静孔隙水压力与超静孔隙水压力

工程设计中，我们不但需要预估建筑物基础可能产生 的最终沉降量，而且需要预估建筑物基础达到某一沉降量 所需的时间，亦即需要知道沉降与时间的变化过程。目前 均以饱和土体一维固结理论为研究基础。
一维固结力学模型
一维固结又称单向固结。土体在荷载作用 下土中水的渗流和土体的变形仅发生在一个方 向的固结问题。严格的一维固结问题只发生在 室内有侧限的固结试验中，实际工程中并不存 在。然而，当土层厚度比较均匀，其压缩土层 厚度相对于均布外荷作用面较小时，可近似为 一维固结问题。
使得上式与实测值之间的关系差 距较大。根据统计资料，E0值可 能是βEs值的几倍，一般说来， 土愈坚硬则倍数愈大，而软土的
E0值和βEs值比较接近。
4.2 地基最终沉降量计算
地基最终沉降量的计算方法主要有以 下几种方法：
1、 分层总和法 2、 规范法 3、 理论公式计算法
4.2.1 分层总和法
地基的最终沉 降量，通常采用 分层总和法进行 计算，即在地基 沉降计算深度范 围内划分为若干 层，计算各分层 的压缩量，然后 求其总和。
平均附加应力系数的物理
意义：分层总和法中地基附
加应力按均质地基计算，即 地基土的压缩模量Es不随深 度而变化。从基底至地基任 意深度Z范围内的压缩量为：
z
s'
dz
1
0
Es
0zzdzEAs
4.2.2 规范法分层总和法
附加应力面积：
z
z
Azdz p0dz
0
0
深度 z 范围内 的竖向平均附 加应力系数
土体变形机理非常复杂，土体不是 理想的弹塑性体，而是具有弹性、粘性 、塑性的自然历史的产物。
4.1.3 土的载荷试验及变形模量
通过载荷试验可测定地基变形模量，地 基承载力以及研究土的湿陷性等。

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。

向下渗流
z z u H w h
存在向下渗流，有效自重应力增大γw⊿h

A点的有效自重应力：
3.4 基底压力计算
上部结构
建筑物设计
基础 地基
上部结构的自重及各 种荷载都是通过基础 传到地基中的。
基础结构的外荷载 基底反力 基底压力 基底附加压力 地基附加应力 地基沉降变形 基底压力：基础底面传递 给地基表面的压力，也称 基底接触压力。 暂不考虑上部结构的影响， 使问题得以简化； 用荷载代替上部结构。
Aw 1 A
PSi
PaVi
有效应力σ′
'u
3.2 有效应力原理
2. 有效应力原理
'u
σ：作用在饱和土中任意面上的总应力 σ′：作用在同一平面土骨架上的有效应力 u：作用于同一平面上孔隙水压力 土的变形和强度变化只取 决于有效应力的变化
3.2 有效应力原理
①变形的原因 颗粒间克服摩擦相对滑移、滚动—与 σ’ 有关； 接触点处应力过大而破碎—与 σ’ 有关。
②强度的成因 凝聚力和摩擦—与σ’ 有关 ③孔隙水压力的作用 对土颗粒间摩擦、土粒的破碎没有贡献， 并且水不能承受剪应力，因而孔隙水压力 对土的强度没有直接的影响； 它在各个方向相等，只能使土颗粒本身 受到等向压力，由于颗粒本身压缩模量很 大，故土粒本身压缩变形极小。因而孔隙 水压力对变形也没有直接的影响，土体不 会因为受到水压力的作用而变得密实。
pmax
min
y
P 6e 1 A b
3.5.2 基础底面接触压力
2、偏心荷载作用——单向偏心荷载 P b e x y
p max
pmax
min

基坑支护结构上水土压力计算分析摘要：分析了目前在基坑开挖中广泛应用的水土分算、水土合算计算水土压力的问题，讨论7计算中所用抗剪强度的测定与选择，并通过工程实例计算，认为考虑渗流作用的水土分算法与实际情况更符合。

关键词：水土分算；水土合算；流网法；强度指标中图分类号： s157 文献标识码： a 文章编号：在进行深基坑支护结构设计时，首先要计算深基坑开挖过程中作用在支护结构上的水压力和土压力。

力的大小主要取决于基坑开挖的深度、场地土体的性质和地下水水位。

对于地下水位高的基坑场地，墙后土体饱和，存在静水压力，甚至有渗流和超孔隙压力的影响。

经典的极限土压力理论是从砂土发展起来的，对于场地复杂多变、受多种因素影响的实际工程，很难给出符合实际的结果，尤其是对于粘性土。

近年来，基坑支护结构上的水土压力计算成为岩土工程界的一个热点问题。

1水土分算水土分算是指在计算土压力时，按有效应力原理将土骨架压力和孔隙水压力（静孔隙水压力和超静孔隙水压力）分别考虑的一种算法。

在基坑工程中由于土方开挖和基坑降水的影响，很容易在墙前后的土体中形成一个水头差，因此分两种情况来讨论水土分算。

1.1不考虑渗流影响时的水土分算当基坑内外存在水位差时，如果支护结构插入坑底的不透水土层中，且可以确定基坑内外的地下水不会发生渗流时，可以不考虑渗流的影响。

在没有地下水渗流作用的土中，不必考虑渗透力的影响，按传统计算的水、土压力值基本和实测值吻合。

1.2考虑稳态渗流影响时的水土分算在基坑支护工程中，由于工程的需要，通常需要进行降水处理，从而造成支护结构两侧水位有差异，形成渗流，当支护结构未插入坑底的不透水土层时，渗流将会通过土体空隙经支护体流向被动侧。

