有效應力原理

有效應力原理（principle of effective stress） 這是土力學區別於其他力學的一個重要原理。土是三相體系，對飽和土來說，是二相體系。外荷載作用後，土中應力被土骨架和土中的水氣共同承擔，但是只有通過土顆粒傳遞的有效應力才會使土產生變形，具有抗剪強度。而通過孔隙中的水氣傳遞的孔隙壓力對土的強度和變形沒有貢獻。這可以通過一個試驗理解：比如有兩土試樣，一個加水超過土表面若干，會發現土樣沒有壓縮；另一個表面放重物，很明顯土樣被壓縮了。儘管這兩個試樣表面都有荷載，但是結果不同。原因就是前一個是孔隙水壓，後一個是通過顆粒傳遞的，為有效應力。就是飽和土的壓縮有個排水過程(孔隙水壓力消散的過程),只有排完水土才壓縮穩定.再者在外荷載作用下，土中應力被土骨架和土中的水氣共同承擔,水是沒有摩擦力的,只有土粒間的壓力(有效應力)產生摩擦力(摩擦力是土抗剪強度的一部分)。

基本介紹

• 中文名：有效應力原理
• 外文名：Principle of effective stress
• 表達式：σ =σ′+μ
• 提出者：太沙基
• 提出時間：1923年
• 套用學科：土力學
• 適用領域範圍：水利科技,岩石力學,土力學,岩土工程

簡介

太沙基（K. Terzaghi）早在1923年就提出了有效應力原理的基本概念，闡明了粒材料與連續固體材料在應力--應變關係上的重大區別，從而使土力學成為一門獨立學科的重要標誌。這是土力學區別於其他力學的一個重要原理。土是三相體系，對飽和土來說，是二相體系。外荷載作用後，土中應力被土骨架和土中的水氣共同承擔，但是只有通過土顆粒傳遞的有效應力才會使土產生變形，具有抗剪強度。而通過孔隙中的水氣傳遞的孔隙壓力對土的強度和變形沒有貢獻。這可以通過一個試驗理解：比如有兩土試樣，一個加水超過土表面若干，會發現土樣沒有壓縮；另一個表面放重物，很明顯土樣被壓縮了。儘管這兩個試樣表面都有荷載，但是結果不同。原因就是前一個是孔隙水壓，後一個是通過顆粒傳遞的，為有效應力。就是飽和土的壓縮有個排水過程(孔隙水壓力消散的過程),只有排完水土才壓縮穩定.再者在外荷載作用下，土中應力被土骨架和土中的水氣共同承擔,水是沒有摩擦力的,只有土粒間的壓力(有效應力)產生摩擦力(摩擦力是土抗剪強度的一部分)

原理

Terzaghi從試驗中觀察到在飽和土體中土的變形及強度與土體中的有效應力σ′密切相關,並建立了有效應力原理:σ =σ′+μ

式中:σ為平面上法向總應力, kPa; σ′為平面上有效法向應力, kPa; μ為孔隙水壓力, kPa。

有效應力原理闡明了碎散顆粒材料與連續固體材料在應力—應變關係上的重大區別,有效應力原理表示研究平面上的總應力、有效應力與孔隙水壓力三者之間的關係:當總應力保持不變時,孔隙水壓力與有效應力可以相互轉化,即:有效孔隙水壓力減小等於有效應力的等量增加。

要點

1.飽和土體內任意平面上受到的總應力可分為有效應力和孔隙水壓力兩部分，其間關係總是滿足：σ =σ′+μ

2.土的變形（壓縮）與強度的變化都只取決於有效應力的變化。

套用

根據這一原理，通常採取加強土體排水措施，促使孔隙水壓力消散，以便增大有效應力，達到提高工程穩定性的目的。在岩石力學和地震學中，也有人用這一原理來解釋岩石強度的變化和地震前兆。

參考書目

K．太沙基著，徐志英譯；《理論土力學》，地質出版社，北京，1960。（K. Terzaghi，Theoretical Soil Mechanics，John Wiley & Sons，New York，1943.）

岩石力學、土力學、岩土工程

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