土力学趣话（其六）——我们的压力，你永远不懂
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#趣话#：
“好的，接下来我们来讲一下岩体中天然应力的分布规律……大家看，第三点说的是水平应力普遍大于垂直应力，强调的是普遍，而不是说所有都大于……”
“撑住撑住，我不能睡”小冰极力控制自己不要在这节岩体力学课上睡着，奈何眼皮偏不听使唤，一个劲地想要合上去。小冰一个劲地掐自己大腿，试图用疼痛感刺激自己，让自己能清醒一些，前几下还有点用，但后面小冰都快把自己大腿上的肉拧成麻花了也不能阻止这持续的困意，只感觉右脑变得越来越沉，把整个身子都压得倾斜过一边了，完了，控制不了了，小兵的脑袋像是自由落体一般往下倒。眼看快要撞上旁边的同学了，小冰自己也不知道怎么回事，就突然一惊，紧接着一个鲤鱼打挺，身子坐正，瞬间清醒了过来。小冰看了看旁边的同学，确认一下自己刚才没有闹出很大的动静。环视一周之后才发现，周围居然有比自己还更惨的，直接趴桌子上睡着了，都是昨天通宵搞比赛的。
“你们能不能不在课堂上睡觉！”讲台那边，严老师的声音突然间就提高了八度，几个趴桌子上的同学被旁边的同学推醒了。“我也是从学生阶段过来的，只不过我们那个时候没有手机、电脑游戏之类的。那时候我们就不会像你们这样，晚上玩手机刷微博打游戏，搞到一两点，白天上课没精神。你们平时早点睡，早点起，这样不好吗？咳，我也不说你们了，回去自己好好想一想吧。下课后做一下课后题第一问，地应力的定义以及岩体中天然应力的分布规律，下节课交上来。”中途小冰想站起来和老师理论一番，可是下课的铃声突然响起，小冰想想不能拖延大家的时间，就忍住了。
在食堂吃完饭后，小冰和晓楠一块回了宿舍，用校园卡刷开宿舍门禁的同时，寝室门把手自己转动了，小冰差点没反应过来，以为自己碰到鬼了，0.001秒之后小冰想到，准是里面有人。门开了，果然是小汐正要出来。小冰脑瓜一转，说：“呦，这么巧，你也住这儿啊！”小汐宛然一笑，说“是啊，好巧好巧！”进门之后，小冰发现小汐电脑上放着《中国合伙人》的电影，说：“都9102年了，还看2012年的片子！”。
正当小冰放好书包，准备去洗把脸的时候，小汐的电脑里传来一个熟悉的声音，使其停下了脚步：
“你们可不可以不要在课堂上睡觉！”
接着，
“你们上的是最好的大学，你们的父母把你们送到这里不是要你们来睡觉的！”电影里，成冬青的声音有些歇斯底里。
小冰再也忍不了了，走过去用鼠标点了一下电脑屏幕，暂停了视频，随后洗脸去了。
不一会儿，小汐回到寝室，看电脑上的视频被暂停了，问：“你们动了我电脑？”
小冰走了过去：“来，你看一下这一段。”于是把进度条拖到刚才成冬青说话的那段，视频放完后，小冰问：“有什么感受？”
“是你动了我的电脑！”
“。。。”
“哈哈，开个玩笑，这个没什么问题啊，成冬青做老师挺认真负责的。”
“今天我们上岩体力学的时候也发生了电影里这一幕，当时老师在讲地应力的问题……”小冰严肃地把整个过程都讲了一遍。
“可是你们几个不是昨晚通宵做比赛搞得过于疲劳吗，老师怎么说你们打游戏啊？就我看，你平时可从来不玩游戏的。”
“问题就出在这里，老师对学生的刻板映像也太重了吧，学生出点什么问题都是网络、手机、电脑的过错。见到年轻人看手机都叫低头族，硬要说道一番；一直说我们平时太闲，要增负，但我们确实有相当一部分人忙的要死，再增负，搞不好就完犊子了。”
“我能理解你的意思，不过这种偏见也不是一朝一夕就能改变的。以后找机会再和老师耐心地沟通一下吧，没有人和他说的话，他可能一辈子都会保留这种偏见。”小汐安慰道，继而把话题转移到另外一个点，“你刚才说你们在讲地应力对吧，正好我把土力学关于应力的几章内容都看了一下，对基本概念还不是很清晰，想请你帮我区分一下。你先跟我讲一下地应力是什么吧。”
“虽然我还是很不忿，不过算了，那件事下次找机会再和老师说。讲一下就讲一下吧。”小冰说道，“地应力(ground stress）一般和岩体相关联，你中学学过地理的话应该知道地球分为七大板块，板块之间有构造运动，这些板块在运动的过程中由于挤压或者拉伸会产生作用力，我们把它叫做‘构造应力(tectonic stress)’，构造应力是地应力的一种，构造应力场是地应力场的重要组成部分之一，尤其是水平构造应力，它对地应力的形成有非常大的影响。另一个重要组成部分你能猜出来是什么吗？”
