土力学-第4章土中应力教程.pptx

第四章 土中应力 §4 土中应力 主要内容： §4.1 概述 §4.2 土中自重应力 §4.3 基底压力 §4.4 地基附加应力 §4 土中应力 本章学习要求 掌握自重应力的概念、计算方法及其分布规律 掌握基底压力和基底附加压力的概念，计算方法及其分布 掌握地基附加应力的概念、计算方法及其分布规律 §4 土中应力-概述 土的变形、强度及稳定性问题均与土中应力有关 土中应力 自重应力：自身重力作用而存在的应力 附加应力：土体受外荷载作用下附加产生的应力增量 成土年代久：自重下不产生变形 新近成土的：自重下产生变形 附加应力是产生地基变形的主要原因，也是导 致地基土强度破坏和失稳的重要原因 §4 土中应力-概述 土中应力按土骨架和孔隙分担作用分为两种:有效应力、孔隙压力（孔隙应力） 有效应力：指土粒所传递的粒间应力.控制土的变形和强度变化 孔隙压力：指土中水和气所传递的应力,包括：孔隙水压力和孔隙气压力 总应力=有效应力+孔隙压力 §4 土中应力-概述 土体的应力应变 假定： 土体是连续体 土体是线性变形体 土体是均质各向同性体 土体的变形和强度与力的大小以及应力历史和应力路径有关 应力路径：指土中某点的应力变化过程在应力坐标图上的轨迹 §4 土中应力 主要内容： §4.1 概述 §4.2 土中自重应力 §4.3 基底压力 §4.4 地基附加应力 §4 土中应力-土中自重应力 均质土自重应力 假定： 天然地面是一个无限的大水平面，即地基土为半无限空间体，因此在任意竖直面和水平面均无剪应力 在天然地面下任意深度z处: σcz沿水平面均匀分布，且随深度z直线增大分布 水平侧向自重应力σcx =σcy =K0σcz 思考题：水位骤降后，原水位到现水位之间 的饱和土层用什么容重？ 竖直向： 水平向： 容重：地下水位以上用天然容重γ 地下水位以下用浮容重γ’ γ2 γ3 γ1 §4 土中应力-土中自重应力 成层土中自重应力 自重应力分布线的斜率是容重； 自重应力在等容重地基中随深度呈直线分布； 自重应力在成层地基中呈折线分布； 在土层分界面处和地下水位处发生转折。 均质地基 成层地基 §4 土中应力-土中自重应力 成层土中自重应力 水位降低 水位升高 §4 土中应力-土中自重应力 地下水升降时的土中自重应力 §4 土中应力-土中自重应力 土质堤坝自身的自重应力 为实用上的方便，不论是均质的或非均质的土质堤坝，其自身任意点的自重应力均假定等于单位面积上该计算点以上土柱的有效重度与土柱高度的乘积。 §4 土中应力 主要内容： §4.1 概述 §4.2 土中自重应力 §4.3 基底压力 §4.4 地基附加应力 基底压力：基础底面传递给地基表面的压力，也称基底接触压力。 基底压力 附加应力 地基沉降变形 基底反力 基础结构的外荷载 上部结构的自重及各种荷载都是通过基础传到地基中的。 影响因素 计算方法 分布规律 上部结构 基础 地基 建筑物设计 暂不考虑上部结构的影响，使问题得以简化； 用荷载代替上部结构。 §4 土中应力-基底压力 基底压力分布规律 基底压力的影响因素 基底压力 基础条件 刚度 形状 大小 埋深 大小 方向 分布 土类 密度 土层结构等 荷载条件 地基条件 §4 土中应力-基底压力 基底压力分布规律 抗弯刚度EI=∞ → M≠0； 反证法: 假设基底压力与荷载分布相同，则地基变形与柔性基础情况必然一致； 分布: 中间小, 两端无穷大。 弹性地基，绝对刚性基础 基础抗弯刚度EI=0 → M=0； 基础变形能完全适应地基表面的变形; 基础上下压力分布必须完全相同，若不同将会产生弯矩。 条形基础，竖直均布荷载 §4 土中应力-基底压力 弹性地基，完全柔性基础 基底压力分布规律 弹塑性地基，有限刚度基础 — 荷载较小 — 荷载较大 砂性土地基 粘性土地基 — 接近弹性解 — 马鞍型 — 抛物线型 — 倒钟型 §4 土中应力-基底压力 基底压力分布规律 根据圣维南原理，基底压力的具体分布形式对地基应力计算的影响仅局限于一定深度范围；超出此范围以后，地基中附加应力的分布将与基底压力的分布关系不大，而只取决于荷载的大小、方向和合力的位置。 基底压力的分布形式十分复杂 简化计算方法： 假定基底压力按直线分布的材料力学方法 基础尺寸较小 荷载不是很大 §4 土中应力-基底压力 基底压力的简化计算 §4 土中应力-基底压力 基底压力的简化计算 基底平均压力 内墙内柱基础 外墙外柱基础 荷载条件 竖直中心 竖直偏心 倾斜偏心 基础形状 矩形 条形 P’—单位长 度上的荷载 基础形状与荷载条件的组合 基底压力的简化计算 §4 土中应力-基底压力 P P 矩形