土力学之父 | 卡尔·太沙基的成长历程
家族背景
卡尔·太沙基，奥地利人，生于1883年10月2日，军人世家，7岁丧父，后由母亲阿玛利亚和外祖父卡尔·埃博勒养育成人。外祖父埃伯勒毕业于维亚纳技术大学机械工程系，对太沙基的成长极其重要，太沙基后来这样形容他的外祖父，“一个经验丰富、富有活力的旧学派工程师… … 他个性鲜明、正直阳刚，对我影响深远，直到我长大成人”。
中学阶段
太沙基家族世代从军，在他10岁的时候便被送到军事学校学习，但是在入学后的第二年，太沙基发现自己对军事并不感兴趣，在一次逃跑失败后，太沙基开始对地理学感兴趣，一度立志成为一个极地探险家。此时的太沙基也对天文学的理论研究富有兴趣，尝试发明模拟太阳系的装置。在太沙基14岁的时候，进入到军校学习的中学阶段。此时，太沙基已经不满足于地理学的定性描述，而对天文学的研究激发了他对数学的热情。1898，太沙基考入一所非军事学校读6年级，在学期间他受到霍弗教授的启发，阅读达尔文进化论、海克尔胚胎学、郝佐格生物分类学、波尔海洋藻类方面、瑞顿霍斯特贝壳类等方面的书籍。此外，还擅长画法几何。（“我在所有自然科学领域都翻阅过相关的书籍”）
大学阶段
在进入大学前，太沙基的祖父曾建议他选择土木工程专业，但是太沙基遵从自己的想法，先择了机械工程。但是进入大学后，太沙基发现对自己所选择的专业完全不感兴趣。因此，他只去每门工程学课程的第一讲和最后一讲。利用逃掉工程学方面课程的时间，去旁听科学和人文方面的课程，包括：哲学、实验心理学、艺术史、植物生理学、天文学，尤其喜欢地质学。还经常与朋友谈论戏剧、散文、经济学等理论。在一次联谊会上，太沙基遇到了应用力学教授费迪南德韦丁博尔，他向太沙基推荐阅读拉格朗日的《分析力学》，拉格朗日高频率的思维创新给了太沙基人生中第一次想“科学创造”的“难以启示”，他被作者“深邃的思想和清晰的思路”深深地吸引了。
韦丁博尔，出生于1857年，是一位成就非凡的大学教授，同时还是研究员和诗人。他在理论和应用力学、图形动力学等方面造诣很高，同时他还是诗人和剧作家。太沙基非常崇拜这位特别而卓越的教授，他精通力学，又擅长诗歌和剧作，能够在人类经验的两个极端进行高水平的创作。一年后，太沙基因为在公园的树上攻击和辱骂警察的恶作剧被关进监狱，一再延长的拘留期限使得学校决定开除他，幸好韦丁博尔教授前来辩护，太沙基这才躲过一劫。在他人看来，虽然太沙基平时“吊儿郎当”，但是他成绩十分优异。他的得分大部分是“非常好”，还有很多“极好”，只有少数是“好”。
太沙基在大学期间还选修了很多关于地质学方面的课程，师从三位教授。他把每一次山间远足或登山之旅都看作是野外地质探险，并在旅行中写下了大量详细、流畅的日记及文章。这才是他真正热爱的—在大自然中体验探索和发现的乐趣，也因此，他担心机械工程师的工作不适合他自己，1900年毕业后在工厂实习的几个月中，他终于决定转行从事土木工程。
在此之前，太沙基必须在步兵营服役一年。服役期间，他为了打发无聊的时间，太沙基开始画微型铅笔素描。除此之外，他扩充并翻译了英国地质调查局局长的一本很流行的野外地质学指南。1906年，他的译作出版，格拉茨的地质学教授希尔博为他作序。
在结束兵役后，外祖父资助他去格拉茨技术学院进修一年，太沙基把地质学融入铁路和桥梁工程方面的课程，进行了更深入的学习。这一年，太沙基发表了他的第一篇学术论文，他的论文包括了很多素描景观、第三纪泥灰岩、黏土和壤土的水平成层地质图。接下来，太沙基开始应聘土木工程方面的工作，继续从事他最热爱的工程地质学研究。
资料来源：Richard E. Goodman. Karl Terzaghi the engineer as artist.1998
朱合华等译. 工程艺术大师：卡尔·太沙基.
