孔隙压力、有效应力和排水

第六章 孔隙压力、有效应力和排水 6 .1 引言 通常所说的土是由固体颗粒和水两部分组成的，基础或挡墙上的荷载包含土颗粒和孔隙水上面的应力两部分。在没有土颗粒的船体外表面，法向应力就等于水压力；而在没有水的装有糖的盆底，应力就等于所装的糖的重量。问题就是土颗粒应力和孔隙水压力的哪种组合决定着土的性质。要研究这个问题，我们首先研究地基中的应力和水压力。 6 .2 地基中的应力 在地基中，某一深度的竖向应力是由上面的一切东西的重量产生的——土颗粒、水和基础，所以应力随着深度的增加而增大。图 6.1(a)中的竖向应力为： zz  (6.1) 其中 为土的容重（见 5.5 节）。如果地基在水平面以下或者在湖底、海底的话（如图6.1(b)所示），竖向应力计算公式就变为： wwzzz  (6.2) 如果在基础或路堤表面有荷载q 作用的话（如图 6.1(c)所示），那么竖向应力计算公式就变为： qzz  (6.3) 这里面的 是单位体积的土颗粒和水重量之和。因为z 是由土体的总重量产生的，所以成为总应力。注意，图 6.1(b)中所示的湖中的水把总应力作用在底部同玻璃杯中的水把总应力作用在杯底的方式相同。土颗粒的重度变化不大，一般来讲，饱和土的3/20mkN，干土的3/16mkN，水的3/10mkN。 同时也有水平向的总应力h ，但是在z 和h 之间没有简单的关系。在以后的章节我们会对水平向的应力进行研究。 6 .3 地下水和孔隙水压力 饱和土的孔隙水中存在的压力叫做孔隙水压力u 。在竖管中经常用wh 来简单地代替，如图6.2 所示。当系统处于平衡状态时，竖管内部和外部的水压力相等，因此得到： ww hu (6.4) 当竖管中的水位低于地表面时（如图6.2(a)所示），就称为地下水位。如果土中水是静止的，那么地下水位面就像湖面一样是水平的。然而，就像我们后面将要见到的那样，如果地下水位面不是水平的，那么土孔隙中就存在水的渗流。图6.2(a)中地下水位面处孔隙水压力为零（这就是叫做地下水位），水位以下为正值，问题就出来了：地下水位面以上孔隙水压力是什么样的呢？ 图6.3 说明了地表面和地下水位面之间的土中孔隙水压力的变化情况。在地表面处有一层孔压为零的干土，这种情况很少见到，但是在高潮水面以上的海滩可以发现这种现象。在地下水面以上的一小部分，由于土中孔隙的毛细作用，土体是饱和的。在这一区域，孔隙水压力是负值，计算公式如下： ww hu (6.5)...