基于水压率讨论土中孔隙水压力及有关问题
饱和土的大气张力郎肯土压力
饱和土的大气张力郎肯土压力佚名【摘要】该文总结了饱和土的大气张力郎肯土压力算法。
其计算要点有：饱和度系数、自由水通道率、膜的抗剪强度贡献、大气张力郎肯土压力。
算例分析表明，按大气张力郎肯土压力，饱和粘土的自由水通道率折减不大，相对自由水压力通过一定厚度后衰减为零，其结果与水土合算的接近。
饱和土的大气张力郎肯土压力算法，接近我国规范，对砂性土宜按水土分算计算，对粘性土宜按水土合算计算。
表层为较硬的饱和粘土的基坑，按经典郎肯土压力，基坑上部主动土压力为负值，表示土体拉住支护，处理为零，这是错误的；而按大气张力郎肯土压力，表示坑内支护上的大气压强能抵抗主动土压力，扶住支护。
%This paper summarizes the algorithm of the atmospheric tension Rankine's earth pressure of saturated soil.The calculation point is,saturation coefficient,the rate of free water channel,the shear strength of membrane contribution,atmospheric tension Rankine's earth pressure.Example analysis shows that,according to the atmospheric tension Rankine's Earth pressure,reduction of free water channel rate of saturated clay is not large,relatively free wa-ter pressure through a certain thickness attenuation is zero,the result with water and soil economical approach.Algo-rithm of the atmospheric tension Rankine's earth pressure of saturated soil,close to the specification in our country,the sand soil should calculate by Soil and water points algorithm,the cohesive soil should be calculated by water and soil e-conomical approach.For the foundation pit as the surface is a hard saturated clay,according to the classical Rankine's earth pressure,the upper active earth pressure isnegative,saying the soil pull in support,handling is zero,that is wrong;and according to the atmospheric tension Rankine's earth pressure,saying the atmospheric pressure on the pit supporting can resist active earth pressure,hold support.【期刊名称】《建材世界》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】5页(P88-92)【关键词】饱和土的大气张力郎肯土压力;相对自由水压力衰减;主动土压力负值;扶住支护【正文语种】中文Key words: atmospheric tension Rankine's earth pressure of saturated soil；relatively free water pressure attenuation；active earth pressure negative；hold support太沙基1923年提出了饱和土中的有效应力原理。
粉质粘土地基超孔隙水压力消散规律研究
