土力学教学中的有效应力原理

土的抗剪强度、地基变形和土的有效应力密切相关。附加应力作用下,随着超孔隙水压力的消散,地基中有效应力逐渐发展。有效应力原理对于理解土的抗剪强度和地基变形的形成机理具有重要意义。     

论有效应力原理与有效应力

有效应力原理是土力学区别于一般固体力学的基础,是土力学的核心基石。Terzaghi有效应力原理从提出至今就一直饱受争议,特别是有关Terzaghi有效应力的近似性问题是争议的焦点。从有效应力原理的任务出发,阐明有效应力原理的内涵是土体可量测荷载效应—外荷载间的一般规律。指出有效应力的作用是联接土体强度、变形等可量测荷载效应与外荷载间的纽带,定义对土体强度特性和变形行为等可量测荷载效应产生直接影响的土体应力为有效应力,因此,有效应力不是唯一的,它们是土体中真实存在应力的名义表述,可以依据应力平衡原理和流体压力与土颗粒间的相互作用关系给出,不同的有效应力定义就对应不同的有效应力计算公式,从而解释了Terzaghi有效应力原理近似性的原因。提出了强度相关有效应力和变形相关有效应力(Terzaghi有效应力)的概念,严格推导了他们的计算表达式,阐述了强度相关有效应力与土体剪切强度、变形相关有效应力与土体变形的一般关系。进一步,基于莫尔库仑强度准则,推导了土体抗剪强度与Terzaghi有效应力和孔压的关系。     

有效应力原理在各向异性饱和土中的拓展与应用

有效应力原理奠定了土力学的基础。为了刻画由于土颗粒形状和排布的不规则所造成的内应力不均匀现象和土的各向异性力学行为,采用2种典型的分析方法对各向异性饱和土的内应力进行剖析,结果表明:对于各向异性土而言,忽略土颗粒接触面积后所得到的有效应力无法刻画内应力的不均匀现象;骨架应力是一个客观存在的物理量,可以刻画内应力不均匀的现象。为了便于应用,在骨架应力的基础上,提出等效应力张量,使之可以刻画不包含孔隙水压强的其他所有外力作用产生的土骨架应力。借助组构张量,给出等效应力张量的具体表达,明确有效应力、骨架应力和等效应力之间的两两换算关系。在此基础上,以等效应力刻画土骨架应力,以已有本构模型模拟土骨架力学行为,可以在不额外地修正土的基本力学规律的前提下,对各向同性土的本构模型进行"各向异性化"改造,实现有效应力原理在各向异性土中的拓展。以Lade破坏准则为例,建立等效Lade破坏准则,与试验结果对比表明,拓展后的有效应力原理可以适用于各向异性饱和土。     

基于有效固结应力理论的粘土土压力公式

从有效固结应力法强度公式出发 ,推导了以常规三轴固结不排水剪参数ccu 和 φcu 表达的垂直挡土墙上的主动和被动土压力公式。计算结果表明 ,被动土压力与传统公式一致 ,但主动土压力系数小于传统值。分析结果还表明 ,即使按总强度理论 ,也必须采用“水土分算”的方法。     

非饱和土有效应力的大气张力公式与新概念土力学

海南学者蒙理明,在《建材世界》期刊共发表10篇论文,初步建立"非饱和土有效应力的大气张力公式与新概念土力学"的构架。其要点有:应该用有效应力的概念代替经典有效应力原理,即有效应力是土体中提供抗剪强度的点的集合所对应的应力;非饱和土有五相;自由水和孔隙气具有等效压缩刚度(等效压缩模量和等效压缩系数);有效应力的实质是自由水和孔隙气没有抗剪能力;大气张力抗拉强度,揭示了非饱和土的"吸力"之谜;大气张力库仑抗剪强度,展示了经典凝聚力的全貌;应该用绝对压强论述土力学。其公式有:非饱和土有效应力的大气张力公式;大气张力系列的饱和度系数和自由水通道率、有效自重应力、地基承载力、郎肯土压力、库伦土压力、土坡稳定、地基压缩变形和渗流固结等。     