此时，土压力的计算必须考虑渗流的影响。

在基坑支护中考虑稳态渗流的影响计算水压力时，除采用常用计算公式外，还经常采用流网法和直线比例法。

1. 2.1考虑稳态渗流影响的水土分算计算公式(1)式中：一静孔隙水压力或稳定渗流中的水压力；一超静孔隙水压力。

2016年土建自考土力学用地基基础答案土力学及地基基础（）一、单选题•1、建筑物施工速度较快，地基土的透水条件不良，抗剪强度指标的测定方法宜选用A.不固结不排水剪切试验C.排水剪切试验•2、土是由岩石风化生成的B.固结不排水剪切试验D.直接剪切试验参考答案：AA.沉淀物C.紧密沉积物B.松散沉积物D.颗粒参考答案：B•3、有一完全饱和土样切满环刀内，称得总重量为72.49克，经105℃烘至恒重为61.28克，已知环刀质量为32.54克，土的相对密度为2.74。

其天然孔隙比为A.1.C.1.B.1.D.1.参考答案：B•4、土中某点处于极限平衡状态时，其破坏面与最大主应力σ1的作用面的夹角为（ψ为土的内摩擦角）A.45°－ψ／2C.45°＋ψ•5、工程上常用的动力触探试验是B.45°＋ψ／2D.45°参考答案：AA.旁压试验C.室内压缩试验B.尺度贯入试验D.十字板剪切试验参考答案：B•6、作用在挡土墙上的主动土压力Ea，静止土压力E0，被动土压力EP的大小依次为A.Ea＜E0＜EPC.EP＜E0＜EaB.E0＜EP＜EaD.EP＜Ea＜E0参考答案：A•7、淤泥或淤泥质地皮基处理，检测其抗剪强度应采纳何种测试办法A.十字板试验C.静载荷试验B.室内试验D.旁压试验参考答案：A•8、尺度贯入试验时，利用的穿心锤重与穿心锤落距分别是A.锤重=10kg，落距=50cmC.锤重=63.5kg，落距=50cmB.锤重=63.5kg，落距=76cmD.锤重=10kg，落距=76cm参考答案：B•9、一完全饱和的地基中某点的附加应力为100kpa，在荷载作用某段时间后，测得该点的孔隙水压力为30kpa，此时间由附加应力引发的有用应力为A.50kpaC.100kpa•10、在土的紧缩性目标中B.70kpaD.30kpa参考答案：BA.压缩系数a与压缩模量Es成正比C.压缩系数越大，土的压缩性越低B.紧缩系数a与紧缩模量Es成反比D.压缩模量越小，土的压缩性越低参考答案：B•11、有一个自力基础，埋深在深厚的粉细砂土层中，公开水位由原来基底下5m处上升到基底平面处，试问基础的沉降如何变化？A.回弹C.下沉B.不动D.无法判断参考答案：A•12、为了方便比力，评价土的紧缩性高低的目标是A.a1-2C.a1-3B.a2-3D.a2-4参考答案：A•13、当挡土墙后的填土处于被动极限平衡状态时，挡土墙A.在外荷载作用下偏离墙背土体C.被土压力推进而偏离墙背土体散•14、地下室外墙所受的土压力可视为B.在外荷载作用下推挤墙背土体D.被土体限制而处于原来位置，无运动趋势参考答案：AA.自动土压力C.静止土压力•15、某园地地表挖去1m，则该园地土成为B.被动土压力D.静止水压力参考答案：CA.超凝结土C.一般凝结土B.欠凝结土D.弱欠固结土参考答案：A•16、挡土墙验算应满足A.Ks≥1.3，Kt≥1.3XXX≥1.6，Kt≥1.3B.Ks≥1.6，Kt≥1.6D.Ks≥1.3，Kt≥1.6参考答案：D•17、当地基为高压缩性土时,分层总和法确定地基沉降计算深度的标准是A.σz≤0.3σcC.σz≤0.1σcB.σz≤0.2σcD.σz≤0.05σc参考答案：D•18、计算自重应力时，地下水位以下的土层应采用A.湿重度C.有用重度B.饱和重度D.天然重度参考答案：C•19、举行地基土载荷试验时，统一土层参加统计的试验点不应小于A.二点C.四点B.三点D.六点参考答案：B•20、粉土、黏性土的抗剪强度目标表达式为τf=c+σtanψ，指出以下何项所有是抗剪强度目标？A.τf和cC.σ和τfB.c和ψD.σ和ψ参考答案：B•21、土的三项比例指标中，直接通过试验测定的是A.ds，ω，eC.ds，ω，ρ•22、素填土是由【】组成的填土B.ds，ρ，eD.ρ，ω，e参考答案：CA.碎石土、砂土、修建垃圾C.碎石土、粘性土、工业废物B.碎石土、砂土、生活垃圾D.碎石土、砂土、粉土、粘性土参考答案：D•23、相同地基上的基础，当宽度相同时，则埋深越大，地基的承载力A.越大C.与埋深无关B.越小D.