水土壓力計算公式的修正

譚業文

【摘要】重新闡述水土土壓力計算中，水土分算以及水土合算的概念，針對推導的土壓力計算公式添加系數修正使其更加符合實際情況，彌補現行公式的缺陷。

【關鍵詞】水土分算；水土合算；塑性指數

文章編號:ISSN1006—656X(2013)06?-00096-01

一、國內現行的水土分算和水土合算公式

通常我們確定土體剪切強度有兩種方法，即總應力法和有效應力法，在土壓力計算中，如果采用有效應力法確定土體的剪切強度，則往往將水壓力和土壓力分開來計算，如果采用總應力法，則總是水土合在一起計算，這也是我們通常所說的水土分算和水土合算[1]。

目前，國內的專家對透水性強的砂土和碎石土按水土壓力分算，基本上達成共識，而對透水性弱的粉土和粘性土的水土壓力問題，仍然有所爭議。

在實際的工程運用過程中“水土合算”計算方法仍然具有一些理論缺陷，其沒有對土的透水性這一因素進行考慮的情況下，計算不同的土質的水土壓力的過程中，對主動側水壓力乘以，對主動側水壓力乘以,夸大了水壓力的影響[2]。

二、水土分算和狹義“水土合算”

盧斌強[2]、劉文偉[3]等認為在計算水土分算壓力時，土體中的孔隙水壓力不應該等同與靜水壓力（不考慮滲流的情況下）或動水壓力，其中還應該含有超靜孔隙水壓力，即；其中為孔隙水壓力，為靜水壓力（不考慮滲流的情況下）或動水壓力，為超靜孔隙水壓力。

(2.1)

于是我們可以得到水土分算主被動水土壓力計算公式如下：

當土體為砂性土時，認為超靜孔隙水壓力迅速消散，為0，如果忽略滲流其2.2、2.3可化簡為：

對于狹義“水土合算”的公式可以參考水土分算的推導過程，并只將孔隙水壓力中的超靜孔隙水壓力考慮在總應力強度指標中，可得：

如果不考慮滲流情況下可化簡為：

以上的水土壓力計算公式，成功解決了現行公式中水土合算對水壓力的夸大問題，但無論是考慮滲流還是不考慮滲流，狹義“水土合算”都是在土體中的孔隙水壓力能夠完全傳遞這一前提條件下進行的，然而在滲透性差的粘性土開挖中孔隙水壓力是不能夠完全傳遞的，因此其具有一定的局限性。

三、對于狹義“水土合算”的修正

出于對土體透水性這一因素的考慮，我們可以在上章中提到的水土分算和水土合算的公式中進行系數修正[4-5]，將公式2.1修正為：

(3.1)

其中，為土體的透水性系數，，時取0[6]。

則公式2.2、2.3、2.6、2.7更改為：

水土分算：

狹義水土合算：

不難看出對于砂性土，，在不考慮滲流影響的情況下公式3.2、3.3可簡化為：

對于透水性非常差的粘土，，在不考慮滲流影響的情況下公式3.4、3.5可化簡為：

其中公式3.6、3.7、3.8、3.9就是國內普遍使用的水土分算和水土合算公式。

四、總結

(1)粘性土介質與孔隙水之間的關系極為復雜，其中的孔隙水壓力不是嚴格意義上的靜水壓力。

(2)目前國內使用的水土分算和水土合算只是本文所推到出的修正公式的兩個極值情況（），并不能涵蓋所有性質的土體，其計算結果有失偏頗。

(3)本文中的土體透水性修正系數與塑性指數掛鉤，是參考姚秦基于現行水土合算和水土分算插值綜合所做實驗數據的分析，其真正的實用性還需進一步研究。

參考文獻：

[1]蔣希雁,梁崇智,李敏. 土工分析中水土分算和合算的概念、原理及其工程應用探討[J]. 河北建筑工程學院學報,2004,22(2):40-42.

[2]盧斌強,翟守俊,劉曉忠. 淺談基坑土壓力的水土分算和水土合算[J]. 山西建筑, 2010,36(33):118-120.

[3]劉文偉. 基坑支護中水土壓力合算與分算的計算分析[J]. 山西建筑,2006,32(1):132-133.

[4]呂鐵軍. 基坑支護中水土分算的缺陷與改進[J]. 山西建筑,2007,33(30):119-120.

[5]王洪新. 水土壓力分算與合算的統一算法[J]. 巖石力學與工程學報,2011,30(5):1057-1064.

[6]姚秦. 基坑工程的水土壓力混合算法[J]. 巖石力學與工程學報,2001,20(1):134-135.

[7]魏汝龍. 基坑內外的水壓力和滲流力[J]. 巖土工程師,1998,10(2):23-25.

[8]陳愈炯,溫彥鋒. 基坑支護結構上的水土壓力[J]. 巖土工程學報,1999,21(2):139-143.

[9]王釗,周維列,李廣信. 擋土結構上的土壓力和水壓力[J]. 巖土力學,2003,24(2):146-150.

[10]李廣信,周順和. 擋土結構上的土壓力和超靜孔隙壓力的關系[J]. 巖土力學增刊，507-512.