John Burland教授 | 对岩土工程作出杰出贡献的传奇人物
文章摘要
John Burland教授是享誉国际的岩土工程师，曾任伦敦帝国理工学院土木与环境工程系的名誉教授。他出生于英国，成长于南非，并在威特沃特斯兰德大学学习土木工程。Burland在伦敦的Ove Arup & Partners咨询公司工作期间，为多个重要项目提供专业建议，包括当时伦敦最高的BP办公大楼的设计。 Burland的学术成就卓越，他在剑桥大学完成了关于软粘土变形的博士论文，并在帝国理工学院担任土力学系主任。
他对比萨斜塔的加固工程做出了关键贡献，确保了其长期稳定性。他获得了多项荣誉和奖项，包括六项荣誉博士学位，并成为多个国家工程院的院士。 Burland教授在岩土工程和土力学领域做出了重大学术贡献，包括非饱和土的有效应力研究、修正的Cam-Clay模型的发展，以及粘土和砂土沉降预测方法的创新。他的研究成果广泛应用于岩土软件和设计手册中，对岩土工程设计产生了深远影响。Burland教授不仅在学术上有所建树，还通过教育活动和实践应用，推动了岩土工程领域的发展，成为该领域的关键人物。
正文
1. 引言
2. 荣誉和讲座
3. 重大学术成就
Burland的研究成果对岩土工程领域产生了重大影响，从其诸多的贡献中，总结出他的三个重大学术成就。值得说明的是，这仅代表我自己的观点。
3.1 非饱和土的有效应力
1962年，Jennings和Burland合作发表了下面的论文，主要讨论了非饱和土的有效应力，他们通过固结试验来了解饱和度对土体积变化和剪切强度的影响，进而影响土的有效应力，这一开创性的研究工作为日后非饱和土力学的发展奠定了基础，这篇论文至今仍被频繁引用。
Jennings, J.E., Burland, J.B., (1962) Limitations to the use of effective stresses in partly saturated soils. Geotechnique, 12, 125-144.
3.2 修正的Cam-Clay模型
1958年，剑桥大学的三位研究人员Roscoe, K. H., Schofield, A. N., & Wroth, C. P. (1958)在他们发表的论文《On the yielding of soils》中首次提出一个基于临界状态理论的土本构模型，即后来著名的Cam-Clay模型，Burland在剑桥大学攻读博士学位期间，师从这篇论文的第一作者Roscoe教授，继续发展Cam-Clay模型，1968年，Roscoe和Burland合作发表了论文《(1968) On the generalized stress-strain behaviour of wet clay》，在这篇论文中，对原始的Cam-Clay模型进行了改进，即提出了后来影响巨大的修正Cam-Clay模型(Modified Cam-Clay Model)。
现在，修正的Cam-Clay模型几乎包含在所有的岩土软件中，如:
(第一梯队) FLAC, Plaxis, RS2, Geostudio
(第二梯队) Optum, ZSoil, GTS NX, Diana
(第三梯队) Abaqus, Comsol
3.3 经验沉降计算
既提出修正的Cam-Clay模型之后，Burland为粘土和砂土发展了沉降预测方法，如国内规范为粘土使用的分层总和法以及为砂土使用经验公式法。1985年，他和Burbidge合作发表了下面的论文：
Burland, J.B. & Burbidge, M.C. (1985) Settlement of foundations on sand and gravel. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, Part I, 78(6), 1325-1381.
这篇论文提出的算法被各个主要设计手册采用，包括美国的USACE设计手册、NAVFAC设计手册【土力学设计手册---NAVFAC DM 7.1 Soil Mechanics 2022版重大更新】以及加拿大的CFEM设计手册【加拿大地基工程手册 CFEM 第5版 (2023)发布】。
浅基础的沉降估算是岩土工程设计时必须考虑的一个因素，所有的土在载荷作用下会产生弹性沉降, 对于一个在应力分布影响区内，由无粘结性土(砂土)支撑的地基，通常只需考虑弹性沉降。砂土的弹性沉降比粘土大，而且砂土的沉降基本上瞬时完成(Immediate Settlement)。
多年前在为石油和天然气工业作岩土工程勘察和设计时，需要快速估算储油(气)罐(Tank)的沉降，以便为地基设计提供建议，因此用EXCEL编写了一个小程序，包含了三种方法：第一种方法基于SPT来计算，这种方法对上述Burland and Burbidge算法作了简化，仅适用于特定条件下的圆形地基；第二种方法基于弹性理论计算中心点的沉降；第三种方法基于Duncan and Buchignani(1976)的估算方法, 也使用了SPT N-Value，如下图所示。
首先需要输入Tank的体积和直径，这两个数据可以从结构工程师获得。由于石油工业使用的体积单位是BBL，因此需要把BBL转换为立方米，然后根据Tank的重量计算出基地压力(psf)。在方法1中，把英制单位转换为公制单位，输入SPT值，即可计算出Tank的弹性沉降；在方法2中，需要输入土的弹性模量和泊松比，根据弹性理论计算出Tank中心点的最大沉降量；在方法3中，需要把基底压力的单位进行转换(psf>tsf)。
后来，Rocscience的Settle3合并了Burland and Burbidge的经验算法，按照上述EXCEL中的输入数据: 基底压力为77.42kPa，Tank直径为7.16m，SPT-N值为10，在Settle3中需要根据SPT值估算砂的密度为18.14kN/m^3，弹性模量为17000kPa，Settle3估算的最大沉降量为24.1mm，与EXCEL的估算值20.8mm基本上相同。
4. 结束语
Burland教授通过创新的模型、实践应用和教育活动，在推动岩土工程的发展方面发挥了极为关键的作用。他的工作不仅提高了我们对土力学的理解，也为土木基础设施的设计和保护提供了宝贵的见解，他对学术和工程的重大贡献使之成为岩土工程界不可磨灭的关键人物。此外，Burland写过两篇非常有意思的文章：一篇是《(1987) Nash lecture: The teaching of soil mechanics-A personal view》，这篇讲座论文探讨了土力学和岩土工程研究的方法 论；另一篇是《(2008) The founders of Geotechnique》，详细回顾了‘Geotechnique’杂志的创立者，其中包括后来铭刻于岩土历史上的人物Glossop, Skempton和Golder。
