土中水压之争与水压率理论

土中水压之争

与

水压率理论方玉树（解放军后勤工程学院）问：土中水应力（与应力同量纲的孔隙水压力）如何确定？引言土木工程和市政工程广泛涉及孔隙水压力或与孔隙水压力有关的问题。目前，人们对一些与孔隙水压力相关的议题存在着争论或不完全清楚，存在着争论的议题是：细粒土中水对结构物的浮力在按阿基米德定律计算后要不要折减？《岩土工程勘察规范》规定：浮力“在原则上应按设计水位计算，对粘土当有经验或实测时可根据经验确定。”引言条文说明对此规定做了如下解释：“地下水对基础的浮力可用阿基米德原理计算。这一原理对渗透系数很低的粘土来说也应是适用的，但有实测资料表明，粘土中基础所受到的浮力往往小于水柱高度。由于折减缺乏必要的理论依据，很难确切定量，故规定只有在具有地方经验或实测数据时方可进行一定的折减。”0引言《铁路路基支挡结构设计规范》只要求对砂类土、碎石类土按计算水位的100%计算浮力，而对粉土和粘性土是否按计算水位的100%计算浮力未作要求。由此可见，当前的困惑在于折减符合实际，但不符合阿基米德定律或者说与现有孔隙水压力计算方法不协调，不折减符合阿基米德定律也与现有孔隙水压力计算方法协调，但不符合实际。引言计算土的有效自重应力时水位以下土的重度是否一律取浮重度？通常的做法是一律取浮重度，一些土力学教科书（如赵明华主编的《土力学与基础工程》）认为，一般应取浮重度，但计算不透水层（例如只含结合水的坚硬粘土层）中某点的自重应力时，由于不透水层中不存在水的浮力，水位以下土的重度应取饱和重度。根据目前普遍采用的土的浮重度和饱和重度的关系式，按浮重度计算和按饱和重度计算的结果有近一倍的差别。引言土压力计算时是水土分算还是水土合算？《建筑基坑工程技术规范》的意见是水土分算（或水土分算，有经验时可水土合算）（据《岩土工程勘察规范》之条文说明，上海、广州有关标准也持这种意见）。引言《建筑地基基础设计规范》和《建筑基坑支护技术规范》的意见是水土合算（据《岩土工程勘察规范》之条文说明，深圳、湖北有关标准也持这种意见），《建筑地基基础设计规范》之条文说明对此规定作了如下解释：按有效应力原理应进行水土分算，这种方法概念比较明确，但粘性土孔隙水压力往往难以确定，故采用水土合算，这种方法低估了水压力的作用，对此应有足够认识。《建筑边坡工程技术规范》意见是根据经验确定是水土分算还是水土合算，这种意见对缺乏经验时如何计算没有说明。0引言根据目前孔隙水压力和竖向有效自重应力（或浮重度）计算方法，水土分算的墙背土压力强度明显大于水土合算的墙背土压力强度。动水头范围内是否一律考虑渗透力？《滑坡防治工程设计与施工技术规范》和《滑坡防治工程勘察规范》认为应一律考虑渗透力；《建筑边坡工程技术规范》和《港口工程地基规范》认为有渗流时应考虑渗透力；湖南省水利水电勘测设计院编写的《边坡工程地质》认为对透水性较强的土体应考虑渗透力，对相对不透水的土体可不考虑渗透力。重庆《地质灾害防治工程勘察规范》以10-7m/s为界.0引言网上的两个问题：基岩区地下室抗浮水位怎么提？侧墙背后可能渗水。提与不提、提多提少犯难上部20米厚饱水砂土、下部5米厚粘性土。砂土降水后，粘性土是回弹了还是压缩了？引言上述议题中一些观点或做法都有一定的道理，却显然是不一致的，按现有的规则是不可调和的。不完全清楚的议题是：为什么细砂和粉砂最易发生流土和振动液化？为什么包括潜蚀和流土的渗流破坏会在水力坡度远远小于1的情况下发生，又会在水力坡度远远大于1的情况下也不发生？引言为了减少与孔隙水压力有关的力学计算中的矛盾并对与孔隙水压力有关的变形破坏问题作出较为合理的解答，本人提出了水压率理论。水压率理论是关于水压原理及其应用的理论。第一部分水压率理论概要方玉树.水下土力学若干问题[C].后勤工程学院第三届科学报告会宣读论文汇编.1991.方玉树.饱和土孔隙水压力及有关土体变形破坏问题的研究[A].后勤工程学院学报[J].1993（2）.方玉树.基于水压率讨论土中孔隙水压力及有关问题[A].岩土工程界[J].2007（5）.方玉树.水压率理论被推翻了吗[A].岩土工程界[J].2007（11）.方玉树.水压率理论释疑[A].岩土工程界[J].2008（4）.方玉树.土的有效应力和有效自重应力[A].岩土工程界[J].2009（1）.方玉树.土的有效应力原理相关问题的讨论[A].岩土工程界[J].2009（5）.方玉树．关于“关于有效应力原理的几个问题”的讨论．岩土工程学报．待刊．

1建立水压率理论的基础

1.1孔隙水压力是单位面积土截面上的水压力为使土的力学问题能用连续体力学解决，必须把土看成连续体，也就是说，在土力学中，无论是应力还是渗流，都有在土截面上各种组分（颗粒、结合水、自由水和气体）之间取平均的含义。因此，某点的渗透速度是单位面积土截面的流量（而不是实际流速）；某点的某种应力（如剪应力、总应力、有效应力）是单位面积土截面上的某种力（如剪力、总压力、有效压力）。与应力同量纲的孔隙水压力（即孔隙水应力）既与渗流一样来源于孔隙水，又和有效应力一样来源于土中的某一组成部分，理应定义为单位面积土截面上的水压力。1建立水压率理论的基础1.2孔隙水压力（及总应力、有效应力、剪应力）所涉及的截面是在颗粒（或胶团）之间通过的宏观上是平面的曲面土体的变形源于颗粒之间的相对位移，因此，孔隙水压力（及总应力和有效应力）所涉及的截面应是在颗粒（或胶团）之间通过的宏观上是平面的曲面。这样的截面性质才符合土的变形破坏特点。显然，假想平面中的各种组分之间（颗粒之间、结合水之间、自由水之间和气体之间）接触面积是这个曲面中的相应组分之间（颗粒之间、结合水之间、自由水之间和气体之间）接触面积在这个平面上的投影面积。1建立水压率理论的基础1.2孔隙水压力（及总应力、有效应力、剪应力）所涉及的截面是在颗粒（或胶团）之间通过的宏观上是平面的曲面平面上的力与曲面上的力的关系是：平面上的总压力是曲面上全部力（包括压力和剪力）在平面上的法向分量总和；平面上的水压力是曲面上全部水力（水压力）在平面上的法向分量总和；平面上的有效压力是曲面上全部有效力（包括有效压力和剪力）在平面上的法向分量总和；平面上的剪力是曲面上全部力（包括压力和剪力）在平面上的切向分量总和。议论平面上的力与曲面上的力的关系并不表示某种应力（孔隙水应力及总应力、有效应力、剪应力）是通过曲面上的力算出的，这样做既不可能也完全没有必要。1建立水压率理论的基础1.3结合水不传递水压力结合水不能传递静水压力的陈述由来已久，但相关文献没有具体说明理由。本人认为，无论是在静止条件下还是在渗流条件下，结合水都不能传递水压力，理由是：1.实验室里固态的无裂隙饱和重塑粘土样不含自由水而只含结合水。当它受压时，我们既不能见到水从土中流出，也不能测出水压力或压力水头。1建立水压率理论的基础1.3结合水不传递水压力2.粘土中颗粒被结合水包围，颗粒之间并不接触，如果结合水能传递水压力，那么，土中颗粒均处于悬浮状态，粘土对任何接触面产生的压力都是水压力，其侧压力系数为1，其有效应力始终为0，粘土渗透固结无法进行。这显然与实际不符。1建立水压率理论的基础1.3结合水不传递水压力3.粘土中颗粒被结合水包围而互不接触，当结合水能传递水压力时，粘土就成了一种密度比自由水大的流体。如果粘土已经是一种流体，哪还需要划分坚硬、硬塑、可塑、软塑状态和用以划分这些状态的液性指数呢？如果粘土已经是一种流体，哪还有什么粘土基坑底突的现象发生呢？如果粘土已经是一种流体，哪还有什么粘土中的渗透问题呢？如果粘土已经是一种流体，为什么作为流体的水和泥浆都具有浮力而粘土不具有浮力呢？1建立水压率理论的基础1.3结合水不传递水压力4.如果结合水能传递水压力，那么不含自由水的黏土层就永远有水压力作用。不含自由水的黏土边坡稳定性计算要考虑水压力。不含自由水的黏土边坡挡土结构和位于不含自由水的黏土层中的基础及洞室支护结构要承受水压力，且边坡越高，基础和洞室埋置越深，承受的水压力越大。这显然与实际不符。1建立水压率理论的基础1.3结合水不传递水压力5.设想从土中提取一个粘粒，此时，该颗粒仍然被一层厚度可大于颗粒的结合水包围，而结合水表面是封闭的曲面，不仅倾斜，而且有的朝上有的朝下，朝上朝下的情况还随颗粒翻转而变化。虽然由颗粒和结合水组成的单元（胶团）小到让我们肉眼看不见，但事实就是如此。因此，它的水位面是不存在的，从而压力水头是不存在的。1建立水压率理论的基础1.3结合水不传递水压力6.水往低处流（准确地说，是水从高水位往低水位流动）是水受重力控制的必然结果，结合水不受重力控制因而是不能流动的。有人认为结合水虽不能流动但能传递水压力。这样的水是不存在的，压力水头是总水头的一个组成部分，当土体中水能传递水压力时，在不同位置可以形成压力水头差，当压力水头差造成总水头差（当位置水头差为0时，压力水头差等于总水头差）时水就会流动。这就是说，具有不能流动性质的水必然不能传递水压力。2水压原理2.1孔隙水压力的表达

