下载文档原格式
有效自重应力计算公式
1.排水条件下的有效自重应力计算公式：
排水条件下土体中的孔隙水可以自由排出，因此只有颗粒重力起作用，有效自重应力可用以下公式计算：
σ'=γ*H
其中，σ'表示有效自重应力，γ表示土体的单位重量，H表示土体
的有效高度。
单位重量γ可以通过实测实验获得，有效高度H是指土体
堆积的高度减去排水带（即浸水线以下的部分）的高度。
2.非排水条件下的有效自重应力计算公式：
非排水条件下，土体中的孔隙水不能自由排出，有效自重应力计算需
要考虑孔隙水压力。
σ'=(γ-u)*H
其中，σ'表示有效自重应力，γ表示土体的单位重量，H表示土体
的有效高度，u表示孔隙水压力。
孔隙水压力的计算可以采用以下公式：
u=u0+Δu
其中，u0表示孔隙水静压力，可以通过水压力计等仪器测量得到；
Δu表示孔隙水动压力，可以根据土体的应力路径和试验结果进行估算。
需要注意的是，在进行有效自重应力计算时，需要使用土体的干重而
不是含水量较高的湿重或全重。
此外，有效自重应力的计算公式还要考虑
土体颗粒大小和形状等因素的影响，因此不同的土体类型可能有不同的计算方法。
总之，有效自重应力的计算公式可根据排水条件和非排水条件进行选择，通过合理的应力路径和试验数据的获取，可以得到更准确的有效自重应力值，为工程设计和安全评估提供重要依据。
孔隙水压力与围压的关系
孔隙水压力与围压之间存在着密切的关系，这涉及到地下水文
地质学和岩石力学等领域的知识。
首先，孔隙水压力是指岩石或土壤中孔隙中水的压力。
当地下
水位上升时，孔隙水压力会增加；而当地下水位下降时，孔隙水压
力会减小。
孔隙水压力的变化会受到多种因素的影响，包括降雨、
融雪、地下水开采等。
围压则是指地下岩层受到的周围地层和岩石的压力。
围压是由
地层的重力和上覆岩层的压力所造成的，随着深度的增加，围压也
会增加。
孔隙水压力与围压之间的关系可以通过有效应力和孔隙水压力
的关系来描述。
在地下岩层中，有效应力等于围压减去孔隙水压力。
当孔隙水压力增加时，有效应力减小，岩石的强度会减小，从而容
易发生压实、变形或者破裂。
相反，当孔隙水压力减小时，有效应
力增加，岩石的强度会增加。
此外，孔隙水压力与围压还会影响地下水的流动。
当孔隙水压
力高于地表时，地下水会向地表流动，形成泉水或渗泉；而当孔隙水压力低于地表时，地下水则会受到地表水的压力，流向地下。
总的来说，孔隙水压力与围压之间的关系是一个复杂而又密切相关的问题，需要综合考虑地下水文地质学和岩石力学等多方面的知识来进行研究和分析。
土力学简答题1. 其它条件相同情况下，超固结粘土的沉降一定小于正常固结粘土的沉降吗？为什么？(10分)答：是的。
(2分)因为和正常固结粘土相比，超固结粘土孔隙比比正常固结土小，如果现有有效应力相同，则在某荷载增量作用下，超固结土是沿再压缩曲线压缩，而正常固结土沿压缩曲线压缩。
由于同一土质，再压缩曲线肯定比压缩曲线缓，即再压缩指数比压缩指数小，因此，超固结粘土沉降比正常固结土小。
(8分)2. 什么是有效应力原理？图中，地基土湿重度、饱和重度和浮重度分别为γ、sat γ和γ'，水重度w γ，M 点的测压管水柱高如图所示。
写出M点总应力、孔隙水应力、有效应力、自重应力的计算式。
(8分)答：由外荷在研究平面上引起的法向总应力为б，那么它必由该面上的孔隙力u 和颗粒间的接触面共同分担，即该面上的总法向力等于孔隙力和颗粒间所承担的力之和，即б=б＇＋u 。
