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用土力学的新概念揭开非饱和土力学之谜蒙理明【摘要】该文用土力学的新概念解答了有效应力、吸力、经典凝聚力、抗剪强度、土的压缩变形及固结等等问题。
在抗剪极限状态，颗粒接触点、结合水膜和表面张力收缩膜的对应项是有效应力。
在绝对压强下，再没有负的土中自由水压力之说。
非饱和土的吸力有4项，包括颗粒摩擦或咬合、结合水膜、表面张力收缩膜、水气不抵大气压强抗拉强度。
经典凝聚力等价于初始抗剪强度，有2项，包括真凝聚力和初始摩擦抗剪强度。
天然非饱和土的抗剪强度有4项，包括膜、水气不抵大气压强自重应力、土自重应力、附加重力的抗剪强度贡献。
应该用总应力模式分析土的压缩变形及固结，非饱和土的本构关系应该是总应力、水分与总应变的关系。
%This paper answers effective stress,suction and the classic cohesion,shear strength,compressive de-formation and consolidation of soil,and so on with new concept of soil mechanics.In shear limitstate,corresponding item of the particle contact point,combined water film and the surface tension contraction film is the effective stress. Under the absolute pressure,and there is no free water in the soil of negative pressure.The unsaturated soil suction has four,including particle friction or occlusion,combined water film,surface tension contraction film,water and gas do not cover the atmospheric pressure tensile strength.Classic cohesion is equivalent to the initial shear strength,there are 2items,Including true cohesion and initial friction shear strength.Natural unsaturated soil shear strength has 4 i-tems,Including film,water and gasdo not cover the atmospheric pressure gravity stress,earth gravitystress,addi-tional gravity to the shear strength.The total stress pattern should be used to analysis compression deformation and consolidation of soil.And unsaturated soil constitutive relation should be the relationship among total stress,moisture and total strain.【期刊名称】《建材世界》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】7页(P64-69,74)【关键词】吸力之谜;结合水膜;表面张力收缩膜;真凝聚力;初始摩擦抗剪强度;总应力模式【作者】蒙理明【作者单位】海南城安和兴房屋安全鉴定有限公司，海口 570203【正文语种】中文赵成刚等[1]指出,近些年非饱和土力学的研究非常活跃,但对一些基本问题的认识并不一致,有时甚至概念混淆。
土力学有效应力路径概述及解释说明1. 引言1.1 概述土力学有效应力路径是指土体在外部作用下，内部各个点的应力状态随时间变化的轨迹。
在地质工程领域中，了解土力学有效应力路径对于土体行为和稳定性的评估和预测具有重要意义。
随着土力学研究的深入和应用需求的增加，对有效应力路径的研究也日趋重要。
本文将对土力学有效应力路径进行概述及解释说明。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，即引言、土力学有效应力路径、解释说明有效应力路径的变化规律与机制、应力路径测试方法和实验研究进展以及结论。
引言部分对本文的主要内容进行概括，并介绍了本文的结构安排。
1.3 目的本文旨在全面介绍土力学有效应力路径及其相关内容，并探讨其变化规律与机制。
同时，将会总结常用的应力路径测试方法和相关实验研究进展，并提出未来发展方向建议。
通过这些内容，可以帮助读者更好地理解土壤行为与稳定性问题，并促进该领域研究工作的进展。
2. 土力学有效应力路径2.1 定义与背景土力学有效应力路径是指材料中在外部加载作用下的应力变动过程所遵循的路径。
在土工工程领域中，研究土壤中应力变化规律对于预测土壤变形和强度具有重要意义。
