣的儒家思想??梢娙寮沂恰熬S穩”的需要。

    中國王朝的更替,短命者不足百年,長壽的300-400年,距離“萬歲”還差得很遠。所以黃炎培提出了“其興也勃,其亡也忽”的問題,看來毛澤東也遠未解決。但這其實這是一個土力學的問題。

    在王朝建立之前,通常有幾十年到幾百年的戰亂,結果是一個王朝被推翻,接著一個個亂世英雄走馬燈似的更替,社會財產再分配,權利與財富重新洗牌:“昔日王謝堂前燕,飛入尋常百姓家”。田地荒蕪,人口銳減,經濟崩潰。所以說“興,百姓苦;亡,百姓苦”。當一個新的王朝建立之初,大片無主的土地荒廢,人煙稀少,矛盾緩解,社會處于主動土壓力狀態,經濟快速恢復發展,農民生產積極性很高。很快出現了天下大治:政局穩定,經濟繁榮,文化昌盛,人口劇增,國力富強。但幾乎在此同時,皇族、功臣、權貴也開始聚斂財富。如果當權者眼光遠一些,會加以抑制,如康熙就下詔停止跑馬圈地,清朝延續了近300年;而元朝的統治者就目光短淺,使民族矛盾和階級矛盾加劇,百年而亡。

    作為統治者的皇族與特權們一方面盤剝斂財,一方面快速繁殖,娶十幾個老婆,生上百個子女,呈幾何級數增加?;识?、官二代,三代… 迅速繁衍,財富也迅速集中,貧富差距加大,徭稅加重,基尼系數增大到民不聊生了,達到被動土壓力值,社會就崩潰了,又要重新洗牌了。

    這是一個專制的獨裁的社會的鐵的規律,不是明君良相所能改變的。解決的方法似乎是從體制上來認識,那就是要有能夠緩解社會內應力,釋放過大土壓力社會機制。

    以上的土壓力有點論的太遠了。其實主動土壓力也是不穩定狀態,稍微松弛就會解體、崩塌。流滑。所以還需要一定的約束,一定的安全系數。

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    我有話說

    全部評論(59)

