水土压力计算公式的修正

谭业文

【摘要】重新阐述水土土压力计算中，水土分算以及水土合算的概念，针对推导的土压力计算公式添加系数修正使其更加符合实际情况，弥补现行公式的缺陷。

【关键词】水土分算；水土合算；塑性指数

文章编号:ISSN1006—656X(2013)06 -00096-01

一、国内现行的水土分算和水土合算公式

通常我们确定土体剪切强度有两种方法，即总应力法和有效应力法，在土压力计算中，如果采用有效应力法确定土体的剪切强度，则往往将水压力和土压力分开来计算，如果采用总应力法，则总是水土合在一起计算，这也是我们通常所说的水土分算和水土合算[1]。

目前，国内的专家对透水性强的砂土和碎石土按水土压力分算，基本上达成共识，而对透水性弱的粉土和粘性土的水土压力问题，仍然有所争议。

在实际的工程运用过程中“水土合算”计算方法仍然具有一些理论缺陷，其没有对土的透水性这一因素进行考虑的情况下，计算不同的土质的水土压力的过程中，对主动侧水压力乘以，对主动侧水压力乘以,夸大了水压力的影响[2]。

二、水土分算和狭义“水土合算”

卢斌强[2]、刘文伟[3]等认为在计算水土分算压力时，土体中的孔隙水压力不应该等同与静水压力（不考虑渗流的情况下）或动水压力，其中还应该含有超静孔隙水压力，即；其中为孔隙水压力，为静水压力（不考虑渗流的情况下）或动水压力，为超静孔隙水压力。

(2.1)

于是我们可以得到水土分算主被动水土压力计算公式如下：

当土体为砂性土时，认为超静孔隙水压力迅速消散，为0，如果忽略渗流其2.2、2.3可化简为：

对于狭义“水土合算”的公式可以参考水土分算的推导过程，并只将孔隙水压力中的超静孔隙水压力考虑在总应力强度指标中，可得：

如果不考虑渗流情况下可化简为：

以上的水土压力计算公式，成功解决了现行公式中水土合算对水压力的夸大问题，但无论是考虑渗流还是不考虑渗流，狭义“水土合算”都是在土体中的孔隙水压力能够完全传递这一前提条件下进行的，然而在渗透性差的粘性土开挖中孔隙水压力是不能够完全传递的，因此其具有一定的局限性。

三、对于狭义“水土合算”的修正

出于对土体透水性这一因素的考虑，我们可以在上章中提到的水土分算和水土合算的公式中进行系数修正[4-5]，将公式2.1修正为：

(3.1)

其中，为土体的透水性系数，，时取0[6]。

则公式2.2、2.3、2.6、2.7更改为：

水土分算：

狭义水土合算：

不难看出对于砂性土，，在不考虑渗流影响的情况下公式3.2、3.3可简化为：

对于透水性非常差的粘土，，在不考虑渗流影响的情况下公式3.4、3.5可化简为：

其中公式3.6、3.7、3.8、3.9就是国内普遍使用的水土分算和水土合算公式。

四、总结

(1)粘性土介质与孔隙水之间的关系极为复杂，其中的孔隙水压力不是严格意义上的静水压力。

(2)目前国内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两个极值情况（），并不能涵盖所有性质的土体，其计算结果有失偏颇。

(3)本文中的土体透水性修正系数与塑性指数挂钩，是参考姚秦基于现行水土合算和水土分算插值综合所做实验数据的分析，其真正的实用性还需进一步研究。

参考文献：

[1]蒋希雁,梁崇智,李敏. 土工分析中水土分算和合算的概念、原理及其工程应用探讨[J]. 河北建筑工程学院学报,2004,22(2):40-42.

[2]卢斌强,翟守俊,刘晓忠. 浅谈基坑土压力的水土分算和水土合算[J]. 山西建筑, 2010,36(33):118-120.

[3]刘文伟. 基坑支护中水土压力合算与分算的计算分析[J]. 山西建筑,2006,32(1):132-133.

[4]吕铁军. 基坑支护中水土分算的缺陷与改进[J]. 山西建筑,2007,33(30):119-120.

[5]王洪新. 水土压力分算与合算的统一算法[J]. 岩石力学与工程学报,2011,30(5):1057-1064.

[6]姚秦. 基坑工程的水土压力混合算法[J]. 岩石力学与工程学报,2001,20(1):134-135.

[7]魏汝龙. 基坑内外的水压力和渗流力[J]. 岩土工程师,1998,10(2):23-25.

[8]陈愈炯,温彦锋. 基坑支护结构上的水土压力[J]. 岩土工程学报,1999,21(2):139-143.

[9]王钊,周维列,李广信. 挡土结构上的土压力和水压力[J]. 岩土力学,2003,24(2):146-150.

[10]李广信,周顺和. 挡土结构上的土压力和超静孔隙压力的关系[J]. 岩土力学增刊，507-512.