建筑工程施工地基基礎之地應力介紹ppt

第四章地基中的應力力福建工程學院院土木工程系系2012年2月1本章提要1土的自重應力力2基底壓力3地基附加應力力4第四章地基中的應力力2第四章地基中的應力力本章提要3第四章地基中的應力力本章提要結構荷載地基基礎產(chǎn)生變形、沉沉降等原有應力狀態(tài)態(tài)發(fā)生變化土體中應力狀狀態(tài)發(fā)生變化引起地基土的的變形，導致致建筑物的沉沉降，傾斜或或水平位移。。當應力超過地地基土的強度度時，地基就就會因喪失穩(wěn)穩(wěn)定性而破壞壞，造成建筑筑物倒塌。嚴重4第四章地基中的應力力本章提要地基中的應力力按產(chǎn)生的原原因不同可分分為兩種:2、附加應力力：土體在外荷載載（包括建筑物物荷載、交通通荷載）地下下水滲流、地地震等作用下下在地基內(nèi)附加加產(chǎn)生的應力力增量。1、自重應力力：由土體自身有有效自重在地地基內(nèi)所產(chǎn)生生的應力。2、附加應力力：土體在外荷載載（包括建筑物物荷載、交通通荷載）地下下水滲流、地地震等作用下下在地基內(nèi)附加加產(chǎn)生的應力力增量。1、自重應力力：由土體自身有有效自重在地地基內(nèi)所產(chǎn)生生的應力。5第四章地基中的應力力本章提要自重應力、附加應力：二者產(chǎn)生原因不同，所以計算方法不同，分布規(guī)律及對對工程的影響響也不同。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，因此，土的自重應力不再引起土的變形。但對于新沉積土層或近期人工填土應考慮自重應力引起的變形。附加應力是地基中新增加的應力，它是引起土體變形或地基變形的主要原因。678910111213第四章地基中的應力力本章提要研究土體或地地基的應力和和變形，必須須從土的應力力與應變的基基本關系出發(fā)發(fā)。土是由三相組組成的非連續(xù)續(xù)介質(zhì)，天然然地基往往是是由成層土所所組成的非均均質(zhì)或各向異異性體，土的的應力應變關關系具有非線性、非彈性的特征。為簡化計算，，把地基土視視為均勻的、各向同性的半半無限空間彈彈性體，應用彈性力學公式來求解土土中應力。研究方法：14第四章地基中的應力力§4-1自重應力天然地面11zzσcz

σcz=

z

一、均質(zhì)土中的自自重應力假設地基為均均質(zhì)連續(xù)的半半無限空間體體，土體在自自重應力作用用下只產(chǎn)生豎豎向變形，而而無側向位移移和剪切變形形。沿水平面均勻勻分布

與Z成正比隨深度成線性性增加地下水位以下下采用浮重度度15第四章地基中的應力力§4-1自重應力靜止側壓力系系數(shù)水平向自重應應力可實驗測得也也可采用經(jīng)驗驗值16第四章地基中的應力力§4-1自重應力二、成層土中的自自重應力說明：1.如地下水水位位于同一一土層中，地地下水位也應應作為分層的的界面。地下水位以上上土層采用天天然重度，地地下水位以下下土層采用浮浮重度。2.非均質(zhì)成層土土中自重應力力沿深度呈折折線分布。天然地面h1h2h33

2

1

水位面1h11h1+2h21h1+2h2+3h312317天然地面h1h2h33、321水位面1h11h1+2h21h1+2h2+3h3h44、421341h1+

