土體中應(yīng)力及有效應(yīng)力原理

土體中應(yīng)力及有效應(yīng)力原理§4.1概述§3.2土體中的自重應(yīng)力§3.4地基中的附加應(yīng)力§3.5土的有效應(yīng)力原理＊土力學(xué)主要內(nèi)容§3.3基底壓力§4.1概述第四章土體中應(yīng)力及有效應(yīng)力原理土體可以承受外荷載，同時(shí)其自重也是一種荷載應(yīng)力計(jì)算的目的：在荷載作用下計(jì)算地基土的變形驗(yàn)算土體的穩(wěn)定性土中應(yīng)力按引起原因可分為：自重應(yīng)力和附加應(yīng)力土中應(yīng)力按傳遞方式可分為：有效應(yīng)力和孔隙應(yīng)力荷載應(yīng)力地基變形建筑破壞土中應(yīng)力：指土體在自身重力、建筑物和構(gòu)筑物荷載，以及其他因素（土中水的滲流、地震等）作用下，土中產(chǎn)生的應(yīng)力。1按引起的原因分為自重應(yīng)力和附加應(yīng)力自重應(yīng)力：由土體自身重量所產(chǎn)生的應(yīng)力。由土粒骨架承擔(dān)附加應(yīng)力：由外荷載（靜或動(dòng)）引起的土中應(yīng)力。使土體徹底產(chǎn)生變形和強(qiáng)度變化的主要原因。2.按土體中骨架和孔隙的應(yīng)力承擔(dān)原理或應(yīng)力傳遞方式可分為有效應(yīng)力和孔隙應(yīng)力。有效應(yīng)力由土骨架傳遞或承擔(dān)的應(yīng)力。只有當(dāng)土骨架傳遞或承擔(dān)應(yīng)力后土體顆粒才會(huì)產(chǎn)生變形。同時(shí)增加了土體的強(qiáng)度孔隙應(yīng)力：由土中孔隙流體水和氣體傳遞或承擔(dān)的應(yīng)力。3.總應(yīng)力：總應(yīng)力=有效應(yīng)力+孔隙應(yīng)力

研究地基的應(yīng)力和變形，必須從土的應(yīng)力與應(yīng)變的基本關(guān)系出發(fā)來研究。當(dāng)應(yīng)力很小時(shí)，土的應(yīng)力·應(yīng)變關(guān)系曲線就不是一根直線，亦即土的變形具有明顯的非線性特征。實(shí)際上土是各向異性的、彈塑性體線彈性體土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系§4.1概述一、應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系假設(shè)目前在計(jì)算地基中的應(yīng)力時(shí)，常假設(shè)土體為連續(xù)體、線彈性及均質(zhì)各向同性體。二、地基中的幾種應(yīng)力狀態(tài)1、三維（空間）應(yīng)力狀態(tài)zxy壓為正，拉為負(fù)，剪應(yīng)力以逆時(shí)針為正。

側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)zzxy地面§4.1概述2、二維（平面）應(yīng)力狀態(tài)3、側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)xz

平面應(yīng)力狀態(tài)三、土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)規(guī)定§4.2土體中的自重應(yīng)力第四章土體中應(yīng)力及有效應(yīng)力原理自重應(yīng)力——由于土體本身自重引起的應(yīng)力用來確定土體初始應(yīng)力狀態(tài)土體在自重作用下，在漫長的地質(zhì)歷史時(shí)期，已經(jīng)壓縮穩(wěn)定，因此，土的自重應(yīng)力不再引起土的變形但對于新沉積土層或近期人工充填土應(yīng)考慮自重應(yīng)力引起的變形一、豎向自重應(yīng)力天然地面11zzσcz

σcz=

z土體中任意深度處的豎向自重應(yīng)力等于單位面積上§4.2土體中的自重應(yīng)力土柱的有效重量二、成層土的自重應(yīng)力計(jì)算說明：1.地下水位以上土層采用天然重度，地下水位以下土層采用浮重度2.非均質(zhì)土中自重應(yīng)力沿深度呈折線分布天然地面h1h2h33

2

1

水位面1h1

1h1+2h2

1h1+2h2+3h3

§4.2土體中的自重應(yīng)力三、水平向自重應(yīng)力天然地面z靜止側(cè)壓力系數(shù)§4.2土體中的自重應(yīng)力若土體視為各向同性的彈性體x=y=0sx

