基于理想饱和土体的有效应力原理几点辨思
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同承担 外界 作用 力 。 饱 和 土体 的物理 性质 指标 主要 有 ¨ ｊ ：
甚 至有 作者认 为土力 学 中太 沙基 提 出的有效 应 力原理存 在 根本性 的错 误 ， 出应 将 太 沙 基 有 效 应 提
力 原理公 式 ：
ｏ ＝ ｏ ＋ Ｍ ｒ ｒ
，
ｒ ｏ
— Ｍ
ｍ ＋ ｍ ＋
— — — 一
×１０ Ｏ ％
这些 错 误 的 出现 ，
‘ Ｐ
主要 原 因在于对 有 效 应 力 原理 认 识 不 深 人 ， 解 不 理
② 土的饱和重度为孔隙中全部充满水时 ， 单位
土体 体积 的 重力 。
Ｐ ‘ｇ
透彻 ， 没有 认清 土体 实 际受力 情况 。针对这 些 现象 ， 有必 要从 土体应 力 实 际 分 布情 况 出发 ， 有 效 应 力 对 原理 进行详 细 的分 析 。本 文 首先提 出了理想 饱 和土
岩 工 界 第・ 第 期 土 程 ｔ 卷 ２
堇垂
基 于 理 想 饱 和 土 体 的 有 效 应 力 原 理 几 点 辨 思
李 大鹏 李永 涛
（ 放 军理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 ） 解
摘
要
提 出了理想饱 和土体 的概念 ， 以理想饱 和土体 水平截面为研究对象 ， 首先从截面整体所受平均 总 应力 的角度 出发 ， 推导 了有效应力提 出的过程 ， 阐明了有效应 力是一个 虚拟物 理量 的实质 ， 清 澄
了认识上 的误 区； 其次从截面上液相接触 面和固相接触面各 自独立 的角度 出发 ， 对两部分 的实 际
应力情况进行分析 ， 采用定量与定性相结合 的方法 ， 出实际应 力的表 达式 ， 得 比较 了有效 应力 与 实际应力之间 的差量关 系 ； 最后 ， 针对 不同的实际土体 ， 简单 分析了有效应力原理 的适用性 程度 。 关键词 理想饱和土体 有效应力 液相接触 面 固相接触面
③ 土的有效重度为孔隙中全部充满水时 ， 单位
２３
琶
ＧＥＯＴＥＣＨＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＥＲＩ Ｇ ＮＥ Ｎ
… … … … … … … … … … … …
…
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…
…
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一
．
一
土体体积所受重力减去浮力。
＝
＝ 一
（
＋
一 Ｐ ）。ｇ ‘
Ｓ
④土的有效重力 （ 浮重力） 为孔 隙中全部充满
一
积 ， 成 固体矿 物 、 形 流体 水和气 体 的一 种集 合体 。土 的组成 比较 复 杂 ， 般可 以分 为 固 、 、 三相 ， 中 一 液 气 土 的 固体 矿物 构成 土 的 骨 架 ， 架 中存 在 着 大量 的孔 骨 隙， 骨架 中填 充着 水 和 空气 。土体 三 相 比例 的不 同 对 土体 的物 理性 质 、 态 指 标 影 响 比较 大 。三 相 间 状 的对 立 、 动 、 系与 转化 形成 了土力学 区别 于其 他 运 联
水 时所受 到 的重力 ．
Ｇ ＝ ７ ・Ｖ
ห้องสมุดไป่ตู้
＝
Ｍ ＋ Ｏ ｒ
ｐ ’ｇ 。（
— — — — 一
＋
）
可见 ， 自然界 的实 际土 体是 复杂 的 ， 了从理 论 为 上 揭示有 效应 力 的实质 ， 现将 次要 的 因素祛 除 ， 提出 理想 状态 饱 和土体 的概 念 ： 理想状 态饱 和土体 由固 、 液两 相组 成 ； 固体 颗 粒 分 布均 匀 ， 成 相 互 接 触 、 形 共
一
大批 的论 文 中 ， 相 当 的文 章 与 有 效 应 力原 理 相 有 的。例如 ＿ ： ２ 有作 者 认 为水 压 力 只 与 土 内的 自由水 Ｊ
悖， 甚至有 的论 文作 者 宣称 有 效 应 力 原 理 是 不 成立
有关 ， 且应 当表 示为 ｕ＝考・ ｙ —— 水 的重 度 Ｐ ｇ ・
认 识 上 的误 区。
