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发H生粘γ流土sa层t土和管涌。条件为
H - wh 0A
Hwh
u 式中 w H(h砂H ：层sai ，tcH r承 称wh 压)为 水 即 临界水 力icrs坡 aH tu 降H h。w(H w h)
只要满足条件i icr， H 就会 wh 发生流渗透土压或力管: 涌。 w h
A P sv u A w
a
u：孔隙水 压力
PsvAwu AA
PS
a
PSV
有效应力σ’
Aw 1 A
'u （ As ≤0.03）
PS
5、非饱和土中的应力形态：
AASAwAa
Aw A
uw
A A
au
a
A
Aw u A P s vu A w u a A a aA
土水整体分析
向下渗流:
渗流压密
Δh H γsat
思考题：水位骤降后， 原水位到现水位之间 的饱和土层用什么容 重？
砂层，排水
A
Hwh
u 地使流 下有压水效密w (s位应。aH tH下 力 这降 增 是， 加 引h)会 ， 起在导地土致面层土沉中层降 产发的s生生又 aH tu 朝压一下密个w 的变原(H 渗 形因 流 ，。， 称实h)从 为质而 渗上
wi
w
h
• 2、孔隙水压力U：
• 如果土体中的孔隙是互相连通而又充满水，则孔隙中 的水服从静水压力分布规律，这种由孔隙水传递的应 力就称为孔隙水压力U。
• 由于孔隙水在土中一点的各方向产生的压力相等， 它只能压缩土颗粒本身而不能使土颗粒产生位移， 而土粒本身的压缩量是可以忽略不计的（当压力值 达到600kpa时，土颗粒体积压缩5％），所以不能直 接引起土体变形和强度变化的孔隙水压力又称为中 性压力。
w
1
Aw A
ua
a
A PsvA A wuwA A aua
Aw A
(u w
ua)
1 A
A w (u w u a ) u a
ua
u w (1 A w )u a
有效应力σ’
' uw(1 （A Asw ≤0).0u 3）a
' uw(1A w )u a
土的 有效应力原理
土＝
孔隙流体
土是三相体系
固体颗粒骨架 + 孔隙水 + 孔隙气体
总应力由土骨架和孔隙流体共同承受 受外荷载作用
对所受总应力，骨架和孔隙流体 如何分担？
它们如何传递和相互转化？
总应力
它们对土的变形和强度有何影响？
Terzaghi（1923） 有效应力原理 固结理论
土力学成为独立的学科
•3、总应力
• 总应力σ等于 该土体单元面
a-a断面通过土颗 粒的接触点
积以上土、水
自重和所施加 的所有外荷之 和。
a
u：孔隙水 压力
A
a
A土：单元的断面积 As：颗粒接触点的面积 Aw：孔隙水的断面积
AASAw
4、饱和土中的应力形态：
AASAw
a-a断面通过土颗 粒的接触点
A
H1
=γH1+γsatH2-γwH2 =γH1+(γsat-γw)H2
=γH1+γ’H2
sat H2
地下水位下降引起 σ’ 增大的部分 (γ-γ’)H2
地下水位下降会引起
σ’增大，土会产生
σ’=σ- u=γwH2 u
u=γwH2
压缩，这是城市抽水 引起地面沉降的一个
H1saH t2
主要原因。
渗透力就是作用于土骨架上的有效应力。
Hwh 渗透压力:
w h
取土骨架为隔离体
向上渗流: Δh
H
粘土层 γsat
向下渗流:
Hwh
渗透力产生有效应力
A 砂层，承压水
自重应力: sz H
渗透力:
渗透力产生的应力:
j zJ AjAVjHwh
j
一、太沙基饱和土有效应力原理
• 粒间应力（interparticle stress）：
•
由骨架颗粒间接触点传递的应力。
1、有效应力’：
• 土体是由固体颗粒和孔隙水及空气组成的三相 集合体。外荷在土体中产生的应力是通过颗粒 间的接触来传递的。由颗粒间的点接触传递的 应力会使土的颗粒产生变形，引起土体的变形 和强度的变化，这种对土体变形和强度有效的 粒间应力就称为有效应力’。