=sy由廣義虎克定律y=1/E[y

-（

x

+z

）]=0

x=1/E[x

-（

y

+z

）]=0

§4.2土體中的自自重應(yīng)力x=y=/（1-）z=/（1-）H所以，側(cè)側(cè)壓力系系數(shù)K0=/（1-）K0和與土土的種類類、密度度有關(guān)，，可由試試驗(yàn)確定定，或查表3-1土的側(cè)膨膨脹系數(shù)數(shù)(泊松比)四、例題題分析【例】一地基由由多層土土組成，，地質(zhì)剖剖面如下下圖所示示，試計(jì)計(jì)算并繪繪制自重重應(yīng)力σcz沿深度的的分布圖圖§4.2土體中的的自重應(yīng)應(yīng)力57.0kPa80.1kPa103.1kPa150.1kPa194.1kPa【解答】§4.3基底壓力力面積壓力力第四章土土體體中應(yīng)力力及有效效應(yīng)力原原理基底壓力力——建筑物上上部結(jié)構(gòu)構(gòu)荷載和和基礎(chǔ)自自重通過過基礎(chǔ)傳遞遞給地基基，作用用于基礎(chǔ)礎(chǔ)底面?zhèn)鱾髦恋鼗膯挝晃籉（1）基底接接觸壓力力的產(chǎn)生生一、基底底壓力建筑物荷荷載基礎(chǔ)礎(chǔ)地地基上在在地基與與基礎(chǔ)的的接觸面上產(chǎn)生生的壓力力（地基基作用于基礎(chǔ)底底面的反反力）2、影響基基底壓力力的因素素§4.3基底壓力力基礎(chǔ)的形形狀、大大小、剛剛度，埋埋置深度度，基礎(chǔ)礎(chǔ)上作用用荷載的性性質(zhì)（中中心、偏偏心、傾傾斜等））及大小小、地基基土性質(zhì)二、基底底壓力的的分布規(guī)規(guī)律1、彈性地地基上的的柔性基基礎(chǔ)(EI=0)土壩(堤)、路基、、油罐等等薄板基基礎(chǔ)機(jī)場跑道道?？烧J(rèn)認(rèn)為土壩壩底部的的接觸壓力分布布與土壩壩的外形形輪廓相相同其大大小等于于各點(diǎn)以以上的土柱柱重量§4.3基底壓力力2、彈性地地基上的的剛性基基礎(chǔ)(EI=)砂土地基基：由于顆粒粒間無粘粘聚力基底壓力力呈拋物線分布粘土地基基：由于顆粒粒間有粘粘聚力基礎(chǔ)邊緣緣能承受受壓力，，荷載較較小時(shí)呈馬鞍形分布，隨隨著荷載載增加基底壓力力類似于于拋物線分布注：剛性基礎(chǔ)礎(chǔ)基底壓壓力的分分布形式式與作用用在它上上面的荷載分分布形式式不相一致致。1、中心荷荷載作用用下的基基底壓力力§4.3基底壓力力三、基底底壓力的的簡化計(jì)計(jì)算目前，在在地基計(jì)計(jì)算中，，允許采采用簡化化方法，，即假定定基底壓力按按直線分布布的材料力力學(xué)方法法。a.矩形基礎(chǔ)礎(chǔ)P—作用于基基礎(chǔ)底面面的豎直直荷載G—基礎(chǔ)及其其上回填填土的重重量G=GdBL,G為砼基礎(chǔ)礎(chǔ)及其上上回填土土的平均均容重G=20kN/m3B、L—矩形基底底的寬度度和長度度§4.3基底壓力力b.條形基礎(chǔ)礎(chǔ)P—為沿長度度方向1米內(nèi)的相相應(yīng)荷載載值kN/m在長度方方向取1米2、偏心荷載作作用下的基底底壓力F+G