2.2 有效应力路径的重要性有效应力路径是土壤中发生变形、破坏和剪切行为的关键参数之一。
通过了解土壤在加载过程中应力状态的变化，可以更好地理解其变形和强度特性。
有效应力路径可以帮助工程师设计合适的基础结构和地下工程，并评估它们的安全性。
2.3 影响因素及其解释说明多种因素会影响土壤中的有效应力路径。
首先是荷载施加速率，快速施加荷载会导致不同的应力传递机制，从而改变有效应力路径。
其次是孔隙水压，水分状态对土壤内部颗粒之间接触及摩擦特性产生影响。
此外，颗粒骨架结构也直接决定了应力传递机制以及有效应力路径。
需要进一步解释的是，荷载历史和路径也是影响有效应力路径的重要因素。
如果土壤在先前的加载过程中受到多次加载和卸载循环的作用，其强度和变形特性将会发生不同。
浅谈有效应力原理的应用（西南交通大学峨眉校区土木工程系，四川，乐山，614202）有效应力原理在土力学中占有相当重要的地位，它的提出使土力学逐渐发展成为一门独立的学科，贯穿着土力学的始终。
它在边坡稳定性问题、支挡结构的土压力、软土地基的处理、沙土的地震液化等问题上都有着广泛的应用，很好的解释了这些问题。
标签：有效应力；孔隙水；应用1 关于有效应力原理的概念土体是非线性的弹塑性体，由固态、液态、气态三相组成，其中固体颗粒占有主要部分，他们形成了有孔隙的骨架结构。
骨架中含有孔隙水，孔隙水所承担的压力为孔隙水压力，它是一种中性力。
作用在骨架单位面积上的应力为有效应力，是一种面积力。
土体重力，水压力，外荷载作用力三者之和为总应力。
依据太沙基有效应力原理，有效应力为作用在饱和土体上的总应力与孔隙水压力之差。
即：有效应力=总应力-孔隙水压力。
而土体的强度和土的变形主要取决于有效应力，而并非总应力，二者不能混淆。
2 有效应力原理的应用2.1边坡稳定性问题由于自然或人为因素的作用，破坏了原有的稳定土坡的力学平衡时，土体将沿着某一滑面发生滑动，工程中的这一现象为滑坡。
边坡稳定性主要是由土的抗剪强度决定的。
土的抗剪能力越强，边坡就越稳定。
抗剪强度的指标在用总应力来表示时有三组，而在用有效应力表示时只有一组。
即土的抗剪强度与有效应力一一对应，所以边坡稳定性的强弱是由粘土地基中的有效应力大小决定的。
在施工过程中，若不计水的排出，填土荷载全部由孔隙水压力承担，随着深度的增加，超孔隙水压力不断增大，总应力不断增大，而剪力强度和有效应力均保持不变。
随着时间的推移，超孔隙水压力不断消散，抗剪强度和有效应力不断增强。
因此，边坡稳定性随着时间的推移而逐步增大。
所以对于边坡稳定性，要考虑到一段时间后边坡的有效应力增大时是否还能保持稳定。
必要时可以采取加固措施。
常用的增强边坡稳定措施有如下两种方法：（1）减载加重。
此方法从简算的基本原理出发，减小下滑力和滑动力矩，增大抗滑力和抗滑力矩，从而提高土坡的稳定性（2）增强排水措施。
第32卷第12期 岩 土 力 学 V ol.32 No.12 2011年12月 Rock and Soil Mechanics Dec. 2011收稿日期：2010-12-13基金项目：国家重点基础研究发展计划（973）资助项目（No. 2010CB732100）；国家自然科学基金资助项目（No. 51078019）；北京市自然科学基金资助项目（No. 8112024）。
第一作者简介：赵成刚，男，1955年生，博士，教授，主要从事理性土力学、非饱和土力学及多场耦合理论等方面的研究工作。
E-mail: cgzhao@文章编号：1000－7598 (2011) 12－3521－20土力学理论的发展和面临的挑战赵成刚1，韦昌富2，蔡国庆1（1.北京交通大学 土木建筑工程学院 岩土工程系，北京 100044;2.中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071）摘 要：随着社会经济的不断发展，土力学所要分析和处理问题的范围越来越广，问题本身也越来越深入和复杂。
这些问题主要是由于土与环境的相互作用而产生的。
为了分析和处理这些问题，经典土力学需要拓宽和深入发展，它应该包含一些新的现象和新的变量以及相应的新理论。
论述了土力学所面临的三大挑战，即①没有严格、统一和完备的土力学理论；②对更具一般意义的非饱和土的行为的研究不够充分，现有的认识也不完善；③没有在多种环境作用下土的统一和完备的多场耦合理论。
还论及了其他一些超出经典土力学范围的问题。
关 键 词：经典土力学理论的局限性；非饱和土力学；土体多场耦合理论 中图分类号：TU 41 文献标识码：ADevelopment and challenge for soil mechanicsZHAO Cheng-gang 1, WEI Chang-fu 2, CAI Guo-qing 1(1. Department of Geotechnical Engineering, School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2. State Key Laboratory ofGeomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China)Abstract: With the development of society and economy, the range of the engineering problems that