有效应力原理
有效应力原理名词解释
有效应力原理名词解释有效应力原理是指在材料受力时，只有在一定的应力范围内，才能保证材料的强度和耐久性。
有效应力原理是材料力学中的重要概念，对于材料的设计、工程应用和性能评价具有重要意义。
首先，我们需要了解应力的概念。
应力是单位面积上的力，通常用σ表示，其计算公式为力F除以单位面积A，即σ=F/A。
在材料受力时，会产生各种不同方向和大小的应力，如拉应力、压应力、剪应力等。
而有效应力则是指在复杂应力状态下，实际产生的引起材料变形和破坏的应力。
有效应力的大小决定了材料的强度和耐久性，是材料设计和应用中需要重点考虑的因素之一。
其次，有效应力原理的核心是应力集中和疲劳寿命。
应力集中是指在材料中出现局部应力集中的现象，当外部载荷作用于材料时，可能会在材料中产生应力集中，导致材料的疲劳破坏。
有效应力原理告诉我们，在材料设计和使用中，需要尽量避免应力集中的发生，以保证材料的强度和寿命。
另外，有效应力原理还与材料的强度和韧性有关。
在材料受力时，会产生应力，而材料的强度和韧性决定了其在受力情况下的表现。
有效应力原理告诉我们，只有在一定的应力范围内，材料才能保持其强度和韧性，超出这一范围，材料可能会发生变形和破坏。
最后，有效应力原理对于材料的性能评价和改进具有指导意义。
在材料的设计和工程应用中，需要对材料的强度、韧性、疲劳寿命等性能进行评价和改进，而有效应力原理可以帮助我们更好地理解材料在受力情况下的行为，指导我们进行材料性能的优化和改进。
综上所述，有效应力原理是材料力学中的重要概念，对于材料的设计、工程应用和性能评价具有重要意义。
通过对有效应力原理的理解和应用，可以帮助我们更好地设计和选择材料，保证材料在受力情况下的强度和耐久性，促进材料工程领域的发展和进步。
简述有效应力的表达式和物理意义
简述有效应力的表达式和物理意义
有效应力原理的公式是σ＝σ′＋μ。
其中σ为平面上法向总应力；σ′为平面上有效法向应力；μ为孔隙水压力。
有效应力原理阐明了碎散颗粒材料与连续固体材料在应力—应变关系上的重大区别，有效应力原理表示研究平面上的总应力、有效应力与孔隙水压力三者之间的关系：当总应力保持不变时，孔隙水压力与有效应力可以相互转化，即有效孔隙水压力减小等于有效应力的等量增加。
扩展资料：
有效应力对煤层气解吸渗流影响
地应力为影响煤层气解吸、扩散、渗流和产量高低的重要因素。
首先煤体微孔隙内表面吸附煤层气因孔隙压力降低而解吸，扩散至裂隙中转变为游离态煤层气，然后由于裂隙和钻井井孔之间的压力梯度和煤层气的浓度梯度而产生煤层气渗流，从而游离态气体向井孔移动，最后由井孔抽出。
在此过程中，当煤储层压力降至解吸临界压力以下时，解吸量随煤储层压力继续下降而不断增多，从而提高解吸速度；另一方面，在煤层气的运移过程中，随着煤储层压力降低使得煤体发生变形，促进煤体孔隙和裂隙的扩展和延伸，煤层渗透系数增大，进而提高渗流作用效果。
第5.0土的有效应力原理ppt课件
24
§5.1 土的有效应力原理
二. 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 2.附加应力作用情况
(1) 侧限应力状态及一维渗流固结
▪ 实践背景：大面积均布荷载 p
p
饱和压缩层 不透水岩层
σz=p
侧限应力状态
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§5.1 土的有效应力原理
二. 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 2.附加应力作用情况
(1) 侧限应力状态及一维渗流固结
1 3
体积V
孔隙流体的体积变化
V1 Cf uA nV
3(1 2) Cs E
土骨架的体积变化 暂时假定土骨架为线弹性体
uA
V2 v V (1 2 3 )V
总应力增量 有效附加应力
应变增量
轴向 1 3 1 3 uA [(1 3 uA ) 2(uA )]/ E