eelbpmaxpmin作用于基礎(chǔ)底底面形心上的的力矩M=(F+G)?e基礎(chǔ)底面的抵抵抗矩；矩形形截面W=bl2/6討論：當(dāng)e<l/6時(shí)，pmax，pmin>0，基底壓力呈呈梯形分布當(dāng)e=l/6時(shí)，pmax>0，pmin=0，基底壓力呈呈三角形分布布當(dāng)e>l/6時(shí)，pmax>0，pmin<0，基底出現(xiàn)拉拉應(yīng)力，基底底壓力重分布布pmaxpmine<l/6pmaxpmin=0e=l/6e>l/6pmaxpmin<0pmaxpmin=0基底壓力重分布§4.3基底壓力基底壓力重分分布偏心荷載作用用在基底壓力力分布圖形的的形心上§4.3基底壓力對于條形基礎(chǔ)在長度方向取取1米即可基底附加壓力力——作用于地基表表面，由于建建造建筑四、基底附加加壓力FFd實(shí)際情況基底附加壓力力在數(shù)值上等等于基底壓力力扣除基底標(biāo)標(biāo)高處原有土土體的自重應(yīng)應(yīng)力§4.3基底壓力物而新增加的的壓力，即導(dǎo)導(dǎo)致地基中產(chǎn)產(chǎn)生附加應(yīng)力力的那部分基底壓壓力，又稱基基底凈壓力dpp00g-=基底壓力呈均均勻分布時(shí)基底附加壓力力自重應(yīng)力§4.3基底壓力基底壓力呈梯梯形分布時(shí)只有基底附加加應(yīng)力才能引引起地基的附附加應(yīng)力和變變形附加應(yīng)力——外荷載在地基基土體中作用用引起的應(yīng)力力§4.4地基中的附加加應(yīng)力計(jì)算基本假定定：地基土是連續(xù)續(xù)、均勻、各各向同性的半半無限完全彈彈性體不同地基中應(yīng)應(yīng)力分布各有有其特點(diǎn)平面問題（L/B≥10)空間問題（L/B<10)x,z的函數(shù)x,y,z的函數(shù)第四章土土體中應(yīng)力及及有效應(yīng)力原原理一、集中荷載載作用下的附附加應(yīng)力計(jì)算算xM(x,y,z)PoyxzyzrRM(x,y,0)q

