在般情况下，天地基往往由成层土所组成，设各土层的厚为，重度hi为，则深度处土的自重应力可通过对各层土自重应

n

,,,,,,,，，，,,,，,hhhhh,cznnii112233,i1

式

i 为第层土的厚度(m); hi

3,i 为第层土的天然重度，对地下水位以下的土层取有效重度(kN/m)。,,i

因土

但在下水位以下，若埋藏有透水层(例如岩层或只含结合水的坚硬粘土层)，由于不透水层中不存水浮力，故层面及层面以下的自重应力应按上覆层的土总重计算。这样，紧靠上覆层与不透水层界面上下的自重力突变，使层

【题1】试算图1所示土层的自重应力及作在基岩顶面的土自重应力和静水压力之和，并绘

【解】

图1 土的自重应力计算及其分布图

1

,,，,192.038kPacz1

,,，,，,38(19.410)2.561.5kPacz2

,,，,，,61.5(17.410)4.596.6kPacz3

,,，，,10(2.54.5)70kPaw

作在基岩顶

尚需:(1)自重应力是指土颗粒之间接点传递的间应力，故又称为有效自重应力;(2)一般土形成地质年代较长，在自重作用下变形早已定，故重应力不再引起建筑物基础沉降，但对于近期沉或堆积的土层及地下水升降等情况，尚应考虑自重应力作用下的变形，这是因为地下位的变动，引起土的重度变果。如图2所示。

,地下位大幅度下降，引起土的重度改变，因，故自重应力增

造

图2 地下水位升降对土中自重应力的影响

0-1-2线为原来自重应力的分布

0-1’-2’线为地下水位变动后自重应力的分布

2

【题2】某建筑场地的土层分布均匀，第一层杂填土，厚

33w,31%;第二层粉土，厚度4m，，，，地d,2.73,,17/kNm,,19/kNms

3水位在

3w,41%w,22%;第四层粘土，厚

;五层

【解】

(1)计算地下水位以下各土层的浮重度

dw(1)，,2.73(10.31)1，，，sw第二层土: e,,,,,110.881.9,

d,12.731,33s,,,， ,,，,109.2/kNm,,19.2/kNmw2sat110.88，，e

dw(1)，,2.74(10.41)1，，，sw第三层土: e,,,,,111.121.82,

d,12.741,33s,,,， ,,，,108.2/kNm,,18.2/kNmw3sat111.12，，e

ww,,2224P第四层土:，土层处于

水层。

(2)计算各截面处的自重应力

第层

地水位

,,，,，,35(19.210)3.567.2kPa第三层土

,,，,，,67.2(18.210)8132.8kPa第三层土

,,，，，，,3519.23.518.28247.8kPa第四层

,,，，,247.819.53306.3kPa第五层土

土

3

图2 土的自重应力分布图

【注】在计算土的自重应力时，一般均指是其有自重应力，即对水位线以下的土浮重度。地下水位以下，若埋藏有不透水层(例如岩或结合水的坚硬粘土层)，由于不透水层中不存在水的浮力，层面及层以下的自重应力应按上覆土层的水土总重计算。因此，紧靠上覆层与不透水层界上的自重应力有突

4

关注土的自重应力

关注土的自重应力

2010-09-14 10:51:37

摘要: 随着国家建设事的发展，土木工程的设计、施工，对岩土工程勘察的要求会越高.本文通过土工试验告诉我们，天然的力性状，除了与土的粒度、密度、湿度有关之外，还

关

1.了

土工验实践告诉我们，天然土的力学性，除了与的粒度、密度、湿度有关之外，受土层在沉积过程中应力历史的影响。土体在自重作，经过漫长的地质年代才压缩稳定。此时某一度土层来自上土层的自应力已转换为有效应力。除了能够引起土体进一步压缩附加应力，土层不再产变。土力学用超固结

式中

P——前期固结应力; c

P——土层自重应力. o

当OCR=1属正常固结土;OCR/SPAN>属超固结土;而当OCR<>

土。有部分学者为欠固结土属于正常固结土中的一，例如新近沉积土或人工冲填土，只是这些土在自重应力

我们多建设工地上可以看到，经过前期的“三通一平”的施工准备后，原先的地貌已变得开、平坦。场高程以上的山头或土丘被削平了;场地高程下山或坳沟被填平了。而地表以下的应力却不尽相同。时，取自挖方下的土样处超固结状态;而取自填方地下的土样如果未经夯实处理，很可是欠固结的。二者若在相深度取样，土层的自重

固试验当前定量测试土层前期固结应力P的唯一手段。

在半数坐标系里，地层下原土的压缩曲线，呈直线状。由于取土导致应力释放、制样局部的扰动，e,lgp曲线的初始段较平缓，经过一段曲率变逐渐复成直线。不同应力历史下土的压缩曲线、前期固结压力不，推出来的原

2.按土的自重应力设置强度试验的荷重

天然积土层的抗剪强度，了与排水条件有关，受土层应力历史的影响也是明显的。直剪验于无法控制试样排水，所提供的抗剪强，数据差较大，模糊了土样的一些力学特性。所以理论上分

