【岩土设计】水土分算和水土合算的学习

水土分算和水土合算的学习

一、计算方法概述

在一般地基基础工程计算中,建筑物的自重以及作用于建筑物上的各种荷载通过基础传给地基.无论是建筑物的自重或是其他竖向活荷载都具有由其自重导出的特点,荷载大小明确,计算与实测结果基本接近.而支护结构的主要荷载是地层中水土的水平压力,水土压力是由定值的竖向水土压力按照一定规律转化为水平压力作用于支护结构上.支护结构荷载与上部结构荷载的根本区别在于它不是仅与土的重量有关,还与土的强度、变形特性和渗透性有关,具有很大的不确定性.由于作用在支护结构上的荷载主要是水平荷载,而这种水平荷载具有间接得出的特点,因此,由水土竖向压力转化为水平压力的计算方法的合理与否直接影响到水平荷载的确定,水平荷载的精确度又直接影响到支护结构内力与变形的计算结果.

目前,工程上常采用的土压力计算方法有朗肯土压力、库仑土压力和各种经验土压力确定方法.在水土分算时,水压力的计算方法有：按静水压力计算的方法、按渗流计算确定水压力分布的方法等.而水土合算时不需单独考虑水压力作用.

关于土压力的各种基本理论、主动土压力和被动土压力形成的条件、各种土的抗剪强度指标试验方法和分类,可参考有关土力学教科书,本处不在详述.

二、水土分算和水土合算方法的适用条件

基坑支护工程的土压力、水压力计算,常采用以朗肯土压力理论为基础的计算方法,根据不同的土性和施工条件,分为水土合算和水土分算两种方法.由于水土分算和水土合算的计算结果相差较大,对基坑挡土结构工程造价影响很大,故需要非常慎重的舍取,要根据具体情况合理选择.

地下水位以下的水压力和土压力,按有效应力原理分析时,水压力与土压力应分开计算.水土分算方法概念比较明确.但是在实际使用中有时还存在一些困难,特别是对黏性土,水压力取值的难度大,土压力计算还应采用有效应力抗剪强度指标,在实际工程中往往难以解决.因此,在很多情况下黏性土往往采用总应力法计算土压力,即将水压力和土压力混合计算,也有了一定的工程实验经验.然而,这种方法亦存在一些问题,可能低估了水压力的作用.

（1）水土分算

水土分算是分别计算土压力和水压力,以两者之和为总的侧压力.水土分算适用于土孔隙中存在自由的重力水的情况或土的渗透性较好的情况,一般适用于碎石土和砂土,这些土无黏聚性或弱黏聚性,地下水在土颗粒间容易流动,重力水对土颗粒中产生孔隙水压力.对于砂土、粉性土和粉质黏土等渗透性较好的土层,应该采用水土分算的原则来确定支护结构的侧向压力.侧向土压力通常可按朗肯主动压力和被动压力公式计算.地下水无渗流时,作用于挡土结构上的水压力按静水压力三角形分布计算.地下水有稳定渗流时,作用于挡土结构上的水压力可通过渗流分析计算各点的水压力,或近似地按静水压

力计算,水位以下的土的重度以下的土的重度应采用浮重度,土的抗剪强度指标宜取有效抗剪强度指标.

（2）水土合算

地下水位以下的水压力和土压力,按有效应力原理分析时,水压力与土压力应分开计算.水土分算方法概念比较明确,但是在实际使用中有时还存在一些困难,特别是对黏性土,水压力取值的难度大,土压力计算还应采用有效应力抗剪强度指标,在实际工程中往往难以解决.因此,在很多情况下黏性土往往采用总应力法计算土压力,也有了一定的工程实践经验.

水土合算是将土和土孔隙中的水看做同一分析对象,适用于不透水和弱透水的黏土、粉质黏土和粉土.通过现场测试资料的分析,黏性土中实测的水压力往往达不到静水压力值,可认为土孔隙中的水主要是结合水,不是自由的重力水,因此它不易自由流动而不单独考虑静水压力.因为将土粒与孔隙水看作一个整体,直接用土的饱和重度和总应力抗剪强度指标计算侧压力.然而,黏性土并不是完全理想的不透水层,因此在黏性土层尤其是粉土中,采用水土合算方法只是一种近似方法.这种方法亦存在一些问题,可能低估了水压力的作用.

三、有关规范规程关于土压力计算的规定

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJl20—99）规定,

对于作用于支护结构上的水平荷载标准值应按当地可靠经验确定,当缺少经验时,可按下列规定计算：

（1）对碎石土、砂土等无黏性土按水土分算原则进行计算.在地下水位以下,作用于支护结构的侧压力,等于土压力与

静水压力之和.土压力计算采用浮重度γ/,和有效应力抗剪强度指标c/和φ/计算.

（2）对于黏性土和粉土按水土合算原则进行计算.作用在支护结构上的侧压力,仅考虑土压力,水土合算时,地下水位以下的土压力采用饱和重度γsat和总应力抗剪强度指标c 和φ计算.