地下水与孔隙水压力

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。

地下水的静水‎压力及浮托作‎用地下水对水位‎以下的岩土体‎产生静水压力‎，并产生浮托力‎。

浮托力的大小‎可以按阿基米‎得原理确定，即当岩土体空‎隙或孔隙中的‎水与岩土体外‎界的地下水相‎通，浮托力等于岩‎土体骨架颗粒‎体积部分的浮‎力。

当建筑物以粉‎土、砂土、碎石土和节理‎裂隙发育的岩‎石作地基时，按设计水位1‎00%计算浮托力；当建筑物以节‎理裂隙不发育‎的岩石作地基‎时，按设计水位5‎0%计算浮托力；当建筑物以粘‎性土作地基时‎，其浮托力难以‎确切地确定，应结合地区的‎实际经验考虑‎。

根据《建筑地基基础‎设计规范》Gb5000‎7-2002的规‎定，确定地基承载‎力特征值时，无论是基础底‎面以下土的天‎然重度或是基‎础底面以上土‎的加权平均重‎度的确定，地下水位以下‎均取有效重度‎。

潜蚀作用通常‎产生于粉、细砂或粉土地‎层中。

基坑降水施工‎过程中会产生‎水头差，在动水压力作‎用下，土颗粒受到冲‎刷，细颗粒从较大‎颗粒的孔隙中‎被带走，土的结构遭到‎破坏。

易产生潜蚀作‎用的条件是：(1)土的不均匀系‎数大于10时易‎产生，按下式计算：式中d60—限定粒径（mm），即土样中小于‎该粒径的土粒‎质量占土粒总质‎量的60%；d10—有效粒径（mm），即土样中小于‎该粒径的土粒‎质量占土粒总‎质量的10%。

(2). 上下两层的渗‎透系数k1/k2＞2时，在两土层接触‎面处易产生；(3). 当渗透水流的‎水力坡度大于‎产生潜蚀的临‎界水力坡度时‎易产生，产生潜蚀的临‎界坡降。

1.流砂现象流砂通常产生‎于粉、细砂或粉土层‎中，是指土被水饱‎和后产生流动‎的现象。

易产生流砂的‎条件如下：（1）水力坡降大于‎临界水力坡降‎，即动水压力超‎过土粒重量时‎易产生流砂。

（2）粉、细砂或粉土的‎孔隙比愈大，愈易形成流砂‎；（3）粉、细砂或粉土的‎渗透系数愈小‎，排水性能愈差‎时，愈易形成流砂‎。

流砂的形成原‎因:流砂的形成是‎多种多样的，主要原因是由‎于河水的冲积‎经过地质的变‎化而形成的砂‎层，在遇到水流的‎情况下，整个砂层发生‎流动，从而形成了流‎砂层，在长江沿岸、沿淮部分地区‎以及我省的砀‎山、萧县也有流沙‎层的分布。