按不同土的类别而定参考答案：B•24、淤泥或淤泥质土地基处理，检测其抗剪强度应采取何种测试方法A.十字板试验C.静载荷试验•25、土的强度是指B.室内试验D.旁压试验参考答案：AA.抗剪强度C.抗拉强度•26、地基承载力特性值的修正按照B.抗压强度D.抗弯强度参考答案：AA.建筑物的使用功能•27、工程上常用的动力触探试验是B.建筑物的高度D.基础的宽度和埋深参考答案：DA.旁压试验C.室内压缩试验•28、使土体积减小的最首要身分是B.标准贯入试验D.十字板剪切试验参考答案：BA.土孔隙体积的减小C.土中封闭气体的压缩B.土粒的压缩D.土中水的紧缩参考答案：A•29、一完全饱和的地基中某点的附加应力为100kpa，在荷载作用某段时间后，测得该点的孔隙水压力为30kpa，此时间由附加应力引起的有效应力为A.50kpaC.100kpa•30、淤泥和淤泥质土的含水量B.70kpaD.30kpa参考答案：BA.大于液限C.大于50%B.大于40%D.大于60%参考答案：B•31、若土的颗粒级配曲线很平缓，则表示A.不均匀系数较小C.粒径分布较均匀B.粒径分布不均匀D.级配不好参考答案：B•32、在土中对土颗粒发生浮力作用的是A.强结合水C.毛细水•33、评价粘性土软硬状态的物理指标是B.弱结合水D.重力水参考答案：AA.．含水量C.液性指数•34、淤泥质土是指B.孔隙比D.内聚力参考答案：CA.w> wP，e≥1.5的粘性土C.w> wP，1.O≤e <1.5的粘性土B.w> wL，e≥l.5的粘性土D.w> wL，1-O≤e<1.5的粘性土参考答案：D•35、为了方便比较，评价土的压缩性高低的指标是A.a1-2C.a1-3B.a2-3D.a2-4参考答案：A•36、作用在挡土墙上的土压力，当在墙高、填土物理力学指标相同条件下，对于三种土压力的大小关系，下列表述哪项是正确的？A.Ea <=""C.Ea <e0< td="" <="" ep=""></e0<>B.EP < E0< EaD.E0< Ea < EP参考答案：C•37、进行地基土载荷试验时，同一土层参加统计的试验点不应小于A.二点C.四点B.三点D.六点参考答案：B•38、确定地基承载力的诸方法中，最可靠的方法是A.动力触探C.经验公式计算B.静载荷试验D.实际公式计算参考答案：B•39、标准贯入试验时，使用的穿心锤重与穿心锤落距分别是A.锤重=10kg，落距=50cmC.锤重=63.5kg，落距=50cmB.锤重=63.5kg，落距=76cmD.锤重=10kg，落距=76cm参考答案：B•40、淤泥属于A.粉土C.粉砂B.黏性土D.细砂参考答案：B•41、土的三项比例指标中，直接通过试验测定的是A.ds，ω，eC.ds，ω，ρ•42、淤泥和淤泥质土的含水量B.ds，ρ，eD.ρ，ω，e参考答案：CA.大于液限C.大于50%B.大于40%D.大于60%参考答案：B•43、从某淤泥质土测得原状土和重塑土的抗压强度分别为10kPa和1kPa，该淤泥的灵敏度Sr为A.9.C.5.B.11.D.10.参考答案：D•44、在土中对土颗粒产生浮力作用的是A.强结合水C.毛细水•45、评价粘性土软硬状态的物理指标是B.弱结合水D.重力水参考答案：DA.含水量C.液性指数B.孔隙比D.内聚力参考答案：C•46、为了方便比力，评价土的紧缩性高低的目标是A.a1-2C.a1-3B.a2-3D.a2-4参考答案：A•47、原状土试样的无侧限抗压强度与重塑土样的无侧限抗压强度之比称为土的A.液化指标C.固结系数B.强度提高系数D.灵敏度参考答案：D•48、作用在挡土墙上的土压力，当在墙高、填土物理力学指标相同条件下，对于三种土压力的大小关系，下列表述哪项是正确的？A.Ea <=""C.Ea <e0< td="" <="" ep=""></e0<>B.EP < E0< EaD.E0< Ea < EP参考答案：C•49、刚性基础台阶答应宽高比的大小除与基础材料及其强度品级有关外，还与A.基底压力有关C.基础的底面尺寸有关B.地基土的紧缩模量有关D.持力层的承载力有关参考答案：A•50、土的含水量越大土质越是松软，并且A.压缩性高，强度高C.压缩性高，强度低B.紧缩性低，强度高D.紧缩性低，强度低参考答案：C•51、填土的压实就是通过夯击、碾压、震动等动力作用使【】减少而增加其密实度。

