『壹』 土力學： 孔隙水壓力
超孔隙水壓力是由外荷載引起的，孔隙水壓力等於超孔隙水壓力與靜水壓力之和
『貳』 岩土工程師專業輔導知識講解：應力作用下的孔隙水壓力
第一節應力作用下的孔隙水壓力
一、目的與意義
根據太沙基有效應力原理，在應力的作用下，土體體積變形和抗剪強度的變化，決定於作用在土骨架上的有效應力。然而這一有效應力一般不能直接測定或直接計算，而是通過有效力原理，利用可以測定或可以計算的孔隙水壓力來確定的（即σˊ＝σ－μ）。因此，研究應力作用下的孔隙水壓力的目的主要是進一步確定土中有效應力，以便進一步研究土的壓縮變形和抗剪強度性狀。例如下面將討論的有效應力對抗剪強度的影響，以及有效壓力對地基固結和地基穩定性的影響等。這是研究土的應力應變與強度關系中的一個有意義的問題。
為此，A．W．斯肯普頓（A．W．Skempton 1954）根據三軸試驗的結果，引入了與土的性質有關的孔隙水壓力系數A、B，建立了軸對稱條件的孔隙水壓力方程，並應用於研究土的強度和變形性質。
二、軸對稱應力條件下的孔隙水壓力方程
軸對稱應力條件下荷載應力增量引起的孔隙水壓力可通過三軸剪切試驗來研究。圖34－1所示為三軸剪切試驗試樣土單元體受到軸對稱應力作用時，孔隙水壓力和有效應力的變化過程。圖34－1（a）、（b）、（c）和（d）中的三個方塊，按順序分別表示土試樣受到的軸對應力增量的作用力Δσ、在試樣中產生的孔隙水壓力增量Δu和作用於土骨架的有效應力Δσˊ。按試驗的步驟，首先對試樣施加等向圍壓力σc，待完全固結，使試樣中的孔隙水壓力完全消散至Δu＝0，圍壓力σc全部作用於土骨架成為有效應力σˊc，見圖34－1（a），其意圖是使試樣恢復至原位應力狀態，然後，在不排水條件下，施加荷載應力增量，圍壓力為Δσ3，軸向應力為Δσ1，進行試驗。按彈性理論應力疊加原理，把荷載應力增量分解為圍壓增量Δσ3和軸壓增量（Δσ1－Δσ3）兩部分，分別見圖34－1中（b）、（c）兩種情況。在試驗時應分別施加，先施加正應力部分，即施加等向圍壓力Δσ3，見圖34－1（b）。此時，由正應力引起的孔隙水壓力為Δu3。相應地，由有效應力原理得到作用於試樣土骨架的有效應力為Δσˊ3，即
Δσˊ3＝Δσ3－Δu3（34－1）
然後，繼續施加軸向壓力增量（Δσ1－Δσ3），即施加剪應力進行剪切，見圖34－1（c）。此時，土試樣受軸向壓力引起的孔隙水壓力增量為Δul，相應土試樣骨架受到的有效應力為
軸向：Δσˊ1＝Δσ1－Δu1（34－2）
徑向：Δσˊ3＝0－Δu1＝－Δu1（34－3）
土試樣單元體受到軸對稱應力增量Δσ1和Δσ3作用剪切時，引起的孔隙水壓力增量Δu也可按照應力疊加的原理計算，即為圍壓增量Δσ3和軸壓增量（Δσ1－Δσ3）兩者引起的孔隙水壓Δu3和Δu1的疊加，故
Δu＝Δu1＋Δu3（34－4）
分別對兩孔隙水壓力增量Δu1和Δu3進行分析，最後可求得軸對稱應力增量Δσ1和Δσ3引起的孔隙水壓力Δu。
孔隙水壓力增量Δu1和Δu3與軸對稱應力Δσ1和Δσ3的關系，可通過土骨架和水的應力應變關系來分析求解，也可利用三軸試驗結果分析求解。相對而言，後者比較直接而實用，所以下面採用三軸試驗結果來分析。
三軸試驗的結果表明：凡對土試樣施加軸對稱應力增量（Δσ1和Δσ3）必然引起試樣中孔隙水壓力的增大（Δu）。孔隙水壓力增量Δu與有效應力增量Δσ1和Δσ3兩者之間的關系不是直接等同的，而是受土試樣的變形性質、固結狀態和排水條件等因素的影響而變化。所以孔隙水壓力增量Δu是應力增量Δσ1和Δσ3和與土的性質有關的影響參數α的函數，即
Δu＝f（Δσ1，Δσ3，α）（34－5）
例題1 根據三軸試驗的結果，下列敘述正確的是（）。
A．凡對土試樣施加軸對稱應力增量，必然引起試樣中孔隙水壓力的增大；
B．凡對土試樣施加軸對稱應力增量，必然引起試樣中孔隙水壓力的減小；
C．凡對土試樣施加軸對稱應力增量，不會引起試樣中孔隙水壓力的的變化
D．引起試樣中孔隙水壓力的變化，與對土試樣施加軸對稱應力增量無關；答案：A
不排水條件下三軸試驗中施加圍壓增量Δσ3和軸壓增量（Δσ1－Δσ3）引起的孔隙水壓力增量Δu3 和Δu1，按式（34－5）的原理可得到如下關系：
『叄』 飽和土體中的有效應力與孔隙水壓力
圖5-2 飽和土體中的有效應力
圖5-2為處於水下的飽和土層,在地面下h2深處的A點,由於土體自重對地面以下A點處作用的垂向總應力σ為:
基坑降水設計
式中:γw——水的重度(kN/m3);
γsat——土的飽和重度(kN/m3)。
A點處由孔隙水傳遞的靜水壓力,即孔隙水壓力為:
基坑降水設計
根據有效應力原理,由於土體自重對A點作用的有效應力應為:
基坑降水設計
式中:γ′——土的浮重度(kN/m3)。
『肆』 有效應力和總應力有什麼區別
有效應力原理里，有效應力=總應力-孔隙水壓力，這里的孔隙水壓力有可能是靜水壓，也有可能是超靜孔隙水壓。但在土的三向試驗過程中，由於土已經取樣出來了，實驗前不再存在水壓力的問題。試驗的時候給試樣加上圍壓，使得試樣中重新出現了孔隙水壓力，對於UU試驗用的是超靜孔隙水壓力，而且隨著圍壓的增加，超靜孔隙水壓力隨著增大。CU試驗，水壓力與固結情況有關，如果是試驗壓力大於固結最大壓力，則產生正的超靜孔隙水壓力，如果小於固結壓力，則有可能產生負的孔隙水壓力。但是CD試驗，認為在試驗過程中沒有孔隙水壓力。