１４ ９ ３年 出 版 的 巨 著 《 论 土 力 学 （ ｈｏｅｉ ｌＳｉ 理 Ｔ ｅｒｔａ ｏ ｃ ｌ Ｍｅｈｎｃ） 论述 了土 力 学 的几 个 最 基 本 的理 论 ， ｃａｉｓ》， 如有效 应力 原理 、 固结理论 、 降计 算 、 沉 剪切 强度 、 承 载力理 论 ， 以及 土压 力 与 边 坡 稳定 等 。其 中的 有
效应力 原理 奠定 了土 力 学 的基 础 ， 土力 学 成 为 一 是
１ 理想饱和土体有效应 力原 理
土是 由岩 石 ， 过 物理化 学 风化 、 蚀 、 运 、 经 剖 搬 沉
门科学 的重 要标 志 。但 由于教 学科 研长 期 以来忽 视
对 基础 理论 的学 习研 究 ， 致 很多学 生 、 导 教师 和科 研 工 作者 对 土 力 学 的基 石— — “ 效 应 力 原 理 ” 解 有 理 并 不透彻 ， 至 出现理 解上 的偏 差错 误 ， 甚 近期 出现 的
美 籍 奥 地 利 土 力 学 家 太 沙 基 （ Ｔ ｒ ｇｉ 在 Ｋ． ｅｚ ｈ ） ａ
体 的概念 ， 后建 立 了理想 饱 和土体 模 型 ， 模 型水 而 对 平 截 面上 的应 力分 布 情 况 进 行 定 性 定 量 的分 析 ， 目 的在 于揭示 有 效应 力 的实 质 ， 清 对 有 效 应 力原 理 澄
① 土 的饱 和 密度 为孔 隙 中全部 充 满 水 时 ， 单位
（ １ （ ２
一
分 另改 为 ： ０
ｏ ＝（ ２ ｏ ＋“ ｒ １—１ ｒ ）・
１ ＝（ —Ｍ ／ １一 ） ９ ＂ ｏ ｒ ） （ 凡
土 体体 积 的质量 。
ｎ —— 孔 隙度
ＶＶ
ｎ ＝ ＝
孔 隙 全部充 满 水 的总质 量 土体 总 体积
— —
・ ｈ
切 材料 的 特性 。
土体 中固 、 、 三相之 问存 在 着极 为复 杂 的相 液 气
单 位土 截面 上 自由水 所 占的面 积
互作用 ， 当土体 中气 体 全部 被排 出 ， 有 孔 隙都 充 满 所 水时称 为 饱 和土体 。在 饱 和 土 体 中 ， 包 括 固 体颗 仅 粒 与孑 隙水 两相 ， Ｌ 固体颗 粒物 与孔 隙水 相 互作用 ， 共
甚 至有 作者认 为土力 学 中太 沙基 提 出的有效 应 力原理存 在 根本性 的错 误 ， 出应 将 太 沙 基 有 效 应 提
力 原理公 式 ：
ｏ ＝ ｏ ＋ Ｍ ｒ ｒ
，
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这些 错 误 的 出现 ，
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主要 原 因在于对 有 效 应 力 原理 认 识 不 深 人 ， 解 不 理
② 土的饱和重度为孔隙中全部充满水时 ， 单位
土体 体积 的 重力 。
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透彻 ， 没有 认清 土体 实 际受力 情况 。针对这 些 现象 ， 有必 要从 土体应 力 实 际 分 布情 况 出发 ， 有 效 应 力 对 原理 进行详 细 的分 析 。本 文 首先提 出了理想 饱 和土
岩 工 界 第・ 第 期 土 程 ｔ 卷 ２
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基 于 理 想 饱 和 土 体 的 有 效 应 力 原 理 几 点 辨 思
李 大鹏 李永 涛
（ 放 军理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 ） 解
摘
要
提 出了理想饱 和土体 的概念 ， 以理想饱 和土体 水平截面为研究对象 ， 首先从截面整体所受平均 总 应力 的角度 出发 ， 推导 了有效应力提 出的过程 ， 阐明了有效应 力是一个 虚拟物 理量 的实质 ， 清 澄
了认识上 的误 区； 其次从截面上液相接触 面和固相接触面各 自独立 的角度 出发 ， 对两部分 的实 际
应力情况进行分析 ， 采用定量与定性相结合 的方法 ， 出实际应 力的表 达式 ， 得 比较 了有效 应力 与 实际应力之间 的差量关 系 ； 最后 ， 针对 不同的实际土体 ， 简单 分析了有效应力原理 的适用性 程度 。 关键词 理想饱和土体 有效应力 液相接触 面 固相接触面
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一
