2.1静孔隙水压力与超静孔隙水压力

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超静孔压
• 超静孔压一般Hale Waihona Puke Baidu有基准压力的； • 通常以静孔压为基准。
关于渗流孔压：稳定渗流场
• 稳定渗流场中土体中的孔隙水压力应属于静孔 隙水压力。 • “坐地日行八万里”，在不断自转和公转的地 球上，我们仍然认为很多东西是静止的，在稳 定渗流场中的孔隙水压力u/t=0，不随时间 变化，这也是一种相对的静止。 • 所以可以定义为：静孔隙水压力包括：静止的 地下水以下土体中的孔隙水压力和稳定渗流场 土体中的孔隙水压力。 • 因为稳定渗流场中孔压不变，有效应力也不变， 土体没有体积变化的趋势，也就没有超静孔压。
稳定渗流
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• 对于稳定渗流，对单 位体积饱和土体，在 dt时段内，流进的水 体积恒等于流出的水 体积， • 所以土的体积不变。 其基本微分方程式为：
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vz dz z
vy
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vx
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z
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x
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孔压是如何生成的

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• 可是抗战胜利后，国民党的接收大员从重庆纷纷到 南京、上海等“敌占区”，搞“五子登科”，分别抢： 房子、车子、条子（金条）、票子（钞票）、婊子 （女人）。 • 当时有一首民谣：“想中央，盼中央、中央来了更遭 殃。”在这种系统性腐败，普遍贪污的情况下，国民 党迅速丧失了民心。 • 首先是农民，蒋介石本来也曾提出来要实行“耕者有 其田”，要在收复区学习共产党的做法，可是地主们 就群起反对。 • 然后是民族资产阶级，“伪产”，“兑换金圆券”， 抗战胜利之后发展起来的外国资本和官僚资本，使 中国民族企业被挤压无法生存。被豪门把持着在的 官僚资本，既得利益集团垄断了经济和资源。
社会的超静孔压-怨声载道
• 在抗战胜利后的一个阶段，人民普遍将国民党和蒋介石 视为“正统”。 • 1945年9月3日，蒋介石为纪念抗战胜利而巡视重庆市街， 在当日的蒋的日记中，他这样写道：“沿途民众其发乎 内心之一种情绪，对余所表示敬慕爱戴之精神，狂欢热 烈，实非笔墨所能形容。”估计情况和“文化大革命” 时，毛检阅红卫兵的情形相似。 • 1945年抗日战争胜利，那时应该是中国国民党和蒋介石 威望最高的时期，中国进人联合国“五强”，四国首脑 的波斯坦公告，蒋介石的声望达到顶点，如果用一句中 国成语来说就是——“如日中天”。民众盼望打败日寇以 后，能够安居乐业，建设富强的国家。

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固结不来水试验中的 超静孔压与土的强度
超静孔压的提出
• 据说是有一次太沙基雨天赶路，不留神滑了一跤。他想到牛顿 被苹果砸了一下而发现了万有引力理论，而自己跌这一跤也要 有所收获。 • 他坐在那里思考为什么在雨后的饱和黏土上快走会滑倒，而在 干的黏土和饱和砂土上不会滑倒？结果发现自己的鞋底很光， 滑倒时地面的滑痕上有一层水膜。看来是由于地面不能提供足 够的摩擦力； • 他于是认识到作用在饱和土体上的竖向总应力，由作用在土骨 架上的有效应力和作用在孔隙水上的孔隙水压力两部分组成。 前者会产生摩擦力，“反者道之动”，这提供人前进所需要的 反力； • 后者可承担正压力，但不能提供抗剪阻力。人踏在饱和黏土上 的瞬时，总应力转化为孔隙水上的压力，可称为超静孔隙水压 力，而黏土渗透系数又小，快行一步时间内孔压不会消散而转 化为有效应力，因而人快步行走就会滑倒。 • 回去以后他就立即构思出著名的“有效应力原理”。
固结后
地面
地面 z M
总应 力 孔隙水压力u 静孔 压 超静 孔压 有效 应力
satz satz
satz
0
0