▌土力学之父 | 卡尔·太沙基初入土木行业的六年
一 对坝基管涌的困惑
卡尔·太沙基从事土木工程行业后的第一份工作是在维也纳一家水电开发公司担任初级设计工程师，从事混凝土设计和施工工作。在工作中，太沙基发现水电站的规划设计中种种问题均与地质学知识密切相关，特别是当时在做工程勘察时，还不常用现场钻孔的方法，就算工程师能够观察到土体和围岩的性状，他们也不知道如何运用相关信息来进行设计，因此，施工过程中总会遇到很多没有预料到的问题。
太沙基进入皮托尔公司之后不久，公司打算在蒂罗儿州的一个河道上建造堤坝，河道布满了粗卵石和巨砾。要在河床上为大坝浇筑混凝土深基础，常规办法是用钢板桩修筑盒状围堰，把原位基础土隔离成一个一个的区域。围堰的修建通常需要打板桩，即把一片一片的扁平矩形钢板打入地下，钢板通过横向锁口相互连锁；然后，将围堰内地下水泵出，挖土至坝基底部深处，在浇筑混凝土。按照这个方法，一个区域接着一个区域进行施工，直到在河上建起整道堤坝。
但是在施工过程中，皮托尔公司遇到了困难：河道沉积层布满了鹅卵石，钢板桩打不到要求的深度，围堰防护墙四周和底部漏水严重，地下水无法泵尽。基础混凝土浇筑不得不在水中进行，这种施工技术成本很高。在混凝土浇筑完成，水库蓄满水后，坝底开始严重渗水，最终导致溃坝。
这次失败困扰了太沙基很长时间，因为当时没有人能解释该如何防止这种情况再次发生。这是一种典型的事故案例，人们称之为“管涌”，但是没有人知道怎样避免它。此后，太沙基在瓦尔德镇指导一个水电站的建设时也发生了类似情况。1897年在奥地利的萨尔查郝河也发生过类似的工程事故，而且情况更糟糕。在萨尔查郝河，基坑内的水根本无法泵干，经过几次尝试后，最终放弃了。
太沙基在工作中发现土石建设方面存在很多不足，但是他很自信，他学习如何管理员工，如何管理现场施工，后来越来越精通钢筋混凝土结构的设计和施工。在25岁时，太沙基就负责了石膏仓筒的设计和施工、工厂的施工以及度假旅馆的施工。
二 喀斯特地貌上的水电站项目
1909年初，太沙基来到了克罗地亚，负责法国兴业建筑公司开发的亚德里亚缇克电厂项目。项目所在地的克罗地亚喀斯特地貌是一种由很厚的可溶性石灰岩经过千年的蚀刻而形成的地貌。喀斯特地貌中有着成千上万个由于地表塌陷形成的落水洞，宽广的浅水湖汇聚至此，地表不断下沉，形成了区域广泛的盆地。雨水流入岩石裂缝和落水洞中，在地下消失，一部分水流又通过岩石裂隙喷出，形成泉水。这里地形陡峭，降水丰富，很适合建造水力发电站。
太沙基在这个项目中负责测量水流数据，勘察地形以及相关地质情况，并规划通过建造水库和隧道来开发利用水能。为了了解地质情况，编制地质图，太沙基多次在野外来来回回实地远足。他很享受这样的过程，但是他又很担心多岩洞石灰地层中的工程风险，况且工程技术上的技术指导“不仅不知道如何处理喀斯特地貌工程问题，甚至连喀斯特地貌会产生什么样的问题都是一头雾水”。
太沙基对当地这种地质情况十分困惑，还曾在一本科学期刊上发表学术论文。在实际工程地质工作过程中，他对纯理论的地质学的热情慢慢消退，他意识到，野外地质学家往往仅凭借极少数的数据就推断地质情况，而没有像矿工和工程师那样通过实地钻孔或开挖揭露来了解地质情况。太沙基宣布水利水电工程才是他“真正的研究领域”，而不再是钢筋混凝土设计。
三 圣彼得堡基坑失稳事故