考虑渗透吸力影响膨润土的修正有效应力及其验证

普遍认为膨润土是高放废物地质处置库缓冲/回填层的理想材料,膨润土在地下水溶液中的膨胀变形和剪切强度关乎高放废物地质处置库的安危。地下水溶液中膨润土膨胀变形和剪切强度受到渗透吸力影响,根据膨润土表面分形模型,建立考虑渗透吸力应力影响的修正有效应力公式,用竖向应力p和渗透吸力π表示为■,并采用膨润土在NaCl溶液中的膨胀变形和剪切强度进行验证。NaCl溶液中膨润土的膨胀变形与修正有效应力p~e表示为同一曲线■,峰值剪切强度与修正有效应力p~e表示为同一直线■,符合Mohr–Coulomb准则。     

有效应力决定饱和岩土材料抗剪强度的摩擦学解释

有效应力决定了岩土材料的变形和强度，有效应力概念虽然已在岩土工程中广泛应用，但是，对于决定饱和岩土材料抗剪强度的有效应力，其理论解释至今却并不充分且受到质疑。为此，通过文献分析，确定了宏观抗剪强度与粒间摩擦强度之间的正相关关系，并运用摩擦学中的黏着摩擦理论，推导了排水和不排水条件下，粒间接触面黏着结点的生长公式和抗剪强度公式。通过对比分析这两种条件下的应力状态对抗剪强度的作用影响，得到了与 Terzaghi 一致的有效应力表达式，并在此基础上，探讨了有效应力和有效应力原理的基本概念和定义。     

一个基于微观力学分析的散粒体应力–剪胀关系

从微观力学角度出发,基于真应力张量推导了散体中平均接触力与平均接触位移的计算公式,并通过宏–微观能量守恒得到了考虑散体各向异性组构及其演化的应力–剪胀关系;详细分析了剪胀参数的物理意义及对剪胀性的影响,并与经典的剑桥流动法则、Rowe剪胀方程以及室内试验结果进行了比较分析.研究结果表明,提出的应力–剪胀关系宏微观物理意...     

非饱和土有效应力公式验证

非饱和土有效应力原理对于非饱和土力学具有奠基性的意义。虽然现有的非饱和土有效应力公式种类很多,但是同时具有一定理论基础和明确物理意义的非饱和土力有效应力公式并不多,而且其适用性有待进一步的验证。为此,笔者首先简要概述了非饱和土有效应力公式的演化历程,并对几种典型的非饱和土有效应力公式的理论依据及物理意义进行了讨论,通过比较发现,邵龙潭采用连续介质力学理论推导得到的饱和与非饱和土统一的有效应力公式与1996年Vanapalli所提出的半经验公式在形式上相似,但是前者却阐明了非饱和土有效应力的物理意义即不包含孔隙流体压强作用的土骨架应力。将该公式与四参数Van Genuchten模型进行结合分别对膨胀土、粉质粘土、粘质砂土以及灰质粘土4种不同种类的非饱和土的抗剪强度进行了预测。结果表明,在试验精度范围内,理论预测值与试验值吻合较好,从而验证了该公式在试验和工程中具有良好的适用性。     

有效应力原理能够推翻吗

1前言 李杜文章在，光焰万丈长； 不知群儿愚，那用故谤伤； 蚍蜉撼大树，可笑不自量。（韩愈《调张籍》） 这是唐朝中后期文学家韩愈针对某些人对于李白和杜甫两个诗坛巨匠的一些非议所作的严肃批评。其实这也是我们对于一个领域的“权威”的态度问题：可以超越，但不可以无视；可以无畏，但不可以无知。     

