土力学有效应力及其作用的讨论_赵成刚
用土力学的新概念揭开非饱和土力学之谜
用土力学的新概念揭开非饱和土力学之谜蒙理明【摘要】该文用土力学的新概念解答了有效应力、吸力、经典凝聚力、抗剪强度、土的压缩变形及固结等等问题。
在抗剪极限状态，颗粒接触点、结合水膜和表面张力收缩膜的对应项是有效应力。
在绝对压强下，再没有负的土中自由水压力之说。
非饱和土的吸力有4项，包括颗粒摩擦或咬合、结合水膜、表面张力收缩膜、水气不抵大气压强抗拉强度。
经典凝聚力等价于初始抗剪强度，有2项，包括真凝聚力和初始摩擦抗剪强度。
天然非饱和土的抗剪强度有4项，包括膜、水气不抵大气压强自重应力、土自重应力、附加重力的抗剪强度贡献。
应该用总应力模式分析土的压缩变形及固结，非饱和土的本构关系应该是总应力、水分与总应变的关系。
%This paper answers effective stress,suction and the classic cohesion,shear strength,compressive de-formation and consolidation of soil,and so on with new concept of soil mechanics.In shear limitstate,corresponding item of the particle contact point,combined water film and the surface tension contraction film is the effective stress. Under the absolute pressure,and there is no free water in the soil of negative pressure.The unsaturated soil suction has four,including particle friction or occlusion,combined water film,surface tension contraction film,water and gas do not cover the atmospheric pressure tensile strength.Classic cohesion is equivalent to the initial shear strength,there are 2items,Including true cohesion and initial friction shear strength.Natural unsaturated soil shear strength has 4 i-tems,Including film,water and gasdo not cover the atmospheric pressure gravity stress,earth gravitystress,addi-tional gravity to the shear strength.The total stress pattern should be used to analysis compression deformation and consolidation of soil.And unsaturated soil constitutive relation should be the relationship among total stress,moisture and total strain.【期刊名称】《建材世界》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】7页(P64-69,74)【关键词】吸力之谜;结合水膜;表面张力收缩膜;真凝聚力;初始摩擦抗剪强度;总应力模式【作者】蒙理明【作者单位】海南城安和兴房屋安全鉴定有限公司，海口 570203【正文语种】中文赵成刚等[1]指出,近些年非饱和土力学的研究非常活跃,但对一些基本问题的认识并不一致,有时甚至概念混淆。
土的有效应力原理相关问题的分析
6 关于用浮重和水重诠释有效应力和孔隙 水应力观点的分析
李大鹏和李永涛先 生认 为 [ 3 ] , 对 饱和 无粘 性 土 ,有效应力原理中的有效应力的实质是固体颗粒 浮重力与水平截面总面积的比值 ,孔隙水应力的实 质是和土体体积相同的水的重力与水平截面总面积 的比值 。
1 与 土 的 有 效 应 力 原 理 有 关 的 几 个 基 本 问题
为了识别和分析有效应力原理相关问题认识的
错误 ,先解释几个问题 。
(1) 有效应力原理可表示为下面的公式 :
σ′=σ - u
(1)
式中 σ′为有效应力 ,σ为总应力 , u为孔隙水应
力 。其基本含义是 :分析土的变形和破坏 (或强度 )
李大鹏 、李永涛先生为何产生 ( 5 )式与有效应
力原理相悖的错误想法是无从判断的 ,因为他们未
给出认 为 ( 5 ) 式 与 有 效 应 力 原 理 相 悖 的 任 何 理
由 [ 3 ] 。当然二者相悖的理由也是无法给出的 ,因为
(5)式不仅与有效应力原理无关 ,而且对于他们所
研究的无粘性土 , 也与目前所用公式即下式一致 (因此时 ξ取 1) :
和水压力 ) 。其次 , 总应力是全部的 、不区分来源
(自重产生和附加荷载产生 )和是否有效的应力 ,中
性应力是对土的变形和破坏无效的 ,或者说不起作
用的应力 ,也就是不引起颗粒之间相对位移的应力 ,
有效应力是对土的变形和破坏起作用的应力 ,也就
是要引起颗粒之间相对位移的应力 。第三 ,中性应 力和有效应力是组成总应力的两种不同性质的应 力 ,二者均不大于总应力 ,二者之和既不大于也不小 于总应力 。
土力学有效应力路径_概述及解释说明
土力学有效应力路径概述及解释说明1. 引言1.1 概述土力学有效应力路径是指土体在外部作用下，内部各个点的应力状态随时间变化的轨迹。
在地质工程领域中，了解土力学有效应力路径对于土体行为和稳定性的评估和预测具有重要意义。
随着土力学研究的深入和应用需求的增加，对有效应力路径的研究也日趋重要。
本文将对土力学有效应力路径进行概述及解释说明。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，即引言、土力学有效应力路径、解释说明有效应力路径的变化规律与机制、应力路径测试方法和实验研究进展以及结论。
引言部分对本文的主要内容进行概括，并介绍了本文的结构安排。
1.3 目的本文旨在全面介绍土力学有效应力路径及其相关内容，并探讨其变化规律与机制。
同时，将会总结常用的应力路径测试方法和相关实验研究进展，并提出未来发展方向建议。
通过这些内容，可以帮助读者更好地理解土壤行为与稳定性问题，并促进该领域研究工作的进展。
2. 土力学有效应力路径2.1 定义与背景土力学有效应力路径是指材料中在外部加载作用下的应力变动过程所遵循的路径。
在土工工程领域中，研究土壤中应力变化规律对于预测土壤变形和强度具有重要意义。
