渗流孔隙水压力的计算

顺流减压，逆流增压—扫地僧

最近大家问了很多渗流的问题，自己也好好总结了一下。岩土考试涉及到渗流情况的孔隙水压力计算时，基本都可归结为8个字：顺流减压，逆流增压。渗流可以理解为水流，流速很慢的水流，沿渗流方向移动，相当于顺流而下，受到的水压力减小，即为顺流减压。逆渗流方向移动，相当于逆流而上，压力增大，即为逆流增压。

任意点D 的孔隙水压力万能公式：

1、按顺流减压:（从总水头高处往低处计算是即为顺流向）

2D u H x i =-? ， /i h L =?

2、按逆流增压: （从总水头低处往高处

计算是即为逆流向）112()()/D u H L x i H L x h L H x i

=+-?=+-??=-?（注：式中H1、H2分别为逆流向和顺流向D

点的静水压力水头）

力学原理解释：x i ?为计算段总水头损

失1h ，总水头损失=压力水头损失+位置水

头损失，发生渗流的情况与无渗流时（静水）相比较，位置水头差不变，故总水头损失1h 等于相对于静水时的压力水头损失（水头损失全部由压力水头承担），此段话比较绕，理解不了也没关系，下面以顺流减压进行推导。

以黏土层底面为基准面，A 点总水头：2H H x =+

计算段总水头损失：1h x i =?

D 点总水头： 12H H h H x x i

'=-=+-?

D 点位置水头：x

D 点压力水头：1D u H x H x i

'=-=-? 实战中的运用：

此方法实际就是上述的顺流减压公式。

此方法实际就是上述的顺流减压公式。若按逆流曾压则为：30+45/2=52.5

此题若按顺流减压则为：

()22sin 28

6sin 28666sin 286cos 28w i h i ==-??=-?=?

孔隙压力有效应力和排水

第六章孔隙压力、有效应力和排水引言通常所说的土是由固体颗粒和水两部分组成的，基础或挡墙上的荷载包含土颗粒和孔隙水上面的应力两部分。在没有土颗粒的船体外表面，法向应力就等于水压力；而在没有水的装有糖的盆底，应力就等于所装的糖的重量。问题就是土颗粒应力和孔隙水压力的哪种组合决定着土的性质。要研究这个问题，我们首先研究地基中的应力和水压力。地基中的应力在地基中，某一深度的竖向应力是由上面的一切东西的重量产生的——土颗粒、水和基础，所以应力随着深度的增加而增大。图(a)中的竖向应力为： z z γσ= 其中γ为土的容重（见节）。如果地基在水平面以下或者在湖底、海底的话（如图(b)所示），竖向应力计算公式就变为： w w z z z γγσ+= 如果在基础或路堤表面有荷载q 作用的话（如图(c)所示），那么竖向应力计算公式就变为： q z z +=γσ 这里面的γ是单位体积的土颗粒和水重量之和。因为z σ是由土体的总重量产生的，所以成为总应力。注意，图(b)中所示的湖中的水把总应力作用在底部同玻璃杯中的水把总应力作用在杯底的方式相同。土颗粒的重度变化不大，一般来讲，饱和土的3 /20m kN ≈γ，干土的3/16m kN ≈γ，水的3/10m kN ≈γ。同时也有水平向的总应力h σ，但是在z σ和h σ之间没有简单的关系。在以后的章节我们会对水平向的应力进行研究。地下水和孔隙水压力饱和土的孔隙水中存在的压力叫做孔隙水压力u 。在竖管中经常用w h 来简单地代替，

如图所示。当系统处于平衡状态时，竖管内部和外部的水压力相等，因此得到： w w h u γ= 当竖管中的水位低于地表面时（如图(a)所示），就称为地下水位。如果土中水是静止的，那么地下水位面就像湖面一样是水平的。然而，就像我们后面将要见到的那样，如果地下水位面不是水平的，那么土孔隙中就存在水的渗流。图(a)中地下水位面处孔隙水压力为零（这就是叫做地下水位），水位以下为正值，问题就出来了：地下水位面以上孔隙水压力是什么样的呢？图说明了地表面和地下水位面之间的土中孔隙水压力的变化情况。在地表面处有一层孔压为零的干土，这种情况很少见到，但是在高潮水面以上的海滩可以发现这种现象。在地下水面以上的一小部分，由于土中孔隙的毛细作用，土体是饱和的。在这一区域，孔隙水压力是负值，计算公式如下： w w h u γ-=