“按照你刚才说的构造应力的特点，岩体内存在作用力，如果岩层中温度存在不均匀的情况，好像也会出现力。”
“倒是没错，温度对地应力确实有影响，主要体现在两个方面：温度梯度和岩层中局部区域受温度压力的影响。但是在水平构造应力的面前，温度的影响还是个弟弟，如果要找个和构造应力差不多平起平坐的，自重应力可以一战。岩体的自重作用不仅会产生垂直应力，还会产生水平应力。”小冰解释道。
“水平应力？那是怎么产生的？”
“你把手拿我面前来。”
小汐慢慢地伸出手，小冰捏住其大拇指底下朝手掌方向的那块肉，朝下扯了一下。
“啊，你干嘛？”
“你看在我往下扯的过程中，我捏那个位置周围的肉是不是也出现了拉扯的现象？这说明周围部分的肉在阻碍这部分的变形。你再观察一下周围部分的牵连拉扯变形是什么方向的？”
“与你扯的方向成了一个大角度”
“那你想想，在自重的作用下，岩体内部是不是也会出现这种效应，就是由于周围岩体的约束，使得岩层内出现和自重应力近似垂直的力，这就是水平应力。具体怎么算变形你可以查一查泊松比之类的。”
“好嘞。那能帮我顺便讲一下土力学那几个应力吗？主要是自重应力、附加应力、有效应力、基底净压力、超静孔隙水压力。快把我给搞懵了。”
“行，当时我也被这些东西搞得晕头晕脑。我给你先分个组吧。自重应力和附加应力是一组；有效应力、孔隙水压力和超静孔隙水压力是一组；基底压力、基地净压力、基底反力和基底净反力是一组。然后我逐个说，对第一组，自重应力和附加应力加起来就是地基中的总应力。自重应力顾名思义就是有土体自身的重量产生的应力，计算就是用土体的重度乘以计算的厚度。要注意的是有地下水的情况，在静水位以下算自重应力时要扣掉水的重力，阿基米德原理知道吧，基本就是那个意思。然后附加应力就是土体自重之外的其他因素引起来的应力，比如你在土上建了一栋房子，房子的重量相当于外荷载，它通过基础传递给地基，然后地基土里面就会再产生不是土体自重引起的应力，这就是附加应力(additional stress)。第二组，有效应力和孔隙水压力我之前跟你讲牛顿的苹果的时候就讲过(https://www.bilibili.com/read/cv3357111)，应该比较好理解，然后超静孔隙水压就是说加入有一个已经稳定的土体系统，突然间给它加一个外力，让它的总应力增大，刚施加的那一瞬间，孔隙水来不及排出土体，孔隙水压马上就有一个增量，这个增量就是超静孔隙水压(excess pore water pressure)。所以说超静孔隙水压和静水压的区别就是前者和外荷载的性质有关，后者只和地下水位有关系。第三组的话，你先要对地基和基础有个概念，就是比如某个地方要盖一栋房子，先要挖个坑，叫基坑(foundation pit)，然后在基坑里打桩，做一个桩基础(pile foundation)，然后在基础上再浇筑主体结构，把房子盖好。地基就是那个坑往下的那些土层，基础就是刚才说的你打的桩基。第三组压力中所有带一个‘反’字的，都是地基对基础的反作用力。那第三组其实就只有两个力要讲了，基底压力，说白了就是基础之上的各种外荷载，通过建筑物的基础传到地基中。我们把基础底面直接传递给地基表面的压力叫做基底压力。由于基底压力作用于基础与地基的接触面上，所以也叫做基底接触压力。基底净压力比基底压力多了一个‘净’字，怎么说呢？我们再看一下那个坑，它里面原来是有土的对吧，里面原来的土其实存在自重应力的，下面的其他土已经受到这部分土自重的影响而产生了压缩，现在你把这部分土给挖掉，就相当于卸荷，地基原有的自重应力将被卸除。你再在上面做基础建房子的时候如果按基底压力来计算的话不就没有考虑原来那部分土的影响了吗？为了能只考虑新增加的外荷载产生的效应，我们将房子建好后的基底压力扣除基底那个位置原有的土体自重应力之后，就得到了这个增量，我们把这个增量叫做‘基底净压力’，这个净压力用来计算附加沉降。剩下的基底反力和净反力你照着反作用力的想法去理解就行了。”
“好的，这下我就全明白这几个压力的逻辑关系了。你说的计算沉降是那个分层总和法(layer-wise summation method)吗？”
“对,改天再和你讲沉降的问题，你再对照书看看那几个压力的定义吧，可能会有不一样的体会。”
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