土体、土骨架、土中应力及其他--兼与陈津民先生讨论

在土力学学科中有一些名词、术语和概念常常是人为定义的,可能存在着歧义,有必要深入讨论达成共识。在本文中,就土的自重压力与附加运力、浮密度与浮容重、静孔隙水压力与超静孔隙水压力以及渗透力等概念提出了作者的意见,以期引起同行们的兴趣与讨论。     

土的自重应力和有效自重应力

20世纪80年代，在某刊进行过土的自重应力和有效自重应力的讨论：一位同行发表一篇短文认为自重应力计算时水下部分自重应按饱和重度计算，该文的观点遭到很多人的反对，这些人认为土的自重应力应是有效应力。该刊从反对这种观点的文章中选择了一篇予以发表并加了编者按。近几年来，又有一些学者在《岩土工程界》进行了这样的讨论，不过仍然没有达成一致，甚至产生了一些新问题。     

考虑稠度状态时饱和粘性土自重应力计算方法

以自重应力作用下土的线弹性变形计算理论为基础，对3种不同状态土所涉及的2种变化过程中的应力、应变间关系作比较，推导出液性指数与有效重度间的关系式，并对公式进行分析、说明。     

基于水压率讨论土中孔隙水压力及有关问题

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。     

非饱和土大气张力有效自重应力与地基承载力计算

结合我国规范,推出了关于非饱和土大气张力有效自重应力的地基承载力计算公式;地基承载力的深宽修正及基础软弱下卧层顶面的压力计算,以载荷试验结果为依据,在水气不抵大气压强自重应力中,只有相对自由水压力参加计算;另外,相对自由水压力只与计算持力层有关,"浮重度"的概念是不妥的;饱和土,按大气张力有效自重应力,深宽修正后的基础底面的地基承载力比规范的大;饱和土,按大气张力有效自重应力进行下卧层验算,软弱下卧层顶面的土通常为流塑,自由水通道率约等于1,按理论水头,与现行规范相比,公式形式不同,但计算结果很相近。     

二谈错误的自重应力计算公式

事隔近二年,惊喜我的文章[4]有了回音.<岩土工程界>7(2005)发表了周景星、王洪谨先生的文章"也谈土中的应力"(以下简称周文),该文的副题是:兼答陈津民先生文章"土中的应力--错误的自重应力计算公式".文中有三处和我有共识:其一是承认94年书[2]把"渗透也在土中引起应力"错写成"渗透力也是土中的一种应力";其二是"严格说,对物体而言,重力确定是外力";其三是"其实把自重应力定义为包括孔隙水的全部土重的压力也未曾不可(曾字可能是尝字)".其它问题分歧依旧.     

土中的应力--错误的自重应力计算公式

土力学中和土的应力有关的应力包括自重应力、附加应力和总应力。早在 195 7年 ,水力电力出版社就出版了一本由清华大学老师编写的《土力学与基础工程》(以下简称 195 7年书 )。在该书的第 10 3页中对自重应力、附加应力和总应力都有明确定义 :“在没有修筑建筑物之前 ,地基中由于土的自重作用而已经存在的应力称为自重应力 (或常驻应力 )。修筑建筑物之后 ,由于建筑物荷载的作用而在地基中产生的应力称为附加应力。自重应力和附加应力合起来构成地基土中的全部应力场。为计算方便起见 ,地基中的自重应力和附加应力通常分别考虑。欲求地基中…     

非饱和土大气张力通用公式与有效自重应力

推出了非饱和土大气张力有效自重应力通用公式.由于结合水膜和表面张力收缩膜的存在,地面大气压强作用力大于非饱和粘性土中的孔隙气和水的绝对浮力.这多出的部分,就是大气张力有效自重应力与经典水土合算法结果的差值.也因为这个原因,地表的非饱和粘性土层的大气张力有效自重应力通常不为零.     

地下水开采引起地面沉降的机理研究

过量开采地下水会造成地面沉降已经是不争的事实,但其发生发展的机理目前还缺乏深入研究,学术界的观点也不统一。本文基于多层地下水水头分布的理论,应用有效应力原理对此进行了详细的分析和研究,从理论层面揭示了地下水开采引起地面沉降的机理,并给出了预测地面沉降的计算方法。研究显示:潜水水位下降在引起有效应力增加的同时也会产生总应力的减小,因此在部分土层中发生固结沉降而另一部分地层中发生卸荷回弹;承压水水头降低只会在其含水层和上下两个隔水层中引起有效应力增加,并产生土层的固结沉降。     

关于Bishop非饱和土有效应力公式等几种有效应力认识的分析

一些同行对有效应力的认识(包括Bishop非饱和土有效应力公式)存在偏差。该文对这些认识进行了分析。     

静孔隙水压力与超静孔隙水压力——兼与陈愈炯先生讨论

土中的孔隙水压力是土力学的基本概念,也是饱和土体有效应力原理和渗流固结理论的基础。本文认为静止的地下水中和稳定渗流场中土中孔隙水压力均属于静孔隙水压力,而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,不同于静孔隙水压力的那部分孔隙水压力,在有排水条件下,它将逐渐消散,并在消散过程中伴随土体的体积变化。文中也针对一些例子进行了讨论。     

基坑开挖中考虑水压力的土压力计算

本文从土的有效应力原理出发,分析了软粘土中深基坑开挖的土压力计算问题,着重讨论了孔隙水压力对土压力的影响.经过分析,作者认为当采用总应力法计算时,原则上应采用卸载强度指标.作者认为以下两个原因使得“水土压力合算法”在软粘土地区的临时性开挖工程中土压力计算值与实测值较接近:一是卸载引起负超孔压,卸载总应力强度指标大于常规三轴加载总应力强度指标;二是渗流引起主动区孔压减小,被动区孔压增大.最后,作者强调不要拖延基坑开挖的进度.     

