关于静孔压与超静孔压的答疑与讨论

2017-12-26 16:55  来源:岩土网  阅读:9976
关于静和超静孔隙水压力的论文在《中国岩土网》上发表以后,引起不少回应,也有一些不同意见与质疑,当时没有及时回复。现已间隔时间较久,在原文处讨论读者也都不看了。在这里集中进行一些讨论,并乞不吝批评指正。

             关于静孔压与超静孔压的答疑与讨论

关于静和超静孔隙水压力的论文在《中国岩土网》上发表以后,引起不少回应,也有一些不同意见与质疑,当时没有及时回复。现已间隔时间较久,在原文处讨论读者也都不看了。在这里集中进行一些讨论,并乞不吝批评指正。

1. 一些静孔隙水压力的例子(见图1

   在一个100cm高的开口钢筒内,有高50cm土,当筒内水位在50~100cm间变化时,土内的孔压变化都是静孔压及其变化,不存在超静孔压,见图1(a)

   在一个50cm高装有饱和土的封闭钢筒内,提高其中的水压力(连通管内水位提高),土内的孔压变化也是静孔压的变化,不存在超静孔压,见图1(b)

   一个50cm高的装有饱和土的开口钢筒,土面上设有一不透水的活塞,在活塞上加载,土内的孔压变化是静孔压的变化,也不存在超静孔压,见图1(c)

  三轴试验中的饱和具有原位应力的试样,其排水閥关闭,通过试样的橡皮膜加围压sc,在土试样中产生的孔压是静孔压Du=sc,而非超静孔压。

上面的4个例子的共同点是这些孔压的施加及其变化,都没有涉及土骨架的有效应力的变化,也就不会引起土骨架的变形。

图1

(a)                    (b)                      (c)                        (d)

1种静孔隙水压力的情况

见图2莫尔圆 为原来的总应力莫尔圆,莫尔圆e为其相应的有效应力尔圆;莫尔圆为上述四种情况下增加水压力后的总应力莫尔圆,它对应的有效应力尔仍然是圆e。可以发现上述这些情况都有一个共同的特点,那就是在孔隙水压力增加以后,图片未命名,土的有效应力并没有变化,其有效应力莫尔圆e既未移动,也不胀缩。这样增加的孔隙水压力就是静水压力。

图2

2 静孔压的莫尔圆     

2. 一些超静孔隙水压力的例子(见图3

  在一个100cm高的开口钢筒内,装有高100cm饱和土,当筒内水位在50~100cm间快速变化时,土内的静孔压和超静孔压都在变化,见图3(a)

   承压水含水层与上部的潜水层存在着水力联系(渗流),即承压水头变化也会导致潜水层变化,土层内的静孔压和超静孔压都也都是压变化的,直到土层完全固结。见图3(b)

   一个50cm高装有饱和土的钢筒内,土面上设有一透水的活塞,在活塞上快速加载,土内的孔压增量是超静孔压,静孔压变化未变,见图3(c)

   三轴试验的饱和试样的排水閥打开,通过试样的橡皮膜加围压sc,在土试样中产生开始时的孔压u=sc,然后随时间而消散,u=sc属于超静孔压, 见图3(d)

图3

(a)                  (b)                      (c)                        (d)

3 种存在超静孔隙水压力的情况

图4

(a)                                      (b)

4 超静孔隙水压力的莫尔圆

  4u1是图1(d)的情况试样初始的静孔压,然后施加轴向偏差应力s1-s3,试样的总应力路径为一直线,在试样中将会产生超静孔压uf,直到试样破坏(4(b));如果震动或循环加载,孔压积累,有效应力莫尔圆左移直到破坏(?????),产生超静孔压uf(4(a))。。

 在上述的集中情况下,(超静孔隙)水压力的变化,必然引起有效应力的变化,也必然引起饱和土体的应变,且图片未命名

3. 关于稳定渗流期中的孔隙水压力

 有人认为稳定渗流时存在渗透力就应有超静孔压,是一种误解。因为这时的渗透力是不随时间变化的,有效应力也是不变的,也就不会引起土骨架的变形,其对应的孔压属于静孔压。正如静水下存在浮力,也是体积力,但它不随时间而变化,对应的孔压属于静孔压。稳定渗流必然对应于一个水头(势)场,在这个场中,水头是随着位置变化的,即图片未命名,但不随时间而变化,即图片未命名

 近年来,本人在《岩土网》上发了一批涉及土力学基本原理与概念的文章,往往以某些土力学的名词概念入题,兴之所至,古今中外,海阔天空,洋洋洒洒,恣意纵横。有时下笔千言,离题万里。在土力学界,我的文史哲知识可能是丰富的;而在文史领域,我的土力学知识肯定是最精通了。所以,在土力学这门最土的力学中,常常会引进一些清新想法;也会提出一些更通透和开展的理解。另一方面,将土力学知识用于文史哲领域也有所收获,比如我在《息壤考》一文中指出,在《山海经》中关于大禹治水所用的息壤应是杩槎、竹笼、条排等各类加筋土结构。这一意见被考古界所认同,认为解决了几千年来关于息壤的争论。可这类文章也有其弊病,即会在这里忽悠了岩土工界的青年们,在那边忽悠了那些书斋中的文士们。

 有的人就会被这种天文地理、国家社会、人文历史、世间万物的旁征博引,褒贬评述,比喻联想,,气势恢宏的文章所吓住,于是连呼大师,认为句句是真理。也有人比较清醒,常会在老虎皮下发现马脚,提出质疑、纠错和批评。这些意见有很多是对的或值得进一步研讨的。切磋琢磨,交流辩驳,“就有道而正焉”,这种学术的讨论是很正常的。记得我在注册考试专家组命题,其中一道题我完成命题后按约定交给王长科互校,然后又经过初审和终审,一个很低级的错误竟没有被发觉,直到人工评卷时才发现。我在专家会上作了检讨,同时也质问长科:为什么没有看出这样明显的问题?他讪笑着说:我以为李老师的题不会有错。我只好声明:此乃广信,不可迷信。


原文地址:论静孔隙水压力与超静孔隙水压力

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李广信

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