一名词解释：1、孔隙比：土的孔隙体积与土的颗粒体积之比称为土的孔隙比e。

142、可塑性指标：是指黏土受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积。

用来描述土可塑性的物理指标。

143、渗流力：水流经过时必定对土颗粒施加一种渗流作用力，而单位体积土颗粒所受到的渗流作用力为渗流力。

144、变形模量：在部分侧限条件下，土的应力增量与相应的应变增量的比值。

145、应力路径：对加荷过程中的土体内某点，其应力状态的变化可在应力坐标图中以应力点的移动轨迹表示，这种轨迹称为应力路径。

146、弱结合水：是指紧靠于强结合水的外围而形成的结合水膜，亦称薄膜水。

137、塑性指数：是指液限和塑限的差值（省去%符号），即土处在可塑状态的含水量变化范围。

138、有效应力：通过土粒接触点传递的粒间应力。

139、地基固结度：是指地基土层在某一压力作用下，经历时间t所产生的固结变形量与最终固结变形量之比值，或土层中（超）孔隙水压力的消散程度。

1310、砂土液化：当饱和松砂受到动荷载作用，由于孔隙水来不及排出，孔隙水压力不断增加，就有可能使有效应力降到零，因而使砂土像流体那样完全失去抗剪强度。

1311、土体抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的受剪强度。

1212、地基承载力：地基承担荷载的能力。

1213、主动土压力：当挡土墙离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为主动土压力。

1114、地基极限承载力：是指地基剪切破坏发展即将失稳时所能承受的极限荷载。

1015、塑限：土由半固状态转到可塑状态的界限含水量称为塑限，用符号W p表示。

1016、毛细水：存在于地下水位以上，受到水与空气界面的表面张力作用的自由水。

0917、压缩系数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与竖向有效压力增量的比值。

0818、弹性模量：土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。

0719、有效应力原理：饱和土中任意点的总应力总是等于有效应力加上孔隙水压力；或有效应力总是等于总应力减去孔隙水压力。

1、粒度：土粒的大小2、粒组：一定粒度范围的土粒3、颗粒级配：粒组相对含量，即各粒组质量占土粒总质量百分比4、粒径累计曲线：横坐标为粒径对数坐标，纵坐标为小于或大于某一粒径土重（累计百分比）含量。

5、限制，中值，有效粒径：小于某粒径累计百分比的60,30，10％6、不均匀系数：粒组分布情况，反应土粒均匀程度7、结合水：受电分子引力影响吸附在土粒表面的自由水8、强结合水：紧靠在土粒表面的结合水膜；弱结合水：紧靠在强结合水外围的结合水膜9、自由水：存在于电分子引力范围以外的水10、重力水：地下水位以下的透水层中的地下水11、毛细水：在地下水位上，受水与空气交界面表面张力的自由水12、毛细压力：由于弯液面张力与土粒表面的侵润作用，使毛细弯液面切线反向产生使土粒挤紧的力13、比表面：单位体积颗粒总表面积14、土的结构：土粒单元体大小，矿物成分，形状，相互排列和连接关系，以及土中水的性质，空隙等因素形成的综合特征15、土的组构：同一土层中的物质和颗粒大小等相似的各部分之间的关系，表征土的层理，裂隙16、单粒，蜂窝，絮状：粗大颗粒形成，有稳定的空间位置，粉粒或细砂组成，引力大于重力，土粒停留在最初的接触点不在下沉，细小黏粒构成，能在土中长期悬浮第二章1、相对密度：土粒质量与4°时纯水质量之比2、含水量：水的质量与土质量之比3、密度：土体单位体积的质量4、干密度：土中固体颗粒部分质量5、饱和密度：充满水时的单位体积质量6、浮密度：地下水位以下土粒质量与同体积水质量只差7、重度：土的重力密度称为重度8、孔隙比：空隙体积与土粒体积比9、孔隙率：空隙体积与总体积之比10、饱和度：水体积与空隙体积之比11、可塑状态：粘性土在某含水量范围内，可由外力朔成任何形状而不发生裂纹，外力移去后任可保持既得形状，这种性能也叫可塑性12、液限：土由可朔状态到流动状态的界限含水量13、朔限：土由可朔状态到半固态的界限含水量14、缩限：土由半固态不断蒸发水分，体积不断缩小直到，体积不再缩小时的界限含水量15、朔性指数：液与朔差16、液性指数：天然含水量与朔限的差与朔性指数的比17、天然稠度：原状土样的液限和天然含水量的差与朔性指数的比18、土的灵敏度：原状土强度与重塑土强度之比19、触变性：粘性土强度随时间恢复的胶体化学性质1、渗透：液体从物质微孔中透过的性质2、渗透性：土具有被液体透过的性质3、渗流：液体在土孔隙或其他透水性介质中流动的问题称为渗流4、渗流力：渗流对土颗粒施加我作用力5、渗透变形：渗流力引起土颗粒或土体的移动6、层流:：水的每个粒组沿着一定的路线移动，不与其他任何粒子路线相交7、渗透系数：反应土透水性的比例系数，单位水力梯度的渗流速度8、起始水力梯度：对于密实粘土，当水力梯度达到某一数值后，才发生渗透，将这一水力梯度称为起始水力梯度9、流砂：向上的渗流力克服了向下的重力，粒间有效应力为0时，颗粒发生悬浮，移动的现象称为流砂10、临界水力梯度：开始发生流砂现象的水力梯度11、管涌：在渗流作用下，较细的颗粒在较粗颗粒形成的空隙中移动，甚至流失，随着空隙的不断扩大，流速的不断加快，较粗的颗粒也开始被水流带走。

