空隙水压力

由于地下水的水头值作用所产生的压力

空隙水压力是由于地下水的水头值作用所产生的。空隙水压力对岩土体稳定性的负影响，存在于不少工程地质研究课题中。

概念

空隙水压力简称空隙压力，是指当岩土空隙被重力水饱和时，水对固体骨架产生一种正应力。空隙水压力的矢量指向空隙壁面。在土体中称孔隙水压力或孔隙压力。由于重力水服从静水压力分布规律，故空隙水压力的大小是由水头值决定的。

特点

研究表明，土力学中关于土体的有效应力原理完全适用于岩体。因此，地下某点的空隙水压力Pw为：

Pw=ρwgh

在上式中，ρw为水的密度；g为重力加速度；h为水头值，若为潜水，则为该点的地下水埋深。

在土体中的孔隙水压力，一般是连续、均匀分布的。但在岩体中则不一样，其分布的连续性和均匀性较差。空隙水压力对岩土骨架起着浮托作用，削减通过骨架起作用的有效应力，其关系式为：

σ′=σ-Pw 或σ=σ′+Pw

在式中，σ′、σ分别为有效应力和总应力。

显然，在饱和岩土体中，当总应力一定时，空隙水压力的增减，势必相应地减增有效应力，从而影响岩土体的变形和强度。这就是有效应力原理。

作为建筑物地基的饱和土体，在建筑物荷载作用下所承受和传递附加应力的规律，同样遵循有效应力原理。由附加应力作用引起的超孔隙水压力随着土体的压缩变形而逐渐消散，而有效应力逐渐增长。这一由超孔隙水压力向有效应力转移过程所需的时间，就是土体固结沉降达到最终稳定的时间。时间的长短取决于土层的渗透性和排水条件。

空隙水压力对岩土体强度的影响，可以莫尔一库仑破坏准则来描述：

τf=（σ-Pw）tgφ+c

在式中，τf为抗剪强度；c、φ分别为粘聚力和内摩擦角。

显然，由于空隙水压力的存在，削减了有效应力，以至使某个剪切面上的抗剪强度降低。这一影响可从莫尔强度包络线图上非常清楚地显示出来。空隙水压力对岩土体稳定性的负影响，存在于不少工程地质研究课题中。

对岩体变形破坏的影晌

根据上述公式分析表明，无论是哪一种类型的岩体，有效应力原理是普遍适用的，岩体的变形破坏取决于有效应力，因而岩体内空隙水压力的变化必然对岩体的变形破坏产生影响。

引起岩体内空隙水压力变化的原因，可有以下三个方面。

⑴地下水补给排泄条件的变化引起的岩体内空隙水压力的变化，如特大降雨，洪水，持续干旱、人工抽水、注水或水库蓄水等，均能造成地下水位大幅度的变化，从而引起岩体内空隙水压力的增减。

这类变化往往具有区域性特征，所影响的范围和深度都可以很大。例如水库蓄水使地下水位抬升，根据卡布里耳坝的观测资料证明，由于岩体中空隙水压力增高，出现山体高度增高，两侧谷壁相互靠近的现象。而大面积的长期抽取地下水引起的地下水位的降低，会造成大范围内的地面沉降。一些巨型的崩滑体的发生，常常也与这类变化有关。水库蓄水和深井注水还可引起深部岩体破裂，造成水库地震。

一些研究表明，上述因素所造成的水位变动与岩体内空隙水压力变化之间总有一定的时差，且通常空隙水压力的变化总是滞后于气象、水文条件的改变。

⑵岩体受荷状态的变化引起的岩体内空隙水压力的变化

土力学中已指出，在加荷过程中，饱水的土体所承受的附加压力P是由水和颗粒骨架分别承担的。其中由水承受的压力称之为中性压力Pwe。由颗粒骨架承受的那部分压力称之为有效压力Ps，这种由于附加压力引起的中性压力，它不同于由土体中静水压力造成的空隙水压力Pw0，称之为剩余空隙水压力或超空隙水压力（excess pore pressure），表示为：

P=Pwe+Ps 或Pwe=P-Ps

超空隙水压力的出现，显然使土体的抗剪强度降低：

S=（σs-Pw）tanΦ+c

当Pwe=σ-Pw0时，抗剪强度几乎降为零，砂土类土和饱水敏感粘土可因此而发生液化。

超孔隙水压力可由Pwe=P变化至Pwe=0，它的变化速率与加荷速度、土体的透水性能，排水或封闭条件以及土体的压缩系数等有关，土力学中有关土体的渗透固结的理论同样也适用于较软弱破碎的岩体。

坚硬的裂隙岩体，由于透水性和排水条件均较土体为好，变形模量也远较土体为高，因而缓慢的加荷过程很难在岩体内形成具有实际意义的超空隙水压力。但是突发的规模较大的动荷载(如地震、人工爆破等)，则可因裂隙中的水来不及消散而造成瞬时的较高的超空隙水压力。因此，在分析地震或人工爆破对饱水岩体稳定性的影响时，必须考虑这一因素，尤其当裂隙中充有粘土等降低裂隙透水性能的物质时，这种影响更为明显。

⑶岩体变形破裂引起的岩体内空隙水压力的变化

岩体变形进入破裂阶段（尤其是进入不稳定破裂阶段）以后，破裂造成的扩容现象可引起空隙水压力发生显著变化。岩体所处环境不同，可表现为不同的变化机制。

①饱水封闭岩体在受力破坏过程中，扩容部位造成真空，使空隙水压力迅速降低，甚至变为负值，产生所谓岩体强度的“膨胀强化”现象。扩容停止以后，空隙水压力随着四周地下水的缓慢流入而部分回升。

②非封闭的、水进出较为畅通的岩体，也可由于迅速加荷造成的破裂扩容速度超过四周地下水流入扩容区的速度，而引起与前者相似的“膨胀强化”现象。不过区别在于一旦扩容速度减缓或停止，空隙水压力可迅速回升。

③当破裂扩容区与具有高水头的地表水体（如水库、湖泊等）直接连通，由于地表水迅速贯入，尔后又因出口排水不良而被堵塞，此时可产生“水击”，在突然出现的破裂面中造成惊人的高水头超空隙水压力。

典型实例

四川省云阳县鸡扒子滑坡是空隙水压力诱发的典型实例。1982年7月中旬暴雨期间，宝塔老滑坡西侧的天然排水沟被堵塞，大量地表水沿老滑坡后缘裂缝渗入滑体，空隙水压力异常增高，老滑带土饱和软化，抗剪强度大大下降，致使该老滑坡西部复活形成鸡扒子滑坡，于7月17日急速滑动。滑坡面积0.77 km2，体积约15×106 m3，前缘约1.8×106 m3土石滑人长江，使河床填高30余米，形成长约700m的急流险滩，严重碍航。后来耗费巨资整治，才使险滩基本消除。

在混凝土重力坝坝基抗滑稳定课题中，空隙水压力（一般称扬压力）更是一个影响坝基稳定性的重要参数。为了保持大坝的稳定，工程上采取灌浆帷幕和排水孔等措施削减扬压力。

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