但現實生活中不是這樣的。土塊在深海中要被壓成一個個的土顆粒，因為水壓造成了土塊的變形；人不能潛入很深的水中，因為水壓會對你造成傷害；一塊10Mpa強度的卵石在20Mpa的水壓中也要變形，因為水對卵石有壓力，造成了卵石的粉碎；深海中無土塊，也是這個道理。因此，太沙基有效應力原理是存在問題的，應該由優化的新飽和土有效應力原理代替，讓理論土力學更“理論”。
今天是中秋節，祝各位專家、同仁、朋友身體健康、中秋快樂！
談有效應力原理與有效應力的計算
王國義，蔣宗全
（中電建成都建設投資有限公司 四川 成都 610212）
摘 要：筆者通過引入巖土給水度參數，基于力的平衡原理推導出一個新的有效應力原理公式，實現了水土壓力的統一計算。通過對深海中巖土的有效應力進行分析，指出孔隙水壓力的一部分或全部也是有效應力的一部分。通過試驗分析，指出黏性土中的弱結合水在壓力狀態下可以轉化為自由水，此時應將轉化的自由水看作孔隙水，并傳遞靜水壓力，未轉化為自由水的弱結合水，不傳遞靜水壓力，應看作土骨架的一部分。黏性土在不同壓力條件下的給水度值可通過實驗測量、計算。希望能對理論土力學的發展和水土壓力計算有所幫助。
關鍵詞：給水度；新有效應力原理；統一計算；有效應力；弱結合水；壓力狀態；轉化
【中圖分類號】U451 文獻標識碼：A 文章編號：
Principle of effective stress and calculation of effective stress
Wang Guoyi，Jiang Zongquan
（PowerChina Chengdu Construction Investment Co. Ltd, Chengdu, Sichuan 610212)
Abstract: Based on the principle of force balance, a new formula of effective stress principle is derived by introducing the water yield parameter of rock and soil to realize the unified calculation of water and soil pressure. By analyzing the effective stress of rock and soil in deep sea, it is pointed out that part or all of pore water pressure is also a part of effective stress. Through experimental analysis, it is pointed out that weak cohesive water in cohesive soil can be transformed into free water under pressure. At this time, the transformed free water should be regarded as pore water and transfer hydrostatic pressure. Weak cohesive water not transformed into free water and not transfer hydrostatic pressure should be regarded as part of soil skeleton. The water yield of cohesive soil under different pressure conditions can be measured and calculated by experiment. It is hoped to be helpful to the development of theoretical soil mechanics and the calculation of soil and water pressure.
Key words: water yield; new effective stress principle; unified calculation; effective stress; weak binding water; pressure state; conversion.
0 引言
太沙基有效應力原理[1]自從提出以來，由于有效應力原理在黏性土上的不適應性，越來越多的專家、學者對其正確性提出質疑，并提出自己的觀點，希望能達到“水土分算”與“水土合算”的統一計算。支持太沙基有效應力原理的專家、學者對太沙基有效應力原理提出質疑者進行了反駁，并堅持太沙基有效應力原理的正確性。太沙基有效應力原理的質疑者和支持者都不能說服對方，導致爭論不斷。筆者[2～5]通過對巖土水平截面的力平衡原理，通過引入巖土給水度參數，推導出一個新的有效應力原理公式，實現了水土壓力的統一計算。
