新饱和土有效应力原理下的水渗流流量计算

引入岩土给水度参数,计算出中和应力系数,由力的平衡原理优化了太沙基有效应力原理,推导出新饱和土有效应力原理公式,实现了水土压力分算与合算的统一计算.相同的推导方法,通过中和应力系数,优化了达西定律公式,从理论上推导出新的宏观上均质饱和土中水渗流流量计算公式,拓宽了达西定律公式的适用范围.希望能对理论土力学的发展和饱和土...     

关于饱和土的有效应力原理的讨论

近年来，关于土力学中基本概念的讨论在我国学术界引起人们极大的兴趣。这对于澄清土力学中某些基本概念的混乱现象，明确土力学概念的物理本质是十分有意义的，值得大力倡导。然而，令人遗憾的是，国内有关问题的讨论还基本上停留在问题的表面，远远未触及到这些问题背后所蕴涵的物理本质。最近，发表于《岩土工程界》2006年第11期上的文献[1]所进行的关于饱和土的有效应力原理的讨论便是其中的一个典型的例子。下面的讨论没有实质上的内容和进展，但为了澄清概念，不得已而为之。     

饱和土的有效应力

太沙基[美]1925年提出有效应力原理：决定土变形和强度的是总应力σ中的有效应力σ’，而和总应力σ中的水压强μ无关，有效应力的计算公式 σ＇=σ-μ（1） 对于有效应力原理只有定性的论证，国外由太沙基本人开始，国内如文献。甲、乙两筒底部有厚度相等的砂，受到相等的压力，只是甲筒的压力是通过钢球施加，即为有效应力，乙筒是通过水施加的，即只有水压强。如果能观察到甲筒的砂有变形，而乙筒的砂无变形，则可定性的证明有效应力原理。但由于量筒的高度有限，砂受到的压力很小，而且砂的厚度也很小，所以根本观察不到甲筒砂的变形，因此定性论证有效应力原理是失败的。     

饱和土有效应力原理下的水土压力分算和合算的统一计算

基坑支护中的水土压力计算一直困扰岩土工程界,对于"水土分算"与"水土合算"存在许多争议。根据饱和土的几项参数,对太沙基的有效应力原理理论分析,推导出饱和土的总应力、土骨架应力(有效应力)和水应力(中和应力)三者之间的关系公式。通过推导出来的水土压力计算新公式对现今典型土的水土压力进行计算,计算出的值与实际基本相符,实现了"水土分算"与"水土合算"的统一计算,水土压力计算都是在饱和土有效应力原理下的"水土分算"。希望能对理论土力学的发展和基坑支护的水土压力计算有所帮助。     

渗流作用下层状饱和土有效应力计算方法的研究

在分析渗流作用下单层土体有效应力性状的基础上 ,研究了渗流作用下层状饱和土体有效应力计算的方法。为便于计算 ,把渗流作用下的有效应力分为自重有效应力和渗流有效应力两部分分别进行计算。     

饱和土有效应力测试系统

“饱和土有效应力测试系统”课题是由总参工程兵科研三所完成的。     

二谈饱和土的有效应力

王运霞老师在<岩土工程界>(2007年3期)发表了"关于饱和土的有效应力原理的讨论"一文(以下简称王文),该文对王文的文献[1],本文的文献[4]提出自己的看法,现一一作答.     

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。     

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。     

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。     

饱和土的土骨架应力方程

因为作用效果不同，土骨架的内力可以分成两组不同的平衡力系，即孔隙水压强引起的骨架内力和外荷载引起的骨架内力。分别以土骨架和孔隙水作为独立的分析对象，通过微元体的平衡分析导出饱和土的平衡微分方程，由此得到饱和土的土骨架应力方程，即有效应力方程。说明有效应力方程的物理本质是相间力的相互作用； Skempton 通过颗粒间作用力分析导出的有效应力的修正公式是不适当的；按照抗剪强度等效或者体积变形等效得到的有效应力表达式也完全可以用骨架应力和孔隙水压强来表达。     

饱和土强度含水量有效应力唯一性关系的证明

60多年前,D.J.Henkel通过重塑土试验,提出了饱和粘性土的抗剪强度-含水量-有效应力之间存在唯一性关系,后期大量自然沉积土的试验也证实了存在这种关系.但在理论上这种关系尚未被证明,D.J.Henkel指出这种关系一旦在理论上成立,则可利用排水试验结果预测不排水试验结果,反之亦然.利用土体三相关系、摩尔库伦理论、...     

