土力學(xué)-3土中應(yīng)力計算ppt課件

1、主要內(nèi)容 3.1 土的自重應(yīng)力 3.2 基底壓力 3.3 地基附加應(yīng)力 3.4 有效應(yīng)力原理3 土中應(yīng)力計算土中應(yīng)力計算 為了對建筑物地基基礎(chǔ)進行沉降變形）、承載力與為了對建筑物地基基礎(chǔ)進行沉降變形）、承載力與穩(wěn)定性分析，必須掌握建筑前后土中應(yīng)力的分布和變化穩(wěn)定性分析，必須掌握建筑前后土中應(yīng)力的分布和變化情況。由土體重力引起的應(yīng)力稱為自重應(yīng)力。自重應(yīng)力情況。由土體重力引起的應(yīng)力稱為自重應(yīng)力。自重應(yīng)力一般是自土形成之日就在土中產(chǎn)生。附加應(yīng)力是指由于一般是自土形成之日就在土中產(chǎn)生。附加應(yīng)力是指由于外荷載建筑物荷載、土中水的滲流力等的作用，在外荷載建筑物荷載、土中水的滲流力等的作用，在土中產(chǎn)生的應(yīng)力

2、增量。兩種應(yīng)力由于產(chǎn)生的原因不同，土中產(chǎn)生的應(yīng)力增量。兩種應(yīng)力由于產(chǎn)生的原因不同，因而分布規(guī)律和計算方法也不同。因而分布規(guī)律和計算方法也不同。n自重應(yīng)力：由于土體本身自重引起的應(yīng)力自重應(yīng)力：由于土體本身自重引起的應(yīng)力確定土體初始確定土體初始應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)3.1 土的自重應(yīng)力 土體在自重作用下，在漫長的地質(zhì)歷史時期，已經(jīng)壓土體在自重作用下，在漫長的地質(zhì)歷史時期，已經(jīng)壓縮穩(wěn)定，因而，土的自重應(yīng)力不再引起土的變形。但對縮穩(wěn)定，因而，土的自重應(yīng)力不再引起土的變形。但對于新沉積土層或近期人工充填土應(yīng)考慮自重應(yīng)力引起的于新沉積土層或近期人工充填土應(yīng)考慮自重應(yīng)力引起的變形。變形。一、一、 均質(zhì)土的自重應(yīng)力

3、均質(zhì)土的自重應(yīng)力天然地面cz cx cy 11zzcz zcz cz= z 土體中任意深度處的豎向自重應(yīng)力等于單位面積上土柱土體中任意深度處的豎向自重應(yīng)力等于單位面積上土柱的有效重量的有效重量二、成層土的自重應(yīng)力計算二、成層土的自重應(yīng)力計算iniinnczhhhh 12211說明：說明：1.1.地下水位以上土地下水位以上土層采用天然重度，層采用天然重度，地下水位以下土層地下水位以下土層采用有效重度采用有效重度2.2.非均質(zhì)土中自重非均質(zhì)土中自重應(yīng)力沿深度呈折線應(yīng)力沿深度呈折線分布分布 天然地面天然地面h1h2h33 2 1 水位面水位面1 h1 1 h1 + 2h2 1 h1 + 2h2 +

4、3h3 【例題3.1】試計算如圖所示土層的自重應(yīng)力及作用在基巖頂面的土的自重應(yīng)力和靜水壓力之和,并繪制自重應(yīng)力分布圖。三、水平向自重應(yīng)力三、水平向自重應(yīng)力czcycxK0天然地面天然地面zcz cx cy zcz無側(cè)向變形條件下，水平向自重應(yīng)力：K0靜止側(cè)壓力系數(shù)對一般地基K0 0.5左右 3.2 基底壓力 n基底壓力：建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載和基礎(chǔ)自重通過基底壓力：建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載和基礎(chǔ)自重通過基礎(chǔ)傳遞給地基，作用于基礎(chǔ)底面?zhèn)髦恋鼗膯位A(chǔ)傳遞給地基，作用于基礎(chǔ)底面?zhèn)髦恋鼗膯挝幻娣e壓力。位面積壓力。Fn 影響基底壓力的因素影響基底壓力的因素: :基礎(chǔ)的形狀、大小、剛度，基礎(chǔ)的形狀、大小、剛度，