（2分）M 点总应力：12z sat H H σγγ=+ （1分）M 点孔隙水应力：2()w u h H γ=+ （1分）M 点有效应力： 122()zz sat w u H H h H σσγγγ''=-=+-+ （2分） M 点自重应力：12zM H H σγγ'=+ （2分）3. 土坡发生滑动的滑动面有哪几种形式？分别发生在何种情况？没有渗流的情况下的粘性土坡的稳定安全系数可以有哪几种方法计算？（10分）答：土坡发生滑动的滑动面有：圆弧、平面、复合滑动面。
(3分)圆弧滑动通常发生在较均质的粘性土坡中；平面滑动通常发生在无粘性土坡中；复合滑动面发生在土坡土质很不均匀的土坡中。
(4分)没有渗流的情况下，粘性土坡的稳定安全系数计算方法有：φ＝0分析法、瑞典条分法、简化毕肖普法。
(3分)4. 地基破坏的型式有哪几种？未修正的太沙基极限承载力公式适用于哪种破坏型式的地基？利用太沙基极限承载力公式具体说明地下水位的位置对承载力是如何的影响？（8分）答：有整体剪切破坏，局部剪切破坏和冲剪破坏。
第六章 孔隙压力、有效应力和排水 引言通常所说的土是由固体颗粒和水两部分组成的，基础或挡墙上的荷载包含土颗粒和孔隙水上面的应力两部分。
在没有土颗粒的船体外表面，法向应力就等于水压力；而在没有水的装有糖的盆底，应力就等于所装的糖的重量。
问题就是土颗粒应力和孔隙水压力的哪种组合决定着土的性质。
要研究这个问题，我们首先研究地基中的应力和水压力。
地基中的应力在地基中，某一深度的竖向应力是由上面的一切东西的重量产生的——土颗粒、水和基础，所以应力随着深度的增加而增大。
图(a)中的竖向应力为：z z γσ=其中γ为土的容重（见节）。
如果地基在水平面以下或者在湖底、海底的话（如图(b)所示），竖向应力计算公式就变为：w w z z z γγσ+=如果在基础或路堤表面有荷载q 作用的话（如图(c)所示），那么竖向应力计算公式就变为：q z z +=γσ这里面的γ是单位体积的土颗粒和水重量之和。
因为z σ是由土体的总重量产生的，所以成为总应力。
注意，图(b)中所示的湖中的水把总应力作用在底部同玻璃杯中的水把总应力作用在杯底的方式相同。
土颗粒的重度变化不大，一般来讲，饱和土的3/20m kN ≈γ，干土的3/16m kN ≈γ，水的3/10m kN ≈γ。
同时也有水平向的总应力h σ，但是在z σ和h σ之间没有简单的关系。
在以后的章节我们会对水平向的应力进行研究。
地下水和孔隙水压力饱和土的孔隙水中存在的压力叫做孔隙水压力u 。
在竖管中经常用w h 来简单地代替，如图所示。
当系统处于平衡状态时，竖管内部和外部的水压力相等，因此得到： w w h u γ=当竖管中的水位低于地表面时（如图(a)所示），就称为地下水位。
如果土中水是静止的，那么地下水位面就像湖面一样是水平的。
然而，就像我们后面将要见到的那样，如果地下水位面不是水平的，那么土孔隙中就存在水的渗流。
图(a)中地下水位面处孔隙水压力为零（这就是叫做地下水位），水位以下为正值，问题就出来了：地下水位面以上孔隙水压力是什么样的呢图说明了地表面和地下水位面之间的土中孔隙水压力的变化情况。
土力学与地基基础知识点总结土力学与地基基础知识点总结1. 引言土力学（soil mechanics）是研究土体力学性质和力学行为的学科，它在土木工程中具有重要的地位。
地基基础则是土力学应用的一个重要领域，它关乎着建筑物的稳定性和安全性。
本文将从土力学的基础概念、土体性质、土力学参数和地基基础设计等方面，对土力学与地基基础的关键知识点进行总结。
2. 土力学的基础概念（1）土体：土力学研究的对象是由固体颗粒、空隙和水分组成的土体。
土体可以分为粘性土和非粘性土两大类。
（2）土力学三性：土体的强度、变形和渗透性是土力学研究的三个基本性质。
（3）边界条件：土体的力学行为与边界条件密切相关，包括自由边界、刚性边界和过渡边界。
（4）固结与压缩：土体在受到外力作用的过程中，会发生固结与压缩现象。
固结是指土体体积的减小，而压缩则是指土体产生的应力与应变的变化。
3. 土体性质（1）颗粒组成：土体的颗粒组成对其力学性质有很大影响，不同颗粒组成的土体具有不同的工程特性。
（2）粒径分布：土体中颗粒的粒径大小分布对土体的密实度、渗透性和抗剪强度等性质有影响。
（3）含水量：土体中水分的含量决定了土体的湿度状态，并影响其强度和固结性质。
（4）比表面积：土体颗粒的比表面积对水分和颗粒间的黏聚力有影响，是研究土体吸力和渗透性的重要参数。
4. 土力学参数（1）有效应力和孔隙水压力：有效应力是指实际应力减去孔隙水压力，对土体的强度和变形特性有重要影响。
（2）孔隙比和孔隙比因子：孔隙比是指土体的孔隙体积与固相体积的比值，是研究土体压缩性和渗透性的重要参数。
（3）剪切强度和摩擦角：土体的剪切强度与颗粒间的黏聚力和内摩擦角有关，是研究土体稳定性的重要指标。
（4）压缩指数和压缩预应力：土体的压缩指数和压缩预应力是研究土体固结性质的重要参数，对土体的固结行为有影响。
5. 地基基础设计（1）承载力计算：地基基础的主要设计目标是保证建筑物的稳定和安全，需要进行承载力计算来确定地基基础的尺寸和形式。
孔隙水压力工程常识之孔隙水压力孔隙水压力包括静孔隙水压力和超静孔隙水压力。
静孔隙水压力:不会引起土体体积变化的孔隙水压力。
包括静止的地下水以下土体中的孔隙水压力和稳定渗流场土体中的孔隙水压力。
(稳定渗流场中的渗透力是一种体积力,大小与水力坡降成正比,方向与渗流方向一致,渗流过程不考虑土体体积变化)超静孔隙水压力:土体有变化趋势时而产生的孔隙水压力。
由于外部作用或者边界条件变化引起,欠固结土由土体本身自重引起的。
超静孔压来源于渗流固结理论,毕将伴随着土的固结变形。
静孔隙水压力与超静孔隙水压力本质上是没有区别的,有时也难以区分,并且二者也会相互转化。
例如地下水位升降,稳定渗流边界条件的变化变为不稳定渗流,或者地震,都会使静孔压变为超静孔压。
体缩趋势会引起正孔压,体胀趋势会引起负孔压。
(负孔隙水压力一般在不饱和土层中气体相部分体积膨胀,造成土体中气压失去平衡,暂时小于大气压,由于气压差形成负孔隙水压力,负孔隙水压力对土粒产生吸附作用,而增加有效应力,当气压达到平衡时,负孔隙水压力消散)静孔隙水压力一般不会引起含水土体的失稳。
静止的地下水以下的土只是重度减小了,而具有稳定渗流的土体,既然已经存在稳定渗流,它就应是稳定的。
超静孔隙水压力常常是事故与灾害的祸首。
太沙基提出有效应力原理也主要是基于超静孔隙水压力:,超静孔隙水压力增大,导致摩尔圆左移,与强度包络线相切而破坏。
(有效应力是指土粒间的接触面传递的应力,只有有效应力才能使土体产生固结和强度)液化:地震引起的振动使饱和砂土或粉土趋于密实,导致孔隙水压力急剧增加。
在地震作用的短暂时间内,这种急剧上升的孔隙水压力来不及消散,使有效应力减小,当有效应力完全消失时,砂土颗粒局部或全部处于悬浮状态。
此时,土体抗剪强度等于零,形成“液体”现象。
简述土的有效应力原理要点土的有效应力原理是土力学中的重要概念之一，用于描述土体中颗粒间的相互作用关系。
理解土的有效应力原理对于地基工程、岩土工程以及地下水流动等问题的分析和计算具有重要意义。
下面将详细介绍土的有效应力原理的要点。
1. 泰勒原理土壤中的颗粒间存在着正应力和剪应力，根据泰勒原理，任何一点的应力可以分为两个部分：一部分是由于排斥作用而引起的，称为浸润或液体部分，另一部分是由于颗粒间的相互压实而引起的，称为颗粒或固体部分。