1
• 2、对粉土Sr≥40～50％，
粘性土Sr≥85%时上式成
立。
χ
• 3、一般认为当土中孔隙
体积的80%以上为水充满
时，土中虽有少量气体存
在，但大都是封闭气体，
就可视为饱和土。
0
饱和度Sr
100%
思考： 10米深河底和1000米深的大洋底表面一点
哪一个的有效应力更大一些？
三、饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算
H
毛细饱和区
sat h c
ht
hw
whc -
Hwhc
+
Hs aht t
whw H sa htw hw
(2) 稳定渗流条件
Δh
H
粘土层 γsat
砂层，承压水 向上渗流
Δh H γsat
砂层，排水
向下渗流
土水整体分析
向上渗流:
Δh
当向上渗流时，若 0，则土层处于悬浮状态，
1. 自重应力情况 2. （侧限应变条件）
(1) 静水条件
地下水位
海洋土
毛细饱和区
2. 附加应力情况 (1) 单向压缩应力状态 (2) 等向压缩应力状态 (3) 偏差应力状态
(2) 稳定渗流条件
1. 自重应力情况
(1) 静水条件 地下水位
在静水压力以下的土层，有效应 力正比于水下深度。
σ’=σ-u
(1)静水条件 海洋土
在静水压力以下的土层，有效 应力正比于水下深度，与其上 wk.baidu.com位高低无关
H1
H sat H 2
γwH1
γwH1
wH1saHt 2
wH
H2
σ’=σ-u=γwH1+γsatH2-γwH =(γsat-γw)H2 =γ’H2
(1)静水条件 毛细饱和区
总应力 － 孔隙水压力 ＝ 有效应力
• Bishop（1960）等提出了修正的有效应力原理完整 表达式：
-ua uw-ua
式中是一个与饱和度有 系关 数的
对于饱和土：
1,则上式变 为 uw
对于干土：
0上式 变 为 ua
• 1、X与土体饱和度成正比，
也与土的类型、施加荷载
的应力路线有关。
H - wh 0A
Hwh
u 式中 w H(h砂H ：层sai ，tcH r承 称wh 压)为 水 即 临界水 力icrs坡 aH tu 降H h。w(H w h)
只要满足条件i icr， H 就会 wh 发生流渗透土压或力管: 涌。 w h
A P sv u A w
a
u：孔隙水 压力
PsvAwu AA
PS
a
PSV
有效应力σ’
Aw 1 A
'u （ As ≤0.03）
PS
5、非饱和土中的应力形态：
AASAwAa
Aw A
uw
A A
au
a
A
Aw u A P s vu A w u a A a aA
土水整体分析
向下渗流:
渗流压密
Δh H γsat
思考题：水位骤降后， 原水位到现水位之间 的饱和土层用什么容 重？
砂层，排水
A
Hwh
u 地使流 下有压水效密w (s位应。aH tH下 力 这降 增 是， 加 引h)会 ， 起在导地土致面层土沉中层降 产发的s生生又 aH tu 朝压一下密个w 的变原(H 渗 形因 流 ，。， 称实h)从 为质而 渗上
wi
w
h
• 2、孔隙水压力U：
• 如果土体中的孔隙是互相连通而又充满水，则孔隙中 的水服从静水压力分布规律，这种由孔隙水传递的应 力就称为孔隙水压力U。
• 由于孔隙水在土中一点的各方向产生的压力相等， 它只能压缩土颗粒本身而不能使土颗粒产生位移， 而土粒本身的压缩量是可以忽略不计的（当压力值 达到600kpa时，土颗粒体积压缩5％），所以不能直 接引起土体变形和强度变化的孔隙水压力又称为中 性压力。
w
1
Aw A
ua
a
A PsvA A wuwA A aua
Aw A
(u w
ua)
1 A
A w (u w u a ) u a
ua
u w (1 A w )u a
有效应力σ’
' uw(1 （A Asw ≤0).0u 3）a
