谈一谈有效应力
揭秘有效应力的奥秘
当我们提及有效应力，脑海中浮现的可能就是这样的公式：
（平面上法向总应力 = 平面上有效法向应力 + 孔隙水压力）
乍看之下，这个公式似乎简单明了，反映了饱和土作为二相介质的基本力学原理。在外部荷载作用下，土体内部的应力传导主要由土骨架和孔隙水共同承担。其中，代表土骨架分担的法向应力，而则是孔隙水压力分担的部分。它们共同构成一个平衡的力学关系，就像一幅和谐的画面。
然而，这里我们需要澄清一个误区：应力并非简单的加减运算。力的平衡我们很熟悉，但应力平衡的概念并不通用。实际上，有效应力并非土骨架中某一点的应力，而是个虚拟的概念。李广信教授在其著作《岩土工程20讲-岩坛漫话》中这样定义：有效应力是土颗粒间接触点力的竖向分量，除以土体的总面积。这意味着，这个量远小于实际的颗粒间接触应力。
想象一下，就像力的平衡图解，在虚线截面中，法向外荷载等于土骨架传递的法向力和孔隙水传递的法向力之和。这里，是穿过孔隙水部分的截面面积。当我们将这些值除以总截面积时，便会得到公式（1）。但现实中的土颗粒并非整齐排列，大部分情况下，它们的分布是不规则的。
当我们试图通过截面穿过土颗粒自身来理解有效应力时，问题就出现了。沈扬教授等在《土力学原理十记》中提供了折面的概念，以区分土颗粒间接触与孔隙水的力。折面上，土颗粒间仅接触，孔隙水仅影响孔隙，这样可以确保有效应力计算的准确性。尽管土骨架中力的分布会随截面变化，但有效应力的原理经受住了考验。
土体的力学特性并非单纯由某一点的力决定，而是由无数力链交织而成。强力链支撑大部分荷载，弱力链则辅助稳定，形成一个错综复杂的力网。土的剪切破坏并非由单个颗粒承受力的大小决定，而是接触点力的破坏导致颗粒间相对位移。因此，有效应力虽影响抗剪强度，但并非唯一的决定因素。
最后，要明确的是，有效应力是一个理论上的概念，它反映了土骨架承担的法向应力，但并不是某个具体截面的应力值。它与土体的抗剪强度有着密切关系，但还需考虑其他因素如剪切方向力链、土颗粒特性、孔隙率等。因此，有效应力的大小并不能直接对应抗剪强度，两者之间的关系需要更深入的分析。
参考资料：
- 岩土工程20讲-岩坛漫话
- 土力学原理十记
- 颗粒物质力学导论
通过深入理解有效应力的原理，我们得以更好地揭示土体在工程中的行为，领略其复杂而微妙的力学特性。
相关问答：
#15129692653#：应力与应变概念?
解贡娟: 总的来说，应力和应变是材料力学的基石，它们帮助我们理解物体在受力下的行为，为我们设计和优化材料结构提供了科学依据。深入理解这两个概念，就如同握住了打开结构工程和材料科学宝库的钥匙。
