土體應力
正文
土自重或荷載在土體中某單位面積上所產生的作用力。由自重引起的應力稱自重應力；由外加荷載（例如建築物基礎荷載）引起的應力稱附加應力；土和建築物接觸面上的應力稱接觸應力。應力的分布和狀態 受荷載的土體中各點的所有不同方向的平面上的應力都是不相同的，這種隨著點的位置不同而呈現的應力變化，稱為土體中的應力分布。而通過一點的所有平面上的應力的總體，則稱為該點的應力狀態。土體中一點的應力狀態可以用通過該點的任意三個互相正交的平面上的三個法應力分量σx、σy、σz和三個獨立的剪應力分量τxy、τyz、τzx完全確定;在已知三個主平面方向的條件下，也可用三個主應力 σ1、σ2和σ3完全確定；在近代土力學研究中，則常用八面體法應力σoct、八面體剪應力 τoct和羅台應力角θσ 表示。由於各種荷載通常都不是瞬時地施加的，所以土體中任何一點的應力狀態都會隨著加（卸）載的過程而變化，如果在主應力空間把加（卸）載過程中代表各不同時刻的應力狀態的各點順次地連線起來，這條連線就稱應力路徑。因繪製空間應力路徑比較麻煩,所以常常把它繪在σoct－τoct平面或稱p-q平面上。
中性應力和有效應力 土是一種以固體顆粒為骨架的有孔物質，孔隙中部分地或全部充滿著水，水不能承受剪應力，但能承受正應力，所以飽和土體中某平面上由荷載引起的剪應力只能由土骨架承受，而正應力則可能由土骨架和孔隙水共同承受。由於正應力中由孔隙水傳遞的那一部分只能對土粒四周或不透水邊界加壓，並不能使土骨架受力和產生體積壓縮，也不直接影響土的抗剪強度，土的壓縮和強度實際上是受土骨架傳遞的那一部分正應力所控制，所以土力學中常將由孔隙水傳遞的正應力部分，稱為中性應力(u),而將由土骨架傳遞的正應力部分，稱為有效應力(σ′),兩者的代數和稱總應力（σ）。為了確定實際控制土的力學效應的有效應力，需先確定被考慮平面上的總應力，然後按照該平面上孔隙水的受力條件確定中性應力（包括靜水壓力和可引起水流動的超靜水壓力）， 有效應力就可用代數式σ′＝σ-u計算。
自重應力和初始應力狀態 在研究自重應力時，通常把天然地面下的土體理想化成為一個以水平面為邊界的、水平向均質同性的半空間體，土層分界面也被假定成水平面。這樣的土體在水平面和垂直平面上都不會由於自重產生剪應力,所以這些面都是主平面,它的自重應力狀態就可用三個主應力表示（見圖）。對正常壓密的土層，距地面深度h處的垂直總應力為σ1＝∑γihi，式中hi和γi分別為第i層土的厚度和容量。與σ1相應的有效應力σí＝σ－u。當孔隙水處於或接近於靜止狀態時，在地下水位處u＝0；在地下水位以下某一深度z處u＝γwz;在地下水位以上的毛細水飽和區中的某一高度z′處u＝－γwz′，式中γw為孔隙水容重。 距地面h深度處的水平有效應力則可表為σ姟＝σ岉＝K0σí,式中K0為計算點所在土層的靜止側壓力係數，可通過試驗或按經驗公式估計，其值一般小於 1。如果現地面是經過地質剝蝕後遺留下來的，或者所考慮的土層曾受過其他的超壓密作用,則K0可能大於1。這樣求得的σ1、σ2和σ3就代表天然土層中一點的應力狀態。
土體應力