地下水對土的自重應(yīng)力的影響1

1、地下水對土的自重應(yīng)力的影響 周載陽建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計院有限公司 目 錄n0.引言n1.根據(jù)浮力原理計算土體的自重應(yīng)力n2.根據(jù)有效應(yīng)力原理計算土體的自重應(yīng)力n3.不同情況下土的有效重度分析n4.算例n5.結(jié)論目 錄n0.引言n1.根據(jù)浮力原理計算土體的自重應(yīng)力n2.根據(jù)有效應(yīng)力原理計算土體的自重應(yīng)力n3.不同情況下土的有效重度分析n4.算例n5.結(jié)論0 引言引言n 當土層位于地下水位以上時，土的重度取天然重度。當土層位于地下水位以下時，情況就會復(fù)雜起來，對此學(xué)術(shù)界有過熱烈的討論。有的學(xué)者認為土的自重應(yīng)力是總應(yīng)力，對于地下水位以下的土，式（1）中土的重度應(yīng)當采用飽和重度；也有學(xué)者認為自重應(yīng)力為

2、有效應(yīng)力，應(yīng)采用浮重度；還有學(xué)者認為可分為總自重應(yīng)力和有效自重應(yīng)力兩部分，二者的關(guān)系是有效自重應(yīng)力等于總自重應(yīng)力減去孔隙水壓力。目前國內(nèi)外學(xué)術(shù)界公認的土的自重應(yīng)力的定義是有效自重應(yīng)力，對于地下水位以下土的自重應(yīng)力計算方法是大家爭論的焦點。n自然界中的土多以成層型式出現(xiàn)，含水層與相對隔水層互層組成多含水層系統(tǒng)。由于各層地下水的水頭不同，在水壓力差作用下相鄰含水層會發(fā)生越流，從而在其間的相對隔水層中產(chǎn)生豎向滲流作用，根據(jù)土力學(xué)有效應(yīng)力原理，有效應(yīng)力是作用在土骨架上的應(yīng)力，地下水對土骨架不僅有靜水浮力的作用，還有滲透力作用，因此在計算土的自重應(yīng)力時，不僅要考慮地下水的靜水浮力，還應(yīng)考慮地下水的滲透力

3、，而這一問題長期以來一直被忽略了。目 錄n0.引言n1.根據(jù)浮力原理計算土體的自重應(yīng)力n2.根據(jù)有效應(yīng)力原理計算土體的自重應(yīng)力n3.不同情況下土的有效重度分析n4.算例n5.結(jié)論1 根據(jù)浮力原理計算土體的自重應(yīng)力根據(jù)浮力原理計算土體的自重應(yīng)力n自然條件下，土層和地下水往往都是分層存在的。穩(wěn)定滲流條件下，在含水層中，孔隙水壓力即壓力水頭呈靜水壓力分布，在兩個含水層之間的弱透水層即相對隔水層中，孔隙水壓力由其上下兩個含水層的壓力水頭決定。根據(jù)達西定律及水流連續(xù)原理，均質(zhì)土層中孔隙水壓力分布為線性。典型的孔隙水壓力分布見圖2。 圖2典型的孔隙水壓力分布示意圖n以上的分析過程中，并沒有直接提到滲透力，

4、因為分析時將飽和微單元土體作為隔離體，其中的土顆粒和孔隙水作為整體來考慮，這樣土顆粒所受的滲透力作為土顆粒與孔隙水之間的內(nèi)力，在分析時沒有顯現(xiàn)，但正是由于滲透力、浮力、重力等的共同的作用，才導(dǎo)致土中孔隙水壓力水頭分布呈現(xiàn)各種不同的型式。也就是說考慮了孔隙水壓力水頭分布按照式（7）計算的有效重度，已經(jīng)包含了滲透力的作用。n本文所說的浮力是廣義的浮力概念，也可以說是包含了地下水靜水浮力和滲透力綜合作用的“動水”浮力。n由此可得到這樣的結(jié)論：成層土的自重應(yīng)力計算公式仍可采用式（1），但其中土的重度取值對于非浸沒于地下水中的土取天然重度，對于浸沒于地下水中的土，其有效重度按式（8）或式（9）計算。目