砂由于无取到天然结构不被破坏的原状试样，也就谈不上初始的应力状态了。

粘的状态以塑性表。它综合反映了土的粒度、湿度和在一定应力条件下固形成的密度。从天然土层中取出的人工制备的试样，总是具有一定的(应力)强度。

实上性状如同泥浆，有效应力等于，抗剪强也必然为零。常规三轴(UU、CU、CD)试验，是用同一种加荷方式，在同条件下的试验。同一种粘性土用这些方法试验得出的总力强度标有显著的差别，然而，以有效应力强度表示的指标，则十分接近。足见空水力在粘性土抗

2.1天然土层的不固结排水(UU)试验，由于骨架间的应力不随σ变化，各试样在同围压下的抗剪强度因此不变。理论摩檫φuuuu为“0”。其强度“C”随深度(有效

的、正常固结土的排水强度，大致是随着土的自重应力P(状的固0结压力)线性增大。C/ P是常数，数值与土的类别有

量多，C/ P就越大;超固结的饱和土由于前期固结压力的影

C/ P比正常固结土的数值大。 0uuuu

2.2结不排水(CU)抗剪强度，正常固结土因剪前有效固结压为零，其排水强度亦为零，所以摩尔圆包线是过坐标原点的线，即C=0。然而在实际操作中，由取、制样引起应的放，对表的扰动，即使原来是正常固结土也将成为超固结状。这影响在一定程度上糊了试验正常果，使C值略大于“0”。剪破时孔隙水压力为正值，有效摩尔圆在总应力圆左边，有效强度包线亦通坐标原，即C'=C=0。总应力内摩

摩角φ'比总应大一倍左右;超固结土视前期固结压力P大小，当CUcσ<>

剪破也就有较小的孔隙水压力(甚出现负值)，以致有较高的不排水强度，其强度包线呈微弯的曲线，不通过坐标原点。在水件下孔隙水压力先增加后减小，有时甚至减至负值。破时孔隙压力如果为负值，有效摩尔圆在总应力圆的右边。超固结土的摩尔包线不过

2.3结排水(,,)试验，也就是慢剪。因在施剪过程持孔隙水压力为“0”，测得的总应力等于有效应。其强度包线与固结不排水(CU)中的有效应包近。显，当土骨架的有效应力为“0”时，抗剪强度然为“0”。正固结土的线就通过原点，即粘聚力с=0。内摩檫角φ约在20?,40?间，塑性指数越大，φ就ddd越;超固结土的包线略

小，с则,25kpa附近。试样的前期固结压力越大，с

2.4实工作中，土层的自重应力P值与试验荷重(

级，有不同的组，致使试样处于不同的应力状态，响到试验的数据和抗剪强度参数。客观上P与σ的搭

?各

固

?各

固

?P界于各试的剪前有效固结压力之间时，其中σ>P 的试样oo处于正常固结;而P>σ的试样处于超固结状

线，通常用直处理后包线就不会过坐标原点，聚力大于零、内摩檫角比正常固结土小，且P越

实操作中对σ正确选择，应模拟地基土的实际受力况。即最小一级σ应略大于自重压力P，最大的σ应略大于

和。

3.自重应力的程序计算

按层

式中

钻孔号Z ,静水位S

i = i +1

h，ρ ii

n S >h i

y

γ =(ρ -1)g γ =ρg Iiii

P=(h-h)γ iii-1i

P=P+P 0i-1i

σ=P×k 00

y 继续,

n

换孔号, y

n

输出γ、P、σ成果 i0

计

程序流程示意图

γ-土

=ρg [地下水位以下的土样，取有效重力密度 i

=(ρ-1)g]; i

; ρ-土的天然密度 g/cmi

g-重力加速度=9.807M/s;

Δh-

该层

式中

k—土

由于的“自重应力”和“力密度”都是天然密度的函数，且计算简单。只要知道土的密度ρ和取土深度h，就能够很方便地编土0试验成果计算程序中，见程序流程示意图。程序在

4.把

综分析，在土力学试验中关注土的自重应力，提高试验成果的质量非常必要。由于在土工试验规范

中单

此外，在地基土承载力的计中，需要“重力密度”这样的参数，也是缘于相同的原因，在土据成果中没有它的“位置”。有些单位为此土工验成果总表中的<密度>栏目改为<重度>，且取其

?度是的测定值，且为计算其它基本物理指标的依据。

?度有“”、“干”之分，重度则有“天然”与“有效”之别。二者的

?重度栏的据简单地用10倍于密度的值，替“天然密度与重力加速度乘积”计算值，作为数据

从上的算式表, <上覆土自重压力p>与<土的力密度γ>只要软件顾及，可谓是程序计算中的“附带”

其置成专项栏，和其它土工计算指标那样，列入工试验成果总表。可以既名正言顺，又提升土工试验成

5.结语

随着家建设事业的发展，土木工程设计、工，对岩土工程勘察的要求会来越高。土工试验要针对工程和土层的实际，置验数、提高试验质量。在土的强度试验中，根据土的自应力设荷重等级;在综合审定、分析类比试验指标时，结合土的应力历史来考虑。突其合理性和必要

