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關于靜孔壓與超靜孔壓的答疑與討論

2017-12-26 16:55  來源:巖土網  閱讀:10356
關于靜和超靜孔隙水壓力的論文在《中國巖土網》上發表以后,引起不少回應,也有一些不同意見與質疑,當時沒有及時回復。現已間隔時間較久,在原文處討論讀者也都不看了。在這里集中進行一些討論,并乞不吝批評指正。

             關于靜孔壓與超靜孔壓的答疑與討論

關于靜和超靜孔隙水壓力的論文在《中國巖土網》上發表以后,引起不少回應,也有一些不同意見與質疑,當時沒有及時回復。現已間隔時間較久,在原文處討論讀者也都不看了。在這里集中進行一些討論,并乞不吝批評指正。

1. 一些靜孔隙水壓力的例子(見圖1

   在一個100cm高的開口鋼筒內,有高50cm土,當筒內水位在50~100cm間變化時,土內的孔壓變化都是靜孔壓及其變化,不存在超靜孔壓,見圖1(a)

   在一個50cm高裝有飽和土的封閉鋼筒內,提高其中的水壓力(連通管內水位提高),土內的孔壓變化也是靜孔壓的變化,不存在超靜孔壓,見圖1(b)

   一個50cm高的裝有飽和土的開口鋼筒,土面上設有一不透水的活塞,在活塞上加載,土內的孔壓變化是靜孔壓的變化,也不存在超靜孔壓,見圖1(c)

  三軸試驗中的飽和具有原位應力的試樣,其排水閥關閉,通過試樣的橡皮膜加圍壓sc,在土試樣中產生的孔壓是靜孔壓Du=sc,而非超靜孔壓。

上面的4個例子的共同點是這些孔壓的施加及其變化,都沒有涉及土骨架的有效應力的變化,也就不會引起土骨架的變形。

圖1

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

1種靜孔隙水壓力的情況

見圖2莫爾圓 為原來的總應力莫爾圓,莫爾圓e為其相應的有效應力爾圓;莫爾圓為上述四種情況下增加水壓力后的總應力莫爾圓,它對應的有效應力爾仍然是圓e。可以發現上述這些情況都有一個共同的特點,那就是在孔隙水壓力增加以后,圖片未命名,土的有效應力并沒有變化,其有效應力莫爾圓e既未移動,也不脹縮。這樣增加的孔隙水壓力就是靜水壓力。

圖2

2 靜孔壓的莫爾圓     

2. 一些超靜孔隙水壓力的例子(見圖3

  在一個100cm高的開口鋼筒內,裝有高100cm飽和土,當筒內水位在50~100cm間快速變化時,土內的靜孔壓和超靜孔壓都在變化,見圖3(a)

   承壓水含水層與上部的潛水層存在著水力聯系(滲流),即承壓水頭變化也會導致潛水層變化,土層內的靜孔壓和超靜孔壓都也都是壓變化的,直到土層完全固結。見圖3(b)

   一個50cm高裝有飽和土的鋼筒內,土面上設有一透水的活塞,在活塞上快速加載,土內的孔壓增量是超靜孔壓,靜孔壓變化未變,見圖3(c)

   三軸試驗的飽和試樣的排水閥打開,通過試樣的橡皮膜加圍壓sc,在土試樣中產生開始時的孔壓u=sc,然后隨時間而消散,u=sc屬于超靜孔壓, 見圖3(d)

圖3

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

3 種存在超靜孔隙水壓力的情況

圖4

(a)                                      (b)

4 超靜孔隙水壓力的莫爾圓

  4u1是圖1(d)的情況試樣初始的靜孔壓,然后施加軸向偏差應力s1-s3,試樣的總應力路徑為一直線,在試樣中將會產生超靜孔壓uf,直到試樣破壞(4(b));如果震動或循環加載,孔壓積累,有效應力莫爾圓左移直到破壞(??),產生超靜孔壓uf(4(a))。。

 在上述的集中情況下,(超靜孔隙)水壓力的變化,必然引起有效應力的變化,也必然引起飽和土體的應變,且圖片未命名

3. 關于穩定滲流期中的孔隙水壓力

 有人認為穩定滲流時存在滲透力就應有超靜孔壓,是一種誤解。因為這時的滲透力是不隨時間變化的,有效應力也是不變的,也就不會引起土骨架的變形,其對應的孔壓屬于靜孔壓。正如靜水下存在浮力,也是體積力,但它不隨時間而變化,對應的孔壓屬于靜孔壓。穩定滲流必然對應于一個水頭(勢)場,在這個場中,水頭是隨著位置變化的,即圖片未命名,但不隨時間而變化,即圖片未命名