1911年6月1日，太沙基应邀前往圣彼得堡处理一起基坑失稳事故。项目是在圣彼得堡市中心的诺维斯基大道修建一座银行大楼，基坑施工时出了问题，太沙基来到现场后很快调查清楚了事故原因。基坑四周是挡土墙，用于支挡地下土体，地下土体由圣彼得堡地区典型的河沙、泥炭和淤泥层组成。但是挡土墙并没有起到应有的作用，流砂如流水一般通过挡土墙板状的裂缝大量涌入基坑，周围的建筑物也因此发生损毁，有些建筑岌岌可危。混凝土垫层浇筑了一半，钢梁也受到严重锈蚀。（“我被现场一片狼藉惊呆了，表情僵硬，只能无奈的摇了摇头”）。
除此之外，项目的管理十分混乱。
在这样的环境下，太沙基3天时间拿出了可行的方案，这个方案不仅能使施工尽快步入正轨，使施工成本减少30%。为了这个方案，他在工程委员会的办公室据理力争、力排众议，与那些专家辩驳，最终得到了认可。
1911年的圣彼得堡与维也纳迥然不同，这里办事效率低下，贪污腐败无人管治，工程市场竞争激烈。在这里政治行为并不起作用，赢得市场的唯一途径就是博取高层职权部门的信任。太沙基能够“读懂客户心理”，很快就和相关人员拉拢了关系，“我们不能光考虑工作本身，还得处理好人际关系”。太沙基将他的专业知识和人际关系处理技能“紧密结合”，他的工作进行的得心应手，因而不想离开，一度打算在这里定居下来。
四 获得博士学位
在俄国的6个月，太沙基研究了一种全新的图表法来解决工业蓄水池的设计问题。卡尔觉得可以将此写成论文，申请博士学位，有了博士学位，就可以在周游各国时获得更广泛的认可。于是，他给格拉茨技术学院写了一封信，校方也接受了他的申请。1912年1月16日，太沙基参加了博士生论文答辩，表现十分出色，得到了评委的一致认可，成功通过了考试，被授予“技术科学博士”。
1912年2月，太沙基博士告别格拉茨的家人及朋友，前往美国追求自己的梦想，他将在那里踏上新的学习征程，并最终取得成功。
资料来源：Richard E. Goodman. Karl Terzaghi the engineer as artist.1998；朱合华等译. 工程艺术大师：卡尔·太沙基.2020
▌土力学之父 | 卡尔·太沙基陷入人生低谷
1912年2月13日，在库克斯港的汉堡—美国专线上，太沙基登上了豪华的美国号轮船。在船上太沙基结识了北美最大的制药公司总裁—普朗特先生，普朗特先生的交际网很广，并且和美国地质调查局局长私交甚好，结识这样的朋友，是太沙基在美国发展的良好开端。9天后的2月27日晚上，轮船到达了纽约。太沙基在西76街111号找到一处安静的住所。接下来开始在美国寻求合适的职位，但是处处碰壁。在美国土木工程师协会（ASCE）的图书馆里，太沙基发现了很多有用的技术类书籍，所以他开始泡图书馆，通过阅读和交流他发现：在美国，理论对于土木工程来说作用不大，而工厂管理、建筑工地组织等领域则非常实用。来到美国的太沙基不想再继续从事钢筋混凝土结构设计，依然对工程地质学非常感兴趣。
西奥多·罗斯福于1902年颁布的《垦荒法案》在北美洲规划了一个巨大的水资源工程项目，该项目计划修建60个大坝，有些大坝的高度几乎是史无前例的。相关部门注意到该项目与地质密切相关，对于太沙基来说这是他获得工程地质绝佳的机会。太沙基通过普朗特先生的介绍见到了美国地质调查局局长克拉克先生，克拉克局长又把太沙基推荐给他的下属美国垦区服务部部长纽厄尔。太沙基向部长解释说，奥地利刚刚开始建设大型水力发电厂，非常急切地想从美国这里汲取经验，他还告诉纽厄尔部长自己将会为奥地利的工程师写一篇文章，而他最想了解的是施工失误以及引起这些失误的地质原因。纽厄尔答应了他。