附加應(yīng)力系數(shù)數(shù)§4.4地基中的附加加應(yīng)力1、豎直集中力力作用——布辛內(nèi)斯克解解義最大的是豎豎向法向應(yīng)力力z，只研究z布辛內(nèi)斯克根根據(jù)彈性理論論計(jì)算出地基基下某一點(diǎn)M的6個(gè)應(yīng)力分量和和三個(gè)位移分分量。由于對對地基沉降意意附加應(yīng)力分布布規(guī)律豎向向集集中中力力作作用用引引起起的的附附加加應(yīng)應(yīng)力力向向深深部部、、四四周周無無限限§4.4地基基中中的的附附加加應(yīng)應(yīng)力力距離離地地面面越越深深，，附附加加應(yīng)應(yīng)力力的的分分布布范范圍圍越越廣廣在集集中中力力作作用用線線上上附附加加應(yīng)應(yīng)力力最最大大，，向向兩兩側(cè)側(cè)逐逐漸漸減減小小同一一豎豎向向線線上上的的附附加加應(yīng)應(yīng)力力隨隨深深度度而而變變化化在集集中中力力作作用用線線上上，，當(dāng)當(dāng)z＝0時(shí)，，σz→→∞∞，隨隨著著深深度增增加加，，σz逐漸漸減減小小傳播播,在傳傳播播過過程程中中,應(yīng)力力強(qiáng)強(qiáng)度度不不斷斷降降低低（（應(yīng)應(yīng)力力擴(kuò)擴(kuò)散散））§4.4地基基中中的的附附加加應(yīng)應(yīng)力力附加加應(yīng)應(yīng)力力分分布布規(guī)規(guī)律律2、水水平平集集中中力力作作用用—西羅羅克克課課題題西羅羅克克彈彈性性理理論論解解該參參數(shù)數(shù)值值的的代代數(shù)數(shù)和和zPaPbab兩個(gè)個(gè)集集中中力力作作用用下下σz的疊疊加加§4.4地基基中中的的附附加加應(yīng)應(yīng)力力3、疊疊加加原原理理由幾幾個(gè)個(gè)外外力力共共同同作作用用時(shí)時(shí)所所引引起起的的某某一一參參數(shù)數(shù)（（內(nèi)內(nèi)力力應(yīng)力力或或位位移移）），，等等于于每每個(gè)個(gè)外外力力單單獨(dú)獨(dú)作作用用時(shí)時(shí)所所引引起起的的二、、矩矩形形基基礎(chǔ)礎(chǔ)地地基基中中的的附附加加應(yīng)應(yīng)力力計(jì)計(jì)算算§4.4地基基中中的的附附加加應(yīng)應(yīng)力力1、豎豎直直均均布布荷荷載載a.角點(diǎn)點(diǎn)下下應(yīng)應(yīng)力力集中中荷荷載載dP=dxdyp0M點(diǎn)處處dz為其中中:定積分矩形形基基礎(chǔ)礎(chǔ)角角點(diǎn)點(diǎn)下下的的豎豎向向附附加加應(yīng)應(yīng)力力系系數(shù)數(shù)§4.4地基基中中的的附附加加應(yīng)應(yīng)力力Kc=f(m,n),(注意意:B為荷荷載載面面的的短短邊邊寬寬度度)可從從表表3-2中查查得得。。IVIIIIIIoIIIIIIIVoMzp§4.4地基基中中的的附附加加應(yīng)應(yīng)力力b.任一一點(diǎn)點(diǎn)的的應(yīng)應(yīng)力力—角點(diǎn)點(diǎn)法法計(jì)算算點(diǎn)點(diǎn)在在基基底底內(nèi)內(nèi)部部計(jì)算算點(diǎn)點(diǎn)在在基基底底邊邊緣緣IIIooIIIIoIVoII計(jì)算點(diǎn)點(diǎn)在基基底邊邊緣外外§4.4地基中中的附附加應(yīng)應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)點(diǎn)在基基底角角點(diǎn)外外IooIIIIIIVo矩形基基礎(chǔ)角角點(diǎn)下下的豎豎向附附加應(yīng)應(yīng)力系系數(shù)均均為m,n的函數(shù)數(shù)§4.4地基中中的附附加應(yīng)應(yīng)力2、垂直直三角角形分分布荷荷載三角形形荷載載最大大強(qiáng)度度為pt任一微微面積積上的的荷載載強(qiáng)度度為dP在O點(diǎn)下任任意M處的dzz1=Kt1ptz2=Kt2pt注:求2點(diǎn)下的的應(yīng)力力時(shí)可可用豎豎向均均布荷荷載與與豎直直三角角形荷荷載疊疊加矩形基基礎(chǔ)角角點(diǎn)下下的豎豎向附附加應(yīng)應(yīng)力系系數(shù)，，均為為m,n的函數(shù)數(shù)§4.4地基中中的附附加應(yīng)應(yīng)力3、水平平均布布荷載載由西羅羅克課課題，，得矩矩形角角點(diǎn)下任意意深度度z處的附附加應(yīng)應(yīng)力zσz1是水平平荷載載矢量量起始始端角角點(diǎn)下下的附附加應(yīng)應(yīng)力值值σz2是水平平荷載載矢量量終止止端角角點(diǎn)下下的附附加應(yīng)應(yīng)力值值顯然在在基礎(chǔ)礎(chǔ)的b/2處,地基的的豎向向附加加應(yīng)力力應(yīng)為為0【例題分分析】有兩相相鄰基基礎(chǔ)A和B，其尺寸、、相對對位置置及基基底附附加壓力力分布布見右右圖，，若考考慮相鄰鄰荷載載的影影響，，試求求A基礎(chǔ)底底面中中心點(diǎn)點(diǎn)o下2m處的豎豎向附附加應(yīng)應(yīng)力§4.4地基中中的附附加應(yīng)應(yīng)力o點(diǎn)的附附加應(yīng)應(yīng)力應(yīng)應(yīng)該是是兩個(gè)個(gè)基礎(chǔ)礎(chǔ)共同同產(chǎn)生生的附附加應(yīng)力之之和，，根據(jù)據(jù)疊加加原理理可以以分別別進(jìn)行行計(jì)算算2m2m200kPaAo1m1m1m300kPa3m2mBA基礎(chǔ)引引起的的附加加應(yīng)力力σzA=4KcpAσzB=（Kc1-Kc2-Kc3+Kc4）pBB基礎(chǔ)引引起的的附加加應(yīng)力力§4.4地基中中的附附加應(yīng)應(yīng)力三、條條形基基礎(chǔ)地地基中中的附附加應(yīng)應(yīng)力計(jì)計(jì)算基礎(chǔ)底面長寬比l/b→∞條形基基礎(chǔ)基礎(chǔ)底面長寬比l/b≥5理想情情況實(shí)際情情況§4.4地基中的附附加應(yīng)力平面問題假假設(shè)：1、寬度B內(nèi)荷載沿長長度L不變2、縱軸方向向無位移3、變形發(fā)生生在橫截面面平面內(nèi)