通過對深海巖土的有效應力進行分析，提出孔隙水壓力的一部分或全部也是有效應力的一部分或全部，這也是深海巖土無土骨架只有一個個土顆粒的原因。通過試驗分析，飽和黏性土中的自由水可傳遞靜水壓力，弱結合水不傳遞靜水壓力。當飽和黏性土中壓力較大時，無壓狀態下的弱結合水將轉化為自由水，弱結合水含量降低，甚至無弱結合水，自由水含量增加。
1 新有效應力原理
筆者[2] 定義了土骨架中的一種“土顆粒“：將不能傳遞靜水壓力的強結合水、弱結水等的水顆粒與土顆粒組成的內部無孔隙水相通的不規則體看作“土顆粒”。這樣土骨架由一個個的真正土顆粒和一個個的“土顆粒“組成。通過對飽和巖土的水平截面進行分析，通過力平衡原理推導出一個新有效應力原理公式：
新有效應力原理中的水應力（中和應力）是孔隙水壓力產生的作用力在水平截面上的平均水應力，土骨架應力（有效應力）是土骨架之間傳遞的豎向力（土的浮容重產生的力）在水平面積上的平均應力。
通過新有效應力原理可計算飽和巖土靜止側向水土壓力。設基坑側向水土總壓力為σ總，靜止土壓力側向系數為k0，則：
由于不同飽和巖土有不同的給水度值，砂的給水度值相對較大，黏性土的給水度值很小。由式（4）可知在同種條件下不同巖土計算出來的側向水土壓力不同，比“水土分算值”小，比“水土合算”值大，與現場實際情況更相符。此新飽和土有效應力原理公式如果正確，實現了水土壓力的統一計算。實際上此公式也適用于非飽和巖土和所有宏觀上均質的材料（如飽和巖石、混凝土等）。
2 有效應力分析
現對有效應力原理的有效應力進行分析。如圖1，假設海深h為11000米，海水容重?水為10.4Kn/m3,深海下是裂隙砂巖，抗壓強度P為10MPa，給水度m為0.05，飽和容重?飽和為25 Kn/m3。現對深海下埋深h1為1米的砂巖的有效應力進行分析。設ab水平截面面積A為1m3。
圖1 裂隙砂巖截面示意圖
1）新有效應力原理的有效應力
由式（5）、式（7）計算值可知，在此種條件下新有效應力原理計算的有效應力遠遠大于太沙基有效應力原理計算的有效應力，由于σ1′值也遠大于裂隙砂巖的抗壓強度P，因此此種條件下裂隙砂巖在深海中土骨架將產生變形，被孔隙水壓力擠壓成一個個獨立的土顆粒。如果按照太沙基有效應力原理計算的有效應力值，此種條件下裂隙砂巖在深海中土骨架不會產生變形。深海中實際上是無土骨架的，只有一個個的土顆粒，與新有效應力原理計算結果一致。實際上如果將碎石投入深海中，碎石的抗壓強度低于水壓時，碎石也將被海水水壓擠壓成一個個更小的顆粒。如果將土骨架變形定義為有效應力的作用結果，那么作用在土骨架上的力（土顆粒傳遞力和孔隙水壓力產生的力）產生的應力都是有效應力。孔隙水壓力的一部分或全部也是有效應力的一部分。
3 黏性土結合水與自由水之間的關系
低于液限的塑性黏性土在常壓下是無水滲出的（如圖2），說明在此條件下是無自由水（重力水）的，如果有自由水，應該滲出才對。
圖2 塑性黏性土
但當對塑性黏性土加壓時，產生自由水水壓（如圖3），如果排水，將有水滲出，隨著壓力的增大，滲出的水量越多，此時滲出的水應該是自由水。此試驗可以證明黏性土在加壓狀態下弱結合水是可以轉化為自由水的，隨著壓力的增加，弱結合水逐漸減少，甚至可達到無弱結合水的情況。黏性土中弱結合水的含量實際上決定了黏性土的強度。因此，可通過對飽和黏性土加壓至指定壓力，最終滲出的自由水量與原飽和黏性土的體積比就是此壓力下的飽和黏性土的給水度。
綜上所述，當在有壓狀態下黏性土中的弱結合水可轉化為自由水，轉化的自由水要傳遞靜水壓力。
圖3 塑性黏性土加壓產生自由水水壓圖
4 結論
1）引入巖土給水度參數，通過力平衡原理，推導出了新有效應力原理，實現了水土壓力的統一計算。
2）作用在土骨架上的力（土顆粒傳遞力和孔隙水壓力作用力）產生的應力是有效應力，有效應力增加可直接造成巖土變形。
3）在加壓狀態下常壓下的弱結合水可轉化為傳遞靜水壓力的自由水。
4）通過對飽和黏性土加壓至指定壓力，最終滲出的自由水量與原飽和黏性土的體積比就是此壓力下的飽和黏性土的給水度。
參考文獻：
[1] 美 太沙基.理論土力學[J].徐志英.北京：地質出版社，1960 .
[2] 王國義，蔣宗全. 飽和土有效應力原理下的水土壓分算和合算的統一計算[J].山西建筑，2020，46（11）：4-7.
[3] 王國義，蔣宗全. 談太沙基有效應力原理的是是非非[J].隧道建設（中英文），2020，40（增刊2）：45-49.
[4] 王國義，蔣宗全. 再談新飽和土應力原理與水土壓力的統一計算[J].現代隧道技術，2020，57（增刊1）：302-305.
[5] 王國義. 新飽和土有效應力原理下的地下建筑浮力計算 [J].山西建筑，2021，47（6）：62-64.