孔隙水压力监测

孔隙水压力监测一、监测内容用于量测基坑工程坑外不同深度土的孔隙水压力。由于饱和土受荷载后首先产生的是孔隙水压力的变化，随后才是颗粒的固结变形，孔隙水压力的变化是土体运动的前兆。静态孔隙水压力监测相当于水位监测。潜水层的静态孔隙水压力测出的是孔隙水压力计上方的水头压力，可以通过换算计算出水位高度。在微承压水和承压水层，孔隙水压力计可以直接测出水的压力。结合土压力监测，可以进行土体有效应力分析，作为土体稳定计算的依据。不同深度孔隙水压力监测可以为围护墙后水、土压力分算提供设计依据。孔隙水压力监测为重力式围护体系一、二级监测等级、板式围护体系一级监测等级选测项目。二、仪器、设备简介 1 孔隙水压力计目前孔隙水压力计有钢弦式、气压式等几种形式，基坑工程中常用的是钢弦式孔隙水压力计，属钢弦式传感器中的一种。孔隙水压力计由两部分组成，第一部分为滤头，由透水石、开孔钢管组成，主要起隔断土压的作用；第二部分为传感部分，其基本要素同钢筋计。 2 测试仪器、设备数显频率仪。三、孔隙水压力计安装 1 安装前的准备将孔隙水压力计前端的透水石和开孔钢管卸下，放入盛水容器中热泡，以快速排除透水石中的气泡，然后浸泡透水石至饱和，安装前透水石应始终浸泡在水中，严禁与空气接触。 2 钻孔埋设孔隙水压力计钻孔埋设有二种方法，一种方法为一孔埋设多个孔隙水压力计，孔隙水压力计间距大于 1.0m,以免水压力贯通。此种方法的优点是钻孔数量少，比较适合于提供监测场地不大的工程，缺点是孔隙水压力计之间封孔难度很大，封孔质量直接影响孔隙水压力计埋设质量，成为孔隙水压力计埋设好坏的关键工序，封孔材料一般采用膨润土泥球。埋设顺序为①钻孔到设计深度；②放入第一个孔隙水压力计，可采用压入法至要求深度；③回填膨润土泥球至第二个孔隙水压力计位置以上0.5m;④放入第二个孔隙水压力计，并压入至要求深度；⑤回填膨润土泥球…，以此反复，直到最后一个。第

渗流孔隙水压力的计算

顺流减压，逆流增压—扫地僧最近大家问了很多渗流的问题，自己也好好总结了一下。岩土考试涉及到渗流情况的孔隙水压力计算时，基本都可归结为8个字：顺流减压，逆流增压。渗流可以理解为水流，流速很慢的水流，沿渗流方向移动，相当于顺流而下，受到的水压力减小，即为顺流减压。逆渗流方向移动，相当于逆流而上，压力增大，即为逆流增压。任意点D 的孔隙水压力万能公式： 1、按顺流减压:（从总水头高处往低处计算是即为顺流向） 2D u H x i =-? ， /i h L =? 2、按逆流增压: （从总水头低处往高处计算是即为逆流向）112()()/D u H L x i H L x h L H x i =+-?=+-??=-?（注：式中H1、H2分别为逆流向和顺流向D 点的静水压力水头）力学原理解释：x i ?为计算段总水头损失1h ，总水头损失=压力水头损失+位置水头损失，发生渗流的情况与无渗流时（静水）相比较，位置水头差不变，故总水头损失1h 等于相对于静水时的压力水头损失（水头损失全部由压力水头承担），此段话比较绕，理解不了也没关系，下面以顺流减压进行推导。以黏土层底面为基准面，A 点总水头：2H H x =+ 计算段总水头损失：1h x i =? D 点总水头： 12H H h H x x i '=-=+-? D 点位置水头：x D 点压力水头：1D u H x H x i '=-=-? 实战中的运用：此方法实际就是上述的顺流减压公式。

此方法实际就是上述的顺流减压公式。若按逆流曾压则为：30+45/2=52.5 此题若按顺流减压则为： ()22sin 28 6sin 28666sin 286cos 28w i h i ==-??=-?=?

孔隙压力、有效应力和排水

第六章孔隙压力、有效应力和排水 6.1 引言通常所说的土是由固体颗粒和水两部分组成的，基础或挡墙上的荷载包含土颗粒和孔隙水上面的应力两部分。在没有土颗粒的船体外表面，法向应力就等于水压力；而在没有水的装有糖的盆底，应力就等于所装的糖的重量。问题就是土颗粒应力和孔隙水压力的哪种组合决定着土的性质。要研究这个问题，我们首先研究地基中的应力和水压力。 6.2 地基中的应力在地基中，某一深度的竖向应力是由上面的一切东西的重量产生的——土颗粒、水和基础，所以应力随着深度的增加而增大。图6.1(a)中的竖向应力为： z z γσ= (6.1) 其中γ为土的容重（见5.5节）。如果地基在水平面以下或者在湖底、海底的话（如图 6.1(b)所示），竖向应力计算公式就变为： w w z z z γγσ+= (6.2) 如果在基础或路堤表面有荷载q 作用的话（如图6.1(c)所示），那么竖向应力计算公式就变为： q z z +=γσ (6.3) 这里面的γ是单位体积的土颗粒和水重量之和。因为z σ是由土体的总重量产生的，所以成为总应力。注意，图6.1(b)中所示的湖中的水把总应力作用在底部同玻璃杯中的水把总应力作用在杯底的方式相同。土颗粒的重度变化不大，一般来讲，饱和土的3 /20m kN ≈γ，干土的3/16m kN ≈γ，水的3/10m kN ≈γ。同时也有水平向的总应力h σ，但是在z σ和h σ之间没有简单的关系。在以后的章节我们会对水平向的应力进行研究。 6.3 地下水和孔隙水压力饱和土的孔隙水中存在的压力叫做孔隙水压力u 。在竖管中经常用w h 来简单地代替，

