高校土力学课程思政探讨——以有效应力原理为例

专业知识与思政内涵相融合是高校教学改革的主要发展趋势。针对目前土力学课程教学现状增设思政元素考核内容,对课程考核方式改革等,本文以“堰塞湖”为突破口,楔入“思政元素”与“有效应力原理”融合点为案例进行探讨,基于二者的深入融合,激发学生对思政学习的热情,达到以德育人的目标,并为“土力学”改革提供参考。

论有效应力原理与有效应力

有效应力原理是土力学区别于一般固体力学的基础,是土力学的核心基石。Terzaghi有效应力原理从提出至今就一直饱受争议,特别是有关Terzaghi有效应力的近似性问题是争议的焦点。从有效应力原理的任务出发,阐明有效应力原理的内涵是土体可量测荷载效应—外荷载间的一般规律。指出有效应力的作用是联接土体强度、变形等可量测荷载效应与外荷载间的纽带,定义对土体强度特性和变形行为等可量测荷载效应产生直接影响的土体应力为有效应力,因此,有效应力不是唯一的,它们是土体中真实存在应力的名义表述,可以依据应力平衡原理和流体压力与土颗粒间的相互作用关系给出,不同的有效应力定义就对应不同的有效应力计算公式,从而解释了Terzaghi有效应力原理近似性的原因。提出了强度相关有效应力和变形相关有效应力（Terzaghi有效应力）的概念,严格推导了他们的计算表达式,阐述了强度相关有效应力与土体剪切强度、变形相关有效应力与土体变形的一般关系。进一步,基于莫尔库仑强度准则,推导了土体抗剪强度与Terzaghi有效应力和孔压的关系。

有效应力原理几个问题探讨

分析了关于有效应力的几种错误概念, 讨论了黏性土及高压下砂土中的有效应力原理,并通过算例比较了不同考虑方式计算结果的异同.

有效应力原理解析

分析了关于饱和土有效应力原理的一些错误理解,基于土颗粒-水相互作用分析,给出了土体中有效应力的物理含义,是单位截面的土体中土颗粒骨架所传递的有效荷载,其大小等于总应力与孔隙水压力之差。利用土体的力平衡方程,一方面证明了Terzaghi饱和土有效应力原理,并分析了该原理的适用范围;另一方面证明了Bishop非饱和土有效应力原理,解释了参量χ的物理含义,将二原理统一在一个力学框架下,从理论上说明了Terzaghi有效应力原理是Bishop有效应力原理在有效饱和度χ=1时的特例,并分析了Bishop非饱和土有效应力原理的适用范围。研究表明,从荷载条件和土性条件两个角度分析有效应力原理,清晰地解释了有效应力的物理概念,并且提出孔隙水压力影响土体力学特性的机理。

基于充分浮力理论的有效应力原理公式推导

有效应力原理奠定了土力学的基础,具有十分重要的地位,而学术界对有效应力原理的推导过程争论较多。为揭示有效应力原理所蕴含的物理力学本质,阐明基本概念、澄清认识上的误区,以饱和土体为研究对象,通过"充分浮力作用"的概念,从一个新的角度推导了土体在自重和外载作用下有效应力原理公式的得出过程,分析了"忽略颗粒接触面积从而推得有效应力原理公式"这一公认方法的不妥之处;根据有效应力原理的本质,提出了一个关于饱和岩石、混凝土有效应力原理的简明修正方法,通过该修正方法得出的有效应力公式与前人的研究成果有较好的吻合。

关于有效应力原理的几个问题

分析了关于饱和土体有效应力原理的一些错误的概念和理解,针对在饱和土中的孔隙水压力是否需要折减,黏性土的结合水能否传递水压力,试验中和原位孔隙水压力和地下室浮力的量测以及岩石、混凝土和黏土中有效应力原理的实用性等问题进行了讨论。指出长期的工程实践和大量的试验成果表明有效应力原理对于饱和砂土和黏土都是适用的和有效的。

浮力计算与粘土中的有效应力原理

通过理论分析 ,指出地下建筑物的浮力与地下水的赋存形态及其运动有关 ;有效应力原理对于粘性土同样是适用的 ,因而粘土地基浮力一般应与其孔隙率无关。

工程问题中有效应力原理的应用与理解

有效应力原理对土力学理论发展、工程实际问题的解决起到重要作用,它的提出是土力学发展成为一门独立学科的标志.准确理解和使用这一原理,是土力学本科课程教学中的一个关键.基于有效应力原理,从理论角度分析了垂直砂质边坡稳定性、负孔隙水压力问题及"楼歪歪"工程事故等问题的力学本质;其分析方法及思路,能帮助学生加深对有效应力原理的理解和解决工程问题能力,为土力学课程提供教学参考.

