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有效应力原理

/principle of effective stress/
最后更新 2024-12-13
浏览 293
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K.太沙基于1925年提出的土力学的奠基性原理。

英文名称
principle of effective stress
所属学科
力学

该原理表述为:饱和土体中的总应力等于有效应力和孔隙压力之和,即:

土体的总应力要和所承受的荷载满足平衡方程,但是控制饱和土体变形和强度变化的不是土体承担的总应力,而是有效应力,即土骨架承受的应力。土力学的变形和强度理论就是基于这一理论而建立的,它是使土力学从一般力学中独立出来的基本性原理。

饱和土是两相介质,难于采用单相介质的总应力分析方法。太沙基引入了考虑液相影响的孔隙压力,并定义了有效应力作为控制固相,即土骨架变形与强度的变量。用有效应力替代连续介质力学中的应力变量,就可以用与单相连续介质力学中同样的方式建立适用于饱和土的变形和土的强度的关系。于是可得:

,

式中为土的应变;为抗剪强度;为土的平面剪切滑面上的有效压力。

效仿饱和土的上述有效应力的提法,A.W.毕晓普(1959)给出了非饱和土有效应力为:

,

式中为吸力;为气压、水压;为毕晓普系数,对于干土,,对于饱和土,

非饱和土有效应力的实质就是:把复杂的气-液两相流动与固体变形的三场耦合问题,通过引入有效应力,而转化为某种等效的单相介质,由此就可以用单变量的非饱和土有效应力建立相应于非饱和土的变形和强度方程。但仅用非饱和土有效应力去建立与之相应的变形和强度的函数关系,遇到了独立的场变量不够、水的干湿路径变化时得不到唯一的变形结果的问题。因此,有学者提出在非饱和土中采用净应力和吸力这两个变量的方法。

  • BISHOP A W.The principle of effective stress.Teknisk Ukeblad,1959,106(39):113-143.

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