一种新型超静孔隙水压力释放孔施工工法摘要：静压桩施工时，由于插入大量的砼桩进土层中，会造成严重的挤土效应，破坏性大，能造成道路隆起，管线断裂，建筑物开裂等，因此为保证场地周边建筑的安全，必须采取有效的措施，降低桩基施工时超孔隙水压力对建筑及管线的破坏，目前常用的方法有引孔、应力释放沟，降低施工速度等措施，但以上常规措施满足不了本项目西侧移动公司建筑及设备的变形要求。

针对该项目情况，设计了深层超孔隙水压力（俗称应力）释放孔施工工法，解决了建筑要求变形小，施工速度快的要求，有效的解决的本工程施工难题，为业主节省了造价，加快了工期。

关键词：超孔隙水压力；挤土效应；加羧甲基纤维素；附加有效应力；效益分析0. 引言在软土地区城市建设时，经常采用静压或锤击预制砼桩基础，该桩基础有经济、施工方便快捷的特点，但也有挤土效应大、接桩可靠性较差、锤击桩噪音大、静压桩施工场地要求高等缺点，但静压桩基在城市建筑工程中有广泛的应用，这就要求解决静压桩施工的挤土效应，以防止对场地周边道路、管线、建筑等既有设施的保护。

龙津广场C地块项目工程位于南京市六合区雄州街道桥西新区古尔兹二期地块内，场地位于雄州东路北侧，新景路西侧,项目西南段紧邻中国移动通信集团六合分公司办公大楼及其附属建筑物，楼顶有电视发射塔，靠场地边有电子设备，对建筑变形要求极严格。

移动公司基础形式为方桩基础，承台基础埋深1.5m，方桩长度15m，方桩穿越②2淤泥质粉质粘土。

将施工方桩距移动公司办公大楼最近处约4.6m。

1. 工艺原理1.1 作用于饱和土体内内某截面上的总正应力σ由两部分组成：一部分为u，它作用于孔隙水及沿着各个方向均匀作用于土颗粒上，叫孔隙水压力；另一部分为用于土骨架上的力，这部分即为有效应力σ′，σ′=σ-u。

孔隙水压力主要由两部分组成，由孔隙水自重引起的孔隙水压力称为静水压力，饱和土体中超出静水压力的那部分孔隙水压力称为超静孔隙水压力。

有效应力两部分组成：由土颗粒自重引起的有效应力即土自重应力，和由总正应力σ引起的有效应力称为附加有效应力。

智者乐水 仁者乐山
三轴应力状态
不固结不排水试验
• 关闭排水阀门，连接孔压
传感器，施加围压，量
测超静孔隙水压力 uB
• 施加(1 -)进行剪切时，
关闭排水阀门。用孔压传 感器量测剪切过程中产生 的超静孔隙水压力 uA
百分表
围压
力3
阀门
横梁 量力环
量 水 管
孔压
试
量测
样
马达
阀门
附加应力情况 – 三轴应力状态
B是一个反映土饱和程度的指标
附加应力情况 – 三轴应力状态
12
§3.6 超静孔隙水压力与孔压系数–孔压系数A
智者乐水 仁者乐山
偏差应力状态
1-3
体积V 孔隙率n
0
0 uA
1-3
孔隙流体和土骨架为弹 性体，其体积压缩系数 分别为Cf 和Cs
• 孔隙流体产生超静孔压uA • 孔隙流体的体积变化：
ΔV C f ΔuA Vv C f ΔuA nV
p
智者乐水 仁者乐山
初始状态 边界条件 一般方程
侧限条件 土骨架 孔隙水
排水顶面 渗透性大小
钢筒 弹簧 水体 带孔活塞 活塞小孔大小
渗透固结过程
附加应力情况 – 侧限压缩
5
§3.6 超静孔隙水压力与孔压系数–一维渗流固结模型
侧限应力状态 – 太沙基渗压模型
p
h p
γw
h h
智者乐水 仁者乐山
h0
等向压缩应力状态
3
体积V 孔隙率n
3
uB
3
ΔuB
nC
f
Cs Δσ3
孔压系数B： ΔuB BΔσ3
B
nC f Cs

