Revisiting the Fundamental Concepts of Soil Mechanics Using the General Effective Stress Concept for Saturated Geomaterials

太沙基原理 岩土工程 有效应力 地质力学 柯西应力张量 土力学 孔隙水压力 背景(考古学) 磁导率 数学 机械 土壤水分 地质学 数学分析 物理 土壤科学 化学 古生物学 生物化学
作者
Zhouxiang Ding,Wenjun Zhang,Zhe Wang,Zhenhao Zhang,Zhaohui Yang,Shanyong Wang
出处
期刊:International Journal of Geomechanics [American Society of Civil Engineers]
卷期号:23 (1)
标识
DOI:10.1061/(asce)gm.1943-5622.0002617
摘要

This paper presents a work to define four fundamental concepts, namely, buoyant force, submerged unit weight, seepage force, and critical hydraulic gradients, for saturated geomaterials including soils, rocks, and concrete under normal and high pressures using the general effective stress (GES) concept along with Terzaghi’s effective stress. In particular, four typical GES expressions are used for this purpose, and their impacts on the definition of the four concepts are compared based on available experimental evidence in the literature. The results suggest that (1) Terzaghi’s effective stress can be physically validated in the context of Archimedes’ principle for soils under normal conditions; (2) the generalized buoyant force on the unit volume of saturated geomaterials is the product of the unit weight of pore fluid and the GES coefficient tensor; and (3) the generalized seepage force theoretically acts in the direction of pore fluid flow only when the GES coefficient tensor is proportional to the permeability coefficient tensor. These four fundamental concepts have a profound significance for geotechnical applications with GES and thus merit further validation with adequate laboratory and in situ observations.

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