在颗粒之间通过的截面上，自由水所占的面积无论有多大总是小于截面总面积。因此，根据上述定义，孔隙水压力应用下式表达：

式中为压力水头，是单位面积土截面上自由水所占面积，也即在同等压力水头下土中某面所受到的孔隙水压力与该面在完全暴露于水体中时所受到的水压力（即水力学上的水压强，以下简称水体水压力）之比，称水压率。2水压原理2.2水压率的分析2水压原理2.2水压率的分析

不同的土有不同的水压率。对于由粗粒构成的土，截面面积由颗粒之间接触面积和自由水所占面积构成，而颗粒之间接触面积最多只占截面面积的百分之几，因此水压率接近于1，在计算孔隙水压力时将水压率取1不会造成大的误差。2水压原理2.2水压率的分析对于由细粒构成的土（纯细粒土），除了颗粒和自由水，还有结合水。结合水不能传递静水压力，它包围着细小颗粒，与所包围的颗粒一起组成胶团。孔隙水压力涉及的截面应是在胶团之间通过的宏观上是平面的曲面，截面面积由胶团之间接触面积和自由水所占面积构成。

2水压原理2.2水压率的分析对于由粗粒和细粒共同构成的土，孔隙水压力涉及的截面应是在颗粒之间、胶团之间及颗粒与胶团之间通过的宏观上是平面的曲面，截面面积由颗粒之间接触面积、胶团之间接触面积、颗粒与胶团之间接触面积和自由水所占面积构成。在这些组成部分中，颗粒接触面积所占比例很小（比纯粗粒土中的还要小），可以忽略不计；因公共结合水的存在，胶团之间接触面积所占比例通常不能忽略，在颗粒组成固定的条件下随结合水膜的变薄而增大。

2水压原理2.2水压率的分析因此，截面总面积几乎等于结合水所占面积与自由水所占面积之和也即孔隙所占面积。这样，水压率几乎等于自由水所占面积与孔隙所占面积之比.这样，水压率几乎等于自由水所占面积与孔隙所占面积之比。因结合水所占面积比例通常大于0，故水压率通常小于1。当孔隙完全被结合水充填即无自由水时，水压率为0。2水压原理凡影响自由水所占面积与孔隙所占面积之比的因素都影响土的水压率，因自由水所占面积与结合水所占面积互补，也可以说，凡影响结合水所占面积与孔隙所占面积之比的因素都影响土的水压率。因此，严格地说，土的水压率是随空间位置和方向变化的，并在固结过程中随时间的增长而逐渐减小。为使涉及孔隙水压力的问题能够或易于求解，可在一定的空间和时间范围内将水压率视为一个常量。2水压原理在固结过程中，相邻胶团接触方向上一部分弱结合水受压被迫转移至相邻胶团不接触的方向上使后一方向上一部分弱结合水因厚度过大不再受电引力控制而转化为自由水。这种转化虽然会使结合水体积减小，但不会使水压率增加，原因是：在固结过程中，相邻胶团接触面积一直在增加，也就是说，自由水所占面积一直在减小。2水压原理凡影响自由水所占面积与孔隙所占面积之比的因素都影响土的水压率，因自由水所占面积与结合水所占面积互补，也可以说，凡影响结合水所占面积与孔隙所占面积之比的因素都影响土的水压率。因此，严格地说，土的水压率是随空间位置和方向变化的，并在固结过程中随时间的增长而逐渐减小。为使涉及孔隙水压力的问题能够或易于求解，可在一定的空间和时间范围内将水压率视为一个常量。2水压原理在固结过程中，相邻胶团接触方向上一部分弱结合水受压被迫转移至相邻胶团不接触的方向上使后一方向上一部分弱结合水因厚度过大不再受电引力控制而转化为自由水。这种转化虽然会使结合水体积减小，但不会使水压率增加，原因是：在固结过程中，相邻胶团接触面积一直在增加，也就是说，自由水所占面积一直在减小。2水压原理土的水压率是对土的水压性的度量。土的水压性是指土能够受到一定水压的性能。显然，土的水压性同透水性和给水性一样是土的重要的水理性质，土的水压率同渗透系数和给水度一样是土的重要的水理性质指标。水压率的变化规律同渗透系数和给水度既有相似性又有差异性（见表1）。水压原理

2.3水压率的确定

现场测定,室内试验(对纯细粒土采用第2式，对其它土均采用第一式)

2水压原理2.4孔隙水压力的变化规律孔隙水压力可在0和水体水压力之间取值。显然，粗粒土的水压率大于细粒土，故在同等压力水头下，粗粒土的孔隙水压力也大于细粒土。当给水度接近于0时，因水压率接近于0，故孔隙水压力接近于0；当给水度接近于孔隙度时，因水压率接近于1，故孔隙水压力接近于水体水压力。当土体由若干水平层状土层组成时，孔隙水压力的变化可因各层土的水压率不同而在各层交界处不连续，当上层土的水压率大于下层土的水压率时上层土的孔隙水压力可以大于下层土的孔隙水压力。3与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.1浮力地下水在静止状态下对竖直柱状结构物和以地表为顶面的竖直柱状土体的浮力等于作用在结构物和土体底面上的总孔隙水压力，据此可得下式：2与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.1浮力当结构物和土体位于地表水位面以下而地下水与地表水连通、水位相同时，水在静止状态下对结构物和土体的浮力等于作用在结构物和土体底面上的总孔隙水压力与作用在结构物和土体顶面上的总水体水压力之差，当结构物和土体顶面水平时，据此可得下式：2与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.1浮力当结构物和土体位于地表水位面以下而地下水与地表水不连通时，地表水是作用在结构物和土体上方的荷载，水在静止状态下对结构物和土体的浮力也即地下水在静止状态下对结构物和土体的浮力，应按下式计算：2与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.1浮力由此可见，地下水或涉及地下水的水对结构物和土体的浮力与土的水压率有关，随水压率的减小而减小，在上方无地表水或虽有地表水但与地下水不连通时可减至0，在上方有与地下水连通、与地下水水位相同的地表水时可减至负值。阿基米德定律是上述公式在水压率为1时的结果，是地下水浮力规律的特殊情形。只有在水压率接近于1时，浮力才能按阿基米德定律计算。2与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.1浮力土层表面水压率可通过孔隙水压力测定的现场试验和室内模型试验由（1）式确定，也可按下列室内试验方法粗略确定：将试样置于内部横截面与试样横截面相同的容器中，在试样顶面加一层水，测定试样底面孔隙水压力，由（1）式计算水压率。需要注意的是，试验中所测孔隙水压力应是稳定值。3与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.2有效应力太沙基提出的饱和土有效应力公式如下：