静与超静两种孔隙水压力在本质上是相同的,
它们都可用通过该点的测管水头来衡量,在有限元
计算中也常常不加区别。
孔隙水压力与所选的基准面(参考点)无关,与
基准面有关的只是位置水头(或者重力势)。
本文给出的静与超静两种孔隙水压力定义表明,静止地下水中和一般渗流中的孔隙水压力都可
以归入静孔隙水压力;产生渗流固结的水压力为超
笔者定义静孔隙水压力与超静孔隙水压如
下,并与同行们切磋:
()1静孔隙水压力是由水的自重产生的孔隙
水压力,这样,图2、3表示的情况都可以归入静孔
隙水压力。亦即包括了静水和一般渗流的情况。
()2超静孔隙水压力可以定义为由土的变形
趋势引起的孔隙水压力,亦即土体本应发生应变,
但由于排水受阻,土中产生孔隙水压力,使作用于土
骨架上的有效应力发生变化,从而限制其变形。可
以有如下情况:
( )α土中的压缩应力引起的超静孔隙水压力
在各向等压应力和一侧限压缩应力条件下,土
骨架有压缩的趋势,但在饱和土不排水条件下,由于
土颗粒和孔隙水均不可压缩,整个土体的体积不变,
土骨架上有效应力不能变化,增加的总应力全部转
变为超静孔隙水压力,亦即:
⊗υ=⊗π=⊗⎛() 23
( )β剪应力引起的超静孔隙水压
如果剪应力会引起土骨架的剪缩,在不排水饱
和土体中,由于不允许总体积收缩,只有产生正的超
静孔隙水压力,以减少有效应力,从而保持土体的体
积不变;在剪胀的情况下,会产生负的超静孔隙水压
力,增加有效应力,强迫土的体积不胀。
( )χ饱和细松砂的振动液化
重下沉。因而正超静孔隙水压力要平衡土骨架的自重(浮容重)使砂土颗粒处于悬浮状态。,

一文（以下简称“陈文” ） ，很有收获。他将孔隙水压 力分为甲、乙两类，将稳定渗流中的孔压与静止地下 水以下土中的孔压归入甲类，将由荷载引起的孔压归 入乙类，并结合工程问题进行叠加。这对于澄清概念 和正确处理土工问题都是很重要的。 本文对此问题提出一些个人的看法，也针对陈文 进行一些讨论，以期引起同行们的关注，并得到指教 与提高。
Static pore water pressure and excess pore water pressure
—A discussion with Mr. CHEN Yu-jiong
LI Guang-xin
(State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)
在点 A 上的静孔隙水压力并不是“与自由水位高 程差引起的水压力 ”h，根据流网中的等势线， u h cos 2 w 。 (5) 在自然界中的隔水层以下承压水中的孔压也属于 静孔隙水压力，它一般与位置更高的透水层连通。 在稳定渗流场中可以通过绘制流网，根据等势线 确定各点的孔压。但是在静地下水中，形成了一个等 势场，各点的势能（重力势＋压力势＋基质势）都相 等，势函数与流函数都是常数，因而水不会流动，也 就不存在流线，也就无法确定与其正交的等势线。不 仅竖直线，而是任意一条线都为等势线。应当根据总 势能相等，从重力势确定压力势（或基质势） 。
图 1 无限土坡沿坡稳定渗流的流网与孔隙水压力 Fig. 1 Flow net and pore water pressure in infinite slop with steady seepage parallel to slop

机密★启用前大连理工大学网络教育学院2019年秋《土力学与地基基础》期末考试复习题☆注意事项：本复习题满分共：400分。

一、单项选择题：1、处于天然状态的砂土的密实度一般用哪一种试验来测定？（ C ）A．荷载试验B．现场十字板剪切试验C．标准贯入试验D．轻便触探试验2、评价下列说法的正误。

（ D ）①土的渗透系数越大，土的透水性也越大，土中的水力梯度也越大②任何一种土，只要水力梯度足够大，就可能发生流土和管涌③土中一点渗流力的大小取决于该点孔隙水总水头的大小④渗流力的大小不仅取决于水力梯度，还与其方向有关A．①对B．②对C．③和④对D．全不对3、通过土粒承受和传递的应力称为（ A ）。

A．有效应力B．总应力C．附加应力D．孔隙水压力4、当各土层中仅存在潜水而不存在毛细水和承压水时，在潜水位以下土自重应力为（ C ）。

A．静水压力B．总应力C．有效应力，不等于总应力D．有效应力，等于总应力5、所谓土的固结，主要是指（ B ）。

A．总应力引起超孔隙水压力增长的过程B．超孔隙水压力消散，有效应力增长的过程C．总应力不断增加D．总应力和有效应力不断增加的过程6、下列说法中正确的是（ B ）。

A．土抗剪强度与该面上总正应力直接相关B．土抗剪强度与该面上有效正应力成正比C．剪切破裂面发生在最大剪应力作用面上D．破裂面与小主应力作用面夹角为45°+ /27、挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态，作用在墙上的土压力为（ A ）。

A．主动土压力B．被动土压力C．静止土压力D．静水压力8、对于（ D ），较易发生冲切剪切破坏。

A．低压缩性土B．中压缩性土C．密实砂土D．软土9、瑞典条分法在分析时忽略了（ A ）。

A．土条间作用力B．土条间法向作用力C．土条间切向作用力D．土条间应力和应变10、按地基承载力确定基础底面积时，传至基础底面上的荷载效应（ A ）。

A．按正常使用极限状态下荷载效应标准组合B．按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合C．应按承载能力极限状态下荷载效应基本组合，采用相应分项系数D．应按承载能力极限状态下荷载效应基本组合，其分项系数均为1.011、饱和单轴极限抗压强度值（ A ）的岩石被称为硬质岩石，常见的硬质岩石有花岗岩、石灰岩等。

