关于“考虑渗透性的水-土压力计算方法”的讨论

关于水土压力分算与合算，国内争议由来已久。应该说这一对基坑等工程设计有较大影响的问题还没有很好地解决。希望徐教授与笔者的文章[2-3]能够引起学术界注意。本讨论稿并非有质疑徐教授文章之意，主要是希望能够和有共同想法的同行一起针对此问题展开进一步探讨，同时，也欢迎徐教授对笔者文章进行评述，以期获得共同进步。     

基坑支护中水土压力合算与分算的计算分析

对支护结构土压力的现状进行讨论和分析，比较分析水土分算和水土合算的计算方法，由工程实例的计算分析，得到考虑渗流水土分算的计算方法与，实际情况符合得较好，是一种具有实际运用价值的方法。     

水及土压力的实测研究

通过对上海软土地基基坑工程的实测土压力、实测孔隙水压力值和实测水位值的分析,阐述了基坑外土压力、孔浊水压力随工况的变化规律。认为软土地区既可采用水土合算,又可采用水土分算。给出了水土合算时的侧压力系数的取值方法;同时提出了水土分算时,土压力与水压力应分别乘以相应的系数,且给出了水压力合理的折减系数ｋｗ值（孔隙水压力与静水压力的比值称为静水压力的折减系数）以及水土分算时的土压力项的侧压力项的系数ｋｓ     

对土压力的水土合算与分算的看法

本文从静水压力的形成条件，提出粘性土地基存在地下水静力作用的界定准则的看法，并进而分析有地下水时基坑支护结构上土压力计算的水土分算法的合理性，以及魏汝龙提出的土压力计算式的适用性。通过上述分析，还对一些比较容易混淆的概念加以澄清。     

水土压力统一计算理论的证明及水土共同作用下的压力计算

 为解决水土压力合算和分算的争议,从理论上证明水土合算在某些情况下的合理性,有必要建立能够把水土分算与合算统一在一个理论框架下的统一算法。采用理想模型试验建立一个水土压力统一计算理论,同时,证明了统一计算理论的科学性。以理想模型试验为基础,提出一个新的可以应用于水土压力分算与合算统一算法的强度理论。算例分析表明,新的统一算法计算结果与相关算法略有差异。该算法既可以在砂土时水土分算,也可以在黏土时水土合算;并且,可以实现黏质粉土和粉质黏土等半透水土层的水土压力计算,为地下构筑物所承受的荷载计算提供理论基础。     

基坑支护结构上水土压力的分算与合算

基坑支护结构上实测的内力常常远比用经典土力学理论计算的数值小。本文分析了造成这种情况的一些可能的原因 ,在计算方法和水土相互作用机理方面对于水土“分算”和“合算”这一有争论的问题进行了分析和讨论 ,提出了在一定条件下“水土合算”可能有一定微观基础 ,指出这是一个有待于深入研究和探讨的课题。     

水,土压力合算法在概念及运用上的一些问题

本文从理论依据及具体运用上提出对水，土压力合算法的看法；并对运用水，土压力合算法时容易混淆的一些概念加以澄清。     

逆作法超深基坑实测土压力分析

目前的土压力计算方法存在着水土分算与合算的争论,各地区也都有自己的使用经验。在对天津软土地区逆作法基坑的监测基础上,对不同开挖阶段实测土压力与不同指标及不同方法计算的土压力进行对比,得出了天津软土地区基坑围护结构上部(大概10 m以上)实测土压力值接近于水土分算值,而围护结构下部(大概15 m以下)土压力值更接近于水土合算值的结论分析了基坑开挖过程中不同开挖阶段土压力的变化,研究了基坑降水及围护结构变形等因素对主动区土压力的影响。     

基坑支护结构水土压力的分算

分析了软土基坑支护结构周围孔隙水压力与静水压力的关系，明确了对于砂土基坑支护结构上的水土压力应采用水土分算，提出了对于粘性土则应采用静水压力乘以与粘土液性指数有关的系数β，再加上土压力的水土分算的方法。     