侧向
0
uA
二. 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 1.自重应力情况
(1) 静水条件 毛细饱和区
总应力 － 孔隙水压力 ＝ 有效应力
H
毛细饱
和区 sat hc
ht
hw
whc -
H whc
H satht
+
whw H satht whw 20
§5.1 土的有效应力原理
二. 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 1.自重应力情况
u
u w (H h) satH w (H h)
H wh 渗透压力: wh
22
§5.1 土的有效应力原理
二. 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 1.自重应力情况
取土骨架为隔离体
向上渗流: Δh
向下渗流:
H
粘土层 γsat
H wh
有效应力原理
有效应力原理
有效应力原理是固体力学中的一个重要概念，用于描述材料在外力作用下的变形行为。
在材料受外力作用时，内部会产生应力，而有效应力则是指对该材料产生变形所起主导作用的应力。
在实际应用中，材料受到的外力不仅包括单一的拉压力，还可能包含剪切力、弯曲力等复合力。
为了简化计算和分析，需要将这些复合力转化为一个等效的单轴应力，从而判断材料是否会破坏或产生塑性变形。
有效应力的计算需要考虑材料所处的环境，主要包括温度、湿度等因素。
对于一般情况下的材料，有效应力可以直接通过减去材料表面上的正应力值来计算，可以表示为：
σeff = σtotal - σsurface
其中，σtotal表示材料受到的总应力，而σsurface表示材料表
面上的正应力。
常见的有效应力计算方法有von Mises准则和Tresca准则。
有效应力原理的应用十分广泛。
在工程中，工程师们可以通过有效应力原理来分析结构物的承载能力，判断材料的破坏点和塑性变形情况，从而设计出更加安全可靠的结构。
此外，在材料科学和地质力学等领域，有效应力原理也被广泛应用于研究材料的力学性质和岩土工程中的土体变形行为。
总之，理解和应用有效应力原理对于有效分析和设计材料和结
构的性能至关重要，可以使工程师和科学家们更好地理解材料的力学性质并做出相应的决策。
有效应力原理
有效应力原理
应力原理（Maxwell's Stress Principle）是一种用来描述有刚度介质中运动物体的
机械力学原理。
它是由19世纪英国科学家詹姆斯·马克斯韦（James Clerk Maxwell）提
出的，它是一种用来研究物体有效应力的理论方法。
它指出，物体位移的方向和大小都可
以用有效的应力或拉力来描述，用来准确地衡量物体的力学表现。
应力原理认为，物体任何位移均可以由一组有效的应力或拉力来描述，从而可以准确
地衡量物体强度和稳定性。
因此，应力原理可以导出实际物体的偏应力、正应力和拉力分
布情况，从而可以更好地把握物体的应力状态。
应力原理还指出，给定的物体的应力分布状态是动态的，随着物体位移的变化而变化，而且会随机选择最优的应力分配方式。
因此，借助应力原理也可以预测物体的应力应变及
其性能的变化趋势。
应力原理可以帮助我们从复杂的力学系统中提取出精简的有效应力，把握物体运动的
表现，以及物体力学性能的特性。
应力原理也没有国界，它推广到了气体体系和电场力学
系统，直到现在仍是多学科研究的重要方法。
简述有效应力原理的内容
简述有效应力原理的内容有效应力原理，也称为穴壁应力原理或穴状应力原理，是材料力学中的一个重要概念和理论基础。
有效应力原理主要用于解决固体力学中应力状态分析问题，为工程设计提供有力的理论支持。
在固体力学中，材料受到外力作用时，会产生应力。
应力是描述固体内部单位面积内力的物理量。
而有效应力是根据材料的各向同性和线弹性假设，通过分析材料内部的应力分布特征得到的一种相对简化的表示。