2. 有效应力的定义有效应力是指颗粒间相互作用的真实应力，即颗粒间所产生的压实效应。
有效应力可以表示为σ' = σ- u，其中σ为总应力，u为孔隙水压力。
3. 孔隙水压力孔隙水压力是指土壤颗粒间充满的水的压力，它是由于土壤中的水分分布不均匀而产生的。
孔隙水压力的变化会影响土壤的力学性质和稳定性。
4. 压实作用压实作用是指颗粒间相互压实而产生的力作用，它会使土壤密实度提高，颗粒间的接触面增加。
随着压实作用的增加，土壤的有效应力也会增大。
5. 流动力学土壤在施加外力的作用下，例如地震、降雨等，会产生流动变形。
有效应力在土壤中的分布对土壤的流动性质和力学性质有很大影响。
6. 黏聚力黏聚力是指土壤颗粒间由于吸附力而形成的结合力，它使土壤产生内聚力。
黏聚力的大小取决于土壤中颗粒的类型和含水量。
7. 效应深度土壤中的有效应力随着深度的增加而逐渐减小，直到达到一定的深度后保持稳定。
这个稳定的深度被称为效应深度。
8. 极限平衡原理极限平衡原理是土力学中的重要原理之一，它描述了在极限平衡状态下土壤中的应力分布情况。
根据这一原理，土壤中的有效应力是使土壤处于极限平衡状态的应力。
9. 主应力和剪应力土壤中存在着主应力和剪应力，主应力是垂直于某一面的应力，剪应力是与主应力垂直的面上产生的应力。
有效应力可以通过主应力和剪应力的关系来计算。
10. 强度参数强度参数是用于描述土壤抗剪强度的一组参数，主要包括内摩擦角和凝聚力。
应力作用下的孔隙水压力一、目的与意义根据太沙基有效应力原理，在应力的作用下，土体体积变形和抗剪强度的变化，唯一决定于作用在土骨架上的有效应力。
然而这一有效应力一般不能直接测定或直接计算，而是通过有效力原理，利用可以测定或可以计算的孔隙水压力来确定的(即σˊ=σ-μ)。
因此，研究应力作用下的孔隙水压力的目的主要是进一步确定土中有效应力，以便进一步研究土的压缩变形和抗剪强度性状。
例如下面将讨论的有效应力对抗剪强度的影响，以及有效压力对地基固结和地基稳定性的影响等。
这是研究土的应力应变与强度关系中的一个有意义的问题。
为此，A．W．斯肯普顿(A．W．Skempton 1954)根据三轴试验的结果，引入了与土的性质有关的孔隙水压力系数A、B，建立了轴对称条件的孔隙水压力方程，并应用于研究土的强度和变形性质。
二、轴对称应力条件下的孔隙水压力方程轴对称应力条件下荷载应力增量引起的孔隙水压力可通过三轴剪切试验来研究。
图34-1所示为三轴剪切试验试样土单元体受到轴对称应力作用时，孔隙水压力和有效应力的变化过程。
图34-1(a)、(b)、(c)和(d)中的三个方块，按顺序分别表示土试样受到的轴对应力增量的作用力Δσ、在试样中产生的孔隙水压力增量Δu和作用于土骨架的有效应力Δσˊ。
按试验的步骤，首先对试样施加等向围压力σc，待完全固结，使试样中的孔隙水压力完全消散至Δu=0，围压力σc全部作用于土骨架成为有效应力σˊc，见图34-1(a)，其意图是使试样恢复至原位应力状态，然后，在不排水条件下，施加荷载应力增量，围压力为Δσ3，轴向应力为Δσ1，进行试验。
按弹性理论应力叠加原理，把荷载应力增量分解为围压增量Δσ3和轴压增量(Δσ1-Δσ两部分，分别见图34-1中(b)、(c)两种情况。
在试验时应分别施3)加，先施加正应力部分，即施加等向围压力Δσ3，见图34-1(b)。
此时，由正应力引起的孔隙水压力为Δu3。
相应地，由有效应力原理得到作用于试样土骨架的有效应力为Δσˊ3，即Δσˊ3=Δσ3-Δu3（34-1）然后，继续施加轴向压力增量(Δσ1-Δσ3)，即施加剪应力进行剪切，见图34-1(c)。