粉质粘土地基超孔隙水压力消散规律研究粉质粘土地基超孔隙水压力消散规律研究1. 引言粉质粘土地基超孔隙水压力是地基工程中的一个重要问题，其变化规律对于保证地基的稳定性和可靠性具有重要意义。
本文将针对粉质粘土地基超孔隙水压力消散规律展开研究，旨在深入探讨其变化规律，为地基工程的设计和施工提供一定的理论支持。
2. 超孔隙水压力的定义与形成机制超孔隙水压力是指粉质粘土地基中孔隙水的压力超过了大气压力。
其形成机制主要与孔隙结构、水分含量和外界载荷等因素密切相关。
粉质粘土地基由于孔隙结构疏松，水分含量较高，外界载荷作用下，孔隙水会呈现出超孔隙水压力现象。
3. 粉质粘土地基超孔隙水压力消散规律的影响因素粉质粘土地基超孔隙水压力的消散规律受到多种因素的影响，主要包括时间因素、土体性质、水分渗透性、载荷条件等。
其中，土体性质对超孔隙水压力消散规律的影响较大，不同的土体类型在超孔隙水压力消散上表现出较大的差异。
4. 粉质粘土地基超孔隙水压力消散规律的研究方法为了研究粉质粘土地基超孔隙水压力的消散规律，研究者采用了多种方法进行试验研究，例如模型试验、现场试验、数值模拟等。
通过这些研究方法，可以较为准确地获得超孔隙水压力的变化规律，并为地基工程的设计和施工提供科学依据。
5. 粉质粘土地基超孔隙水压力消散规律的实例分析以某地基工程为例，通过实例分析的方式探讨粉质粘土地基超孔隙水压力的消散规律。
通过对实际施工情况的观察和监测，结合数值模拟分析，得出了超孔隙水压力消散规律的具体数值结果。
6. 粉质粘土地基超孔隙水压力消散规律的总结与回顾本文通过对粉质粘土地基超孔隙水压力消散规律的研究，总结了其变化规律的主要影响因素和研究方法。
通过实例分析，将理论与实践相结合，为地基工程的设计和施工提供了一定的参考依据。
本文也分享了对粉质粘土地基超孔隙水压力消散规律的个人观点和理解。
结论粉质粘土地基超孔隙水压力消散规律的研究对于地基工程的设计和施工具有重要意义。
关于有效应力原理的几个问题
第33卷 第2期 岩 土 工 程 学 报 Vol.33 No.2 2011年2月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Feb. 2011 关于有效应力原理的几个问题李广信（清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084）摘要：分析了关于饱和土体有效应力原理的一些错误的概念和理解，针对在饱和土中的孔隙水压力是否需要折减，黏性土的结合水能否传递水压力，试验中和原位孔隙水压力和地下室浮力的量测以及岩石、混凝土和黏土中有效应力原理的实用性等问题进行了讨论。
指出长期的工程实践和大量的试验成果表明有效应力原理对于饱和砂土和黏土都是适用的和有效的。
关键词：有效应力原理；孔隙水压力；结合水；孔压的量测中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2011)02–0315–06作者介绍：李广信(1941–)，男，黑龙江宾县人，博士，教授，从事土的本构关系等方面的研究。
E-mail: ligx@。
Some problems about principle of effective stressLI Guang-xin(State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract: Some mistakes and wrong concepts about the principle of effective stress in saturated soil are pointed out and analyzed. Some problems in the field are discussed, for example, the reduction of pore water pressure in clay, the diffusion of bound water in clay, the accuracy of the principle of effective stress in rock, concrete and clay, the measurement of pore water pressure in clay and uplift pressure on basement. Through the