有效应力原理-有效应力原理

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1、-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 有效应力原理-有效应力原理有效应力原理有效应力原理是否存在？李伟利广东南海国际建筑设计有限公司， 广东 佛山 528000摘要：本文通过学习，对有效应 力原理提出质疑，并从本构模型、孔隙 水压、渗透固结、进行分析，认为：有 效应力原理从理论到实践，都存在着巨 大缺陷，是经不起实践和检验的，有效应 力原理是不存在的。关键词：有效应力原理； 本构 模型； 孔隙水压力； 渗透固结-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 有效应力原理，作为土力学的核 心自诞生的那天起，一直被世界各国地 质学家们所推宠。仅管其间，也曾有一 些

2、学者对有效应力原理怀疑、并提出批 评，却丝毫没有影响其原理的应用、推 广。如“1935 年秋, 太沙基回到奥地利, 而等待他的, 却是对他的土力学基本原 理持怀疑态度的同僚们的猛烈批评文章。 太沙基与付略里希。联名发表了三十三 页的答复文章, 充分地论证了土力学原 理是正确无误的”。 近年来国内的一些 学者，对有效应力原理也提出了一些看 法，却被认为是“有意或者无意推翻或 者改写有效就力原理”。那么；有效应 力原理究竟有没有问题？能否作为土力 学的基石？能否引导土力学朝着正确的 方向发展？是我们岩土人必须面对的问 题。确切地说，有效应力原理，作为土 力学的基础理论、引导着土力学也快接 近百年了

3、。它既不象传统的经典理论， 象万有引力那样、有放之四海而皆准， 不变永恒的魅力；也不象浮力原理那样-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 简单、明了、适用；所更具个性的是 “自 Roscoe 与他的学生(19581963)创 建剑桥模型至今，各国学者已发展了数 百个本构模型，但得到工程界普遍认可 的极少，严格地说尚没有”。而今；更 有人把有效应力原理应用到混凝土、煤 层、沥青路面。继续幻想着它、能够解 决更多的问题。难道有效应力原理真的 那么有效？以我看、就目前地质界的普 遍认可、信赖的基础上，不断发现有效应力原理、存在诸 多问题和争议。如果要以审视、质疑的 眼光、看待有效

4、应力原理，那问题可就 大多了。规结起来可以得出：有效应力 原理，是不存在的；是不能真实地反映、 无粘性饱和土体、应力应变本构关系的； 有效应力原理，在模型的设计上有缺陷， 环境条件的假设、与实际情况差异较大； 推理不严谨，表达式、概念、违背基本 的物理学常识；似是而非的想当然、多 于理性的实践；事实上、有效应力原理， 只讲了砂土在渗透过程中，砂土的自重-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 与浮容重之间的关系，其实质、是地下 水的静力学问题、是阿基米德定律在地 下水运动过程中的一般现象。如果把它 的作用加以放大，再将这一现象、赋予 复杂的土力学应力应变关系、或单纯 的以此建

5、立土力学模型，可能是土力学 本构模型理论，难有重大突破的重要原 因。长此以往，可能对岩土力学的研究、 发展，造成灾难性的后果。1 有效应力原理及力学模型1 有效应力原理科技名词定义：中文名称：有效应力原理 。英文名称：principle of effective stress所属学科：水利科技；岩石力学、土力学、 岩土工程 ；土力学太沙基早在 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-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 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。

6、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

7、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)-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 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 密切相关,并建立了有效应力原理: =+式中: 为平面上法向总应力, kPa;为平面上有效法向应力, kPa; 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,

8、即: 有效孔隙水压力减小等于有效应力的等 量增加。12 有效应力原理力学模型及文 本参考为了准确的对有效应力原理、进 行描述。根据有关专家的推荐建议，本 人采用了黄文熙土的工程性质北京： 水利电力出版社，1983 年 1 月第一版， 第 248-250 页。和赵明华 xx 年土力-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 学与基础工程武汉理工大学出版社， 第二版 2016 年 1 月第 22 次印刷出版的 版本第 63-67 页，两个版本，以确立对 有效应力原理描述的权威性和时效性。下图 1、是杨英华主编的土力 学地质出版社1987 年高等学校教材， 有效应力原理，假设的力学模

9、型示意图。 图 2、是土的渗透固结模型图。Figure 1 图 1Figure 2 图 22 对有效应力原理质疑的讨论21 有效应力原理与本构模型的 探讨有效应力原理及本构模型是否存 在？有效应力原理的数学表达式： =+u ；式中，作为有效应力的 是 自重应力与附加应力的和。在传统的土 压力理论均有表述；孔隙水压力 u 在饱 和的无粘性土中，性质与水力学中的静-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 水压，并无本质区别；而总应力 ，是 有效应力与孔隙水压力之和。那么；总 应力果真存在吗？如果式中 =+u ；以重力平衡 的形式存在，如：饱和土体中，任一平 面上的总重量=岩土颗粒的重量+水平面 以上水质体的重量；这种重力平衡是可 以理解的。但是；以应力平衡的形式出 现，就值得商榷了。首先；作为应力的应力面积，是 否确定？作为数学等式，运算、是否附 合数学运算规律，这里有必要进行分析： 和 u，是两个应力面积相差极大的数。在相加前、作为分母的应力 面积必须一致、必须先通分，后相加。 而有效应力原理自诞生的那天到现在， 没有人对此式，以数学的形式相加过， 却一直说： 的应力面积如何小、而孔 隙水的应力面积如何大。不管如何大、 如何小，作为数学等式必须要有个确定-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读-