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不同类型孔隙水压力的动力效应研究

万良勇  
【摘要】: 孔隙水压力是多孔多相松散介质一个主要的应力特征。饱和土的有效应力原理是孔隙水压力效应的基本原理。在饱和砂土瞬态动力学研究中,孔隙水压力按其成因类型的不同被分为静水孔压、动水孔压、应力孔压、结构孔压和传递孔压五类,它们产生于不同的力学机理,是不同的土水作用效应在孔隙水压力上的体现,在土的动力荷载作用过程中对土的动力特性具有不同的力学效应。本文首先深入分析了在工程实际中可能出现的上述五类孔隙水压力的主要区别和特性,提出了对不同类型孔隙水压力的实验室模拟方法,并根据需要改造了对常规的振动三轴仪,设计了相应的试验方案,然后以大量试验成果的分析为依据,得出了一些有益的结论,揭示了各类孔隙水压力的动力效应特征。最后,结合试验所得的初步成果,对当前的土动力学研究及相关的工程实际问题进行了审视与讨论。 本文的试验研究表明,在自然排水条件下,初始静水孔压不参与动应力的作用过程,对土的动力特性没有影响;但是,稳定渗流条件下的初始动水孔压,它虽在静力下已处于平衡力系之中,不对上的变形产生影响,但在土中有动力结构孔压发展后,将导致动态的非稳定渗流而逐渐参与动应力作用过程,对土的动力特性产生影响,其影响的程度与动水孔压和渗透坡降的大小及组合有关。此时,土的动力性质较无动水孔压时明显恶化,出现“渗透力作用的动力复活效应”,使土的动力破坏过程加剧。在不排水条件下,初始应力孔压因其不能对土的细观结构产生作用,不会影响土的动力特性;初始的静力结构孔压(如固结残余孔压)的存在,只要固结有效应力状态相同,其动力特性将仍然与无此初始孔压相同,不受未固结部分应力所引起超孔压的干扰。而初始的动态结构孔压,其形成时的预振作用在导致土结 摘 要 构一定的破坏,出现结构孔压的同时,也使土结构在整体上有一定增稳,使动强度 有所提高;孔压扩散引起的传递孔压也会使土中有效应力发生减小和松弛而导致动 强度在较大动应力下有所降低。超固结作用总是会减小动力作用的破坏效应。这样, 本文认为,只要孔隙水压力的增减变化直接参与或间接诱发土骨架结构(粒间接触 面积、接触力等)发生变化,那么它就会对土的动力特性产生影响。从而第一次将 “渗透力作用的动力复活效应”问题提上了土动力学研究的日程。


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