土的有效应力原理相关问题的分析

土的有效应力原理是土力学特有的原理,对解释和分析一些与水有关的土体变形破坏现象和问题有重要作用。近几年来,笔者在阅读学术刊物的文章和对笔者文章的审阅意见、参加学术会议讨论中发现,一些同行对与土的有效应力原理有关的若干问题的认识存在错误。本文对这些错误认识进行分析,期望对正确认识与土的有效应力原理有关的若干问题有所帮助。     

非饱和土有效应力原理的大气张力通用公式

提出了非饱和土是由五相组成,其中土粒(包括结合水膜)之间的接触部位为有效应力的载体;并用绝对压强论述土力学,推出了非饱和土有效应力原理的大气张力通用公式及其特例;用大气张力通用公式分析文献[1]的实验室膨胀土的抗拉强度试验,得到随着含水量的不断减少,土粒不断靠近,土样抗拉强度不断增加的因素有3个:结合水膜接触的面积不断加大,且结合水膜的分子力和氢键作用不断增加,这个作用在塑限后急剧加大;自由水和孔隙气占据的面积不断减小,土体内部自由水和孔隙气浮力抵消地面大气压力的能力不断减少;收缩膜的表面张力贡献不断增大,但到土中只有强结合水后没有收缩膜。在该例中,第一个因素起主要作用,以基质吸力为基础的非饱和土力学夸大了收缩膜表面张力的作用。     

湿吸力及非饱和土的有效应力原理探讨

提出并阐述了湿吸力的概念,分析了非饱和土的孔隙水压力与由于表面张力而产生的土颗粒之间的湿吸力的定量关系及其根本区别,探讨了湿吸力的变化规律及其主要的影响因素,分析了现有非饱和土有效应力原理存在的问题。基于湿吸力概念,分析并给出了有效应力公式,建议了非饱和土的状态分类及有效应力原理。文中明确解释了Bishop有效应力公式中经验参数χ的物理意义、表达式及其适用范围和影响因素。最后,讨论了非饱和土状态分类原则及其力学分析方法,并指出:非饱和土变形理论的研究,首先应采用细观土力学方法,然后上升到宏观及应用     

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。     

考虑稠度状态时饱和粘性土自重应力计算方法

以自重应力作用下土的线弹性变形计算理论为基础，对3种不同状态土所涉及的2种变化过程中的应力、应变间关系作比较，推导出液性指数与有效重度间的关系式，并对公式进行分析、说明。     

三谈饱和土的有效应力——和李广信老师商榷

2009年2月，李广信老师在《岩土工程界》发表了“关于土力学教材讨论的一些体会（三、四、五）”，其中（四）为有效应力原理。该文章由我引起，但李老师没有批评我，反而基本给予肯定。文献指出：“有关有效应力原理的解释和推导，针对当前国内土力学教材，陈津民先生主要提出三个方面的问题：     

基于理想饱和土体的有效应力原理几点辨思

提出了理想饱和土体的概念，以理想饱和土体水平截面为研究对象，首先从截面整体所受平均总应力的角度出发，推导了有效应力提出的过程，阐明了有效应力是一个虚拟物理量的实质，澄清了认识上的误区；其次从截面上液相接触面和固相接触面各自独立的角度出发，对两部分的实际应力情况进行分析，采用定量与定性相结合的方法，得出实际应力的表达式，比较了有效应力与实际应力之间的差量关系；最后，针对不同的实际土体，简单分析了有效应力原理的适用性程度。     

论有效应力原理与自由水、土骨架

该文引入土给水度参数,通过力平衡原理修正了竖直水土压力统一计算公式（新饱和土有效应力原理）。详细分析了土的三相体系构成,提出了自由水、土骨架和土颗粒的概念,指出只有自由水产生并无损耗传递静水压力,弱结合水在受压状态可转化为自由水,土骨架所受浮力值为0。提出水土侧压力统一计算新公式,并提出自由水作用力在土颗粒间的传递率概念,奠定了水土分算与水土合算计算公式的理论基础。希望为理论土力学的发展和水土压力计算提供参考。