太沙基的行程持续3个月，从新奥尔良，沿密西西比河的防洪工程开始，然后前往其他地方，包括格兰德河的安吉尔大坝，亚利桑那州的罗斯福大坝，科罗拉多河的尤马灌溉工程，洛杉矶输水主渠，特拉基—卡尔森项目，华盛顿州的卡其斯大坝隧道，还有博伊西项目。9月初太沙基来到了黄石公园，在考察了一些大坝项目后，太沙基开始失去信心，他感觉自己的梦想就像落叶一样，被秋风吹散了，他感觉自己从一个项目被推到另一个项目，却未参与其中。到10月底太沙基已经收集了大量一手资料，他觉得是时候做些分析了，但是人手不足，加上不能得到奥地利建筑师与工程协会的资助，他觉得必须去赚钱了。（“我只好收起自己的资历证书，放下身段，接受了一个在哥伦比亚河修建水闸的政府项目”）。这是一个很具有挑战性的项目，需要进行开挖、操作设备、钻孔、爆破，工作十分辛苦，环境嘈杂恶劣，而且很危险。太沙基从木材商、投机商以及那些从阿拉斯加州和内华达州来的采矿者们那里，在很短的时间内，学到了很多钻孔和爆破方面的知识，比跟着专业人士学一年学到的还要多。在一次爆破过程中，太沙基被严重烧伤，不得不住进医院，因为疏于治疗腿伤，他差点失去一条腿，12月21日太沙基回到达拉斯，收拾好行李，告别了这里。这段经历让他终身难忘。
1913年1月的某天，他感到万分沮丧、气馁，晚上他写道:自己只有两条路可选，“要么加倍自信，要么神经奔溃。。。哪怕是一点点的不自信，它也会很快蔓延开来，最终使人完全失去信心。这样下去的话，结构可想而知。一个人如果总是自我我怀疑，他慢慢地也会生出自我厌恶，最终会整日买醉以致毁灭”。
到了3月份，太沙基的精神面貌仍没有变的积极向上，他向韦丁博尔教授坦言，他不再为自己的职业地位和等级感到骄傲。他对工程学这个职业完全失去了兴趣，他厌恶所有虚伪的行为。现在是他一生中最痛苦的时候，没有工作，彷徨苦闷，对一切都充满疑惑。
▌土力学之父 | 从完全依据地质成因到开始重视工程性状的转变
处于人生低谷期的太沙基，参加了远足、建筑结构设计、高层建筑的基础工程师、工厂建设等一系列项目，还参与了软土开挖实验，实验采用高压水管，即“水力监测仪”。通过这些活动，他又重新振作起来。
低谷期的遭遇令人颓丧，但是太沙基始终没有放弃在工程地质学方面的深入思考。太沙基希望，他可以凭借自己在维也纳积累的专业知识和在克罗地亚及俄国项目中积累的工作经验，找到一套系统的办法，来预测土木工程建筑结构的软土及硬岩地基的性状。美国吸引他的原因，至少从某种程度上来说，就在于这里可以提供给他很多的基础数据，从而他可以把地质学和工程建设更好的结合起来。现在，他有许多工程实例项目的数据要处理，这些项目的数据包括调查报告、地图、施工计划、施工难题的记录和说明，以及他自己的观察笔记。此外，他从自己当初在纽约图书馆所记下来的详尽笔记中也获得了很多背景资料，这些笔记他当时觉得很可笑，但是现在看来价值连城。
太沙基的精神状态越来越好，于是他开始集中精力，系统整理和分析这些资料。然而，分析的结果却十分令人沮丧，太沙基觉得自己的分析方向一开始就是错误的。地质学家对于不同场地的地质数据的描述常常各不相同，但是有一点是相同的：每个勘察员都企图用地质学术语来描述地层材料。很不幸，地质学家们为不同的岩石和沉积物物取名主要依据的是材料的地质起源，然而太沙基却认为应该依据他们不同的工程性质来命名。
比方说，如果某个地质学家把一种地层材料称作“冲积砂”，但却没有报告砂颗粒堆积的密实程度，那么这种砂的工程特性将有很大的变化区间。从一个名字“冲积砂”，根本无从知道它能否作为重型建筑物的承载层，能否实现在基础修建过程中的板桩围堰内成功降水。
如果一开始的出发点就错了，之后的努力都将白费。
是时候重新开始了。
▌土力学之父 | 太沙基回归学术研究
从人生低谷走出的太沙基，回到欧洲后被任命为现役陆军中尉，参加了第一次世界大战，在战争中主要负责指挥战壕、防御工事、运输线路、通信和桥梁工程的建设施工，即便是在战争中，太沙基也能保持对工程学的专注和对科学的好奇心。