 近年來,本人在《巖土網》上發了一批涉及土力學基本原理與概念的文章,往往以某些土力學的名詞概念入題,興之所至,古今中外,海闊天空,洋洋灑灑,恣意縱橫。有時下筆千言,離題萬里。在土力學界,我的文史哲知識可能是豐富的;而在文史領域,我的土力學知識肯定是最精通了。所以,在土力學這門最土的力學中,常常會引進一些清新想法;也會提出一些更通透和開展的理解。另一方面,將土力學知識用于文史哲領域也有所收獲,比如我在《息壤考》一文中指出,在《山海經》中關于大禹治水所用的息壤應是榪槎、竹籠、條排等各類加筋土結構。這一意見被考古界所認同,認為解決了幾千年來關于息壤的爭論。可這類文章也有其弊病,即會在這里忽悠了巖土工界的青年們,在那邊忽悠了那些書齋中的文士們。

 有的人就會被這種天文地理、國家社會、人文歷史、世間萬物的旁征博引,褒貶評述,比喻聯想,,氣勢恢宏的文章所嚇住,于是連呼大師,認為句句是真理。也有人比較清醒,常會在老虎皮下發現馬腳,提出質疑、糾錯和批評。這些意見有很多是對的或值得進一步研討的。切磋琢磨,交流辯駁,“就有道而正焉”,這種學術的討論是很正常的。記得我在注冊考試專家組命題,其中一道題我完成命題后按約定交給王長科互校,然后又經過初審和終審,一個很低級的錯誤竟沒有被發覺,直到人工評卷時才發現。我在專家會上作了檢討,同時也質問長科:為什么沒有看出這樣明顯的問題?他訕笑著說:我以為李老師的題不會有錯。我只好聲明:此乃廣信,不可迷信。


原文地址:論靜孔隙水壓力與超靜孔隙水壓力

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我有話說

全部評論(14)

  • drinkingbird發表于 01月12日 22:01這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • (超過300字了,接上文)那這個負的超孔隙水壓力,是不是為了適應有效應力原理,而人為規定的一個概念呢?類似于虛數i,雖然無物理意義,但是可以讓有效應力原理完整。或者是三角函數sinx中的x,x由直角三角形的銳內角開始,逐漸進化成鈍角,甚至大于180度,也可能進行成負的角度。但是從直角三角形是找不到它的樣子了。
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  • drinkingbird發表于 01月12日 22:01這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 李老師:您好! 我有個問題想請教您。 超孔隙水壓力為負,這個負值,是相對壓強,還是絕對壓強? 如果是相對壓強,相對于大氣壓,大氣壓是101325Pa≈100kPa,那在總應力等于0的情況下,如果有效應力σ’≥100kPa,孔隙水壓力u就負不下去了啊? 而且這個負值和毛細壓力無關吧?毛細壓力需要固液氣三相交界處,而本案例是飽和試件。即使是考慮卸載時,土試樣膨脹,但是它周圍有橡皮膜啊,空氣進不去。 如果是絕對壓強,水屬于液體,靜止狀態下,它不能承受拉力吧?用吸管吸水杯中的飲料,其實還是大氣壓給壓到嘴里的。如果吸十米呢?它肯定就吸不進去了,吸管的水面上,可以生成真空。那么怎么會有負的孔隙水壓力呢?
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  • ligx88發表于 03月23日 21:24這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 也許張老師是講地基沉降中的固結沉降部分,一般不包括砂土,因為飽和砂土地基土在附加應力下一般不會有超靜孔壓。
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  • ligx88發表于 03月23日 21:22這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • hongxinghr1:砂土液化、流滑就是超靜孔壓。
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  • langwing發表于 03月19日 23:10這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 謝謝李教授
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  • zzt2001發表于 03月06日 11:30這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 李老師,謝謝您幫我們正確理解概念,避免以后走彎路。
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  • hongxinghr1發表于 02月21日 22:51這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 李老師,您好。我在聽張丙印老師講的土力學公開課,在"習題課3:土的壓縮性和地基沉降計算"中張老師提到在砂土中不會產生超靜孔隙水壓力。我對此感到迷惑,我想得是應該會產生,但是會很快消散。麻煩您給解答一下,消除心里的迷惑。
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  • ligx88發表于 01月27日 20:31這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 該題的官方答案是對的。即畫一個莫爾圓,半徑是132,圓心坐標為264.找到該圓與橫坐標兩個交點分別為σ1=396、σ3=132、黏聚力為零,φ=30度。 σ1 =264+132=396kPa σ1=264-132=132kPa sin =0.5,所以φ=30
七彩云霞發表于03月01日 17:06