土的自重应力和有效自重应力

岩土工程界 第12卷 第1期

岩土论坛

土的自重应

方玉树

(后勤工程学院)

20世纪80年代,在刊进行过土的自重应力和有效自重应力的讨论:一位同行发表一篇短文认为自重应力计算时下部分自重应按和重度算,该文观点遭到很多人的反对,这人认土的自应力应是有效应。该刊从反对这种观点的文章中选择了篇予以发表并加了编者。近几年来,有一些学者在 岩土工程界 进了样的讨论,不过仍然没有达成一,甚至产生了一些新问题。看来,关于土的自重应力和有自重应力的讨离迷的破解还有相当长的距离。对这个议题,本人也有一些不同的研心得想与同行

定、对土结构的定、对土体表面形态的假定有关,具体计算公式还与截面方向有关。在地基计算中,通是在为线弹材料、土体为表面水平半无限空、土层沿水平向无限展布的假定下计算土的自重应力的,并主要算土的竖向重正应力。在这些假定,土竖向自重剪应力恒为0无需计算,故土的竖自重正应力可简称为土的向自重应;在不计算土的侧向自重应力的场合还可以进一步简称土的自重

根据上土的重应力的定义和计算假定,土的竖向自重应力就是土体中单位面积底面土柱量引起的压力。它是土的度与土柱度(即计算点从地面起算的深度)之积或各层土重度与应层土高乘积之和。重度因水量的增高而大。如果把水下的视为饱

按照上述的自应力定义和计算假定,土的自重应力有以下有别于附加应力的特点:1)竖向自重应力侧向自应力均是主应力;2)自重应不小于0(但不表示其改变量不小于0)。3)自重应力土的重度与柱高度的大而增大;4)重应力来源单一(即自土的自重)。因,土的竖向自重应力计与附加应计算不同,是简单的加法计算,不存在求矢量和代数和的

从这个认知出发,可判断下列4种观点

观点:土的自重应力是有效应力(大文献和很多行有这种观点,例如文献[3]上世纪80年代那场讨论

分析:根有效应力原理,有效应力是总应力的一分。当总应力为的自重应力时,土的有效应力(即有效自重力)就是土的自重应的一部分,故

观点二:土的自重应力以分为总自重应力和有效

[4]

1 关于土

陈津民先生对土自重应力的定义

看成通的线弹性体且无主动面力时土自这个体力的弹应力解?(注:本人在引用陈先生给的定义时考虑到语法改动几

本人不同个定义,原因是:自重应力与是否把土看成普通的线弹性体无(非性的弹性体、非弹性也有应力),也不能理解为某种条件下的应力解。自重应力算方法与土的材料性质定有关。在定中,自重应力归结于

陈梁生先生等给的定义是:!地

[2]

的自重作用

本人不完全赞同这个定义,原因是:体不用作地时也有自重应力,把自重应力限用地基显然不妥。此外,!已

不少教科书只论述自重力的计算而没有清楚地

本人为,土的自重应力就是土体中由的自重引起的力或者说就是土体中由土的自重引的单位面积截面上的内力。这

[1]

2 关于土

土的自重应力计方法与对土的材

。

分:一个事物可以分成部分意着这个事物是这两部分之和,总自重应

岩土论坛

者和不等于土的自重应,故土自重应力不能分为总自重应力和有

观点:地面有积水时,土的自重应力(注:该观点提出者总自重应力)不等于土的饱和重度与土高度之积,土的自应力计应

[5]

GEOTECHNICALENGINEERINGWORLD VOL 12 No 1

个组成部分,而属于附应力,在附加应力计算中

就应而,某种应力是否引起变形以及会引起多大的变,取决于它是否为有应力以及有效应力有多大,不取决于它是否为加应。并不是只有附加应力会引起变形,自重

当需计土的自重应力及其变化引起的变形而涉及的体远非表面水平的半限空间、土层远非沿水平方向无限展布时,采用述自重应力计算假定将带很大误差。此

。

分析:土中一点应力是自重应力

的因素引起应力(即加应力)之和。当地面有积水时,土的自重应力计算是否应计入地面之上水层引起的应力取于水层是否视为层。如水层视土层,则应计入水层引的应,为此时层引起的应力是土自重应力的一个组成部分,在附加应计算中不会计入这部分;如果水层不视为层,则不应入水层引起的应,因此时水层引起的应力不是土的重应力的一个组成部分而于附加应力,在附加应力计算中计入这部分。这两种条件下土的自重应力都等于土的饱和重度与土柱高度之积,不在二者不等的

观四:人工降水、土体干湿化、基坑开挖引起的土中应力变

[5]

3 关于土

土的效自重应力是一种有效应力,在般情况下不简称为土的自重应力,在不可能引混淆的场合(如不涉及下

称为土的自重应力。

土的有自应力作为一种有效应力,其概念来源于有效应力原理。仅其算必须遵循有效应原理,其定义也必须遵循有效应力原理。因此,土的有自重力的定义应该是土自重应力中引起土体变的那部

