岩土给水度的应用解释（2）：有效应力

1、有效应力计算公式太沙基认为有效应力是能对土体产生可觉察的影响或使土体 的抗剪强度增加，也就是说当有额外荷载增加，总应力增加，当土骨架承载能力（有效应力）低于额外荷载增加后的土骨架应力时，土体将变形，变形稳定后有效应力增加，增加的有效应力应等于额外荷载的平均应力。有效应力增加后土体的抗剪强度也会增加。对于饱和土，当荷载增加、土体变形，土中水将被挤走，截面上的土颗粒面积增加，同时抗剪强度增加;对于非饱和土，当荷载增加、土体变形，土骨架将变得更加密实，截面上的土颗粒面积增加，同时抗剪强度增加。通过上述分析，笔者认为有效应力应该是截面上固体土颗粒所承受作用力在总截面上的平均应力。有效应力与承载能力成正比关系，有效应力越大，承载能力越大。当土体孔隙率为 0 时，有效应力最大，承载力也最大。
有效应力计算公式:
        σ′=(σ-μuw)(1-n)/(1-μ) 式中:σ′——有效应力 (土颗粒承受作用力在总截面上的平均应力)，kPa；σ——总截面上的竖直总应力，kPa；uw——孔隙水压 力，kPa；μ——给水度；n——孔隙率。 2、有效应力解释 这是土力学区别于其他力学的一个重要原理。土是三相体系，对饱和土来说，是二相体系。无论有无外荷载，土中应力都是被土骨架和土中的水气共同承担，作用在固体土颗粒上的力是有效力，有效力在总截面上的平均应力就是有效应力。作用在孔隙中水通道面积上的作用力是中和力，中和力在总截面上的平均应力就是中和应力。有效应力大小与总截面上固体土颗粒面积占总截面面积比值成正比，当总截面上全部是固体土颗粒时，土无可压缩空间，有效应力最大。岩土排水固结过程是中和应力向有效应力的转化过程，外荷载作用于岩土中，外荷载应力被有效应力和中和应力承担，有效应力低于外荷载应力，土体变形，水被挤走，中和应力减小，截面固体土颗粒面积增大，有效应力增大，当有效应力增大至外荷载应力时，土体才不会再变形。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍  按上式可知，当给水度μ=0，σ′=σ(1-n)，孔隙率越小，有效应大越大，这也是任何基础都要求提高密实度的原因，密实度越大，有效应力越大，即承载能力越强；当孔隙率等于给水度时， σ′=σ-μuw，随着给水度增加，有效应力减小，这也是饱和砂中砂越密实有效应力越大的原因；‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