第六章 孔隙压力、有效应力和排水6.1 引言通常所说的土是由固体颗粒和水两部分组成的，基础或挡墙上的荷载包含土颗粒和孔隙水上面的应力两部分。
在没有土颗粒的船体外表面，法向应力就等于水压力；而在没有水的装有糖的盆底，应力就等于所装的糖的重量。
问题就是土颗粒应力和孔隙水压力的哪种组合决定着土的性质。
要研究这个问题，我们首先研究地基中的应力和水压力。
6.2 地基中的应力在地基中，某一深度的竖向应力是由上面的一切东西的重量产生的——土颗粒、水和基础，所以应力随着深度的增加而增大。
图6.1(a)中的竖向应力为：z z γσ= (6.1)其中γ为土的容重（见5.5节）。
如果地基在水平面以下或者在湖底、海底的话（如图6.1(b)所示），竖向应力计算公式就变为：w w z z z γγσ+= (6.2)如果在基础或路堤表面有荷载q 作用的话（如图6.1(c)所示），那么竖向应力计算公式就变为：q z z +=γσ (6.3)这里面的γ是单位体积的土颗粒和水重量之和。
因为z σ是由土体的总重量产生的，所以成为总应力。
注意，图6.1(b)中所示的湖中的水把总应力作用在底部同玻璃杯中的水把总应力作用在杯底的方式相同。
土颗粒的重度变化不大，一般来讲，饱和土的3/20m kN ≈γ，干土的3/16m kN ≈γ，水的3/10m kN ≈γ。
同时也有水平向的总应力h σ，但是在z σ和h σ之间没有简单的关系。
在以后的章节我们会对水平向的应力进行研究。
6.3 地下水和孔隙水压力饱和土的孔隙水中存在的压力叫做孔隙水压力u 。
在竖管中经常用w h 来简单地代替，如图6.2所示。
当系统处于平衡状态时，竖管内部和外部的水压力相等，因此得到：w w h u γ= (6.4)当竖管中的水位低于地表面时（如图 6.2(a)所示），就称为地下水位。
如果土中水是静止的，那么地下水位面就像湖面一样是水平的。
然而，就像我们后面将要见到的那样，如果地下水位面不是水平的，那么土孔隙中就存在水的渗流。
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。
简要说明饱和土的有效应力原理的主要内容饱和土的有效应力原理是土力学中一个重要的概念，它对于分析土体的力学行为和工程设计具有重要意义。
本文将简要说明饱和土的有效应力原理的主要内容。
饱和土是指土体中所有孔隙都被水完全充满的状态。
在饱和状态下，土体中存在两种类型的应力，即总应力和孔隙水压力。
有效应力原理是指在饱和土中，土体的真正承载能力是由有效应力决定的。
有效应力是指土体颗粒间的接触面上的应力，它是总应力与孔隙水压力之差。
总应力是指土体中颗粒受到的全部应力，包括来自自重和外部载荷的应力。
孔隙水压力是指孔隙中水的压力，它对土体的承载能力有一定的抑制作用。
有效应力原理的核心观点是，只有有效应力才能引起土体的变形和破坏。
这是因为土体颗粒间的接触面上的应力是直接作用于颗粒之间的接触点上的，而孔隙水压力则会填充颗粒间的空隙，减小了颗粒间的接触面积，从而减小了土体的承载能力。
有效应力原理在土力学中有着广泛的应用。
在土体力学中，人们常常通过测量土体中的孔隙水压力，计算出土体的有效应力分布，并据此来分析土体的变形和破坏。
在工程设计中，有效应力原理也被广泛应用于土体的承载力计算、地基基础设计等方面。
在实际工程中，为了保证结构的安全和稳定，需要对土体的有效应力进行合理的控制。
例如，在地基基础设计中，需要根据土体的性质和工程要求，选择合适的基础类型和尺寸，以减小土体的有效应力，提高土体的稳定性。