2.2 有效应力路径的重要性有效应力路径是土壤中发生变形、破坏和剪切行为的关键参数之一。
通过了解土壤在加载过程中应力状态的变化，可以更好地理解其变形和强度特性。
有效应力路径可以帮助工程师设计合适的基础结构和地下工程，并评估它们的安全性。
2.3 影响因素及其解释说明多种因素会影响土壤中的有效应力路径。
首先是荷载施加速率，快速施加荷载会导致不同的应力传递机制，从而改变有效应力路径。
其次是孔隙水压，水分状态对土壤内部颗粒之间接触及摩擦特性产生影响。
此外，颗粒骨架结构也直接决定了应力传递机制以及有效应力路径。
需要进一步解释的是，荷载历史和路径也是影响有效应力路径的重要因素。
如果土壤在先前的加载过程中受到多次加载和卸载循环的作用，其强度和变形特性将会发生不同。
浅谈有效应力原理的应用
浅谈有效应力原理的应用（西南交通大学峨眉校区土木工程系，四川，乐山，614202）有效应力原理在土力学中占有相当重要的地位，它的提出使土力学逐渐发展成为一门独立的学科，贯穿着土力学的始终。
它在边坡稳定性问题、支挡结构的土压力、软土地基的处理、沙土的地震液化等问题上都有着广泛的应用，很好的解释了这些问题。
标签：有效应力；孔隙水；应用1 关于有效应力原理的概念土体是非线性的弹塑性体，由固态、液态、气态三相组成，其中固体颗粒占有主要部分，他们形成了有孔隙的骨架结构。
骨架中含有孔隙水，孔隙水所承担的压力为孔隙水压力，它是一种中性力。
作用在骨架单位面积上的应力为有效应力，是一种面积力。
土体重力，水压力，外荷载作用力三者之和为总应力。
依据太沙基有效应力原理，有效应力为作用在饱和土体上的总应力与孔隙水压力之差。
即：有效应力=总应力-孔隙水压力。
而土体的强度和土的变形主要取决于有效应力，而并非总应力，二者不能混淆。
2 有效应力原理的应用2.1边坡稳定性问题由于自然或人为因素的作用，破坏了原有的稳定土坡的力学平衡时，土体将沿着某一滑面发生滑动，工程中的这一现象为滑坡。
边坡稳定性主要是由土的抗剪强度决定的。
土的抗剪能力越强，边坡就越稳定。
抗剪强度的指标在用总应力来表示时有三组，而在用有效应力表示时只有一组。
即土的抗剪强度与有效应力一一对应，所以边坡稳定性的强弱是由粘土地基中的有效应力大小决定的。
在施工过程中，若不计水的排出，填土荷载全部由孔隙水压力承担，随着深度的增加，超孔隙水压力不断增大，总应力不断增大，而剪力强度和有效应力均保持不变。
随着时间的推移，超孔隙水压力不断消散，抗剪强度和有效应力不断增强。
因此，边坡稳定性随着时间的推移而逐步增大。
所以对于边坡稳定性，要考虑到一段时间后边坡的有效应力增大时是否还能保持稳定。
必要时可以采取加固措施。
常用的增强边坡稳定措施有如下两种方法：（1）减载加重。
此方法从简算的基本原理出发，减小下滑力和滑动力矩，增大抗滑力和抗滑力矩，从而提高土坡的稳定性（2）增强排水措施。
土力学理论的发展和面临的挑战_赵成刚
第32卷第12期 岩 土 力 学 V ol.32 No.12 2011年12月 Rock and Soil Mechanics Dec. 2011收稿日期：2010-12-13基金项目：国家重点基础研究发展计划（973）资助项目（No. 2010CB732100）；国家自然科学基金资助项目（No. 51078019）；北京市自然科学基金资助项目（No. 8112024）。
第一作者简介：赵成刚，男，1955年生，博士，教授，主要从事理性土力学、非饱和土力学及多场耦合理论等方面的研究工作。
E-mail: cgzhao@文章编号：1000－7598 (2011) 12－3521－20土力学理论的发展和面临的挑战赵成刚1，韦昌富2，蔡国庆1（1.北京交通大学 土木建筑工程学院 岩土工程系，北京 100044;2.中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071）摘 要：随着社会经济的不断发展，土力学所要分析和处理问题的范围越来越广，问题本身也越来越深入和复杂。
这些问题主要是由于土与环境的相互作用而产生的。
为了分析和处理这些问题，经典土力学需要拓宽和深入发展，它应该包含一些新的现象和新的变量以及相应的新理论。
论述了土力学所面临的三大挑战，即①没有严格、统一和完备的土力学理论；②对更具一般意义的非饱和土的行为的研究不够充分，现有的认识也不完善；③没有在多种环境作用下土的统一和完备的多场耦合理论。
还论及了其他一些超出经典土力学范围的问题。
关 键 词：经典土力学理论的局限性；非饱和土力学；土体多场耦合理论 中图分类号：TU 41 文献标识码：ADevelopment and challenge for soil mechanicsZHAO Cheng-gang 1, WEI Chang-fu 2, CAI Guo-qing 1(1. Department of Geotechnical Engineering, School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2. State Key Laboratory ofGeomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China)Abstract: With the development of society and economy, the range of the engineering problems that soil mechanics has to deal with is increasing; and these problems also become more and more complicated due to the interaction between soils and environments. In order to deal with these problems, the classical soil mechanics is required to be generalized and developed in depth and scope to incorporate the effects of new phenomena and new variables on soil behaviours. Based on a historical review of the development of soil mechanics, it is suggested that the classical soil mechanics faces three challenges: (1) lack of a unified, rational and theoretical framework of soil mechanics; (2) the knowledge and understanding of unsaturated soil behaviours is insufficient; (3) lack of a unified, rational and theoretical framework for multifield coupling problems of soils under multiple environmental actions. Finally, some problems beyond the scope of the classical soil mechanics are discussed.Key words: limits of classical soil mechanics; unsaturated soil mechanics; multifield coupling theory for soils1 引 言土力学理论经过近一个世纪的发展，已经取得了巨大的进步。