当计算由的自重起的土体变形时,必须计算土的有效自重应力。但不计算土的自重应力,就无从计算土的有自重力;没土的自重应力,就没有的有效自重力。因此,土自重应力和有效自重应力这两个概念都是需要的,只土的自重应而不提(否定)土的有自应力或者只提土的有效自应力而不提(或否定)土的自重应力都是片面的。上世纪80代那场讨论中,虽然应战方的观点是错误的,但挑战方观点也有片

。

分析:土体干变化和坑开挖都引起而且只引起土的自重发生变化(土体越湿,自重越大;开挖越深,自重越小),故它们起的土中应力改量(对湿变化,湿时为正值,变干时为负;对坑开为负值)属于自重应力改变。人工降低地下水位既能引起土的自重发变化也能引起渗流或渗流改变,故它引起土中应力改变,一部分属于自应力变量,一部分属于附加应力改变,忽略渗流时全属于自重应力。面高于土体表面时,人工降低表水位引起的中应力改变量是属于自重应力改变量还是属于附加应力改量则要看地面上水层是否视为

观五:堤坝填方工程的自引起的中应力在施工和竣工初期属于附加应力,

[5]

。

4 关于土

4.1 有效

按照有效力原,对饱和土,总应力等于有效应力与孔隙水应力之和,也就是说,总应力分为有效应力与隙水力(它是总应力中的无效部分即性部分)两分,或者说,有效应力与孔隙水应力是总应力的个组成部。总体中部分不可能过体,如:土分为粗粒和细粒土,一个场地粒土的数量和细粒土数量不可超过土的数量。因此,有效应力与孔隙水应力都不能超过总

分析:土一点的力是自重应力与自重以外的因素引起的应力(即附加应力)之和。对填方工程,土的自重应计算是应计填方土体引起的应力取决填方土体否视为土层。果填方土体视为土层,则应计入填方土体引起的应力,因为此时填方体引起的力是土的自应力一个组成部分,在附加应计算中不会计入这部;如果填方土体不视为土,则不应计填方土体引起的应力,因为此时填方土体引起的应力不土的自重应

岩土工程界 第12卷 第1期

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有效自重力计中考虑毛细水应力是一种重复计算。工程上计算地下水位以上的有效自重应力时不要求对细饱区采用不同的方法是正确的,不看用疏忽和化。一些教科书说,对毛细饱和区应采用自重应与毛细水力绝对值加的方法计有自重应力;陈津民先说,毛细饱和区有效重应力用土重度与计点深度之这种自重应力算法计算!肯定不正正确?,这些说都是不恰

(3)有效自重应力计算不应考虑合水应力。这是因为:结合水不能传递水学上的水压力,因而

对地下水位以的非饱和,孔隙中的水不是毛细水就是结合水,都不是中性应力,同时因气体密度很小导致气应力绝对值及在土变形中变化均很小,故气可忽。因此,有自重应力就等于自重应力。见,上土(而不是下土)在有效自重应计算中是特例。工程上计算地下水位以上的有自重应力时采用土重度与计点深度之积这种自应力计算方法正确的。陈津民先认为非和区有效重应力更不能用自重应算法,似乎没有道理,这可能与些论的误导有关。地下水位以上土有效自重应力应最简单,现在的一些理论把它弄得复杂到这样的地步:在大本科教学中如陈民先生所说!讲不

[1]

[1]

[1]

在土的有自重力计算中,总应力是自重应力,对饱和土,自重应力等于有效自重应力与孔隙水力(是自重应力中的无效部分即中部分,故确地说应称为初始孔隙水应力)之和。因此,有效自重力计算以下原则:1)计算中涉及的总应力孔隙水应力均应属自重应力;2)孔水应力应无效应力即中性应力;3)有效自重应力不应

有了些原则就可以对有效自重力计算是否考虑渗流、毛细水应力、结水应力、下方承压

(1)有效自重应力算不应考虑渗流引起的

这是因为:1)据土中自重应力计算方法可知,饱和土中的自重应力与计算点以上的饱水带厚(即计点的水下深度)有关,与水否流动及流方向无关,这就是说,渗流引起的应力改量不是自应力改变而是附加力变量(当初始附加力为0时,它就是加应力);2)自而下的渗引起的应力改变量能够引起土体变形,因而也

陈津先在计算有效自重应力时,计入自下而上的流引起的应力改变量,并据此认为浮重度法(注:指用浮重度与土柱度之积表示水面以下部土的竖向效自

[1]

,在实际中又无法

,这是不妥当的。

计算。在有违提出有效应力原理的初衷。有效应力原理因下变形问题而生,如只有水上土而没有水下土,就不会有有效应力原的出现。现在有了有效应力原理,上土中能引起体

(4)有效自重应力算不应考虑下方承

这是因:根土中自重应力计算方法可知,隔水顶板及其以上土层中计算点的竖向自重应与计点以上土中水情况有关而下方承压水关,这就是说,对隔水顶板及其以上土层而言,承水对隔顶板底面力(即与承压水头应的水压力)是向朝上的附加压力,是一个外载,它对隔水顶板及其以上土层中的自重

李广信先生提出的有效重应力计算应考虑下方承

[5]