5、埋置深度，基礎(chǔ)上作用荷載的性質(zhì)中心、偏心、埋置深度，基礎(chǔ)上作用荷載的性質(zhì)中心、偏心、傾斜等及大小、地基土性質(zhì)。傾斜等及大小、地基土性質(zhì)。n 1. 1.柔性基礎(chǔ)如土壩、路基的剛度很小，好比柔性基礎(chǔ)如土壩、路基的剛度很小，好比放在地上的柔軟薄膜，在垂直荷載作用下沒有抵抗放在地上的柔軟薄膜，在垂直荷載作用下沒有抵抗彎曲變形的能力，基礎(chǔ)隨地基一起變形。因此柔性彎曲變形的能力，基礎(chǔ)隨地基一起變形。因此柔性基礎(chǔ)接觸壓力分布與其上部荷載分布情況相同。基礎(chǔ)接觸壓力分布與其上部荷載分布情況相同。n 2.剛性基礎(chǔ)如素混凝土基礎(chǔ)本身的剛度較大，受剛性基礎(chǔ)如素混凝土基礎(chǔ)本身的剛度較大，受荷后基礎(chǔ)不出現(xiàn)撓曲變形由于地基

6、與基礎(chǔ)的變形必須協(xié)荷后基礎(chǔ)不出現(xiàn)撓曲變形由于地基與基礎(chǔ)的變形必須協(xié)調(diào)一致，因此在調(diào)整基底沉降使之趨于均勻的同時，基底調(diào)一致，因此在調(diào)整基底沉降使之趨于均勻的同時，基底壓力發(fā)生了轉(zhuǎn)移。壓力發(fā)生了轉(zhuǎn)移。一、中心荷載作用下的基底壓力一、中心荷載作用下的基底壓力AGFpG= GAdF基礎(chǔ)上的豎向力設(shè)計值(kN)G基礎(chǔ)自重設(shè)計值及其上回填土重標(biāo)準(zhǔn)值總和(kN)；d基礎(chǔ)埋深(m) 中心荷載作用下的基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)荷載F與基礎(chǔ)自重G的合力通過基底形心，基底壓力為均勻分布。平均基底壓力為二、偏心荷載作用下的基底壓力二、偏心荷載作用下的基底壓力F+G epmaxpminWMAGFppminmaxleblGFpp6

7、1minmax 對于單向偏心荷載作用下的矩形面積基底的剛性基礎(chǔ)兩端邊緣最大壓力pmax與最小壓力pmin可按下式計算：leblGFpp61minmax討論：討論：當(dāng)當(dāng)el/6e0pmin0，基底壓力呈梯形分布，基底壓力呈梯形分布 當(dāng)當(dāng)e=l/6e=l/6時，時，pmax0pmax0，pmin=0pmin=0，基底壓力呈三角形分布，基底壓力呈三角形分布 pmaxpminel/6el/6時，時，pmax0pmax0，pmin0pminl/6pmaxpmin0pmaxpmin=0基底壓力重分布基底壓力重分布)2(3)(2maxelbGFp 實際工程中，基礎(chǔ)總是埋置在天然地面以下一定的深度，勢必要進行

8、基坑開挖，該處原有自重應(yīng)力因基坑開挖而卸除。因而，在計算由建筑物造成的基底附加壓力時，應(yīng)扣除基底標(biāo)高處原有土的自重應(yīng)力后，才是基礎(chǔ)底面處新增加于地基的附加壓力。三、基底附加壓力三、基底附加壓力FFd實際情況實際情況dpppcd00n基底附加壓力：作用于地基表面，由于建造建基底附加壓力：作用于地基表面，由于建造建筑物而新增加的壓力稱為基底附加壓力，即導(dǎo)筑物而新增加的壓力稱為基底附加壓力，即導(dǎo)致地基中產(chǎn)生附加應(yīng)力的那部分基底壓力致地基中產(chǎn)生附加應(yīng)力的那部分基底壓力3.3 地基中的附加應(yīng)力n附加應(yīng)力：新增外加荷載在地基土體中引起的應(yīng)力附加應(yīng)力：新增外加荷載在地基土體中引起的應(yīng)力 計算方法：假定地基土

9、是各向同性的、均質(zhì)的、線性變形體，而且在深度和水平方向上都是無限的。 半無限空間體彈性力學(xué)基本解一、豎向集中荷載作用下的地基附加應(yīng)力一、豎向集中荷載作用下的地基附加應(yīng)力22zrR3253cos2323RPRPzzM(x,y,z)FoyxzxyzrRM(x,y,0) 由布辛內(nèi)斯克解答得z的表達式2zFz2521123zr2zFz附加應(yīng)力分布規(guī)律附加應(yīng)力分布規(guī)律n在集中力作用線上的附加應(yīng)力最大，向兩側(cè)逐漸減小在集中力作用線上的附加應(yīng)力最大，向兩側(cè)逐漸減小n同一豎向線上的附加應(yīng)力隨深度而變化同一豎向線上的附加應(yīng)力隨深度而變化, ,隨著深度增隨著深度增加，加，zz逐漸減小逐漸減小n豎向集中力作用引起的