' uw(1A w )u a
土的 有效应力原理
土＝
孔隙流体
土是三相体系
固体颗粒骨架 + 孔隙水 + 孔隙气体
总应力由土骨架和孔隙流体共同承受 受外荷载作用
对所受总应力，骨架和孔隙流体 如何分担？
它们如何传递和相互转化？
总应力
它们对土的变形和强度有何影响？
Terzaghi（1923） 有效应力原理 固结理论
土力学成为独立的学科
•3、总应力
• 总应力σ等于 该土体单元面
a-a断面通过土颗 粒的接触点
积以上土、水
自重和所施加 的所有外荷之 和。
a
u：孔隙水 压力
A
a
A土：单元的断面积 As：颗粒接触点的面积 Aw：孔隙水的断面积
AASAw
4、饱和土中的应力形态：
AASAw
a-a断面通过土颗 粒的接触点
A
H1
=γH1+γsatH2-γwH2 =γH1+(γsat-γw)H2
=γH1+γ’H2
sat H2
地下水位下降引起 σ’ 增大的部分 (γ-γ’)H2
地下水位下降会引起
σ’增大，土会产生
σ’=σ- u=γwH2 u
u=γwH2
压缩，这是城市抽水 引起地面沉降的一个
H1saH t2
主要原因。
渗透力就是作用于土骨架上的有效应力。
Hwh 渗透压力:
w h
取土骨架为隔离体
向上渗流: Δh
H
粘土层 γsat
向下渗流:
Hwh
渗透力产生有效应力
A 砂层，承压水
自重应力: sz H
渗透力:
渗透力产生的应力:
j zJ AjAVjHwh
j
一、太沙基饱和土有效应力原理
• 粒间应力（interparticle stress）：
•
由骨架颗粒间接触点传递的应力。
1、有效应力’：
• 土体是由固体颗粒和孔隙水及空气组成的三相 集合体。外荷在土体中产生的应力是通过颗粒 间的接触来传递的。由颗粒间的点接触传递的 应力会使土的颗粒产生变形，引起土体的变形 和强度的变化，这种对土体变形和强度有效的 粒间应力就称为有效应力’。
1
• 2、对粉土Sr≥40～50％，
粘性土Sr≥85%时上式成
立。
χ
• 3、一般认为当土中孔隙
体积的80%以上为水充满
时，土中虽有少量气体存
在，但大都是封闭气体，
就可视为饱和土。
0
饱和度Sr
100%
思考： 10米深河底和1000米深的大洋底表面一点
哪一个的有效应力更大一些？
三、饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算
H
毛细饱和区
sat h c
ht
hw
whc -
Hwhc
+
Hs aht t
whw H sa htw hw
(2) 稳定渗流条件
Δh
H
粘土层 γsat
砂层，承压水 向上渗流
Δh H γsat
砂层，排水
向下渗流
土水整体分析
向上渗流:
Δh
当向上渗流时，若 0，则土层处于悬浮状态，
1. 自重应力情况 2. （侧限应变条件）
(1) 静水条件
地下水位
海洋土
毛细饱和区
2. 附加应力情况 (1) 单向压缩应力状态 (2) 等向压缩应力状态 (3) 偏差应力状态
(2) 稳定渗流条件
1. 自重应力情况
(1) 静水条件 地下水位
在静水压力以下的土层，有效应 力正比于水下深度。
σ’=σ-u
(1)静水条件 海洋土
在静水压力以下的土层，有效 应力正比于水下深度，与其上 wk.baidu.com位高低无关
H1
H sat H 2
γwH1
γwH1
wH1saHt 2
wH
H2
σ’=σ-u=γwH1+γsatH2-γwH =(γsat-γw)H2 =γ’H2
(1)静水条件 毛细饱和区
总应力 － 孔隙水压力 ＝ 有效应力
• Bishop（1960）等提出了修正的有效应力原理完整 表达式：
-ua uw-ua
式中是一个与饱和度有 系关 数的
对于饱和土：
1,则上式变 为 uw
对于干土：
0上式 变 为 ua
• 1、X与土体饱和度成正比，
也与土的类型、施加荷载
的应力路线有关。