如图6.2所示。当系统处于平衡状态时，竖管内部和外部的水压力相等，因此得到： w w h u γ= (6.4) 当竖管中的水位低于地表面时（如图 6.2(a)所示），就称为地下水位。如果土中水是静止的，那么地下水位面就像湖面一样是水平的。然而，就像我们后面将要见到的那样，如果地下水位面不是水平的，那么土孔隙中就存在水的渗流。图6.2(a)中地下水位面处孔隙水压力为零（这就是叫做地下水位），水位以下为正值，问题就出来了：地下水位面以上孔隙水压力是什么样的呢？图6.3说明了地表面和地下水位面之间的土中孔隙水压力的变化情况。在地表面处有一层孔压为零的干土，这种情况很少见到，但是在高潮水面以上的海滩可以发现这种现象。在地下水面以上的一小部分，由于土中孔隙的毛细作用，土体是饱和的。在这一区域，孔隙水压力是负值，计算公式如下： w w h u γ-= (6.5)

孔隙压力、有效应力和排水

其中γ为土的容重（见5.5节）。如果地基在水平面以下或者在湖底、海底的话（如图6.1(b)所示），竖向应力计算公式就变为： w w z z z γγσ+= (6.2) 如果在基础或路堤表面有荷载q 作用的话（如图6.1(c)所示），那么竖向应力计算公式就变为： q z z +=γσ (6.3) 这里面的γ是单位体积的土颗粒和水重量之和。因为z σ是由土体的总重量产生的，所以成为总应力。注意，图6.1(b)中所示的湖中的水把总应力作用在底部同玻璃杯中的水把总应力作用在杯底的方式相同。土颗粒的重度变化不大，一般来讲，饱和土的3/20m kN ≈γ，干土的3/16m kN ≈γ，水的3 /10m kN ≈γ。同时也有水平向的总应力h σ，但是在z σ和h σ之间没有简单的关系。在以后的章节我们会对水平向的应力进行研究。 6.3 地下水和孔隙水压力饱和土的孔隙水中存在的压力叫做孔隙水压力u 。在竖管中经常用w h 来简单地代替，如图6.2所示。当系统处于平衡状态时，竖管内部和

灌浆基础知识和计算公式

灌浆基础知识和计算公式一、灌浆的含义：简单的说，灌浆就是将具有胶凝性的浆液或化学溶液，按照规定的配比或浓度，借用机械（或灌浆自重）对之施加压力，通过钻孔或其他设施，压送到需要灌浆的部位中的一种施工技术。二、灌浆的实质：充填这些节理裂隙、孔隙、空隙、孔洞和裂缝之处，形成结石，从而起到固结、粘合、防渗，提高承载强度和抗变形能力以及传递应力等作用。三、灌浆分类：按照大坝坝基岩类构成，可分为岩石灌浆和砂砾石层灌浆。按照灌浆的作用，可分为固结灌浆、帷幕灌浆、回填灌浆和接触灌浆。按照灌注材料，可分为水泥灌浆、水泥砂浆灌浆、水泥粘土灌浆以及化学灌浆等。按照灌浆压力，可分为高压灌浆（3MPa以上）、中压灌浆（0.5~3MPa）、低压灌浆（0.5MPa以下），后两类也可称为常规压力灌浆。按照灌浆机理，可分为渗入性灌浆和张裂式灌浆。四、灌浆材料：水泥（磨细水泥、超细水泥）、砂、粉煤灰、粘土和膨润土、水外加剂（速凝剂、减水剂、稳定剂）五、水泥浆液：配置水泥浆时，多依照质量比例配制，也有按照体积比例配制的。我国各灌浆工程都采用质量比，帷幕灌浆使用范围一般多为水：水泥=5：1~0.5：1，固结灌浆多为2：1~0.5：1。 1、水泥浆的配制：

将水泥和水依照规定的比例直接拌和，这种情况最为简单。先将计量好的水放入搅拌筒内，再将水泥按所规定的质量秤好后，放入筒中直接搅拌即可。例如欲配制各种浓度的水泥浆100L，其所用的水泥和水量可见下【表1】。配制水泥浆100L 【表1】注：水泥的密度以3kg/L或3g/cm3计在灌浆过程中，常需要将搅拌桶内的水泥浆变浓。如原水泥浆100L，加水泥质量可见下【表2】。在原100L水泥浆中加水泥使水泥浆变浓【表2】注：加水泥单位为 kg 注：水泥的密度以3kg/L或3g/cm3计在灌浆过程中，常需要将搅拌桶内的水泥浆变稀。如原水泥浆100L，加水体积可见下【表3】。在原100L水泥浆中加水使水泥浆变稀【表3】注：加水单位为L

