第2章　非饱和土有效应力的新表述

非饱和土的有效应力原理与饱和土的有效应力原理相比应该既有共同点又有特殊性。强调共同点，就是不违背太沙基对饱和土有效应力原理的实质，把“有效”和变形强度的变化紧密地联系在一起；强调特殊性，就是不死套太沙基对饱和土有效应力原理的形式，而忽视非饱和土与饱和土之间的重要区别。认识这一点是建立非饱和土有效应力表达式的基础。

如果仿照饱和土的有效应力原理，则非饱和土有效应力原理仍应包括下列两个基本点：

（1）非饱和土体内任一平面上受到的总应力可以分为土骨架上的骨架应力和孔隙流体上的孔隙压力uF两个部分，即

（2）非饱和土变形与强度的变化都只取决于土骨架上有效应力的变化，换句话说，在土骨架传递的骨架应力中，只有能使土的变形和强度发生变化的应力才是有效应力。

如果考虑到非饱和土的三相特性，在理解上述两个基本点的实质时，应该对土骨架上的有效应力和孔隙流体上的孔隙压力uF作以下两点合理的理解：

（1）土骨架上的有效应力是指由土骨架传递且能使土发生变形的应力。只有土骨架传递，但不能使土发生变形的应力不能视为完整意义上的有效应力。当向非饱和土施加总应力σ时，如果这个σ仍然小于非饱和土的结构强度，如前所述，虽然由于孔隙流体中气体的可压缩趋势，这个力将直接由土骨架来承受，即σs=σ（因土骨架不压缩时，孔隙流体将不受压力，这和饱和土的孔隙水不压缩也不排出时土骨架不受力一样。只是在饱和土中，对孔隙水压力的消散与否起主导作用，而在非饱和土中，土骨架的变形与否是主导作用），但此时土并不产生变形，不能将σs视为土的有效应力。真正的有效应力是既由土骨架传递，又能使土产生变形的那一部分应力。故只有在σ超过土的结构强度σ0时，土骨架上的有效应力应该为此时土骨架传递的应力σs与土结构强度σ0之差，即。这里的结构强度σ0应该是广义的结构强度，至少应包括土初始状态下的吸力、胶结力和嵌固力等的综合影响，而且吸力应该包括来自土颗粒表面非补偿电荷（一般为负电荷）对具有电极性水分子的吸附作用、来自土颗粒矿物层组与水分子的结合能力、来自非饱和土的毛细作用以及来自孔隙水溶液离子浓度大于外界水体时产生的渗析作用。即由前三种原因产生的吸水能力（称为基质吸力，或广义毛细吸力）和由第四种原因产生的吸力能力（称为渗透吸力）（它们之和称为非饱和土的总吸力）。这些土吸力的各个分量都是负值，它们的能态都低于同高自由水体的能态。如果将总吸力及其以外的胶结力、嵌固力这些能抵抗土发生变形的力一并视为广义吸力，则广义吸力与广义结构强度即具有相同的概念，它是使非饱和土中产生有效应力的起点。

（2）由非饱和土孔隙流体传递的孔隙压力uF也不像饱和土中唯一存在的孔隙水压力那样均衡地作用于每个土颗粒周围，从而不使饱和土的颗粒发生移动和土体产生变形。在非饱和土中，流体所受的压力有由水汽交界面的收缩膜曲面隔开的负值孔隙水压力uw和正值孔隙气压力ua，它们分别作用于各自与土粒相邻的接触面上来对非饱和土的有效应力施加影响，它们均非完全可以视为无偏应力的作用，在分析土中各点的应力时，必须考虑这个特点。因此，这一部分uF的影响并不是与相互独立的，而是在形成时有所作用的。只有在将这种作用考虑到的实际分担比例中以后，最终体现水汽综合影响，而由孔隙流体承担的等效孔隙压力才可视为中和压力，即它不会使土颗粒移动，它不会使土发生变形，对变形以及强度的影响完全由来联系。这里的困难是孔隙水压力和孔隙气压力如何在最终形成骨架压力和孔隙压力的分配上发挥作用。

基于以上两点理解，非饱和土有效应力原理的完整表述形式可改写为

其实，当考虑到饱和土仍可能有结构强度的影响时，式（2.2）仍然成立，即

或

如一般可忽略σ0的影响，则式（2.3）即回到了饱和土有效应力原理的一般表达式。可以看出，这种对非饱和土有效应力原理问题的考察，实际上是对饱和土有效应力原理的延伸与开拓。下面讨论式（2.3）具体表达式的形式。