soil mechanics has to deal with is increasing; and these problems also become more and more complicated due to the interaction between soils and environments. In order to deal with these problems, the classical soil mechanics is required to be generalized and developed in depth and scope to incorporate the effects of new phenomena and new variables on soil behaviours. Based on a historical review of the development of soil mechanics, it is suggested that the classical soil mechanics faces three challenges: (1) lack of a unified, rational and theoretical framework of soil mechanics; (2) the knowledge and understanding of unsaturated soil behaviours is insufficient; (3) lack of a unified, rational and theoretical framework for multifield coupling problems of soils under multiple environmental actions. Finally, some problems beyond the scope of the classical soil mechanics are discussed.Key words: limits of classical soil mechanics; unsaturated soil mechanics; multifield coupling theory for soils1 引 言土力学理论经过近一个世纪的发展，已经取得了巨大的进步。
土力学中的有效应力原理有效应力原理是土力学中的重要概念，它是基于有效应力理论的基础，用于描述土体内部颗粒之间的力学状态。
在土力学中，土体的有效应力是指影响土体体积变形和强度特性的部分应力。
有效应力原理的应用可以帮助工程师合理地设计和分析土体的力学性质，从而确保工程的安全可靠。
有效应力原理的基本假设是：土体中的颗粒间存在一定的摩擦力，这种摩擦力会影响土体的力学性质。
在土体受到外部载荷作用时，颗粒之间的摩擦力会使土体内部的颗粒产生相互作用，从而形成一种分布不均匀的应力状态。
有效应力原理认为，只有这种分布不均匀的应力才能真正影响土体的体积变形和强度特性，而与之无关的应力则不会对土体产生影响。
在实际工程中，为了计算和分析土体的力学性质，我们需要确定土体的有效应力。
有效应力的计算是基于有效应力原理进行的。
根据有效应力原理，土体的有效应力等于总应力减去孔隙水压力。
孔隙水压力是指土体中水分所产生的压力，它与土体的饱和度和孔隙水的压力有关。
有效应力原理的应用非常广泛，例如在地基工程中，我们需要考虑土体的有效应力来确定地基的稳定性和承载力。
在岩土工程中，我们需要了解土体的有效应力来评估边坡的稳定性和地下水的渗流规律。
在土石坝工程中，我们需要计算土体的有效应力来评估坝体的变形和破坏机理。
有效应力原理的应用需要考虑土体的物理性质、力学性质以及水分状况等因素。
不同的土体类型和工程环境下的土体特性会对有效应力产生不同的影响。
因此，在实际工程中，我们需要根据具体情况选择合适的方法和模型来计算和分析土体的有效应力。
有效应力原理是土力学中的重要概念，它描述了土体内部颗粒之间的力学状态。
有效应力原理的应用可以帮助工程师合理地设计和分析土体的力学性质，确保工程的安全可靠。
在实际工程中，我们需要根据具体情况选择合适的方法和模型来计算和分析土体的有效应力，以确保工程的顺利进行。
有效应力原理的掌握对于土木工程专业的学生和从事相关工作的工程师来说是非常重要的。
有效应力原理的工程应用1. 什么是有效应力原理？有效应力原理是土力学中的一个重要理论。
它揭示了在土壤中的颗粒间存在着各种应力状态，但只有其中的几个应力对土体的强度和变形起主导作用。
有效应力是指在土壤中引起变形和破坏的应力，它是与土体的强度参数相关的应力。
2. 有效应力原理在工程中的应用2.1 基础设计在基础设计中，有效应力原理被广泛应用。
土壤的承载力与有效应力相关，有效应力越大，土壤承载力越高。
因此，在基础设计中，需要计算土壤的有效应力，以确保基础的稳定性和安全性。
2.2 地下水渗流有效应力原理也被应用在地下水渗流的研究中。
在土壤中存在着孔隙水和孔隙气体，它们对土体的力学性质产生影响。
有效应力原理可以帮助工程师计算地下水的渗流速率，以及对周围土体的稳定性的影响。
2.3 岩土工程在岩土工程中，有效应力原理是进行土体力学分析和设计的基础。
通过计算土体的有效应力，可以预测土体的强度、变形和破坏行为。
