（西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)土木工程系，四川，樂山，614202）

【摘要】有效應(yīng)力原理在土力學(xué)中占有相當(dāng)重要的地位，它的提出使土力學(xué)逐漸發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科，貫穿著土力學(xué)的始終。它在邊坡穩(wěn)定性問題、支擋結(jié)構(gòu)的土壓力、軟土地基的處理、沙土的地震液化等問題上都有著廣泛的應(yīng)用，很好的解釋了這些問題。

【關(guān)鍵詞】有效應(yīng)力；孔隙水；應(yīng)用

1 關(guān)于有效應(yīng)力原理的概念

土體是非線性的彈塑性體，由固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三相組成，其中固體顆粒占有主要部分，他們形成了有孔隙的骨架結(jié)構(gòu)。骨架中含有孔隙水，孔隙水所承擔(dān)的壓力為孔隙水壓力，它是一種中性力。作用在骨架單位面積上的應(yīng)力為有效應(yīng)力，是一種面積力。土體重力，水壓力，外荷載作用力三者之和為總應(yīng)力。依據(jù)太沙基有效應(yīng)力原理，有效應(yīng)力為作用在飽和土體上的總應(yīng)力與孔隙水壓力之差。即：有效應(yīng)力=總應(yīng)力-孔隙水壓力。而土體的強(qiáng)度和土的變形主要取決于有效應(yīng)力，而并非總應(yīng)力，二者不能混淆。

2 有效應(yīng)力原理的應(yīng)用

2.1邊坡穩(wěn)定性問題

由于自然或人為因素的作用，破壞了原有的穩(wěn)定土坡的力學(xué)平衡時(shí)，土體將沿著某一滑面發(fā)生滑動，工程中的這一現(xiàn)象為滑坡。

邊坡穩(wěn)定性主要是由土的抗剪強(qiáng)度決定的。土的抗剪能力越強(qiáng)，邊坡就越穩(wěn)定?？辜魪?qiáng)度的指標(biāo)在用總應(yīng)力來表示時(shí)有三組，而在用有效應(yīng)力表示時(shí)只有一組。即土的抗剪強(qiáng)度與有效應(yīng)力一一對應(yīng)，所以邊坡穩(wěn)定性的強(qiáng)弱是由粘土地基中的有效應(yīng)力大小決定的。

在施工過程中，若不計(jì)水的排出，填土荷載全部由孔隙水壓力承擔(dān)，隨著深度的增加，超孔隙水壓力不斷增大，總應(yīng)力不斷增大，而剪力強(qiáng)度和有效應(yīng)力均保持不變。隨著時(shí)間的推移，超孔隙水壓力不斷消散，抗剪強(qiáng)度和有效應(yīng)力不斷增強(qiáng)。因此，邊坡穩(wěn)定性隨著時(shí)間的推移而逐步增大。所以對于邊坡穩(wěn)定性，要考慮到一段時(shí)間后邊坡的有效應(yīng)力增大時(shí)是否還能保持穩(wěn)定。必要時(shí)可以采取加固措施。常用的增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定措施有如下兩種方法：（1）減載加重。此方法從簡算的基本原理出發(fā)，減小下滑力和滑動力矩，增大抗滑力和抗滑力矩，從而提高土坡的穩(wěn)定性（2）增強(qiáng)排水措施。排水分兩部分，一是排除地下水，滑動土體內(nèi)的流動水產(chǎn)生下滑力，使含水層的土質(zhì)變差，甚至發(fā)生管涌現(xiàn)象。二是調(diào)節(jié)和排出地表水，防止水流對土坡的侵蝕和沖刷。

2.2支擋結(jié)構(gòu)的土壓力

擋土墻上的土壓力受到滲流作用的影響，從而產(chǎn)生滲透力。滲透力是體積力，可以和重度一起合成總的體積力，進(jìn)而影響土骨架的有效應(yīng)力。

如圖所示，支擋結(jié)構(gòu)左側(cè)土體的滲流方向向下，增大了土體的有效應(yīng)力，從而增大了導(dǎo)致結(jié)構(gòu)向右滑動的側(cè)向壓力。另一方面，支擋結(jié)構(gòu)物右側(cè)土體中滲流方向向上，減小了有

效應(yīng)力，從而減小了抵抗結(jié)構(gòu)物向右滑動的側(cè)向壓力。所以對 支擋結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生不利的影響。

3 對軟土地基的處理

軟土地基孔隙比大，含水量高，壓縮性高，強(qiáng)度低，滲透性差，在外荷載作用下，會產(chǎn)生很大的附加壓縮變形，所以往往需要處理，否則就會出現(xiàn)較大沉降，穩(wěn)定性差等問題。其主要是外荷載作用下地基中孔隙水壓力消散，有效應(yīng)力增長的過程。

對于軟土地基的處理目前最常用的是排水固結(jié)法。排水固結(jié)法由兩部分組成：排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)。排水系統(tǒng)的作用是增加孔隙水排水出路，縮短距離。加壓系統(tǒng)作用是使土的有效應(yīng)力增加而產(chǎn)生固結(jié)。二者緊密聯(lián)系，缺一不可。若只排水不加壓，則孔隙中的水沒有壓力差，沒有排水的動力，所以水不能正常排出。若只有加壓系統(tǒng)而沒有排水系統(tǒng)，則水沒有排出去的通道，水也不能正常排出，土的強(qiáng)度不能及時(shí)提高，加載不能順利完成。加固的原理是隨著超靜止孔隙水壓力的逐步消散，有效應(yīng)力逐步提高，地基抗剪強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。

4 沙土地震液化問題

沙土的地震液化問題是有效應(yīng)力原理的應(yīng)用。振動壓實(shí)的沙土層具有較高的抗震液化能力，砂土層的相對密實(shí)度越大，抗液化能力就越強(qiáng)。主要原因在于壓實(shí)的沙土層在震載的作用下具有顯著的剪脹趨勢，因此會產(chǎn)生負(fù)的孔隙水壓力，使沙土的有效應(yīng)力增大，抗剪強(qiáng)度增強(qiáng)。

另外對于大多數(shù)的潤滑問題也與有效應(yīng)力原理有關(guān)。如機(jī)器加油也是利用孔隙油壓，減少有效應(yīng)力和摩擦阻力來達(dá)到潤滑。

結(jié)語

有效應(yīng)力原理是土力學(xué)的核心知識，把土力學(xué)有機(jī)的結(jié)合起來。其應(yīng)用也較為廣泛，有利有弊，我們應(yīng)該正確看待有效應(yīng)力原理的應(yīng)用，掌握其原理加深對它的了解，對其產(chǎn)生的不利影響進(jìn)行積極的治理。提高自己的理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

參考文獻(xiàn)

[1]馬建林 土力學(xué) （第三版）[M] 北京中國鐵道出版社 2011

[2]邵龍?zhí)?土力學(xué)研究與探索 [M] 北京 科學(xué)出版社 2011

[3]陳希哲 土力學(xué)地基基礎(chǔ)[M] 北京 清華大學(xué)出版社 2004

[4]方玉書 土的有效應(yīng)力原理相關(guān)問題分析[J]巖土工程界 2009

[5]劉成宇 西南交通大學(xué)[M]北京 中國鐵道出版社 2009