基本介紹
- 中文名：有效應力
- 外文名：Effective stress
- 別稱：粒間應力
- 定義：土壤粒間傳遞的平均法向應力
- 產生原因：土體的重力作用和附加應力作用
- 影響：會決定土體的變形和抗剪強度
基本概念,有效應力對煤層氣解吸滲流影響,有效應力強度指標與總應力強度指標的關係,
基本概念
有效應力一詞最初套用於土力學研究，表示土顆粒之間的接觸應力（或支撐應力）。1923年，Terzaghi在含水飽和土壤力學特徵研究基礎上提出有效應力原理，即有效應力等於上層總壓力減去孔隙水壓力。1941年，Biot在研究三軸壓縮力學問題時，發現低滲透性多孔介質（例如岩石）不適合套用Terzaghi原理，提出了修正後的有效應力原理，即有效應力等於上層總壓力減去等效孔隙壓力；其中，等效孔隙壓力等於孔隙壓力與等效孔隙壓力係數之積，等效係數介於0和1之間。等效係數為1時，就是Terzaghi公式。
在損傷力學中，有效應力是最為基本的概念之一。這一概念可以簡單的解釋為未受損材料部分的應力。
有效應力，是指土壤在荷載作用下，通過粒間接觸面傳遞的平均法向應力，又叫粒間應力。會引起土體的變形和決定土的抗剪強度。土體的有效應力越大，其抗剪強度也越大。理論上講，無黏性土（如細砂，粉砂）因振動可能使有效應力降為零，此時，土體發生液化，並處於危險狀態。產生有效應力的原因有土體的重力作用和附加應力作用等。
有效應力對煤層氣解吸滲流影響
煤層氣的開採實際上經歷了解吸、擴散、滲流3個連續階段，首先煤體微孔隙內表面吸附煤層氣因孔隙壓力降低而解吸，擴散至裂隙中轉變為游離態煤層氣，然後由於裂隙和鑽井井孔之間的壓力梯度和煤層氣的濃度梯度而產生煤層氣滲流，從而游離態氣體向井孔移動，最後由井孔抽出。在此過程中，當煤儲層壓力降至解吸臨界壓力以下時，解吸量隨煤儲層壓力繼續下降而不斷增多，從而提高解吸速度；另一方面，在煤層氣的運移過程中，隨著煤儲層壓力降低使得煤體發生變形，促進煤體孔隙和裂隙的擴展和延伸，煤層滲透係數增大，進而提高滲流作用效果，因此地應力是影響煤層氣解吸、擴散、滲流和產量高低的重要因素。
有效應力是導致煤樣變形的重要因素，在加卸載過程中研究有效應力與滲透率及滲透係數的關係可進一步弄清煤層氣運移規律，並搞清煤層氣運移的主控因素，為煤層氣開採提供科學依據。在載入過程中，有效應力也是影響滲透率和滲透係數變化的重要參數，隨有效應力減小，滲透率和滲透係數也隨之減小，其關係曲線呈正指數減小趨勢。在對煤體卸載時，即軸壓和孔隙壓力減少的過程中，有效應力與滲透率和滲透係數呈拋物線關係，即隨軸壓和孔隙壓力減少，有效應力不斷減小，滲透率和滲透係數先減小，後增大。
有效應力強度指標與總應力強度指標的關係
地基計算中必須驗算地基的承載力，而地基的承載力實際上是由土的抗剪強度所控制。土的抗剪強度是土的重要力學性質之一，擋土牆和地下結構的土壓力，堤壩、基坑以及各類邊坡的穩定性也均由土的抗剪強度所控制。所以，土的抗剪強度指標的正確選擇和套用對工程實踐具有重要意義。
