岩石力學為何採用有效應力？

●李傳亮

普通固體的物質結構比較簡單，力學研究直接採用應力即可，不需要採用有效應力。若研究固體的彈性變形，採用下面的胡克定律即可

可是，岩石（包括土）不是普通的固體，而是多孔介質，物質結構比較複雜，裡面發育了很多孔隙，孔隙裡還飽和了流體，且流體具有一定的壓力。岩石不僅受到外壓的作用，還同時受到內壓（孔隙壓力）的作用。

岩石受到外壓的作用，就會壓縮。岩石受到內壓的作用，就會膨脹。因此，在研究岩石的變形時，需要把內壓的作用從外壓中扣除，扣除之後就是所謂的有效應力了，就可以代入胡克定律計算岩石的彈性應變了。

在計算有效應力時，需要從外壓中扣除多少內壓是需要研究的，不同人給出了不同的觀點。

K。Terzaghi於1921年給出了他的有效應力計算公式

從上式可以看出，Terzaghi是直接從外壓中減去內壓的，扣除比例為100%。

很顯然，Terzaghi減多了，內壓的作用面積比外壓小，不能直接減。

M。A。Biot於1941年給出了他的有效應力計算公式

從上式可以看出，Biot沒有直接減，而是扣除了一部分。Biot係數由實驗確定，沒有明確的物理意義，帶有很大的不確定性，有些實驗測出了>1或<0的數值。

我於1999年給出的雙重有效應力計算公式為

其中本體有效應力減去的比例為岩石的孔隙度，結構有效應力減去的比例為岩石的觸點孔隙度，這兩個孔隙度都有明確的物理意義，而且數值都介於0~1。

對於普通固體，孔隙度為0，則不用扣除內壓了，直接採用外壓即可。如果孔隙度為1，則直接扣除內壓即可，此即Terzaghi有效應力。實際上，孔隙度為1的多孔介質並不存在。

詳細內容，請參閱論文“再談雙重有效應力”。