基本介紹
- 中文名：殘餘孔隙水壓力
- 外文名：residual pore water pressure
- 學科：土木工程
- 原因：往返剪下作用、循環剪下作用
- 有關術語：孔隙水壓力
- 危害：土體液化
簡介,飽和土,液化,
簡介
孔隙水壓力是指土壤或岩石中地下水的壓力，該壓力作用於微粒或孔隙之間。從振動孔隙水壓力發展的整個過程來看，可大致分為 2 個階段： 振動孔隙水壓力以較快的速度發展； 振動孔隙水壓力主要體現了波動效應，幾乎沒有累積效應。殘餘孔隙水壓力是指飽和土在往返剪下作用或循環剪下作用下引起的一時不可恢復的孔隙水壓力。當殘餘孔隙水壓力達到一定值，會使土的有效應力趨於零，全部應力由土骨架轉移到水，土的抗剪強度和抵抗變形的能力，幾乎完全喪失，而且變形的增長具有突發性，土轉為液化狀態。例如在海洋工程中最重要的荷載是波浪荷載，波浪荷載以循環壓力波的形式作用於海床上，引起海床中孔隙水壓力和有效應力的變化，使海床出現變形、剪下破壞、液化等現象，導致海床的失穩，甚至引起坐落於海床上的結構物發生破壞。變幅波浪荷載作用下振動孔隙水壓力的上升與累積損失能量緊密相關。在三向非均等固結條件下，初始主應力方向角、初始偏應力比、初始中主應力參數對殘餘孔隙水壓力與累積損失能量的關係均有較大影響，在相同的累積損失能量下，初始主應力方向角與初始偏應力比越大，殘餘孔隙水壓力越小；但殘餘孔隙水壓力隨著初始中主應力參數的增大而增大。
飽和土
飽和土為土體內的孔隙基本上被水充滿的土。《土工試驗方法標準》的“試樣製備和飽和”一節中明確給出了飽和標準是“飽和度不低於95﹪”（顆粒粒徑小於60mm的土）。土的飽和度Sr是土的孔隙中水的體積與孔隙體積之比，用百分數表示，形容土的孔隙被水所充滿的程度。它可以用於判斷土的乾濕程度，變化範圍為0~100%。Sr=0為乾土，Sr=100%為飽和土，0<Sr<100%為一般三相系土。砂性土採用浸水飽和法；滲透係數大於10^-4cm/s的粘性土採用毛細管飽和法；滲透係數小於、等於10^-4cm/s的粘性土採用抽氣飽和法。
毛細管飽和法
1.選用疊式或框式飽和器，試樣上、下面放濾紙和透水石裝入飽和器內並旋緊螺母。
2.將裝好的飽和器放入水箱內注入清水，水面不宜將試樣淹沒，關箱蓋。浸水時間不得少於兩晝夜。
3.取出飽和器，鬆開螺母，取出環刀，擦乾外壁，稱環刀和土的總質量。
抽氣飽和法
1.選用真空飽和裝置，將裝有試樣的飽和器放入真空缸，真空缸與蓋之間塗一層凡士林蓋緊。
2.將抽氣機與真空缸接通，開動抽氣機。當真空壓力表讀數與一個大氣壓力值相
等時，微開管夾使清水徐徐注入真空缸。在注水過程中，真空壓力表讀數宜保持不變。
3.待水淹沒飽和器，停止抽氣。開管夾使空氣流入真空缸，靜止一段時間，粘性土宜為10h。
4.打開真空缸，從飽和器內取出試樣，稱試樣質量，並計算飽和度。當飽和度低於95%時，應繼續抽氣飽和。
液化
液化是指物質由固體狀態轉變為液體狀態的行為和過程。從力學行為來看，物質的固體狀態和液體狀態最本質的區別在於物質在固體狀態具有抗剪強度，而在液體狀態則不具有抗剪強度。土是一種壓硬性材料，模量和強度都與有效應力有關，因此土由固體狀態向液體狀態的轉變是孔隙壓力增大、有效應力減小的結果。液化問題一般是針對無黏性土而言的。黏性土因其具有黏聚強度，即使有效球應力減小到零，也具有一定的抗剪強度，不能達到完全的液體狀態。砂土是最常見的無黏性土，液化問題大多也以飽和或接近飽和的砂土為研究對象。飽和砂土是由土顆粒與孔隙水組成的多孔兩相介質。飽和砂土的液化是在一定條件下由於荷載作用導致孔隙水壓力增長的結果。
Seed等把不排水循環剪下試驗中有效應力第1次為零的狀態稱為初始液化，從而把液化過程分為初始液化前(簡稱：液化前)和初始液化後（簡稱：液化後）兩個階段。20世紀60年代、80年代關於地震液化問題的研究主要針對液化前，著重研究初始液化的產生機理、影響因素、判別方法等，尤其在液化的判斷（亦稱液化可能性判斷）方面取得了相當的進展，提出了多種基於室內試驗或震害調查的液化判斷方法，其中一些方法的可靠性也比較高，並已納入相應的抗震設計規範。20世紀80年代以來，通過震害調查人們逐漸認識到：土層液化並不一定存在危害，只有當液化引起的變形足以危害結構物安全或正常使用時才造成危害；液化問題研究的核心不是強度，而是變形發展過程。此後液化問題的研究重心逐漸轉向液化引起的變形評價。對液化引起的變形的評價方法主要有：基於室內試驗或現場調查的簡易估計方法、基於動力反應分析的數值評價方法。基於簡單的室內試驗或現場調查而建立起來的一些經驗或者半經驗性的公式和方法，難以真實地反映具體場地的地形、地質條件和動力條件，預測的變形精度和可靠性較差；同時無法合理評價土與結構系統的複雜的動力相互作用。基於動力反應分析的數值評價方法在理論上可以考慮複雜的地形條件等，可以進行土與結構的動力相互作用分析，其預測的精度主要依賴於所採用的本構模型的模擬能力及模型參數確定的合理性和可靠性。因此，這一時期廣泛開展了可用於液化分析的本構模型的研究，提出了大量的非線性彈性或彈塑性的循環本構模型。這些模型明顯存在以下不足或缺陷：（1）幾乎所有的動本構模型都不能正確地再現複雜往返載入過程中飽和砂土反覆出現的剪脹，別是反向剪縮以及體應變不斷累積變化的規律性；（2）幾乎所有的模型，都是針對初始液化前的中小變形而提出的，它們不可能正確地評價初始液化以後的靜力或者往返載入引起的大變形以及具有非穩定特徵的流滑破壞。