这对于土体工程的合理设计和施工具有重要意义。
2.4 断裂力学有效应力原理在断裂力学中也起到关键作用。
土体的破坏行为与有效应力密切相关，有效应力的大小决定了土体破坏的位置和方式。
因此，在断裂力学的研究中，需要考虑土体的有效应力状态。
3. 如何计算有效应力计算土壤的有效应力需要了解土壤的饱和度和孔隙水压力。
根据有效应力原理，土壤的有效应力可以通过下面的公式计算：σ' = σ - u其中，σ'表示有效应力，σ表示总应力，u表示孔隙水压力。
通过测量土壤的饱和度和孔隙水压力，可以确定土体的有效应力状态。
4. 注意事项在使用有效应力原理进行工程计算和设计时，需要注意以下几点：•考虑土体的饱和度和孔隙水压力•考虑土体的孔隙结构和孔隙比•考虑土体的粒径和颗粒形状•考虑土体的应力历程和加载路径5. 总结有效应力原理是土力学中的重要理论，对于工程应用具有重要意义。
在基础设计、地下水渗流、岩土工程和断裂力学等方面都需要考虑土壤的有效应力状态。
土力学中的有效应力特性研究近年来，土力学研究领域中，有效应力是一个备受关注的热点问题。
有效应力在固结过程、压实过程、土体力学性质以及水土环境问题中都能够发挥重要的作用。
本文将从有效应力的定义、计算方法、影响因素及其在土体力学中的应用等方面进行论述，探讨有效应力特性研究的意义和作用。
一、有效应力的定义有效应力，也称为真实应力，是指在土体中实际发挥作用的应力。
它是指土体内部各处单位面积连接处的压力差异，是由有效应力引起的力。
有效应力的大小取决于土体内部的压力分布情况，也称为有效压力或剪切压力。
与之相对应，无效应力又称为假应力，指的是由于孔隙水压力差引起的作用力。
二、有效应力的计算方法1. 首先，我们需要计算出总应力σ。
总应力是指作用于土体上的压力，它由矢量加法原理得出：σ = σv + σh。
其中，σv是垂直于土体表面的自身重力应力，σh是应用于土体表面的外部扰动引起的水平应力。
2. 其次，需要计算出孔隙水压力u。
孔隙水压力是指土体内部水分的压力差，是土壤水分状态和含水量的变化直接表现。
通常情况下，孔隙水压力的大小与地下水水位高低有关。
3. 最后，有效应力σ'可以通过总应力σ和孔隙水压力u的差值计算得出：σ' = σ - u。
三、有效应力的影响因素1. 固结和压实过程中的缓慢变形会使土体中的孔隙水随时间而逐渐排出，使得有效应力随之增加。
2. 由于土体中的孔隙水压力往往随着深度的增加而增大，因此有效应力的大小也会随着深度的增大而增加。
3. 土体中颗粒口径的大小、形状和混合程度等因素也会对有效应力产生影响。
4. 地下水的变化、地震的发生等自然因素也会导致有效应力的变化。
四、有效应力在土体力学中的应用在土体力学研究中，有效应力是一项重要的参数，常常直接影响到研究结果的准确性和可靠性。
下面列举几个例子，说明有效应力在土体力学研究中的应用。
1. 孔隙水压力和有效应力是描述地基承载性能的两个重要参数。
第27卷第8期 岩 土 力 学 V ol.27 No.8 2006年8月 Rock and Soil Mechanics Aug. 2006收稿日期：2005-04-21 修改稿收到日期：2005-05-08基金项目：北京交通大学研究生教育专项基金资助项目（No. 47016）。
作者简介：赵成刚，男，1955年生，博士，教授，博导，主要从事岩土工程与地震工程的教学与研究。
E-mil: cgzhao@文章编号：1000－7598－(2006) 08―1361―04土力学的现状及其数值分析方法中某些问题的讨论赵成刚(北京交通大学 土木建筑工程学院，北京 100044)摘 要：概括性地论述了土力学目前的状况，指出土力学仍然处于半理论、半经验的发展水平。
论述了土力学数值分析方法在工程应用中存在的问题，并对如何正确地使用土力学的数值分析方法和改变土力学数值分析在工程应用中的不利状况进行了讨论。
另外，就如何改善这种状况提出了一些措施。
从这些讨论可以得到以下结论，土力学还处于发展的初期阶段，随着土力学的理论及其数值分析方法的不断发展，以及其使用经验的不断积累，计算土力学在工程实践中将会得到越来越多的应用，它必将成为岩土工程分析中的有力工具。
关 键 词：土力学的现状；岩土数值分析方法；工程应用 中图分类号：TU 43；O 241 文献标识码：ADiscussion on state-of-art of soil mechanics and some problems with applications of numerical method to geotechnical engineeringZHAO Cheng-gang(School of Civil Engineering and Architecture, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)Abstract: The state-of-art of soil mechanics is briefly discussed; and it is shown that the soil mechanics is still built on the semi-theoretical and semi-empirical foundation. Then some problems with numerical method applications to