——單位長度上的線荷載(kN/m)引起的應(yīng)力力為取微分段 為線布荷載，在地基內(nèi)M點(diǎn)沿寬度b積分得整個(gè)條形形荷載M點(diǎn)引起的附附加應(yīng)力1、均布荷載載情況§4.4地基中的附附加應(yīng)力pxzxzptxzxzbKsz,Ktz條形基底豎向附加應(yīng)力系數(shù),均為m,n的函數(shù)，其中m=x/b，n=z/b，可查表得到§4.4地基中的附附加應(yīng)力2、三角形荷荷載情況bMMzxzbphxyKhz條形基底豎豎向附加應(yīng)應(yīng)力系數(shù),為m,n的函數(shù)，其其中m=x/b，n=z/b，可查表得得到總結(jié)：對于條形基基礎(chǔ)地基附附加應(yīng)力計(jì)計(jì)算同樣可可以采用角角點(diǎn)法，利利用疊加原原理，進(jìn)行行計(jì)算，計(jì)計(jì)算中應(yīng)注注意不同分分布情況的的附加應(yīng)力力系數(shù)所對對應(yīng)的附加加應(yīng)力系數(shù)數(shù)表格不同同，查表計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)該該注意§4.4地基中的附附加應(yīng)力3、水平分布布荷載情況況M§4.4地基中的附附加應(yīng)力四、圓形面面積豎直均均布荷載作作用時(shí)中心心點(diǎn)下的附附加應(yīng)力計(jì)計(jì)算dp在M點(diǎn)引起的附附加應(yīng)力dz在整個(gè)圓面面積上積分分：Ko圓形基底豎豎向附加應(yīng)應(yīng)力系數(shù),為z/r的函數(shù)，可可查表得到到1.基底壓力計(jì)計(jì)算F=400kN/m0

＝18.5kN/m3M=20kN?m0.1m2m1.5m基礎(chǔ)及上覆覆土重G=GAd荷載偏心距距e=M/(F+G)條形基礎(chǔ)取取單位長度度計(jì)算319.7kPa140.3kPa【例】某條形地基基，如下圖圖所示。作作用荷載F=400kN/m，M=20kN??m，試求基礎(chǔ)礎(chǔ)中點(diǎn)下的的附加應(yīng)力力，并繪制制附加應(yīng)力力分布圖§4.4地基中的的附加應(yīng)應(yīng)力2.基底附加加壓力計(jì)計(jì)算1.5m292.0kPa112.6kPa0.1mF=400kN/mM=20kN?m2m0

＝18.5kN/m3基底標(biāo)高高以上天天然土層層的加權(quán)權(quán)平均重重度基礎(chǔ)埋置置深度§4.4地基中的的附加應(yīng)應(yīng)力3.基底中點(diǎn)點(diǎn)下附加加應(yīng)力計(jì)計(jì)算2mF=400kN/mM=20kN?m0.1m1.5m0

＝18.5kN/m3179.4kPa112.6kPa292.0kPa112.6kPa§4.4地基中的的附加應(yīng)應(yīng)力2mF=400kN/mM=20kN?m0.1m1.5m0

