3 有效应力原理

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1、1§3土体中的应力计算§3.1应力状态§3.2地基中自重应力的计算§3.3地基中附加应力的计算§3.4基底压力计算§3.6有效应力原理§3.5基底附加压力计算2§3.5有效应力原理土＝孔隙水固体颗粒骨架+三相体系对所受总应力，骨架和孔隙流体如何分担？§3土体中的应力计算孔隙气体+总应力总应力由土骨架和孔隙流体共同承受它们如何传递和相互转化？它们对土的变形和强度有何影响？受外荷载作用Terzaghi（1923）有效应力原理固结理论土力学成为独立的学科孔隙流体李广信，有效应力原理能够推翻吗.岩土工程界，2007(07)，22-26.31.饱和土中

2、的应力形态PSPSVaa§3.5有效应力原理§3土体中的应力计算一.有效应力原理的基本概念PSA：Aw：As：土单元的断面积颗粒接触点的面积孔隙水的断面积a-a断面通过土颗粒的接触点有效应力σ’a-a断面竖向力平衡：u：孔隙水压力土骨架承担土骨架传递4§3.5有效应力原理§3土体中的应力计算一.有效应力原理的基本概念2.饱和土的有效应力原理（1）饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为两部分σ’和u，并且（2）土的变形与强度都只取决于有效应力一般地，有效应力总应力已知或易知孔隙水压测定或算定通常,5③孔隙水压力的作用它在各个方向相等，只能使土颗

3、粒本身受到等向压力，由于颗粒本身压缩模量很大，故土粒本身压缩变形极小。因而孔隙水压力对变形也没有直接的影响，土体不会因为受到水压力的作用而变得密实；对土颗粒间摩擦、凝聚力没有贡献，并且水不能承受剪应力，因而孔隙水压力对土的强度没有直接的影响。①变形的原因颗粒间克服摩擦相对滑移、滚动—与σ’有关；接触点处应力过大而破碎—与σ’有关。试想：海底与土粒间的接触压力哪一种情况下大？1mσz=u=0.01MPa104mσz=u=100MPa②强度的成因凝聚力和摩擦—与σ’有关§3.5有效应力原理§3土体中的应力计算一.有效应力原理的基本概念2.饱和土的

4、有效应力原理（2）（1）土的变形与强度都只取决于有效应力61.自重应力情况二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算(1)静水条件§3.5有效应力原理§3土体中的应力计算地下水位海洋土毛细饱和区(2)稳定渗流条件2.附加应力情况(1)单向压缩应力状态(2)等向压缩应力状态(3)偏差应力状态三轴应力状态71.自重应力情况二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算§3.5有效应力原理§3土体中的应力计算(1)静水条件地下水位地下水位下降引起σ’增大的部分H1H2σ’=σ-uu=γwH2u=γwH2σ’=σ-u=γH1+γsatH2-γwH2=γH1+(γ

5、sat-γw)H2=γH1+γ’H2地下水位下降会引起σ’增大，土会产生压缩，这是城市抽水引起地面沉降的主要原因之一。81.自重应力情况水下土(1)静水条件§3.5有效应力原理§3土体中的应力计算二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算γwH1γwH1σ’=σ-u=γwH1+γsatH2-γwH=γsatH2-γw(H-H1)=(γsat-γw)H2=γ’H29毛细饱和区(1)静水条件§3.5有效应力原理§3土体中的应力计算1.自重应力情况二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算毛细饱和区总应力孔隙水压力有效应力＝－+-10HΔh砂层，承压水粘土

6、层γsatHΔh砂层，排水γsat(2)稳定渗流条件§3.5有效应力原理§3土体中的应力计算1.自重应力情况二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算向上渗流向下渗流11土水整体分析A向上渗流:向下渗流:§3.5有效应力原理§3土体中的应力计算1.自重应力情况二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算HΔh砂层，承压水粘土层γsat渗流压密渗透压力:12取土骨架为隔离体A向上渗流:向下渗流:§3.5有效应力原理§3土体中的应力计算1.自重应力情况二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算HΔh砂层，承压水粘土层γsat自重应力:渗透力:渗透力产生的应力:

7、13?2.附加应力情况几种简单的情形：§3.5有效应力原理§3土体中的应力计算二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算外荷载附加应力土骨架：有效应力(2)三轴应力状态(1)侧限应力状态孔隙水：孔隙水压力超静孔隙水压力14(1)侧限应力状态及一维渗流固结实践背景：大面积均布荷载p§3.5有效应力原理§3土体中的应力计算二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算不透水岩层饱和压缩层σz=pp侧限应力状态2.附加应力作用情况15(1)侧限应力状态及一维渗流固结2.附加应力作用情况物理模型：光滑钢筒——侧限条件弹簧——土骨架水体——孔隙水带孔活塞——排水顶

8、面活塞小孔——渗透性大小初始状态边界条件渗流固结过程§3.5有效应力原理§3土体中的应力计算二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算p一般方程p16(1)侧限应力状态