式中为有效应力，为总应力。需要说明的是，式中应理解为本文所定义的孔隙水压力。根据（7）式和（1）式，当孔隙水压力因水压率接近于0而接近于0时，有效应力接近于总应力。这时，有效应力强度指标也必然接近于总应力强度指标。当土体由若干水平层状土层组成时，有效应力的变化可因各层土的水压率不同而在各层交界处不连续。

3与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.2有效应力有效应力定义为单位面积土截面上的颗粒间压力是不严密的。按照这样的定义，黏土的有效应力因颗粒不接触而为0。有效应力应定义为单位面积土截面上的颗粒或胶团间压力。（11）式成立的条件是孔隙水压力是中性应力。当颗粒周围无结合水时，与自由水接触的是颗粒，而颗粒的压缩性远小于由颗粒和颗粒间孔隙组成的骨架的压缩性，故孔隙水压力是中性应力。3与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.2有效应力当颗粒周围有结合水时，与自由水接触的是由颗粒和结合水组成的胶团。因弱结合水的极限厚度远大于强结合水，极弱结合水的极限厚度远大于较弱结合水，所以，当相邻胶团接触处为强结合水甚至为较弱结合水时，胶团间孔隙已无自由水（即胶团间已无孔隙）。因此，胶团的压缩性远小于由胶团和胶团间孔隙组成的骨架的压缩性，由此可见，孔隙水压力仍是中性应力。3与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.2有效应力需要指出的是：在固结过程中，因一部分结合水转化为自由水，胶团体积也会减小。但这种体积减小不是在胶团质量保持不变的条件下进行而是伴随着胶团质量的减小，它与胶团接触压力大小有关而与胶团所受水压大小无关，因而不是胶团在水压作用下的压缩。3与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.3有效自重应力和浮重度

根据土的有效应力表达式，土的竖向有效自重应力是竖向总自重应力与孔隙水压力之差，因此，当把土体视为半无限空间体时，多层土体中某点的竖向有效自重应力应按下式计算：

3与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.3有效自重应力和浮重度上式可改写为

3与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.3有效自重应力和浮重度土的浮重度是用于计算土的有效自重或有效自重应力的，它同顶面与水位面平齐的土柱高度之积必须等于该土柱的有效重量（即浮重），否则它就没有任何意义。由此，根据上式，计算点以上水位面以下某层土的浮重度为3与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题

3.3有效自重应力和浮重度该式说明，某层土的浮重度与有效自重应力计算点所在土层的水压率有关，计算点未确定时，各层土的浮重度均未确定。当计算点处的水压率很小时，计算点以上各层土的浮重度接近饱和重度，自重应力按浮重度计算和按饱和重度计算并无明显差别。太沙基浮重度公式（或取饱和重度与水重度之差的公式）是上式在计算点所在土层的水压率为1时的结果，是上式的特殊情形。只有在有效自重应力计算点所在土层的水压率接近于1时，浮重度才能按太沙基公式（或取饱和重度与水重度之差的公式）计算。3与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.3有效自重应力和浮重度土的浮重度受控于有效自重应力计算点所在土层的水压率，意味着同一种土不具有同一个浮重度，确定的土不具有确定的浮重度，浮重度不是土的物理性质指标，仅仅是有效自重应力计算中所用的一个与重度同量纲的参数。事实上，根据物理学原理，即使设想有效自重应力计算点总是仅仅涉及水压率近似为1的土或均质土，土也不存在一个真正的浮重度。

3与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.3有效自重应力和浮重度确定（包括含水率也确定）的土同有确定的质量密度一样有确定的重度，土的干重度和饱和重度是该土在含水率取最小值和最大值时重度的最小值和最大值。水位面以下土体的有效重量（浮重）不是该土固有的重量。有质量密度才有相应的重度，没有质量密度就没有相应的重度。浮质量密度是不存在的，因而浮重度也是不存在的。虽然某些教科书把土的浮质量密度定义为单位体积土中颗粒扣除同体积水质量后的质量（或颗粒有效质量），但这种定义的物理含义是不清楚的。计算土的有效自重应力并不是非有浮重度这个参量不可。3与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.4土压力土压力在原则上应按水土分算方法计算，土压力应为侧向有效土压力与侧向总孔隙水压力之和。上述两项的大小均随土的水压率变化。当土的水压率很小时，孔隙水压力接近于0，土的竖向有效自重应力接近于竖向总自重应力，有效应力强度指标接近于总应力强度指标，有效土压力系数接近于总土压力系数，这样，侧向有效土压力接近于侧向总土压力，侧向总孔隙水压力接近于0，故按水土分算方法计算的土压力接近于按水土合算方法计算的土压力。此时，可以按水土合算方法计算土压力。当土的水压率较大时，按水土合算方法计算土压力是不恰当的，应采用水土分算方法。3与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.5

渗透力根据（1）式推导，土中渗透力公式如下：

由此可知，土中渗透力与土的水压率成正比，当水压率很小时，渗透力很小，考虑和不考虑渗透力结果相差很小。目前我们所用的公式是上式在水压率为1时的结果，是上式的特殊情形。3与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.6固结系数

土的固结系数是一维固结微分方程中的系数。3与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.6固结系数粘性土的水压率明显小于1，忽略水压率将导致固结沉降量理论值偏小即达到某一固结度的固结时间理论值偏长，水压率越低，偏长越多。3与孔隙水压力有关的若干土力学计算问题3.7贮水率

土的贮水率是压力水头减小单位长度时单位体积土释放的水量。在忽略水的胀缩性时，土的贮水率为

是土的弹性系数。现在所用的公式是上式在土的水压率为1时的结果。上式说明，土的贮水率不仅与土的弹性系数有关，还与土的水压率有关，弹性系数较大的土也可能有较小的贮水率。因粘性土的水压率小于无粘性土的水压率，故当粘性土的弹性系数与无粘性土的弹性系数相同时粘性土的贮水率小于无粘性土的贮水率。4与孔隙水压力有关的若干土体变形破坏问题4.1渗流破坏当水力坡度超过某一值时，渗流力将使土产生渗流破坏，或潜蚀，或流土。当水流垂直向上运动时，渗流破坏临界水力坡度为

现在的公式是上式在水压率为1时的结果。需要指出的是，在用上式分析潜蚀时，式中的重度和水压率不应是土体的重度和水压率，而应是由粗粒间细粒和水构成的土管的重度和水压率。潜蚀与流土不同，是土体中粗粒间细粒的流动即土管物质的流动。4与孔隙水压力有关的若干土体变形破坏问题4.1渗流破坏因土的水压率可从近于1变化到近于0，土管的重度可从近于自由水重度的2倍变化到近于其1倍，所以，包括流土和潜蚀的渗流破坏既可能在水力坡度远远小于1的情况下发生，又可能在水力坡度远远大于1的情况下也不发生。对具备潜蚀内在条件的土体来说，由于土管的重度总是小于土的重度，潜蚀临界水力坡度总是小于流土临界水力坡度即潜蚀比流土易于发生，也就是说，具备潜蚀内在条件的土不会未经潜蚀而直接发生流土。细砂和粉砂既难以具备潜蚀内在条件又因有很大的水压率而有很小的流土临界水力坡度，因而最易发生流土。4与孔隙水压力有关的若干土体变形破坏问题4.2振动液化

土的振动液化是土在受到振动时丧失抗剪强度的结果。振动时的孔隙水压力是初始孔隙水压力和振动引起的超孔隙水压力之和，而水压率影响初始孔隙水压力的大小。因此，在其它条件相同时，水压率越大，液化越易发生。

细砂和粉砂既因有较低的渗透系数而不易排水又有很大的水压率，其孔隙水压力最容易积累到很高的值，所以最易发生振动液化。4与孔隙水压力有关的若干土体变形破坏问题4.3基坑底突

