既存在稳定渗流,又有渗流固结的情况该怎么定义孔隙水压力

  孔隙水压力是指土壤或岩石中地下水的压力,该压力作用于微粒或孔隙之间。其分为静孔隙水压力和超静孔隙水压力。对于无水流条件下的高渗透性土,孔隙水压力约等于没有水流作用下的静水压力。对于有水流条件下的高土,其孔隙水压力该如何确定或者定义?

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  一般来讲,静孔隙水压力为“在静止的地下水位以下土中的水压力”;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”;渗流孔隙水压力则为“在渗流场中的水压力”。也有人认为除了“静止的地下水位以下的孔压”以外所都是超静孔压,将渗流孔压也归入超静孔压。

  孔隙水压力实质是通过土骨架中连通的孔隙水传递的压力,是一种孔隙水的势能(压力势)的体现,都适用于有效应力原理。在饱和土体的渗流固结理论中,外部因素在土体中产生了一种孔隙水压力,在有排水条件时,它会消散,同时伴随以土的体积变化,因而这种孔压被称之为“超静孔隙水压力”。

  这样,就应定义静孔隙水压力为“不会引起土体体积变化的孔隙水压力”;超静孔隙水压力是“土体有变化趋势时而产生的孔隙水压力”。  例如我们在一个土体上施加单向压力p,如果土中没有孔隙水,则它就会被压缩,但如果土体是饱和、不排水的,孔隙水就会阻止土的压缩,结果就产生了正的超静孔压u=p。但土体是有被压缩的“趋势”的。

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(施加附加应力时,右侧管口是封闭的,且施加应力的平面也是不通水的)

  因为超静孔压这一概念起源于渗流固结理论,它必将伴随着土的固结变形。超静孔隙水压力是由于外部作用或者边界条件变化在土体中引起的,在有排水条件时,它将逐渐消散,并在消散过程中伴随土体的体积变化。

  那么再看渗流中的孔隙水压力。稳定渗流场中土体中的孔隙水压力应属于静孔隙水压力。在稳定渗流场中的孔隙水压力,不随时间变化,这也是一种相对的静止。所以可以定义为:静孔隙水压力包括:静止的地下水以下土体中的孔隙水压力和稳定渗流场土体中的孔隙水压力。因为稳定渗流场孔压不变,有效应力也不变,土体没有体积变化的趋势,也就没有超静孔压。

  超静孔隙水压力的形成原因是多种多样的。最经常是由于外部荷载引起的;但是扰动与触碰(如饱和松砂与极灵敏性土)、振动(如液化土)与循环荷载,土中地下水位的升降也都可以引起超静孔压,欠固结土的超静孔压是由于沉积时土体本身的自重引起的。所以说是由于“外部作用或者边界条件变化”。

  大范围地下水位下降会引起大面积地面沉降,反之回灌可以使地面上升。所以地下水升降也会产生超静孔隙水压力。

  如果假设地下水的升降是瞬时发生的,当土的渗透系数很小时,在这一瞬时,土体的有效应力和体积都未发生变化。

  静与超静孔压本质上是没有区别的,有时似乎也难以区分,并且二者也会相互转化。例如地下水位升降,稳定渗流边界条件的变化变为不稳定渗流,都会使静孔压变为超静抗压。例如在不固结不排水三轴试验中,一直不打开排水阀门,试样的体积也一直不变,这似乎又像是静孔压。所以定义超静孔压为“由土的体变趋势引起的孔隙水压力”  被橡皮膜所包裹的土试样,在施加围压后,它有体积收缩的趋势,但无法排水,也无法收缩,结果围压变成了超静孔压u,有效应力未变,这种体缩的趋势未能变成事实。在不排水条件下施加偏差应力后,试样如果有收缩的趋势,会生成正的超静孔隙水压力;在有膨胀(剪胀)的趋势时,会产生负的超静孔隙水压力。


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