long processs of practice and experiments, a conclusion is drawn that the principle of effective stress is applicable and effective in both saturated sand and clay.Key words: principle of effective stress; pore water pressure; bound water; measurement of pore water pressure0 引 言J.K.Mitchell认为太沙基关于饱和土体的有效应力原理是土力学的“拱心石”[1]，亦即是石拱结构中封顶的那一块石头，可见其重要性。
第6章 土的孔隙水压力
*
A=
(6.7)
土体的孔隙水压力虽然可以通过上述理论途径确定 但是考虑到各种复杂的因素 从工 程实用角度看 系数 A 和 B 仍需通过试验来确定 黄文熙 1989 年) 对式(6.1)可作如下变换
∆u = B ∆σ 1
(6.8)
其中
B = B[ K 0 + A(1 − K 0 )]
(6.9)
K0 为静止侧压力系数
第6章
土的孔隙水压力
153
∂ ∂h ∂ ∂h 1 ∂e )+ (K y )=− (K x ∂x ∂x ∂y ∂y 1+ e ∂ t
(6.11)
式中 h 为水头 u 为孔隙水压力 t 为时间 e 为孔隙比 式(6.11)中左边为单位时间流进土体的水量 右边为单位时间该土体的体积变形
h= u +y γw
∂ ∂h ∂ ∂h (K x )+ (K y )=0 ∂x ∂x ∂y ∂y
(6.13)
式(6.13)为稳定渗流或骨架不可压缩土体非稳定渗流的拉普位斯方程 结合相应边界条 件 可用有限元法确定坝体各点的孔隙水压力 这方面 有许多成熟的方法和程序 对于粘 性土 则应考虑式(6.11)的右项 这就是以下第 6.3.2 和 6.3.3 节要讨论的内容 6. 3. 2 太沙基固结理论 1. 基本原理 由于
K 0 = ∆σ 3 / ∆σ 1
(6.10)
在土石坝中 可以近似地看作∆σ1 和∆σ3 同步增加或减少 ∆σ3/∆σ1 基本保持不变 这样
B 可视为常数
其值可通过类似应力途径的室内试验测定
6. 3 确定孔隙水压力的理论和方法
6. 3. 1 基本方程 土石坝各运用期的孔隙水压力的确定 属于渗流和固结分析的专门问题 这里仅回顾一 些基本的概念 在二维问题中 反映流量平衡的微分方程式为
岩土工程中的孔隙水压力分析与设计
岩土工程中的孔隙水压力分析与设计岩土工程是一门专业性较强的工程学科，它研究的是土壤和岩石在工程中的力学性质和行为。
在岩土工程中，孔隙水压力是一个非常重要的参数，它直接影响着土体的稳定性和承载力。
在本文中，我将介绍孔隙水压力的分析与设计方法。
首先，我们需要了解孔隙水压力的概念。
孔隙水压力是指土体中存在的水分分子所产生的压力。
土壤和岩石内部存在许多的空隙，这些空隙中充满了水分。
当外界施加压力或负荷时，土壤和岩石中的孔隙水会产生压力。
孔隙水压力的大小取决于土体的渗透性和含水量。
在进行岩土工程设计时，我们需要对孔隙水压力进行分析。
一个常用的方法是通过地下水位的测量来确定孔隙水压力的大小和分布。
通过对地下水位的监测，可以了解到不同深度和位置处的孔隙水压力情况。
另外，还可以通过对土体渗透性和饱和度的测定，来进一步确定孔隙水压力。
孔隙水压力的分析对于岩土工程的稳定性研究至关重要。
如果土体中的孔隙水压力过大，将会导致土体的破坏和塌陷。
因此，在进行工程设计时，需要对孔隙水压力进行合理的控制和调整。
一种常用的方法是通过排水措施来降低孔隙水压力。
例如，在土堤的设计中，可以设置有效的排水系统，将土堤内部的孔隙水排除出去，从而减小孔隙水压力。
此外，孔隙水压力的分析还对于地下工程具有重要意义。
在地下开挖和隧道施工中，地下水的渗透和压力是一个关键问题。
如果地下水压力过大，将会导致施工中的水流问题和岩体的破坏。
因此，在地下工程中，需要对孔隙水压力进行准确的分析，并制定相应的排水和支护措施。
总之，孔隙水压力的分析与设计在岩土工程中具有至关重要的意义。
通过对孔隙水压力的分析，可以准确地评估土体的稳定性和承载力，并制定相应的设计措施。
岩土工程是一门非常复杂而又重要的学科，希望本文对读者们对岩土工程中的孔隙水压力分析与设计有一定的了解和认识。