謝謝李老師,太感謝您了。

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  • 七彩云霞發表于 01月26日 15:30這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 李老師,2010年巖土考試下午第2題:已知砂土層中某點應力達到極限平衡時,過該點的最大剪應力平面上的法向應力和剪應力分別是264KPa和132KPa,求過該點的σ1、σ3、及砂土的內摩擦角φ。幾個參考書上求得的結果都是σ1=396、σ3=132、φ=30.這個題目是不是有問題,請您給解答一下好嗎?
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  • q695163878發表于 01月04日 09:35這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 小人有一點淺薄看法:靜孔隙水壓力和超靜孔隙水壓力主要還是在流場水頭變化率的區別,流場水頭變化率為常數并且無滲流破壞的話,宏觀上就是穩定滲流,可以理解為流場與重力場在某個方向達到靜力平衡,既然平衡了就當然不會土骨架的變形固結和有效應力的變化。流場水頭變化率如果是非線性的,只要在流場內某個點達不到靜力平衡,就會引起整個流場內的水頭變化從而導致滲流體積力的變化從而導致無法靜力平衡,導致產生固結,個人認為固結就是流場和重力場的非平衡到平衡的過程。所謂陰陽平衡,一陰一陽,不增不減,不上不下,不左不右,和而為一,一未道也。
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  • 水易發表于 01月03日 19:50
  • 靜孔隙水壓力和滲流中的穩定水壓力總覺得容易混淆,讀了之后覺得清楚了很多。新年快樂李老師。
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  • ligx88發表于 12月29日 15:11這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 相對應的,各種樁基礎、墩基礎、沉井基礎和地下連續墻基礎則一般是以側壁摩阻力作為承載力的一部分的。 梅耶霍夫極限承載力理論只是把基底的滑動面向上延長到地面。把通常的基底以上深度?d的矩形超載,變為邊長為d的三角形超載,其自重與側壁摩阻力以?0,?0作用于滑動面上。當基礎的埋深不深時,可以假設?=0?,這時可認為基底以上的土c=?=?=0。這樣計算就可以大大簡化計算。可見這個承載力理論即可用于樁(深)基礎,也可用于淺基礎,在用于淺基礎是常常忽略側壁摩阻力。這與上述的定義并不矛盾。
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  • ligx88發表于 12月29日 15:09這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 關于深基礎與淺基礎的區別或定義,歷來不是很明確的。在《建筑地基基礎術語標準》(GB/T 50941-2014)中,采用了我的意見,是“埋深不超過5m, 或不超過基底最小寬度,在其承載力中不計入基礎側壁巖土摩阻力的基礎”。 首先這是一個工程上的分類,因為其寬深比很小,其側壁摩阻力所占比例很小,在工程設計上一般不予考慮;另一個普遍的作法是以其基礎底面作半無限空間體的表面,采用布辛尼斯克應力解計算附加應力,計算其沉降。在工程設計上不考慮側壁摩阻力這恐怕是各國的慣例。至于各種研究者、各種理論和學者們愿意去考慮是另一回事請。還有文章用明德林解計算大型筏板淺基礎下的附加應力,那與工程無關。
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  • q695163878發表于 12月28日 11:16這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 李大人好,小人最近在看貴校的基礎工程教學課件,一位戴眼鏡女施主所講,在基礎類型那一節,有個概念認為所謂淺基礎是承載力無需考慮基礎側面摩阻力。貧道有個疑問,在梅耶霍夫承載力理論中,是考慮了基礎側面摩阻力的,將其等效為假定面上的應力從而得出破壞面,請大師解惑。在此歪樓,是不得已,怕大師看不到小人的問題。遙謝!
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李廣信

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