滑坡防治中的孔隙水压力及相关问题研究 方玉树  （后勤工程学院，重庆 400041） 1  引   言 滑坡防治涉及的与孔隙水压力相关的问题    （1）土条底面和两侧总孔隙水压力   （2）土条有效重   （3）土条总渗透力   （4）地下水对抗滑挡墙的浮力   （5）抗滑挡墙墙背土压力  认识不一致或不完全清楚       （1）孔隙水压力：同水力学中的静水压强    （2） 地下水对结构物的浮力：对细粒土，悬而未决    （3）水位以下土的有效自重应力:水位以下土的重度是否一律取浮重度？    （4）水位以下土压力：对粘性土，水土分算还是水土合算？     （5）土中渗透力：动水头范围内是否一律考虑渗透力？ 2  孔隙水压力研究  孔隙水压力的表达    水压率的分析 纯粗粒土：水压率接近于1 纯细粒土和含细粒的土：截面总面积几乎等于结合水所占面积与自由水所占面积之和,也即孔隙所占面积水压率几乎等于自由水所占面积与孔隙所占面积之比,这个面积比在忽略土的各向异性时接近于相应的体积比.      或                           图1  孔隙水压力涉及的截面示意   纯粗粒土     纯细粒土 水压率的物理意义 同土的渗透系数一样，土的水压率本质上是由土的粒度和状态决定的，因而就非均质各向异性的土而言是随空间位置和方向变化的，并在固结过程中随时间的增长而逐渐减小，为使涉及孔隙水压力的问题能够或易于求解，也常在一定的空间和时间范围内被视为一个常量。  土的水压率是对土的水压性的度量，土的水压性是指土能够受到一定水压的性能。  土的水压性是土的一个重要的水理性质，土的水压率是土的一个重要的水理性质指标。  滑坡中的孔隙水压力        土质滑坡中土条底面和两侧孔隙水压力   分布图形与所在面水压率是否变化及变化情况有关，当水压率变化时，孔隙水压力未必随压力水头的增加而增加。总孔隙水压力的大小与水压率的大小有关，水压率越小，总孔隙水压力越小。 3  与孔隙水压力有关的力学问题研究 浮力 地下水在静止状态下对竖直柱状结构物和以地表为顶面的竖直柱状土体的浮力等于作用在结构物和土体底面上的总孔隙水压力                        当结构物和土体位于地表水位面以下而地下水与地表水连通、水位相同时，水在静止状态下对结构物和土体的浮力等于作用在结构物和土体底面上的总孔隙水压力与作用在结构物和土体顶面上的总水体水压力之差              当结构物和土体位于地表水位面以下而地下水与地表水不连通时，地表水是作用在结构物和土体上方的荷载，水在静止状态下对结构物和土体的浮力也即地下水在静止状态下对结构物和土体的浮力，应按前一式计算。  有效应力          当孔隙水压力因水压率接近于0而接近于0时，有效应力接近于总应力。这时，有效应力强度指标也接近于总应力强度指标。 有效自重应力和浮重度          土的竖向有效自重应力是竖向总自重应力与孔隙水压力之差，因此，当把土体视为半无限空间体时，多层土体中某点的竖向有效自重应力应按下式计算：         或               浮重度不是土的物理性质指标，仅仅是有效自重应力计算中所用的一个与重度同量纲的参数。     事实上，根据物理学原理，即使设想有效自重应力计算点总是仅仅涉及水压率近似为1的土或均质土，土也不存在一个真正的浮重度。确定（包括含水率也确定）的土同有确定的质量密度一样有确定的重度，土的干重度和饱和重度是该土在含水率取最小值和最大值时重度的最小值和最大值。水位面以下土体的有效重量（浮重）不是该土固有的重量。     有质量密度才有相应的重度，没有质量密度就有相应的重度。浮质量密度是不存在的，因而浮重度也是不存在的。虽然某些教科书把土的浮质量密度定义为单位体积土中颗粒扣除同体积水质量后的质量（或颗粒有效质量），但这种定义的物理含义是不清楚的。     计算土的有效自重应力并不是非有浮重度这个参量不可，没有它，土的有效自重应力照样可以计算。 土压力       当土体中存在孔隙水压力时，土压力在原则上应按水土分算方法计算，即某种变形状态（静止状态、主动状态和被动状态）下的土压力应为相应状态下侧向有效土压力与侧向总孔隙水压力之和。上述两项的大小均随土的水压率变化。当土的水压率很小时，孔隙水压力接近于0，土的竖向有效自重应力接近于竖向总自重应力，有效应力强度指标接近于总应力强度指标，有效土压力系数接近于总土压力系数，故按水土分算方法计算的土压力接近于按水土合算方法计算的土压力，可以按水土合算方法计算土压力。当土的水压率较大时，按水土合算方法计算土压力是不恰当的，应采用水土分算方法。  渗透力                                     由此可知，土中渗透力与土的水压率成正比，当水压率很小时，渗透力很小，考虑和不考虑渗透力结果相差很小。现有公式是上式在水压率为1时的结果，是上式的特殊情形。 4  用上述研究结果解释若干有关土体变形破坏现象 渗流破坏  当水流垂直向上运动时，渗流破坏临界水力坡度为                                                                  在用上式分析潜蚀时，式中的重度和水压率不应是土体的重度和水压率，而应是由粗粒间细粒和水构成的土管的重度和水压率。  因土的水压率可从近于1变化到近于0，土管的重度可从近于自由水重度的2倍变化到近于其1倍，所以，包括流土和潜蚀的渗流破坏既可能在水力坡度远远小于1的情况下发生，又可能在水力坡度远远大于1的情况下也不发生。对具备潜蚀内在条件的土体来说，由于土管的重度总是小于土的重度，潜蚀临界水力坡度总是小于流土临界水力坡度即潜蚀比流土易于发生，也就是说，具备潜蚀内在条件的土不会未经潜蚀而直接发生流土。 细砂和粉砂既难以具备潜蚀内在条件又因有很大的水压率而有很小的流土临界水力坡度，因而最易发生流土。    振动液化     土的振动液化是土在受到振动时丧失抗剪强度的结果。水压率既影响初始孔隙水压力又影响剩余孔隙水压力。因此，在其它条件相同时，水压率越大，液化越易发生。      细砂和粉砂既因有较低的渗透系数而不易排水又有很大的水压率，其孔隙水压力最容易积累到很高的值，所以最易发生振动液化。     地面沉降            大面积抽取地下水引起的地面沉降是水位下降导致土中有效自重应力增加的结果。       一方面，不同的土不仅有不同的压缩模量也有不同的水压率，另一方面，压缩模量大的土既可以有较低的水压率也可以有较高的水压率或者说其有效自重应力的增加值既可以较大也可以较小，压缩模量小的土既可以有较高的水压率也可以有较低的水压率或者说其有效自重应力的增加值既可以较小也可以较大，故地面沉降量空间变化规律未必与水位下降值变化规律一致。   基坑底突     底突发生临界顶板厚度为                                                  含水层的水压率越小，基坑底突越难发生。因含水层顶板的水压率为0或近于0，故基坑底突总是从含水层顶板的底面开始而不可能从顶板内部某处开始。因有粘性土的水压率小于无粘性土的水压率，故在同等条件下有粘性土承压含水层的顶板

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