如果对渗流响有顾,那是不必要的,这是因为:自下而上渗流条件下的抗流土计算是把土的竖向有效自重应力与对应于水头的孔隙水力差作比较,以土的竖向效力(不竖向有效自重应)等于0为临界条件;自上而下的流条件下土的变形计是把所有竖向效应力引的变形相加,即竖有效自重应力引起的变形和应于动水头差的孔隙水应差(它能导致孔隙水应力小,它是竖向效应力,但属于竖向有效附加应力而不属于竖向有效自重应力)引起的变形

(2)有自重应力计算不应考虑毛细水应力。这是因为:1)毛细水应力的孔隙水应力,能够引起土体形(使颗粒挤紧),故是中性应力;2)考虑毛水应力将导毛

显然,对毛细饱和区,有效自重应力等自重应力。它同深度的水下饱和区有效自重应大,已经体现了毛细水对效

是不妥当的。

在在乎有效应力大小的场合,必厘清哪分有效自重应力、哪部分有效附加应力,只要

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4.2 原理法的分析

毋庸疑,土的有效自重应力计算必须遵循有应力原理,因此,从自重应力中扣除孔隙水应力应是有效自应力的根本计算方。为便于

有效自应力算中的关键问题是正确计算孔隙水应力。建立在1)孔隙水应力是单位面土截上的水压力,2)孔隙水力(及总力、有效应力、剪应力)所涉及的截面是在颗粒(胶团)之间通过宏上是平面的曲面,3)结合水不传(水力学上的)水力这三

u= wh

(1)

式中 w为的重度;h为压力水头,不考虑渗流时等于计算点从水位面起算深; 是单位面积土截面自由水所占面积,也即在同等压力水头下土中某面所受到的隙水应与面在完全暴露于体中时所受的水应力(即水学上

用原法计算时,根据有效应力原和水压率理,由多个水平土层组成的土体某点的竖向有效自重应

?cz=

m1

m2

m2

[6~8]

GEOTECHNICALENGINEERINGWORLD VOL 12 No 1

(1)关

重度是力密的简称。根据物理学原理,如果忽略重力加速度的极微差异(工上常都取10m/s),定的土(:指颗粒组成和状态都确定的土)同有确定的质量密一样有定重度,同不可有两个以上质密度一样不可能两个以

在含水率取最值和最大这两个极端状态下重度的最小值和最大值,实际上分别是干土和饱和土这两种颗粒组成相同而状态不同的的重度。水面以下土有效量(浮重)是该土固有的重量。有质密度有相的重度,没有质量密度就没有应的重度。浮质量密度是不存在的,因而浮重也是不存在的。虽然某些科书(如文献[9])把土的浮质密度定义为单位体土中粒扣除同积水质量后的质量(或单体积土中颗粒有效质量),但种义的物理含义是不清楚的。浮重既然不是土的理性质指标,就只能理解为用浮重度法计算有效自重应力时用的一个与重度同纲的计算参数的

(2)关

浮度的正确计算应该使浮重度计算竖向有效自重应力的结果与用原理

(2)

设浮重度 ?为未数,用浮重度法

?cz=

m1

m2

2

% h

i=1

i

i

+

%

j=1

sat,jhj- m2 w%hj

j=1

式中m1、m2分别为计算点以上土层中水位以上和以下土层数; i、sat,j分别为水以上第i层土和水位以下第j层土的重度;hi、hj别为位以上第i层土和位以下第j土的厚度; m2为

由此可知,竖向有效自重应力随计算所在土层水压的减小而增大,当计算点所在土层水压率为0时,竖向有效重

4.3

长期来,用浮重度法计算竖向有效自重应力十分普遍(从土学地基基础教科书及关国家标准、行业标准可见一斑)。同时也有很人认这种做法不适用于不透水层。陈津民先生为这

[1]

%

ihi+

i=1

%

?jhj

(3)(4)(5)

j=1

(2)式与(3)式应相等,因此有

?j= sat,j- m w

2 当 m2=1时,有

?= sat- w

由(4)可知,计算竖向有效自重应力时,若假设水重度为定值,那么计算点以上各层土的浮重度除与层土的和重度有关外,还与计算点所在层的水压率关,随其减小而增大。当计算点所在土层的水率为0时,层土的重度与其饱重相等。因此,用(5)确定浮重度在一般况下是不正确的,只在计算点在土层的水压率为1(如计算点位于水下粗粒土中)时才是正

(3)关于

从上可,当浮重度用(5)式计算时,浮重度法适用于计算点所在层的水压率为1的情形。非不透水层仅表示土层水压率大于0,并不表土层的水率

。前面

已经出,计算有效自重应力不应考虑渗流响,因此陈先的说法中无渗流的限制应取消。究竟重度法是否可行、否有范限

岩土工程界 第12卷 第1期

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不,前面已经指出,计算效自重应力不考虑渗流引起

(2)据(6)式,当h0&h1( sat- w)/ w时, ?cz

?0。粘性土层中任意深度处无有效自重力或有效自重应力均为负是不可能的,这说

(3)如当h0>0时粘性土层中有效自重应力计算要考虑承压水的影响,那么,当h0<0即承压水位低粘性层中的地下水水位时,性土层中效自重应力算也要考虑承压水的影响,此时,由(6)式知,考虑承压水影响将粘性土层中效重应力增大。这种结果h0>0时考虑承压的影响将使粘性土层中效自重应减小的结果正好相反。这是难以理解的,说明(6)式是不正

