内聚力与孔隙水压力 [复制链接]

内聚力：一切使土颗粒凝聚在一起的吸引力。对于砂土这样的粗颗粒，内聚力基本为零。对黏性土这样的黏土晶粒，内聚力包括晶粒之间的全部吸力和拆力的总和。
孔隙水压力：孔隙水总是位于土颗粒之间的孔隙中。孔隙水本身可分为两种彼此相反的作用：
①在孔隙水极少时反映出吸引力，因为黏土颗粒（带电性极子）的强烈吸水性，极少的水可以作为粘结剂把黏土颗粒粘聚在一起；黏性土被烘干后非常坚硬，难以碾碎，主要原因就是自由孔隙水被蒸发，剩下的结合水膜把土颗粒粘结在一起。
②当孔隙水外加的动水压力增大时，水分子可作为一把水刀刺入（挤入）任何土颗粒之间（水膜厚度很小），并使土颗粒分裂开来，含水率越高，土粒之间的距离越远，吸力越小。
由此可见，水压力具有粘接和劈裂双重作用。我想强调的一点是，孔隙水压力的劈裂作用。在劈裂灌浆、水致压裂岩石中应用广泛。

假定u为孔隙动水压力，c为总内聚力，则有效内聚力 c' = c - u 。
之所以这样考虑，主要有以下几点考虑：
1、内聚力很难测准。常规内聚力概念在土力学中显得极其神秘，难以驱驾。每种剪切试验（快剪、慢剪、直剪、三轴剪）都必有一种内聚力参数。
2、内聚力的易失性。土的内聚力其实很不稳定。在浸水或蠕变中会不知不觉的玩消失，剪切变形初期也会从峰值强度变为残余强度。
3、土的压密灌浆，岩石的水致压裂，水刀钻探，都是用水压破坏岩土的常见手段。内聚力是使岩土粘聚在一起，而超高水压力则起到抵消内聚力的反作用力，产生破坏作用。

经典的有效应力抗剪强度表达式为：τ = c + ( σ - u )  tan⁡ φ
个人觉得其中的有效内聚力 c 项表达不合理。 c 应该用 c - u 表示比较合理。即：τ = c - u + ( σ - u )  tan⁡ φ
而用 c - u  来表示 有效内聚力，足以简单表达了有效内聚力的复杂性，孔隙水压力的复杂性即代表有效内聚力的复杂性！

考虑到孔隙水压力的作用会降低有效内聚力，实际计算结果可能会降低动态孔压下的安全系数评估。
因此，个人认为经典的有效应力抗剪强度公式，估计的边坡安全系数实际上是偏大的，也可能是偏不安全的。
在此提醒广大岩土工作者，应该要充分注意到孔隙水动水压力对有效内聚力的修正作用！！！

这方面主要考虑土的水理性质

对孔隙水压力作用的理解，不是采用经典的带有误导性的认知（静态不变的粘聚力，由试验测定的固定粘聚力，死参数），而是要从水土相互作用机理上进行梳理和厘清，用创新的认知来修正已有的认知。
注意到孔隙水动水压力对有效内聚力的修正作用，即有效粘聚力是随孔隙动水压力在不断变化的活参数 c' = c - u 。在特别情况下，当孔隙动水压力值 u 超过土体的固有粘聚力 c 时，即 c' <= 0，孔隙水将具有足够的能量将土体分解和劈裂，在土中形成微裂隙，从而破解土体的完整性。
这一改进认识，强化了孔隙水动压对边坡稳定性的动态影响，反映了稳定系数对动水压力变化的敏感性，比常规计算方法较大幅度降低了稳定系数。可以很好的模拟水库水位骤降对库岸边坡稳定性的降低。
主导想法是通过引入动水压力将粘聚力死参变活参，考虑动水压力对抗剪强度和抗拉强度动态改变。强化表达孔隙水对岩土的破坏作用，回归接近本真事实。
边坡安全储备可以理解成被孔隙动水压力偷吃了。比如振动、爆破、水位骤降，临时加载都会偷吃边坡稳定安全储备。反映出岩土工程事故发生在某一瞬间的特点。大部分时间是安全的，但特殊的瞬间才是变数。
这一思路，可能会出现在增加固有粘聚力反而降低稳定系数的情况，即高粘聚力时获得低稳定系数，因为计算结果还取决于动水压力水平，可能会使岩土设计中算不过的工况明显增加。