残余孔隙水压力简介

孔隙水压力是指土壤或岩石中地下水的压力，该压力作用于微粒或孔隙之间。从振动孔隙水压力发展的整个过程来看，可大致分为 2 个阶段： 振动孔隙水压力以较快的速度发展； 振动孔隙水压力主要体现了波动效应，几乎没有累积效应。残余孔隙水压力是指饱和土在往返剪切作用或循环剪切作用下引起的一时不可恢复的孔隙水压力。当残余孔隙水压力达到一定值，会使土的有效应力趋于零，全部应力由土骨架转移到水，土的抗剪强度和抵抗变形的能力，几乎完全丧失，而且变形的增长具有突发性，土转为液化状态。例如在海洋工程中最重要的荷载是波浪荷载，波浪荷载以循环压力波的形式作用于海床上，引起海床中孔隙水压力和有效应力的变化，使海床出现变形、剪切破坏、液化等现象，导致海床的失稳，甚至引起坐落于海床上的结构物发生破坏。变幅波浪荷载作用下振动孔隙水压力的上升与累积损失能量紧密相关。在三向非均等固结条件下，初始主应力方向角、初始偏应力比、初始中主应力参数对残余孔隙水压力与累积损失能量的关系均有较大影响，在相同的累积损失能量下，初始主应力方向角与初始偏应力比越大，残余孔隙水压力越小；但残余孔隙水压力随着初始中主应力参数的增大而增大 。

饱和土为土体内的孔隙基本上被水充满的土。《土工试验方法标准》的“试样制备和饱和”一节中明确给出了饱和标准是“饱和度不低于95﹪”（颗粒粒径小于60mm的土）。土的饱和度Sr是土的孔隙中水的体积与孔隙体积之比，用百分数表示，形容土的孔隙被水所充满的程度。它可以用于判断土的干湿程度，变化范围为0~100%。Sr=0为干土，Sr=100%为饱和土，0

1.选用叠式或框式饱和器，试样上、下面放滤纸和透水石装入饱和器内并旋紧螺母。

2.将装好的饱和器放入水箱内注入清水，水面不宜将试样淹没，关箱盖。浸水时间不得少于两昼夜。

3.取出饱和器，松开螺母，取出环刀，擦干外壁，称环刀和土的总质量。

抽气饱和法

1.选用真空饱和装置，将装有试样的饱和器放入真空缸，真空缸与盖之间涂一层凡士林盖紧。

2.将抽气机与真空缸接通，开动抽气机。当真空压力表读数与一个大气压力值相

等时，微开管夹使清水徐徐注入真空缸。在注水过程中，真空压力表读数宜保持不变。

3.待水淹没饱和器，停止抽气。开管夹使空气流入真空缸，静止一段时间，粘性土宜为10h。

4.打开真空缸，从饱和器内取出试样，称试样质量，并计算饱和度。当饱和度低于95%时，应继续抽气饱和。

液化是指物质由固体状态转变为液体状态的行为和过程。从力学行为来看，物质的固体状态和液体状态最本质的区别在于物质在固体状态具有抗剪强度，而在液体状态则不具有抗剪强度。土是一种压硬性材料，模量和强度都与有效应力有关，因此土由固体状态向液体状态的转变是孔隙压力增大、有效应力减小的结果。液化问题一般是针对无黏性土而言的。黏性土因其具有黏聚强度，即使有效球应力减小到零，也具有一定的抗剪强度，不能达到完全的液体状态。砂土是最常见的无黏性土，液化问题大多也以饱和或接近饱和的砂土为研究对象。饱和砂土是由土颗粒与孔隙水组成的多孔两相介质。饱和砂土的液化是在一定条件下由于荷载作用导致孔隙水压力增长的结果。

Seed等把不排水循环剪切试验中有效应力第1次为零的状态称为初始液化，从而把液化过程分为初始液化前(简称：液化前)和初始液化后（简称：液化后）两个阶段。20世纪60年代、80年代关于地震液化问题的研究主要针对液化前，着重研究初始液化的产生机理、影响因素、判别方法等，尤其在液化的判断（亦称液化可能性判断）方面取得了相当的进展，提出了多种基于室内试验或震害调查的液化判断方法，其中一些方法的可靠性也比较高，并已纳入相应的抗震设计规范。20世纪80年代以来，通过震害调查人们逐渐认识到：土层液化并不一定存在危害，只有当液化引起的变形足以危害结构物安全或正常使用时才造成危害；液化问题研究的核心不是强度，而是变形发展过程。此后液化问题的研究重心逐渐转向液化引起的变形评价。对液化引起的变形的评价方法主要有：基于室内试验或现场调查的简易估计方法、基于动力反应分析的数值评价方法。基于简单的室内试验或现场调查而建立起来的一些经验或者半经验性的公式和方法，难以真实地反映具体场地的地形、地质条件和动力条件，预测的变形精度和可靠性较差；同时无法合理评价土与结构系统的复杂的动力相互作用。基于动力反应分析的数值评价方法在理论上可以考虑复杂的地形条件等，可以进行土与结构的动力相互作用分析，其预测的精度主要依赖于所采用的本构模型的模拟能力及模型参数确定的合理性和可靠性。因此，这一时期广泛开展了可用于液化分析的本构模型的研究，提出了大量的非线性弹性或弹塑性的循环本构模型。这些模型明显存在以下不足或缺陷：（1）几乎所有的动本构模型都不能正确地再现复杂往返加载过程中饱和砂土反复出现的剪胀，别是反向剪缩以及体应变不断累积变化的规律性；（2）几乎所有的模型，都是针对初始液化前的中小变形而提出的，它们不可能正确地评价初始液化以后的静力或者往返加载引起的大变形以及具有非稳定特征的流滑破坏 。2100433B

白云石化灰岩及重结晶灰岩常保存有灰岩的部分原始结构，这部分结构被称作为残余结构，如在结晶灰岩和白云岩中，时可见到的残余生物结构、残余鲕粒结构、残余砂屑结构和残余生物礁结构等。 残余结构，是原岩在变质作用过程中，由于重结晶、变质结晶不完全，原岩的结构特征被部分保留下来的部分。

原岩在变质作用过程中，由于重结晶、变质结晶不完全，原岩的结构特征被部分保留下来，称为变余结构。如变余斑状结构、变余砂质结构、变余砾状结构、变余泥质结构等。

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在加载试验中，残余变形是指已进入塑性阶段的材料在卸载后不可恢复的变形。对于理想弹塑性模型来说，残余变形等于塑性变形。而对于超静定结构来说， 残余应变不等于塑性应变，在卸去外荷载后，残余应变包括弹性应变和塑性应变。

结构在经受地震动作用后会发生变形和位移，其中在震动结束后不能恢复的这一部分，即为残余变形或永久变形。残余变形取决于结构本身的动力性能和输入地震波的特性以及场地条件等。残余变形能够提供震害评估的信息，同时也是震后加固修复的指标。

近年来的震害情况表明，尽管地震能量通过结构的弹塑性变形耗散了大部分，基本保证了“大震不倒”的安全目标，但是结构的地震损伤却十分严重，过大的残余变形使得结构难以修复且基本上丧失正常使用功能，造成严重的经济损失。因此，考虑残余变形的影响因素及计算方法对于抗震设计是有一定帮助的。同时，结构的地震残余变形对于震后损失评估和修复非常重要。

对于残余变形的计算有2种方案：第一种是弹塑性时程分析，对于桥墩柱等比较重要的构件可以通过时程分析来得到某一地震波输入下的残余变形；第二种则是以大量试验和计算数据为依据建立残余变形谱。