(4)如前所述,计算该层粘性土中的竖有效自重应时不应考虑其下方承压水水应力。(5)该层粘性土中的竖向有自

5.3 液

长期以,性指数小于0的粘性土中竖向有效自重应力等于竖向自重应力的点比较流行。对这种观点,李广信先生认为:完全不透水的土是不存在的,作为承压含层隔水板粘性土层会受到压水的作用,其浮力(扬压力)甚至

本人的意见是:

(1)液指数小0的粘性土中不含自由水(如果裂隙的影响可以忽略),其水压率为0,故其孔隙水应力为0,因此竖向有效自重应力等于向自重应的判断是正确。但是,只考虑液性指数小于0的情况特殊性而考虑液性指大于等于0的情况特殊性不整的。如果液性指数大等于0时孔隙水应力按 wh计算,则会因法解释人的质疑而导致对液性指数小于0的粘性土不计孔隙水应的做法被

质疑一:当液性指数在0左右时,试验中的微小误差既会液性指数小于0变成性指数不小于0,也会使液性指数不小于0变液性指小于0。此时,孔隙水应

质疑二:现场实际土层不是绝对均匀的,若干个土的液性指数小于0不能说明现场实际土层的液性指数一定小于0,能排除现场实际土层的性指数不

[5]

法给出的非不

但是,当浮重度用(4)式计算时,浮重度法适

5 对当前几种

计算方法的讨论

5.1 在地表出露粘性土层充满地下

位面低于粘

李广先生认为:在此种情况下,粘性中的地下水滞水(注:一般称上层滞水),水应力为0,其竖向有效

本人不赞同这

(1)性层中的地下水与下方的地下水脱离是很少见的,除非原本未离,来人工抽取下方的地水造成下方的地下水位相对快速地下降从而使两者脱离,时二者有从上到下的向渗流产生。过,前面已经出,

(2)该粘性土层中的地下水必能称为层滞水,根据水文地质学,上层滞水是位于

(3)粘土中地下水是上层滞水时,其孔隙水应力不为0;粘性土中的地下水不是上层滞水时,孔隙应力也不为0。这是因为:只有(水文地学意义上的)地下水,就会有孔隙水应力,有当粘性的水压率近于0时孔水应力才接近于0。此,该粘性土层中竖向有效自重应力竖向自重力不相等,只有当粘性土的水压率接近于0时二

(4)该层粘性土中的

5.2 在地表出露粘性土层充满地下

位高于粘性土层中地下水水面的承压 李广信先生认为:在种情况下,竖向有

[5]

[5]

。

。

(为避免与

(6)

淆,原式中

?cz=z( sat- w- wh0/h1)

地下水水位的差

本人不赞同这

(1)粘土中的地下水位低于其下方的承压水位是少见的,必须有一或两侧地形地质条件的配合。此时二者之间有从到上的垂向渗流产生。中z为计点

岩土论

质疑三:完全不透水的土是不存在的,这样,液性数小于0的粘性土中的孔隙水应力是应按 wh计算。李信

只有孔水应按(1)式计算或者说竖向有效自重应力按(2)式计算才能把道理说清,是因为:按(1)式计算时,孔隙水应变化于0和 wh之间,不存在跳跃问题;水压不为0接近于0,孔隙水应力接近于0。因此,液性指是否真的小于0,液性指

(2)李信先关于承压水影响的顾虑是不必要的,这是因为:1)如前所述,计算粘性土层中的竖向效自应力时不应考虑其下方承压水影;2)抗突计算是把隔水顶板底面处竖向自重应力与来承压水的孔水应力作较,以此竖有效应力(不是竖向有自重应力)等于0临界条件;3)液性数小于0粘性土不存在流土问题,且流土与承压水无关(与渗流有

GEOTECHNICALENGINEERINGWORLD VOL 12 No 1

的应力与孔隙水应力均应于自重应;孔隙水应力应是中性应力;有效自重应

(4)有效自重应力计算不应考虑渗流引起的应改变量、毛细水力、结合水应力和下方承压水水应力。在在乎有效应力大小的合,不厘清

(5)从自重应力中扣除孔水应力应有效自重应力的根本计算方法,孔隙水应

(6)重度不存在的,不是土的物理性质指标,只能理解为用浮重度法计算有效自应力所用的一个与重度同量纲计算参数称谓。用浮重度法计算有效自重应力时,浮重度按(4)式计算,随算点所在土层水率的减小而增大,当计算点所在土层水压率

(7)向效自重应力与计算点所在土层的水压率有关,随着水压率的减小逐步近竖向自重应力。粘土的水压率与其状态有关,故不同状态的粘性土竖向有效自重力与竖自应力的差距是同的。液性指小于0的粘性土压率

表1 土

参

附加应力有效

(附加孔隙水应力)

6 结论

(1)土中应力类型其相互关系可以清楚地

考文献

总应力有效应

自重应力有效自重应中性自重应力(初始

[1] 陈津民.二谈错

2008,11(8).