1916年，太沙基经历了三件大事：结婚，继承遗产，成为一名大学教授。这一年的夏末，太沙基正式入职君士坦丁堡奥斯曼帝国皇家工程学院，从此开始了新生活。然而工程学院令太沙基非常失望，1807年刚成立时，工程学院叫做奥斯曼帝国炮兵学院，后来才对外界开放并制定了19世纪的发展计划。太沙基发现，这里的教师似乎不知道何为工程研究，此外研究经费不足、设施落后，这里的学生看起来也不像格拉茨的学生那么自信。太沙基就在这样的条件下开始了教学和科研工作。
太沙基首先从梳理自己在地质学和工程学方面的想法开始，并重新开始基础工程方法学的研究，到11月太沙基已经准备好了两本关于公路和铁路工程建设的法语讲义。备完课后，太沙基又着手编纂“基于地貌的土体工程学书籍”。他写这样一本书的初衷是探讨在地质环境中的工程建设问题，书中将冲积平原、砂蚀高原、熔岩高原等类型的高原，还有丘陵、裸露的基岩、山地、高山等土工工程中常见的地质难题进行了归类。
值得一提的是，太沙基能获得到工程学院的教职得益于福希海默教授的推荐，福希海默是桥梁和铁路工程方面的专家，在亚琛和格拉茨担任过教授，是一位经验丰富的工程师，同时也是一位杰出的工程数学家。太沙基对福希海默在应用水力学方面的研究尤其感兴趣，因为地基理论必定与水在土体中的运动有很大关系。福希海默将热在固体中的传导和水在多孔介质中的运动作了数学类比分析，运用常用的热在固体中传导的解法求解水在多孔介质中的运动，这种做法改变了地下水运动的研究方法，也为太沙基进一步研究土力学奠定了基础。
到1917年，太沙基再次重新梳理了他在美国收集的数据，他认为这些数据明显不能作为全面的依据，纯粹的地质描述并不足以为工程学决策提供依据，太沙基打算扩充他在工程地貌学方面写的手稿，用原始的公式来描述黏土堤岸的滑坡运动以及隧道通过黏土地层时受到的荷载。他需要集中研究什么样的其他信息才能充分描述工程荷载作用下土体的特性。
在此前查阅土木相关文献时，太沙基发现，大约在1880年以后，人类的观察能力被理想化的建设和推理所替代，人们对观察和描述大自然中各种反复无常的力量不再感兴趣。理论基于假设，且不能提供充足的证据以证明其有效性。工程事故通常被归于自然的不可预测性，而不是设计时基本假设的缺陷。一个理论一旦出现在大学考试的试卷上，人们会对这个理论产生敬畏之情并对他深信不疑，连那些受过大学受教育的工程师，在应用这些理论时甚至都没有怀疑过其适用性的局限性。
经过不断的梳理和总结，太沙基意识到，如果把土体作为工程材料，首先得弄清它们在不同荷载作用下是如何变形的。而如果要定量的描述这种变形就需要开发土体测试设备，还需要推进理论研究，从而将测试结果转化为描述土体基本性质的变量。太沙基决定从自然界各种土体中最为重要的组成部分—砂土来开始研究。
▌土力学之父 | 从重归学术到土力学的诞生
1916年9月中旬太沙基应福希海默邀请前往土耳其君士坦丁堡工程学院任教。虽然太沙基对工程学院的现状表示失望，但是能够教书授课一直是他所渴求的，在这里任教对他学术发展也是个很好的机会。他打算借此机会好好梳理下自己在地质学、工程学方面的想法，重新开始基础工程方法学的研究。太沙基由此重归学术研究之路。
- 编纂基于地貌的土体工程学书籍
太沙基编写这本书的初衷是为了探讨在地质环境中的工程建设问题。他将冲积平原、砂蚀高原、熔岩高原等类型的高原，还有丘陵、裸露的岩体、山地、高山等土工工程中常见的地质难题进行了归类。
- 福希海默应用水力学的启发