-wz 0
wz wz
satz satz
z
两种孔压的关系
• 如上所述，静与超静孔压本质上是没有区别的，有时似乎也难 以区分， • 二者也会相互转化。例如地下水位升降，稳定渗流边界条件的 变化变为不稳定渗流，都会使静孔压变为超静抗压。 • 而在不固结不排水三轴试验中，加载后一直不打开排水阀门， u/t=0，试样的体积也一直不变，这样，超静孔压似乎又像是 静孔压。 • 所以定义超静孔压为“由土的体变趋势引起的孔隙水压力” 被橡皮膜所包裹的土试样，在施加围压后，它有体积收缩的趋 势，但如无法排水，也无法收缩，结果围压3变成了超静孔压u， 有效应力未变，这种体缩的趋势未能变成事实。 • 在不排水条件下施加偏差应力(1-3)后，试样如果有收缩的趋 势，会生成正的超静孔隙水压力；在有膨胀（剪胀）的趋势时， 会产生负的超静孔隙水压力。
建议的孔压分类与定义
• 静孔隙水压力：
• “其值是不随时间改 变的，不会引起土体 体积变化的孔隙水压 力”
• 超静孔隙水压力：
• “由于外部作用或者 边界条件变化在土体 中引起的孔隙水压力”
渗流固结理论与超静孔压： 由于外部因素在土体中产生了一种孔隙水压力， 使土体有体积变化的趋势。在有排水条件时，它会 消散，同时伴随以土的体积变化，因而这种孔压被 称之为“超静孔隙水压力”。
固结后
地面 z
地面
M
总应 力
孔隙水压力u 静孔 压 超静 孔压
有效 应力
satz satz
satz
wz
0 0
0
wz
0
z z
satz
地下水位上升中的超静孔压
• M处上升前的静和超静孔隙水压 力都为0，有效应力为zsatz, （设接近于饱和重度）； z • 水位上升固结变形稳定时的静孔 隙水压力为wz，超静孔隙水压力 M 为0，有效应力为z＝z； • 水位上升到z的瞬时，总应力z＝ satz，有效应力尚未变z=satz， 时间 这时静孔隙水压力为wz，超静孔 压u=-wz<0， • 超静孔压为变形稳定后与水位上 上升前 升前的有效应力与之差,也等于总 上升 孔压与静孔压之差： 瞬时 • u=-wz<0消散后使土体固结回弹。
超静孔隙水压力与土的强度
• 超静孔隙水压力则常常 伴随着事故与灾害。 • 由于加载、振动或者应 力循环，超静孔压不断 积累，降低了土的有效 应力， • 使有效应力摩尔园不断 向左移动，最终与包线 相切，土就破坏了。 • 有效应力路径左移，造 成了加载时试样的破坏， 尽管其偏应力远小于土 的有效应力强度。
孔压的积累
• 普通的市民与百姓受到欺压与盘剥：中华民国“万 税”，恶性通货膨胀。1948年上海的物价指数已涨 到战前的三百万倍，法币已如废纸。 • 知识分子和青年学生对蒋介石的态度也经历了一个 从拥护到不满再到反抗的变化过程。随着经济状况 恶化及国民党官僚腐败的越演越烈，在各高校中， 左倾思想逐渐传播，舆论普遍憎恶国民党贪污腐败。 • 国民党蒋介石的声望从1945年的如日中天，到1949 年狼狈地逃窜到台湾只经过4年。其根本原因就是 社会、民众中的超静孔隙水压力迅速积累，民怨沸 腾，
孔压的实质
• 不管何种孔隙水压力其本质都是相同的， 都是通过土骨架中连通的孔隙水传递的压 力， • 它们都是一种孔隙水的势能（压力势）的 体现， • 都适用于有效应力原理。
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超静孔隙水压力的来源
• 来源于太沙基的饱和土 体的渗流固结理论。 • 在这个理论中，由于外 部因素在土体中产生了 一种孔隙水压力，使土 体有体积变化的趋势。 • 在有排水条件时，它会 消散，同时伴随以土的 体积变化，因而为了区 别于静孔压，这种孔压 被称之为“超静孔隙水 压力”。
土骨架体变的趋势与孔压
• 你可以假设你的口腔就是三轴试验中的试 样膜，如果你要用吸管喝饮料，你的口腔 一定是有一个膨胀的趋势，以使口内的压 力小于大气压（即负压），大气压就把饮 料压进你的嘴里； • 如果你想把嘴里的水挤出去，则你要努力 收缩口腔，形成正孔压。 • 如果你想把水喷出去，则在收缩口腔的同 时还要急速向外喷气。
• 超静孔压： • 饱和土体中一点的孔隙水 中超过静水压力的那一部 分” • 《岩土工程基本术语标准》 （GB/T 50279-98)）
倒 置 的 土 柱
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1. B<1.0：非饱和 2. A<0：不是超过 3. 静止地下水以上：s=ua-uw
三种论