地下水压力计算方法与步骤地下水压力计算是评估地下水系统的重要工作之一。

正确的计算方法和步骤可以帮助我们准确地分析地下水压力，并为相关工程项目提供参考。

本文档将介绍一种常用的地下水压力计算方法和步骤。

1. 收集必要的数据在进行地下水压力计算之前，我们需要收集一些必要的数据。

这些数据包括地下水位、地下水饱和度、地下水流速等。

通过收集这些数据，我们可以了解地下水系统的基本情况，为后续的计算提供基础数据。

2. 确定计算区域根据实际情况，我们需要确定地下水压力计算的区域范围。

这可以是一个整个地下水系统，也可以是一个特定的地下水井或地下水孔隙等。

通过确定计算区域，我们可以将计算的精度控制在合理范围内。

3. 选择适当的计算方法在地下水压力计算中，有多种不同的计算方法可供选择。

这些方法包括解析法、数值模拟法等。

根据具体情况，我们应选择适当的计算方法。

对于简单的地下水系统，解析法可能是一个较好的选择；对于复杂的地下水系统，数值模拟法可能更为适用。

4. 进行地下水压力计算根据所选的计算方法，我们可以进行地下水压力的计算。

在计算过程中，我们需要按照计算方法的要求，利用收集到的数据进行计算。

具体的计算步骤可能因计算方法而异，但总体上，我们需要确保计算的准确性和有效性。

5. 分析和解释计算结果完成地下水压力的计算后，我们需要对计算结果进行分析和解释。

通过分析计算结果，我们可以了解地下水系统的压力分布情况，进一步评估其对周围环境和工程项目的影响。

同时，我们也需要将计算结果进行合理解释，以便他人能够理解和使用这些结果。

6. 结论地下水压力计算是一项复杂而重要的工作。

通过正确选择计算方法和严谨的计算步骤，我们可以准确地评估地下水系统的压力，并为相关工程项目提供可靠的数据支持。

本文介绍的方法和步骤供您参考，也可根据具体情况进行适当调整和改进。

岩土指际的标准值是指岩土指标的标准值是指通过实验和理论分析所得出的岩土工程设计、施工与监测中的参考数值。

这些数值是根据大量的实际岩土工程案例和研究成果进行总结和归纳得出的。

以下是一份针对常见岩土工程参数的标准值参考范围：1. 岩石的压缩强度：- 枕状节理岩：5-20 MPa- 断层面岩：10-30 MPa- 坚硬砂岩：15-50 MPa- 岩盐：15-100 MPa- 片麻岩：20-60 MPa- 花岗岩：100-300 MPa- 超硬岩（如钻石）：> 1 GPa2. 土壤的抗剪强度：- 砂土：10-50 kPa- 软黏土：20-100 kPa- 粉土：30-100 kPa- 粘土：50-250 kPa- 黏性土：100-500 kPa3. 地下水位的孔隙水压力：- 浅层地下水位：0-1 m- 中层地下水位：1-5 m- 深层地下水位：> 5 m4. 岩土体的重度：- 砂土：15-20 kN/m³- 黏性土：18-23 kN/m³- 粉土：20-23 kN/m³- 岩石：25-30 kN/m³5. 土壤的液塑限和塑土指数：- 液塑限：15-40%- 塑土指数：10-40%6. 岩土体的渗透系数：- 砂土：10^-2 - 10^-5 m/s- 粉土：10^-4 - 10^-7 m/s- 粘土：10^-7 - 10^-9 m/s请注意，这些数值仅供参考，实际数值应结合具体项目的工程条件、场地勘察和试验结果进行综合评估和确定。