一.饱和土体的有效应力原理：作用于饱和土体内某截面上总的正应力S由两部分组成：一部分为孔隙水压力U，它沿着各个方向均匀作用于土颗粒上，其中由孔隙水自重引起的称为静水压力，由附加应力引起的称为超静孔隙水压力（孔隙水压力）；另一部分为有效应力S’，它作用于土的骨架（土颗粒）上，其中由土粒自重引起的即为土的自重应力，由附加应力引起的称为附加有效应力。

饱和土中总应力与孔隙水压力、有效应力之间存在如下：（1）任一平面上受到的总应力等于有效应力加孔隙水压力之和；（2）土的强度的变化和变形只取决于土中有效应力的变化。

2 . 试比较朗肯土压力理论与库伦土压力理论的异同点与优缺点。

答：相同点：都要求挡土墙的移动是以使墙后填土的剪力达到抗剪强度（极限状态下）土压力．都利用莫尔－库仑强度理论；不同点：朗垦理论是根据土体中各点处于平衡状态的应力条件直接求墙背上各点的土压力．要求墙背光滑，填土表面水平，计算结果偏大．而库仑理论是根据墙背与滑动面间的楔块型处于极限平衡状态的静力平衡条件求总土压力．墙背可以倾斜，粗糙填土表面可倾斜，计算结果主动压力满足要求，而被动压力误差较大．朗肯理论是考虑墙后填土每点破坏，达极限状态；库仑理论则考虑滑动土体的刚体的极限平衡；(朗肯土压力理论优点：公式简单，易用；缺点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜情况不适用；库伦土压力理论优点：对墙壁倾斜、墙后填土面倾斜情况适用；缺点：不便考虑粘性土的情况；3.何谓主动土压力、静止土压力和被动土压力？在哪些实际工程中可能迁涉到上述不同的土压力？答：当挡土墙为刚性不动时，土体处于静止状态不产生位移和变形，此时作用在挡土墙上的土压力，称为静止土压力。

如果挡土墙背离填土方向转动或移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土压力逐渐减小，当墙后填土达到极限平衡状态时土压力降为最小值，这时作用在挡土墙上的土压力称为主动土压力。

若墙体向着填土方向转动或者移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土体受到挤压而引起土压力逐渐增加，当墙后填土达到极限平衡状态时增大到最大值，此时作用在挡土墙上的土压力称为被动土压。

土力学——研究土的物理、化学和力学性质及土体在外力、水流和温度的作用下的应力、变形和稳定性的学科。

土——矿物或岩石碎屑构成的松散物。

形成土的三种风化作用---物理、化学、生物。

土的矿物成分——原生矿物、次生矿物、有机质。

干土----天然状态的土一般由固体,液体和气体三部分组成.若土中的孔隙全部由气体填充时,称干土.最大击实干容重——在实验室中得到的最密实状态下的干容重。

土中水——土中水分为结合水和自由水。

1、结合水又可分为：强结合水和弱结合水。

2、自由水分为重力水和毛细水。

饱和土——土体孔隙被水充满的土。

最大干密度——击实或压实试验所得的干密度与含水率关系曲线上峰值点对应的干密度。

饱和度——土体中孔隙水体积与孔隙体积之比值。

最优含水量——在一定功能的压实(或击实、或夯实)作用下,能使填土达到最大干密度(干容量)时相应的含水量。

液性指数IL ——IL=(ω-ωp)/(ωL-ωp)。

液性指数≤0 坚硬；0< 液性指数≤0.25 硬塑；0.25< 液性指数≤0.75 可塑；0.75<液性指数≤1 软塑；液性指数>1 流塑。

塑性指数——I p=ωl－ωp土的可塑性——土壤在一定含水量时，在外力作用下能成形，当外力去除后仍能保持塑形的性质。

湿化变形——因非饱和土浸水而使吸力减少，使土体产生较大的变形，土体软化，称为非饱和土湿化。

界限含水量 ----粘性土的状态随着含水量的变化而变化，当含水量不同时，粘性土可分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态，粘性土从一种状态转到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。

砂土的相对密度——Dr=（emax-e）/（emax-emin）孔隙比 ----土体中空隙体积与固体颗粒体积之比值。

孔隙率——土体中空隙体积与土总体积之比，以百分率表示。

颗粒级配——反映构成土的颗粒粒径分布曲线形态的一种特征。

土粒级配——土中各粒组质量含量的百分比。

不均匀系数 ----反映土颗粒粒径分布均匀性的系数。

孔隙水压力工程常识之孔隙水压力孔隙水压力包括静孔隙水压力和超静孔隙水压力。

静孔隙水压力:不会引起土体体积变化的孔隙水压力。

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。

(稳定渗流场中的渗透力是一种体积力,大小与水力坡降成正比,方向与渗流方向一致,渗流过程不考虑土体体积变化)超静孔隙水压力:土体有变化趋势时而产生的孔隙水压力。

由于外部作用或者边界条件变化引起,欠固结土由土体本身自重引起的。

超静孔压来源于渗流固结理论,毕将伴随着土的固结变形。

静孔隙水压力与超静孔隙水压力本质上是没有区别的,有时也难以区分,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,或者地震,都会使静孔压变为超静孔压。