此外，在土体加固和处理中，也需要通过改变土体的孔隙水压力，来控制土体的有效应力，以增强土体的稳定性和承载能力。
饱和土的有效应力原理是土力学中的一个重要概念，它对于分析土体的力学行为和工程设计具有重要意义。
有效应力是土体颗粒间的接触面上的应力，它是总应力和孔隙水压力之差。
有效应力原理认为，只有有效应力才能引起土体的变形和破坏。
在实际工程中，需要对土体的有效应力进行合理的控制，以保证结构的安全和稳定。
第六章 孔隙压力、有效应力和排水引言通常所说的土是由固体颗粒和水两部分组成的，基础或挡墙上的荷载包含土颗粒和孔隙水上面的应力两部分。
在没有土颗粒的船体外表面，法向应力就等于水压力；而在没有水的装有糖的盆底，应力就等于所装的糖的重量。
问题就是土颗粒应力和孔隙水压力的哪种组合决定着土的性质。
要研究这个问题，我们首先研究地基中的应力和水压力。
地基中的应力在地基中，某一深度的竖向应力是由上面的一切东西的重量产生的——土颗粒、水和基础，所以应力随着深度的增加而增大。
图(a)中的竖向应力为：z z γσ=其中γ为土的容重（见节）。
如果地基在水平面以下或者在湖底、海底的话（如图(b)所示），竖向应力计算公式就变为：w w z z z γγσ+=如果在基础或路堤表面有荷载q 作用的话（如图(c)所示），那么竖向应力计算公式就变为：q z z +=γσ这里面的γ是单位体积的土颗粒和水重量之和。
因为z σ是由土体的总重量产生的，所以成为总应力。
注意，图(b)中所示的湖中的水把总应力作用在底部同玻璃杯中的水把总应力作用在杯底的方式相同。
土颗粒的重度变化不大，一般来讲，饱和土的3/20m kN ≈γ，干土的3/16m kN ≈γ，水的3/10m kN ≈γ。
同时也有水平向的总应力h σ，但是在z σ和h σ之间没有简单的关系。
在以后的章节我们会对水平向的应力进行研究。
地下水和孔隙水压力饱和土的孔隙水中存在的压力叫做孔隙水压力u 。
在竖管中经常用w h 来简单地代替，如图所示。
当系统处于平衡状态时，竖管内部和外部的水压力相等，因此得到：w w h u γ=当竖管中的水位低于地表面时（如图(a)所示），就称为地下水位。
如果土中水是静止的，那么地下水位面就像湖面一样是水平的。
然而，就像我们后面将要见到的那样，如果地下水位面不是水平的，那么土孔隙中就存在水的渗流。
图(a)中地下水位面处孔隙水压力为零（这就是叫做地下水位），水位以下为正值，问题就出来了：地下水位面以上孔隙水压力是什么样的呢？图说明了地表面和地下水位面之间的土中孔隙水压力的变化情况。
在地表面处有一层孔压为零的干土，这种情况很少见到，但是在高潮水面以上的海滩可以发现这种现象。
在地下水面以上的一小部分，由于土中孔隙的毛细作用，土体是饱和的。
在这一区域，孔隙水压力是负值，计算公式如下：w w h u γ-=最应该注意的一点就是饱和土中也可能产生负的孔隙水压力。
这就暗示了水承受了张力，地下水位面以上的土体中的水像毛细试管中的水那样上升。
地下水位面上面饱和区域的高度主要取决于土颗粒的尺寸，更多的取决于孔隙的尺寸：土颗粒和孔隙越小，有负孔隙水压力的饱和土区域的高度就越大，饱和区域顶部和负孔隙水压力就越大。
在干土和饱和土之间存在着非饱和土，包括土颗粒、水和气，一般是空气或者水蒸气。
在这部分，孔隙中的水压和气压是不同的，孔隙水的引力如图所示那样增加或减小。
目前针对非饱和土还没有简单并且令人满意的理论，所以这本书中只研究干土和饱和土。
因为实际的边坡、基础、挡土墙和其它重要的土木工程建筑中，土通常是饱和的，至少在温和的或潮湿的气候条件下是饱和的。
