“息壤”的现代发展：土工袋技术及实践
《山海经》云：“洪水滔天，鲧窃帝之息壤以湮洪水，不待帝命。帝命祝融杀鲧于羽郊。鲧复生禹，帝乃命禹卒布土以定九州。”讲的是鲧未经天帝同意盗取了“息壤”来围堵洪水，触怒天帝，被杀死于羽山近郊，而后天帝命鲧的儿子大禹铺填息土平治洪水，最终安定了九州。可见鲧禹父子均以“息壤”治水，那么何为“息壤”？晋代郭璞在《山海经注》中解释道：“息壤者，言土自长息无限，故可以塞洪水也。”郭璞将“息壤”解释为因地壳变动而生长出来并能够无限生长的自然神物。童稚小儿读此神话，关注的大多是引人入胜的情节；而水利工程和岩土工程技术人员读罢或许产生疑惑，这“息壤”的实物体究竟是什么东西呢？
李广信先生在其著作《岩土工程50 讲——岩坛漫话》中，从历史渊源和专业实践的角度阐释了“息壤”是一种古代人民发明的河工技术。在远古称为“息壤”，在秦汉叫做“茨防”，宋代形成“埽”，而现代则发展成为一种水利工程中的土工合成材料综合技术。话说“兵来将挡，水来土掩”，但天然土毕竟是散碎的粒状体，在水流中会被冲散带走，所以如何将土颗粒连接成整体成了古人治水的关键技术。古人在与洪水斗争的过程中发挥了强大的学习智慧，老子在《道德经》中说：“人法地，地法天，天法道，道法自然”。大自然给了远古人以启示，正如李广信先生在《息壤考》中所言，古人一定是见到河狸伐木筑坝而受启发，采用了与之相似的土体加筋与防护措施，使河流泥沙淤积、不断增长，形成所谓的“息壤”，以湮洪水。
远古的治水神物“息壤”经考证可以理解为，人工制造的装载着泥包、沙包和石块用以堵塞洪水的防洪堤坝。可以想象，当年鲧禹治水时砍伐了大量的竹木纤维，编织成蒲包草袋和篾笼，将土石装入并沉入水中作为堤坝的基础，再向上面间隙和两侧叠加石块蒲包草袋，不断将堤坝增高增厚增长。这种“道法自然”的盛土砌堤方法简单有效，至今仍在使用，比如1998 年长江洪水时使用编织袋装土进行抢筑堤防和治理管涌，小型水利工程中使用土袋围堰进行施工导流。
将土装入袋子形成土袋，这一现代人看来不以为意的举措，流传了四千余年，世代相传，造福于民，并且可以推测其历史前身便是“息壤”的重要组成部分，在中华治水文明史上留下了神秘而光辉的一笔。不过那时的土袋还不能称为一种完善的技术，只是一种“防洪抢险”的远古工法。几千年来，该工法一直沿袭古人做法，并没有什么进展。如果说古人的智慧是“道法自然”，那么今人继承古人智慧，解明古老工法的力学原理，推广创新，使其发挥出更大的功能效益，将是一件颇具意义的事情。水利工程和岩土工程从来都是实践先于理论，经验先于科学。一些工法发展成为成套的技术需要不断地在实践中积累经验，从经验升华为科学理论，再从科学理论发展出成套的应用技术。
▲土工袋强度提高原理
自1997 年开始，笔者与其在日本名古屋工业大学的博士生导师松岗元（Hajime Matsuoka）教授一起开展了土工袋的相关研究，通过试验研究与理论分析解明了土工袋力学原理及各种工程特性。2004 年回国后，笔者在河海大学水工结构研究所工作，并继续开展这项研究十余年，结合国内现状与工程需求，先后开展了土工袋柔性挡墙工作性状及设计理论、土工袋基础减振隔震技术、土工袋防渠道冻胀技术、“土代石”筑堤技术、土工袋处理膨胀土技术、固体废弃物土工袋及应用等成套技术研究。
《土工袋技术原理与实践》（刘斯宏著. 北京：科学出版社，2017.1）是作者对该项研究工作的一个阶段性总结，尝试将历来用于抢险和临时工程的土袋用于各类半永久或永久工程，希望将这项古老的工法发展成为一项适应时代发展的，环保、经济、实用的土工袋技术，推广应用于土木和水利工程中。
本书主要包括以下几个方面的内容：第1 章主要介绍研究土工袋的灵感起源；第2 章主要介绍土工袋强度及变形特性；第3 章主要介绍土工袋减振消能性能；第4 章主要介绍土工袋防冻胀特性；第5 章主要介绍土工袋处理地基基础；第6章主要介绍土工袋处理膨胀土渠坡；第7 章主要介绍土工袋柔性挡土墙；第8 章主要介绍在市政工程中的应用。
▲土工袋挡土墙设计计算示意图
衷心感谢日本名古屋工业大学的松岗元教授引导作者开展土工袋技术的研究；衷心感谢国务院南水北调工程建设委员会原总工程师及专家委员会副主任汪易森先生多年来对作者的鼓励与支持；感谢南京陆屿工程有限公司胡晓平对土工袋技术推广应用所做的努力。本书的部分研究成果得到了江苏高校优势学科建设工程资助项目（YS11001）以及国家自然科学基金面上项目（批准号：51379066）的资助，在此表示衷心的感谢。本书的撰写过程中，参考了作者所指导的研究生白福青、王艳巧、李卓、高军军、方敏华、薛向华、李玲君等的学位论文，在此谨表谢忱。同时感谢鲁洋、樊科伟、贾凡、许雷等在读研究生在本书的编排、整理和校阅过程中付出的辛勤劳动。感谢王柳江、高娇容、朱克生、浦敏艳、王子健、李栋、宋迎俊、王建磊等其他已毕业或在读研究生在土工袋技术研究过程中给予的帮助。
限于著者的水平和工作的局限性，书中不足之处在所难免，恳请读者批评指正。
本摘编自《土工袋技术原理与实践》（刘斯宏著.北京：科学出版社，2017.1）一书“前言”。标题为编者所加，文中图片来源于本书。
ISBN 978-7-03-051555-1
责任编辑：王运
wangyun@mail.sciencep.com
《土工袋技术原理与实践》较为全面、系统地介绍了土工袋技术的原理与实践应用，集中体现了作者多年来关于土工袋技术的研究理论及成果，并结合多个工程实践，研究了土工袋应用于不同结构物的工作机理及其工程特性。本书首先对研究土工袋技术的初衷进行了介绍，对比研究了土工袋与常规水平设置加筋材提高基础承载能力的措施，显示了土工袋的加筋效果；然后通过理论分析与室内试验相结合的方式对土工袋的强度变形特性进行了系统的研究。在此基础上，对土工袋减振性能、防冻胀特性、处理地基基础、处理膨胀土渠坡、构筑柔性挡土墙以及在市政工程中的应用进行了较为系统的分析、试验及实践研究。这些内容不仅能够促进土工袋技术及加筋土结构的学术理论发展，而且可以指导工程建设实践。
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（本文编辑：刘四旦）
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