水土分算与合算的研究

1.从经验实用层面上看，计算土压力时一般不考虑开挖引起的孔隙水压力的变化，也不考
虑渗透的作用，“水土分算”是计算全部的静水压力，并用浮重度计算土压力；“水土合算”是采用天然重度或饱和重度计算土压力，不再计算静水压力；从数值来看，前者大于后者，对于粗粒土，用“水土分算”基本没有分歧，主要是对粘性土，争议非常大；
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。

(二) 有关规范规程关于土压力计算的规定
1) 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和算原则进行计算。

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
所谓水土分算，其实质就是分别计算水、土压力，以两者之和为总侧压力。

计算土压力时用土的浮重度，计算水压力时按全水头的水压力考虑。

这一方法适用于土空隙中存在自由水的情况或土的渗透性较好的情况，如：碎石土及砂土。

很显然，土体中的水压力与其空隙中的自由水及其渗透性是密切相关的，而碎石土及砂土的渗透性相差非常大，粉、细砂的渗透系数ks一般为1.0m/d左右，卵石层则可高达500m/d，两者相差达数百倍，如此大的差别都统一按全水头的水压力考虑显然是不合适的。

工程实践也表明：按水土分算方法计算水压力对于大多数土层来说，其作用都偏大。

所谓水土合算，其实质就是不考虑水压力的作用，认为土空隙中的水都是结合水，没有自由水，因此不形成水压力。

土颗粒与其空隙中的结合水是一整体，直接用土的饱和重度计算土体的侧压力即可。

显然这一方法在理论上讲仅适用于渗透系数为零的不透水层。

然而，完全不透水的土层是不存在的，因此水土合算法仍然是岩土工程界的一个争论问题。

持赞同观点者认为：在一些渗透性很差的粘性土层中，水压力几乎为零，再按水土分算法计算水压力会使支护结构的造价大大增加，显然是不合适的；而持反对观点者认为：粘性土虽然渗透性差，但当支护结构本身具有较好的防水性能时（如地连墙结构、有止水帷幕的排桩结构及复合土钉墙结构），只要假以时日，水压力应该能达到静水压力。

完全忽视水压力的作用，可能会造成结构上的工程隐患。

这个问题再简化下，让大家知道其中奥秘主要原因，很多规范或书籍并不给大家秘方，只给结论。

（1）分算、合算取决于工况
对于施工期或短期稳定和计算，一般采用总应力法，即土水合算，来不及排水的情况，采用土的Cu（不排水剪切强度），φ=0；对于长期、远期、永久稳定性和计算问题，考虑有效应力法，即土水分算，即排水的情况，一般采用c'、φ'，而且非粘性土c'=0，粘性土的c'比Cu 小很多。

（2）非粘性土
砂、砾石等，则不用考虑工况，永远是排水的状态、永远采用有效应力原理、永远土水分算。

因为，排水很畅！因此，强度只有个φ'的贡献。

关于水土合算与水土分算，主要涉及重力的性质如何与抗剪强度指标匹配的问题。

在土压力计算公式中，要用到土的重度指标，这反映了土体的自重对土压力的影响。

所谓水土合算和水土分算，就是在计算公式中，土的重度是用天然重度还是浮重度，在物理概念上是土中水对挡墙的作用如何考虑的问题。

从不同的概念出发，建立在不同假定的基础上，采用不同的强度指标，可以得出不同的计算方法。

1）按有效原理计算
根据有效原理计算正常固结粘土的土压力时，必须按照分别计算土的骨架和孔隙水所引起的压力，即水、土分算，计算公式中采用有效抗剪强度指标和土的浮重度计算。

2）按总应力法
在总应力法中，强度指标采用固结不排水剪试验结果，其内摩擦角低于有效内摩擦角，这反
映了将固结压力作为不变的总应力而同时忽略了剪切应力对孔隙水压力的影响，但其中并不涉及静水压力的问题。

用有效重度和总应力指标计算土压力。

在水土合算的计算公式中采用总应力指标和和饱和重度计算，但如果将饱和重度为有效重度与水的重度之和代入公式，进行比较后发现，水土合算的方法实际上将水压力也乘以土压力系数。

在砂土中，这个计算方法显然是不合适的；对于粘性土，情况比较复杂，从土中水全部是自由水的观点看，水压力打折扣也是不合适的；但如承认粘性土中的水不全部是自由水，则打一定的折扣，也是合适的，这就和粘性土中考虑浮力的方法相似。

实测资料表明，粘性土中的浮力并没有100%的发挥。

其实，正如文献所指出的，总应力法“既然为了绕过了孔隙压力估算的难题，把水和土作为一个整体来考虑，就不必再追究其中的孔隙压力的作用机理，在边坡稳定分析中也是如此。

此外，总应力法其实是一种带有一些经验成分的方法，其中可能会出现表观上的不合理，我们不能因此而任意进行改造。

”该文献并明确地指出在粘性土中采用土压力的水土分算方法时，水压力取地下水位下的静水压力，土的抗剪强度指标取用总应力法固结不排水剪指标，是不合理的。