有效应力原理的提出是为了简化复杂的应力状态，从而更加方便地进行力学计算和工程分析。
有效应力原理的核心思想可以概括为：对于材料内部的抗力分布，只有施加在其中一截面上的法向压力和剪应力对结构强度起主要作用，而对于施加在孔洞及其周围的应力，由于局部应力的集中效应，起到削弱结构强度的作用。
在实际工程设计中，孔洞与裂纹等缺陷通常以理想化的方式被模拟为穴状结构，并使用有效应力原理进行力学分析和计算。
有效应力原理广泛应用于多个领域，如土木工程、机械工程、材料科学等。
有效应力的计算依赖于两个重要的参数：杨氏模量和泊松比。
杨氏模量是材料刚度的度量，表示材料在受力时沿一个方向的伸缩能力；泊松比是材料在受力时横向收缩的程度。
有效应力原理可以通过两种方法来计算：1.近似方法：这种方法通过对应力进行平均或取最大值，从而得到简化的材料应力分布。
根据这种方法，材料内的最大剪应力发生在穴壁上，并且它的大小只取决于施加在穴壁上的正应力。
这种近似方法适用于强度和刚度的评估。
2.精确方法：这种方法考虑了穴壁与孔内的应力变化，并通过积分计算来获得准确的结果。
根据这种方法，应力分布在穴壁附近有一个高度集中的区域，称为应力集中系数。
通过计算应力集中系数，可以得到材料在不同位置的有效应力分布。
有效应力原理的应用可以解决许多工程问题，如材料疲劳和断裂、材料强度评估、结构设计和分析等。
这个原理在许多实际工程中都有广泛的应用，并成为工程设计的重要基础。
通过使用有效应力原理，工程师能够更好地理解材料的力学行为，并设计出更安全和可靠的工程结构。
有效应力原理内容
有效应力原理内容有效应力原理是力学中的一条重要原理，用于描述固体物体在外界作用下的应力状态。
它是强固学和结构力学中的基本概念，对于研究物体的强度和稳定性非常重要。
有效应力原理基于以下假设：当物体受到外力作用，物体内部的应力会发生分布，这些应力可以分为正应力和剪应力。
在某些情况下，物体因于存在内部摩擦的作用而不能充分利用全部的应力，有些应力可以传递给其他部分。
有效应力定义为能够引起物体变形或破坏的应力。
有效应力原理的具体内容如下：首先，有效应力的概念是基于材料内部摩擦的概念，认为只有克服了内部摩擦的应力才是能够引起变形或破坏的应力。
其次，有效应力与应变有关，有效应力是指在引起物体变形或破坏的过程中，由于摩擦而引起的应变。
再次，有效应力与物体的力学性能有关，材料的力学性能决定了材料的抗变形和抗破坏能力。
有效应力原理的应用非常广泛。
在工程领域中，有效应力原理被用来分析和设计各种结构和构件，以确保其能够承受外界力的作用而不发生变形或破坏。
在土力学和岩石力学中，有效应力原理被用来研究土壤和岩石的稳定性，分析土体和岩石的变形和破坏机制。
在地质学中，有效应力原理被用来研究地壳中岩石的应力状态，揭示地质灾害的成因和发展趋势。
有效应力原理的应用可以使工程设计更加安全可靠，减少事故的发生，提高工程的质量和效率。
例如，在桥梁工程中，通过分析和计算承受桥梁自重和交通荷载的有效应力分布，可以确定桥梁各个构件的尺寸和材料的选取，确保桥梁的稳定性和承载能力。
在地铁隧道工程中，通过分析隧道周围岩石的有效应力分布，可以确定支护结构的设计方案，保证隧道的安全和稳定。
有效应力原理的研究还促进了材料科学和土力学的发展。
通过研究不同材料的有效应力特性，可以优化材料的制备工艺和改进材料的性能。
通过研究土体和岩石的有效应力行为，可以提高土体力学和岩石力学的理论水平，为土木工程和地质勘探提供科学依据。
总之，有效应力原理是力学领域中的一条重要原理，通过研究和分析物体的应力状态，可以确定物体的变形和破坏机制，为工程设计和科学研究提供理论基础。
有效应力原理
有效应力原理
有效应力原理是一个重要的力学原理，它指的是，当一个物体受到一个外力的作用时，物体的力学行为与受力的位置和方向有关。
它会影响物体的结构和力学性能，甚至是其形状和大小。
有效应力原理的基本思想是，当一个物体受到力的作用时，其力学行为受到受力位置和方向的影响。