＝18.5kN/m3202.2kPa193.7kPa165.7kPa111.2kPa80.9kPa62.3kPa地基附加加應(yīng)力分分布曲線線1m1m2m2m2m§4.4地基中的的附加應(yīng)應(yīng)力在應(yīng)力關(guān)關(guān)系上的的重大區(qū)區(qū)別，是是使土力力學(xué)成為為一門獨(dú)獨(dú)§4.5有效應(yīng)力力原理第四章土土體體中應(yīng)力力及有效效應(yīng)力原原理土的有效效應(yīng)力原原理是土力學(xué)學(xué)理論中中最重要要的概念念之一無論是是研究土土的強(qiáng)度或變形，有效應(yīng)應(yīng)力的概概念是貫穿始終終的。由由于土是是一種三三相材料料，其性性質(zhì)與連連續(xù)固體材材料有著著顯著的的不同。。可以說說有效應(yīng)應(yīng)力原理理的提出和和應(yīng)用闡闡明了碎碎散顆粒粒材料與與連續(xù)固固體材料料立學(xué)科的的重要標(biāo)標(biāo)志?？紫端畨簤毫?、飽和土土中的兩兩種應(yīng)力力形態(tài)§4.5有效應(yīng)力力原理一、有效效應(yīng)力原原理的基基本概念念飽和土是是由固體體顆粒構(gòu)構(gòu)成的骨骨架和充充滿其間間的水組組成的兩相相體，受受外力后后由兩種種應(yīng)力形形式承擔(dān)擔(dān)粒間應(yīng)力力土骨架承承擔(dān)，由由顆粒之之間的接接觸面?zhèn)鱾鬟f孔隙水承承擔(dān)，由由連通的的孔隙水水來傳遞遞靜孔隙水水壓力超靜孔隙隙水壓力力a.靜孔隙水水壓力§4.5有效應(yīng)力力原理靜水條件件和穩(wěn)定定滲流條條件這兩兩種情況況都是水水位不隨隨時(shí)間發(fā)生生變化，，所以有有b.超靜孔隙隙水壓力力由外荷載載引起的的超靜孔孔隙水壓壓力隨隨隨時(shí)間發(fā)發(fā)生變化化所以有是隨機(jī)的的，故可可將其分分解為豎豎向和水水平向兩兩個(gè)分力力APsvaa§4.5有效應(yīng)力力原理二、有效效應(yīng)力原原理基本本公式推推導(dǎo)圖中橫截截面a-a，面積為為A孔隙被水水所充滿滿，由于于孔隙是連續(xù)續(xù)的，所所以孔隙隙水也是連續(xù)續(xù)的，并并且與地地下水自由連連通。當(dāng)當(dāng)上部作作用應(yīng)力力時(shí)，在在a-a截面上應(yīng)應(yīng)有孔隙水水壓力和和固體顆顆粒之間間的接觸觸應(yīng)力與與之平衡衡在顆粒接接觸點(diǎn)，，存在粒粒間力Ps，Ps的大小和和方向豎向分力力記為Psv由a-a面豎向平平衡條件件得：§4.5有效應(yīng)力力原理顆粒間點(diǎn)點(diǎn)接觸，，面積As0.03A，有Aw/A1而Psv/A代表全面面積A上的平均均豎向粒粒間應(yīng)力力，定義義為有效應(yīng)應(yīng)力，習(xí)習(xí)慣上用用/來表示適用條件件：（1）飽和土土（2）粘性土土上為飽和和土有效效應(yīng)力原理理的表達(dá)達(dá)式有效應(yīng)力力總應(yīng)力孔隙水應(yīng)力APsvaa:作用在土中任任意面上的總總應(yīng)力(自重應(yīng)力與附附加應(yīng)力)/:有效應(yīng)力,作用于同一平平面的土骨架架上，也稱粒間力u:作用于同一平平面的孔隙水水上，性質(zhì)與與普通靜水壓壓力相同§4.5有效應(yīng)力原理理三、有效應(yīng)力力原理要點(diǎn)1、飽和土太沙基首次將將有效應(yīng)力原理內(nèi)容容歸納為兩點(diǎn)點(diǎn):飽和土體內(nèi)任任一平面上受受到的總應(yīng)力力可分為有效應(yīng)力和孔隙水壓力兩兩部分,其間關(guān)系滿足足:土的變形（壓壓縮）與強(qiáng)度度的變化都取取決于有效應(yīng)力的變化§4.5有效應(yīng)力原理理孔隙水壓力本本身并不能使使土發(fā)生變形形和強(qiáng)度的變變化結(jié)論:總應(yīng)力保持持不變時(shí)，孔孔壓u發(fā)生變化將直直接引起有效應(yīng)力/發(fā)生變化，從從而使土的體體積和強(qiáng)度發(fā)發(fā)生變化水壓各向相等等，不會(huì)使土土顆粒發(fā)生移移動(dòng)，導(dǎo