福希海默是桥梁和铁路专家，在亚琛和格拉茨担任过教授，是一位经验丰富的工程师，同时也是一位杰出的工程数学家。福希海默将热在固体中的传导和水在多孔介质中的运动作了数学类比分析，运用常用的热在固体中传导的解法求解水在多孔介质中的运动，这种做法不仅是先驱性的，不仅改变了地下水领域的研究方法，也为太沙基进一步研究土力学奠定了基础。
- 思想观念的转变：地质描述—定量化评价
1917年太沙基重新认真思考了他在美国收集的数据。他认为这些数据明显不能作为全面的依据。纯粹的地质描述不足以为工程学决策提供依据，在波兰特时他就意识到了这一点太沙基打算扩充他在工程地貌学方面的手稿，用原始的公式来描述黏土堤岸的滑坡运动以及隧道通过黏土层时受到的荷载。他接着集中研究了怎样才能充分描述工程荷载作用下土体的特性。若把土体作为一种工程材料，首先得弄清它们在不同荷载作用下是如何变形的。而如果要定量的描述这种变形，就需要开发土体测试设备，推进理论研究，从而将测试结果转化为描述土体基本性质的变量。太沙基决定从砂土开展系统研究。
- 挡土墙和支挡结构上的土压力问题
太沙基开展土压力研究的试验装置
苏格兰的朗肯教授和法国数学家库伦提出的挡土墙所受土压力的前提假设是：土体是均质的固体。此外，忽略了土体和墙体的变形问题。太沙基认为这种均质假设是一种本质性错误，并且土体变形对于土压力的结果至关重要。太沙基基于砂是由单个颗粒组成的这样一个事实开始开展研究。太沙基首先研究的问题是砂层表面下某个指定深度处的侧向压力是多少。如果砂和流体属于同一种性质的材料，那么砂层表面以下任一深度处的水平压力都将等同于其竖向压力（该深度以上砂土的自重产生的压力），因为理想流体没有抗剪强度，这也就意味着它本身并不存在变形抗力。然而砂是有抗剪强度的，所以在地下任一深度处，其静止的水平压力都应当小于其竖向压力。接下来太沙基自行制作试验设备，在几个月的时间内对不同挡墙进行了数百次试验，包括不同墙倾角、回填土的密度及回填土的几何形状等。太沙基第一次真正确定了土体对支挡结构的作用力方向；在砂土对墙体压力的影响因素中，土和墙的整体应力及应变状态是关键。太沙基的研究成果发表后得到了众多好评，如“把土体作为工程材料是土木工程学领域极其重大的问题”，“太沙基的文章将引领土工学的进步”等。
1918年因为战争流落街头、极度窘迫的太沙基得到了美国在君士坦丁堡的罗伯特学院的教职。同年，福希海默也因为战争原因来到了罗伯特学院。1918年底太沙基带着家人住进了学校为他们租的房子。在这里，太沙基要讲授包括灌溉、节水、理论水力学、钢筋混凝土、天然气机械、工程地质、砌体结构等多门课程。同时开始土体管涌研究。
- 土体渗流特性与管涌的研究
福希海默是第一个意识到电流和水流之间有类比关系的人，他采用了物理电学中采用的“流网”图解法，来解决实际水力学问题。太沙基曾邀请福希海默参与到砂土坝基的物理性状的研究上去，但是福希海默表示他对自己理论的应用并不感兴趣。福希海默的流网在解决砂土地基大坝问题的应用中表明：水流穿过坝基，从大坝下面往下游流动、聚集的过程中，流水产生的力是向上的。向上的渗流力和砂土颗粒的自重应力方向相反，由此减少了砂土颗粒之间的相互挤压力。当渗流力和砂土自重应力相等时，一些砂土中的细小颗粒往往会彼此剥离，砂土可能会受到侵蚀。而水坝下某处砂粒的侵蚀将很快导致坝下产生空洞区，继而产生管涌，结果可能导致整个水库泄尽，水坝和下游设施被破坏，这种现象在工程界偶有发生。