对“考虑渗透性的水–土压力计算方法”讨论的答复

感谢王洪新博士对“考虑渗透性的水–土压力计算方法”的关注和讨论，现就相关问题进行回复。水–土压力的计算是地下工程设计计算的先决条件，长期以来受到学术界和工程界的重视，也曾引起热烈的讨论[1-5]。许多专家和学者做了卓有成效的工作[6-8]，也包括王博士的工作。众所周知，水–土压力的合算和分算对应的是两个特殊的土质情况，在实际工程中符合这两种情况的极为罕见。因此探索在两个特殊情况之间的较符合实际情况的水土压力计算方法，便成为大家的研究目标。     

由土–水特征曲线预测上海非饱和软土渗透系数

在分析总结由土–水特征曲线预测非饱和土渗透系数方法的基础上,根据Childs和Collis-George(1950)利用充水孔隙空间形状提出的、并经多次修改的预测渗透系数模型,预测了上海非饱和软土的相对渗透系数。上海非饱和软土渗透性参数随吸力(含水率)变化呈现非线性变化,吸力增加(含水率降低)渗透性快速降低。对不同粒径的上海非饱和软土层,在减饱和初期(低吸力阶段),土体中骨架颗粒大小对渗透性影响不大;但随着减饱和过程的进行,大骨架颗粒的土体的渗透性衰减速率大于小颗粒土体;而减饱和后期,这种衰减速率上的差异又趋于不明显。这一衰减特征主要与参与减饱和的土中水的赋存状态有关。     

由土-水特征曲线预测非饱和混合填料渗透系数

在分析总结由土-水特征曲线预测非饱和土渗透系数方法的基础上,根据Childs和Collis-George利用充水孔隙空间形状提出的、并经多次修改的预测渗透系数模型,预测了陇南民用机场混合填料相对渗透系数。混合填料的相对渗透系数随着吸力的改变,呈现出非线性的变化过程。随着含水率的降低(吸力增加),渗透性以很快的速度降低。相对于不同配合比的填料,在吸力较低的阶段,填料配合比的不同对渗透性影响不明显;但是随着吸力的增加,土体饱和程度的不断减小,土石比为2:8的填料渗透系数的衰减速度明显大于土石比4:6的填料,而在减饱和过程后期,这种差异又逐渐减小。     

泥浆真空抽滤泥水分离中堵塞机理及规律性研究

河湖底泥的疏浚工程因为使用绞吸式的疏浚方式,底泥与水混合后变成大量高含水率的泥浆。为了减少泥浆的体积,对泥水进行分离就显得非常重要。在将泥浆中水分抽滤分离的过程中,经常会发生堵塞,产生了抽滤效果低,抽滤不能持续的问题。针对这一问题,研究了不同泥浆粒径分布、泥浆的初始含水率、土工布的孔径、真空负压以及添加絮凝剂对泥水分离效果的影响,探讨了堵塞的机理。发现了由土工布过滤形成的泥皮的渗透系数将成为制约脱水效果的主要因素,当形成堵塞性泥皮时,其他因素如土工布的孔径、泥浆初始含水率等对脱水的影响可以忽略。添加絮凝剂会使颗粒聚团从而提高泥皮渗透系数是泥水分离变好的原因,并且絮凝泥浆中较小的团粒粒径决定了泥皮的渗透系数,因此可以通过检测絮凝后泥浆中较小团粒的粒径如D_(10),D_(15),D_(20)的方式比选絮凝剂、决定最优添加量、预测脱水效果。添加絮凝剂对泥浆中结合水含量的改变影响较小,因此认为絮凝使水分结合方式的改变并不影响泥水分离的效果。     

考虑净正应力影响的膨胀土土–水特征曲线试验研究

工程建设中,具有胀缩性、裂隙性和超固结性等特殊性质的膨胀土多处于非饱和状态和复杂变化的外加应力环境下,对膨胀土进行考虑应力状态的土–水特征曲线(soil-water characteristic curve,SWCC)试验研究,定性描述和定量表征膨胀土在一定应力状态下的土水特征,具有工程实践意义。采用GEO-Experts高级型应力相关土–水特征曲线压力板仪(SDSWCC-H)测定了河南南阳膨胀土在4个不同净正应力下(0,40,99,199 kPa)的土–水特征曲线,并利用试验数据对提出的能明确考虑净正应力影响的膨胀土SWCC表征方程进行验证。结果表明:(1)由于土体的间断级配,南阳膨胀土呈现出双峰土–水特征曲线(bimodal soil-water characteristic curve);(2)净正应力会对膨胀土的持水能力与进气值产生影响,具体表现为在10~100 kPa基质吸力范围内,净正应力会显著影响膨胀土在脱湿过程中水分排出的速度;净正应力也改变了双峰SWCC第二个波峰的进气值;(3)已提出的SWCC模型曲线拟合精度较高,拟合结果良好,模型可以很好地表征南阳膨胀土在恒定净正应力下基质吸力与持水量的关系。     

