空隙水壓力

研究表明，土力學(xué)中關(guān)于土體的有效應(yīng)力原理完全適用于巖體。因此，地下某點(diǎn)的空隙水壓力P_w為：

P_w=ρ_wgh

在上式中，ρ_w為水的密度；g為重力加速度；h為水頭值，若為潛水，則為該點(diǎn)的地下水埋深。

在土體中的孔隙水壓力，一般是連續(xù)、均勻分布的。但在巖體中則不一樣，其分布的連續(xù)性和均勻性較差?？障端畨毫?duì)巖土骨架起著浮托作用，削減通過(guò)骨架起作用的有效應(yīng)力，其關(guān)系式為：

σ′=σ-P_w 或σ=σ′ P_w

在式中，σ′、σ分別為有效應(yīng)力和總應(yīng)力。

顯然，在飽和巖土體中，當(dāng)總應(yīng)力一定時(shí)，空隙水壓力的增減，勢(shì)必相應(yīng)地減增有效應(yīng)力，從而影響巖土體的變形和強(qiáng)度。這就是有效應(yīng)力原理。

作為建筑物地基的飽和土體，在建筑物荷載作用下所承受和傳遞附加應(yīng)力的規(guī)律，同樣遵循有效應(yīng)力原理。由附加應(yīng)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(yīng)力逐漸增長(zhǎng)。這一由超孔隙水壓力向有效應(yīng)力轉(zhuǎn)移過(guò)程所需的時(shí)間，就是土體固結(jié)沉降達(dá)到最終穩(wěn)定的時(shí)間。時(shí)間的長(zhǎng)短取決于土層的滲透性和排水條件。

空隙水壓力對(duì)巖土體強(qiáng)度的影響，可以莫爾一庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則來(lái)描述：

τ_f=（σ-P_w）tgφ c

在式中，τ_f為抗剪強(qiáng)度；c、φ分別為粘聚力和內(nèi)摩擦角。

顯然，由于空隙水壓力的存在，削減了有效應(yīng)力，以至使某個(gè)剪切面上的抗剪強(qiáng)度降低。這一影響可從莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)圖上非常清楚地顯示出來(lái)?？障端畨毫?duì)巖土體穩(wěn)定性的負(fù)影響，存在于不少工程地質(zhì)研究課題中。

四川省云陽(yáng)縣雞扒子滑坡是空隙水壓力誘發(fā)的典型實(shí)例。1982年7月中旬暴雨期間，寶塔老滑坡西側(cè)的天然排水溝被堵塞，大量地表水沿老滑坡后緣裂縫滲入滑體，空隙水壓力異常增高，老滑帶土飽和軟化，抗剪強(qiáng)度大大下降，致使該老滑坡西部復(fù)活形成雞扒子滑坡，于7月17日急速滑動(dòng)。滑坡面積0.77 km²，體積約15×106 m³，前緣約1.8×106 m³土石滑人長(zhǎng)江，使河床填高30余米，形成長(zhǎng)約700m的急流險(xiǎn)灘，嚴(yán)重礙航。后來(lái)耗費(fèi)巨資整治，才使險(xiǎn)灘基本消除。

在混凝土重力壩壩基抗滑穩(wěn)定課題中，空隙水壓力（一般稱(chēng)揚(yáng)壓力）更是一個(gè)影響壩基穩(wěn)定性的重要參數(shù)。為了保持大壩的穩(wěn)定，工程上采取灌漿帷幕和排水孔等措施削減揚(yáng)壓力。 2100433B

空隙水壓力簡(jiǎn)稱(chēng)空隙壓力，是指當(dāng)巖土空隙被重力水飽和時(shí)，水對(duì)固體骨架產(chǎn)生一種正應(yīng)力?？障端畨毫Φ氖噶恐赶蚩障侗诿?。在土體中稱(chēng)孔隙水壓力或孔隙壓力。由于重力水服從靜水壓力分布規(guī)律，故空隙水壓力的大小是由水頭值決定的。

根據(jù)上述公式分析表明，無(wú)論是哪一種類(lèi)型的巖體，有效應(yīng)力原理是普遍適用的，巖體的變形破壞取決于有效應(yīng)力，因而巖體內(nèi)空隙水壓力的變化必然對(duì)巖體的變形破壞產(chǎn)生影響。

引起巖體內(nèi)空隙水壓力變化的原因，可有以下三個(gè)方面。

⑴地下水補(bǔ)給排泄條件的變化引起的巖體內(nèi)空隙水壓力的變化，如特大降雨，洪水，持續(xù)干旱、人工抽水、注水或水庫(kù)蓄水等，均能造成地下水位大幅度的變化，從而引起巖體內(nèi)空隙水壓力的增減。

這類(lèi)變化往往具有區(qū)域性特征，所影響的范圍和深度都可以很大。例如水庫(kù)蓄水使地下水位抬升，根據(jù)卡布里耳壩的觀測(cè)資料證明，由于巖體中空隙水壓力增高，出現(xiàn)山體高度增高，兩側(cè)谷壁相互靠近的現(xiàn)象。而大面積的長(zhǎng)期抽取地下水引起的地下水位的降低，會(huì)造成大范圍內(nèi)的地面沉降。一些巨型的崩滑體的發(fā)生，常常也與這類(lèi)變化有關(guān)。水庫(kù)蓄水和深井注水還可引起深部巖體破裂，造成水庫(kù)地震。

一些研究表明，上述因素所造成的水位變動(dòng)與巖體內(nèi)空隙水壓力變化之間總有一定的時(shí)差，且通?？障端畨毫Φ淖兓偸菧笥跉庀蟆⑺臈l件的改變。

