空隙水压力计算公式

孔隙水压力计算
孔隙水压力是指土壤或岩石中水分子所受到的压力。

在岩土工程中，孔隙水压力是一个非常重要的参数，它直接影响着土体的稳定性、渗透性和变形性等性质。

因此，准确地计算孔隙水压力对于岩土工程的设计和分析至关重要。

孔隙水压力的计算通常采用以下公式：
Pore water pressure = w x h
其中，Pore water pressure表示孔隙水压力，单位为kPa；w
表示水的密度，单位为kN/m；h表示水平面上的水头高度，单位为m。

当孔隙水压力不均匀时，可以采用以下公式计算平均孔隙水压力： Average pore water pressure = (ΣPore water pressure x A) / ΣA
其中，Average pore water pressure表示平均孔隙水压力，单位为kPa；ΣPore water pressure表示所有孔隙水压力之和，单位
为kPa；A表示每个孔隙的横截面积，单位为m；ΣA表示所有孔隙的横截面积之和，单位为m。

在实际工程中，孔隙水压力的计算需要考虑多种因素，如土壤或岩石的渗透性、水头高度、土体的孔隙率等。

因此，在进行孔隙水压力的计算时，需要谨慎选择合适的计算方法和参数。

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泥水仓压力设计值计算广深港客运专线ZH-4标深港隧道深（深圳段）设计为双洞单线隧道。

左线始发里程DK114+017, 在里程DK114+017～+098盾构掘进全断面为花岗岩弱风化层，岩体受附近地质构造影响，裂隙较发育，碎裂岩化，完整性及稳定性差，透水性好，施工中易发生岩体坍塌，透水等现象，应加强施工防护，围岩级别为Ⅳ级；DK114+098～+201盾构掘进全断面为花岗岩弱风化层，节理裂隙较发育，岩体呈块状，岩体较完整，渗透系数K=0.2～0.8m/d,弱透水，极弱富水，围岩级别Ⅲ级。

隧道上覆土地层透水性大部分为中、弱透水层，非通透性地层，孔隙水压力与静水压相差较大，孔隙水压力等于地下水折减系数 乘以静水压力,该系数依据当地水文地质情况及工程施工经验确定。

依据盾构隧道泥水压力设计推荐公式：泥水压力=地下水压+土压+预压（bar），地下水压即掘削面地层中的孔隙水压力，围岩土压力采用我国《铁路隧道设计规范》推荐的统计法计算，预压是考虑地下水压和土压的设定误差及送排泥浆设备中的泥水压变动等因素，依据经验确定的压力，通常取0.2～0.3bar。

泥水设计压力值： σ设q α=竖＋w w h βγ＋σ预其中各分项计算式依下：盾构开挖面土压 q σα=土竖 系数α依据开挖隧道围岩分级取值。

见下表围岩水平均布作用压力a q h γ=竖，结构上作用竖向土压力。

γ-围岩重度，取加权平均值，花岗岩为25.73KN M0.411.79S a h =⨯，单线隧道计算围岩高度。

s =围岩级别隧道中心水压：w w h σβγ=水β-地下水影响折减系数，依据工程地质实况实测，地层孔隙水压力与等高水柱静水压比值。

结合工程实际做调整。

w γ3KN M =10w h -水位差预压 =0.200.30bar σ预～例如：盾构掘进里程DK114+017，盾构刀盘中心埋深为42.07m,水位差39.56m,盾构穿越及围岩为花岗岩弱风化地带，透水性差，Ⅳ级围岩。

