浅谈有效应力原理的应用

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1、浅谈有效应力原理的应用（西南交通大学峨眉校区土木工程系，四川，乐山，614202）　　　　【】有效应力原理在土力学中占有相当重要的地位，它的提出使土力学逐渐发展成为一门独立的学科，贯穿着土力学的始终。它在边坡稳定性问题、支挡结构的土压力、软土地基的处理、沙土的地震液化等问题上都有着广泛的应用，很好的解释了这些问题。　　【关键词】有效应力；孔隙水；应用　　　　1关于有效应力原理的概念　　土体是非线性的弹塑性体，由固态、液态、气态三相组成，其中固体颗粒占有主要部分，他们形成了有孔隙的骨架结构。骨架中含有孔隙水，孔隙水所承担的压力为孔隙水压力，

2、它是一种中性力。作用在骨架单位面积上的应力为有效应力，是一种面积力。土体重力，水压力，外荷载作用力三者之和为总应力。依据太沙基有效应力原理，有效应力为作用在饱和土体上的总应力与孔隙水压力之差。即：有效应力=总应力-孔隙水压力。而土体的强度和土的变形主要取决于有效应力，而并非总应力，二者不能混淆。　　2有效应力原理的应用　　2.1边坡稳定性问题　　由于自然或人为因素的作用，破坏了原有的稳定土坡的力学平衡时，土体将沿着某一滑面发生滑动，工程中的这一现象为滑坡。　　边坡稳定性主要是由土的抗剪强度决定的。土的抗剪能力越强，边坡就越稳定。抗剪强度的

3、指标在用总应力来表示时有三组，而在用有效应力表示时只有一组。即土的抗剪强度与有效应力一一对应，所以边坡稳定性的强弱是由粘土地基中的有效应力大小决定的。　　在施工过程中，若不计水的排出，填土荷载全部由孔隙水压力承担，随着深度的增加，超孔隙水压力不断增大，总应力不断增大，而剪力强度和有效应力均保持不变。随着时间的推移，超孔隙水压力不断消散，抗剪强度和有效应力不断增强。因此，边坡稳定性随着时间的推移而逐步增大。所以对于边坡稳定性，要考虑到一段时间后边坡的有效应力增大时是否还能保持稳定。必要时可以采取加固措施。常用的增强边坡稳定措施有如下两种方法

4、：（1）减载加重。此方法从简算的基本原理出发，减小下滑力和滑动力矩，增大抗滑力和抗滑力矩，从而提高土坡的稳定性（2）增强排水措施。排水分两部分，一是排除地下水，滑动土体内的流动水产生下滑力，使含水层的土质变差，甚至发生管涌现象。二是调节和排出地表水，防止水流对土坡的侵蚀和冲刷。　　2.2支挡结构的土压力　　挡土墙上的土压力受到渗流作用的影响，从而产生渗透力。渗透力是体积力，可以和重度一起合成总的体积力，进而影响土骨架的有效应力。　　如图所示，支挡结构左侧土体的渗流方向向下，增大了土体的有效应力，从而增大了导致结构向右滑动的侧向压力。另一方

5、面，支挡结构物右侧土体中渗流方向向上，减小了有　　效应力，从而减小了抵抗结构物向右滑动的侧向压力。所以对支挡结构会产生不利的影响。　　3对软土地基的处理　　软土地基孔隙比大，含水量高，压缩性高，强度低，渗透性差，在外荷载作用下，会产生很大的附加压缩变形，所以往往需要处理，否则就会出现较大沉降，稳定性差等问题。其主要是外荷载作用下地基中孔隙水压力消散，有效应力增长的过程。　　对于软土地基的处理目前最常用的是排水固结法。排水固结法由两部分组成：排水系统和加压系统。排水系统的作用是增加孔隙水排水出路，缩短距离。加压系统作用是使土的有效应力增加而

6、产生固结。二者紧密联系，缺一不可。若只排水不加压，则孔隙中的水没有压力差，没有排水的动力，所以水不能正常排出。若只有加压系统而没有排水系统，则水没有排出去的通道，水也不能正常排出，土的强度不能及时提高，加载不能顺利完成。加固的原理是随着超静止孔隙水压力的逐步消散，有效应力逐步提高，地基抗剪强度逐渐增强。　　4沙土地震液化问题　　沙土的地震液化问题是有效应力原理的应用。振动压实的沙土层具有较高的抗震液化能力，砂土层的相对密实度越大，抗液化能力就越强。主要原因在于压实的沙土层在震载的作用下具有显著的剪胀趋势，因此会产生负的孔隙水压力，使沙土的

7、有效应力增大，抗剪强度增强。　　另外对于大多数的润滑问题也与有效应力原理有关。如机器加油也是利用孔隙油压，减少有效应力和摩擦阻力来达到润滑。　　结语　　有效应力原理是土力学的核心知识，把土力学有机的结合起来。其应用也较为广泛，有利有弊，我们应该正确看待有效应力原理的应用，掌握其原理加深对它的了解，对其产生的不利影响进行积极的治理。提高自己的理论联系实际的能力。