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574 岩 土 工 程 学 报 2012 年 板底面开始而不是从其它处开始这么简单的问题也无法解释。 （4）李先生认为式（1）推翻了有效应力原理。此认识是 由误解有效应力原理造成的。有效应力原理实质是 分析土的 变形和强度时所用的应力应是有效应力， 从总应力中扣除中性 应力后所获应力是有效应力。 它不回答总应力与中性应力如何 计算的问题。式（1）建立在①孔隙水压力是单位面积土截面 上的水压力， ②孔隙水压力所涉及的截面同总应力和有效应力 一样是在颗粒（或胶团）之间通过的宏观上是平面的曲面，③ 结合水不能传递水压力的基础上， 只是把各种情形 （包括有效 应力原理表达式） 中的孔隙水压力重新定义为单位面积土截面 上的水压力并给出新的计算规则， 而这样定义是必需的，因为 有加减关系的总应力、 有效应力、 中性应力必须同属于一个截 面。式（1）独立于有效应力原理之外，不涉及有效应力的概 念、 作用与计算方法， 怎会推翻有效应力原理真正改写了有 效应力原理的恰恰是李文正面推介的由 Mitchell 和 Skempton 给出的公式 这种改写不仅因粒间吸力与粒间斥力之差难以确 定而导致饱和黏性土有效应力无法计算而且还导致孔隙水压 力为 0 时有效应力与总应力不等[5]；更为重要的是，它导致有 效应力不再是从总应力中扣除中性应力后所获应力。由前述 知， 李先生对结合水能传递水压力的坚持还使有效应力原理用 于黏性土时陷入有效应力始终为 0 的窘境。 （5）李先生将初始水力坡度作为孔压偏小的直接或间接 原因之一。这有以下问题①初始水力坡度是不存在的，有水 力坡度就意味着有水头损失，有水头损失就意味着有渗流，有 渗流就必然有渗透速度， 怎么可能在水力坡度达某值之后才有 渗透速度呢“冲开结合水”的条件应是“压力” （而不是“压 力差” ）达到一定数值；②达西定律不含初始水力坡度，李先 生一面认为黏土有初始水力坡度， 一面又认可 Mitchell 所说的 对黏土“达西定律还是适用的”的论断，这是自相矛盾的；③ “冲开结合水”的主体显然是自由水， 这种机理意味着结合水 不能流动，而天性不能流动的水不能传递水压力，故承认“冲 开结合水” 机理与认为结合水能传递水压力是矛盾的；④当结 合水能传递水压力时， 初始水力坡度存在与否和饱和黏土中水 压大小无关，因为“冲开结合水”机理已不存在。 （6）李先生将土层间水的渗流作为孔压偏小的原因之一。 这是错误的。比较孔压与水体水压力的大小本来就是在相同压 力水头下进行的，此时两者的大小差异同层间渗流的有无和强 弱无关。 参考文献 [1] 方玉树. 基于水压率讨论土中孔隙水压力及有关问题[J].岩 土工程界, 2007, 105 21–26. 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Geotechnical Engineering World, 2007, 109 22–24. in Chinese [6] 李广信. 再议水压率[J]. 岩土工程界, 2008, 112 23–25. LI Guang-xin. Again discussing the ratio of water pressure[J]. Geotechnical Engineering World, 2008, 112 23 –25. in Chinese 对“关于有效应力原理的几个问题”讨论的答复 李广信 1, 2 （1. 清华大学水利水电工程系，北京 100084；2. 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084） 中图分类号TU43 文献标识码A 文章编号1000–4548201203–0574–03 作者简介李广信1941– ，男，黑龙江省宾县人，博士，教授，从事土的本构关系等方面的研究。E-mail ligx。 第 3 期 讨 论 575 Reply to discussion on “Some problems about principle of effective stress” LI Guang-xin1, 2 1. Department of Hydraulic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Beijing 100084, China 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） 一文提出了若干商榷意见，仔细研读以后，答复如下 （1）在一个学科领域，大家讨论问题应当有共同的语言， 国家还专门为此制定了规范。以孔隙水压力为例，在岩土工 程基本术语标准GB/T 5027998[1]中定义为“土中某点孔 隙水承受的压力” 。在中国大百科全书 （水利卷） [2]定义“水 压力”为“水垂直作用于其界面并指向作用面的力” ， “单位面 积上的压力叫做压强” ， “在工程科学中也有将压强称为压力” 。 因而“某点孔隙水承受的压力”即孔隙中该点的水的压强，用 该点的压力水头 h 计算和表示是基本的常识和共识 w uhγ 。 1 在水力学、流体力学、土力学和普通物理学中无不如此。 而方玉树教授在其“水压率理论”中另辟蹊径，将孔隙水压力 u 定义为 w uhξγ 。 2 这个与众不同的“孔隙水压力”最好叫一个另外的名字， 否则会使相互的交流和沟通发生困难。众所周知，太沙基的有 效应力原理表达式为 uσσ′ ， 3 其中的 u 就是式（1）中的定义，此前所有企图推翻有效应力 原理的人都承认式（1） ，而在式（3）中 u 的作用面积上做文 章[3]。如果孔隙水压力是可以随便定义的，如果原论文介绍的 式 （9） 的作者也和方教授一 样聪明， 那么发明一个孔压比ξ， 将它定义为饱和土体中“单位面积土上的孔隙水占的面积” ， 亦即 uξγwhnγwh， 则包括粗粒土在内的有效应力原理就可变 成 w nhσσγ′ 。 