井眼与地层之间的压⼒及其平衡关系井眼与地层之间的压⼒及其平衡关系⼀、静液压⼒Pm静液压⼒是由井内静液柱的重量产⽣的压⼒，其⼤⼩只取决于液体密度和液柱垂直⾼度。

静液压⼒Pm计算公式：Pm＝ 0.0098ρm Hm （2—1）式中：Pm — 静液压⼒，MPa；ρm— 钻井液密度，g/cm3；Hm— 液柱垂直⾼度，m。

静液压⼒梯度Gm计算公式：Gm ＝ Pm/ Hm ＝ 0.0098ρm （2—2）式中：Gm — 静液压⼒梯度，MPa/m。

⼆、地层压⼒PP地层压⼒是指作⽤在地层孔隙中流体上的压⼒，也称地层孔隙压⼒。

地层压⼒PP计算公式：PP＝0.0098ρP HP （2—3）式中：PP — 地层压⼒，MPa；ρP— 地层压⼒当量密度，g/cm3；Hm— 地层垂直⾼度，m。

地层压⼒梯度GP计算公式：GP ＝ PP/ HP ＝ 0.0098ρP （2—4）式中：GP — 静液压⼒梯度，MPa/m。

地层压⼒当量密度ρP计算公式：ρP ＝PP/0.0098 Hm ＝ 102 GP （2—5）在钻井过程中遇到的地层压⼒可分为三类：正常地层压⼒：ρP＝1.0～1.07 g/cm3；异常⾼压：ρP＞1.07 g/cm3；异常低压：ρP＜1.0 g/cm3。

三、地层破裂压⼒Pf地层破裂压⼒是指某⼀深度处地层抵抗⽔⼒压裂的能⼒。

当达到地层破裂压⼒时，地层原有的裂缝扩⼤延伸或⽆裂缝的地层产⽣裂缝。

从钻井安全⽅⾯讲，地层破裂压⼒越⼤越好，地层抗破裂强度就越⼤，越不容易被压漏，钻井越安全。

⼀般情况下，地层破裂压⼒随着井深的增加⽽增加。

所以，上部地层（套管鞋处）的强度最低，易于压漏，最不安全，所以在设计时应保证下⼊⾜够深度的套管以提⾼裸眼井段上部的地层破裂压⼒。

1．地层破裂压⼒Pf计算公式Pf ＝0.0098ρf Hf （2—6）式中：Pf —地层破裂压⼒，MPa；ρf —地层破裂压⼒当量密度，g/cm3；Hf—漏失层垂直深度，m。

井眼内压力及相互关系一、钻井液静液压力1、定义：由静止钻井液自身质量所产生的压力。

2、计算公式：钻井液静液压力=9.8×钻井液密度×液柱的垂直高度。

从公式中可以看出，静液压力的大小，只和液体的密度、液柱的垂直高度有关，和截面形状无关。

二、压力梯度1、定义：每增加单位垂直深度（或高度）压力的增加值称为压力梯度。

2、表达式：压力梯度=压力÷高度=液体密度×9.8三、地层压力1、定义：指岩石孔隙中流体所具的压力。

2、地层压力的分类（1）正常地层压力：指从地表到地下该地层处的静液压力。

（9.8----10.486千帕/米）（2）异常高压：指地层压力梯度高于正常压力梯度时。

称为异常高压。

（3）异常低压：指压力梯度低于正常压力梯度称异常低压。

3、地层压力的表示方法（1）用压力的具体数值表示。

（2）用地层压力梯度表示。

（3）用等效钻井液密度表示。

（4）用压力系数表示。

即：某点地层压力与该深度淡水柱的静液压力之比。

四、地层破裂压力1、定义：是指地层抵抗水力压裂的能力，换句话说：指某一深度地层发生破裂或裂缝时所能承受的压力。

2、地层破裂压力梯度：指每增加单位垂深度（或高度）地层破裂压力的增加值称为地层破裂压力梯度3、计算公式地层破裂压力梯度=地层破裂压力÷垂直深度=9.8×地层破裂压力当量钻井液密度。

4、地层破裂压力实验操作步骤钻完水泥塞，再钻进（第一个沙层）3米左右，上提钻具，用地面防喷器关井，小排量(0.8---1.32升/秒)向井内缓慢注如钻井液(最好用水泥车)记录不同时间的泵入量和井口压力，开始泵入量和压力呈直线关系,当偏离直线的点即为该地层的破裂压力对应的井口压力。