基于水压率讨论土中孔隙水压力及有关问题

〔收稿日期〕　2006-12-07 基于水压率讨论土中孔隙水压力及有关问题方玉树 (后勤工程学院,重庆) 摘　要　提出了水压率的概念,在此基础上修正了孔隙水压力、浮力、浮重度、渗透力、固结系数和贮水率计算方法,分析了有效应力、有效自重应力和有效土压力变化规律,对渗流破坏、基坑底突和振动液化特征作出了解释。关键词　水压率　孔隙水压力　浮力　土压力　渗透力　有效应力岩土工程广泛涉及孔隙水压力或与孔隙水压力有关的问题。目前,人们对一些与孔隙水压力相关的议题存在着争论或不完全清楚,如: 细粒土中水对结构物的浮力在按阿基米德定律计算后要不要折减?文献[1]规定:浮力“在原则上应按设计水位计算,对粘土当有经验或实测时可根据经验确定。”该文献的条文说明对此规定做了如下解释:“地下水对基础的浮力可用阿基米德原理计算。这一原理对渗透系数很低的粘土来说也应是适用的,但有实测资料表明,粘土中基础所受到的浮力往往小于水柱高度。由于折减缺乏必要的理论依据,很难确切定量,故规定只有在具有地方经验或实测数据时方可进行一定的折减。”文献[2]只要求对砂类土、碎石类土按计算水位的100%计算浮力,而对粉土和粘性土是否按计算水位的100%计算浮力未作要求。由此可见,当前的困惑在于折减符合实际,但不符合阿基米德定律或者说与现有孔隙水压力计算方法不协调,不折减符合阿基米德定律或者说与现有孔隙水压力计算方法协调,但不符合实际。计算土的有效自重应力时水位以下土的重度是否一律取浮重度?通常的做法是一律取浮重度,也有意见认为,一般应取浮重度,但计算不透水层(例如只含结合水的坚硬粘土层)中某点的自重应力时,由于不透水层中不存在水的浮力,水位以下土的重度应取饱和重度[3] 。根据目前普遍采用的土的浮重度和饱和重度的关系式,按浮重度计算和按饱和重度计算的结果有近一倍的差别。土压力计算时是水土分算还是水土合算?第一种意见是水土分算(或水土分算,有经验时可水土合算)[4] (据文献[1]之条文说明,上海、广州有关标准也持这种意见)。第二种意见是水土合算[5,6] (据文献[1]之条文说明,深圳、湖北有关标准也持这种意见),文献[5]之条文说明对此规定作了如下解释:按有效应力原理应进行水土分算,这种方法概念比较明确,但粘性土孔隙水压力往往难以确定,故采用水土合算,这种方法低估了水压力的作用,对此应有足够认识。第三种意见是根据经验确定是水土分算还是水土合算[7] ,这种意见对缺乏经验时如何计算没有说明。根据目前孔隙水压力和竖向有效自重应力(或浮重度)计算方法,水土分算的墙背土压力强度明显大于水土合算的墙背土压力强度。动水头范围内是否一律考虑渗透力?文献[8]认为应一律考虑渗透力;文献[7]与[9]认为有渗流时应考虑渗透力;文献[10]认为对透水性较强的土体应考虑渗透力,对相对不透水的土体可不考虑渗透力;文献[11]与[12]以1×10-7 m /s 的渗透系数为界,渗透系数超过此值时计算渗透力,不超过此值时不计算渗透力。为什么细砂和粉砂最易发生流土和振动液化?为什么包括潜蚀和流土的渗流破坏会在水力坡度远远小于1的情况下发生,又会在水力坡度远远大于1的情况下也不发生? 因此有必要对孔隙水压力问题加以认真的考察。本文提出了水压率的概念,以此为基础对与孔隙水压力有关的问题作出了新的解答。 1　水压率与孔隙水压力 1.1　孔隙水压力的表达为使土的力学问题能用连续体力学解决,必须把土看成连续体。因此,在研究地下水的运动时,某点的渗透速度是单位面积土截面的流量(而不是实际流速);在研究土体内力时,某点的应力是单位面积土截面上的压力。同样,与应力同量纲的孔隙水压力也应是单位面积土截面上的水压力。孔隙水压 1 2

孔隙压力、有效应力和排水

力作用在杯底的方式相同。土颗粒的重度变化不大，一般来讲，饱和土的3 /20m kN ≈γ，干土的3/16m kN ≈γ，水的3/10m kN ≈γ。同时也有水平向的总应力h σ，但是在z σ和h σ之间没有简单的关系。在以后的章节我们会对水平向的应力进行研究。地下水和孔隙水压力饱和土的孔隙水中存在的压力叫做孔隙水压力u 。在竖管中经常用w h 来简单地代替，如图所示。当系统处于平衡状态时，竖管内部和外部的水压力相等，因此得到： w w h u γ= 当竖管中的水位低于地表面时（如图(a)所示），就称为地下水位。如果土中水是静止的，那么地下水位面就像湖面一样是水平的。然而，就像我们后面将要见到的那样，如果地下水位面不是水平的，那么土孔隙中就存在水的渗流。图(a)中地下水位面处孔隙水压力为零（这就是叫做地下水位），水位以下为正值，问题就出来了：地下水位面以上孔隙水压力是什么样的呢图说明了地表面和地下水位面之间的土中孔隙水压力的变化情况。在地表面处有一层孔压为零的干土，这种情况很少见到，但是在高潮水面以上的海滩可以发现这种现象。在地下水面以上的一小部分，由于土中孔隙的毛细作用，土体是饱和的。在这一区域，孔隙水压力是负值，计算公式如下： w w h u γ-=

