我身边的土力学

我身边的土力学

为什么人在饱和粘土上会滑到，而在干粘土和饱和沙土上不会滑到？

一、有效应力原理的提出

太沙基有一次雨天在外边走，突然滑了一跤，他爬起来一看，原来是地面粘土，下雨了当然很滑。俗话说吃一堑长一智。为什么人在饱和粘土上会滑到，而在干粘土和饱和沙土上不会滑到？他就陷入了思考。他仔细观察发现鞋底很平滑，滑动地面上有一层水膜。于是他认识到：作用在饱和土体上的总应力，由作用在土骨架上的有效应力和作用在孔隙水上的孔隙水压力两部分组成。前者会产生摩擦力，提供人前进要的反力；后者没有任何抗剪强度。人走在饱和粘土上，瞬时总应力都变成孔隙水压力，粘土渗透系数又小，短期内孔压不会消散转化为有效应力，因而人就会滑倒。从而他总结出著名的“有效应力原理”，后来又提出了“渗流固结理论”。可见智者一跌，必有所得；愚者跌倒，怨天尤人。

二、太沙基（K. Terzaghi）及有效应力原理

太沙基（K. Terzaghi）早在1923年就提出了有效应力原理的基本概念，阐明了碎散颗粒材料与连续固体材料在应力--应变关系上的重大区别，从而使土力学成为一门独立学科的重要标志。这是土力学区别于其他力学的一个重要原理。我们知道土是三相体系，对饱和土来说，是二相体系。外荷载作用后，土中应力被土骨架和土中的水气共同承担，但是只有通过土颗粒传递的有效应力才会使土产生变形，具有抗剪强度。而通过孔隙中的水气传递的孔隙压力对土的强度和变形没有贡献。这可以通过一个试验理解：比如有两土试样，一个加水超过土表面若干，我们会发现土样没有压缩；另一个表面放重物，很明显土样被压缩了。尽管这两个试样表面都有荷载，但是结果不同。原因就是前一个是孔隙水压，后一个是通过颗粒传递的，为有效应力。就是饱和土的压缩有个排水过程(孔隙水压力消散的过程),只有排完水土才压缩稳定.再者在外荷载作用下，土中应力被土骨架和土中的水气共同承担,水是没有摩擦力的,只有土粒间的压力(有效应力)产生摩擦力(摩擦力是土抗剪强度的一部分)

原理

Terzaghi从试验中观察到在饱和土体中土的变形及强度与土体中的有效应力σ′密切相关,并建立了有效应力原理:

σ =σ′+μ

式中:σ为平面上法向总应力, kPa;σ′为平面上有效法向应力, kPa;μ为孔隙水压力, kPa。

有效应力原理阐明了碎散颗粒材料与连续固体材料在应力———应变关系上的重大区别,有效应力原理表示研究平面上的总应力、有效应力与孔隙水压力三者之间的关系:当

总应力保持不变时,孔隙水压力与有效应力可以相互转化,即:有效孔隙水压力减小等于有效应力的等量增加。

三、有效应力原理的要点

1，饱和土体内任意平面上受到的总应力可分为有效应力和孔隙水压力两部分，其间关系总是满足：σ =σ′+μ

2，土的变形（压缩）与强度的变化都只取决于有效应力的变化

水院10土木3班

杜春雪

2010610217