而只有在非常接近地表的土、密室土和干燥炎热的气候条件下的土中才可能存在非饱和土。
有效应力由基础荷载或边坡开挖所产生的总应力可能会导致地面出现移动和失稳现象，这是显而易见的。
但是由于孔隙水压力的变化而导致地面出现移动和失稳现象，这可能是不明显的。
例如，稳定的边坡可能在暴风雨后发生破坏，因为水的抽出导致地面出现沉降，从而地下水位降低，下雨天雨水入渗，孔隙水压力升高（如果有人告诉你雨后发生滑坡是因为雨水对土的润滑作用的话，你就问问他，沙丘里的潮湿砂子的强度为什么比干燥砂土的要大）。
如果土的压缩和强度是随总应力或孔隙水压力的变化而变化的话，就说明土的性质很可能和σ和u 的组合有关。
这种组合应该称为有效应力，因为它对于决定土的性质是有效的。
太沙基（1936）首先揭示了总应力、有效应力和孔隙水压力之间的关系。
他是这样定义有效应力的：所有能够测量到的由应力变化产生的效果，如压缩、扭曲变形、剪切阻力，主要是因为有效应力的变化而导致的。
有效应力'σ和总应力以及孔隙水压力之间的关系为：u -=σσ'。
图是在同一个坐标系下绘制的有效应力和总应力的摩尔应力圆。
因为u -=1'1σσ、u -=3'3σσ，所以两个圆的直径是相等。
点T 和E 代表同一平面上的总应力和有效应力，显然，总剪应力和有效剪应力是相等的。
因此，有效应力为：u -=σσ'ττ='结合第二章所给出的剪应力参数q 和主应力参数p 的定义和公式u -=1'1σσ，可以得到：='p-puq='q从式和式可以看出，总剪切应力和有效剪切应力是相等的，很多学者一直使用剪切应力。
在我的工作和教书生涯中，以及这本书中，我使用'τ和'q表示有效应力，用τ和q表示总应力。
我知道这并不是必要的，但是我发现把总剪切应力和有效剪切应力区别开来是很有用的，尤其是教书时。
有效应力的重要性土力学中有效应力原则是最基础的，它的重要性并不是被夸大的。
这是把由荷载产生的土体性质和由水压力产生的土体性质联系起来的一种方法。
尽管大多数土力学试验在考虑粒间作用力和粒间接触的基础上探讨了有效应力的原则和意义，但是实际上这样做是没有必要的，必要的假设并不一定都能够得到试验验证。
然而，至今仍没有找到证明太沙基最初的假定是错误的依据，至少对于正常应力水平下的饱和土来讲，有效应力原理被认为是最基本的土力学公理。
因为总应力和有效应力是不相等的（除非孔隙水压力为零），把两者区分开来是非常重σ和'τ常用主应力表示，而总应力不用主应力表示。
任何公式都应该含有要的。
有效应力'所有的总应力或所有的有效应力，或者通过孔隙水压力把总应力和有效应力结合起来。
工程师进行设计计算（或学生做考试题目）的时候应该能够弄清楚他们用到的是总应力还是有效应力。
利用图和，并结合公式到这六个公式，可以计算地基中任何地下水位条件下任何深度σ。
如果你做过一些例子，你就会发现如果地下水位低于地表的话，有效的竖向有效应力'z应力主要取决于地下水位。
另一方面，如果地表被水淹没的话，如河流、湖泊或海洋的底部，有效应力大小和水的深度没有关系，这就意味着一个小池塘底部的有效应力和一个水深可能超过5km的海洋底部的有效应力是一样的。
在进行相关计算时要注意自由流动的水（如河水、湖水或海水）对土产生的是总应力（对大坝以及海底），而土孔隙中的水产生孔隙水压力，这些水压力并不一定是相等的。
有效应力的验证考虑到变化量，有效应力公式可以改为：u ∆-∆=∆σσ'上式表明，在保持孔隙水压力不变的条件下改变总应力或者在保持总应力不变的条件下改变孔隙水压力，都会造成有效应力的变化，从而产生可以量测到的影响。
同样要注意到，如果总应力和孔隙水压力的变化量相等的话，有效应力就保持不变，土的状态就不会发生任何变化。