在水位面以下的承压含水层顶板中开挖基坑，需要判断顶板厚度减至某一值时底突是否会发生。底突发生临界顶板厚度为现在所用的公式是上式在水压率为1时的结果。上式说明，含水层的水压率越小，基坑底突越难发生。因含水层顶板的水压率为0或近于0，故基坑底突总是从含水层顶板的底面开始而不可能从顶板内部某处开始。因粘性土的水压率小于无粘性土的水压率，故在同等条件下粘性土承压含水层的顶板作坑底时比无粘性土承压含水层的顶板较难发生底突。4与孔隙水压力有关的若干土体变形破坏问题4.3基坑底突隧道中的突水也与含水层（体）的水压率有关，含水层（体）的水压率越小，隧道突水越难发生。5饱和岩体和破坏面的水压率5.1饱和岩体水压率的粗略确定方法对无裂隙和空洞的饱和岩体，孔隙水压力涉及的截面上固体所占面积比例已经不能忽略。当在颗粒之间通过的宏观上是平面的曲面中颗粒之间胶结或联结面积所占的比例大到与任意平面上固体部分面积所占的比例相当时，水压率在数值上接近于岩体的给水度（无结合水时接近于岩体的孔隙度）；当在颗粒之间通过的宏观上是平面的曲面中颗粒之间胶结或联结面积所占的比例没有大到与任意平面上固体部分面积所占的比例相当时，其水压率小于饱和土体的水压率而大于给水度。5饱和岩体和破坏面的水压率5.1饱和岩体水压率的粗略确定方法被多方向的密集裂隙分割得很破碎的岩体类似于纯粗颗粒土，水压率可取1。对有空洞的岩体和不属于上述情形的有裂隙岩体，因为空洞和裂隙的水压率与岩石的水压率差别显著（前者可达到1，后者可小到0），所以，就岩体中的某个面而言，其空间位置、规模及方向不同都会导致其裂隙和空洞占有率不同，从而导致水压率不同。因此，水压率取值需要仔细研究，区分情况取值。5饱和岩体和破坏面的水压率5.1饱和岩体水压率的粗略确定方法岩体与结构物的接触面无胶结时，该接触面相当于裂隙面，其水压率为1；有胶结时，其水压率与内部水压率相当，此时，若直接与结构物接触的岩体较薄而其水压率低于其下方岩体的水压率，则应校核由上方岩体与结构物构成的组合体的抗浮稳定性。对岩体，虽然浮力计算依然采用前述方法，但抗浮验算需要考虑岩体抗拉强度。对有胶结或结晶联结的岩体与结构物的接触面有胶结的情况，抗浮验算也需要考虑接触面的抗拉强度。5饱和岩体和破坏面的水压率5.2破坏面的水压率

坚硬的饱和土体中的破坏面（剪裂面和拉裂面）就是一种裂隙面，因强结合水和较弱结合水厚度很小而剪胀效应和伸长效应使原胶团间距离增大，故破坏面的水压率将增大；土的稠度越高，破坏面的水压率增大越多。对有结晶联结的饱和土体，破坏面上固体所占面积比例减至0，因而水压率增大更多。实际上，在破坏面形成前的剪切和拉伸变形中，剪切面和拉伸面及其附近受剪受拉区域的水压率就已经增大了。破坏面水压率增大机制也适用于岩土体与结构物接触面受剪受拉变成的破坏面。６对网友问题的回答根据前面的论述,可以回答网友犯难的一个问题:为使浮力计算比较合理,基岩区地下室抗浮水位怎么提?浮力不仅与水位有关,更与浮力计算方法有关或者说与水压率取值有关.要使浮力计算比较合理,不仅抗浮水位要提得合理，而且水压率取值也要合理，后者与设计方案（是否现浇＼是否做垫层）有关６对网友问题的回答上部20米厚饱水砂土、下部5米厚粘性土。砂土降水后，粘性土是回弹了还是压缩了？可以计算有效应力．有效应力与粘性土水压率有关，水压率很低时，有效应力降低，粘性土回弹；水压率很高时，有效应力提高，粘性土压缩．７几种与孔隙水压力有关的不正确设想７.1第一种设想第一种设想是土中孔隙水压力、浮力和渗透力按一般方法计算后乘以孔隙度进行折减。这种设想不正确的原因是：（1）孔隙水压力所涉及的截面是在颗粒（或胶团）之间通过的宏观上是平面的曲面，这个面上的孔隙面积率几乎为1而远大于孔隙度；（2）孔隙中的结合水不传递水压力。７几种与孔隙水压力有关的不正确设想７.2第二种设想第二种设想是土中孔隙水压力、浮力和渗透力按一般方法计算后乘以给水度进行折减。这种设想不正确的原因是：孔隙水压力所涉及的截面是在颗粒（或胶团）之间通过的宏观上是平面的曲面，这个面上的自由水面积率大于给水度。正因为如此，不同密实度的纯粗粒土虽然有不同的给水度，但压力水头不变情况下的孔隙水压力是相同的。７几种与孔隙水压力有关的不正确设想７.3第三种设想第三种设想是浮力和渗透力随渗透系数的减小而减小。这种设想不正确的原因是：（1）孔隙水压力所涉及的截面是在颗粒（或胶团）之间通过的宏观上是平面的曲面而渗透系数所涉及的截面是穿过颗粒和胶团的截面；（2）压力水头不变情况下的孔隙水压力与渗透系数没有一一对应关系，不同粒径和密实度的纯粗粒土虽然渗透系数有很大差别，但压力水头不变情况下的孔隙水压力是相同的。７几种与孔隙水压力有关的不正确设想７.4第四种设想第四种设想是总应力和有效应力、孔隙水压力的关系用下式表达：

这种设想不正确的原因是：（1）孔隙水压力、总应力和有效应力是单位面积土截面上的相应类型压力；（2）孔隙水压力、总应力和有效应力所涉及的截面是在颗粒（或胶团）之间通过的宏观上是平面的曲面，这个面上的孔隙面积率几乎为1而远大于孔隙度；（3）孔隙中的结合水不传递水压力。７几种与孔隙水压力有关的不正确设想７.5第五种设想第五种设想是：土体受浮力作用实际上是土体中颗粒受浮力作用，因此土体所受浮力应按下式计算：

