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土体有效应力

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所属类别:土力学

基本信息

中文名称:土体有效应力
外文名称:

土体内由土骨架(土粒)承担或传递的应力,又称粒间应力,土体有效应力为土单位面积上所有粒间力的法向分力之和。有效应力无法按定义直接计算或实测。对于饱和土,可根据K.太沙基于1925年提出的有效应力原理计算。该原理确定了土体内任一平面上的总应力、有效应力和孔隙水压力三者之间的关系,即

式中,σ′为有效应力;σ为总应力;u为孔隙水压力。当总应力不变,有效应力和孔隙水压力可相互转化。总应力和孔隙水压力通常可计算或实测。

非饱和土的孔隙中存在着气和水,由于水、气界面上表面张力的作用,孔隙水压力(uw)和孔隙气压力(ua)是不相等的,且ua>uw。1959年,A.W.毕肖普为把上述适用于饱和土的有效应力原理引申到非饱和土,把式(1)改写为

式中,u为孔隙压力;χ为由试验测定的参数,主要取决于土的饱和度,但在强度和体变问题中,相同的饱和度,χ值未必相等。对于饱和土χ=1,式(2)简化成为式(1);对于干土,χ=0,σ′=σ-ua

D.G.弗雷德伦德在处理非饱和土的强度问题时,为避开测定χ值中的不定性,把有效应力分为由外荷引起的有效应力(σ-ua)和内部有效应力(ua-uw),它们分别影响强度中的摩擦力分量和黏聚力分量(参见土的强度)。

土体的体积变化和强度取决于有效应力变化,而与总应力变化和孔隙水压力变化无关。有效应力增加,土体压密,强度增加。因此,缩短渗径,加快孔隙水压力消散的排水固结法成为软基处理的常用方法。

  
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