图(a)中，在基础上施加σ∆的荷载，由于地基中的孔隙水压力保持不变，从而产生ρ∆的沉降，因此σσ∆=∆'。
图(b)中，沉降ρ∆是由于抽取地下水产生的，通过抽水使地下水位降低w h ∆，这样孔隙水压力减小了w w h u ∆=∆γ。
从式可以看出，因为0=∆σ，所以孔隙水压力的减小会导致有效应力的增加。
通过有效应力原理可以证明，基础荷载增加σ∆和孔隙水压力减小u ∆所引起的沉降量是相等的。
换句话说，有效应力的改变可以影响土的性质。
图是一个验证有效应力的简单实验。
实验说明了孔隙水压力对深的条形基础的影响能力。
所用的土为粉到中砂，因为如果土很粗的话，当地下水位降低时可能变成非饱和；如果土粒很细的话，在一定时间内，孔隙水压力可能不是相等的。
把砂砾和砂放到水里面，饱和以后打开阀门使水位降低到砂砾。
放置一个重的基础（最好是一个直径40mm ，长80mm 的钢柱）和一个如图所示偏离中心的桩。
关闭阀门，向竖管里面注水，使水位提高。
如果砂和砂砾是饱和的，竖管就会被注满。
随着水位和孔隙水压力的升高，有效应力会降低，两个基础都会破坏。
另一个简单的验证有效应力的简单实验是咖啡豆真空包装袋的刚度和强度实验。
如果是理想的真空的话，袋子相对是很硬而且很结实的，因为负的孔隙压力产生了正的有效应力。
然而，如果你用一个大头针戳一个小洞的话，袋子就变软，这是由于袋子中孔隙压力增大，有效应力减小的缘故。
你也可以用一个自己密封的袋子装上粗糙的砂和砾石作一个同样简单的实验。
体积改变和排水在土由于有效应力的改变而加载和卸载的过程中，体积会发生变化。
然而，因为土颗粒本身的刚度很大，所以土颗粒本身的体积变化是可以忽略的，所以土体积的变化是由颗粒的重新排列和空隙的改变造成的。
在较小的有效应力水平下，土颗粒可能比较松散，而在较高的有效应力水平下就会变得紧密起来，如图所示。
如果孔隙水压力0u 保持不变，那么总应力和有效应力的改变量就相等（σσ∆=∆'，见公式）。
如果土颗粒的体积保持不变的话，见图，那么土体积改变量V ∆就等于排出的水的体积w V ∆。
饱和土的体积变化是因为土中水的渗流造成的，所以土体的压缩就像从海绵往外挤水一样。
在实验室里面，水会向土样的边界流动，而在地基中，水会向地表或者土中的自然排水体流动。
例如图8是一个在粘土上修建的路堤，粘土的顶部和底部各有一层作为排水体的砂。
在路堤的修筑过程中，水从粘土向砂土层流动，如图中箭头所示。
当然，必须有足够的时间使水从土中流出，这样才能产生体积变化；同时孔隙水压力也发生了变化。
所以，在路堤的填筑速率、排水速率和土及孔隙压力的变化速率之间必然存在一个关系。
排水荷载、不排水荷载和固结总应力的施加速率和排水速率使决定土的性质的重要因素。
图和是限制条件。
图(a)中总应力增量σ∆施加的非常缓慢，经历了相当长的时间。
这可以代表实验室或现场的加载情况。
如果荷载缓慢施加的话，水就有足够的时间从土中排水。
孔隙水压力就不会发生变化，如图 (c)所示，体积会随着荷载的改变和改变，如图(b)所示。
因为孔隙水压力保持为0u 不变，有效应力随着总应力的变化而变化，如图(d)所示。
当应力保持''0σσ∆+不变时，体积保持为V V ∆-0。
这种相对较慢的荷载叫做排水荷载，因为在荷载施加的过程中，所有的排水都已经完成了。
排水荷载最重要的特征是孔隙水压力保持为0u 不变，这就是所说的稳态孔隙水压力。
图(a)中施加和图相同的总应力增量σ∆，但是施加的速度非常快，没有足够的时间来排水，所以体积保持不变，如图(b)所示。
如果荷载是各向相同的，没有剪切扭曲的话，由于不排水体积不发生变化。