这种设想不正确的原因是：（1）计算浮力的目的是将物体所受浮力与原有重力作比较或通过物体原有重力与浮力之差求浮重，因此浮力和原有重力必须指的是同一个物体。在土力学计算中，这个物体指的是土体而非土体中的颗粒（或胶团），因为原有重力均按土的重度而非土中颗粒的重度计算。故浮力是土体所受浮力而非土体中颗粒（或胶团）所受浮力；（2）土体所受浮力不等于土体中颗粒所受浮力，因为孔隙中的水（结合水和自由水）也受浮力作用（当孔隙中有气体时，它也受浮力作用）；（3）当有结合水时土体浮重不等于土体中颗粒浮重，因为结合水所受浮力小于自身重力。８水压率理论的工程应用大学城重庆师范大学体育馆重庆主城区排水工程——鸡冠石污水处理厂泵房基坑第二部分水压率理论反响与释疑重庆会议06年3月全国第五次地质灾害防治学术大会会议全是大会报告，没有安排讨论时间桂林工学院一教授很感兴趣，索要资料杭州会议06年12月，中国建筑学会工程勘察分会举办岩土工程中的地下水问题专题研讨会安排的半天讨论，主要讨论水压率理论，毁誉参半，我对各种疑问都做了解答。讨论是由一位大师引起的。西安会议07年12月建设部建筑技术教育中心在西安举办建设部发布的《建筑工程勘察技术措施》培训班。由我主讲。借此机会，介绍了水压率理论，也介绍了一位教授的质疑文章和我的释疑文章。反响很好。宋林辉等撰文应用和例证南京大学土木工程学院博士宋林辉等人在学术期刊《工程勘察》08年第6期、１０年９期发表２篇文章，介绍了在黏土地基上的基础抗浮模型试验，应用和例证了水压率理论。他说：“根据方玉树提出的水压率概念，本次试验所得黏土地基在与基础接触处的水压率为0.6。”，另一次试验为０．７２李广信撰文质疑李广信先后在《岩土工程界》、《岩土工程学报》发表４篇文章对此提出质疑。李广信——清华大学教授、中国土木工程学会土力学与岩土工程分会常务副理事长第一篇:有效应力原理能够推翻吗2007（7）.第二篇：对“基于水压率讨论孔隙水压力及有关问题”一文的讨论2007（9）.第三篇:再议水压率2008（2）.此三篇已汇入著作《岩土工程５０讲——岩坛漫话》中第四篇：关于有效应力原理的几个问题。岩土工程学报。２０１１年（２）李广信撰文质疑李广信在第一篇文章开头还引述了唐诗:李杜文章在，光焰万丈长；不知群儿愚，那用故谤伤；蚍蜉撼大树，可笑不自量。李广信撰文质疑李广信说:“这是唐朝中后期文学家韩愈对某些人对于李白和杜甫两个诗坛巨匠的一些非议所作的严肃批评。其实这也是我们对于一个领域的‘权威’的态度问题：可以超越，但不可以无视；可以无畏，但不可以无知。”李广信撰文质疑李广信说：“近年来，笔者所见到国内与有效应力原理相悖的文章（发表与未发表）有多篇，这些文章……实际上是在有意或者无意推翻或者改写有效应力原理。……还有一位更彻底，他认为水压力只与土内的自由水有关，应当表示为[1]（方玉树文章）……有效应力原理在土力学园地里不象一条小树枝，几个蚂蚁就可以将其搬走。它象‘李杜文章’一样是一棵大树，要撼倒它首先要解决其无数的主根和根系，……。”李广信撰文质疑李广信说：“拜读了方玉树先生的文章，他提出了新颖而大胆的模型和论点，并在所提模型的基础上，对经典土力学学科的主要课题进行了系统的改造，正如恩格斯所说：‘不动则已，一动至少就要创造一个完整的体系’。李广信还说：“如果水压率理论得到证实，那它可能是土力学百年来最重要的前进和发展。”我的回应采用两种回应方式，区分学术与非学术问题。在学术刊物回应学术上的质疑，不谈与学术无关的问题。以别的方式批评学阀作风，不谈学术之争。方玉树.水压率理论被推翻了吗[A].岩土工程界[J].2007（11）.方玉树.水压率理论释疑[A].岩土工程界[J].2008（4）方玉树.土的自重应力和有效自重应力.岩土工程界.2009（1）方玉树.土的有效应力原理相关问题的分析.岩土工程界.2009（5）方玉树．关于“关于有效应力原理的几个问题”的讨论．岩土工程学报．待刊．方玉树．岩土工程研究中科学精神与科学方法的缺失问题．工程勘察．２０１１（１０）．外界反映重庆勘察界一位教授级高工说：“他恼羞成怒”重庆勘察界另一位教授级高工说：“他搞人身攻击”重庆勘察界一位总工专门邮购刊登争论文章的刊物的那几期广州某设计院院长说我在文章中直呼其名,胆子真大。我的评论：在文章中直呼其名是正常的。马克思恩格斯真是我等共产党员的同志，但不称同志，如李广信的第二篇文章。李广信的道歉及与我的合作李广信在第三篇文章中说：“可能伤害了方先生，对此表示深深的歉意。”几个回合结束以后，08年8月，李广信与我合作的经历网友反映１２００下载２００留言1水压率理论不与地基预压渗透固结效果等七个方面的事实矛盾李广信教授认为，按照水压率理论，地基预压渗透固结所能达到的最大效果就是使粘土含水量达到液限即液性指数等于1（因为这是粘土中出现自由水的下限），这与事实是矛盾的；基于同样的理由，他认为，水压率理论与液性指数小于1的饱和粘土有水流动、有静水压力、能够被压缩、经高压固结后饱和含水量可低于塑限、三轴排水试验所得有效内摩擦角大于0、深层饱和粘土液性指数可明显小于1的事实也是矛盾的。本人认为，水压率理论与地基预压渗透固结效果是不矛盾的，理由是：1水压率理论不与地基预压渗透固结效果等七个方面的事实矛盾(1)液性指数等于1不是粘土中出现自由水的下限，原因有二：a.液限只是实验室里的重塑土出现将颗粒分隔开来的自由水的下限，不是实验室里的重塑土出现与外界连通的自由水的下限，饱和含水量小于液限的重塑土仍含有自由水，因此重塑土当然可以固结到液限以下。如果含水量略低于液限时土中没有与外界连通的自由水，那么含水量略高于液限时重塑土中颗粒又怎么能够被自由水隔开呢？随着含水量逐渐降低，自由水含量只能逐渐降低，不可能从某一值跳到0；或者说，随着含水量逐渐提高，自由水含量只能逐渐提高，不可能从0跳到某一值。1水压率理论不与地基预压渗透固结效果等七个方面的事实矛盾b.由于地基原状土的结构造成的孔隙大小的差异性，即使重塑土中没有与外界连通的自由水，相应原状土仍可以有与外界连通的自由水存在，这与当地基原状土含水量升至液限以上时颗粒间仍可以有由公共结合水膜造成的水胶联结（因而淤泥质土乃至淤泥虽然天然含水量大于液限但仍有强度和承载力）是一个道理。1水压率理论不与地基预压渗透固结效果等七个方面的事实矛盾李广信教授说：高灵敏度黏土经重塑以后变成泥浆，似乎重塑土含有更多的自由水[16]。这种说法是不恰当的，高灵敏度粘土经重塑以后变成泥浆只说明此种重塑土（泥浆）的水压率大于原状土（高灵敏度粘土）。高灵敏度粘土的水压率小于泥浆的原因是：原状土孔隙大小差异大，自由水集中分布于大孔隙，小孔隙只含结合水；重塑土孔隙大小差异小，自由水在各孔隙中的分布较均匀。高灵敏度粘土经重塑以后变成泥浆既不说明此种重塑土含有比原状土更多的自由水，也不说明所有重塑土的水压率都大于原状土。1水压率理论不与地基预压渗透固结效果等七个方面的事实矛盾(2)一部分弱结合水转化为自由水的现象一直伴随着固结过程，固结压力越大，转化量越大。水压率理论与液性指数小于1的饱和粘土有水流动、有静水压力是不矛盾的，因为土中有自由水。