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土力学中的渗透力与超静孔隙水压力
1
李广信,李学梅
2
(.
力,显然不对了。如果将参考点选在O - 2,在
1渗透力
静水中还会出现负的 静水压力 ,这更不合常理。
路面 和论证 [1]一文(以下简称 陈文 )所指的渗透力不
只是水流对土颗粒的切向作用力,也包括其对颗粒的部分法向水压力,是正确的,在概念上也是很重要的。
这样,文献[2]中的图2-应当画成如图122
的形式。其中ϑ为对该颗粒的渗透力, T为颗粒上
括了水的法向压力在渗流方向的分力之差和切向拖
曳力在渗流方向的分力。而浮力等于颗粒表面对应
标记免疫分析与临床 于位置水头的水压力合力(也就是颗粒所排除那部
分水的重量) 。
图1渗透力示意图
这样,渗透力是水作用于土骨架上的推动力和
拖曳力,其反作用力是土骨架对于渗透水流的阻力。
2静孔隙水压力
在陈文中,将法向水压力分解为两部分:静水压
与超静水压,其中静水压产生浮力,并且定义静水压为: 1= ω ζ υ© ,其中ζ是相对于某一基准线(陈文称为
零静水压的参考点 )的竖向距离。从陈文的图2
看,作者显然是将位置水头(或者重力势)与压力水
头(或者压力势)混淆了。
图2中,当基准面选为O- 时,作用于静水下O
物体A上任一点的静水压力为υ= ω ζ © ;如果基准面1选为O - 2 2 O (陈文中讲 零静水压的参考点 可以是 任选 的) 则物体A,上任一点的静水压力变为υ1
= ω ζ 而按照陈文,出现了超静水压υ= - 1= ω © 2 ,υ υ© 2 ( + 2 - ω ζ = ω η 在静水中竟然出现了超静水压
η ζ © 2 © ,)
〔收稿日期〕2009--0108
问题在于,在复杂的水力条件下,不存在,也难
以确定一个统一的 零静水压的参考点 。图2中
的- 是该点相对于O- 基准线的位置水头, - ζO
© ζω 是其重力势。所以在前文中笔者讲: 浮力的数
值等于颗粒表面对应于位置水头的水压力的合
力 ,或者说是对应于重力势的水压力合力。在图2
中的静水中,由于重力势+压力势=常数,所以也可
以说浮力等于作用于物体上各点的()静压力势的合
力。但是这在有渗流的条件下就不合适了(见图3) 。
在《岩土工程基本术语标准》 ( B 50279-Γ /T
[3]
98) 中,孔隙水压力被定义为: 土体中某点孔隙
水承受的压力 ,这是可以接受的。而静水压力则
被定义为: 给定点与自由水位差引起的压力 ,这
就不是很准确了,与陈文中的定义有相似之处。但
陈文中注意到 有渗流时, υ 0(=亦即自由水位)的
点不在同一水平面上 ,因而 只有任选一个作为零
静水压的参考点 。如上所述,这也是错误的。
图3表示的是一个有沿坡渗流的无限土坡,它没
有一个水平的 自由水位 ,作用于点A上的水压力并
不是用与自由水位( =)υ 0之差A 计算的υ © η B= ω ,而
达州普光气田 是用通过该点的等势线A 的竖向投影A 计算的υ X∆=
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© η ο 〈 如果按照 标准 定义Aω χ 2。σ点的静水压力为© η ω ,那么⊗ = 1- ο 〈 © ηυ (χ 2) ω 是超静水压力吗?σ
3超静孔隙水压力
关于静孔隙水压力与超静孔隙水压力的定义一
[4]
,也曾经与许多人讨论直
是使作者迷惘的问题过,但仍不得要领。
文献[3]定义超静孔隙水压力为: 饱和土体中
一点的孔隙水中超过静水压力的那一部分。
⊗ υ=B ⊗⎛+A ⎛-⎛) [ ⊗( 1] ()133
沉没之鱼 式()1是超静孔压的∑ ε π νκ μ τ 公式,从式(),这ο 1看
一定义至少存在两处漏洞。当B<.时,土并不10
是 饱和 土;A<时,会产生负的超静孔隙水压当0
力,它就不是 超过 而是 低于 静水压力的部分。
笔者定义静孔隙水压力与超静孔隙水压力如
下,并与同行们切磋:
()1静孔隙水压力是 由水的自重产生的孔隙
水压力 ,这样,图2、3表示的情况都可以归入静孔
隙水压力。亦即包括了静水和一般渗流的情况。
()2超静孔隙水压力可以定义为 由土的变形
趋势引起的孔隙水压力 ,亦即土体本应发生应变,
但由于排水受阻,土中产生孔隙水压力,使作用于土
骨架上的有效应力发生变化,从而限制其变形。可当代经济研究
以有如下情况:
( )α 土中的压缩应力引起的超静孔隙水压力
在各向等压应力和一侧限压缩应力条件下,土
骨架有压缩的趋势,但在饱和土不排水条件下,由于
土颗粒和孔隙水均不可压缩,整个土体的体积不变,
土骨架上有效应力不能变化,增加的总应力全部转
变为超静孔隙水压力,亦即:
⊗υ=⊗π=⊗⎛() 23
( )β 剪应力引起的超静孔隙水压
如果剪应力会引起土骨架的剪缩,在不排水饱
和土体中,由于不允许总体积收缩,只有产生正的超
静孔隙水压力,以减少有效应力,从而保持土体的体
积不变;在剪胀的情况下,会产生负的超静孔隙水压
力,增加有效应力,强迫土的体积不胀。
( )χ 饱和细松砂的振动液化
在干砂和充分排水时,振动会使松砂的颗粒在
自重作用下跌落到更 稳定 的位置,从而体积收汽车智能防盗系统
缩。在饱和松砂中,砂的体缩必定伴随孔隙水的排
出,由于水的粘滞性,土中水无法在振动的瞬时排出
而实现体缩,这就需要产生正孔压,使砂粒无法靠自
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Γ O E H I A N I E P N ΩO Λ ς λ 12
N .E T X N X ΛE Γ N E I Γ P ∆ ο .ο 4