孔隙水压力监测与地下工程安全控制
孔隙水压力监测与地下工程安全控制地下工程是人类利用地下空间进行建设和利用的重要领域。
其中，隧道、地下室和地铁等工程是我们日常生活中常见的地下工程形式。
然而，地下工程的建设存在许多安全隐患，如地层滑动、地震灾害以及孔隙水压力等。
本文将探讨孔隙水压力监测与地下工程安全控制的重要性，并介绍一些相关的技术手段。
一、孔隙水压力的危害孔隙水压力是指岩石或土壤中的水分子所承受的压力。
在地下工程中，如果孔隙水压力过高或过低，都会对工程安全造成严重威胁。
过高的孔隙水压力容易导致土体软化、液化等问题，使得地层变得不稳定，引发地层滑动和地震等灾害。
而过低的孔隙水压力则可能导致地下水位下降，导致地表沉降和地下水资源衰竭。
二、孔隙水压力的监测方法为了确保地下工程的安全，我们需要对孔隙水压力进行准确的监测。
常用的监测方法包括：孔隙水压力计法、压力平衡法和应变计法等。
其中，孔隙水压力计法是通过安装水压力计在地下进行实时监测，以获取孔隙水压力的变化情况。
压力平衡法则通过采用双时间法，利用两个压入深度相同、压入密度不同的水封制，来测定孔隙水压力的大小。
应变计法则是通过测量地下工程周围土体的应变情况，从而间接推算出孔隙水压力。
三、孔隙水压力监测的意义孔隙水压力监测对地下工程的安全控制具有重要意义。
通过实时监测孔隙水压力的变化趋势，可以提早发现潜在的地质灾害风险，从而采取相应的措施进行预防和控制。
监测数据也可以为地下工程设计和建设提供依据，从而确保施工质量和工程的稳定性。
四、孔隙水压力的影响因素孔隙水压力受多种因素的影响，包括气候变化、降雨情况、地下水位变化、地下水补给和岩土体的渗透性等。
因此，准确监测并控制这些因素对孔隙水压力的影响，对地下工程的安全控制至关重要。
五、应对孔隙水压力的安全控制措施为了保障地下工程的安全，我们需要采取一系列措施来控制孔隙水压力。
首先，对于地下工程设计和施工，需要进行充分的水文地质调查和岩土力学分析，以了解地下水情况，从而进行合理的设计和施工计划。
孔隙水压力
孔隙水压力导言孔隙水压力是指在土体的孔隙中存在的水分所施加的压力。
在岩土工程中，孔隙水压力是一个重要的参数，对土壤的力学性质和稳定性具有重要影响。
本文将从孔隙水的形成原因、测量方法以及影响因素等方面来详细介绍孔隙水压力的相关知识。
1. 孔隙水的形成原因1.1 降雨降雨是孔隙水形成的主要原因之一。
当土壤受到降雨的浸润时，土体中的孔隙随即充满了水分，形成孔隙水。
降雨的大小和持续时间会直接影响孔隙水压力的大小。
1.2 地下水地下水也是孔隙水形成的原因之一。
当地下水位高于土壤面时，地下水流入土壤孔隙中，形成孔隙水。
地下水位的变动会对孔隙水压力产生影响。
1.3 地下渗流地下渗流指的是地表水在土壤中的渗流过程，也是孔隙水形成的原因之一。
地下渗流的速度和方向会影响孔隙水的形成和分布。
2. 孔隙水压力的测量方法2.1 现场测量现场测量孔隙水压力的常用方法有浸水管法、压力计法和土压力室法等。
浸水管法是将浸水管插入土壤中，通过测量管中的水位来间接反映孔隙水压力。
压力计法是使用压力计来直接测量孔隙水压力。
土压力室法是利用土压力室来测量孔隙水压力。
2.2 实验室测定实验室测定孔隙水压力的常用方法有过渗法、固定底水头法和三向应力仪法等。
过渗法是将土样加在渗透器中，通过控制渗透压差来测量孔隙水压力。
固定底水头法是在土样底部设置固定水头，通过测量上部水头来测量孔隙水压力。
三向应力仪法是通过应力传感器来测量土样中的孔隙水压力。
3. 影响因素及其作用3.1 土体渗透性土体的渗透性是指孔隙水在土壤中的渗透能力。
渗透性越强，孔隙水压力的形成速度越快。
3.2 土体饱和度土体的饱和度指的是土壤孔隙中填满水分的程度。
饱和度越高，孔隙水压力越大。
3.3 土体孔隙结构土体的孔隙结构即孔隙大小和分布情况。
孔隙越大且分布越均匀，孔隙水压力越小。
3.4 孔隙水密度孔隙水密度是指单位体积土壤中的孔隙水的质量。
孔隙水密度越大，孔隙水压力越大。
4. 孔隙水压力的影响和应用4.1 岩土工程中的应用在岩土工程中，孔隙水压力是一个重要的参数，可以用来评估土壤的稳定性和承载力。
滑坡防治中的孔隙水压力及相关问题研究(方玉树)-PPT文档资料