水压率理论与液性指数小于1的饱和粘土能够被压缩、三轴排水试验所得有效内摩擦角大于0、深层饱和粘土液性指数可明显小于1、经高压固结后饱和含水量可低于塑限是不矛盾的，因为土中有自由水且一部分弱结合水转化为自由水，伴随固结还有与时间有关的其他形式变形，如次固结。2水压率理论不与泥浆浮力大于水的事实矛盾李广信教授认为，泥浆是一种土即欠固结土；少量的自由水即可形成泥浆，所以泥浆的水压率并不一定很大，因而水压率理论与泥浆浮力大于水的事实矛盾[16],由于有矛盾,水压率理论就随心所欲地把泥浆开除出土力学。本人认为二者是不矛盾的，因而水压率理论没有也不需要把泥浆开除出土力学,理由是：2水压率理论不与泥浆浮力大于水的事实矛盾（1）浮力总是针对流体而言，讲泥浆的浮力意味着泥浆是一种流体。这是一种密度大于普通水的流体。如果把泥浆看成“水”，那么其“水压率”（实际上是“浆压率”）是1，因此其浮力可用阿基米德定律计算。因其重度大于普通水，故泥浆具有比同体积普通水大的浮力。2水压率理论不与泥浆浮力大于水的事实矛盾（2）在讨论泥浆的浮力时说泥浆是一种流体，这并不表示在讨论土的固结时要把泥浆排除在外。泥浆作为土时的水压率也等于1，原因是：泥浆前期固结压力为0，粘聚力为0，内摩擦角为0。如果泥浆作为土时的水压率小于1，则将获得强度，此时不能称其为泥浆。因泥浆前期固结压力为0，所以泥浆是欠固结土的极端情形（固结程度最低即无固结）。正因为如此，泥浆既是流体又是土。由此可见，水压率理论并不存在李广信教授所说的把泥浆开除出土力学[16]的情况。2水压率理论不与泥浆浮力大于水的事实矛盾（3）泥浆的自由水（体积）含水量并不低，这是因为饱和含水量小于液限的土已经含有自由水，只是自由水尚未把颗粒分隔开来。再说，泥浆的水压率等于1只要求自由水能把颗粒分隔开来，既不要求把颗粒分隔开来的自由水很厚，也不要求孔隙中充填的水主要是自由水，因而不要求自由水含量极高。李广信教授[16]还说：“关于泥浆的浮力可以大于静水压力，正是土力学中有效应力原理的有力证据。”本人不同意这种看法：2水压率理论不与泥浆浮力大于水的事实矛盾（1）“泥浆的浮力可以大于静水压力”的提法应改为“泥浆的浮力大于普通水的浮力”，理由是：浮力是作用于物体空间的力，是体积力。静水压力（此处其量纲还必须理解为力的量纲）是作用于物体某一表面的力，是面积力，不同位置的表面具有不同的静水压力。淹没在水中的物体所受浮力是该物体下表面与上表面各自所受总静水压力之差，此时水对该物体的浮力小于下表面所受总静水压力，故泥浆的浮力是有可能小于下表面所受总静水压力的。但李先生关于泥浆浮力的分析结论并不是“泥浆的浮力可以大于静水压力”（此种说法不排除泥浆的浮力小于静水压力的可能），而是“泥浆的浮力总是大于普通水的浮力”。因此上述提法应作改变。2水压率理论不与泥浆浮力大于水的事实矛盾（2）“泥浆的浮力大于普通水的浮力，正是土力学中有效应力原理的有力证据”的说法是不恰当的。理由是：有效应力原理是关于有效应力的原理，包括泥浆在内的流体对某物体的浮力只与该物体表面受到的流体压力有关而与有效应力无关，因此，泥浆的浮力分析计算不需要应用有效应力原理。设想在没有有效应力原理的条件下或在有效应力原理诞生之前分析计算泥浆的浮力，照样可以得出“泥浆的浮力大于普通水的浮力”的结论。2水压率理论不与泥浆浮力大于水的事实矛盾无需借助有效应力原理就能解释的现象怎么会是“有效应力原理的有力证据”呢？况且,在批判水压率理论的文章中举例为有效应力原理进行辩护是不必要的,因为水压率理论并不推翻有效应力原理.关于这一点,后面还有较详细的论述.3水压率理论不与加压瞬间孔隙水压力等于所加压力的现象矛盾对压缩仪中饱和含水量小于液限的粘土试样施加竖向压力的瞬间，孔隙水压力与所加压力相等，试样随孔压消散而固结。李广信教授[16]认为：“这个过程似乎没有‘水压率’置啄的余地。”本人认为二者是不矛盾的，理由是：（1）由2.1节可知，压缩仪中饱和含水量小于液限的粘土试样含有自由水。既然试样中有自由水，加压后能测到水压力和土样能固结就是一件自然的事。3水压率理论不与加压瞬间孔隙水压力等于所加压力的现象矛盾（2）只要饱和试样中有自由水，无论水压率大小如何，施加竖向压力的瞬间孔隙水压力与所加压力便会相等，因为在那个瞬间,变形没有发生，所施加的压力全部由自由水来承担。这是没有疑问的，因为（1）式反映的是孔隙水压力与其压力水头的关系，并不反映施加竖向压力的瞬间孔隙水压力与所加压力的大小关系。推导一维变形条件下孔隙压力与所加压力的大小关系式的过程是：试样体积减小量等于试样胶团间孔隙体积减小量，由此得：3水压率理论不与加压瞬间孔隙水压力等于所加压力的现象矛盾3水压率理论不与加压瞬间孔隙水压力等于所加压力的现象矛盾可见它不需要孔隙水压力与其压力水头的关系式。就加压引起的超孔隙水压力而言，（1）式能说明的是：水压率不同时，相同超孔隙水压力下的超压力水头是不同的，水压率越低，超压力水头越高。前面已经指出，忽略水压率将导致达到某一固结度的固结时间理论值偏长，水压率越低，忽略水压率造成的固结时间理论值偏长越多。4水压率理论不与饱和粘土不固结不排水三轴试验结果矛盾关于饱和粘土不固结不排水三轴试验，李广信教授认为：围压增量可以通过水压力来施加。此时，根据水压率理论就会得到如下结果：孔隙压力增量，孔隙压力系数，有效应力随着围压增加而增加；当黏土的含水量小于液限或自由水含量为0时，由于，不排水强度指标与排水强度指标是一样的。这显然与饱和粘土不固结不排水三轴试验结果不符[14]。本人认为水压率理论与饱和黏土不固结不排水三轴试验结果是不矛盾的，理由是：4水压率理论不与饱和粘土不固结不排水三轴试验结果矛盾（1）通过水压来施加围压增量需要两个条件：一是试样应被水包围，二是试样所受水压应大到试样表面不同位置（如顶面和底面）水压差异可忽略不计的程度。如果不具备这两个条件，则不能通过水压来施加围压增量。4水压率理论不与饱和粘土不固结不排水三轴试验结果矛盾（2）通过水压来施加围压增量有两种情况：一种是试样与水隔离，一种是试样与水不隔离。当试样与水隔离时，由围压增量引起的试样内的孔压为超孔压，其值与围压增量相等即。这是没有疑问的，因为水压率理论并不反映施加围压增量引起的孔隙水压力与所加围压增量的大小关系。推导三维变形条件下孔隙压力与所加围压增量的大小关系式的过程是：试样体积减小量等于试样胶团间孔隙体积减小量，由此得：4水压率理论不与饱和粘土不固结不排水三轴试验结果矛盾4水压率理论不与饱和粘土不固结不排水三轴试验结果矛盾可见它不需要孔隙水压力与其压力水头的关系式。据此有效应力为0。值得注意的是，根据水压率理论，其相应超压力水头一般不等于外围压力水头.4水压率理论不与饱和粘土不固结不排水三轴试验结果矛盾此式说明试样内超压力水头一般大于外围压力水头。试样与水隔离时通过水压来施加围压增量的三轴试验就是一种不固结不排水三轴试验。上述分析表明，水压率理论并不导致“，”从而“有效应力是随围压增加而增加”的情况出现。有偏应力时仍然如此。4水压率理论不与饱和粘土不固结不排水三轴试验结果矛盾当试样与水不隔离时，试样浸泡于水中，由围压增量引起的试样内的孔压不是超孔压，其压力水头与外围压力水头相同，但根据水压率理论，孔隙水压力值与围压增量不等，由（1）式得：