)致孔孔隙體積變化化水除了使土顆顆粒受到浮力力外，只能使使土顆粒本身身產(chǎn)生壓縮，，而固體顆粒粒的壓縮模量量E很大,本身的壓縮可可以忽略水不能承受剪剪力，因此，，孔隙水壓力力的變化也不不會(huì)引起土的的抗剪強(qiáng)度的的變化（有關(guān)關(guān)土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度將在第六六章闡述）海底z=wHH§4.5有效應(yīng)力原理理為幫助理解使使土顆粒受壓壓變密的并不不是作用于其其上的總應(yīng)力力這一概念，，考察海底的的一粒砂水深H=1000米，海底面砂砂上的總應(yīng)力力事實(shí)上，砂粒粒并未壓入海海底土層，因因?yàn)樯傲Ｉ蠈?shí)實(shí)際作用力為為重力與浮力力之間的差值值約0.9×10-5N毛細(xì)管中的負(fù)靜水壓力hcuc自由水面毛細(xì)水中張力分布土?？紫稓饪紫端甌T§4.5有效應(yīng)力原理理2、非飽和土非飽和土中既既有水也有空空氣孔隙壓力將由孔隙隙水壓力uw和孔隙氣壓力ua兩部分組成。。根據(jù)物理學(xué)學(xué)概念，在毛細(xì)細(xì)管周壁，水水膜與空空氣的分界處處存在著表面面張力T由于表面張力力使水受張拉拉作用，使ua>uw，兩者的差值（（ua-uw）就等于毛細(xì)水水壓力（2）當(dāng)=0，上式變?yōu)椤?.5有效應(yīng)力原理理設(shè)氣及水的接接觸面為aa、aw,忽略土粒間的的接觸面，則則代入有效應(yīng)力力公式畢肖甫等提出出用一個(gè)參數(shù)數(shù)來代替aw,即寫成討論：（1）當(dāng)=1，上式變?yōu)轱柡屯劣行?yīng)應(yīng)力原理表達(dá)達(dá)式干土有效應(yīng)力力原理表達(dá)式式已有專門的《非飽和土力學(xué)學(xué)》研究有關(guān)問題題§4.5有效應(yīng)力原理理近來的研究表表明：粉土飽飽和度在40~50%以上，粘土飽和度在85%以上，前式才才能使用對非飽和土的的研究可歸納納為三種途經(jīng)經(jīng)a.單應(yīng)力變量理理論:即把三個(gè)應(yīng)力力變量，折算算成單一的應(yīng)應(yīng)力變量理論論，也稱為有有效應(yīng)力理論論，如上述畢畢肖普公式即即屬此種理論論b.雙應(yīng)力變量理理論:它視外加應(yīng)力力和為兩個(gè)獨(dú)獨(dú)立的應(yīng)力變變量，建立非非飽和土的非非線性、彈塑塑性體模型c.視土骨架為損損傷力學(xué)模型型的應(yīng)力和含含水量雙變量量理論AH11sathH2地面1:土的濕容重；sat:土的飽和容重；H1:地下水位深度度；/：浮容重四、飽和土中中孔隙水壓力和和有效應(yīng)力的的計(jì)算§4.5有效應(yīng)力原理理1、自重應(yīng)力情況況a.靜水位條件下下A點(diǎn)的總應(yīng)力A點(diǎn)的孔隙水壓壓力A點(diǎn)處的有效應(yīng)應(yīng)力§4.5有效應(yīng)力原理理由此可見：/就是A點(diǎn)的自重應(yīng)力力，所以自重重應(yīng)力指有效應(yīng)力實(shí)例分析“城市抽取地下下水后使地面面下沉的原因因之一”設(shè)地下水位面面下降了Δh，A點(diǎn)總應(yīng)力為：：AH11sathH2地面A點(diǎn)孔隙水壓力力A點(diǎn)有效應(yīng)力應(yīng)力為負(fù)值，，即受拉，亦亦稱為毛細(xì)吸吸力§4.5有效應(yīng)力原理理水位下降前后后的有效應(yīng)力之差差水位下降后的的有效應(yīng)力增加加了，從而引引起土體壓縮縮,導(dǎo)致地面下沉沉。b.毛細(xì)水作用下下有效應(yīng)力問問題根據(jù)毛細(xì)水上上升的原理，，毛細(xì)水上升升區(qū)中的孔隙隙水的注意：B、C點(diǎn)孔隙水壓力力的計(jì)算§4.5有效應(yīng)力原理理B點(diǎn)上總應(yīng)力孔隙水壓力有效應(yīng)力B點(diǎn)下總應(yīng)力孔隙水壓力有效應(yīng)力C點(diǎn)總應(yīng)力孔隙水壓力有效應(yīng)力D點(diǎn)總應(yīng)力孔隙水壓力有效應(yīng)力A