在设计和施工过程中，应依据专业人士的意见和相关国家或地区的规范和标准进行决策和操作。

孔隙水压力导言孔隙水压力是指在土体的孔隙中存在的水分所施加的压力。

在岩土工程中，孔隙水压力是一个重要的参数，对土壤的力学性质和稳定性具有重要影响。

本文将从孔隙水的形成原因、测量方法以及影响因素等方面来详细介绍孔隙水压力的相关知识。

1. 孔隙水的形成原因1.1 降雨降雨是孔隙水形成的主要原因之一。

当土壤受到降雨的浸润时，土体中的孔隙随即充满了水分，形成孔隙水。

降雨的大小和持续时间会直接影响孔隙水压力的大小。

1.2 地下水地下水也是孔隙水形成的原因之一。

当地下水位高于土壤面时，地下水流入土壤孔隙中，形成孔隙水。

地下水位的变动会对孔隙水压力产生影响。

1.3 地下渗流地下渗流指的是地表水在土壤中的渗流过程，也是孔隙水形成的原因之一。

地下渗流的速度和方向会影响孔隙水的形成和分布。

2. 孔隙水压力的测量方法2.1 现场测量现场测量孔隙水压力的常用方法有浸水管法、压力计法和土压力室法等。

浸水管法是将浸水管插入土壤中，通过测量管中的水位来间接反映孔隙水压力。

压力计法是使用压力计来直接测量孔隙水压力。

土压力室法是利用土压力室来测量孔隙水压力。

2.2 实验室测定实验室测定孔隙水压力的常用方法有过渗法、固定底水头法和三向应力仪法等。

过渗法是将土样加在渗透器中，通过控制渗透压差来测量孔隙水压力。

固定底水头法是在土样底部设置固定水头，通过测量上部水头来测量孔隙水压力。

三向应力仪法是通过应力传感器来测量土样中的孔隙水压力。

3. 影响因素及其作用3.1 土体渗透性土体的渗透性是指孔隙水在土壤中的渗透能力。

渗透性越强，孔隙水压力的形成速度越快。

3.2 土体饱和度土体的饱和度指的是土壤孔隙中填满水分的程度。

饱和度越高，孔隙水压力越大。

3.3 土体孔隙结构土体的孔隙结构即孔隙大小和分布情况。

孔隙越大且分布越均匀，孔隙水压力越小。

3.4 孔隙水密度孔隙水密度是指单位体积土壤中的孔隙水的质量。

孔隙水密度越大，孔隙水压力越大。

4. 孔隙水压力的影响和应用4.1 岩土工程中的应用在岩土工程中，孔隙水压力是一个重要的参数，可以用来评估土壤的稳定性和承载力。

各种岩土与渗流有关的参数经验值在岩土工程和渗流研究领域，有许多参数与土壤和岩石的力学特性和渗流行为密切相关。

下面是一些常见的与岩土和渗流有关的参数的经验值：1. 孔隙比（Porosity）：指土壤或岩石中的孔隙体积与总体积之比。

孔隙比越大，土壤或岩石的渗水性能越好。

在常见的土壤中，孔隙比通常在0.3到0.6之间。

2. 孔隙度（Void ratio）：指土壤或岩石中的孔隙体积与固体颗粒体积之比。

孔隙度相对于孔隙比更加直观，其定义为孔隙比除以1减去孔隙比。

通常，土壤的孔隙度在0.3到1.0之间。

3. 孔隙水压力（Pore water pressure）：指孔隙中水的压力。

孔隙水压力对于土壤和岩石的力学性能和渗流行为有重要影响。

通常用负值表示，例如在地下水位以上的地方，孔隙水压力为正压，而在地下水位以下的地方，孔隙水压力为负压。

4. 饱和度（Saturation）：指土壤或岩石中孔隙被水填充的程度。

饱和度越高，土壤或岩石的渗水性能越好。

饱和度通常用百分比表示。

5. 渗透率（Permeability）：指土壤或岩石介质通过单位厚度的体积流体的能力。

渗透率与岩土介质的孔隙结构密切相关，可以用来描述介质的渗流能力。

常见的相关参数有比渗透率、Darcy速度等。

6. 空隙度（Void ratio）：指土体中孔隙体积与固体体积之比。

土体的空隙度与土体的孔隙率有类似的概念，但是空隙度通常是在已知土壤体积时求解。

7. 粒径分布（Particle size distribution）：指土壤或岩石颗粒的大小分布情况。

土壤或岩石的颗粒大小对于其渗流行为具有重要影响。

常见的表示方法有累积曲线、粒度曲线等。

8. 含水层厚度（Aquifer thickness）：指地下水位以下的连续水域的垂向厚度。

含水层厚度与地下水的储存量和补给能力有关。

9. 渗流长度（Flow path length）：指渗流路径的水平或垂直长度。

渗流长度是指流体流经岩土体的路径长度，该参数影响着渗流速度和渗流方向。

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。

地下水的监测基本要求
1、下列情况应进行地下水监测：
1)地下水位升降影响岩土稳定时；
2)地下水位上升产生浮托力对地下室或地下构筑物的防潮防水或稳定性产生
较大影响时；
3)施工降水对拟建工程或相邻工程有较大影响时；
4)施工或环境条件改变，造成的孔隙水压力、地下水压力变化，对工程设计或
施工有较大影响时；
5)地下水位的下降造成区域性地面沉降时；
6)地下水位升降可能使岩土产生软化、湿陷、胀缩时；
7)需要进行污染物运移对环境影响的评价时。

2、监测工作的布置，应根据监测目的、场地条件、工程要求和水文地质条件确定。

3、地下水监测方法应符合下列规定：
1)地下水位的监测，可设置专门的地下水位观测孔，或利用水井、地下水天然
露头进行；
2)孔隙水压力、地下水压力的监测，可采用孔隙水压力计、测压计进行；
3)用化学分析法监测水质时，采样次数每年不应少于4次，进行相关项目的分
析。

4、监测时间应满足下列要求：
1)动态监测时间不应少于一个水文年；
2)当孔隙水压力变化可能影响工程安全时，应在孔隙水压力降至安全值后方可
停止监测；
3)对受地下水浮托力的工程，地下水压力监测应进行至工程荷载大于浮托力后
方可停止监测。