此式说明试样内孔隙水压力一般小于外围水压力。此时，试样内有效应力为

4水压率理论不与饱和粘土不固结不排水三轴试验结果矛盾此式说明试样内有效应力随围压增加而增加。需要注意的是，因试样尺寸小，随着浸泡时间的增长，试样吸水膨胀将导致水压率增大。试样与水不隔离时通过水压来施加围压增量的试验不是不固结不排水三轴试验而是浸泡试验，因此根据水压率理论得出的上述结果不能说明水压率理论与饱和粘土不固结不排水三轴试验结果（孔压系数，有效应力为0）不符。4水压率理论不与饱和粘土不固结不排水三轴试验结果矛盾（3）根据水压率理论确实会得出当时不排水强度指标与排水强度指标一样的结论。这一结论是正确的，因为意味着在压力作用下不形成超孔隙水压力，土的总应力强度指标和有效应力强度指标相同。例如：不含自由水的固态无裂隙饱和重塑黏土，其不排水强度指标与排水强度指标就是一样的。需要说明的是，这里的排水与不排水只涉及有无与超孔隙水压力形成和消散有关的主固结而不涉及有无与超孔隙水压力形成和消散无关的次固结。4水压率理论不与饱和粘土不固结不排水三轴试验结果矛盾（4）粘土的含水量小于液限并不表示，因此不会得出当粘土的含水量小于液限时，不排水强度指标与排水强度指标一样的结论。5水压率理论不与防渗土料试样顶面加一层水的试验结果矛盾李广信教授指导学生做过这样的试验：在经不同围压固结的防渗土料试样顶面加一层厚的去离子水，在试样底面量测孔隙水压力。试验结果是：围压分别为，，时试样含水量小于液限而大于塑限，围压分别为，时试样含水量小于塑限。试样顶面加一层厚的水后，在试样底面测到的孔隙水压力稳定值为且随围压的增高而减小，达到稳定值需要几十分钟到几十小时的时间且该时间随试样固结程度增长。用乙醇代替去离子水进行试验时，测得各试样底面孔隙压力等于试样顶面乙醇压力，达到稳定值仅需要几秒到几十秒的时间且该时间随试样固结程度降低而缩短。李广信教授认为水压率理论与试验结果矛盾[16]。本人认为二者是不矛盾的，理由是：5水压率理论不与防渗土料试样顶面加一层水的试验结果矛盾（1）试样底面压力水头是试样顶面水厚与试样高度之和，相应水体水压力（水压强）应是，如果试样高度取最小值即，则相应水体水压力。但量测结果均不超过即全部小于相应水体水压力。这表明水压率均小于1（如果，则；如果实际试样高度更大，则试样底面孔隙水压力小于相应水体水压力更多，水压率更小）。5水压率理论不与防渗土料试样顶面加一层水的试验结果矛盾（2）量测结果显示，固结程度越高，试样底面孔隙水压力与相应水体水压力的差别越大。这正好说明，固结程度越高，水压率越小。之所以如此是因为自由水含量随着固结程度的提高而降低。5水压率理论不与防渗土料试样顶面加一层水的试验结果矛盾（3）该试验中量测的孔隙水压力是试样与仪器接触面的孔隙水压力，相应水压率是试样与仪器接触面的水压率不是试样内部的水压率，而试样与仪器接触面的水压率大于试样内部的水压率（其原因与土层和结构物接触面水压率大于土层内部水压率相同）。因此，该试验获得的水压率值较高。在该试验中，试样上方的水主要是通过试样周边试样与仪器接触带进入试样底面的（饱和含水量低于塑限的试样更是如此），正因为如此，试样底面孔隙水压力达到稳定值需要一段时间且该时间随试样固结程度增长。事实上，土的表面力学性质指标与内部不同的现象是很普遍的。5水压率理论不与防渗土料试样顶面加一层水的试验结果矛盾（4）分析用乙醇代替去离子水进行试验的结果时，为叙述方便，把乙醇视为一种特殊的水。因乙醇介电常数太小，试样含结合水极少，此时试样底面孔隙水压力接近相应水体水压力且达到稳定值的时间很短且试样固结程度越低缩短越多的量测结果表明：试样含结合水极少时，水压率接近于1，渗透系数大幅提高且试样固结程度越低提高越多。该结果与用去离子水进行试验的结果之异同进一步说明：结合水不能传递水压力，只有自由水能传递水压力，水压率理论是正确的。5水压率理论不与防渗土料试样顶面加一层水的试验结果矛盾（5）用结合水的粘滞性是无法解释试样底面孔隙水压力与相应水体水压力的差别的。当结合水能传递水压力时，其粘滞性只影响其渗透速度，不会导致试样底面孔隙水压力稳定值的降低。6初始水力坡度不可能是粘土中孔压减小的原因李广信教授认为，由于粘土渗透存在初始水力坡度[14，16]，孔压可能永远达不到水体水压力值[14]。本人认为，初始水力坡度不可能是粘土中孔压减小的原因，理由是：6初始水力坡度不可能是粘土中孔压减小的原因（1）初始水力坡度是不存在的。粘土存在初始水力坡度只是一部分人的观点，1976年在前苏联基辅召开的国际第三届渗流问题讨论会就认为粘土渗流过程没有初始水力坡度的问题[18]。本人认为初始水力坡度是不存在的，原因是：有水力坡度就意味着有水头差，有水头差就意味着有水头损失，有水头损失就意味着有渗流，有渗流就意味着有渗透速度，怎么可能在水力坡度达到某一值之后才有渗透速度呢？6初始水力坡度不可能是粘土中孔压减小的原因持初始水力坡度观点者的普遍看法是：由于结合水的粘滞性，只有压力差达到一定数值时，才可以冲开结合水，形成渗流通道[16]。存在初始水力坡度意味着存在初始水头差，因此这里的“压力差”实际上是水头差。渗流形成前，未来流线上的两点之间不可能有水头差，因为水头损失尚未产生。如果存在“冲开结合水”这种机理，那么条件不应是“压力差”达到一定数值而应是“压力”达到一定数值。压力是不反映水头差的，因而需要一定的压力并不意味着需要一定的水头差。6初始水力坡度不可能是粘土中孔压减小的原因幸好初始水力坡度是不存在的，否则目前的粘土渗透系数的测定方法和结果均需作废，这是因为：这些方法和结果建立在达西定律的基础上，而按初始水力坡度之说，渗透规律应由下式表达：

（新定义的）渗透系数，是单位水力坡度差下通过单位渗透面积的渗流量（或单位水力坡度差下的渗透速度）。6初始水力坡度不可能是粘土中孔压减小的原因在同一个粘土试样的渗透试验中，随着水力坡度的不断增大，渗透速度会不断提高，但渗透速度未必与水力坡度成正比，渗透速度可能提高得更多，原因是：随着试验时间的增长，试样吸水膨胀量增大，孔隙增大，从而渗透系数增大。也就是说，随着试验时间的增长，试样的稠度降低了。有趣的是，由于“冲开结合水”的主体是即将形成渗流的自由水，这种机理似乎告诉人们结合水是不能流动的。6初始水力坡度不可能是粘土中孔压减小的原因（2）当结合水能传递水压力时，初始水力坡度存在与否和饱和黏土中的孔隙水压力大小无关，也就是说，即使设想初始水力坡度是存在的，它也不可能成为孔隙水压力小于相同压力水头的水体水压力的原因，这是因为：结合水一直围绕在颗粒周围，如果结合水能传递水压力，那么饱和黏土中的孔隙水压力不会因存在初始水力坡度而减小。7“教科书未必句句是真理”不能成为结合水能传递静水压力的理由结合水不能传递静水压力的陈述在众多教科书中均能找到。对此，李广信教授说，教科书未必句句是真理。此话虽然正确，但用来否定水压率理论建立的基础却是不正确的。本人坚持结合水不能传递水压力的观点并非不假思索地依赖教科书。本人赞同结合水不能传递静水压力这一论断不是因为这一论断出自很多土质学和土力学教科书，而是因为这一论断是正确的。本人已经给出了认为这一论断正确的若干理由。本人指出结合水不能传递静水压力的陈述在众多教科书中均能找到的事实仅仅是想说明：结合水不能传递静水压力这一观点已为大多数人所接受，并非本人提出的新观点，本人只是赞同并运用这一论断。8水压率理论出现的时间相对较晚不能成为结合水能传递静水压力的理由李广信教授说：如果教科书中结合水不能传递水压力的陈述是正确的，‘水压率’之果早在第一部含有这一陈述的教科书发行之时就应结在‘结合水不能传递水压力’之树上了。本人不同意这种看法。虽然本人早在上世纪九十年代初期就已提出水压率的思想（因载体传播面所限，此事鲜为人知），仍比本人在1980年首次接触到陈述结合水不能传递静水压力的土质学教科书晚了10余年。本人认为，这是学术研究中的正常现象，因为由一个结论得出另一个结论需要一个对前一结论注意、重视、分析、接受及与相关问题联系起来的过程。8水压率理论出现的时间相对较晚不能成为结合水能传递静水压力的理由以达西定律和初始水力坡度为例：达西定律不涉及初始水力坡度，将达西定律应用于粘土就意味着否定粘土有初始水力坡度。但李广信教授一方面强调达西定律对粘土适用、采用粘土的（由达西定律定义的）渗透系数的概念和数据并在讨论土层交界处的渗流问题时应用达西定律，另一方面又强调粘土存在初始水力坡度。这是自相矛盾的。8水压率理论出现的时间相对较晚不能成为结合水能传递静水压力的理由尽管我在回应他的前两次质疑时就已指出了这一点，李广信教授在此后的第三次质疑中还是没有从“达西定律对粘土适用”这个结论得出“粘土没有初始水力坡度”这另一个应有的结论，他一方面继续在讨论土层交界处的渗流问题时应用达西定律，另一方面又继续强调粘土存在初始水力坡度。在李广信教授的文章中，之所以“达西定律对粘土适用”之树上一直没有结出“粘土没有初始水力坡度”之果，就是因为他没有把“达西定律对粘土适用”这个结论与“粘土是否有初始水力坡度”这个相关问题始终紧密地联系在一起。8水压率理论出现的时间相对较晚不能成为结合水能传递静水压力的理由由此可见，由一个结论到另一个结论有时看起来只有一步，实际却要走很久很久。水压率理论出现的时间相对较晚完全不能用来说明结合水不能传递水压力的观点是错误的。9结合水能传递水压力时黏土中有效压力无法传递李广信教授认为，“由于颗粒间接触压力很大，所以结合水也可以从接触点处向外挤走，因而黏土也同样有颗粒间（也可能是接近于固态的强结合水膜间）传递的有效压力”。这段论述涉及黏土有效压力在颗粒间传递（括号外）和黏土有效压力在强结合水膜间传递（括号内）两种说法，二者有很大区别（是矛盾的），前者基于结合水能传递水压力，后者基于强结合水不能传递水压力而弱结合水能传递水压力，但都是站不住脚的。9结合水能传递水压力时黏土中有效压力无法传递黏土有效压力在颗粒间传递的说法不正确的理由是：在颗粒接触之前，颗粒间无接触，何来“颗粒间接触压力”（更何来“很大”的“颗粒间接触压力”）挤走结合水使颗粒接触呢？即使黏土十分坚硬，其颗粒也被强结合水分隔，如果结合水（自然包括强结合水）能传递水压力，黏土中有效压力怎么能在颗粒间传递呢？9结合水能传递水压力时黏土中有效压力无法传递黏土有效压力在强结合水膜间传递的说法不正确的理由是：（1）含水量略小于液限的饱和重塑黏土中由颗粒和强结合水组成的单元被弱结合水分隔，如果弱结合水能传递水压力，土中有效压力怎么能在强结合水膜间传递呢？（2）强结合水不能传递水压力但弱结合水能传递水压力的观点在逻辑上是说不通的，弱结合水和强结合水同是受电吸引力控制的水而自由水是受重力控制的水，在能否传递水压力的性质上，弱结合水显然应“亲”强结合水而“疏”自由水，怎么可能反其道而行之，和强结合水不一样而和自由水一样呢？10水压率理论不推翻有效应力原理李广信教授认为，水压率理论推翻了有效应力原理[14]。这种认识是由误解有效应力原理造成的。有效应力原理讲的不是孔隙水压力应这样计算还是那样计算，也不是总应力应这样计算还是那样计算，有效应力原理讲的是：分析土的变形和强度时所采用的应力应是有效应力，从总应力中扣除中性应力后所获得的应力才是有效应力。当把“孔隙水压力应按水体水压力（即水力学中的水压强）计算”视为有效应力原理的实质时，有效应力原理就不能称之为有效应力原理了。水压率理论坚守有效应力原理没有任何否定有效应力原理的意思表示，只是强调孔隙水压力应理解为“单位面积土截面上”的水压力，所涉及的截面是在颗粒或胶团之间通过的宏观上是平面的曲面，而这样的孔隙水压力应用（1）式表达。这样确定孔隙水压力解决了长期困扰人们的有效应力原理的适用界限问题。怎么能说水压率理论推翻了有效应力原理呢？10水压率理论不推翻有效应力原理李广信教授还认为，水压率理论偷换了孔隙水压力的概念，如果不偷换概念，有效应力原理表达式将变成