真空预压中真空度与孔隙水压力的关系分析

真空预压中真空度与孔隙水压力的关系分析摘要：现场真空度的量测是真空预压加固软基监测的主要内容，可为工程设计、加固效果分析以及真空预压机理研究提供重要基础资料。真空度与孔隙水压力是两个不同的概念，前者描述气体状态，后者描述液体状态，在土体中某点真空表测试的真空度与测点处的孔隙水压力差并不相同。本文分析了真空预压中真空度与孔隙水压力的关系。关键词：真空预压；真空度；孔隙水压力；关系；前言:真空预压法利用抽真空装置将密封膜下土体中的水和空气经排水系统抽出，使土体得以排水固结，土体强度得到增长，达到加固地基的目的。有学者从真空预压加固机理出发，认为地下水位不会下降，但不变或上升是可能。然而，大量试验成果表明，真空预压过程中地下水位是下降的。因此，深入研究真空预压过程中地下水位的变化情况，对于客观评价真空预压加固地基效果及进一步研究加固机理有重要意义。 1概述真空预压是指在软土地基中插入竖向排水体或设置砂井，地基四周设置帷幕，地基表层铺设密封膜，然后对待加固土体持续抽真空以提高地基承载力的方法，真空预压在短期处理大面积软土地基中应用较为普遍。真空预压施加的荷载不是重物，而是通过降低加固区膜内的大气压，使膜内外产生压力差，从而以大气作为荷载对土体进行加固。真空预压在抽真空过程中，一方面排出土体中的封闭气泡和水，并且排出的水相当于荷载直接作用于加固区土体上；另一方面，抽真空过程中，水位降低，土体有效应力增加，土粒间的孔隙减小，强度得到提高。真空预压中，加固区土体的排水固结速率除了受土体渗透性等内因外，主要受外荷载及膜下真空度等外因影响。在外荷载一定的情况下，抽真空作用是引起对土体中超静孔隙水压力(这里为负值，即负压)的直接原因，因此负压分布规律是影响真空预压加固软土加固效果关键因素。加固区内土体真空度及孔隙水压力在竖向排水系统作用的影响下，沿深度方向呈逐渐衰减趋势。本文通过一个项目试验进行真空度和孔隙水压力关系的研究。 2真空预压中真空度与孔隙水压力的关系 (1)真空度与孔隙水压力关系：测试土体内真空度的手段有两种，即真空表测试和孔压计测试。通常测试膜下真空度都采用真空表，测试抽真空作用在淤泥或竖向排水体中负压分布模式时两种方法都有学者使用，在80～90年代基本上采用真空表测试负压(当时指真空度)分布模式。现在对真空度与孔隙水压力关系加以讨论与分析。为简化推导，假定真空管内气体的温度及其截面面积在整个抽真空过程中保持不变，并忽略真空管内水蒸气和孔隙水渗流的影响。在真空预压抽真空过程中，由于塑料排水板井阻与涂抹的作用，从项目试验实测孔隙水压力变化资料可以看出，真空度的传递模式是复杂的，从研究现状来看，各学者提出的关于真空预压中真空度的传递模式相差较大。产生这些差别的原因除了上述因素外，地层土性的差异、地下水位的改变以及由于土体压缩造成的孔隙水压力计位置的变化是引起孔隙水压力差异的主要原因。 (2)出水量。抽真空初期随着地下水位的快速下降，总出水量逐渐增大，两者基本呈线性关系，随着抽真空时间的增长，地下水位下降速度放缓并趋于稳定，但总出水量增长幅度仍较大，说明加固区外地下水是不断向加固区内进行渗流补

基于连续介质模型的颗粒材料孔隙度及孔隙水压力计算公式

第31卷第8期岩土工程学报 Vol.31 No.8 2009年 8月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Aug. 2009 基于连续介质模型的颗粒材料孔隙度及孔隙水压力计算公式楚锡华 (武汉大学土木建筑工程学院，湖北武汉 430072) 摘要：孔隙度是能够部分反映颗粒材料微观结构的一个宏观量，其数值及其演化对颗粒材料的宏观力学行为有重要影响。基于连续介质模型，在颗粒体积应变均匀的前提下推导了颗粒材料的孔隙度随颗粒集合局部平均体积应变的演化公式，并应用该关系式结合孔隙水状态方程给出了饱和颗粒材料的孔隙水压力与孔隙度、固体颗粒体积模量、固体颗粒变形之间的关系。所得公式可用于饱和含液颗粒材料流–固耦合计算或饱和多孔介质宏观–细观多尺度流–固耦合渗流分析。关键词：孔隙度；孔隙水压力；颗粒材料；多孔介质；连续模型中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2009)08–1255–03 作者简介：楚锡华(1977–)，男，河南濮阳人，博士，讲师，从事计算固体力学、岩土颗粒材料力学行为研究。E-mail: chuxh@https://www.360docs.net/doc/3d7537550.html,。 Evolution of porosity and pore water pressure of granular materials based on continuum model CHU Xi-hua (Civil & Architecture School of Wuhan University, Wuhan 430072, China) Abstract:The porosity is a macro-variable which can represent partly micro-structures of granular materials. Based on the continuum model of granular materials, an evolution formula for the porosity with local average volumetric strain of granular assembly is deduced. Provided the change of grain volume is uniform, and the formula is allied with pore water state equation, the relationship among the pore water pressures and the porosity, the volumetric module of grain and the volumetric strain of grain for saturated granular materials is presented. The results obtained can be applied to the numerical simulation of fluid-solid coupling for statured granular materials or to the multi-scale analysis of fluid-solid seepage for porous materials. Key words:porosity; pore water pressure; granular material; porous medium; continuum model 0 引言在对含液颗粒材料流固耦合分析时，需计算孔隙度随颗粒集合及流体流动的动态演化。当流–固均采用连续介质模型时，通常忽略孔隙度的变化[1]或孔隙度（孔隙率）的演化依赖于经验公式[2]，当固体颗粒采用离散颗粒模型，孔隙流体采用连续介质模型时，局部平均孔隙度通常可从颗粒层次直接演绎[3-4]。文献[5]指出实现流固耦合渗流计算的关键问题之一为建立流固耦合作用下的物性参数动态模型，并给出了孔隙度和渗透率的动态模型，文献[6]在此基础上，通过考虑固体颗粒的变形进一步发展了孔隙度模型。本文基于连续介质模型，考虑体积应变参考不同时刻的构型，推导了孔隙度与宏观平均体积应变的关系，进一步基于饱和多孔介质中孔隙水的状态方程，发展了孔隙水压力与孔隙度、固体颗粒的变形之间关系，所得结果可用于饱和含液颗粒材料流固耦合计算或饱和多孔介质宏观–细观多尺度流固耦合渗流分析。 1 颗粒材料的孔隙度与体积应变的演化关系 t时刻取一个总体积为0V的多孔介质微元体，其固体骨架由若干固体颗粒组成，设骨架体积，即固体颗粒总体积为0 s V，孔隙度为0n；该微元体经过系列变化至t时刻，总体积为t V，若不考虑固体颗粒变形，─────── 基金项目：国家自然科学基金项目（10802060）收稿日期：2008–07–14