2h2+3h3

+4h4上：下：1h1+

2h2+3h3

+4h4+

w（h3+h4）在地地下下水水位位以以下下如如埋埋藏藏有有不不透透水水層層（（例例如如完完整整的的巖巖層層或或堅堅硬硬粘粘土土層層等等）），，由由于于不不透透水水層層中中不不存存在在水水的的浮浮力力，，所所以以不不透透水水層層頂頂面面及及層層面面以以下下的的自自重重應應力力應應按按上上覆覆土土層層的的水水土土總總重重計計算算。。不透透水水層層18【例例2】一地地基基由由多多層層土土組組成成，，地地質(zhì)質(zhì)剖剖面面如如下下圖圖所所示示，，試試計計算算并并繪繪制制自自重重應應力力σcz沿深深度度的的分分布布圖圖【例例1】見教教材材19三、地下下水水位位升升降降對對土土中中自自重重應應力力的的影影響響地下下水位位下下降降，自重重應應力力增增加加：例例如如大大量量長長期期抽抽取取地地下下水水，，導導致致地地下下水水位位長長期期大大幅幅度度下下降降，，自自重重應應力力增增加加，，從從而而會會引引起起地地面面大大面面積積沉沉降降。。地下下水位位上上升升，自重重應應力力減減少少：如如在在大大壩壩蓄蓄水水或或工工業(yè)業(yè)廢廢水水大大量量滲滲入入地地下下的的地地區(qū)區(qū)，，水水位位上上升升會會引引起起地地基基承承載載力力減減小小、、濕濕陷陷性性土土的的塌塌陷陷現(xiàn)現(xiàn)象象等等。。第四章地基基中中的的應應力力§4-1自重重應應力力20第四章地基基中中的的應應力力§4-2基底底壓壓力力結構構荷荷載載地基基基礎礎基礎礎底底面面與與地地基基產(chǎn)產(chǎn)生生接接觸觸應應力力既是是基基礎礎作作用用于于地地基基表表面面的的基基底底壓壓力力，，又又是是地地基基反反作作用用于于基基礎礎底底面面的的基基底底反反力力。?；椎讐簤毫αΦ牡拇蟠笮⌒『秃头址植疾紶顮顩r況，，對對地地基基內(nèi)內(nèi)部部的的附附加加應應力力有有著著直直接接的的影影響響。。基底底壓壓力力與與荷荷載載的的大大小小和和分分布布、、基基礎礎的的剛剛度度、、基基礎礎的的埋埋置置深深度度以以及及地地基基土土的的性性質(zhì)質(zhì)等等多多種種因因素素有有關關。。F21第四章地基基中中的的應應力力§4-2基底底壓壓力力基底底壓壓力力一一般般呈呈非非線線性性分分布布。。柱下下單單獨獨基基礎礎、、墻墻下下條條形形基基礎礎等等剛剛性性基基礎礎，，基基底底壓壓力力呈呈馬馬鞍鞍形形分分布布。。根據(jù)據(jù)彈彈性性理理論論中中圣圣維維南南原原理理，，在在基基礎礎底底面面下下一一定定深深度度所所引引起起的的地地基基附附加加應應力力與與基基底底荷荷載載分分布布形形態(tài)態(tài)無無關關，，只只與與其其合合力力的的大大小小與與作作用用點點位位置置有有關關。。在工工程程實實用用中中，，對對于于具具有有一一定定剛剛度度以以及及尺尺寸寸較較小小的的柱柱下下單單獨獨基基礎礎、、墻墻下下條條形形基基礎礎等等擴擴展展基基礎礎，，其其基基底底壓壓力力當當作作近近似似直直線線分分布布，，按按材材料料力力學學公公式式進進行行簡簡化化計計算算。。22第四章地基基中中的的應應力力§4-2基底底壓壓力力一、基底底壓壓力力的的簡簡化化計計算算1、、中中心心荷荷載載作作用用下下的的基基底底壓壓力力若是是條條形形基基礎礎，，F(xiàn),G取單單位位長長度度基基底底面面積積計計算算（（長長度度方方向向取取1m長長））G=GAd取室室內(nèi)內(nèi)外外平平均均埋埋深深計計算算G一般般取取20kN/m3，，地下下水水位位以以下下取取10kN/m3。。G-基基礎礎自自重重及及其其上上回回填填土土重重力力的的總總和和23第四章地基基中中的的應應力力§4-2基底底壓壓力力一、基底底壓壓力力的的簡簡化化計計算算2、、偏偏心心荷荷載載作作用用下下的的基基底底壓壓力力F+G

eelbpmaxpmin作用用于于基基礎礎底底面面形形心心上上的的力力矩矩M=(F+G)??e基礎礎底底面面的的抵抵抗抗矩矩；矩形形截截面面W=bl2/6★偏偏心心方方向向長長度度為為l24第四章地基基中中的的應應力力§4-2基底底壓壓力力一、基底底壓壓力力的的簡簡化化計計算算2、偏心荷荷載作用下下的基底壓壓力當e<l/6時，pmax，pmin>0，基底壓力呈呈梯形分布布當e=l/6時，pmax>0，pmin=0，基底壓力呈呈三角形分分布當e>l/6時，pmax>0，pmin<0，基底出現(xiàn)拉拉應力，基基底壓力重重分布pmaxpmine<l/6pmaxpmin=0e=l/6e>l/6pmaxpmin<0pmaxpmin=0基底壓力重分布25偏心荷載作作用在基底底壓力分布布圖形的形形心上基底壓力重重分布第四章地基中的應應力§4-2基底壓力一、基底壓力的的簡化計算算2、偏心荷荷載作用下下的基底壓壓力26第四章地基中的應應力§4-2基底壓力二、基底附加壓壓力基底附加壓壓力：作用于地基基表面，由由于建造建建筑物而新增加的壓力稱為為基底附加加壓力，即即導致地基基中產(chǎn)生附附加應力的的那部分基基底壓力。FFd實際情況基底附加壓壓力在數(shù)值值上等于基基底壓力扣扣除基底標標高處原有有土體的自自重應力27dpp00g-=基底壓力呈呈梯形分布布時，基底底附加壓力力：基底附加壓壓力自重應力第四章地基中的應應力§4-2基底壓力二、基底附加壓壓力基底標高以以上天然土層的加權平均均重度28一、豎向集中荷荷載作用下下的地基附加應力1885年年法國學者者布辛涅斯斯克解M(x,y,z)PoyxzxyzrRM(x,y,0)q附加應力系系數(shù)第四章地基中的應應力§4-3附加應力29集中力作用用下附加應力分分布規(guī)律距離地面越越深，附加加應力的分分布范圍越越廣在集中力作作用線上的的附加應力力最大，向向兩側逐漸漸減小同一豎向線線上的附加加應力隨深深度而變化化在集中力作作用線上，，當z＝0時，σz→∞，隨著深度增增加，σz逐漸減小豎向集中力力作用引起起的附加應應力向深部部向四周無無限傳播，，在傳播過過程中，應應力強度不不斷降低一、豎向集中荷荷載作用下下的地基附加應力第四章地基中的應應力§4-3附加應力30一、豎向集中荷荷載作用下下的地基附加應力第四章地基中的應應力§4-3附加應力疊加原理由幾個外力力共同作用用時所引起起的某一參參數(shù)（內(nèi)力力、應力或或位移），，等于每個個外力單獨獨作用時所所引起的該該參數(shù)值的的代數(shù)和。PazPbab兩個集中力力作用下σz的疊加31二、矩形荷載作作用時的地基附加應力第四章地基中的應應力§4-3附加應力dp布辛涅斯克克解積分矩形基礎角角點下的豎豎向附加應應力系數(shù)矩