土力学中的有效应力原理
土力学中的有效应力原理有效应力原理是土力学中的重要概念，它是基于有效应力理论的基础，用于描述土体内部颗粒之间的力学状态。
在土力学中，土体的有效应力是指影响土体体积变形和强度特性的部分应力。
有效应力原理的应用可以帮助工程师合理地设计和分析土体的力学性质，从而确保工程的安全可靠。
有效应力原理的基本假设是：土体中的颗粒间存在一定的摩擦力，这种摩擦力会影响土体的力学性质。
在土体受到外部载荷作用时，颗粒之间的摩擦力会使土体内部的颗粒产生相互作用，从而形成一种分布不均匀的应力状态。
有效应力原理认为，只有这种分布不均匀的应力才能真正影响土体的体积变形和强度特性，而与之无关的应力则不会对土体产生影响。
在实际工程中，为了计算和分析土体的力学性质，我们需要确定土体的有效应力。
有效应力的计算是基于有效应力原理进行的。
根据有效应力原理，土体的有效应力等于总应力减去孔隙水压力。
孔隙水压力是指土体中水分所产生的压力，它与土体的饱和度和孔隙水的压力有关。
有效应力原理的应用非常广泛，例如在地基工程中，我们需要考虑土体的有效应力来确定地基的稳定性和承载力。
在岩土工程中，我们需要了解土体的有效应力来评估边坡的稳定性和地下水的渗流规律。
在土石坝工程中，我们需要计算土体的有效应力来评估坝体的变形和破坏机理。
有效应力原理的应用需要考虑土体的物理性质、力学性质以及水分状况等因素。
不同的土体类型和工程环境下的土体特性会对有效应力产生不同的影响。
因此，在实际工程中，我们需要根据具体情况选择合适的方法和模型来计算和分析土体的有效应力。
有效应力原理是土力学中的重要概念，它描述了土体内部颗粒之间的力学状态。
有效应力原理的应用可以帮助工程师合理地设计和分析土体的力学性质，确保工程的安全可靠。
在实际工程中，我们需要根据具体情况选择合适的方法和模型来计算和分析土体的有效应力，以确保工程的顺利进行。
有效应力原理的掌握对于土木工程专业的学生和从事相关工作的工程师来说是非常重要的。
有效应力原理的工程应用
有效应力原理的工程应用1. 什么是有效应力原理？有效应力原理是土力学中的一个重要理论。
它揭示了在土壤中的颗粒间存在着各种应力状态，但只有其中的几个应力对土体的强度和变形起主导作用。
有效应力是指在土壤中引起变形和破坏的应力，它是与土体的强度参数相关的应力。
2. 有效应力原理在工程中的应用2.1 基础设计在基础设计中，有效应力原理被广泛应用。
土壤的承载力与有效应力相关，有效应力越大，土壤承载力越高。
因此，在基础设计中，需要计算土壤的有效应力，以确保基础的稳定性和安全性。
2.2 地下水渗流有效应力原理也被应用在地下水渗流的研究中。
在土壤中存在着孔隙水和孔隙气体，它们对土体的力学性质产生影响。
有效应力原理可以帮助工程师计算地下水的渗流速率，以及对周围土体的稳定性的影响。
2.3 岩土工程在岩土工程中，有效应力原理是进行土体力学分析和设计的基础。
通过计算土体的有效应力，可以预测土体的强度、变形和破坏行为。
这对于土体工程的合理设计和施工具有重要意义。
2.4 断裂力学有效应力原理在断裂力学中也起到关键作用。
土体的破坏行为与有效应力密切相关，有效应力的大小决定了土体破坏的位置和方式。
因此，在断裂力学的研究中，需要考虑土体的有效应力状态。
3. 如何计算有效应力计算土壤的有效应力需要了解土壤的饱和度和孔隙水压力。
根据有效应力原理，土壤的有效应力可以通过下面的公式计算：σ' = σ - u其中，σ'表示有效应力，σ表示总应力，u表示孔隙水压力。
通过测量土壤的饱和度和孔隙水压力，可以确定土体的有效应力状态。
4. 注意事项在使用有效应力原理进行工程计算和设计时，需要注意以下几点：•考虑土体的饱和度和孔隙水压力•考虑土体的孔隙结构和孔隙比•考虑土体的粒径和颗粒形状•考虑土体的应力历程和加载路径5. 总结有效应力原理是土力学中的重要理论，对于工程应用具有重要意义。
在基础设计、地下水渗流、岩土工程和断裂力学等方面都需要考虑土壤的有效应力状态。
土力学-第三章-土中应力计算详解
基本假定
地基土是各向同性、均质、半无限空间弹性体 地基土在深度和水平方向都是无限的
地 表 临 空
地基：均质各向同性线性变形半空间体
应用弹性力学关于弹性半空间的理论解答
1.均质土竖向自重应力
若将地基视为均质半无限空间弹性体，土体在自重作用下只能产 生竖向变形，而无侧向位移及剪切变形存在，因此在深度z处平面上， 土体因自身重力产生的竖向应力等于单位面积上土柱体的重力。
3.水平向自重应力
天然地面
地基土在重力作用下，除承受 作用于水平面上的竖向自重应力外， 在竖直面上还作用有水平向自重应 力。由于土柱体在重力作用下无侧 向变形和剪切变形，因此可以证明 侧向自重应力与竖向自重应力成正 比，剪应力均为零。
cz z
cx cy K0 cz
cz
z
cx
cy
侧压力系数或静止 土压力系数
4 地下水位升降对自重应力的影响
自重应力分布曲线的变化规律
土的自重应力分布曲线是一条折线，拐点在土 层交界处和地下水位处。
同一层土的自重应力按直线变化。
自重应力随深度的增加而增大。
【例题3-1 】计算自重应力，并绘分布图。
4. 例题分析 【例】一地基由多层土组成，地质剖面如下图所示，试计算并绘制 自重应力σcz沿深度的分布图。
57.0kPa
80.1kPa
103.1kPa 150.1kPa 194.1kPa
cz 1h1 2 h2 n hn i hi
i 1
n
均质地基
1 (
1
2)
2 2
成层地基
3.2 基底压力与基底附加应力
上部结构
非饱和土力学04-有效应力
4. 双应力变量理论
4. 双应力变量理论
轴平移技术的局限性
轴平移技术适用与气相连续的土，如果土中存在气泡，测
得基质吸力会偏高 Baker和Frydman讨论了非饱和土力学中吸力和轴平移技术的 局限性。他们指出当气压近似认为1atm时，基于毛细现象 的基质吸力，近似等于负孔隙水压力既孔隙水张力。受气 化的影响，孔隙水中的张力不可能大于某一界限值（100400kPa左右）。在实际场地中大于这一值的基质吸力，由于 受孔隙水气化的影响，是不存在的。所以当吸力超过这一 界限值（100-400kPa左右）时，它代表什么，具有何种含义？ 此时非饱和土有效应力的适用性如何？