• 静孔压、超静孔压、渗流孔压 • 渗流包括：稳定渗流、不稳定渗流、固结 渗流。
2 2 2 u u u 2 u 2 2 2 0 x y z
非稳定渗流中的超静孔隙水压力
2 u 2u 2u u 2 2 -Ss 0 2 x y z t
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Ss称为储水率或单位储水量，与水， 土骨架的体积变化有关 Ss ρwg(Cs nCw )
四大名著中的超静孔压
三国演义
• 三国时期，杰出的知识分子是各路豪强争夺的对象， 而他们也都择良木而栖，寻找有实力、有胆略和有 发展前途的潜力股为主子。 • 但知识分子毕竟以儒家思想为正统，也要顾及“忠 孝节义”等儒家的行为准则，社会和列强间也是如 此，也要高举仁义与正统之旗。 • 这样就会看到那时的一些分裂的人格和行为矛盾的 现象。 • 譬如孙权给曹操去信劝曹“早正大位”，当时曹操 早已大权在握，“挟天子以令诸侯”，称帝已是唾 手可得，但曹操见信后大笑“是儿欲使吾居炉火上 耶”，就是看透了孙权要使他成为众矢之的计谋， 所以他到死也未敢称帝。
另一个人则失之交臂
• 据说主持过撰修《永乐大典》的明朝第一才子谢缙，年 青时在雨后也摔了一跤，引起一群周围的农夫哄堂大笑， • 于是他坐在那里吟诗一首曰：“春雨贵如油，如油满街 流，跌倒谢学士，喜作一群牛。” • 与太沙基相比，可以看到我国古代的文人的弱点。一是 轻视科学技术，他们把心思用在吟诗上，而不去思考自 然的规律。 • 二是太要面子，结果跌了一交，没有收获，还得罪了一 群人。 • 其实只要他认真观察与思考，就会发现为什么一群农民 都没有跌倒呢？那是因为农民穿的是草鞋，草鞋很粗糙， 有很大的孔隙与通道，超静孔压很快就消散了，摩擦力 必然更大。 • 如果这样，以谢缙的聪明，也许比太沙基早500年就提 出了有效应力原理。
静孔隙水压力与超静孔隙水压力
渗流孔隙水压力是什么？
前言
• 土力学中的孔隙水压力是一个很重要的概 念，也可以说是土力学中的标志性概念， • 孔隙水压力应分为几种？ • 静孔压与超静孔压两种； • 静、超静和渗流孔隙水压力三种。
两种论
• 静孔压： • “静止的地下水位以 下土中水的压力”
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渗流固结中的超静孔隙水压力
单位体积土体流出的水体与流进的水体积之差， 等于土骨架的体积压缩。
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超静孔压与和谐
• 现在我们强调“和谐”，就是要社会中不要产生 过大的超静孔压。 • 一个具有制度性腐败的专制社会，必定会产生很 大的贫富差距，法制也很难完善。在人群中集聚 起的怨愤的爆发是很可怕的。 • 消散社会的超静孔压就要有“出气筒”，要有必 要的机制，不能只靠镇压，维稳，管控、遣送、 羁押； • 前苏联的解体也是一种消散苏共多年统治下超静 孔压的方式。
骂死王朗
• 魏国的司徒王朗随军出战蜀国。在两军之战前他自信满满 地扬言“老夫自出，只用一席话，管教诸葛亮拱手而降”。 • 可是王朗竟把“识时务者为俊杰”这样的私房话拿到明面 上来劝降诸葛亮：“以礼来降，不失封侯之位”。只讲功 利，忘了礼义廉耻， • 结果被诸葛亮抓住了小辫子。诸葛首先指出王郎在西汉时 “举孝廉入仕”，是汉朝的“大老元臣”；却依附曹魏； • 随后打出了刘备是汉室中山靖王之后的王牌，自己跻身正 义与正统，匡扶炎汉，征讨逆贼， • 曹魏“同谋篡位，天地不容，天下之人，愿食汝肉”； • 使自己处于道德的制高点上。最后在两军阵前当着千军万 马，痛骂“皓首匹夫，苍髯老贼”。结果这位长期位列三 公，已经76岁的老臣羞愧愤懑，“气满胸膛，大叫一声， 撞死于马下”。这就是由于超静孔压升高导致血压升高， 中风而死了。
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地下水位下降中的超静孔压
• 深度为z的M处下降前的静孔隙水 压力为wz ，有效应力为z ； • 水位下降后，固结变形稳定时的 孔隙水压力从 wz变为0，设土的 重度仍为sat，则有效应力为satz， 有效应力增量为wz 。 • 在水位下降后的瞬时，M处的静 孔隙水压力为0。超静孔隙水压力 时间 等于降水前后有效应力之差，即 u=wz， • 它会逐渐消散，同时土体被压缩， 下降前 地面发生沉降。 下降 • 可见下降后的瞬时，wz这部分孔 瞬时 压由静孔压转变为超静孔压。