基坑孔隙水压力监测

XX有限责任公司【基坑孔隙水压力监测】作业指导书文件版号：2014年版副本控制：(不)受控类编写人：编号：审核人：分发号：批准人：持有人: 2014年11月10日

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孔隙水压力变化是土体应力状态发生变化的先兆，依据基坑设计、施工工艺及监测区域水文地质特点，通过预埋孔隙水压力传感器，利用测读仪器（频率读数仪）定期测读预埋传感器读数，并换算获得孔隙水压力随时间变化的量值及变化速度，从而判断土体受力变化情况及变形可能。另外对地下水动态情况也可进行监控。 2.编制依据 (1) 《工程测量规范》GB50026-2007 (2) 《建筑变形测量规范》JGJ8-2007 (3) 《岩土工程勘察规范》DGJ08-37-2002 (4) 《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-1999 (5) 《国家一、二等水准测量规范》GB12897-2006 (6) 《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009 3.适用范围打桩、基坑开挖及堆载预压等施工过程孔隙水压力监测，这里重点针对基坑开挖。 4.基坑孔隙水压力监测 4.1仪器设备 1）传感器振弦式孔隙水压力计量程（MPa）：0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.6，2.5，4.0，6.0；分辨力：≤0.05%F?S；精度：≤±0.5%F?S。 2）二次接收仪表-频率读数仪测量范围：频率（f）500~5000Hz，频率模数显示值（F）=f2×10-3；分辨力：±0.1Hz；灵敏度：接收信号≥300μV，持续时间≥500ms。 4.2测点布置孔隙水压力监测点的布置，应根据测试目的与要求，结合场地地质周围环境和作业条件综合考虑确定，并应符合下列要求： 1）孔隙水压力监测点宜在水压力变化影响范围内按土层布置，竖向间距宜为4m~5m，涉及多层承压水位时应适当加密；

孔隙水压力监测实施细则

测量专业作业指导书孔隙水压力监测实施细则文件编号：版本号：分发号：编制：批准：生效日期：

孔隙水压力监测实施细则 1．目的为使测试人员在做检测时有章可循，并使其操作合乎规范。 2．适用范围适用于孔隙水压力监测。 3．检测内容通过在受力面埋设孔隙水压力计，对基坑孔隙水压力变化进行量测。 4．检测依据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497—2009）；《孔隙水压力测试规程》（CECS55:93）。 5．主要仪器设备 5.1 频率读数仪； 5.2 孔隙水压力计：孔隙水压力计的量程宜为设计值的2 倍，分辩率（%F·S）不宜低于 0.2%F·S，精度不宜低于0.5%F·S。 6. 检测条件 6.1 气温应在-5℃~+45℃； 6.2 相对湿度30%~85%。 7. 检测前的准备 7.1 检测仪器和计量器具必须满足精度、等级要求，并应有计量部门定期检验的合格证书； 7.2测试工作前应通过搜集资料和现场踏勘后编制测试纲要； 7.3搜集资料应包括有关的工程设计施工场地周围环境和地质资料并应根据测试任务书要求认真进行分析研究； 7.4现场踏勘应着重调查了解场地环境和埋设作业条件； 7.5测试纲要内容应包括目的与要求工程概况工作量布置及依据仪器类型选定和精度要求埋设和测试方法监测工程要求的控制标准当日阶段和最终提交的成果； 7.6监测传感器埋设前应进行性能检验和编号； 7.7监测传感器宜在基坑开挖前至少1 周埋设，并取开挖前连续2d 获得的稳定测试数据的平均值作为初始值。 8.测点布置测试孔和测点的布置应根据测试目的与要求结合场地地质周围环境和作业条件综合考虑确定并应符合下列要求 8.1每项工程测试孔的数量应不少于3个； 8.2在平面上测试孔宜沿着应力变化最大方向并结合监测对象位置布设； 8.3在垂直方向上测点应根据应力分布特点和地层结构布设一般每隔2-5m布设1个测点当分层设置时每个测试孔每层应不少于1个测点； 8.4对需要提供孔隙水压力等值线的工程或部位测试孔应适当加密且埋设同一高程上的测点高差宜小于0.5m。 9. 孔隙水压力计埋设 9.1进水条件：必须确保仪器的进水口畅通，谨防水泥浆堵塞进水口，为此应在进水口中用中砂、细砂做成人工的过滤层，滤层直径为8cm。 9.2仪器预饱和：由于混凝土的渗透系数很小，而孔隙水压力计前盖空腹内有一定容积，需要一定的水量才能充填满。为了解决此问题，使仪器的滞后尽量小，在仪器埋设前必须将前盖空腹装满水，排除气泡，滤层的中细砂也需充分饱和。埋设时、将近水口朝上，以免空腔内的水溢出。9.3 孔隙水压力计埋设方法应根据测试孔测点布设的数量及土的性质等条件选用钻孔埋设法

