1.3 關(guān)于有效應(yīng)力的討論和爭(zhēng)議

A.W. Skempton通過(guò)分析土骨架顆粒間的作用力來(lái)解釋有效應(yīng)力[6]，原文見(jiàn)附錄2。在這篇重要的論文中，A.W. Skempton根據(jù)對(duì)土體微元引起等量的體積變化或者抗剪強(qiáng)度等效的原則，提出了依據(jù)土體體積變形等效或者抗剪強(qiáng)度等效的有效應(yīng)力表達(dá)式。A.W. Skempton通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了兩種等效條件下表達(dá)式的正確性，方法是通過(guò)試驗(yàn)觀察哪一個(gè)表達(dá)式與受到總應(yīng)力和孔隙水壓強(qiáng)作用的土體體積變化有關(guān)并檢驗(yàn)?zāi)囊粋€(gè)方程能夠滿足排水剪切強(qiáng)度的摩爾—庫(kù)侖方程。

A.W. Skempton的研究影響了后來(lái)的許多學(xué)者，他們均持有這樣的觀點(diǎn)，即有效應(yīng)力應(yīng)該是土體體積變形等效或者抗剪強(qiáng)度等效的等效應(yīng)力。在此基礎(chǔ)上，研究者們提出了許多不同的有效應(yīng)力表達(dá)式以及修正公式，而有關(guān)這些公式的爭(zhēng)論就一直沒(méi)有停止過(guò)。

Bishop[3]進(jìn)一步地將Skempton體積變形等效和抗剪強(qiáng)度等效的等效應(yīng)力表達(dá)式用一個(gè)統(tǒng)一的公式表達(dá)，即σ′=σ-kuw，其中的k為分別對(duì)應(yīng)于體積變形等效和抗剪強(qiáng)度等效的參數(shù)。根據(jù)該定義，有效應(yīng)力是總應(yīng)力和孔隙水壓力的函數(shù)，該函數(shù)控制著體積變化和抗剪強(qiáng)度變化過(guò)程中的應(yīng)力變化。Bishop還認(rèn)為“Terzaghi的有效應(yīng)力原理是方程σ′=σ-kuw中的k為1的特殊情況，雖然它從工程的角度來(lái)說(shuō)是一種很好的近似，但是它只能是一種特殊情況，不具有一般性”。Nur A和Byerlee J D.[7]同樣考慮土顆粒的壓縮性，給出了控制飽和土體積變化的有效應(yīng)力的精確表達(dá)式σ′=σ-（1-）uw，其中K和K s分別為土骨架的體變模量和土顆粒的體變模量。沈珠江院士認(rèn)為“Skempton從體積變化和抗剪強(qiáng)度等效的角度所推導(dǎo)的兩相介質(zhì)的有效應(yīng)力公式已經(jīng)是完滿的了，實(shí)無(wú)必要繼續(xù)爭(zhēng)論這一問(wèn)題。Skempton的研究已充分表明，有效應(yīng)力應(yīng)通過(guò)強(qiáng)度或變形等效的原則計(jì)算，像離心力一樣，它并不是客觀存在的一個(gè)物理量。”[8]同時(shí)還以變形等效的有效應(yīng)力為例，給出在總應(yīng)力增量和孔隙壓力增量作用下的體應(yīng)變?cè)隽勘磉_(dá)式，并依據(jù)變形等效的原則，進(jìn)一步給出了變形等效的有效應(yīng)力表達(dá)。

我們知道，按照體積變形等效或抗剪強(qiáng)度等效得到的等效應(yīng)力一般不會(huì)相同。這意味著，體積變形等效或抗剪強(qiáng)度等效的“有效應(yīng)力”在數(shù)值上并不會(huì)相等。A.W. Skempton得出的“有效應(yīng)力”只是一個(gè)“等效應(yīng)力”，等效應(yīng)力是一個(gè)虛擬的物理量，不具有普適性，也沒(méi)有物理基礎(chǔ)，把虛擬的等效應(yīng)力和客觀存在的有效應(yīng)力等同起來(lái)是不適當(dāng)?shù)摹?/p>