有效应力原理在抗剪强度中的应用

4.5.1 有效抗剪强度指标

在抗剪强度表达式（4-1）中，σ是总应力。这种以总应力表示抗剪强度的方法称为总应力法，相应的强度指标c，φ称为总应力抗剪强度指标。

根据土的有效应力原理可知：在荷载作用下，土体所承受的总应力σ为土的有效应力σ′与孔隙水压力u之和。但孔隙水不能承担剪应力，土体内的抗剪强度取决于剪切面上的有效法向应力σ′，故土的抗剪强度用有效应力表达更为合理，即

τf=c′+σ′tanφ′ （4-13）

式中 σ′——剪切破坏面上的有效法向应力，k Pa；

c′——有效黏聚力，k Pa；

φ′——有效内摩擦角，（°）。

从理论上说有效应力法概念明确，符合实际，有效应力法能确切表示土的抗剪强度实质，比较合理，也是今后发展的方向。但一般情况下，知道的是总应力σ，要求出有效应力σ′（σ′=σ-u），还必须知道土体中的孔隙水压力。在做室内强度试验时，可设法量测试件中的孔隙水压力u，但比较麻烦。而且工程上有许多情况，孔隙水压力难以估算，如在地震期间，因震动产生的孔隙水压力就难准确计算，而土坡在剪切破坏过程中所产生的孔隙水压力目前还难预估。所以这就给有效应力法的应用带来了困难。

4.5.2 抗剪强度指标的选用

在工程实际中是采用c′，σ′进行有效应力法分析，还是采用总应力强度指标c，σ进行总应力法分析，应视工程的重要性、工程地质条件、荷载施加方式、测试手段以及土工试验条件等因素来具体选择。一般而言，由于总应力法在应用上的方便性，是目前用得较多的方法，对那些要求不是很高的建（构）筑物可用该法求取土的抗剪强度指标。对一些需要精确评价地基强度和稳定性的工程，由于要考虑孔隙水压力存在的影响，就必须用“有效应力法”。

对于砂土，由于透水性大、排水快，通常只进行排水剪试验天然状态的砂土，由于采取原状砂样较困难，工程上常根据标准贯入试验锤击数，按经验公式确定砂土的内摩擦角φ。

对饱和黏性土，在实际工程中，应当根据工程的特点、施工时的加荷速率、土的性质以及排水条件等情况具体确定试验方法。快剪或不固结不排水剪适用于施工进度快而土层较厚、透水性差且排水条件不良的饱和黏性土地基；慢剪或固结排水剪适用于加荷速率慢，且土层较薄，排水条件好（如黏土层中夹砂层），透水性较大（如低塑性的黏土）的黏性土地基。固结快剪或固结不排水剪适用条件介于前面两种方法之间。如果黏土层很薄，或施工期很长，预计黏土层在施工期间能够充分排水固结，但完工后可能有瞬间施加的活载，在这种情况下，可以用固结快剪的指标，这时应采用快剪或不固结不排水剪强度指标来分析建筑物完成时的地基强度及稳定性。如果黏土层很薄，或施工期很长，预计黏土层在施工期时能够充分排水固结，但完工后可能有瞬间施加的活载，这种情况下可用固结快剪试验或固结不排水试验指标。

由于实际加荷情况和土的性质是复杂的，而且在建筑物的施工和使用过程中都要经历不同的固结状态，因此，在确定强度指标时还应结合工程经验。