5、錄n0.引言n1.根據(jù)浮力原理計算土體的自重應(yīng)力n2.根據(jù)有效應(yīng)力原理計算土體的自重應(yīng)力n3.不同情況下土的有效重度分析n4.算例n5.結(jié)論2 根據(jù)有效應(yīng)力原理計算土體的自重應(yīng)力根據(jù)有效應(yīng)力原理計算土體的自重應(yīng)力 圖3 典型地層及孔隙水壓力分布目 錄n0.引言n1.根據(jù)浮力原理計算土體的自重應(yīng)力n2.根據(jù)有效應(yīng)力原理計算土體的自重應(yīng)力n3.不同情況下土的有效重度分析n4.算例n5.結(jié)論3 不同情況下土的有效重度分析不同情況下土的有效重度分析n需要特別說明的是對于絕對不透水土層和層間無壓水含水層中地下水位以上的土層，其孔隙水壓力為0，土中的自重應(yīng)力為其上部土層的水土自重之和，采用式（10）計算較

6、為方便。當絕對隔水層作為承壓含水層的隔水頂板時，承壓含水層的自重應(yīng)力計算應(yīng)采用式（10）。目 錄n0.引言n1.根據(jù)浮力原理計算土體的自重應(yīng)力n2.根據(jù)有效應(yīng)力原理計算土體的自重應(yīng)力n3.不同情況下土的有效重度分析n4.算例n5.結(jié)論4 算例算例 圖圖4n孔隙水壓力水頭分布在a、b、c三種情況下，傳統(tǒng)的自重應(yīng)力計算結(jié)果與按照本文理論計算結(jié)果對比見表3。自重應(yīng)力分布曲線對比見圖5。傳統(tǒng)方法計算的土的自重應(yīng)力分布曲線與本文方法計算結(jié)果對比（圖5 ）n在圖4a所示情況下，在相對隔水層中，土顆粒所受的浮力為負浮力，浮力方向向下，滲流方向為由上向下，按本文方法計算的相對隔水層及其下的承壓含水層中自重應(yīng)力

7、要大于傳統(tǒng)方法的計算結(jié)果；n在圖4b所示情況下，在相對隔水層中，土顆粒所受的浮力為欠浮力，浮力方向向上，滲流方向為由上向下，按本文方法計算的相對隔水層及其下的承壓含水層中自重應(yīng)力要大于傳統(tǒng)方法的計算結(jié)果；n在圖4c所示情況下，在相對隔水層中，土顆粒所受的浮力為超浮力，浮力方向向上，滲流方向為由下向上，按本文方法計算的相對隔水層及其下的承壓含水層中自重應(yīng)力要小于傳統(tǒng)方法的計算結(jié)果。目 錄n0.引言n1.根據(jù)浮力原理計算土體的自重應(yīng)力n2.根據(jù)有效應(yīng)力原理計算土體的自重應(yīng)力n3.不同情況下土的有效重度分析n4.算例n5.結(jié)論5 結(jié)論結(jié)論n在多含水層地層中，土的自重應(yīng)力受滲流影響很大。受含水層與隔水

8、層的分布及各含水層中壓力水頭的控制，地層中的孔隙水壓力有多種分布型式，由此造成土的自重應(yīng)力分布亦呈現(xiàn)多種情況。5 結(jié)論結(jié)論n1）成層土的自重應(yīng)力計算公式可采用式（1）或式（10），采用式（1）時，其中土的重度對于非浸沒于地下水中的土取天然重度，對于浸沒于地下水中的土取按式（8）或式（9）計算的有效重度。n2）在相對隔水層中，土顆粒受到的浮力大小及方向受其相鄰含水層中地下水壓力水頭的影響，可能出現(xiàn)負浮力、零浮力、欠浮力、靜水浮力和超浮力等多種型式；在含水層中浸沒于地下水中的土顆粒受到的浮力為靜水浮力。5 結(jié)論結(jié)論n3）絕對不透水和位于地下水位以上（包括層間無壓水含水層中水位以上）的土層，土中的孔隙水壓力為0，土顆粒不受浮力作用。絕對不透水層頂部的自重應(yīng)力為其上部土層自重應(yīng)力和孔隙水壓力的和，采用式（1）計算時，對于地下水位以上的土取天然重度，對于地下水位以下的飽和土取飽和重度。當絕對不透水層作為承壓含水層的隔水頂板時，承壓含水層的自重應(yīng)力計算應(yīng)采用式（10）。5 結(jié)論結(jié)論n4）在多含水層地層中，相對隔水層中的滲透力對土的自重應(yīng)力影響極大，不可忽略，而且這一影響會依次向下部的土體中傳遞。滲透力的大小和方向受其相鄰含水層中地下水總水頭即測壓管水頭的影響，可能出現(xiàn)向下或向上的