有效应力原理经常用于研究物体受力的方向和位置。
例如，当一个物体受到一个远程的力（如重力）时，物体的行为受到受力位置和方向的影响。
另外，当一个物体受到一个近距离的力，如挠度力或拉力时，它的行为也受到受力位置和方向的影响。
有效应力原理也可以用来计算物体受力的影响。
例如，当一个物体受到一个外力时，可以利用有效应力原理计算出物体受力的影响，从而推算出物体受力的大小和方向。
有效应力原理还可以用来研究物体受力的形状和大小。
例如，可以利用有效应力原理来研究物体受力的变形情况，从而推算出物体受力的大小和形状。
有效应力原理是一个重要的力学原理，它可以用来研究物体受力的方向、位置、大小和形状。
它可以用来计算物体受力的影响，并且可以用来研究物体受力的变形情况。
因此，有效应力原理在力学研
究中起着重要的作用。
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H1 satH 2
毛细水上升时土中有效应力计算
总应力 － 孔隙水压力 ＝ 有效应力
毛细饱和区
H
whc
-
H whc
sat
ht
hc
hw
H sath t
+
wh w
H sath t w h w
有效应力σ’
Aw 1 A
（ As ≤0.03）
PS
'u
' u
地下水位变化对有效应力的影响
(1) 静水条件 地下水位
σ’=σ-u =γwH1+γsatH2
-γw(H1+ H2)
H1
=(γsat-γw)H2 = γ ’H 2
sat
H2
σ’与地面以上 水位H1无关，与 地下水位H2有关。
H w h
渗透压力:
w h
基底压力 与基底附加压力的计算
概述
上部结构 建筑物 设计 基础 地基
基础结构的外荷载
上部结构的自 重及各种荷载 都是通过基础 传到地基中的
基底反力
基底压力 附加应力
基底压力：基础底面传 递给地基表面的压力， 也称基底接触压力。
地基沉降变形
影响因素 计算方法 分布规律
基底压力的影响因素
•大小、方向、分布
荷载条件
基底压力
地基条件
基础条件
•刚度 •形状 •大小 •埋深
•土类、密度、土层结构等
基底压力分布特征
条形基础，竖直均布荷载
基础抗弯刚度EI=0 → M=0； 基础变形能完全适应地基表面的 变形; 基础上下压力分布必须完全相同， 若不同将会产生弯矩。
有效应力原理
有效应力’：
土体是由固体颗粒和孔隙水及空气组成的三相 集合体。外荷在土体中产生的应力是通过颗粒 间的接触来传递的。由颗粒间的点接触传递的 应力会使土的颗粒 产生变形，引起土 体的变形和强度的 变化，这种对土体 变形和强度有效的 粒间应力就称为有 效应力’。
A
孔隙水压力U
• 如果土体中的孔隙是互相连通而又充满水，则 孔隙中的水服从静水压力分布规律，这种由孔 隙水传递的应力就称为孔隙水压力U。
• 由于孔隙水在土中一点的 各方向产生的压力相等， 它只能压缩土颗粒本身而 不能使土颗粒产生位移， 而土粒本身的压缩量是可 以忽略不计的（当压力值 达到600kpa时，土颗粒体 积压缩5％），所以不能 直接引起土体变形和强度 变化的孔隙水压力又称为 中性压力。
总应力
• 总应力等于该 a-a断面通过土颗 土体单元面积 粒的接触点 以上土、水自 重和所施加的 所有外荷之和 a
• 3、基底压力简化计算依据：圣维南原理
基础形状与荷载条件的组合
荷载条件
竖直中心 N 矩 形 基 础 形 状 B L
竖直偏心
N x y o B N Mxy M yx p ( x, y ) A Ix Iy N B
倾斜偏心 N
L
B
L
pN A
N B
N Nv Nh
N
B
条 形
pN B
土不能承受拉力
p p max B N 2
2N 3KB
压力调整
p max
p max
L K e 2
2N L 3 B ( e) 2
矩形面积单向偏心荷载
基底 压力 合力 与总 荷载 相等
条形基础竖直偏心荷载 （长度上取一延米计算）
e N N Nh B
N Mx p( x) B I
P Pv Ph
基底附加压力