孔隙水压力测试

应力作用下的孔隙水压力一、目的与意义根据太沙基有效应力原理，在应力的作用下，土体体积变形和抗剪强度的变化，唯一决定于作用在土骨架上的有效应力。然而这一有效应力一般不能直接测定或直接计算，而是通过有效力原理，利用可以测定或可以计算的孔隙水压力来确定的(即σˊ=σ-μ)。因此，研究应力作用下的孔隙水压力的目的主要是进一步确定土中有效应力，以便进一步研究土的压缩变形和抗剪强度性状。例如下面将讨论的有效应力对抗剪强度的影响，以及有效压力对地基固结和地基稳定性的影响等。这是研究土的应力应变与强度关系中的一个有意义的问题。为此，A．W．斯肯普顿(A．W．Skempton 1954)根据三轴试验的结果，引入了与土的性质有关的孔隙水压力系数A、B，建立了轴对称条件的孔隙水压力方程，并应用于研究土的强度和变形性质。二、轴对称应力条件下的孔隙水压力方程轴对称应力条件下荷载应力增量引起的孔隙水压力可通过三轴剪切试验来研究。图34-1所示为三轴剪切试验试样土单元体受到轴对称应力作用时，孔隙水压力和有效应力的变化过程。图34-1(a)、(b)、(c)和(d)中的三个方块，按顺序分别表示土试样受到的轴对应力增量的作用力Δσ、在试样中产生的孔隙水压力增量Δu和作用于土骨架的有效应力Δσˊ。按试验的步骤，首先对试样施加等向围压力σc，待完全固结，使试样中的孔隙水压力完全消散至Δu=0，围压力σc 全部作用于土骨架成为有效应力σˊc，见图34-1(a)，其意图是使试

样恢复至原位应力状态，然后，在不排水条件下，施加荷载应力增量，围压力为Δσ3，轴向应力为Δσ1，进行试验。按弹性理论应力叠加原理，把荷载应力增量分解为围压增量Δσ3和轴压增量(Δσ1-Δσ 两部分，分别见图34-1中(b)、(c)两种情况。在试验时应分别施3) 加，先施加正应力部分，即施加等向围压力Δσ3，见图34-1(b)。此时，由正应力引起的孔隙水压力为Δu3。相应地，由有效应力原理得到作用于试样土骨架的有效应力为Δσˊ3，即 Δσˊ3=Δσ3-Δ u3（34-1）然后，继续施加轴向压力增量(Δσ1-Δσ3)，即施加剪应力进行剪切，见图34-1(c)。此时，土试样受轴向压力引起的孔隙水压力增量为Δu l，相应土试样骨架受到的有效应力为轴向：Δσˊ1=Δσ1-Δ u1（34-2）径向：Δσˊ3=0-Δu1=-Δ u1（34-3）土试样单元体受到轴对称应力增量Δσ1和Δσ3作用剪切时，引起的孔隙水压力增量Δu也可按照应力叠加的原理计算，即为围压增量Δσ3和轴压增量(Δσ1-Δσ3)两者引起的孔隙水压Δu3和Δu1的叠加，故 Δu=Δu1+Δu3（34-4）

