膜下负压相当于问题的渗流场边界条件,在不考虑变形耦合的情况下,当土中渗流达到稳定后,一般会出现两种情况:渗流速度为零和不为零。前者多见于一般的地基处理问题,而后者多见于坝体渗流。对于一般的地基处理问题,在最简化的条件——地基均匀、正常固结、无超静孔压、地下水位在地表处,那么在地表处施加真空压力后,由于渗流场边界条件的改变,最靠近真空边界的土体与真空边界处由于存在水头差——土水势不等,按渗流定律,必然存在渗流,使得该处的水头不断降低,并引起更深处土体产生"连锁反应"——出现渗流同时水头降低,这一过程将持续到整个渗流场中的水头均衡为止,简单地说,就是边界上的真空压力传递到深处每一个地方。这样,地基中可能出现的最大负压,其实就是边界上施加的真空荷载大小,其数值本质上是渗流场中的水头改变量。
“产生的最大负压为真空预压稳定后的孔隙水压力分布减去初始状态静止水压力”,这个定义还是有些局限的。比如,地基中的土体在计算起始时刻如果含有承压水呢,或者如果土体属于欠固结土体呢,等等情况都不能涵盖。
一般而言,土体中的最大负压其实就出现在邻近真空边界处。对于实际工程,一般多见于浅表土层,以及竖向排水体——塑料排水板或袋装砂井等。实际工程中通常认为真空预压加固的有效范围是一个有限值,比如15m,或20m,其原因很多,最主要的是真空加压问题属于软土固结问题,实际加载工期不可能很长,比如6-12个月,而这样短的时间段内,一般软土的整体固结度还是有限的,提高其效果的主要施工途径就是加大排水体的埋深。但不管怎样,都难以提高真空压力标准,这取决于真空泵的工作性能和实际场地的密封情况,目前也就是-90kPa左右的实际施工水平。根据前面的机理分析,对既定场地的真空预压效果,将主要取决于真空边界条件,而地基土体内部后续引起的孔压降低,将不会超过边界处的真空压力。
最后,本人很讨厌关于“负压”这一提法。对于真空泵而言,无疑是容易接受的。可是对于地基处理,负压也会出现土体内部孔压非负的情况,尤其是对于深部土体,这样,负压将名不副实,还不如仍然称为孔隙水压力。其二,使用负压的提法,容易将渗流场的边界条件,
跟应力边界条件混淆,使得在问题分析时产生将真空荷载作为应力边界条件的错误。