不同干密度下玄武岩残积土土水特征曲线分析

采用美国SOILMOISTRUE综合压力板仪法,测试了原状与重塑玄武岩残积土样在不同密度下的土水特征曲线。试验结果表明:不同干密度下玄武岩残积土的进气值不同,干密度大的土样进气值较小,即相同含水率条件下土样的基质吸力随干密度的增大而增大;当基质吸力超过850kPa后,体积含水率随基质吸力的变化很小,重塑土与原状土土水特征曲线基本平行。进一步地采用Van Genuchten模型(简称VG模型)、Fredlund 3参数模型和Fredlund 4参数模型对试验所测的曲线进行了拟合,结果表明:VG模型能较好地拟合本次试验结果,同时给出了拟合参数,拟合的相关系数均大于0.99;对比Fredlund 3参数模型和Fredlund 4参数模型的拟合数据,可以看出假定残余含水率θr等于0是合理的,三种模型对玄武岩残积土土水特征曲线均具有良好的适应性,但VG模型拟合效果最为良好。     

一种基于物理化学基础分析的土水特征曲线模型

土水特征曲线是非饱和土的一个重要的本构特性。它对于研究非饱和土的物理力学特性至关重要,同时也是非饱和土动态水力分析的一个必要条件。长期以来对这一特性的理论解释一直是对研究者的一个挑战。由于岩土内部结构的复杂多变性,而非饱和土的含水状态又涉及到许多物理及化学的影响因素,至今还未能有一个圆满的数学模型在描述这一特性时能够全面概括这些机理。首先综述了目前国际上的主要研究成果。之后,在传统的孔隙介质分析方法的基础上,利用现代表面科学的理论,分析并存于非饱和土孔隙中的水、汽两相的物理化学行为,最后利用平均理论推导出一个宏观尺度下的土水特征曲线的理论表达式。这一理论表达式揭示了土水特征曲线背后的物理化学机理,对该表达式的数学分析发现它能够很好地解释实验中所观察到的现象。最后根据这一理论表达式,提出了一个简化的土水特征曲线拟合模型。通过对多种土壤以及其他孔隙材料的实验结果的模拟证明这一模型不仅能非常好地拟合实验结果,而且优于其它现有的主要模型。     

考虑干密度影响的压实黄土土水特征与渗透特性试验研究

为了研究干密度对压实黄土土水特征、渗透特性的影响,用一维瞬时土柱渗透仪开展了不同干密度压实黄土的常水头渗透试验,得到了入渗量、体积含水率、吸力时程线与土水特征曲线;利用瞬态剖面法计算了非饱和渗透系数,分别得到其与吸力和饱和度的关系曲线.结果表明:干密度增大,入渗量时程线趋于平缓,吸力和体积含水率时程线转折点后移,陡变段...     

双尺度渐进展开计算黏土渗透率影响因素研究

在岩土工程中,可采用双尺度渐进展开法反演计算土体渗透率,其表征单元体(REV)的选取直接影响计算的准确度。以海洋黏土渗透率为例,对REV颗粒形状、排列方式、建模维度以及对土体实际性状代表性等因素进行对比分析。通过4种正多边形模型对比、圆形颗粒正对排布与交错排布对比、3D与2D模型对比,计算结果均与实测值存在较大偏差,而各对比模型彼此间差别不大,说明颗粒形状、排列方式与模型维度对计算准确度影响甚微。而在考虑黏土颗粒多呈扁平状,以及颗粒表面存在强结合水膜的情况下,采用椭圆颗粒结合水膜单元模型(E-W模型),其计算准确度大大提高,并且能够在孔隙比较小时减小结合水膜带来的计算误差,说明REV能否充分表示土体实际几何和物理特性是计算准确度的主要影响因素。E-W模型对高岭土与伊利土渗透率的计算同样有较高的准确度,因此可将其用作双尺度渐进展开法对黏土渗透率的计算REV模型。