积 ， 成 固体矿 物 、 形 流体 水和气 体 的一 种集 合体 。土 的组成 比较 复 杂 ， 般可 以分 为 固 、 、 三相 ， 中 一 液 气 土 的 固体 矿物 构成 土 的 骨 架 ， 架 中存 在 着 大量 的孔 骨 隙， 骨架 中填 充着 水 和 空气 。土体 三 相 比例 的不 同 对 土体 的物 理性 质 、 态 指 标 影 响 比较 大 。三 相 间 状 的对 立 、 动 、 系与 转化 形成 了土力学 区别 于其 他 运 联
水 时所受 到 的重力 ．
Ｇ ＝ ７ ・Ｖ
ห้องสมุดไป่ตู้
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Ｍ ＋ Ｏ ｒ
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可见 ， 自然界 的实 际土 体是 复杂 的 ， 了从理 论 为 上 揭示有 效应 力 的实质 ， 现将 次要 的 因素祛 除 ， 提出 理想 状态 饱 和土体 的概 念 ： 理想状 态饱 和土体 由固 、 液两 相组 成 ； 固体 颗 粒 分 布均 匀 ， 成 相 互 接 触 、 形 共
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大批 的论 文 中 ， 相 当 的文 章 与 有 效 应 力原 理 相 有 的。例如 ＿ ： ２ 有作 者 认 为水 压 力 只 与 土 内的 自由水 Ｊ
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有关 ， 且应 当表 示为 ｕ＝考・ ｙ —— 水 的重 度 Ｐ ｇ ・
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１４ ９ ３年 出 版 的 巨 著 《 论 土 力 学 （ ｈｏｅｉ ｌＳｉ 理 Ｔ ｅｒｔａ ｏ ｃ ｌ Ｍｅｈｎｃ） 论述 了土 力 学 的几 个 最 基 本 的理 论 ， ｃａｉｓ》， 如有效 应力 原理 、 固结理论 、 降计 算 、 沉 剪切 强度 、 承 载力理 论 ， 以及 土压 力 与 边 坡 稳定 等 。其 中的 有
效应力 原理 奠定 了土 力 学 的基 础 ， 土力 学 成 为 一 是
１ 理想饱和土体有效应 力原 理
土是 由岩 石 ， 过 物理化 学 风化 、 蚀 、 运 、 经 剖 搬 沉
门科学 的重 要标 志 。但 由于教 学科 研长 期 以来忽 视
对 基础 理论 的学 习研 究 ， 致 很多学 生 、 导 教师 和科 研 工 作者 对 土 力 学 的基 石— — “ 效 应 力 原 理 ” 解 有 理 并 不透彻 ， 至 出现理 解上 的偏 差错 误 ， 甚 近期 出现 的
美 籍 奥 地 利 土 力 学 家 太 沙 基 （ Ｔ ｒ ｇｉ 在 Ｋ． ｅｚ ｈ ） ａ
体 的概念 ， 后建 立 了理想 饱 和土体 模 型 ， 模 型水 而 对 平 截 面上 的应 力分 布 情 况 进 行 定 性 定 量 的分 析 ， 目 的在 于揭示 有 效应 力 的实 质 ， 清 对 有 效 应 力原 理 澄
① 土 的饱 和 密度 为孔 隙 中全部 充 满 水 时 ， 单位
（ １ （ ２
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１ ＝（ —Ｍ ／ １一 ） ９ ＂ ｏ ｒ ） （ 凡
土 体体 积 的质量 。
ｎ —— 孔 隙度
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— —
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切 材料 的 特性 。
土体 中固 、 、 三相之 问存 在 着极 为复 杂 的相 液 气
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互作用 ， 当土体 中气 体 全部 被排 出 ， 有 孔 隙都 充 满 所 水时称 为 饱 和土体 。在 饱 和 土 体 中 ， 包 括 固 体颗 仅 粒 与孑 隙水 两相 ， Ｌ 固体颗 粒物 与孔 隙水 相 互作用 ， 共