该点处各个方向截面上应力的集合，称为一点处的应力状态
z
zx
y yz
xy
x
x xy xz ij = yx y yz zx zy z
1. 应力状态变量
应力状态
zx
材料力学
z +
正应力
剪应力
-
zx
土力学
z
xz+x拉为正 压为负顺时针为正 逆时针为负
4. 双应力变量理论
轴平移技术
表压力
绝对压力
4. 双应力变量理论
轴平移技术
轴平移技术：最初由Hilf（1956）提出，在升高非饱和土内
孔隙气压力的同时，把孔隙水压力维持在可测量的参考值 内。
原来的基质吸力变量的参考值，称之为“轴”，从负的水
压和大气压条件“平移”到大气水压与正的气压条件。
可保持固 定的形状
不具有特 定的形状
1. 应力状态变量
土——多孔介质
土力学与基础工程_赵成刚_学习指导书与习题
2.3 内容辅导
2.3.1 本章重点和难点解析 1．把粒径小于 0.002mm 的土粒称为粘土粒组。组成粘土粒组的矿物成分有：粘土矿物
(如高岭石、蒙脱石和伊利石等)、非粘土矿物(如石英、长石、云母等)、有机矿物。大多数 粘土矿物都是薄片状的，所以具有很大的比表面。粘性土的工程性质，如塑性、压缩性， 胀缩性、强度等，主要受粒间的各种相互作用力所制约，而粒间的相互作用力又与矿物颗 粒本身的结晶格架特征有关，亦即与组成矿物的原子和分子的排列有关，与原子分子间的 键力有关。
对于表征土的状态指标的相对密度和稠度等，除了解其定义外，应着重掌握如何利用 这些指标对土的状态作出判断。粘性土的稠度有三个界限含水量，即液限、塑限、缩限， 此外，对于塑性指数、液性指数的定义及其用途也应明确。
5．土的工程分类。 首先应了解土的分类目的和步骤；其次要搞清符号及其组合的意义；再就是学会利用 级配曲线和塑性图对土进行分类定名的方法。此外，还应注意根据不同的目的和不同的规 范可以有不同的分类方法。 土的分类体系，主要有两种。共同点是：对粗粒土按粒度成分来分类；对细粒土按土 的 Atterberg 界限来分类。其主要区别是：对于粗粒土，第一种体系按大于某一粒径的百分 数含量超过某一界限来定名，并按从粗到细的顺序以最先符合为准；第二种体系则按两个 粒组相对含量的多少，以含量多的来定名。对于细粒土，第一种体系按塑性指数分类；第 二种体系按塑性图分类。从各部门的分类体系来说，不同的行业、不同的部门都有自己的 分类标准。 6．用塑性图对细粒土进行分类的优点及注意的问题 土的塑性指数 IP 是划分细粒土的良好指标，而且还能综合反映土的颗粒组成、矿物成 分以及土粒表面吸附阳离子成分等方面的特性。但是不同的液限塑限可给出相同的塑性指 数，而土性却可能很不一样。可见，细粒土的合理分类应兼顾塑性指数和液限两方面。 近年来，国外在土的工程分类方面有了很大进展，许多国家的分类体系，不仅在国内 已经制订了统一标准，而且在国家之间，也基本上趋于统一。塑性图分类法现已普遍用于 各国对细粒土的土质分类。这就为促进国际技术交流提供了有利条件。
有效应力原理课件
有效应力与破坏的关系
剪切破坏
土体在剪切力作用下发生的破坏，表 现为土体出现裂缝或滑动面。
压缩破坏
土体在垂直压力作用下发生的破坏， 表现为土体压缩变形过大或产生侧向 挤出。
有效应力的计算方法
01
通过实测土体内孔隙水压力和总 应力，计算得到有效应力。
02
常用计算公式：有效应力=总应 力-孔隙水压力。
有效应力原理的发展趋势 与展望
REPORTING
有效应力原理的局限性
仅适用于均质、连续 、各向同性的介质
未考虑应力与应变的 关系
未考虑应力状态对渗 透性的影响
未来发展方向与趋势
拓展到非均质、非连续、各向异 性介质
研究应力状态对渗透性的影响机 制
发展基于有效应力原理的数值模 拟方法
对实际工程的指导意义与价值
VS
详细描述
通过有效应力原理，可以分析水流对河床 的冲刷、水库的淤积等问题，为水利工程 的规划、设计和运行提供科学依据。同时 ，有效应力原理在水力学、流体动力学等 领域也有广泛的应用。
PART 04
有效应力原理的实验验证
REPORTING
实验设备与材料
01
02
03
04
压力传感器
用于测量土壤压力。
环境工程中的有效应力原理
总结词
在环境工程中，有效应力原理广泛应用于水力学、土壤侵蚀 和污染物迁移等领域。
详细描述
通过有效应力原理，可以研究水流对河床、海岸线的冲刷作 用，分析土壤侵蚀的机制，以及预测污染物的迁移规律。这 有助于环境保护和治理措施的制定。
水利工程中的有效应力原理
总结词
在水利工程中，有效应力原理是研究水 流与河床、水库等相互作用的重要理论 基础。
土力学中的有效应力特性研究
土力学中的有效应力特性研究近年来，土力学研究领域中，有效应力是一个备受关注的热点问题。
有效应力在固结过程、压实过程、土体力学性质以及水土环境问题中都能够发挥重要的作用。
本文将从有效应力的定义、计算方法、影响因素及其在土体力学中的应用等方面进行论述，探讨有效应力特性研究的意义和作用。
一、有效应力的定义有效应力，也称为真实应力，是指在土体中实际发挥作用的应力。
它是指土体内部各处单位面积连接处的压力差异，是由有效应力引起的力。
有效应力的大小取决于土体内部的压力分布情况，也称为有效压力或剪切压力。
与之相对应，无效应力又称为假应力，指的是由于孔隙水压力差引起的作用力。
二、有效应力的计算方法1. 首先，我们需要计算出总应力σ。
总应力是指作用于土体上的压力，它由矢量加法原理得出：σ = σv + σh。
其中，σv是垂直于土体表面的自身重力应力，σh是应用于土体表面的外部扰动引起的水平应力。
2. 其次，需要计算出孔隙水压力u。
孔隙水压力是指土体内部水分的压力差，是土壤水分状态和含水量的变化直接表现。
通常情况下，孔隙水压力的大小与地下水水位高低有关。
3. 最后，有效应力σ'可以通过总应力σ和孔隙水压力u的差值计算得出：σ' = σ - u。
三、有效应力的影响因素1. 固结和压实过程中的缓慢变形会使土体中的孔隙水随时间而逐渐排出，使得有效应力随之增加。
2. 由于土体中的孔隙水压力往往随着深度的增加而增大，因此有效应力的大小也会随着深度的增大而增加。
3. 土体中颗粒口径的大小、形状和混合程度等因素也会对有效应力产生影响。
4. 地下水的变化、地震的发生等自然因素也会导致有效应力的变化。
四、有效应力在土体力学中的应用在土体力学研究中，有效应力是一项重要的参数，常常直接影响到研究结果的准确性和可靠性。
下面列举几个例子，说明有效应力在土体力学研究中的应用。
1. 孔隙水压力和有效应力是描述地基承载性能的两个重要参数。
土力学的现状及其数值分析方法中某些问题的讨论_赵成刚
第27卷第8期 岩 土 力 学 V ol.27 No.8 2006年8月 Rock and Soil Mechanics Aug. 2006收稿日期：2005-04-21 修改稿收到日期：2005-05-08基金项目：北京交通大学研究生教育专项基金资助项目（No. 47016）。
作者简介：赵成刚，男，1955年生，博士，教授，博导，主要从事岩土工程与地震工程的教学与研究。