4 可见方文中的式（1）与式（2）是同根同源的，只需偷换 孔隙水压力 u 的概念即可。关于水压率ξ，在笔者的原论文中 没有引用方教授给出的“经典”的定义 “单位面积土截面上 自由水所占的面积” ，而是引用了他的“水压率几乎等于自由 水所占的面积与孔隙水所占面积之比”的说法[4]。是觉得土中 各截面的面积比是千差万别的，人们只能理解为平均面积比， 如果使用“单位面积土截面上自由水所占的面积” ，则根据水 压率理论，对于粗粒土会得出式（4）的结果，这又似乎非方 教授的本意。 （2）Mitchell 的原文为“The recent findings that viscosity and diffusion properties of adsorbed water in clays are essentially the same as for bulk water are significant. This means that linear flux-force relationships for analysis of flow problems, such as Darcy’s law for hydraulic flow and Fick’s law for chemical diffusion should be applicable in high plasticity clays.”[5] 可见他关于结合水的黏滞性与渗流扩散特特性与一般水 没有根本区别的判断并非“未经论证” ，也不像方教授的水压 率一样仅是一种猜想，而是建立在“最新的发现”的基础上的。 （3）关于本人原论文中介绍的试验，方教授的理解有误。 该试验是“测量试样底部孔隙流体（水或酒精）压力随时间的 变化”[6]，亦即原论文中的图 4 表示的是由施加 5 kPa 压力而 产生的孔隙流体压力，未包括饱和试样内的静水压力，否则对 于饱和试样， 时间为 0 时的孔隙水压力应当为 0.8 kPa。 对于饱 和含水率低于塑限含水率的试样，量测的孔压变化小于 5 kPa， 并没有给水压率的生存提供任何空间。由于孔隙水是经由透水 石传到孔压传感器的金属薄膜上，这里测定的是“真”孔隙水 压力（式（1） ） ，不是经“水压率”修正后式（2）中的 u（它 是不可量测的） 。按照水压率理论，只要存在自由水，不管它 形成多么细小曲折的通道， 量侧的 “真” 孔压变化必须与 5 kPa 相同；如果没有自由水，则量测的孔压恒为 0。 另外，三轴试样的周边是被围压紧紧压在试样周边的橡皮 膜，试样上下通过滤纸和透水石与顶帽和底座相接，这与土和 结构物直接接触是不同的。 （4）岩土工程是实践的学科，有关理论和概念必须建立 在实践的基础上，为工程实践服务，也要经过实践的验证。有 效应力原理是经过几十年土工试验与工程实践验证的，是不可 能被全面推翻和替代的。黏性土的渗透试验、饱和黏土的渗流 固结试验与预压排水固结地基处理等长期的实践，都证明了有 效应力原理对于黏土的适用性和正确性，没有水压率插足的间 隙。水压率理论是一种大胆的猜测，但是它的提出并未见到试 验的支持；它的应用也在虚无缥缈之间谁知道“单位土面积 上自由水所占的面积”是多少如何量测怎么证明 Mitchell 在文献[5]中指出There is no evidence for 576 岩 土 工 程 学 报 2012 年 abnormal water viscosity or failure of Darcy’s low in clays of usually encountered in geotechnical practice. The viscosity and diffusion properties are, for practical purposes, the same as for pure water.” 这里特别强调“for practical purposes” ，亦即从工 程实践意义来讲。所以尽管黏土中由于存在粒间的引力和斥 力，但从工程实践讲，对有效应力原理影响不大；尽管如果在 渗透系数很小的黏土试样（原论文中试验用的小浪底心墙黏土 k310-7cm/s）上进行渗透试验，可以清楚地发现存在着起始 水力坡度，但从工程实践讲，我们仍然认为达西定律适用于黏 性土。 （5）笔者尽管在土力学领域工作多年，对于黏土中结合 水的机理与作用也一直很关注，但一直没见到能够与宏观理论 相配套的微观研究，对于黏土中有关结合水及宏观理论间的关 系，自己承认是讲不清楚的。例如原文中介绍的试验，当饱和 含水率低于塑限时，量测的孔压会小于施加的水压力。在我指 导的博士后进行的很多室内和野外试验中也发现类似的问题[7]。 在原论文中关于这些现象的解释也仅是个人的猜测。但笔者坚 信“在岩土工程实践通常遇到的黏土中”有效应力原理是正确 的，长期的工程实践已经证明它是不能被推翻的。至于如果结 合水能传递水压力，是否黏土颗粒就一定会悬浮，也仅是一种 想象。因为既然结合水可以由于外力作用而移动和转移，有什 么证据表明黏土的固体颗粒间就一定是不能接触的 （6）原论文对本文式（2）中的水头 h 是总水头的说明是 本人的笔误，非方教授的原义，对此深表歉意。 参考文献 [1] GB/T 5027998 岩土工程基本术语标准[S]. 北京 中国计 划出版社, 1998. GB/T 5027998 Standard for fundamental terms of geotechnical engineering[S]. Beijing China Plan Press, 1998. in Chinese [2] 中国大百科全书（水利卷）[M]. 上海 中国大百科全书出 版社, 1992. Chinese encyclopediawater conservancy [M]. 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