动水压力计算

1、滑水现象轮胎的滑水现象，也称为滑水现象或者液面效应，是指汽车在路表覆盖有一层水膜的路面上行驶时，因轮胎与地面之间不能完全排除或无法排除路面水膜，从而出现汽车在水膜上行驶的现象。这时轮胎与路面的直接接触受到妨碍，水在这里起着润滑剂的作用，使摩擦系数减少。路面潮湿时，轮胎的接地面内只有一部分直接与路面接触，其余部分是通过水膜接触路面的。水膜介入的部分越大，摩擦系数越低。只要路表覆盖有一定量的水膜，轮胎在水膜覆盖的路面上高速行驶时，那么由于流体的压力就会使轮胎上浮，必定存在有某种程度的不完全滑水发生。如果进一步提高车速，最终将导致轮胎与地面完全失去接触，轮胎便在路面的积水上面向前滑动。这种现象恰如滑水运动一样，卷入轮胎下面的水压力与轮胎的载荷相平衡，轮胎与路面完全失去接触。轮胎在水膜覆盖的路面上行驶，轮胎的胎面和路面之间的接触状态存在三种不同形式的接触区，分别是：挤压膜区，覆盖区，和牵引区，共三个区[1]。参见图1-1。这三个区域的接触形式很复杂，包含多种的摩擦与润滑类型。轮胎前进方向水膜路面图1-1轮胎与路面接触的3个分区图1-1中的这三个区域不是固定不变的，当外界条件发生变化，接触部的区域划分也会发生变化。在一定限度内，水层越厚、车速越高，动水压力就越大，对车轮的举升力也就越大。图1-1中的A 区也随之扩大，B 区逐渐向C 区移动，C 逐渐减小。图1-2是轮胎在路面上行驶时拍摄的照片，随着速度的增加，胎面与路面的接触面积减少。当路面积水的举升力超过轮胎的负荷力足以把汽车抬起时，轮胎与路面就完全脱离接触了，而是与水膜接触的面积增大了，若这种举升力能够继续保持下去，则汽车可在水面上滑行。这种情况即为完全动力滑水。由于汽车的方向已失去控制，在水面上的滑行是飘忽不定的，故称为水漂（dynamic hydroplaning ）。如果是在山区，车辆在这种状态下行驶，车辆会因为不受司机控制而滑向四周，而道路边缘又无交通保护设施，车辆就会翻向山谷而发生车祸。 Daughaday [2]认为：完全滑水时这三个区变为一个挤压膜区，完全在干的路面上行驶时这三个区又变为一个牵引区。由于轮胎和路面间没有水，就缺少了水在轮胎和路面间的润滑，因此挤压膜区域轮胎与路面大致上是没有相对运动的。在紧靠挤压膜区前面的区域里，轮胎与液体之间形成一个有限的楔角，由于楔角内液体的动量变化，建立起液体的上推力，这一上推力按轮胎对路面的前进速度的平方增加，在整个接触区域里，胎面单元在接触到路面上的大多数凸体以前，一定首先在它们的过程中压挤掉余下的水膜。覆盖区是水膜破裂的区域。在潮湿态下，轮胎与路面的真正接触只发生在牵引区，如果挤压过程能在最短的时间内完成，对一确定的车速，挤压膜区就越短，如果覆盖区长度不改变，则牵引区的长度就越长，轮胎的牵引力就会越大。他认为润滑状态可以分为两大类，一类是淹没状态，一类是潮湿状态，但淹没状发生时，轮胎的胎面沟和路面的平均空穴宽度结合起来，就能在特定的路段的平均最大车速下，在轮胎和道路间的接触区之间排走足够的水量。在研究中他还发现由于路面排水不同的设计，特定路段的平均最大车速也不尽相同。随着最大速度的提高，轮胎面与路面之间由于接触时间在减小，因而其的最大摩擦系数却不断减小，并且最大速度点前后的最大

水流计算公式

已知管的内径12mm，外径14mm，公差直径13mm，求盘管的水流量。压力为城市供水的压力。计算公式1：1/4∏×管径的平方（毫米单位换算成米单位）×经济流速（DN300以下管选1.2m/s、DN300以上管选1.5m/s）计算公式2：一般取水的流速1--3米/秒，按1.5米/秒算时： DN=SQRT（4000q/u/3.14) 流量q，流速u，管径DN。开平方SQRT。其实两个公式是一样的，只是表述不同而已。另外，水流量跟水压也有很大的关系，但是现在我们至少可以计算出大体的水流量来了。备注：1.DN为Nomial Diameter 公称直径(nominal diameter)，又称平均外径(mean outside diameter)。这是缘自金属管的管璧很薄，管外径与管内径相差无几，所以取管的外径与管的内径之平均值当作管径称呼。因为单位有公制(mm)及英制(inch)的区分，所以有下列的称呼方法。 1. 以公制(mm)为基准，称 DN (metric unit) 2. 以英制(inch)为基准，称NB(inch unit) 3. DN (nominal diameter) NB (nominal bore) OD (outside diameter) 4. 【例】镀锌钢管DN50，sch 20 镀锌钢管NB2”，sch 20 5. 外径与DN，NB的关系如下： ------DN(mm)--------NB(inch)-------OD(mm) 15-------------- 1/2--------------21.3 20--------------3/4 --------------26.7 25-------------- 1 ----------------33.4 32-------------- 1 1/4 -----------42.2 40-------------- 1 1/2 -----------48.3 50-------------- 2 -----------60.3 65-------------- 2 1/2 -----------73.0 80-------------- 3 -----------88.9 100-------------- 4 ------------114.3 125-------------- 5 ------------139.8 随着人们生活水平的提高，热水的使用范围与频率也不断扩大和增长，不仅出现了功能齐全的各类电热水器、煤气热水器、太阳能热水器等等，而且住宅小区、高档写字楼内的集中供热水系统也在各地不断得到应用，至于各大宾馆、旅馆等，热水供应系统更是必不可少，