負孔水壓是指小於大氣壓力的孔隙水壓力。一般在存在毛細水的土中或當土體體積有發生膨脹的趨勢時產生，此時，土體中的有效應力將增加。例如在不排水剪下實驗中，對超固結土，當施加的荷載較小時，在剪下過程中會因剪脹而產生的負孔水壓，會提高有效抗剪強度。
基本介紹
- 中文名：負孔水壓
- 外文名：negative pore water pressure
- 作用：提高有效抗剪強度
- 所屬學科：土木工程
簡介,孔隙水壓力,表面張力,
簡介
地下水位大幅度上升或下降，有效自重應力相應增加或減少，孔隙水壓力變化；地下水位相對靜止，也還是有孔隙水壓力變化的，這是滲透作用所致，孔壓大小由毛細水上升的高度確定。滲透能產生毛細水壓力，原狀土從地下某深度處取出將產生負孔水壓，即孔隙水壓力小於大氣是卸荷形成毛細水壓力所致，毛細水產生負孔水壓，負孔水壓可以瞬時穩定槽壁，通過計算負孔水壓使時效穩定分析更為直觀和數位化。成樁鑽孔，地下連續牆成槽，基坑開挖等卸荷問題都會產生負孔水壓，而負孔水壓則與毛細水壓力直接相關。表面張力是負孔水壓產生的直接原因，孔隙水壓力則可以量出或通過斯凱普頓公式進行定量的分析，也就定量地分析了毛細張力對卸荷坑壁、孔壁穩定的貢獻。
孔隙水壓力
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。其分為靜孔隙水壓力和超靜孔隙水壓力。對於無水流條件下的高滲透性土，孔隙水壓力約等於沒有水流作用下的靜水壓力。對於有水流條件下的高滲透性土，其孔隙水壓力計算比較複雜。土體內的孔隙水壓力通常是在下面兩種情況下產生的。
(1)孔隙水壓力是由水的自重形成的滲流場產生的。這一類問題的基本特點是土體的骨架保持不變，因此可以通過穩定或不穩定滲流場的分析計算較好地得到解決。
(2)孔隙水壓力是由作用在土體單元上的總應力發生變化導致的。這一種情況易發生在壓縮性較大、滲透係數較小的土體中。例如，飽和土地基快速開挖或快速填築，或者均質上壩庫水位驟降的情況。此時土骨架的體積和有效應力都存在著一個從起始狀態到新狀態過渡的過程。而粘性土的滲透係數很小，將水擠出，使土的骨架過渡到新的孔隙比，無法在短期內實現。這樣，就可能出現一個隨時間消散的附加的孔隙水壓力場。這種孔隙水壓力，恰是導致許多工程失事的直接原因。要解決這一類孔隙水壓力的問題，則需要引入一些經驗或理論分析方法。此時，一個簡單的、偏保守的方法是假定沒有任何水排出，在不排水條件下研究土的孔隙水壓力和強度問題。
表面張力
作用於液體表面上任一假想直線的兩側，方向垂直於該直線並與液面相切、使液面具有收縮趨勢的拉力。表面張力起因於液體表面層內的分子力。分子力由引力和斥力兩部分組成，二者都是短程力，引力的有效作用距離大約為分子的平均有效直徑的幾倍，斥力的有效作用距離更短，可認為僅在分子相接觸時才起作用。以引力的有效作用距離作為液體表面層的厚度，則表面層以下液體內部的分子所受其它分子的作用力相互抵消。在表面層內，除最靠近表面的分子外，其它分子所受斥力也相互抵消，而分子所受其它分子的引力的合力則不為零，並且越靠近液面的分子，所受的引力合力也越大。這合力是一個垂直於液體自由表面並指向液體內部的作用力。於是在表面層內形成了一個分子引力場。液體分子由液體內部進入這個力場，其勢能就增大;反之，液體分子由表面層進入液體內部，其勢能就減小。由於在穩定狀態下，系統的勢能應是最低的，因此表面層內的分子有進入液體內部的趨勢，這就是液面有收縮趨勢的微觀本質。由於表面層中存在分子引力場，使得表面層內液體分子密度連續變化，越靠近液體表面，分子密度越小，分子間距離也就越大，因此，通常可不考慮表面層中分子間的斥力而僅考慮引力，這就是表面張力為拉力的微觀本質。表面張力可以定量地用表面張力係數描寫。表面張力的大小與液體的性質(例如密度、蒸氣壓、蒸發熱、表面的曲率、化學成分等)、溫度、純度以及相鄰物質的性質等都有關。在討論一種液體的表面張力時，必須明確界面兩邊的物質。習慣上，在文獻中給出的某些低溫液化氣體(如液態氧、液態氮等)的表面張力，指的是此液體與其飽和蒸氣之間界面的張力;一般常態液體(如水、酒精等)的表面張力，指的是此液體與空氣間界面的張力;由於熔點非常高的液體(如各種金屬溶液)容易與空氣起化學變化，因此，一般都在惰性氣體中測量，所以這些液體的表面張力指的是它與某一惰性氣體間界面的張力。表面張力是液體的一個非常重要的特性，它和許多與液體有關的現象，如彎曲液面下的壓強，氣體中液滴、液體中氣泡的形成和消失，毛細現象，液體對固體的浸潤等直接相關。