10、附加應(yīng)力向深部向四周無限傳豎向集中力作用引起的附加應(yīng)力向深部向四周無限傳播，在傳播過程中，應(yīng)力強度不斷降低應(yīng)力擴散）播，在傳播過程中，應(yīng)力強度不斷降低應(yīng)力擴散）二、矩形基礎(chǔ)地基中的附加應(yīng)力計算二、矩形基礎(chǔ)地基中的附加應(yīng)力計算 矩形基礎(chǔ)角點下的豎矩形基礎(chǔ)角點下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)向附加應(yīng)力系數(shù)0pczc均布矩形角點下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)，簡稱角點應(yīng) 力系數(shù)，應(yīng)用時可查表3.4得到。豎直均布壓力作用基底角點下的附加應(yīng)力 計算點在荷載面內(nèi)04321pccccz 計算點在荷載邊緣021pccz 計算點在荷載邊緣外側(cè) 計算點在荷載角點外側(cè)04321pccccz04321pcccczn【例3.3】有一矩形底面

11、基礎(chǔ)b=4m，l=6m，其上作用均布荷載p0=100kpa，用角點法計算矩形基礎(chǔ)外k點下深度z=6m處N點豎向應(yīng)力。n【例3.4】某相鄰基礎(chǔ)如圖所示，試計算甲基礎(chǔ)中點O及角點m下、深度z=2m處的附加應(yīng)力。三角形分布荷載三角形分布荷載01ptz02ptz圓形面積上作用均布荷載圓形面積上作用均布荷載00pz0prz三、條形基礎(chǔ)地基中的附加應(yīng)力計算三、條形基礎(chǔ)地基中的附加應(yīng)力計算z22232zxpzpxzMxzb/2b/2均布荷載情況均布荷載情況條形基底豎向附加應(yīng)力條形基底豎向附加應(yīng)力系數(shù)系數(shù), , 均為均為m ,nm ,n的函數(shù)，的函數(shù)，其中其中m=x/bm=x/b，n=z/bn=z/b，可，可

12、查表得到查表得到0pszz0psxx0psxzxz基礎(chǔ)底面長寬基礎(chǔ)底面長寬比比l / b10l / b10 利用以上各式可繪制各應(yīng)力等值線圖應(yīng)力的相同數(shù)值點的連線）。 a.條形荷載的影響深度比方形荷載大； b. 的影響范圍較淺，所以在基礎(chǔ)下地基土的側(cè)向變形主要發(fā)生于淺層； c. 的最大值出現(xiàn)于荷載面積的邊緣，所以位于基礎(chǔ)邊緣下的土容易發(fā)生剪切破壞。xzx總結(jié)：對于條形基礎(chǔ)地基附加應(yīng)力計算同樣可以采總結(jié)：對于條形基礎(chǔ)地基附加應(yīng)力計算同樣可以采用角點法，利用疊加原理，進行計算，計算中應(yīng)注用角點法，利用疊加原理，進行計算，計算中應(yīng)注意不同分布情況的附加應(yīng)力系數(shù)所對應(yīng)的附加應(yīng)力意不同分布情況的附加應(yīng)力

13、系數(shù)所對應(yīng)的附加應(yīng)力系數(shù)表格不同，查表計算時應(yīng)該注意。系數(shù)表格不同，查表計算時應(yīng)該注意。 把飽和土體中由孔隙水來承把飽和土體中由孔隙水來承擔(dān)或傳遞的應(yīng)力定義為孔隙水擔(dān)或傳遞的應(yīng)力定義為孔隙水應(yīng)力，常以應(yīng)力，常以u表示。表示。wwhu 把通過粒間的接觸面?zhèn)鬟f的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力。把通過粒間的接觸面?zhèn)鬟f的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力。3.4 有效應(yīng)力原理u太沙基有效應(yīng)力原理：太沙基有效應(yīng)力原理：平面總面積平面總面積A粒間接觸面積粒間接觸面積As孔隙水面積孔隙水面積Aw（AAs）uAAAAsss)(uAAAAsss)1 ( u)1 (有效應(yīng)力原理的應(yīng)用有效應(yīng)力原理的應(yīng)用總結(jié)：三種不同情況時，土中的總總結(jié)：三種不同情況時，土中的總應(yīng)力分布是相同的，土中水的滲流應(yīng)力分布是相同的，土中水的滲流不影響總應(yīng)力值。不影響總應(yīng)力值。 水滲流時土中產(chǎn)生動水力，致使水滲流時土中產(chǎn)生動水力，致使土中有效應(yīng)力及孔隙水