第一節(jié) 應(yīng)力作用下的孔隙水壓力
一、目的與意義
根據(jù)太沙基有效應(yīng)力原理，在應(yīng)力的作用下，土體體積變形和抗剪強度的變化，決定于作用在土骨架上的有效應(yīng)力。然而這一有效應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力對抗剪強度的影響，以及有效壓力對地基固結(jié)和地基穩(wěn)定性的影響等。這是研究土的應(yīng)力應(yīng)變與強度關(guān)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(jù)三軸試驗的結(jié)果，引入了與土的性質(zhì)有關(guān)的孔隙水壓力系數(shù)A、B，建立了軸對稱條件的孔隙水壓力方程，并應(yīng)用于研究土的強度和變形性質(zhì)。
二、軸對稱應(yīng)力條件下的孔隙水壓力方程
軸對稱應(yīng)力條件下荷載應(yīng)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(yīng)力作用時，孔隙水壓力和有效應(yīng)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(yīng)力增量的作用力Δσ、在試樣中產(chǎn)生的孔隙水壓力增量Δu和作用于土骨架的有效應(yīng)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(jié)，使試樣中的孔隙水壓力完全消散至Δu=0，圍壓力σc全部作用于土骨架成為有效應(yīng)力σˊc，見圖34-1(a)，其意圖是使試樣恢復(fù)至原位應(yīng)力狀態(tài)，然后，在不排水條件下，施加荷載應(yīng)力增量，圍壓力為Δσ3，軸向應(yīng)力為Δσ1，進行試驗。按彈性理論應(yīng)力疊加原理，把荷載應(yīng)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(yīng)分別施加，先施加正應(yīng)力部分，即施加等向圍壓力Δσ3，見圖34-1(b)。此時，由正應(yīng)力引起的孔隙水壓力為Δu3。相應(yīng)地，由有效應(yīng)力原理得到作用于試樣土骨架的有效應(yīng)力為Δσˊ3，即
Δσˊ3=Δσ3-Δu3 （34-1）
然后，繼續(xù)施加軸向壓力增量(Δσ1-Δσ3)，即施加剪應(yīng)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(yīng)土試樣骨架受到的有效應(yīng)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(yīng)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(yīng)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，最后可求得軸對稱應(yīng)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(yīng)力Δσ1和Δσ3的關(guān)系，可通過土骨架和水的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系來分析求解，也可利用三軸試驗結(jié)果分析求解。相對而言，后者比較直接而實用
一、目的與意義
根據(jù)太沙基有效應(yīng)力原理，在應(yīng)力的作用下，土體體積變形和抗剪強度的變化，決定于作用在土骨架上的有效應(yīng)力。然而這一有效應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力對抗剪強度的影響，以及有效壓力對地基固結(jié)和地基穩(wěn)定性的影響等。這是研究土的應(yīng)力應(yīng)變與強度關(guān)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(jù)三軸試驗的結(jié)果，引入了與土的性質(zhì)有關(guān)的孔隙水壓力系數(shù)A、B，建立了軸對稱條件的孔隙水壓力方程，并應(yīng)用于研究土的強度和變形性質(zhì)。
二、軸對稱應(yīng)力條件下的孔隙水壓力方程
軸對稱應(yīng)力條件下荷載應(yīng)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(yīng)力作用時，孔隙水壓力和有效應(yīng)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(yīng)力增量的作用力Δσ、在試樣中產(chǎn)生的孔隙水壓力增量Δu和作用于土骨架的有效應(yīng)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(jié)，使試樣中的孔隙水壓力完全消散至Δu=0，圍壓力σc全部作用于土骨架成為有效應(yīng)力σˊc，見圖34-1(a)，其意圖是使試樣恢復(fù)至原位應(yīng)力狀態(tài)，然后，在不排水條件下，施加荷載應(yīng)力增量，圍壓力為Δσ3，軸向應(yīng)力為Δσ1，進行試驗。按彈性理論應(yīng)力疊加原理，把荷載應(yīng)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(yīng)分別施加，先施加正應(yīng)力部分，即施加等向圍壓力Δσ3，見圖34-1(b)。此時，由正應(yīng)力引起的孔隙水壓力為Δu3。相應(yīng)地，由有效應(yīng)力原理得到作用于試樣土骨架的有效應(yīng)力為Δσˊ3，即
Δσˊ3=Δσ3-Δu3 （34-1）
然后，繼續(xù)施加軸向壓力增量(Δσ1-Δσ3)，即施加剪應(yīng)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(yīng)土試樣骨架受到的有效應(yīng)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(yīng)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(yīng)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，最后可求得軸對稱應(yīng)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(yīng)力Δσ1和Δσ3的關(guān)系，可通過土骨架和水的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系來分析求解，也可利用三軸試驗結(jié)果分析求解。相對而言，后者比較直接而實用