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有效应力原理理论分析科普版连载二补 [复制链接]

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连载(二补充)

水土压力计算公式对比分析及其他

1基础知识的学习

为了让读者清楚本论文上的名称,现对以后内容解释如下:

1)应力就是初中学习的压强,

2)法向就是竖直方向;

3)孔隙水压力实际就是孔隙水压强;

4)水土压力计算即水土压强计算,实际就是基坑侧向土压强和水压强的总和;

5)k0为静止土压力系数即静止土压强系数,是土的侧向压强与竖直向下压强的比值;

6)土由土颗粒、水和气体三相组成,当土中所有孔隙被水填充(定义为饱和土),只有土颗粒和水二相;

7)饱和土中水有三部分:强结合水、弱结合水和自由水。当土颗粒中只有强结合水时,土还是固体;当土颗粒中含有强结合水和弱结合水时,土为塑性体,无水流出,弱结合水吸附在土颗粒表面;当土颗粒中还含有自由水时,水会从土中空隙流出,流出的水为自由水,也是以后内容所说的孔隙水。孔隙水与自由水是同一种水的不同名称而已(实际上土骨架为稳定骨架时孔隙中能流出的水为孔隙水;土骨架不稳定,但有压力时有水流出时的水为自由水)。

土颗粒:指含有不能传递静水压力的强结合水、弱结合水等的水颗粒的土颗粒组成的内部无孔隙水的不规则体。

8)初中有力平衡和压强平衡,都是针对同一个平面。压强=压力(即力)/面积。

9)给水度m:饱和的土壤或岩层在重力(解释:也可以是外力)作用下排出的水量(解释:自由水或孔隙水)与土壤或岩层体积的比值。

10)容重?:单位体积的重量,kn/m3。

2饱和土水土压力计算与原水土分算、合算的对比分析

原水土压力分算(太沙基有效应力原理):

P1总=(k0(?sat-?w)+?w)h(1)

原水土压力合算:P1总=k0?sath(2)

饱和土应力公式水土压力计算:

P总=(k0(?sat-?wm1)+?wm1)h(3)

按照以前说法,原水土压力分算计算式(1)是在太沙基有效应力原理基础上的计算,符合太沙基有效应力原理;原水土压力合算计算公式(2)完全是一个经验公式,不符合太沙基有效应力原理,无理论基础;饱和土水土压力计算公式(3)是在应力或力的平衡条件下的理论推导出来的公式。

从(1)、(2)、(3)式可以分析:

当m1=0(即给水度值为0,饱和土中无重力水)时,饱和土水土压力计算公式与原水土压力合算计算式相同,这也是为什么粘土计算水土压力采用水土合算与实际更相近,但粘土实际上还是有一定数量重力水的,只是量很少,因此原水土压力合算公式计算值与理论相比要小一些。

当m1=1(即给水度值为1)时,饱和土水土压力计算公式与原水土压力分算计算式相同。但这种条件是不存在的,当给水度值为1,饱和土全部为重力水,实际上就没有土颗粒了。

当k0=1时,饱和土水土压力计算公式与原水土压力分算计算式最终结果相等,这也是太沙基有效应力原理试验中的结果(下一小节将太沙基理论土力学书的翻译版让读者参考,由于理解不同,也许翻译者翻译不太全面)。在细粒土饱和土(k0=1)前提下确实中和应力是孔隙水压力,但与现场实际不相符(下一连载版将说明)。

根据各类饱和土给水度m(如上图)取值范围(0.02~0.35)可计算出m1值(0.07~0.5)。通过m1值可以看出,给水度最高的砾砂地层只有50%的孔隙水压力产生的作用力作用至平面上,形成平均水应力,这也是为什么原水土分算计算式计算出的水土压力值要远大于实际值的原因。

理论上水土压力分算值偏离理论值比水土压力合算值更多,这也是为什么对于粘土大家争议更多的原因之一,按原水土压力分算设计太保守,增加了成本。

3太沙基中和应力与有效应力的解释

这也是笔者在连载(二)中所说太沙基有效应力原理并不是理论推导出来的,而是根据试验推断出来的,这也是太沙基有效应力原理出现问题的原因,笔者是在太沙基有效应力原理基础上进行了优化,理论推导出饱和土应力公式,计算出来的基坑水土压力值更有理论依据,如果正确,应该解决了水土压力分算与合算的争议。

再次声明,太沙基前辈创立了土力学的基础,将土力学成为一个专门的学科,太沙基的贡献大家是认可的(

朱祖熹,太沙基能提出土力学理论是非常大的贡献!理论要经实践检验!现在可能不再使用古典理论了!但他的贡献不可埋没!),这是李桧祥李老对我的教育,我经过再次研究,才推出第二版论文,对笔者自己的错误进行修改,至少中和应力和有效应力是没有问题的,只是计算式不同而已。因此,感谢李老的提醒,笔者是在太沙基有效应力原理基础上的优化,中和应力和有效应力应该是正确的(在笔者现有的水平基础上推断)。

4土颗粒不可能被切割的解释

实际施工中有的人会问:实际施工挡土墙时,土颗粒直径很小,不可能被切割,这与实际情况不符,应该如何解释?

当在施工挡土墙(如连续墙)时,土颗粒不可能被切割,挡土墙与原状土断面不可能为绝对平面,浇注混凝土时会自动填充原状土的不平面(如下图)。如果挡土墙附近原状土没有任何变形,土的参数没有变化,土中土骨架应力和水应力没有发生改变,就可以使用

饱和土应力公式进行水土压力计算。

当然,如果施工过程中挡土墙附近的原状土产生变形,产生变形土的给水度相应发生变化,变形土会有一个新的平衡,需要使用新平衡土的参数计算水土压力。

饱和土应力公式可不可以定义为饱和土有效应力原理呢?请听下次解说。如果已经清楚此篇论文对与错的读者不需再继续研读下面的连载,感谢读者持续

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