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第 3 期 讨 论 573 关于“关于有效应力原理的几个问题”的讨论 方玉树 （后勤工程学院建筑工程系，重庆 401311） 中图分类号TU43 文献标识码A 文章编号1000–4548201203–0573–02 作者简介方玉树1958– ，男，教授，国家注册土木工程师（岩土），主要从事基础工程和地质灾害防治工程方面 的研究和勘察设计工作。E-mail fysbxy。 Discussion on “Some problems about principle of effective stress” FANG Yu-shu Department of Architecture and Civil Engineering of Logistical Engineering University, Chongqing 401311, China 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，就文中涉及的几 个问题与李先生商榷。 （1）李文中式（3）即下式引自方玉树的一篇文章[1] w uhξγ 。 1 式中 h在原文中为 “压力水头” ， 被李先生错写成 “总水头” ； 水压率ξ在原文中是“单位面积土截面上自由水所占面积” ， 被李先生错写成“饱和土截面上自由水所占的面积与孔隙总面 积之比” ，原文也已说明二者只对无胶结和结晶联结、无裂隙 和空洞的饱和土体才等效[1]。 （2） 李文说错误的下式中等号右边第二项与式 （1） 在 “孔 隙水压力对静水压力有所折减”这点上类似 wz hhnσγγ′ 。 2 笔者认为，两者性质完全不同式（1）是孔隙水压力表 达式；式（2）是以颗粒与水分算方式计算单位底面积饱和土 重的公式； 式中等号右边第二项是土中水重， 不是孔隙水压力， 只是被错误地理解成了孔隙水压力；式中等号右边第一项本应 是土中颗粒重 s 1hnγ−（式中 s γ为颗粒重度） ， 不是土的浮重， 只是被错误地用土的浮重替换。 李文中 “土骨架的重量” 和 “土 中孔隙水的重量”两术语表明，这里的“水土分算”是土的两 类组分重量的分算，式（2）本来就不是总应力、有效应力和 孔隙水压力三者的关系式。李先生对式（2）错误性质的认识 是错误的。 （3）李文认为结合水能传递水压力，其依据是站不住脚 的。 a）虽然 Mitchell 说过“结合水在水动力特性方面与一般 水没有本质的区别” ，但这不能作为依据，因为这种判断未经 论证。笔者认为结合水传递水压力是不可能的，理由是黏土 中颗粒被结合水包围，颗粒之间并不接触，若结合水能传递水 压力，土中颗粒就均处于悬浮状态，黏土对任何接触面产生的 压力就都是水压力，其侧压力系数就总是 1，其有效应力就始 终为 0，黏土就成了密度比自由水大的流体，这与实际严重不 符[2]。 b）李文介绍的防渗土料试样顶面加一层水的试验恰恰说 明结合水不能传递水压力①不计试样充水消耗的微小水量 时，试样底面压力水头h是试样顶面水厚 0.5 m 与试样高度之 和，因此，当试样高度为0.08 m时，实测试样底面水压力仅 为相应水体水压力（5.8 kPa）的 0.603～0.862 倍；当试样高度 大于 0.08 m 时，实测试样底面水压力比相应水体水压力小得 更多。 ②固结程度越高实测试样底面水压力小于相应水体水压 力越多， 这一规律与试样底面自由水所占面积随固结程度提高 而降低的规律一致。 ③改用乙醇这种特殊水后在不同压力下固 结的试样底面水压力实测值与相应水体水压力的差别均相对 较小但均未达到相应水体水压力， 这一规律与试样底面结合水 所占面积因乙醇介电常数很小而大为减小但未减小到 0 的规 律一致。④上述结果尤其是改用乙醇后的结果用土体未饱和、 有负孔压是很难解释的。⑤若结合水能传递水压力，那么在防 渗土料试样顶面加一层0.5 m厚的饱和坚硬、硬塑黏土，也一 定能在试样底面测得 5.8 kPa的水压力 （当试样高度为 0.08 m 时） ，但这在实际上是不可能的。 值得注意的是， 土体在与结构物接触处的表面自由水所占 面积比例通常大于土体内部截面， 因而在相同条件下前者的水 压力大于后者，本次试验所测即是前者[1 ，3-4]。 李先生认为黏土含水率达到液限才“开始有自由水” ，其 实不然。含水率达到液限前黏土中已有自由水，只是尚未完全 取代用以连接相邻颗粒的公共结合水。 c）当结合水能传递水压力时，水位面以下水压力变化与 土的类型和状态无关，这样，连基坑底突为何从承压含水层顶 ─────── 讨论稿收稿日期2011–08–13 答复稿收稿日期2011–10–20 574 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. FANG Yu-shu. Discussing pore water pressure of soil and its relative questions based on the ratio of water pressure[J]. Geotechnical Engineering World, 2007, 105 21–26. in Chinese [2] 方玉树. 水压率理论释疑[J]. 岩土工程界, 2008, 114 21 –26. FANG Yu-shu. Explanation of theory of ratio of water pressure[J]. Geotechnical Engineering World, 2008, 114 21 –26. in Chinese [3] 方玉树. 水压率理论被推翻了吗[J]. 岩土工程界, 2007, 1011 21–26. FANG Yu-shu. Is theory of ratio of water pressure exploded[J]. Geotechnical Engineering World, 2007, 1011 21–26. in Chinese [4] 李广信.有效应力原理能够推翻吗[J]. 岩土工程界, 2007, 107 22 – 26. LI Guang-xin. Could effective stress principle be exploded[J]. Geotechnical Engineering World, 2007，107 22–26. in Chinese [5] 李广信. 对“基于水压率讨论土中孔隙水压力及有关问题” 一文的讨论[J]. 岩土工程界, 2007, 109 22–24. LI Guang-xin. Discussion on “Discussing pore water pressure of soil and its relative questions based on the ratio of water pressure“[J]. 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。