由于工程建筑活动或其它原因，使基底处 额外增加的压力
p0 p - d
上部荷载F 基底压力 基础自重G 基底附加压力 地基中各点附加压力
基底附加压力
p0 p - d
P 0 P dd
d
h
i 1 i
接近弹性解 马鞍型 抛物线型 倒钟型
基底压力简化计算
基底压力 分布形式 十分复杂 根据圣维南原理，基底压力的具体分布形式 对地基应力计算的影响仅局限于一定深度范 围；超出此范围以后，地基中附加应力的分 布将与基底压力的分布关系不大，而只取决 于荷载的大小、方向和合力的位置。
基础尺寸较小 荷载不是很大
min
N 6e 1 A L
x e
B
e<L/6:小偏心 梯形 e=L/6: 三角形
p max
y
p max
pmin 0
pmin 0
L
N 6e pmax 1 A L min e>L/6:大偏心
B
高耸结构物下可能 出现的基底压力
x e y
出现拉应力区
具体计算结果见教材P71表3.3.1
土中水渗流时有效应力计算
Δh
H γ sat
粘土层
Δh
H γsat
砂层，承压水
砂层，排水 向下渗流
向上渗流
向上渗流
Δh
粘土层 当 向H 上 渗流时，若 0， 则 土 层 处 于 悬 浮 状 ， 态
发 生 流 土 和 管 涌 。 条为 件 H - w h 0 A H w h 砂层，承压水 h h u icr sat 即 H H w H sat Hw w ( H h ) u w ( H h ) 式中： icr 称 为 临 界 水 力 坡 降 。 w h H w h 渗透压力 : 只要满足条件 i icr， 就 会 发 生 流 土
倾斜偏心荷载
Nv
p max
min
N 6e 1 B B
分解为竖直向和水平向荷载， 水平荷载引起的基底水平应力 视为均匀分布。
小结
• 1、基底压力：是建筑物荷载通过基础传给地 基的压力，也是地基作用于基础底面的反力。 • 2、影响基底压力分布特性的因素： • 基础刚度、平面形状、尺寸大小、埋置深度、 上部荷载的分布、地基土特性
基底压力分布特征
条形基础，竖直均布荷载
弹性地基，绝对刚性基础 抗弯刚度EI=∞ → M≠0；
反证法: 假设基底压力与荷载 分布相同，则地基变形与柔性 基础情况必然一致；
分布: 中间小, 两端无穷大。
基底压力分布特征
弹塑性地基，有限刚度基础
— 荷载较小 — 荷载较大
砂性土地基
— — — —
粘性土地基
γsat
向下渗流
向下渗流:
渗流压密 具体计算结 果见教材 P72表3.3.2
A
Δh H γsat
砂层，排水
H w h
地下水位下降，会在土层中产生朝下的渗流，从而 sat H u 使有效应力增加，导致土层发生压密变形，称为渗 sat H w ( H h ) u ( H h ) 流压密。这是引起地面沉降的又一个原因。 w
n
i
h
i 1
n
i
1、地下水位下的密度取有效密度； 2、基础埋深d，从设计地面或室内外平均设计地面 算起，对于新填土场地则从老天然地面算起； 3、对多层地基，取加权指标计算。
L
p max
min
N M yx A Iy
当e y e, e x 0 p max
min
N A
6e 1 L
N N e B ( ) A LB B 2 2 ( ) 3 2 N 6e 1 A B
矩形面积单向偏心荷载
L
p max
u：孔隙水 压力
A
a
土单元的断面积 A： As： 颗粒接触点的面积 孔隙水的断面积 Aw：
A AS A w
有效应力计算
a-a断面通过土颗 粒的接触点
A
A AS A w
A Psv uAw
u：孔隙水 压力 a
a
Psv A w u A A
PS
PSV
简化计算方法：
假定基底压力按直线分布
矩形面积中心荷载
F G p N A A
+0.00
G
d
室内设计地面 G
d
F
+0.00
F
室外设计地面
b
b
p (a) (b)
p
矩形面积单向偏心荷载
B
当e y 0, e x e
N Mxy M yx p ( x, y ) A Ix Iy
x e y