[2] 陈梁生,等.土力与基础工程[M].北京:

1957.

[3] 周景星,王洪瑾.谈土中应力,兼答陈津民先

应-错误的自重应力计算公

[4] 李广信.土体、土架、土中应力及其他,兼与

[J].岩土工

[5] 李广信.关于土力

的自重应力[J].

[6] 方玉树.基于水压讨论土中孔隙水压力及有关

土工程界,2007,(5).

[7] 方玉树.水压率理被推翻了吗[J].岩土工

(11).

[8] 方玉树.水压率理论释疑[J].岩土工程界,2008,(4).[9] 赵明华(主编).土力学与基础工程(

理工大学出

土自重应力是由土的自引起的力或者说是由土的自重引起的单位面积

有效自应是土的自重应力中能引起土体变形的那部分应力,者是土的自重应力中有效部分。土的自重应力和有效自重应力是两个不概念,计算土的自重应力和有效自重力都是必要,既

(2)土竖向自重应力是土的重度与土柱高度(计算点从地面起算深度)之积或各层土的重度与相应层土柱高乘积之和。如果把水下土视为和,

(3)有效自重应计算的原则是:

承压水对地基土自重应力的影响

承压水对地

()徐洪安 中山市工程勘

【要】 本文指出了承压水统中土体的自重应力变化特点,

土自

【关键词】 承

【A bstrac t】 F ea tu re s o f se lf2w e igh t st re ss va r ia t io n o f so il m a ss in co nf ined w a te r sy stem a re po in ted o u t

2.h e re in to im p ro ve fu r th e r th e ca lcu la t io n o f se lfw e igh t st re ss o f sub so il

【Key words】 co nf ined w a te r se lf2w e igh t st re ss sub so il p re ssu re o f co nf ined w a te r h ead

5 计算天然状态下基土的自

土工程勘、 计等方面常见的一项基本工 应该为 ′= - , 是上覆全部水土体 ΡZA ΡZA F h ΡZA 1 , 4 内容, 目前采用的此类计算方法在考 的总自重应力, 方向下, 运用现行计土 虑地下水对地基土自应力影响时, 仅局 中某点的自重应力法可求得应力值; F h 于潜水方面, 未谈及承压水其中会产

则为承头压力, 方向朝上, 它的大小等 应, 然在工程实践中, 经常会遇到地基土 中6 于 。不难得知, 点体受到 的作 ’Χwh A F h 有

用比自身受到的浮力要。此处

头力的存在, 使下伏体的自重力变小, 为一体对待, 就难以准

并当 发生变化时, 同改变下伏层的 F h 特殊深度的实际自重应力

受力状态。 相关后续计算带来较

点体位于承压水地层当, 受力状 B 1 承压水系

态潜水地层中的情况类。这是为承压 如图1所示, 承压

水地层并非处在一密闭的容器中,

上能分析出, 当地层中有承压水存时, 承 , 个特殊位置即 A 、B、C 三处。 压水对隔水顶板

A 点单位土体位处隔顶板的底。众 托作用, 而对自身运移

周知, 承压水自身受压力, 并以一定压影响主要表现为浮力作用。

水地层中土体的有

的水下重度是理的。不必去考

压力对

隔水底板顶面

覆全部水土体总的

包含有承压水

水压力方向在该处

处土体受力大小区在于, 点处反而

增加 ’

图1

1999 年第 5 期 工 程 勘 察 35 2 计算示例 于隔水底板面处, 则存在增

当地土中在承压水时,计算地基土 我们对这两处土的自重应力的变化特性要给 2所。图中各符号意自重应力概化为图予分认识, 否则计算出的地基土自重应力 义 存在较误差。特是压水头压力较大 如 下: —— 地 基 土 某

() ; —— 第 土体的帄均重度 (/ k P aΧi i kN 由此也给予我们一个启示, 为达到准确 3 ) ; —— 第 层 土 体 的 均 水 重 度 ′m Χi i 计算基土自应力的需, 在岩土工程勘 3 () ; —— 第 层土体的帄均饱和重 /kN m Χsa ti i 察时, 不但要测潜水位, 而应重视对承 压3 () () 度 /; —— 第 层土体的度 ; kN m h i i m 水位的测量, 避免漏失掉承压水压力这 个3 () —— 水的重度 ; —— 承压水头/Χw kN m hm 重要数

另外对于那些

的地区, 宜重视制反应区域承压

况的系列图件, 满足指导岩土工

方面工作的需要。

参 考 文 献

《工地质手册》编写委员会, 《工程地质册 1 ( ) 第三版》, 中国建筑工业

( 月 林宗元, 《岩土工勘察设计手册 第2 ) 版》, 辽宁科学技术出版社, 1996年3月 铁道图2 部第三勘测设计院, 《桥梁基和基 3 ( ) 修版》, 中国铁出版社, 北京, 1996年 若在下地基土中存在另外承压水地 顾晓 钱鸿缙 刘惠珊 汪时敏, 《地基与 层, 则仍按类似方法去析计算地基土自 ( ) 基础 第二版》, 中国建筑工业出社, 1993 4 年12月 重应力。 王大 张人权 史毅 许倬著, 《水 3 结 语文地质学基》, 地质出社, 1986年6月 5 《岩土工程手册》编写委员会, 《岩土程手 当地基土中存承 综上所述不难