即套管鞋处最大允许关井套压五、波动压力1、抽吸压力指钻柱向上运动时井内钻井液向下流动使井底压力减小的压力叫抽吸压力。

2、激动压力指钻柱向下运动时，井内钻井液向上流动时，使井底压力增加的压力。

孔隙水压力测试规程标准前言现批准《孔隙水压力测试规程》CECS55∶93为中国工程建设标准化协会标准，推荐给各有关单位使用。

在使用过程中，请将意见及有关资料寄交冶金部武汉勘察研究院中国工程建设标准化协会工程勘测委员会(武汉市冶金大道19号，邮政编码430080)，以便修订时参考。

中国工程建设标准化协会1993年12月26日1总则1.0.1 为了统一原位孔隙水压力测试的技术要求，提高测试的技术水平，保证测试质量，制定本规程。

1.0.2 本规程适用于饱与土层中孔隙水压力的原位测试。

1.0.3 原位孔隙水压力测试仪器的选择与埋设与测试方法的确定，应符合质量可靠、操作简便、经济有效的原则。

1.0.4 原位孔隙水压力测试除执行本规程外，尚应符合国家现行标准的有关规定。

2仪器设备2.0.1 孔隙水压力计类型的选择，应根据工程测试的目的、土层的渗透性质与测试期的长短等条件，选用封闭式(电测式、流体压力式)或者开口式(包含各类开口测量管、水位计)。

仪器的精度、灵敏度与量程务必满足测试要求。

2.0.2 电测式孔隙水压力计(包含振弦式、电阻式、差动变压式等)适用于各类渗透性质的土层。

当量测误差小于等于2kPa时，务必使用电测式孔隙水压力计；使用期大于1个月、测试深度大于10m或者在一个观测孔中多点同时量测时，宜选用电测式孔隙水压力计。

2.0.3 流体压力式(包含液压式、气压式等)与开口式孔隙水压力计适用于渗透系数K 大于1×10－5cm/sec的土层.当量测误差同意大于等于2kPa时，方可选用液压式孔隙水压力计；当量测误差同意大于等于10kPa时,方可选用气压式孔隙水压力计。

流体压力式孔隙水压力计使用期不宜超过1个月；液压式孔隙水压力计不宜在气温低于零摄氏度时使用。

2.0.4 孔隙水压力根据量测读数分别按下列公式计算。

气压式孔隙水压力计：u＝c+ap(2.0.4—5)式中u——孔隙水压力(kPa)；Kf——振弦式孔隙水压力计的灵敏度()；f0——孔隙水压力计在零压时的频率(Hz)；f——孔隙水压力计在量测时的频率(Hz)；Kε——电阻式孔隙水压力计的灵敏度(kPa/με)；εi——孔隙水压力计的测读值(με)；ε0——孔隙水压力计在受压前的初读数(με)；KA——差动变压式孔隙水压力计的率定系数(kPa/V)；A——孔隙水压力计的测定值(V)；A0——孔隙水压力计的初始值(V)；P——压力表读数(kPa)；γw——水的重度(kN/)；h——孔隙水压力计至压力表基准面的高度(m)；a——压力表标定系数；c——压力表标定常数(kPa)；2.0.5 为保证孔隙水压力计的精度，选择的量程不宜过大，上限值大于静水压力值与预估的超孔隙水压力值之与宜为100～200kPa。

第六章 孔隙压力、有效应力和排水 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。

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(a)中的竖向应力为：z z γσ=其中γ为土的容重（见节）。

如果地基在水平面以下或者在湖底、海底的话（如图(b)所示），竖向应力计算公式就变为：w w z z z γγσ+=如果在基础或路堤表面有荷载q 作用的话（如图(c)所示），那么竖向应力计算公式就变为：q z z +=γσ这里面的γ是单位体积的土颗粒和水重量之和。

因为z σ是由土体的总重量产生的，所以成为总应力。

注意，图(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3/20m kN ≈γ，干土的3/16m kN ≈γ，水的3/10m kN ≈γ。

同时也有水平向的总应力h σ，但是在z σ和h σ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。

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w h 来简单地代替，如图所示。

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： w w h u γ=当竖管中的水位低于地表面时（如图(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(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。

