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化繁为简——论岩土计算中的水

 王国义 2022-06-19 发布于河北

   岩土主要组成是土颗粒、水分子和气分子,对于饱和岩土只有土颗粒和水分子。理论土力学中探讨最多的是土骨架和孔隙水,土中水的分类较多。现谈谈岩土计算中的水。                   

        赵成刚先生的《土力学原理》一书中对土中水是这样分类的。

方玉树先生认为以前对孔隙水压力的类型划分不准确,也提出了自己的划分方法(见下图)。

笔者认为岩土中水划分如果只针对水土压力计算来说不需要划分类型过多。只要将具有各向同性的水划分出来就可以了。

笔者在《论有效应力原理与土骨架、自由水》一文中这样描述的重力水与自由水:

 对于岩土中水具有各向同性的水只有自由水,产生并无损耗传递压力,其他类型水都应纳入土骨架范围。因此,对于针对水土压力计算来说可以将土中水分类为自由水和非自由水,自由水具有各向同性,非自由水与土颗粒一起构成具有各向异性的土骨架。

 自由水根据渗流状态可分为静自由水与动自由水。静自由水是产生并无损耗传递水压力,静止状态的水,静自由水对土颗粒有浮力作用。动自由水是产生并无损耗传递水压力,流动状态的水,动自由水对土颗粒有渗透力作用。

太沙基由于有效应力原理的提出将理论土力学变得更繁琐、更难理解了。饱和土的本质很简单:饱和土是由土颗粒和水构成,但由于土颗粒间间隙很小,部分水失去流体水特性,因此可理解为饱和土由土骨架和自由水构成;土颗粒与非自由水一起构成土骨架,具有各向异性特性,与固体特性相同; 自由水具有各向同性特性,与流体特性相同。饱和土的计算应符合力平衡原理,土骨架与自由水之间力或应力是可以相互转化的。

饱和土由土骨架和自由水构成,截面上的竖直总应力由土骨架应力和自由水平均应力承担。当饱和土增加外力时,增加的力或应力还是由土骨架和自由水承担。当土骨架无法承受增加的应力时土骨架产生变形,自由水由于不可压缩性,自由水应力将增加,当土骨架产生变形后增加的土骨架应力直接传递到自由水上并导致自由水压力增加,当自由水无处可去时,外力增加的力或应力由自由水全部承担,当自由水渗流后饱和土体积变小,变小体积为自由水流失的体积。

 岩土中水没有那么复杂,不是具有流体的各向同性特性就是与土颗粒一起具有各向异性特性。

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