E-mil: cgzhao@文章编号：1000－7598－(2006) 08―1361―04土力学的现状及其数值分析方法中某些问题的讨论赵成刚(北京交通大学 土木建筑工程学院，北京 100044)摘 要：概括性地论述了土力学目前的状况，指出土力学仍然处于半理论、半经验的发展水平。
论述了土力学数值分析方法在工程应用中存在的问题，并对如何正确地使用土力学的数值分析方法和改变土力学数值分析在工程应用中的不利状况进行了讨论。
另外，就如何改善这种状况提出了一些措施。
从这些讨论可以得到以下结论，土力学还处于发展的初期阶段，随着土力学的理论及其数值分析方法的不断发展，以及其使用经验的不断积累，计算土力学在工程实践中将会得到越来越多的应用，它必将成为岩土工程分析中的有力工具。
关 键 词：土力学的现状；岩土数值分析方法；工程应用 中图分类号：TU 43；O 241 文献标识码：ADiscussion on state-of-art of soil mechanics and some problems with applications of numerical method to geotechnical engineeringZHAO Cheng-gang(School of Civil Engineering and Architecture, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)Abstract: The state-of-art of soil mechanics is briefly discussed; and it is shown that the soil mechanics is still built on the semi-theoretical and semi-empirical foundation. Then some problems with numerical method applications to geotechnical engineering are presented; and how to apply numerical methods to practice is discussed; finally, some measures to deal with the problems are given. From above discussions, some conclusions can be drawn as follows: that soil mechanics is in the infancy of state, and with the development of it and the accumulation of experience on applying soil mechanics and numerical method to practice; numerical methods in geotechnique will be applied to practice more and more; and it will become a powerful tool to deal with geotechnical problems.Key words: soil mechanics; numerical methods in geotechnique; engineering applications1 土力学的发展状况土力学是岩土工程的理论基础。
土力学课后习题答案赵成刚
土力学课后习题答案赵成刚土力学是土木工程中的一门重要学科，主要研究土壤的力学性质和行为。
学习土力学，不仅需要理解其基本概念和理论，还需要通过习题来巩固和应用所学知识。
本文将针对土力学课后习题中的一些问题进行解答，并探讨其中的一些思路和方法。
第一题：已知一段土壤的孔隙比为0.4，饱和度为60%，求其有效应力和孔隙水压力。
解答：首先，我们需要明确有效应力和孔隙水压力的概念。
有效应力是指土壤颗粒间实际承受的力，即总应力减去孔隙水压力。
孔隙水压力是指土壤中的水所施加的压力。
根据给定信息，我们可以计算出总应力。
总应力等于有效应力加上孔隙水压力。
由于饱和度为60%，即孔隙水饱和，所以孔隙水压力等于孔隙水的单位重力乘以土壤的深度。
假设土壤的深度为h，则孔隙水压力为0.6×γw×h，其中γw为水的单位重力。
根据孔隙比的定义，孔隙比等于孔隙体积与固体体积的比值。
孔隙体积等于饱和度乘以总体积，固体体积等于总体积减去孔隙体积。
所以我们可以得到以下等式：0.4 = 0.6/(1-0.6)解得总体积为V = 0.6/0.4 = 1.5根据有效应力的定义，有效应力等于总应力减去孔隙水压力。
所以有效应力为σ' = σ - u = γd×h - 0.6×γw×h其中γd为土壤的单位重力，h为土壤的深度。
将已知数据代入计算，即可得到有效应力。
第二题：已知一个土体的塑性指数为20，含水量为30%，求其液性指数和塑限。
解答：塑性指数是衡量土壤塑性程度的一个指标，它等于塑性限与液性限之差。
液性指数是衡量土壤液性程度的一个指标，它等于液性限与塑限之差。
根据已知信息，我们可以计算出塑性限。
由于含水量为30%，即土壤中含有30%的水分，所以塑性限等于含水量的百分数乘以土壤的干重。
假设土壤的干重为Wd，则塑性限为0.3×Wd。
根据塑性指数的定义，塑性指数等于塑性限减去液性限。
关于土力学研究的若干问题硕士
处理： 事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土桩，使用 388个50t千斤顶以及支撑系统，把仓体逐渐纠正过来，其 位置比原来降低了４米。
1972 Po Shan 滑坡 (~ 20,000 m3)(67 死、20 伤)
Early 1972 滑坡前 July 1972 滑坡后
绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 香港宝城滑坡
1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8 层，高度为55m
1272：复工，经6年，至7层，高48m，再 停工
1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工 1173：动工
原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土 层，模量较低，变形较大。
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11：00左右 洞口不断扩 大并向坝顶 靠近，泥水 流量增加
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Teton坝
11:30 洞口继续向上扩大， 泥水冲蚀了坝基， 主洞的上方又出现 一渗水洞。流出的 泥水开始冲击坝趾 处的设施。
绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
响 土的实验、测试方法与技术
土力学仍然处于发展的初级阶段
其主要原因在于还没有建立起一套坚实的理 论基础，各种概念和方法之间缺少有机的联系 和统一的理论基础（例如变形、强度与渗流缺 少有机的联系）；经验主义和经验公式还随处 可见，并居于重要的地位，这就是土力学不成 熟的标志。
● 寻找合适的题目或课题 ● 了解研究领域的发展现状 ● 对所研究的问题建立解决的新方法和新的技术路线 ● 具体工作 ● 撰写论文或研究报告 ● 申报奖励
土力学中应力应变及临界状态下基本概念的研究
（冯米西斯）准则：Ｒ：ＭＰ＋２，峰ｃ，其中Ｍ，Ｃ是土壤材料 Ｖ３
的摩擦常数和内聚常数，表述了球压力Ｐ和偏应力尺之间的 关系，也就是说应力系统町以用这两个变量来描述，与应力 相对应的应变是容积应变和畸形应变。
１．临界理论的几个基本假设 土壤材料在其整个容积内是连续分布的，并且是均匀的 和各向同性的；土壤材料的机械性状只取决于有效应力，而 且可以用一宏观模型来描述；土壤的机械性状没有时间相关 性。 ２．临界状态理论的基本概念 采用塑性理论中的法向性原理将畸变应变与容积应变联 系起来，则临界理论的关系就是Ｐ．Ｒ，Ｖ之间的关系。 试验证明，正常固结的饱和重塑粘土，其孔隙比ｅ（或 容积比矿）与所受力Ｐ．Ｒ之间存在着一种固定的唯一关系， 这种关系在空间坐标系ＰＲＶ中表示为一个曲面 ｆ（ｅ，Ｒ，矿）＝０，这个曲面叫状态边界面（ＳＢＳ）。当土壤屈 服以后。若继续剪切，土体的剪应变将无限增加，而达到临 界状态，容积保持不变，而所有达到临界状态 的点都集中分布在一条曲线上，这条曲线叫临界状态线 （ＣＳＬ），如图３所示。
Ｏ
图５临界状态线变化图
在靠近原点的一边，材料比较密实，在足够的负荷下， 它将以脆性方式失效，在这种情况下计算变形是不可能的， 这种状态叫做干的状态，应力应变图见图４。
临界状态线的位置非常重要，它控制着在尸＿Ｒｙ空间内塑 性失效和压缩失效的范围，一般认为，临界状态线的位置取 决于三个因素：上壤类型、上壤湿度、上壤结构状态。临界 状态线的位置在高粘土中对土壤的湿度比在砂土中土壤的湿 度敏感多，临界状态线位置的改变是随着由十湿度变化而引 起的土壤凝聚力的改变而改变，凝聚力越高，临界状态线将 从曰斗Ａ，从而脆性失效的空间增大了。
图４土壤失效应力应变图
在经典土壤力学中土壤材料常被描述为松散和密实，经 典理论实际上只适用于很密实的状态，松散状态是用很经验 的方法处理，临界土壤力学就是试图根据适当常数预计土壤 性状来描述全部的士壤状态，松散和密实在ＰＲＶ空间内被临
土的有效应力原理
土的有效应力原理土的有效应力是土体中颗粒间的相互作用所产生的一种应力状态，它对土体的力学性质和变形特性具有重要影响。
有效应力原理是土力学中的基本原理之一，对于土体的稳定性、变形特性和力学性质具有重要的指导意义。
本文将从土的有效应力原理的定义、计算公式、影响因素和工程应用等方面进行探讨。
首先，我们来看一下土的有效应力的定义。
土体中存在着孔隙水和孔隙气，当外界施加荷载时，孔隙水和孔隙气会受到压缩，从而产生与土体颗粒间的相互作用所产生的应力。
而有效应力则是指这种应力状态下，颗粒间的实际有效作用力。
在土体中，有效应力可以通过有效应力公式σ' = σ u来计算，其中σ'为有效应力，σ为总应力，u为孔隙水压力。
有效应力的计算公式为土力学中的基本公式之一，它为我们分析土体力学性质提供了重要的理论基础。
其次，土的有效应力受到多种因素的影响。
首先是孔隙水压力的影响。
当孔隙水压力增大时，有效应力会减小，从而导致土体的稳定性降低。
其次是土体的孔隙度和颗粒大小分布。
孔隙度越大，颗粒分布越不均匀，有效应力会减小，土体的稳定性也会降低。
此外，土体的孔隙水排泄能力、孔隙水的流动性等因素也会对有效应力产生影响。
最后，土的有效应力原理在工程中具有重要的应用价值。
在土体的工程设计和施工中，我们需要根据土体的有效应力特性来选择合适的工程方案和施工方法。
比如在基础工程中，需要考虑土体的有效应力分布情况，以保证基础的稳定性和安全性。
在挖掘和填土工程中，也需要考虑土体的有效应力特性，以避免土体的塌陷和变形。
因此，深入理解土的有效应力原理对于工程实践具有重要的指导意义。
综上所述，土的有效应力原理是土力学中的基本原理之一，它对土体的力学性质和变形特性具有重要影响。
通过对土的有效应力的定义、计算公式、影响因素和工程应用等方面的探讨，我们可以更好地理解土的有效应力原理，并在工程实践中加以应用，保证工程的稳定性和安全性。
希望本文能对相关领域的研究和实践工作提供一定的参考和帮助。
土力学有效应力名词解释
土力学有效应力名词解释土力学里有个特别重要的概念，叫有效应力。
这有效应力啊，就像是土里面的小指挥官。
你想啊，土这东西，看着就是一堆散散的颗粒，可实际上里面的学问大着呢。
土是由固体颗粒、水和空气组成的三相体系。
那有效应力呢，它就是作用在土骨架上的应力。
这就好比是一个团队，固体颗粒就是团队里干活的成员，水和空气算是在旁边有点影响的因素。
有效应力就像是直接指挥这些干活成员的领导力量。
比如说，咱们盖房子打地基，地基里的土受到的力就得好好研究这个有效应力。
要是有效应力没处理好，就像领导没指挥好团队，那房子可就危险了。
咱们再换个说法，土就像一个装满了各种东西的盒子。
固体颗粒是盒子里的主要物品，水和空气就像填充在缝隙里的东西。
有效应力就是那种能让这些主要物品稳稳当当待在盒子里的力量。
要是这个力量乱了，就像盒子突然晃了，里面的东西就会乱套。
从土的强度方面来说，有效应力可太关键了。
你看啊，土的抗剪强度就和有效应力密切相关。
就好比一个人能不能稳稳地站在地上，就和他脚下的力量有关。
土的抗剪强度就是土抵抗滑动、破坏的能力。
有效应力要是不足，就像人脚下没劲儿，土就容易出问题。
比如说山体滑坡，为啥会发生呢？有一部分原因就是土里面的有效应力发生了变化，原本能支撑住山体的力不行了，就像支撑大楼的柱子倒了一样，那山体可不就滑下来了嘛。
再讲讲土的压缩性和有效应力的关系。
土被压缩的时候，有效应力就像是那个在背后推动这个过程的手。
土里面的水被挤出去，固体颗粒更紧密地排列，这都是有效应力在起作用。
这就像你把一块海绵里的水挤出去一样，你挤压的这个力就类似有效应力。
要是有效应力不按正常情况来，土的压缩就会出问题。
比如说盖高楼的时候，地基的土如果压缩得不正常，那大楼就可能会倾斜或者下沉。
在土力学的工程实践里，工程师们可都得把有效应力算得清清楚楚的。
就像厨师做菜得知道每种调料放多少一样。
要是没算好有效应力，工程就可能失败。
这可不是闹着玩的，就像你走在桥上，要是桥的设计没考虑好有效应力，那桥可能就塌了，这多可怕啊。
土力学有效应力
土力学有效应力嘿，朋友们！今天咱来唠唠土力学有效应力这玩意儿。
你说这土啊，就跟咱人似的，表面上看着普普通通，没啥特别的，但里面的门道可多着呢！土力学有效应力就像是土的“秘密武器”。
咱可以把土想象成一个大集体，里面有各种颗粒啊啥的。
这有效应力呢，就像是这个集体里真正起作用的那股力量。