钻井常用计算公式•、地层压力计算1、静液柱压力（MPa）=P（粘井液密度）*0.00981*H（垂深m）2、压力梯度值（MPa）=p（钻井液密度）*0.009813、单位内容积（r∩3Λn>=7.854*10-5*内径2（Cm）4、单位环空容积（m3∕m）=7.854*10^5*（井径2cm-管柱外径2cm）5、容积（m?）=单位内容积（m3∕m）*长度（m）管柱单位排音量（mVm）=7.854*10^5*（外径2cm内径2cm）6、地层压力（MPa）=钻具静液柱压力+关井立压7、压井钻井液密度（g∕c11p>=（关井立压Mpa/O.00981/11（m））+当前井液P（gcm3）8、初始循环压力=关井立压+底泵速泵压9、终止循环压力=（压力井液p/当前井液p）*低泵速泵压10、溢流长度m;钻井液增量m3/环空单位容积m3∕m11、溢流密度p（g∕cm3）=当前井液P-［（套压MPa-立压Mpa）/（溢流长度m*0.00981）］12、当量循环密度p（g/cm3）-（环空循环压力损失Mpa/O.00981/垂深m）+当前井液P13、当量钻井液P（g4zm3）-总压力Mpa/O.00981/垂深m14、孔隙压力MPa=9.81*Wf（地瓜水平均密度g∕cmυ*H（垂高m）15、上覆岩层压力（Mpa）=（岩石基质重量+流体重量）/面积［9.81*［（卜-。

岩石孔隙度％）*pm岩石基颓密度Hem3+4>*p岩石孔隙中流体密度g/cnP］16、地层破裂压力梯度（Mpa）=Pf（破裂地层压力Mpa）/H（破裂地层垂直深度m>Pf（破裂地层压力Mpa）=Ph（液柱压力Mpa）+P（破裂实验时的立管压力MPa）二、喷射钻井计算公式1、射流喷射速度计算相同直径喷嘴VOU1.2.73*Q（通过喷嘴液体排量1.∕S）∕n（喷嘴个数）*dc>2（喷嘴直径Cm）不相同直径喷喷Vo=12.73*Q（通过喷嘴液体排量1.∕S）/de?（喷嘴当量直径Cm）试中:de喷喷当量直径（cm）计算等喷嘴直径de-（根号n喷嘴个数）*d。

精心整理水利专业常用计算公式一、枢纽建筑物计算1、进水闸进水流量计算：Q=B 0δεm （2gH 03）1/2式中：m —堰流流量系数 ε—堰流侧收缩系数最为常见。

求解明渠恒定缓变流水面曲线，宜采用逐段试算法，对棱柱体和非棱柱渠道均可应用。

逐段试算法的基本公式为△x=f21112222i -i 2g v a h 2g v a h ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+式中：△x ——流段长度（m ）；g ——重力加速度（m/s2）；h 1、h 2——分别为流段上游和下游断面的水深（m ）； v 1、v 2——分别为流段上游和下游断面的平均流速（m/s ）； a 1、a 2——分别为流段上游和下游断面的动能修正系数； f i ——流段的平均水里坡降，一般可采用⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-2f 1f -f i i 21i 或⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=∆=3/4222224/312121f f v n R v n 21x h i R n 1=n 2 0.2m ； （6）进口断面河吼道断面间的水平距离与其高度之比：l/P=0.7—0.9； 6、最大负压值出现在吼道断面定点a 处，a 点的最大负压值按下式确定： 式中：Z —前池内正常水位与最低水位之间的高差（m ）；h 0—吼道断面高度（m ）；∑wh—从进水口断面至吼道断面间的水头损失（m ）；γ/p *—因法向加速度所产生的附加压强水头（m ）。

附加压强水头按下式计算：式中：0γ—吼道断面中心半径（m ） 计算结果，须满足下列条件：式中： h a —计算断面处的大气压强水柱高（m ）； H v —水的气化压强水柱高（m ） 最小淹没深度S ，可按下式估算：式中：0γF —吼道断面的水流弗劳德数，000gh /V F =γ。

B —坝址处的河谷宽度(相当于坝顶的部仪)，m 。

L —蓄水后库区延伸长度(回水长度)，km(公里)。

H —最大坝前水深，m 。

K —按库尾蓄水断面与坝址蓄水断面之比采用的系数： l:lO 时，K=32；1:5时，K=27（2）根据淹没面积初估： V=HA/KV—水库总库容，104·m3(万立米)。