非饱和土的应力传递机理与有效应力原理

回顾了几十年来非饱和土有效应力研究的主要成果。根据非饱和土的应力传递机理 ,提出了土样中任一点三个有效主应力表示形式和有效应力参数确定方法。     

粒间应力、土骨架应力和有效应力

有效应力的概念和有效应力原理对于土力学具有奠基性的意义。但对于诸如"有效应力是虚拟的应力还是真实应力","有效应力方程是否需要修正"等问题在土力学界一直存有争议,尚没有形成共识。在明确有效应力就是不包含孔隙流体压强作用的土骨架应力的基础上,由土颗粒间力的平衡分析和土骨架单元体的平衡分析得到有效应力与总应力以及孔隙流体压强关系的表达式。对于饱和土,这一表达式就是Terzaghi的有效应力方程。表明Terzaghi的有效应力是真实的物理量,具有明确的物理意义,Terzaghi的有效应力方程不需要做任何修正。文中阐明了有效应力、粒间应力和土骨架应力的物理意义及其相互关系。说明在分离考虑孔隙流体压强作用的情况下,有效应力、粒间应力和土骨架应力三者可以是一致的,即不包含孔隙水压强作用的粒间应力和土骨架应力就是有效应力。土骨架应力可以分成孔隙流体压强产生的土骨架应力和有效应力两部分,两者都对土体的变形和强度有贡献,但是作用效果不同。在孔隙流体压强作用对土体的变形和强度的贡献可以忽略的条件下,有效应力决定土的变形和强度。     

有效应力原理对饱和黏土的适用性

简要叙述了国外学者已证明有效应力原理适用于饱和黏土的早期的试验研究工作,虽然他们的结论不同于国内的研究人员在近年来取得的结论。新的结论是：由于黏土颗粒周围的结合水的微观作用,有效应力原理并不适用于黏土。为此,笔者提出少量未经发表的试验资料,间接地说明国外学者早期的结论仍然是正确的。同时指出,他们取得不正确结论的原因是由于在没有充分的论证下,过多地估计了结合水的体积和过分强调了结合水所起的作用,并且漠视了国外的早期研究成果。     

高效减水剂NF对混凝土力学性能的影响

通过试验研究了掺高效减水剂NF的混凝土的抗压强度、抗折强度以及抗拉强度,并与基准混凝土的力学性能进行了比较,得出了两点结论,从而为混凝土搅拌站等企业积累相关经验。     

有效应力原理在中国的应用实例

简单叙述黄文熙教授和他指导下的一些岩土工程师,从1954年起就开始为有效应力原理应用于实际工程做准备工作并在1959年正式投入应用的情况。以及他们在研究土的工程性质的过程中,依靠有效应力原理提高洞察力,提出新想法和取得新成果的若干实例。这些实例说明,有效应力原理的重要性往往是在实际工程中得到应用后才逐渐为工程师所认识,因此,多接触实际,时时处处想到利用该原理,才可能取得有价值的结果。     

低围压水平下QH-E模拟月壤三轴试验技术与力学特性

月球的低重力环境对月面浅层月壤力学特性的影响很大。利用清华大学取自吉林省靖宇县境内的火山灰岩研制出的模拟月壤(QH-E),对GCTS公司生产的STX型动/应力路径三轴仪重新配置高精度的传感器,并采取专门的试验技术,成功实施了一系列低围压水平(3.13~25 k Pa)的三轴压缩试验。试验结果表明,在低围压水平下:模拟月壤具有显著的剪胀效应;与常规围压水平(50~150 k Pa)结果相比,同一相对密度模拟月壤的峰值摩擦角更高;相对密度越高,峰值摩擦角越大;切线模量和剪切模量均随着围压和相对密度的减小而减小;剪胀角随围压的减小和相对密度的增大而增大,且低围压水平下剪胀角对围压变化十分敏感。最后就低围压下QH-E模拟月壤与饱和砂土特性的差异,及重力场环境和施加围压的介质的影响进行了讨论。