第46卷 第 1期
2014年 2月
西安建筑科技大学学报 (自然科学版)
J．Xi’an Univ．ofArch．&Tech．(Natural Science Edition
Vl01．46NO．1
Feb．2014
支 护 结 构 上 水 土 共 同 作 用 的 微 观 机 理 研 究
蒋 希 雁 ， 周 若 雯
(1．河北建筑工程学院土木工程学院，河北 张家口 075024；2．河北省第四建筑工程有限公司，河北 石家庄 050000)
摘要：为解决水土压力合算和分算的争议，从理论上证明粘性土水土合算在某些情况下的合理性，基于微观层面分析了土中
孔隙及土中水的类型及特征 ，研究了水土共同作用的微观机理，建立了临界重度方程及估算公式，给出了粘性土传递孔隙水
压力的判别公式；选取不同地区粘性土，进行重力失水试验，试验结果表明：试验值与公式计算值差异很小，试验验证了公
式的合理性．综合机理分析及试验成果，证实了对于现有基坑工程中所涉及的粘性土，其孔隙中仍然存在可流动的孔隙水 ， 一 般都能传递孔隙水压力，水土压力应当区别对待 ．
关键词：粘性土；孔隙水压力 ；水土共同作用；微观机理
中图分类号：TU46 文献标志码 ：A 文章编号：1006—7930(2014)01—0022．05
随着 大规 模基 坑和 地下 工程 的发 展 ，支护 结构 上 的水土 压力 计算 得到越 来 越 多的重 视和讨 论 [1-31．由
于 我 们对 原状 土开 挖过 程 中水一土 -挡 土结 构共 同作 用机 理 的认识 不 够深 入透 彻 ，在 基 坑支 护结 构 的设计 计
算 中凸现 出许 多 问题 ，一 方面 ，大 量 的实测 结果显 示 支护 结构 上 的实 际 内力远小 于 理论计 算值 ；另一 方面 ，
每年 仍有 大量 的基 坑事故 频 发 ，并且地 下水 往往 是 事故 的罪魁祸 首 ．
水土压 力 计算 问题 长期 困扰岩 土工程 界 ，曾经 引起 很 大争议 ．针对 砂 土而言 ，采 用有 效应 力强 度指 标 ，
选用 水土 分算 ，并不 存在 分歧 ，计 算结果 与现 场实 测接 近 ，且 符合 有效 应力 原理 ；但对 于粘性 土 ，则存 在
截然 不 同的几 种观 点和 不 同的处 理方法 [4-9]．粘性 土采 用水 土合 算与 实测较 为接 近 ，但相 当于 对 水压 力进
行 了折 减 ，不符合 有效 应 力原理 ．一 些学 者反对 粘性 土 的水 土合算 ，认 为偏于 不 安全 ；也有一 些 人支持 粘
性 土 水土 合算 ，认为 水土 合 算可 能存 在一 些微 观机 制 [10-12]，但 没 有在 微观 机 制上 进行 定量 分 析 ．基于 上
述争议 ，启 发 更深层 次 的思考 ，水土 分算 法 的理论 基础 “有效 应力 原理 ”针对低 渗透 性 的粘性 土 是否仍 然
适 用 ，?水 土合 算法 是否 存在一 些合 理 的微观 基础 ，?要 回答 上述 问题需 了解 粘性 土 的微观 结构 特征 、粘性 土
中水 的存在 形 式、水 土 共 同作 用机 理及 孔 隙水压 力 的传递机 理 ．
1 试 验 微 观 分 析
1．1 土体 中 的孔 隙
文献 [13]对具 有天 然原 状 结构 的粘性 土进行 孔隙分布 试验 ，粗 略将 土 中孔 隙分为 5类 ：① 大 孔隙 ，
孔径 d >8岬 ，包 括孤 立 孔 隙和部 分连 通 的粒 问 孔隙 ， 内含 结 合水 和 自由水 ，后者 占主 导地 位 ；② 中 孑L
隙 ，孔径 3gm ≤ d<8 gm ，以粒 间孔 隙为主 ，包括 部 分大 孔隙压 缩转 换而 来 的孔隙 ，孔 隙直径 大 ，连 通
性 好 ，对 土 的 压 缩 性 及 渗 透 性 影 响 显 著 ， 孔 隙 水 以 自 由 水 为 主 ， 结 合 水 次 之 ；③ 小 孔 隙 ， 孔 径
0．3gm ≤ d<3 ， 含 部 分 粒 内 孔 隙 以 及 由 上 两 级 孔 隙 压 缩 后 的 孔 隙 ； ④ 微 孔 隙 ， 孔 径
O．09gm ≤ d<0．3 m ，主 要 为 粒 间 孔 隙 ，连 通 率 高 ，是 渗 透 固 结 的主 要 通 道 ；⑤ 超 微
支护结构上水土共同作用的微观机理研究（论文）.pdf