形均均

布荷荷

載32角點法計算算地基附加加應力zMoIVIIIIIIoIIIIIIIVp算點在基底底內(nèi)部二、矩形荷載作作用時的地基附加應力第四章地基中的應應力§4-3附加應力33IIIooIIIIoIVoII計算點在基基底邊緣計算點在基基底邊緣外外二、矩形荷載作作用時的地基附加應力第四章地基中的應應力§4-3附加應力34計算點在基基底角點外外IooIIIIIIV二、矩形荷載作作用時的地基附加應力第四章地基中的應應力§4-3附加應力力35二、矩形荷載載作用時時的地基附加應力力第四章地基中的的應力§4-3附加應力力【例3】】見教材材4-336三、條形荷載載作用時時的地基附加應力力第四章地基中的的應力§4-3附加應力力基礎底面長寬比l/b→∞條形基礎礎基礎底面長寬比l/b≥10理想情況況實際情況況pxzMxzb/2b/2條形均布布荷載情情況Ksz為條形基底豎向附加應力系數(shù),為m,n的函數(shù)，其中m=x/b，n=z/b，可查表得到。37均布條形形荷載作作用下附加應力力分布規(guī)規(guī)律（1）在在荷載分分布范圍圍內(nèi)之下下任意點點沿垂線線的附加加應力值值，隨深度愈向向下愈小小。（2）基基礎底面面下任意意深度的的水平面上的附加加應力值值，在基基底中心點下下的軸線線處最大大，隨著距離中軸軸線愈遠遠而愈小小。（3）地地基附加加應力具具有擴散性。附加應應力不僅僅發(fā)生在在荷載面面積之下下，而且且分布在荷荷載面積積以外相相當大的的范圍之之下。三、條形荷載載作用時時的地基附加應力力第四章地基中的的應力§4-3附加應力力38第四章地基中的的應力§4-3附加應力力四、非均質(zhì)和和各向異異性地基基中的附附加應力力實際地基基并非均均質(zhì)、各各向同性性。有的的是由不不同壓縮性性土層組成的成成層地基基，有的的是同一一土層的的變形模量量隨深度度增加而而增大等等。由由于地基基的非均均質(zhì)性和和各向異異性，就就會造成成豎向附附加應力力產(chǎn)生應力集中中或應力擴散散的現(xiàn)象。。39第四章地基中的的應力§4-3附加應力力1、天然然形成的的雙層地地基：有兩種可可能的情情況：一種是巖層上覆覆蓋著較較薄的可可壓縮土土層，荷載作用用下將發(fā)生應力力集中現(xiàn)象；另一種則則是上層堅硬硬、下層層軟弱的雙層地地基，將將發(fā)生應力力擴散現(xiàn)象。四、非均質(zhì)和和各向異異性地基基中的附附加應力力402、在地地基中，，土的變形模量量常隨地地基深度度的增大大而增大大，這種現(xiàn)現(xiàn)象在砂砂土中尤尤為顯著著。通過過試驗和和理論證證實，與與均質(zhì)地地基相比比較，沿沿荷載中中心線，，附加應力力將發(fā)生生應力集集中現(xiàn)象。3、天然然沉積形形成的水水平薄交交互層地地基，水平向變變形模量量大于豎向變形形模量時，附加加應力發(fā)發(fā)生應力擴散散現(xiàn)象；水水平變形形模量小于豎向變形形模量，，附加應應力發(fā)生生應力集中中現(xiàn)象。四、非均質(zhì)和和各向異異性地基基中的附附加應力力第四章地基中的的應力§4-3附加應力力41第四章地基中的的應力§4-3附加應力力【例4】】某條形基礎，如下圖圖所示。?；A上上作用偏心荷載F=400kN/m，M=20kN?m，試求基礎礎中點下下2m的附加應應力。2mFM0

＝18.5kN/m30.1m1.5m42第四章地基中的的應力§4-3附加應力力分