就好比一个团队里，总有些关键人物决定着事情的走向，这有效应力就是土这个大集体里的关键角色呀！你想想看，要是没有有效应力，那土的表现能靠谱吗？它可能一会儿软得像棉花，一会儿又硬得像石头，这多让人头疼啊！但有了有效应力，就好像给土定了个规矩，让它知道该怎么表现。
咱平常盖房子、修路啥的，不都得跟土打交道嘛。
要是不搞清楚这有效应力，那房子盖起来会不会摇摇晃晃的？路修好了会不会没多久就坑坑洼洼的？那可不行啊！这不就跟咱做事一样嘛，得抓住关键，才能把事情做好呀。
土力学有效应力还能影响土的渗透性呢！就好像一条路，有的地方通畅，有的地方堵着，水要流过土，就得看有效应力给不给“开绿灯”啦。
如果有效应力没弄好，水可能就到处乱跑，搞出一堆麻烦来。
而且啊，这有效应力还不是一成不变的呢！它会随着各种因素变化，就像咱的心情一样，有时候高兴，有时候低落。
土受到的压力啦、水的情况啦等等，都能让有效应力发生改变。
这多有意思啊，土也有它的“小脾气”呢！那怎么才能更好地理解和掌握土力学有效应力呢？这可得下点功夫啦！咱得像了解一个好朋友一样，仔细去观察它、研究它。
不能马虎，得认真对待，不然它可不会乖乖听咱的话哟！总之呢，土力学有效应力可太重要啦！它关系到咱生活中的好多方面呢，咱可不能小瞧了它。
咱得好好琢磨琢磨，怎么才能让它更好地为我们服务，让我们的生活更安稳、更美好。
你们说是不是这个理儿呢？土力学有效应力，真的值得我们好好去探究啊！。
土力学中有效应力原理的教学改革研究
土力学中有效应力原理的教学改革研究摘要：有效应力原理是土力学中最基本和最重要的原理，土力学教学中必然会介绍有效应力原理，但大多比较简单，不足以强调它在土力学中的重要地位。
从三个方面对土力学中有效应力原理教学改革进行了研究，首先介绍有效应力的形成历史，探讨其存在的问题，随后介绍如何把连续介质的平衡方程应用于土这种多孔介质材料。
通过有效应力教学改革的尝试，以促进学生的创新能力，并启发更多学生能进行更深入的理论研究。
关键词：土力学；有效应力原理；教学改革学术界和工程界公认Terzaghi是经典土力学理论的奠基人，他提出的有效应力原理促使土力学产生了根本性的变化和发展，使土力学从一般力学中独立出来成为一门独立的学科。
土力学经过近一个世纪的发展，已经取得了巨大的进步，但其理论基础仍然不太完善，处于半理论、半经验的发展阶段。
因此土力学理论发展还有很长的路要走，需要培养出更多的人才，能为工程服务的同时也能为促进土力学学科的不断进步而做出贡献，这就使土力学教学中的理论创新就显得尤为重要。
作为经典土力学基石的有效应力原理是土力学中最基本和最重要的原理，在所有的土力学课程当中，都必然会包含有效应力原理的相关介绍，但这些介绍大多比较简单，不足以强调它在土力学中的重要地位。
虽然太沙基有效应力的表达式非常简单，但其涉及到如何将土这样一种三相混合的多孔材料用经典的固体力学来进行表述，这其中需要用到连续介质力学和多孔介质力学的理论方法。
通过对这一最最基本的土力学理论进行讲解，可以让学生更深刻地认识到土力学与其他学科的不同之处，并启发他们进行更进一步的理论创新。
因此本文将从对有效应力原理的教学改革出发来探讨如何实现土力学的理论创新。
对有效应力原理的教学改革，可以从以下几个方面进行：首先介绍有效应力原理的形成，然后指出目前教学中存在的问题，最后简单介绍多孔介质理论，以说明如何将连续介质力学的物理量和平衡方程用于土这种材料。
一、土力学及有效应力原理的形成土力学的历史一般教学中都会有所介绍，但是很少课程会对有效应力原理的形成进行介绍。
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σi j 为总应力； uw 为孔 式中, σi j 为饱和土有效应力； 隙水压力； δi j 为克朗内克符号. Terzaghi 认为, 有效应 力是沿土骨架传递的土骨架应力，它控制了饱和土 的变形和强度. 饱和土有效应力原理实质上包括两方面： (1) 有 效应力的定义和表达式； (2) 有效应力的作用. 本文 仅就有效应力的作用问题进行讨论. 通常, 人们对有 效应力的作用有两种理解： (1) 多数人正确和清楚地 认识到 (包括 Terzaghi 本人)： 该原理给出有效应力的 概念及有效应力的确定方法；但并不认为它是影响
表征应力可以表示为
σi j = σw = σa = σ ¯ i j As ¯ ij ≈ (1 − n) σ A uw Aw ≈ uw nS r A ua Aa ≈ ua n (1 − S r ) A (3) (4) (5)
首先讨论非饱和土应力的表述. 为此在非饱和 土体中选取一个表征体元 (REV). 假设非饱和土均 质各向同性，且土中的水和气均连通. 首先把各相 应力转化为 REV 尺度的宏观应力. 设 REV 体积为 V = d xdydz，各截面面积为 A = d xdy = dydz = dzd x， 若非饱和土的孔隙率为 n， 饱和度为 S r ， 土颗粒、 孔
式中，As , Aw 和 Aa 分别表示图 1(a) 右侧竖向切割面 上土颗粒、孔隙水和孔隙气的面积，As = As1 + As2 + As3 + As4 ，Aw = Aw1 + Aw2 + Aw3 ，Aa = Aa1 + Aa2 . 分别 对土骨架、 水和气相取隔离体， 并进行受力分析， 其 结果示于图 2. 图 2(a) 表示土骨架的受力情况， 土骨 sw 架所受到 i 方向孔隙水和气的作用分别用 fi 和 fisa 表示. 同样， 图 2(b) 和图 2(c) 分别表示液相和气相
T i j, j + ρg式 (9) 可得
¯ i j + nS r uw δi j + n (1 − S r ) ua δi j T i j = (1 − n) σ (10)
(b) 非饱和土 REV 孔隙水受力分析 (b) Stress analysis of soil pore water
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2015 年 第 47 卷
达式
(1 − n) σ ¯ i j, j + nS r uw,i + n (1 − S r ) ua,i + ρgi = 0 (8)
用 T i j 表示非饱和土的总应力， 由非饱和土的总 体平衡可得到
(a) 非饱和土 REV 土骨架受力分析 (a) Stress analysis of soil skeleton
第 47 卷 第 2 期 2015 年 3 月
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Vol. 47，No. 2 Mar.，2015
Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics
研究简报
土力学有效应力及其作用的讨论
赵成刚 ∗,†,2) 刘真真 ∗ 李 舰 ∗ 刘 艳 ∗ 蔡国庆 ∗
2014–05–27 收稿，2014–07–22 录用, 2014–12–12 网络版发表.