体缩趋势会引起正孔压,体胀趋势会引起负孔压。

(负孔隙水压力一般在不饱和土层中气体相部分体积膨胀,造成土体中气压失去平衡,暂时小于大气压,由于气压差形成负孔隙水压力,负孔隙水压力对土粒产生吸附作用,而增加有效应力,当气压达到平衡时,负孔隙水压力消散)静孔隙水压力一般不会引起含水土体的失稳。

静止的地下水以下的土只是重度减小了,而具有稳定渗流的土体,既然已经存在稳定渗流,它就应是稳定的。

超静孔隙水压力常常是事故与灾害的祸首。

太沙基提出有效应力原理也主要是基于超静孔隙水压力:,超静孔隙水压力增大,导致摩尔圆左移,与强度包络线相切而破坏。

(有效应力是指土粒间的接触面传递的应力,只有有效应力才能使土体产生固结和强度)液化:地震引起的振动使饱和砂土或粉土趋于密实,导致孔隙水压力急剧增加。

在地震作用的短暂时间内,这种急剧上升的孔隙水压力来不及消散,使有效应力减小,当有效应力完全消失时,砂土颗粒局部或全部处于悬浮状态。

此时,土体抗剪强度等于零,形成“液体”现象。

1.塑性指数：从液限到塑限的变化范围越大，土的可塑性也越好，这个范围称为塑限指数。

2.灵敏度：原状结构的强度也结构破坏后的强度之比定义为灵敏度St。

3.动水力：把水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力称为动水力Gd（Kn/m3)，也称为渗流力。

4.附加应力：因受到建筑物等外荷载作用，土中产生的应力增量，称为附加应力。

5.超静孔隙水压力：由外荷载引起的超出静水位以上的那部分孔隙水压力，它在固结过程中不断变化，固结终了时等于零。

6.界限含水率：黏性土从一种状态转到另一种状态的分界含水率。

7.土的渗透性：土能让水等流体通过的性质。

8.土中水的渗流：在水头差的作用下，土中的自由水通过土体孔隙通道流动的特性。

9.砂土相对密度：砂土处于最疏松状态的孔隙比与天然状态孔隙比之差和最流松状态的孔隙比与最紧密状态的孔隙比之差的比值。

10.流砂现象：土颗粒的压力为零时，土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定，这种现象称为流砂现象。

11.管涌：水在砂性土中渗流时，土中的一些细小颗粒在动水力的作用下，可能通过粗颗粒的孔隙被水流带走，这种现象称为管涌。

12.触变性：一旦受到振动或扰动时颗粒之间的联结会立即丧失，又恢复成为流动的液体。

13.土的毛细性：土能产生毛细现象的性质。

14.毛细现象：土中水在表面张力作用下，沿着细微孔隙向上或向其他方向移动的现象。

15.自重应力：土体本身的有效重力产生的应力。

16.基底压力：作用于基础底面传至地基的单位面积压力。

17.附加应力规律：距地面越深，附加应力的分布范围越广，在集中力作用线上的附加应力最大，向两侧逐渐减少。

18.土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。

19.压缩模量：土体在侧限条件下竖向压应力与竖向总应力之比。

20.变形模量：土体在侧向自由变形条件下竖向压应力与竖向总应变之比。

21.天然土层固结状态：正常固结土，历史上所经受的先期固结压力等于现有上覆荷重的土层；超固结土，历史上所经受的先期固结压力大于现有上覆荷重的土层；欠固结土，历史上所经受的先期固结压力小于现有上覆荷重的土层。

施加轴向力，
进行剪切：
c
c
c
c
过程中，允许试样 排水称为排水；不 允许试样排水称为 不排水
常规三轴压缩试验
14
§3.7 常规三轴压缩试验 – 试验类型
智者乐水 仁者乐山
常规三轴压缩试验 conventional triaxial compression test
不固结不排水试验[UU]
unconsolidated-undrained test
1-3
孔压系数A: ΔuA B A(Δσ1 Δσ3 )
对饱和土, B=1
A
ΔuA Δσ1 Δσ3
剪切作用引起的孔压响应
• 线弹性体: A=1/3 • 剪胀： A1/3 • 剪缩： A﹥1/3
A 是一个反映土体剪胀性强弱的指标，其大小 与土性有关。 A不是常数，随加载过程而变化
附加应力情况 – 三轴应力状态
等向压缩 应力状态
1 3
S
=
1 3
S
+ 1
3
S
1 3
S
纯剪应 力状态
1 3
S
纯剪应 力状态
1 3
S
1 3
S
+
1 3
S
1 3
S
1S 3
附加应力情况 – 三轴应力状态
5
§3.6 超静孔隙水压力与孔压系数–三轴状态下孔压系数
三轴应力状态
智者乐水 仁者乐山
等向压缩应力状态 偏差应力状态 三轴应力状态
ΔuB BΔσ3
• 与围压有关 • 非线性 • 剪切过程产
生孔压
15
10
5
0 5
4 8 12
u(kPa)