浮力、渗透力、有效应力（包括有效自重应力） 和有效应力强度指标均与土的水压率有关，浮力 和渗透力随水压率的减小而减小直至为0，有效应 力（包括有效自重应力）随水压率的减小而增大 直至等于总应力（包括总自重应力），有效应力 强度指标随水压率的减小而变化直至等于总应力 强度指标，阿基米德定律在一般意义上不适用于 地下水浮力计算，现有渗透力公式是本文提出的 渗透力公式在水压率为1时的结果。 土压力的水土分算结果随水压率的减小而减小， 当水压率很小时，水土分算结果接近于水土合算 结果。 根据本文提出的孔隙水压力表达式可以对渗流破 坏（包括潜蚀和流土）、振动液化、地面沉降和 基坑底突作出较好的解释。
振动液化
土的振动液化是土在受到振动时丧失抗剪强 度的结果。水压率既影响初始孔隙水压力又影 响剩余孔隙水压力。因此，在其它条件相同时， 水压率越大，液化越易发生。
细砂和粉砂既因有较低的渗透系数而不易排 水又有很大的水压率，其孔隙水压力最容易积 累到很高的值，所以最易发生振动液化。
地面沉降
大面积抽取地下水引起的地面沉降是水 位下降导致土中有效自重应力增加的结果。 一方面，不同的土不仅有不同的压缩模量 也有不同的水压率，另一方面，压缩模量大 的土既可以有较低的水压率也可以有较高的 水压率或者说其有效自重应力的增加值既可 以较大也可以较小，压缩模量小的土既可以 有较高的水压率也可以有较低的水压率或者 说其有效自重应力的增加值既可以较小也可 以较大，故地面沉降量空间变化规律未必与 水位下降值变化规律一致。
条间水平力
E E W tan( ) KW i i 1 i i mi i U sin c l cos Q sin( ) / cos ) i mi mi i mi i i mi i i m
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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 。
力 ,应按 (5)式计算 。 由此可见 ,地下水或涉及地下水的水对结构物
或土体的浮力与土的水压率有关 ,随水压率的减小 而减小 ,在上方无地表水或虽有地表水但与地下水 不连通时可减至 0,在上方有与地下水连通并具有 相同水位的地表水时可减至负值 。阿基米德定律是
(5)式和 (6)式在水压率为 1时的结果 ,是地下水浮 力规律的特殊情形 。只有在水压率接近于 1 时 ,浮
自由水所占面积比例增加 ) ,为使涉及孔隙水压力
的问题能够或易于求解 ,可在一定的空间和时间范
围内被视为一个常量 。
土的水压率是对土的水压性的度量 。土的水压
性是指土能够受到一定水压的性能 。
显然 ,土的水压性是土的一个重要的水理性质 ,
土的水压率是土的一个重要的水理性质指标 。
岩土工程界 第 10卷 第 5期
f
=
γ w
A
(ξh2
-
h1 )
=
ξA h1
(6) 式中 h1 、h2 分别为结构物或土体顶面与底面处 压力水头 。
当结构物或土体位于地表水位面以下而地下水
与地表水不连通时 ,地表水是作用在结构物或土体 上方的荷载 ,水在静止状态下对结构物或土体的浮 力也即地下水在静止状态下对结构物或土体的浮
图 1 孔隙水压力涉及的截面示意 a—纯粗粒土 ; b—纯细粒土
对于由细粒构成的土 (纯细粒土 ) ,除了颗粒和 自由水 ,还有结合水 。结合水不能传递静水压力 ,它 包围着细小颗粒 ,与所包围的颗粒一起组成胶团 。 孔隙水压力涉及的截面应是在胶团之间通过的宏观 上是平面的曲面 ,截面 (图 1b中虚线 )面积由胶团 之间接触面积和自由水所占面积构成 。对于由粗粒
力才能按阿基米德定律计算 。 需要指出的是 :土的水压率在与结构物接触处
的表面和土层内部一般是不同的 。结构物所受浮力 首先受控于与结构物接触处的土表面的水压率 ,当 接触面的水压率小于土层内部的水压率 (如接触面 因混凝土系现场浇注而成为胶结面 )时 ,结构物所 受浮力才受控于土层内部的水压率 。当按上述方法 计算时 ,应确保接触面的水压率不因接触紧密程度 的降低而增大 。当直接与结构物接触的土层较薄而 其水压率小于其下方土层的水压率时 ,还应校核由 上方土层与结构物构成的组合体的抗浮稳定性 。
(3)
式中 μ为土的给水度 , n为土的孔隙度 。由此得
ξ =μ/ n
(4)
因此 ,通过测定土的给水度和孔隙度可大致确
定土的水压率 。由于土的给水度可在 0与孔隙度之
间取值 ,根据 (4)式 ,土的水压率可在 0与 1 之间取
值。
凡影响自由水所占面积与孔隙所占面积之比的
因素都影响土的水压率 ,因自由水所占面积与结合