这样还是推翻了太沙基的有效应力原理[16]。本人不同意这种看法，本人认为：10水压率理论不推翻有效应力原理（1）水压率理论不是偷换了孔隙水压力的概念而是纠正了孔隙水压力的概念，因为孔隙水压力的定义别无选择，只能是单位面积土截面上的水压力，理由是：a.前面的分析已经表明，孔隙水压力定义为单位面积土截面上的水压力是正确的。10水压率理论不推翻有效应力原理b.孔隙水压力象水力学中的水压强那样定义为单位面积水截面上的水压力是不正确的，原因是：——按照这样的定义，当考虑颗粒接触面积时，单位面积土截面上的水压力不等于孔隙水压力；——按照这样的定义，当考虑由颗粒和结合水组成的胶团的接触面积时，单位面积土截面上的水压力不等于孔隙水压力；——孔隙水压力不仅存在于土中，也存在于多孔岩石和混凝土中。在多孔岩石和混凝土的截面上，固相所占面积比例相当大。按照这样的定义，单位面积岩石和混凝土截面上的水压力不等于孔隙水压力。10水压率理论不推翻有效应力原理在众多文献中土中孔隙水压力确实是象水力学中的水压强那样定义或理解的（包括在阐述有效应力原理时），存在这种现象的原因是：在这些文献中，阐述孔隙水压力或阐述有效应力原理时，总是以粒间接触的纯粗粒土为模型并忽略粒间接触面积。在这种情况下，孔隙水压力象水力学中的水压强那样定义或理解时，孔隙水压力和有效应力的计算结果与孔隙水压力定义为单位面积土截面上的水压力时相同。我们应做的是改变这种现象而不是以此来否定正确的定义甚至把给出正确的定义视为偷换概念。在很多学科史上改变定义的事情并不少见。10水压率理论不推翻有效应力原理（2）即使孔隙水压力象水力学中的水压强那样定义，有效应力原理表达成上式也没有推翻太沙基的有效应力原理，理由是：a.不同类型应力之间的加减运算必须针对同一个截面。总应力和有效应力都是针对土截面，作为总应力和有效应力之差的参数也只能针对土截面，也就是说，作为总应力和有效应力之差的参数只能是单位面积土截面上的水压力。当孔隙水压力定义为单位面积水截面上的水压力而单位面积土截面上的水压力和单位面积水截面上的水压力因土截面面积与水截面面积不等而不等时，表达有效应力原理只能在孔隙水压力前增加一个表示水截面面积与土截面面积之比的系数。怎么能说这种完全合乎逻辑的表达推翻了太沙基的有效应力原理呢？10水压率理论不推翻有效应力原理b.在有效应力原理推导的直接结果中，孔隙水压力前本来就有一个表示水截面面积与土截面面积之比的系数，只是由于认为这个系数值达到百分之九十几而近似取1（这就是说，当孔隙水压力定义为单位面积水截面上的水压力时，对太沙基的饱和土有效应力原理表达式的准确理解是：有效应力是总应力与单位面积土截面上的水压力之差）。因此，当孔隙水压力定义为单位面积水截面上的水压力时，上式的形式与太沙基的有效应力原理的精确形式是一致的。10水压率理论不推翻有效应力原理由此可见，在孔隙水压力定义为单位面积水截面上的水压力时出现的上式与太沙基的有效应力原理表达式的差别仅仅是单位面积土截面上的水压力计算方法不同，而太沙基的有效应力原理并不是关于单位面积土截面上的水压力如何计算的原理。因此，在孔隙水压力定义为单位面积水截面上的水压力时出现的上式并没有推翻太沙基的有效应力原理。10水压率理论不推翻有效应力原理有推翻太沙基有效应力原理之嫌的是Mitchell和Skempton。他们给出的饱和粘性土有效应力公式是：（43）式中为粒间吸力；为粒间斥力。按照这个式子，饱和粘性土有效应力不再是总应力与单位面积土截面上的水压力之差，计算饱和粘性土有效应力时不仅要从总应力中扣除孔隙水压力，还要计入粒间吸力与粒间斥力之差。这种做法不仅因粒间吸力与粒间斥力之差难以确定而导致饱和粘性土有效应力无法计算而且还导致孔隙水压力为0时有效应力与总应力不等。如果粒间吸力与粒间斥力之差总是可以忽略不计，又何必给出这种有效应力原理的新表达式呢？李广信教授在反对推翻太沙基有效应力原理的同时又推介这种有推翻之嫌的做法[14]，这是自相矛盾的。11两层土间孔隙水压力的突变是正常的按照水压率理论，因两层土水压率的不同，孔隙水压力的变化在交界处不连续。李广信教授认为这是不可能的。11两层土间孔隙水压力的突变是正常的李广信教授在第二篇质疑文章[15]中说，交界处孔压不连续意味着水力坡度为无穷大（从而渗透速度为无穷大）。这种认识是由误解水力坡度概念造成的。（流线上两点的）水力坡度是流线上两点的水位差与这两点之间的距离的比值，不等于流线上两点的孔隙水压力差与这两点之间的距离的比值。11两层土间孔隙水压力的突变是正常的二者的区别是：a.决定孔隙水压力的水头是压力水头，而水力坡度中的水头是总水头（它是压力水头与位置水头之和），如渗流区的地下水面上孔隙水压力差为0而水位差不为0从而水力坡度不为0；b.水力坡度无量纲，流线上两点的孔隙水压力差与这两点间距离的比值有量纲。水力坡度与水位差有关而与水压率变化及由此造成的孔压变化无关，水压率理论中的交界处孔压不连续变化系由交界处水压率不连续变化造成而不是由水位不连续变化造成（水位依然是连续变化的），怎么可能因交界处孔压不连续而得出水力坡度为无穷大的结果呢？11两层土间孔隙水压力的突变是正常的李广信教授在第三篇质疑文章[16]中说（为避免曲解原意，引述原文）：“对于我所说的按照达西定律在两层土间不可能有水压力的突变，方先生很不理解。只好再