geotechnical engineering are presented; and how to apply numerical methods to practice is discussed; finally, some measures to deal with the problems are given. From above discussions, some conclusions can be drawn as follows: that soil mechanics is in the infancy of state, and with the development of it and the accumulation of experience on applying soil mechanics and numerical method to practice; numerical methods in geotechnique will be applied to practice more and more; and it will become a powerful tool to deal with geotechnical problems.Key words: soil mechanics; numerical methods in geotechnique; engineering applications1 土力学的发展状况土力学是岩土工程的理论基础。
土力学课后习题答案赵成刚土力学是土木工程中的一门重要学科，主要研究土壤的力学性质和行为。
学习土力学，不仅需要理解其基本概念和理论，还需要通过习题来巩固和应用所学知识。
本文将针对土力学课后习题中的一些问题进行解答，并探讨其中的一些思路和方法。
第一题：已知一段土壤的孔隙比为0.4，饱和度为60%，求其有效应力和孔隙水压力。
解答：首先，我们需要明确有效应力和孔隙水压力的概念。
有效应力是指土壤颗粒间实际承受的力，即总应力减去孔隙水压力。
孔隙水压力是指土壤中的水所施加的压力。
根据给定信息，我们可以计算出总应力。
总应力等于有效应力加上孔隙水压力。
由于饱和度为60%，即孔隙水饱和，所以孔隙水压力等于孔隙水的单位重力乘以土壤的深度。
假设土壤的深度为h，则孔隙水压力为0.6×γw×h，其中γw为水的单位重力。
根据孔隙比的定义，孔隙比等于孔隙体积与固体体积的比值。
孔隙体积等于饱和度乘以总体积，固体体积等于总体积减去孔隙体积。
所以我们可以得到以下等式：0.4 = 0.6/(1-0.6)解得总体积为V = 0.6/0.4 = 1.5根据有效应力的定义，有效应力等于总应力减去孔隙水压力。
所以有效应力为σ' = σ - u = γd×h - 0.6×γw×h其中γd为土壤的单位重力，h为土壤的深度。
将已知数据代入计算，即可得到有效应力。
第二题：已知一个土体的塑性指数为20，含水量为30%，求其液性指数和塑限。
解答：塑性指数是衡量土壤塑性程度的一个指标，它等于塑性限与液性限之差。
液性指数是衡量土壤液性程度的一个指标，它等于液性限与塑限之差。
根据已知信息，我们可以计算出塑性限。
由于含水量为30%，即土壤中含有30%的水分，所以塑性限等于含水量的百分数乘以土壤的干重。
假设土壤的干重为Wd，则塑性限为0.3×Wd。
根据塑性指数的定义，塑性指数等于塑性限减去液性限。
土的有效应力原理土的有效应力是土体中颗粒间的相互作用所产生的一种应力状态，它对土体的力学性质和变形特性具有重要影响。
有效应力原理是土力学中的基本原理之一，对于土体的稳定性、变形特性和力学性质具有重要的指导意义。
本文将从土的有效应力原理的定义、计算公式、影响因素和工程应用等方面进行探讨。
首先，我们来看一下土的有效应力的定义。
土体中存在着孔隙水和孔隙气，当外界施加荷载时，孔隙水和孔隙气会受到压缩，从而产生与土体颗粒间的相互作用所产生的应力。
而有效应力则是指这种应力状态下，颗粒间的实际有效作用力。
在土体中，有效应力可以通过有效应力公式σ' = σ u来计算，其中σ'为有效应力，σ为总应力，u为孔隙水压力。
有效应力的计算公式为土力学中的基本公式之一，它为我们分析土体力学性质提供了重要的理论基础。
其次，土的有效应力受到多种因素的影响。
首先是孔隙水压力的影响。
当孔隙水压力增大时，有效应力会减小，从而导致土体的稳定性降低。
其次是土体的孔隙度和颗粒大小分布。
孔隙度越大，颗粒分布越不均匀，有效应力会减小，土体的稳定性也会降低。
此外，土体的孔隙水排泄能力、孔隙水的流动性等因素也会对有效应力产生影响。
最后，土的有效应力原理在工程中具有重要的应用价值。
在土体的工程设计和施工中，我们需要根据土体的有效应力特性来选择合适的工程方案和施工方法。
比如在基础工程中，需要考虑土体的有效应力分布情况，以保证基础的稳定性和安全性。
在挖掘和填土工程中，也需要考虑土体的有效应力特性，以避免土体的塌陷和变形。
因此，深入理解土的有效应力原理对于工程实践具有重要的指导意义。
综上所述，土的有效应力原理是土力学中的基本原理之一，它对土体的力学性质和变形特性具有重要影响。
通过对土的有效应力的定义、计算公式、影响因素和工程应用等方面的探讨，我们可以更好地理解土的有效应力原理，并在工程实践中加以应用，保证工程的稳定性和安全性。
希望本文能对相关领域的研究和实践工作提供一定的参考和帮助。
