地下水与孔隙水压力
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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。