hc

h31sat

h1BD毛細(xì)上升時(shí)土中有效應(yīng)力C§4.5有效應(yīng)力原原理A點(diǎn)總應(yīng)力孔隙水壓力力有效應(yīng)力(1)向下滲流時(shí)時(shí)c.滲流作用下下有效應(yīng)力力問題顯然，與靜靜水條件下下的/相比增加了了wh，導(dǎo)致土層層壓縮，故故稱滲流壓密，這是抽吸吸地下水引引起地面下下沉的又一一個(gè)原因。。HAsath當(dāng) /=0時(shí)，則土處處于懸浮狀狀態(tài)，也就就是第三章章中所說的的流土條件§4.5有效應(yīng)力原原理A點(diǎn)總應(yīng)力孔隙水壓力力有效應(yīng)力(2)向上滲流時(shí)時(shí)AsathH顯然，與靜靜水條件下下的/相比減少了了wh此即第三章章中流土的的臨界水力力坡降公式式以上討論的的靜水條件件和穩(wěn)定滲滲流條件兩兩種情況都都是水位不不隨時(shí)間發(fā)發(fā)生變化，，所以算出出的孔隙水壓力力u亦不隨時(shí)間間而變化，，通常稱之之為靜孔隙隙水壓力，，它區(qū)別于于下面將要要講到的在在外荷載引引起的超靜靜孔隙水壓壓力§4.5有效應(yīng)力原原理超靜孔隙水水壓力將會(huì)會(huì)隨時(shí)間的的增加而逐逐漸消散，，從而使使有有效效應(yīng)應(yīng)力力隨隨時(shí)時(shí)間間逐逐漸漸增增加加，，所所以以超超靜靜孔孔隙隙水水壓壓力和和有有效效應(yīng)應(yīng)力力都都是是時(shí)時(shí)間間的的函函數(shù)數(shù)u=f(t),/=g(t)§4.5有效效應(yīng)應(yīng)力力原原理理2、附加加應(yīng)應(yīng)力力情情況況—孔壓壓系系數(shù)數(shù)概概念念當(dāng)飽飽和和土土受受到到外外力力作作用用時(shí)時(shí)，，同同樣樣將將由由孔孔隙隙水水壓壓力力和和有效效應(yīng)應(yīng)力力所所平平衡衡由外外荷荷載載引引起起的的孔孔隙隙水水壓壓力力，，稱稱超靜靜孔孔隙隙水水壓壓力力孔壓壓系系數(shù)數(shù)———指土土體體在在不不排排水水和和不不排排氣氣的的條條件件下下，，由由外外荷荷載載引引起起的的孔孔隙隙水水壓壓力力與與應(yīng)應(yīng)力力增增量量（（用用總總應(yīng)應(yīng)力力表表示示））的的比比值值。?！?.5有效效應(yīng)應(yīng)力力原原理理a.側(cè)限限應(yīng)應(yīng)力力狀狀態(tài)態(tài)大面積均布荷載在地基中引起的z分布zh=K0ppzhz=p

z=p除了了前前面面講講的的自自重重應(yīng)應(yīng)力力屬屬于于側(cè)側(cè)限限應(yīng)應(yīng)力力狀狀態(tài)態(tài)外外，，如如果果地地面面上上作作用用有有大大面面積積荷荷載載，，而而土土層層厚厚度度又又相相對對較較薄薄時(shí)時(shí)在在土土層層中中引引起起的的附附加加應(yīng)應(yīng)力力z也屬屬于于側(cè)側(cè)限限應(yīng)應(yīng)力力狀狀態(tài)態(tài)力u和有有效效應(yīng)應(yīng)力力/有效效應(yīng)應(yīng)力力/的變變化化可可用用滲流流固固結(jié)結(jié)模模型型說說明明§4.5有效應(yīng)力力原理為了求出出這種荷荷載條件件下，土土層中各各點(diǎn)在任任意時(shí)刻刻t的孔隙水壓壓力u和有效應(yīng)應(yīng)力/，需要首首先知道道t=0時(shí)的初始孔隙隙水壓力力u0。知道了了u0以后即可可根據(jù)后后面第五五章所述的的一維滲滲流固結(jié)結(jié)理論求求出任意時(shí)刻刻的孔隙水壓壓飽和土層層的表面面作用一一均布荷荷載時(shí)，，孔隙水水壓力u和顯然，根根據(jù)平衡衡條件應(yīng)應(yīng)有：物理意義義是土的的孔隙水水壓力u與粒間有有效應(yīng)力力對外荷荷載的分分擔(dān)作用用物理實(shí)質(zhì)質(zhì)就是土土中兩種種不同應(yīng)應(yīng)力形態(tài)態(tài)的轉(zhuǎn)化化過程§4.5有效應(yīng)力力原理在加荷瞬瞬間加加荷荷后加加荷終終了以上過程程即為土土體的滲滲流固結(jié)結(jié)過程，，歸結(jié)為為：(1)整個(gè)滲流流固結(jié)過過程中,u=f(t),/=g(t),滲流固結(jié)結(jié)的水壓力應(yīng)應(yīng)是靜孔孔隙水壓壓力與超超靜孔隙隙水壓力力之和(2)飽和土層層中任意意時(shí)刻的的總孔隙水壓壓力應(yīng)是是靜孔隙隙(3)側(cè)限條件件下，t=0u0=，習(xí)慣