岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (S1): 127-144.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1708

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

土中有效应力概念的起源与发展

曾立峰1, 2,邵龙潭1, 2,郭晓霞1, 2   

  1. 1. 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁 大连 116024;2. 大连理工大学 工程力学系,辽宁 大连 116024
  • 收稿日期:2021-10-11 修回日期:2022-03-07 出版日期:2022-06-30 发布日期:2022-07-13
  • 通讯作者: 邵龙潭,男,1963年生,博士,教授,博士生导师,主要从事土和孔隙介质力学基本理论研究、土工结构稳定分析、土工试验测试技术与仪器研发等方面的教学和科研工作。E-mail: shaolt@dlut.edu.cn E-mail:zenglifeng34@163.com
  • 作者简介:曾立峰,男,1986年生,博士研究生,主要从事非饱和土力学方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目(No.52079018,No.51479023)。

Origin and development of the concept of effective stress for soils

ZENG Li-feng1, 2, SHAO Long-tan1, 2, GUO Xiao-xia1, 2   

  1. 1. State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China; 2. Department of Engineering Mechanics, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China
  • Received:2021-10-11 Revised:2022-03-07 Online:2022-06-30 Published:2022-07-13
  • Supported by:
    This work was supported by the General Program of National Natural Science Foundation of China(52079018, 51479023).

摘要: Terzaghi于1922年提出的有效应力概念是土力学的基石性概念,其历史迄今已有百年。值此百年之际,有必要对有效应力的概念起源、物理意义、方程形式及其力学作用进行总结和分析。可知饱和土Terzaghi有效应力方程已得到了广泛的认同,而非饱和土Bishop型有效应力方程的具体形式尚未统一。有效应力方程中应力变量的物理意义仍未形成共识。通过进一步的分析,认为存在于土骨架上的应力可以分为3类,第1类是由总应力引起的沿土骨架传递的应力,即有效应力;第2类是由孔隙流体压强引起的作用在土颗粒横截面上和土颗粒间接触面上的应力,它们不沿土骨架传递;第3类是由范德华引力、双电层斥力、收缩膜表面张力(对非饱和土而言)和胶结物作用引起的颗粒间局部应力,它们也不沿土骨架传递。因此,这3类应力对土体抗剪强度和体变的贡献应分别考虑。

关键词: 有效应力, 饱和土, 非饱和土, 中性应力, 抗剪强度

Abstract: The concept of effective stress proposed by Terzaghi in 1922 is a cornerstone concept in soil mechanics, and its history has been a hundred years so far. On the occasion of the centenary of the birth of effective stress, it is worth summarizing and analyzing the origin, the physical meaning, the expression, and the mechanical effect of effective stress. The summary and analysis show that Terzaghi’s effective stress equation for saturated soil has been widely recognized, whereas the specific expressions for the Bishop-type effective stress equation for unsaturated soil have not been unified. The physical meanings of the stress variables in the effective stress equations for saturated and unsaturated soils have still been explained by different ways. Through further analysis, we find that the stresses existing on the soil skeleton can be divided into three types: the first one is the stress transmitted through the soil skeleton caused by the total stress, i.e., the effective stress; the second one is the stresses acting on the cross-section of soil particles and on the contact between soil particles induced by the pore fluid pressure, which are not transmitted through the soil skeleton; and the third one is the local stresses acting on the contact between soil particles induced by the van der Waals forces, diffuse double-layer forces, surface tension of water, and cementation forces, which are also not transmitted through the soil skeleton. Therefore, the contributions of these three types of stresses to the shear strength and volumetric strain of soils should be separately quantified.

Key words: effective stress, saturated soil, unsaturated soil, neutral stress, shear strength

中图分类号: 

  • TU43
[1] 刘宽, 叶万军, 高海军, 董琪, . 酸碱污染黄土抗剪强度演化规律及微观机制[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 1-12.
[2] 汤华, 严松, 杨兴洪, 吴振君, . 差异含水率下全风化混合花岗岩抗剪强度 与微观结构试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 55-66.
[3] 秦爱芳, 孟红苹, 江良华. 电渗−堆载作用下非饱和土轴对称固结特性分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 97-106.
[4] 李丽华, 方亚男, 肖衡林, 李文涛, 曹毓, 徐可, . 赤泥复合物固化/稳定化镉污染土特性研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 193-202.
[5] 汪磊, 张立婷, 沈思东, 徐永福, 夏小和. 分段循环荷载作用下非饱和土轴对称固结特性研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 203-212.
[6] 翟张辉, 张亚国, 李同录, 肖书雄, . 考虑边界效应的非饱和土圆柱孔扩张问题解析[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 301-311.
[7] 郑威威, 洪义, 王立忠, . 含气软黏土的不排水抗剪强度计算模型[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2233-2240.
[8] 田虎楠, 唐巨鹏, 潘一山, 余泓浩, . 平均有效应力对煤系页岩瓦斯微观吸附−解吸 特性影响试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(7): 1803-1815.
[9] 王智超, 罗磊, 田英辉, 张春会, . 非饱和压实土率敏性及蠕变时效特征试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(7): 1816-1824.
[10] 王海曼, 倪万魁, 刘魁, . 延安压实黄土土−水特征曲线的快速预测方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(7): 1845-1853.
[11] 高游, 李泽, 孙德安, 于海浩, 陈波, . 考虑初始孔隙比影响的单/双峰土−水特征曲线 模型研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(6): 1441-1452.
[12] 仉文岗, 顾鑫, 刘汉龙, 张青, 王林, 王鲁琦, . 基于贝叶斯更新的非饱和土坡参数概率 反演及变形预测[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 1112-1122.
[13] 舒进辉, 马强, 周凤玺, 李强, . 非饱和土地基中P1波通过波阻板的传播特性研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 1135-1146.
[14] 李敏, 于禾苗, 杜红普, 曹保宇, 柴寿喜, . 冻融循环对二灰和改性聚乙烯醇 固化盐渍土力学性能的影响[J]. 岩土力学, 2022, 43(2): 489-498.
[15] 朱悦璐, 陈磊, . 基于最小作用原理的Richards方程变分解[J]. 岩土力学, 2022, 43(1): 119-126.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .