超孔隙水水压力与静水压力解读.doc

土力学中的孔隙水压力是一个很重要的概念，也可以说是土力学中的标志性概念。但似乎并没有被清晰地结界定与理解。 孔隙水压力应分为两种还是三种，在不同的教材与专著中就有着不同的说法。有的确定为静孔压与超静孔压两种；有的则分为静、超静和渗流孔隙水压力。静孔隙水压力常常被定义为“在静止的地下水位以下土中的水压力”；超静孔隙水压力被定义为“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”。又有人认为除了“静止的地下水位以下的孔压”以外所都是超静孔压，所以将渗流孔压也归入超静孔压。 这些定义过于表观、随意，往往不适于复杂的情况。比如渗流孔压，既有稳定渗流情况，又渗流固结情况，不可一概而论。 实际上，不管何种孔隙水压力其本质都是相同的，都是通过土骨架中连通的孔隙水传递的压力，它们都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。那为什么要区分静与超静孔隙水压力呢，这似乎源自于太沙基的饱和土体的渗流固结理论。在这个理论中，由于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。 这就把二者的主要区别界定了。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。“坐地日行八万里”，在不断自转和公转的地球上，我们仍然认为很多东西是静止的，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。 图1 地下水位的升降 图1所示的是地下水位变化的情况。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。 (a) 水位骤降 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 在图1(a)中，深度z处的M处下降前的静孔隙水压力为，下降后，固结变形稳定时的孔隙水压力从变为0，设其重度仍为，则有效应力增量。而在下降后的瞬时，静孔隙水压力为0。超静孔隙水压力等于降水前后有效应力之差，即，它会逐渐消散，同时土体被压缩，地面发生沉降。可见下降后的瞬时，这部分孔压由静孔压转变为超静孔压。 (b) 水位上升 在图1(b)中， M处上升前的静和超静孔隙水压力都为0，有效应力为，为天然重度；水位上升后，固结变形稳定时的静孔隙水压力为，超静孔隙水压力为0，有效应力为；而在水位上升z的瞬时，总应力，有效应力尚未变，仍为，总孔压为二者之差：, 静孔隙水压力为，超静孔隙水压力为变形稳定后与水位上升前的有效应力与之差,也等于总孔压与静孔压之差：，它是负值，其消散后使土体固结回弹。 如上所述，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。 有人问我为什么试样体缩趋势会引起正孔压，体胀趋势会引起负抗压。你可以假设你的口腔就是试样膜，如果你要用吸管喝饮料，你的口腔一定是有一个膨胀的趋势，以使