太沙基靠着罗伯特学院少量拨款，开始建立自己的实验室，东拼西凑甚至在学校的垃圾堆里搜寻材料。太沙基向观察增加向上渗流力对土体渗透性的影响。太沙基认为：渗流力在任何截面上都与单位面积通过的水量（流量）成正比，与土体的渗透性成反比。福希海默的流网能够计算出各式大坝结构任何部位的流量。因此，确定砂土渗透系数将完善该体系规律的研究。最重要的是太沙基想观察管涌形成的物理原理。
太沙基的试验结果非常明确：随着穿过砂柱的向上渗流力的增加，渗流量（根据达西定律）按比例增加，直到向上的渗流力与砂柱的浮容重相等。之后，渗流量会立显著上升，与此同时，砂土的内部结构完全改变，变得非常松散。换句话说，砂土的结构自动重组，形成一种更加松散且渗透性更高的构造，以重新建立其自重与变小的渗流力之间的平衡。
太沙基随后建立了各种形状的水坝模型，并观察了水坝蓄水后水位逐渐提高带来的影响。随着水位高度的增加达到某个临界高度后，坝址水面以下的砂土将呈“沸腾”状，这是由于土体中的细颗粒遭受侵蚀所致；很快，大坝底下会因侵蚀产生隧道形状的通道，水库里的水便会立即涌向通道—出现典型的“管涌”破坏。这个临界高度完全可以根据渗流路径中最薄弱点的流量和渗透系数计算出来，而最薄弱点通常位于大坝下游坝址处。
为了预防管涌的发生，太沙基提议在管涌可能发生的最薄弱位置安装一个压重过滤器。经过测试后，太沙基将该措施应用于工程实践，取得了良好的经济效益。
- 定量确定土体的性状
1919年3月，太沙基在土体渗透方面获得成功后，他开始制定新的试验计划，试验的目的是定量确定土体的性状，从而在应用工程学中采用合理、系统的方法取代工程中的臆测。
这次太沙基以黏性土为研究对象。太沙基认为有必要确定每种土体中黏土的比例，因为黏土的黏结作用是决定土体特性最重要的因素。黏土稳定性的决定性因素时黏土含水量和含水量随载荷的变化。
太沙基认为所有松散、未胶结的沉积物的性能都取决于内部颗粒之间接触点的相互作用力。试验必须阐明这些力的本质。这些力源自自身重力产生的压力及水与土颗粒表面接触时产生的化学力。研究矿物颗粒间的摩擦力，以及水的黏性和表面张力是非常重要的，后者可在土颗粒间形成的细小孔隙里的空气-水界面上产生毛细力，而很细的黏土颗粒间也会因为相互接触而产生化学键力。
通过试验，太沙基开始理解流砂现象，水流过土样时产生的渗透力可能会突然抵消土颗粒之间的相互作用，从而导致土体结构崩塌。他推断出，渗透力的持续增加可能会导致土颗粒间作用力的持续减小。他继续推理，认为即使没有发生渗流现象，只要增加土体孔隙中的静水压力，颗粒间的作用力也同样会减小。他几乎可以预测到：土颗粒间作用力的不断减小和土体强度持续下降之间的关联。
此后，太沙基又在反复的实验得到了黏土的弹性模量。通过试验，太沙基发现了土样在加载后的压缩会延迟发生的原因：黏土的渗透性会随着通过土样水流的水力梯度的减小而显著下降。这一现象意味着，就像砂土一样，水力梯度的增加会导致渗透性的增加，这表明，黏土和砂土一样，当渗流力增加时，颗粒间的作用力减少，也说明水会在黏结力的作用下牢牢的吸附在黏土颗粒之间。
- 有效应力的提出
1923年10月初，太沙基正在整理土力学的新体系，并将其撰写成书稿《基于土体物理性质的土工力学》，至此他完全搞明白了，黏土外部压力的增加会导致同幅度的黏土内部孔隙水压力的瞬间增加。在孔隙水压力开始消散前，土颗粒间的接触压力不会增加。假设土体的孔隙水压力值为u，外部压力大小为p，只有p-u的值才是土颗粒间相互作用力的有效值。太沙基称这个量为“作用在黏土固结相上的压力”，这就是如今所谓的“有效应力”。
参考资料：Richard E. Goodman. Karl Terzaghi the engineer as artist.1998
朱合华等译. 工程艺术大师：卡尔·太沙基.2020