循环荷载作用下饱和粘土中的有效应力原理的实验研究

有效应力原理是土力学中的经典理论,在土动力学中,有效应力原理的应用基本上是沿用土静力学中的方法,即通过建立合理的孔压模式,利用有效应力原理对土体的破坏进行分析。但是通过动三轴试验发现,在动三轴不固结不排水试验中,整个试验过程中孔压不发生变化,土体强度却发生了明显的衰减。这种现象利用有效应力原理无法得到合理的解释。针对这种现象,本文建议引入损伤变量D,作为反映土体结构变化的参数,对有效应力原理进行修正。经过修正后的有效应力原理反映了在循环荷载作用下,循环扰动造成的结构损伤对有效应力的影响,可以合理地解释动力作用下土体中孔压和有效应力相互转换,以及土体强度衰减的原因。

对“关于有效应力原理的几个问题”讨论的答复

贵刊转来方玉树教授的“对‘关于有效压力原理的几个问题’的讨论”一文（简称方文），该文对笔者发表在贵刊2011年第2期的‘关于有效压力原理的几个问题’（简称原论文）一文提出了若于商榷意见，仔细研读以后，答复如下：

再谈新饱和土应力原理与水土压力的统一计算

基坑支护中水土压力计算一直困扰岩土工程界,针对砂性土采用“水土分算”,对粘性土采用“水土合算”是目前广泛认可的方法,但粘性土的“水土合算”与太沙基有效应力原理不相符的问题引起许多争议。文章优化了太沙基有效应力原理,通过引入地勘给水度参数,计算出不同类型土的孔隙水应力系数,建立了改进的饱和土应力公式,实现了水土压力分算与合算的统一。分析表明,新饱和土应力公式计算出的水土压力值比“水土分算”值小,比“水土合算”值大,更接近现场实际。本文研究可为水土压力计算提供一种新的思路。

关于“关于有效应力原理的几个问题”的讨论

拜读李广信先生在本刊2011年2期发表的“关于有效应力原理的几个问题”一文（以下称李文）后，就文中涉及的J个问题与李先生商榷。

谈太沙基有效应力原理的是是非非

太沙基有效应力原理是否正确一直存在争议,尤其是砂性土适合“水土分算”,与太沙基有效应力原理相符,黏性土适合“水土合算”,与太沙基有效应力原理不相符问题,众多学者各执一词。本文对太沙基有效应力原理的由来与核心内容进行分析,指出太沙基将孔隙水压力作为中和应力(中和应力对土体变形无影响)这种观点是不正确的,进而推导出的有效应力也不正确。笔者采用水平截面的力平衡原理,引入给水度参数,推导出新饱和土有效应力原理公式,计算出来的水土压力值与实际值更相符。希望能对理论土力学的发展和水土压力计算有所帮助。

考虑骨架压缩效应的饱和土有效应力原理

通常各向等值的孔隙水压力对饱和土的变形和抗剪强度不会产生影响,只有总应力中超过孔隙水压力的那部分有效应力发生变化才会导致土体发生变形及抗剪强度的改变。考虑土骨架的压缩效应,对饱和土的有效应力原理的研究进行了综述,给出了新的解释并推导了一维条件下的有效应力原理公式。结合实例对有效应力原理进行了验证,然后对其在饱和多孔介质材料中的适用性进行了探讨。分析表明:导致土骨架发生变形的有效应力等于总应力与孔隙水压力之差,有效应力与颗粒间的接触面积无关,有效应力区别于单位横截面面积上的平均粒间法向力和粒间实际法向应力。考虑多孔介质的骨架和固相材料的压缩性以及抗剪强度后发现:在通常的工程压力条件下,太沙基有效应力原理对于饱和土是成立的,而将太沙基有效应力原理应用于饱和混凝土和岩石则会产生较大误差。

有效应力原理在中国的应用实例

简单叙述黄文熙教授和他指导下的一些岩土工程师,从1954年起就开始为有效应力原理应用于实际工程做准备工作并在1959年正式投入应用的情况。以及他们在研究土的工程性质的过程中,依靠有效应力原理提高洞察力,提出新想法和取得新成果的若干实例。这些实例说明,有效应力原理的重要性往往是在实际工程中得到应用后才逐渐为工程师所认识,因此,多接触实际,时时处处想到利用该原理,才可能取得有价值的结果。

有效应力原理能够推翻吗

1前言李杜文章在,光焰万丈长;不知群儿愚,那用故谤伤;蚍蜉撼大树,可笑不自量。(韩愈《调张籍》)这是唐朝中后期文学家韩愈针对某些人对于李白和杜甫两个诗坛巨匠的一些非议所作的严肃批评。其实这也是我们对于一个领域的"权威"的态度问题:可以超越,但不可以无视;可以无畏,但不可以无知。

非饱和土有效应力原理的探讨

通过对饱和土和非饱和土的有效应力原理的对比分析 ,以及非饱和土的土颗粒模型研究 ,总结了非饱和土的Bishop有效应力公式在理论上和应用上的不足。提出应当分别考虑外加应力和吸力对土样变形与强度的影响 ,推导出非饱和土的广义有效应力原理 ,并提出试验验证的基本思想。

关于水压率理论与有效应力原理的几个问题

近几年来多位学者以若干试验成果或者不同形式的推理、证明为据,在水压率理论和有效应力原理的讨论中,都把水压率理论视为对有效应力原理的推翻或否定,均认为有效应力原理适用于黏土。对这些试验成果和推理、证明进行了分析并提供若干有效应力原理不能解释而水压率理论能够解释的现象。分析结果表明:基于相关试验成果不能得出孔隙水压力按水体水压强理解的有效应力原理适用于黏土的结论;相关推理证明存在着错误。此外,还指出了另外几种观点的错误所在。

土力学教学中的有效应力原理

土的抗剪强度、地基变形和土的有效应力密切相关。附加应力作用下,随着超孔隙水压力的消散,地基中有效应力逐渐发展。有效应力原理对于理解土的抗剪强度和地基变形的形成机理具有重要意义。