承压水越流对地下结构浮力影响试验研究

针对承压水地层中地下结构受到浮力预测不准确的问题,开展存在地下结构的土层中竖向渗流模型试验,考察不同环境中的承压水渗流对地下结构的浮力影响。主要探讨不同水力梯度下均质土层中竖向渗流及承压水向上穿越弱透水层渗流时,所产生的孔隙水压力变化规律及其对地下结构的浮力的影响特点。试验表明:存在渗流时,土中孔压分布和地下结构浮力与静水压力不符;均质土中竖向渗流时,孔压和浮力较同深度理论值的提升比例与竖向水力梯度成正比;承压水在上覆弱透水层中渗流时,弱透水层中孔压和浮力的提升比例要大于强透水层,且土分层界面处孔压和浮力的提升比例最大,约为2倍的水力梯度。     

脆性孔隙介质内的结晶应力

盐、水在岩石类脆性介质孔隙内结晶并对壁面产生的结晶压力作用是宏观上介质风化、冻融破坏形成的重要因素之一。将真实介质内的孔隙系统简化为各自相互贯通的理想球体、圆柱体、椭圆柱体及椭球体,并结合孔隙数量(体积)与孔径间的数学统计分布关系,提出了4种非均匀孔隙系统模型。在此基础上结合准平衡状态下非均匀孔隙系统的结晶规律、理想形态孔隙结晶压力理论及孔隙结晶应力的均化算法,推导了结晶过程中这四类模型的宏观"均化应力"计算方法和公式。以非均匀球状孔隙系统内NaCl结晶为例,探讨了宏观三向"均化应力"随结晶入侵半径(对应于孔隙溶液浓度)变化的发展演化规律。     

不透水层压力隧洞外渗透压力和渗流有效应力

根据Harr(1962年)提出的镜像理论和Fernandez(1994年)所做的基本假定推导出不透水覆盖层下压力隧洞外渗透水压力和渗流有效应力,结果表明,隧洞内水渗透会在不透水面上产生较大的水压力;隧洞外渗流有效应力为拉应力,其影响范围与隧洞和不透水面的距离直接相关,这与传统弹性力学方法将内水看作机械荷载求解结果明显不同。     

不同竖向应力和剪切位移下砂砾石与砂双层土渗透试验

目前很多高土石坝直接坐落在覆盖层上,修建坝体后,会使坝基覆盖层产生较大的应力和剪切位移,对覆盖层的渗透稳定有极大的影响。因此有必要开展考虑应力和剪切位移影响的坝基覆盖层渗透特性试验研究。利用粗粒土大型高压水平渗透仪,考虑竖向应力和剪切位移的影响,对砂砾石和砂双层土进行渗透试验研究,探讨了砂砾石和砂双层土试样的渗透性和抗渗坡降随竖向应力和剪切位移的变化规律,将渗透破坏的发生和发展分为稳定、过渡和破坏三个阶段。试验结果表明:随着竖向应力的增大,砂砾石和砂双层土的渗透系数逐渐减小,而细颗粒的启动坡降和试样的破坏坡降则逐渐增大。随着剪切位移的增大,砂砾石和砂双层土的整体渗透系数先减小后增大,破坏坡降先增大,后迅速减小。无剪切位移以及剪切位移较小时,细颗粒的启动坡降和试样的破坏坡降之间的过渡阶段较长;而发生大的剪切位移后,启动坡降和破坏坡降之间的过渡阶段大大缩短,达到启动坡降后很快就会出现渗透破坏。     

真空预压法加固机理新探讨

通过对真空预压法加固软基所具备的两个条件进行分析,以土水势的原理解释了加固过程中的渗流机制,并阐述了孔隙水压力向有效应力的转化过程,说明有效应力的增量是由气压差和静水压力差构成的,最后对卸除真空荷载后地基回弹作了分析。     

单层地基一维渗流有效应力性状研究

研究了一维渗流作用下单层地基有效应力的计算问题 ,推导了有效应力的计算公式 ,讨论了有效应力性状。定义了渗流有效应力的概念。单层地基一维渗流有效应力与渗流方向密切相关。渗流作用下土层有效应力由两部分组成 :一部分是自重有效应力 ,其由重力引起的 ,体现了静水压力的影响 ;另一部分是渗透有效应力 ,其由土层水头差产生的 ,体现了超静水压力的影响。     

考虑不同土压力模式的水泥土重力式围护墙抗倾覆稳定性分析

墙前开挖区土压力和墙后土压力模式的确定是水泥土重力式挡土墙抗倾覆稳定性验算的关键,不同土压力模式下抗倾覆系数曲线形态有一定的差异。根据墙体竖向力的平衡确定抗倾覆验算点位置,根据墙体的变形特征,同时考虑由于基坑开挖引起的上覆有效土压力变化引入修正系数α修正墙前后土压力,推导了修正土压力模式下墙体的抗倾覆稳定计算公式,对比分析三种不同土压力模式下Kq曲线的形态特征及其影响因素,结果表明墙前后土压力修正模式更能反映实际状态下墙的倾覆失稳形态,其抗倾覆稳定系数也更加合理。