基本介紹
- 中文名：空隙水壓力
- 外文名：Interstitial water pressure
- 簡稱：空隙壓力
- 形成原因：由於地下水的水頭值作用所產生的
- 決定因素：空隙水壓力的大小是由水頭值決定
- 影響：其變化對岩體的變形破壞產生影響
概念,特點,對岩體變形破壞的影晌,典型實例,
概念
空隙水壓力簡稱空隙壓力，是指當岩土空隙被重力水飽和時，水對固體骨架產生一種正應力。空隙水壓力的矢量指向空隙壁面。在土體中稱孔隙水壓力或孔隙壓力。由於重力水服從靜水壓力分布規律，故空隙水壓力的大小是由水頭值決定的。
特點
研究表明，土力學中關於土體的有效應力原理完全適用於岩體。因此，地下某點的空隙水壓力Pw為：
Pw=ρwgh
σ′=σ-Pw 或σ=σ′+Pw
在式中，σ′、σ分別為有效應力和總應力。
顯然，在飽和岩土體中，當總應力一定時，空隙水壓力的增減，勢必相應地減增有效應力，從而影響岩土體的變形和強度。這就是有效應力原理。
作為建築物地基的飽和土體，在建築物荷載作用下所承受和傳遞附加應力的規律，同樣遵循有效應力原理。由附加應力作用引起的超孔隙水壓力隨著土體的壓縮變形而逐漸消散，而有效應力逐漸增長。這一由超孔隙水壓力向有效應力轉移過程所需的時間，就是土體固結沉降達到最終穩定的時間。時間的長短取決於土層的滲透性和排水條件。
空隙水壓力對岩土體強度的影響，可以莫爾一庫侖破壞準則來描述：
τf=（σ-Pw）tgφ+c
顯然，由於空隙水壓力的存在，削減了有效應力，以至使某個剪下面上的抗剪強度降低。這一影響可從莫爾強度包絡線圖上非常清楚地顯示出來。空隙水壓力對岩土體穩定性的負影響，存在於不少工程地質研究課題中。
對岩體變形破壞的影晌
根據上述公式分析表明，無論是哪一種類型的岩體，有效應力原理是普遍適用的，岩體的變形破壞取決於有效應力，因而岩體內空隙水壓力的變化必然對岩體的變形破壞產生影響。
引起岩體內空隙水壓力變化的原因，可有以下三個方面。
⑴地下水補給排泄條件的變化引起的岩體內空隙水壓力的變化，如特大降雨，洪水，持續乾旱、人工抽水、注水或水庫蓄水等，均能造成地下水位大幅度的變化，從而引起岩體內空隙水壓力的增減。
一些研究表明，上述因素所造成的水位變動與岩體內空隙水壓力變化之間總有一定的時差，且通常空隙水壓力的變化總是滯後於氣象、水文條件的改變。
⑵岩體受荷狀態的變化引起的岩體內空隙水壓力的變化
土力學中已指出，在加荷過程中，飽水的土體所承受的附加壓力P是由水和顆粒骨架分別承擔的。其中由水承受的壓力稱之為中性壓力Pwe。由顆粒骨架承受的那部分壓力稱之為有效壓力Ps，這種由於附加壓力引起的中性壓力，它不同於由土體中靜水壓力造成的空隙水壓力Pw0，稱之為剩餘空隙水壓力或超空隙水壓力（excess pore pressure），表示為：
P=Pwe+Ps 或Pwe=P-Ps
超空隙水壓力的出現，顯然使土體的抗剪強度降低：
S=（σs-Pw）tanΦ+c
當Pwe=σ-Pw0時，抗剪強度幾乎降為零，砂土類土和飽水敏感粘土可因此而發生液化。
超孔隙水壓力可由Pwe=P變化至Pwe=0，它的變化速率與加荷速度、土體的透水性能，排水或封閉條件以及土體的壓縮係數等有關，土力學中有關土體的滲透固結的理論同樣也適用於較軟弱破碎的岩體。
堅硬的裂隙岩體，由於透水性和排水條件均較土體為好，變形模量也遠較土體為高，因而緩慢的加荷過程很難在岩體內形成具有實際意義的超空隙水壓力。但是突發的規模較大的動荷載(如地震、人工爆破等)，則可因裂隙中的水來不及消散而造成瞬時的較高的超空隙水壓力。因此，在分析地震或人工爆破對飽水岩體穩定性的影響時，必須考慮這一因素，尤其當裂隙中充有粘土等降低裂隙透水性能的物質時，這種影響更為明顯。
⑶岩體變形破裂引起的岩體內空隙水壓力的變化
岩體變形進入破裂階段（尤其是進入不穩定破裂階段）以後，破裂造成的擴容現象可引起空隙水壓力發生顯著變化。岩體所處環境不同，可表現為不同的變化機制。
①飽水封閉岩體在受力破壞過程中，擴容部位造成真空，使空隙水壓力迅速降低，甚至變為負值，產生所謂岩體強度的“膨脹強化”現象。擴容停止以後，空隙水壓力隨著四周地下水的緩慢流入而部分回升。
②非封閉的、水進出較為暢通的岩體，也可由於迅速加荷造成的破裂擴容速度超過四周地下水流入擴容區的速度，而引起與前者相似的“膨脹強化”現象。不過區別在於一旦擴容速度減緩或停止，空隙水壓力可迅速回升。
