تنش موثر و معادله تعادل برای مکانیک خاک ۲۰۱۷
Effective Stress and Equilibrium Equation for Soil Mechanics 2017

مفهوم تنش موثر و معادله تنش موثر، بنیان اصلی شکل‌گیری نظریه‌ی مقاومت و رابطه‌ی تنش و کرنش در مکانیک خاک و مکانیک محیط‌های متخلخل است. با این حال، تا به امروز، مفهوم فیزیکی تنش موثر به طور واضح تبیین نشده و اساس نظری معادله تنش موثر ارائه نشده است. محققان هنوز به درک مشترکی از امکان‌سنجی مفهوم تنش موثر و معادله تنش موثر برای خاک‌های غیراشباع نرسیده‌اند.

**تنش موثر و معادله تعادل برای مکانیک خاک** ابتدا به تعریف اسکلت خاک می‌پردازد و تصریح می‌کند که اسکلت خاک باید شامل بخشی از آب منفذی باشد. هنگامی که یک جسم آزاد از اسکلت خاک برای انجام تحلیل نیروی داخلی در نظر گرفته می‌شود، تنش روی سطح جسم آزاد دارای دو بخش است: یکی ناشی از فشار سیال منفذی که فقط شامل تنش نرمال است؛ دیگری ناشی از تمام نیروهای خارجی دیگر به استثنای فشار سیال منفذی. اگر تنش موثر به عنوان تنش اسکلت خاک ناشی از تمام نیروهای خارجی به استثنای فشار سیال منفذی تعریف شود، معادله تنش موثر را می‌توان به راحتی از طریق تحلیل تعادل نیروی داخلی به دست آورد. این معادله رابطه‌ی بین تنش موثر، تنش کل و فشار سیال منفذی را منعکس می‌کند که با خاصیت خاک تغییر نمی‌کند. معادله تنش موثر خاک‌های اشباع و غیراشباع یکسان است، یعنی o ̃=o ̃t –Seuw–(1–Se)ua. برای محیط متخلخل چند فازی، o ̃=o ̃t –u*,u*=Seiui(i=1,2,…,M). در این کتاب، یک فرمول نظری برای ضریب نفوذپذیری خاک‌های غیراشباع استخراج شده است. فرمول نیروی تراوش بر اساس معادله دیفرانسیل تعادل آب منفذی اصلاح شده است. رابطه‌ی بین تنش موثر و مقاومت برشی و تغییر شکل خاک‌های غیراشباع به طور مقدماتی تایید شده است. در نهایت، برخی از مسائل احتمالاً بحث‌برانگیز مورد بحث قرار می‌گیرند تا درک بهتری از نقش معادله تعادل و مفهوم تنش موثر ارائه شود.

The concept of effective stress and the effective stress equation is fundamental for establishing the theory of strength and the relationship of stress and strain in soil mechanics and poromechanics. However, up till now, the physical meaning of effective stress has not been explained clearly, and the theoretical basis of the effective stress equation has not been proposed. Researchers have not yet reached a common understanding of the feasibility of the concept of effective stress and effective stress equation for unsaturated soils.
Effective Stress and Equilibrium Equation for Soil Mechanics discusses the definition of the soil skeleton at first and clarifies that the soil skeleton should include a fraction of pore water. When a free body of soil skeleton is taken to conduct internal force analysis, the stress on the surface of the free body has two parts: one is induced by pore fluid pressure that only includes normal stress; the other is produced by all the other external forces excluding pore fluid pressure. If the effective stress is defined as the soil skeleton stress due to all the external forces excluding pore fluid pressure, the effective stress equation can be easily obtained by the internal force equilibrium analysis. This equation reflects the relationship between the effective stress, total stress and pore fluid pressure, which does not change with the soil property. The effective stress equation of saturated soils and unsaturated soils is unified, i.e., o ̃=o ̃t –Seuw–(1–Se)ua. For multiphase porous medium, o ̃=o ̃t –u*,u*=Seiui(i=1,2,…,M). In this book, a theoretical formula of the coefficient of permeability for unsaturated soils is derived. The formula of the seepage force is modified based on the equilibrium differential equation of the pore water. The relationship between the effective stress and the shear strength and deformation of unsaturated soils is preliminarily verified. Finally, some possibly controversial problems are discussed to provide a better understanding of the role of the equilibrium equation and the concept of effective stress.