⑵巖體受荷狀態(tài)的變化引起的巖體內(nèi)空隙水壓力的變化

土力學(xué)中已指出，在加荷過(guò)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(dān)的。其中由水承受的壓力稱(chēng)之為中性壓力P_we。由顆粒骨架承受的那部分壓力稱(chēng)之為有效壓力P_s，這種由于附加壓力引起的中性壓力，它不同于由土體中靜水壓力造成的空隙水壓力P_w0，稱(chēng)之為剩余空隙水壓力或超空隙水壓力（excess pore pressure），表示為：

P=P_we P_s 或P_we=P-P_s

超空隙水壓力的出現(xiàn)，顯然使土體的抗剪強(qiáng)度降低：

S=（σ_s-P_w）tanΦ c

當(dāng)P_we=σ-P_w0時(shí)，抗剪強(qiáng)度幾乎降為零，砂土類(lèi)土和飽水敏感粘土可因此而發(fā)生液化。

超孔隙水壓力可由P_we=P變化至P_we=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系數(shù)等有關(guān)，土力學(xué)中有關(guān)土體的滲透固結(jié)的理論同樣也適用于較軟弱破碎的巖體。

堅(jiān)硬的裂隙巖體，由于透水性和排水條件均較土體為好，變形模量也遠(yuǎn)較土體為高，因而緩慢的加荷過(guò)程很難在巖體內(nèi)形成具有實(shí)際意義的超空隙水壓力。但是突發(fā)的規(guī)模較大的動(dòng)荷載(如地震、人工爆破等)，則可因裂隙中的水來(lái)不及消散而造成瞬時(shí)的較高的超空隙水壓力。因此，在分析地震或人工爆破對(duì)飽水巖體穩(wěn)定性的影響時(shí)，必須考慮這一因素，尤其當(dāng)裂隙中充有粘土等降低裂隙透水性能的物質(zhì)時(shí)，這種影響更為明顯。

⑶巖體變形破裂引起的巖體內(nèi)空隙水壓力的變化

巖體變形進(jìn)入破裂階段（尤其是進(jìn)入不穩(wěn)定破裂階段）以后，破裂造成的擴(kuò)容現(xiàn)象可引起空隙水壓力發(fā)生顯著變化。巖體所處環(huán)境不同，可表現(xiàn)為不同的變化機(jī)制。

①飽水封閉巖體在受力破壞過(guò)程中，擴(kuò)容部位造成真空，使空隙水壓力迅速降低，甚至變?yōu)樨?fù)值，產(chǎn)生所謂巖體強(qiáng)度的“膨脹強(qiáng)化”現(xiàn)象。擴(kuò)容停止以后，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(jìn)出較為暢通的巖體，也可由于迅速加荷造成的破裂擴(kuò)容速度超過(guò)四周地下水流入擴(kuò)容區(qū)的速度，而引起與前者相似的“膨脹強(qiáng)化”現(xiàn)象。不過(guò)區(qū)別在于一旦擴(kuò)容速度減緩或停止，空隙水壓力可迅速回升。

③當(dāng)破裂擴(kuò)容區(qū)與具有高水頭的地表水體（如水庫(kù)、湖泊等）直接連通，由于地表水迅速貫入，爾后又因出口排水不良而被堵塞，此時(shí)可產(chǎn)生“水擊”，在突然出現(xiàn)的破裂面中造成驚人的高水頭超空隙水壓力。

中文名稱(chēng)：復(fù)合材料空隙率

英文名稱(chēng)：void content of composite

定義：復(fù)合材料空隙率是復(fù)合材料中空隙體積占整個(gè)復(fù)合材料體積的百分?jǐn)?shù)，是評(píng)價(jià)樹(shù)脂基復(fù)合材料質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

拋石體內(nèi)的空隙占拋石體積的百分率。用來(lái)表示拋石體的密實(shí)程度。其大小在天然狀態(tài)下與石料的級(jí)配有關(guān)，故對(duì)每一種規(guī)格的石料都要求有良好的級(jí)配，使拋石空隙率最小。

水工建筑物的拋石工程，要求拋石堤的空隙率不超過(guò)35%~40%，砌石的空隙率不超過(guò)25%~30%，碼頭基床及墻后棱體拋10kg~100kg塊石的空隙率一般為38%左右。對(duì)拋石基床須經(jīng)重錘夯實(shí)或壓載后才能砌筑上部結(jié)構(gòu)，以減少建筑物變形。

顆粒物料層中，顆粒與顆粒間的空隙體積（含開(kāi)口孔隙V_i）與整個(gè)顆粒物料層體積（堆積體積）之比稱(chēng)為空隙率。

空隙率指路面混凝土中集料之間的孔隙體積占混凝土總體積的百分率，即單位體積集料所具有的空隙體積，以V_C表示。這些孔隙或者相互連通（閉孔隙）或者與周?chē)髿庀嗤ǎㄩ_(kāi)孔隙）。

試驗(yàn)路面的空隙率是根據(jù)采得的芯樣由下式確定的；

(1-ρ/ρ_a)×100%

式中

ρ——芯樣的堆積密度；

ρ_a——芯樣的表觀密度；

其中表觀密度ρ_a是由下式確定的：

ρ_a=m/V

式中

m——由試驗(yàn)路面采得的芯樣質(zhì)量；

V——該芯樣的體積，不包括路表開(kāi)口空隙的空氣體積。

密度是根據(jù)每個(gè)芯樣中包含的結(jié)合料質(zhì)量和體積、集料的質(zhì)量和體積的測(cè)得量確定的。

由下式給出：

式中

M_B——結(jié)合料的質(zhì)量；

M_A——填料的質(zhì)量；

V_B——結(jié)合料的體積；

V_A——填料的體積。