( ) 第一版》, 中国建筑工业出版社, 1994年 水时, 由于有承压水头压力的存在, 它会 10月 6 用于隔水板

应 在 此 位 置 出 突 变 转 小 ’ 值,

渗水量计算, 西南公路, 1994年第3期 ()上接第30页 华南理工学 东南大学 浙江大 南 2 这即是说, 原设计的安全储备已近大学,《地基基》, 中国建筑工

已是最大

参 考 文 献

张永治 段桂华, 山地填土边坡场内

承压水对地基土自重应力的影响_徐洪安

　　　　　　34工　程　勘　察1999年第5期　

承压水对地

徐洪安

(中山市工程勘察

【提要】　本文指出了压水系统中土体的自重

进一步完善了地基

土自重应力的计算。

【关键词】　承压水　自重应力　地基土　

【Abstract 】　F eatu res o f se lf-w ei gh t s tress vari a tion o f so il m ass in con fi n ed w a ter sys te m are poin ted ou t

h erein to i m p rove fu rther th e calcu lati on of s elf-w ei gh t stres s o f sub soil .

【K ey words 】　con fi n ed w ater 　self-w eigh t s tress 　sub so il 　p res su re o f confined w ater h ead

　　计算天状态下基土的自重应力是岩土工程勘察、设计等方面常见的一项基本工作内容, 目前采用的此计算方法[1～4]在考地下水对基土自重应力影响时, 仅限潜水方, 未谈及承压在其中会产生效应, 然而在工程实践, 经常会遇到地基中有潜水和承水伴存的现象。潜水与承压水者具不同的水力特征, 笼统地将者混为一体对待, 就难准确求得地基土中某些特殊深的实际自重力值, 而且会给与其相关的后续计算带来较大误差。1　承压水统中土体的受

如1所示, 承压水系统中土

A 点单位土体位处隔水顶板的面。众所周知, 承压水自身承受

力作用隔顶板[5], 所以A 点处受力状态应该为e ′ZA =e ZA -F h , e ZA 是上覆全部水土体的总自重应力, 方向朝下, 运用现计土中某点的自应力方法可求

[6]

于V w h 。不得知, A 点土体受

用力自身受到的浮力要大。此处有承压头压力的存在, 使下伏土体的自重应力变小, 并当F h 发生变化时, 同

B 点土位于承水地层当中, 受力状态与潜水地层中的情况类似。这是因为承压水地层并非处在一个闭的器中, 从整体上能够分析出, 当地层中承压水存在时, 承压水对隔水顶板及其以上全部水土体起着顶作用, 而对身运移其的土体自重力响主要表现为浮力作用。因此, 在计算承压地层中土体的有效自重应时, 仅用土的水下重度是合理的。不必去考虑承压水头压力对水土体的

隔水板面C 处单位土体受到的上覆全部水土体总的自重力用, 事实上也含有承压水头压力的影响因素。只是承压水压力向在处转化为朝下。与上述A 处土体受力小区

　1999年第5期

2　计算示例

当地土存在承压水时, 计算地基土自重应力宜概为图2所示。图中符号意义如下:e z i ——地基土中点的

′i ——第i 层

(kN /m 3); V sati ——第i 层土

度(kN /m 3); h i ——第i 层土体的

3

w ——水的重度(kN /V m ); h m ——承压水头

k 于隔水底板顶面

我们对这两处土

予分认识, 否则计算出地基土自应力会存在较大误差。特别是承压水头压力

由此给我们一个启示, 为达到准确计算地基自重应力的需要, 在岩土工程勘察时, 不但要量测潜水位, 且应重视对承压水位测量, 免漏

另外于那些地基土范围内存在承压水地区, 宜重编制反应区域承压水分布情况的列图件, 以满足指导岩工

参

考

文

献

高度(m)

。

[1]　《工程地质册》编写委员会, 《

(第版) 》, 中国建筑工出版社, 1992年2月[2]　林宗, 《岩土工程勘察

图2

辽宁科学技术

《桥梁地基和基础

1996年

若下伏地基土中还存在另外压水地层, 则仍应按类似方法去

重应力。3　结　语

综上述难看出, 当地基土中存在承压水时, 由于有承压水头力的存在, 它会作用于隔水顶板底面, 使覆水土体总自重应力此位置出突

[3]　铁

(修订版) 》, 中国铁道出版社, 北京,

[4]　顾晓鲁　钱

基(第二版) 》,

[5]　王大纯　张权　史毅虹　许绍倬

文地质学基

1986年6月

[6]　《岩土工程

册(第一版) 》,

(上接第30页)

　　即是说, 原设计的安全储已耗近80%, 故可认为此时的V W =15m /d基本

参

考

文

献

3

渗量的计算, 西南公路, 1994年第3期[2]　华南理工大学　东南

大

[1]　张永治　段华, 山地填土边坡

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