    • tiancaoliu123發表于 01月17日 23:03這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 前幾天剛剛買了李老師的巖談漫畫,對李老師真是佩服的五體投地,對土力學這是又有了更新的認識。
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    • q695163878發表于 12月19日 11:16這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 萬物皆有道,道是內在驅動力,而相只是主觀唯心,道唯一,相紛雜!一人一相,萬人一道!
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    • wannan88發表于 12月27日 22:22這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 李老師你好,最近遇到一個當墻外加寬的問題,既有公路擋墻高7m,在外側增加兩車道的路基加寬,土壓力變化對擋墻或既有路基有影響嗎?
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    • zhangdinghe發表于 08月03日 16:22這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 大師就是大師,深入淺出,明白清楚。
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    • 大地658發表于 02月25日 11:16其實地上本沒有路,走的人多了也就有了路
    • 關于土力學與哲學問題,李大師講得好。
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    • hanbo1984發表于 12月02日 18:39這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 李老師真是學識淵博,土力學哲學大師
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    • xhharry發表于 09月14日 16:26修學好古,實事求是...
    • 不錯不錯
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    • douter發表于 09月14日 09:08這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 大師就是大師,學識淵博,深奧的土力學也可以講的這么形象風趣
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    • 李小謙發表于 09月13日 21:07這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 看了李教授這篇文章長見識了!讀3遍
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    • 張楊YY發表于 09月08日 15:33這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 學以致用,融會貫通,這就是知識的力量,思想存在的意義,領教了
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    • 344961539發表于 09月02日 09:31這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 寫得好,通俗易懂
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    • mengjian0410發表于 08月30日 15:41這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 說的很風趣
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    • 巖土小火苗發表于 08月29日 23:10這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 學習了!
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    • lin198788發表于 08月28日 12:40這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 李老師講的很風趣,很有水平
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    • 沃野春風發表于 08月28日 09:31這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 這樣高明的土力學論文,恐怕只有李老師這個級別的人士才能寫出來!佩服!
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    • mesmer951發表于 08月27日 23:28這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 太厲害了!如入化境!
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    • liangyb617發表于 08月27日 17:11這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 老師的學問和思考。是吾所不及也
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    • luoyuechun發表于 08月26日 17:03這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 聽說留言有幣 來看看
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    • catchon發表于 08月26日 09:42這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 永遠的大師,值得好好學習
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    • liuguichun發表于 08月25日 13:34這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 向李教授致敬!
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    • ddzhaojun發表于 08月24日 17:27這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 致敬李廣信教授
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    • veappy發表于 08月21日 23:01這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 長見識了
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    • muxi1120發表于 08月07日 10:23這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 贊幾個?。。。。。。。?!
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    • freedafeifei發表于 08月04日 11:09這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 看來土力學不僅僅和土有關系,所有事物都是觸類旁通的。
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    • 858277946發表于 08月03日 01:17這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 博學多識
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    • xiaojunok01發表于 07月31日 09:21這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 講的很好?。。?!
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    • lw1987766238發表于 07月30日 16:54這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 博學,長見識
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    • viking611發表于 07月30日 09:13無欲則剛,無求則強
    • 講的太好了,哈哈
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    • nyytzzg發表于 07月28日 10:39這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 觸類旁通,很長見識!
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    • 土木俠侶發表于 07月26日 16:27男子們的肩膀 為膽子而生
    • 今后 施加錨桿預應力的時候 肯定每次到會想到這些典故了
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    • haizhiri發表于 07月24日 16:28這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 主動土壓力與被動土壓力的哲學關系!論述的非常精彩,從中又學到了不少歷史和哲學知識!
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    • 個人旋律發表于 07月23日 15:21這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 學習
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    • zhangxiangxin發表于 07月22日 12:55這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 信手拈來!必須有很深的造詣和對專業的通透!致敬!
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    • ppyt137612發表于 07月22日 11:16心可以無垠
    • 寓力與內,及歷史,彰于形外。雖只是揭開一角簾紗,然可入土三分,讓人概念明晰,印象深刻,生動,可幫助理解與拓展。
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    • 心飛揚2015發表于 07月21日 21:21Everything will be okay in the end. If it's not okay, it's not the end.
    • 致敬李廣信教授
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    • potato-01發表于 07月20日 16:05現在已成過去,將來已成現在???,能持否。
    • 能把巖土理論與齊家治國之道放在一起講也就是教授了?!吕顝V信教授。
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    • cy0425發表于 07月20日 15:29微笑著面對每一天
    • 李老師論述的很生動。
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    • 摩摩摩小卡發表于 07月20日 15:04這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 甚好甚好。。
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    • YQ葉青發表于 07月20日 10:48這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 佩服
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    • kissjianyue發表于 07月20日 08:55這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 李老師,知識淵博,信手拈來~~
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    • xucm發表于 07月19日 19:24這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 佩服佩服,贊一個
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    • huangyu20124發表于 07月19日 10:14這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 理論聯系實際,再體現到生活…………佩服
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    • elvos發表于 07月18日 16:28這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 李老師的土力學知識+文學修養有機結合,寫的生動形象,贊一個!
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    • 我是寒光發表于 07月18日 15:01這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 李老師真的不是在暴力膜蛤么?
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    • existencezy發表于 07月17日 17:02這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 李老師的見解精辟,后輩學習楷模
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    • zlqcom發表于 07月17日 10:59這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 和李老師討論元朝的見解。元朝的短命其實是軍事上征服別人,而宗教文化被別人征服,也有疆域太大分封制很難真正統一的原因。元朝后期還是很有包容性的,只可惜宗教和文化最不容易統一起來。
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    • hzh134發表于 07月17日 10:54hzh
    • 永遠的大師,佩服佩服!
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    • zlqcom發表于 07月17日 10:48這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 呵呵,李老師還是有人文精神的。中國社會和人類社會一樣,但很奇怪的是一直走不出循環(通俗的一亂一制),進入一個更高階段。只有這個循環大一點還是小一點的區別。
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    • lily76發表于 07月17日 09:58初來乍到,請多多指教吧
    • 好博學的文章,果斷收藏了。
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    • chaiqin發表于 07月16日 21:24
    • 李老師,佩服!
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    • leopardhai發表于 07月16日 19:06這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 李老師寫的太有趣了
    點評:
    • love36524發表于 07月16日 15:48不為失敗找借口,只為成功找方法。
    • 由于減小了摩擦角,被動土壓力就小多了
    點評:
    • inwinter發表于 07月16日 13:43這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 長壽的300400年,李老的計數方法好神奇!
    zlqcom發表于07月17日 10:43

    李老師說的是三四百年,長的朝代大概是這個數。

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    • zl6078發表于 07月16日 11:17這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 文中:同時也要求地基與填土間不存在摩擦,亦即也是光滑的 這個意思鮮有人提到,不知道哪位能詳細解釋一下
    點評:
    • 若惜青發表于 07月16日 11:09這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 最后一段,似乎,又回到了中庸之道---靜止土壓力。
    點評:
    • liao678發表于 07月16日 10:33君子以自強不息,厚德載物
    • 永遠的大師,句句在理
    點評:
    • nellyville發表于 07月16日 10:16幾年前的幻想,幾年前的月亮,為一張臉去養一身傷
    • 李大師的夫人那段亮了……
    playboy21042發表于08月03日 14:15

    李老師,從拜讀您巖土50講開始,就尊敬您了! 那啥,我們見了老人要讓座哦(裝老裝病裝懷孕的除外?。?/p>

    點評:
    • pyj1發表于 07月16日 09:48這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 社會百態,從論述土壓力展開。
    點評:
    • issn04510712發表于 07月16日 09:35這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 說得有理,土力學到人生處世,很類似的。
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    李廣信

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