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
2 与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题
2. 1 浮力
地下水在静止状态下对底面水平 、在水位面以
下呈竖直柱状的结构物或底面水平 、以地表为顶面
的竖直柱状土体的浮力在数值上等于作用在结构物
或土体底面上的总孔隙水压力 ,据此并据 ( 1 )式可
得下式 :
f
=
ξγ w
hA
=
ξγ w
V
(5)
式中 f为浮力 , A 为结构物或土体底面积 , V 为
结构物或土体在地下水位面以下部分的体积 。
当结构物或土体位于地表水位面以下而地下水
与地表水连通并具有相同水位时 ,水在静止状态下 对结构物或土体的浮力在数值上等于作用在结构物
或土体底面上的总孔隙水压力与作用在结构物或土
体顶面上的总水体水压力之差 ,当结构物或土体顶
面水平时 ,据此并据 (1)式可得下式 :
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
〔收稿日期 〕 2006 - 12 - 07
体由若干水平层状土层组成时 ,有效应力的变化可
因各层土的水压率不同而在各层交界处不连续 。
2. 3 有效自重应力和浮重度
根据土的有效应力表达式 ,土的竖向有效自重
应力是竖向总自重应力与孔隙水压力之差 ,因此 ,当
把土体视为半无限空间体时 ,由多个水平土层组成
的土体中某点的竖向有效自重应力 σc′z应按下式计 算:
和细粒共同构成的土 ,孔隙水压力涉及的截面应是 在颗粒之间 、胶团之间及颗粒与胶团之间通过的宏
观上是平面的曲面 ,截面面积由颗粒之间接触面积 、 胶团之间接触面积 、颗粒与胶团之间接触面积和自
由水所占面积构成 。在这些组成部分中 ,颗粒接触 面积所占比例很小 (比纯粗粒土中的还要小 ) ,可以 忽略不计 ;因公共结合水的存在 ,胶团之间接触面积 所占比例通常不能忽略 ,在颗粒组成固定的条件下 随结合水膜的变薄而增大 。另外 ,当胶团与胶团接 触时 ,一个胶团内的颗粒与另一个胶团内的颗粒并 不接触 ;当颗粒与胶团接触时 ,该颗粒与胶团内的颗 粒也并不接触 。因此 ,截面总面积几乎等于结合水 所占面积与自由水所占面积之和也即孔隙所占面
1. 3 孔隙水压力的变化规律
根据 (4)式和 (1)式 ,孔隙水压力可在 0和水体 水压力之间取值 。显然 ,粗粒土的水压率大于细粒 土 ,故在同等压力水头下 ,粗粒土的孔隙水压力也大 于细粒土 。当给水度接近于 0 时 ,因水压率接近于 0,故孔隙水压力接近于 0;当给水度接近于孔隙度 时 ,因水压率接近于 1,故孔隙水压力接近于水体水 压力 。当土体由若干水平层状土层组成时 ,孔隙水 压力的变化可因各层土的水压率不同而在各层交界 处不连续 ,当上层土的水压率大于下层土的水压率 时上层土的孔隙水压力可以大于下层土的孔隙水压 力。
水压力 u应用下式表达 :
u
=
ξγ w
h
(1)
式中 h 为压力水头 ,ξ是单位面积土截面上自
由水所占面积 ,也即在同等压力水头下土中某面所
受到的孔隙水压力与该面在完全暴露于水体中时所
受到的水压力 (即水力学上的水压强 ,以下简称水
体水压力 )之比 ,称水压率 。
1. 2 水压率的分析
不同的土有不同的水压率 。 对于由粗粒构成的土 (纯粗粒土 ) ,截面 (图 1a 中虚线 )面积由颗粒之间接触面积和自由水所占面 积构成 ,而颗粒之间接触面积最多只占截面面积的 百分之几 ,因此水压率接近于 1,在计算孔隙水压力 时将水压率取 1不会造成大的误差 。
m1
m2
m2
∑ ∑ ∑ σc′z =
γ i
hi
+
γ j
hj
-
ξγ m2 w
hj
(8)
i =1
j =1
j =1
式中 m 1 、m2 分别为计算点以上土层中水位面
以上和以下土层数 ,γi、γj 分别为水位面以上第 i层
土和水位面以下第 j层土的重度 , hi、hj 分别为水位
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 。
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
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 。