式中，εi j 为土的应变，τf 为土的强度，σi j 为有效应 力， e 为孔隙比， ε ˙ i j 为应变率， C 为土的矿物成分， S 为土的结构，H 为土的应力历史，S p 为土的应力路 径， t 为时间， T 为温度，E 为周围环境和土的生成 条件； 还有其他一些影响因素没能列出， 用省略号表 示. 通过长期的研究和实践， 人们认识到： 就饱和土 而言，式 (2) 诸多影响因素中，有效应力 σi j 影响最 大. 如果仅选择一个变量描述土体的变形和强度， 那 就只能选具有最重要影响的有效应力. 土作为摩擦性材料, 它的变形和强度主要取决 于土颗粒之间的骨架应力 (有效压应力)、摩擦系数
∗ (北京交通大学土木建筑工程学院岩土工程系,
1)
北京 100044) 541004)
† (桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西桂林
摘要 讨论了饱和土有效应力的作用及其使用中应注意的问题， 以及土力学预测中存在的不确定性的几种情况. 从土的各相平衡方程出发推导得到了非饱和土的总应力和各相应力之间的关系, 以及非饱和土的平均骨架应力 的表达式，并定义该式为非饱和土的有效应力；该表达式与变形功推导得到的有效应力公式是一致的. 文中还 就非饱和土有效应力的一些问题进行了探讨. 关键词 有效应力原理的作用， 饱和土， 非饱和土， 局限性 中图分类号：TU 43 文献标识码：A doi：10.6052/0459-1879-14-189
(a) 非饱和土本征应力示意图 (a) Intrinsic stress of unsaturated soil
(b) REV 表征应力示意图 (b) Representative stress of unsaturated soil at REV level 图 1 本征应力与表征应力示意图 Fig. 1 Intrinsic stress of unsaturated soil and corresponding representative stress at REV level
可见，非饱和土的总应力是固液气三相表征应 力之和. 式 (10) 给出了总应力和各相本征应力之间 的关系，与文献 [3] 中的式 (28) 相同.
2.2 非饱和土平均骨架应力的表达式
饱和土中的有效应力是由于土颗粒接触点的接 触和摩擦而传递的应力， 通常也称之为骨架应力. 下 面将推导给出非饱和土的骨架应力. 先推导土颗粒切割面上的本征应力 σ ¯ z, σ ¯ xz 与颗 m 粒接触点处接触力 Ps 的关系. 在图 1(a) 中截取 a − a 截面，假设 a − a 截面上有 N (N 为正整数) 个颗粒， 并在 a − a 截面上选取第 m 颗粒进行分析， 颗粒 m 的 详细截面图见图 3. 分析颗粒 m 在 a − a 截面上的固 相本征应力与颗粒 m 上表面同其他颗粒接触点处的 接触力以及孔隙水压力和孔隙气压力的关系. 颗粒 m 周围作用有：孔隙水压力 uw 、孔隙气压力 ua 、切割 m 面上的正应力 σm szz 、切割面上的剪应力 σs xz 以及颗 2 1 2 粒间的接触力 P1 s , Ps (其竖向分量分别为 Psz 和 Psz ， 2 水平向分量为 P1 s x , Ps x )；显然 m 颗粒与周围颗粒接 1 2 触点处接触力的竖向分量之和为 Pm sz = Psz + Psz ，水 1 2 m 平向分量之和为 Pm s x = Ps x + Ps x . 用 As 表示 a − a 截 m 面切割的第 m 颗粒的切割面积； Awz 和 Am az 分别表示 m 颗粒上表面孔隙水压力和孔隙气压力作用的面积 m m 在 a − a 截面的竖向投影面积，则 Am wz = Aw1 + Aw2 ， m m m Am az = Aa1 + Aa2 + Aa3 ；如图 3 所示. 则图 1(a) 中 a − a 截面切割的所有土颗粒的总面积为
第 2 期
赵成刚等：土力学有效应力及其作用的讨论
357
和连接强度. 也就是说， 土的变形和强度并不唯一取 决于土颗粒之间的骨架应力；其他对土颗粒连接强 度有影响的因素也会影响它的变形和强度，例如物 理 -- 化学作用、吸力和饱和度等. 所以研究者不但要 注意有效应力的影响 (当然这肯定是正确的)，还需 换一个视角，考虑其他因素作为独立变量的影响； 而不是仅在相应的参数和条件中考虑其他因素的影 响. 因为这些变量的变化会改变原有的变形和强度 关系，例如低温或低饱和度情况下的变形和强度关 系就与高温或高饱和度情况下的变形和强度关系有 很大不同. 本文的讨论仅是对有效应力原理的进一 步补充和说明. 目前土力学理论的预测结果具有很大的不确定 性. 从实验的角度，这主要是由以下几种情况导致 的. 第 1 种情况是强度方面， 在土的实际工程应用中 使用最多的是莫尔 -- 库仑强度理论. 该理论认为有效 应力是控制土的强度的唯一变量；但由于该理论忽 略了很多其他因素的影响，而这些影响要由 c， ϕ值 来协调和容纳. 所以实验结果中 c 和 ϕ 已经失去了 黏聚力和摩擦角的物理含义，它们把其他忽略的因 素都考虑和包括进来，并导致实验 c 和 ϕ 值具有很 大的离散性. 例如不同排水条件 c 和 ϕ 值就不同. 第 2 种情况是变形方面. 三轴仪通常可以较为准确的 控制土样的应力并可测到孔隙水压，但却难以控制 其他具有影响的因素, 例如土的内部结构的变化、 孔 隙内的物理 -- 化学作用等，由此导致误差和不确定 性. 过去都把这种误差归因于土样的扰动. 但实际上 除应力外还有一些其他影响因素难以在三轴仪中得 到有效控制， 由此产生误差. 基于三轴实验所得到的 变形参数，进行变形计算或预测则必然具有很大的 不确定性和误差. 第 3 种情况是实验使用的土样及 其边界条件与场地具体的实际情况的差别, 由此产 生的不确定性. 当然从理论的角度， 模型与实际情况 的差别也会产生不确定性.
1 饱和土有效应力的作用及其使用中应注意的问题 Terzaghi[1] 1923 年提出了饱和土的有效应力原
理，使土力学从一般力学中独立出来成为一门独立 的学科. 目前饱和土有效应力原理作为经典土力学 的基石已经在岩土工程实践中得到成功应用. 本文 首先讨论了对饱和土有效应力作用认识的不同和使 用有效应力时应该注意的问题，以及土力学预测中 出现的几种不确定性的情况. 然后重点针对非饱和 土中的有效应力问题进行了探讨. Terzaghi[1] 给出了有效应力的如下定义